《電子技術應用》
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UWB標準現狀分析
德州儀器連接產品線高級應用工程師 潘曉磊
摘要: UWB是一種短距離的無線通訊方式,在10米以內的范圍里以至少100Mbps的速率傳輸數據。這種通訊方式比較適合在家庭內部使用,市場應用前景非常廣闊,因此圍繞UWB的標準之爭從一開始就非常激烈。
關鍵詞: 無線網絡 UWB
Abstract:
Key words :

        UWB是一種短距離的無線通訊方式,在10米以內的范圍里以至少100Mbps的速率傳輸數據。這種通訊方式比較適合在家庭內部使用,市場應用前景非常廣闊,因此圍繞UWB的標準之爭從一開始就非常激烈。曾經有二十幾個標準參與競爭,今天只剩下了兩個。它們是來自Freescale的DS-UWB和由TI倡導的MBOA。

        從技術上來講,MBOA和DS-CDMA是無法彼此妥協的,DS-UWB曾提出一個通用信令模式,希望與MBOA兼容。但這種模式顯然在技術上無法實現,所以被MBOA、IEEE和無線USB協會拒絕。MBOA在最近的一次表決中占了約10%的優勢,但仍然沒有達到75%的絕對多數。

        從產品上來講,DS-UWB在開始的時候走在了前面。它的樣品在2004年初的時候已經在拉斯維加斯的消費電子展上展出,但看來之后的進展比較緩慢,當時存在的問題今天依然存在,例如功耗很大、需要兩根天線分別收發、在天線與接收器中間有阻擋時會出現花屏等。而另一方的MBOA正迎頭趕上,來自Staccato公司芯片級的物理層芯片(PHY)在2004年的第一季度已經完成,八、九月份的時候,配合TI公司可編程門陣列(FPGA)的媒體存取控制器(MAC)已經可以工作。FPGA還不是芯片級的產品,是在芯片生產之前用來驗證和測試邏輯功能的,完全芯片級的平臺要到今年年底實現。這將是兩個芯片的方案,相比較于DS-UWB目前的四芯片方案在成本、體積和功耗上占有較大的優勢。

        在理解UWB的時候有必要知道UWB不僅僅指的是DS-CDMA或MBOA,他們僅僅是處于UWB完整架構的最底層。讓我們看一下除了這最底下的一層,UWB還有哪些內容。 


           

Wireless USB:無線USB;
Wireless 1394:無線1394;
Application Profile:應用層協議子集;
DLNA compliant: DLNA兼容,DLNA是數字化客廳網絡聯盟的縮寫(Digital Living Network Alliance);
PAL:協議適應層,(Protocol Adaption Layer);
UPnP/IP:即插即用多媒體IP電話;
Wimedia Convergence Platform: Wimedia匯聚平臺。Wimedia是無線多媒體的縮寫(Wireless Multimedia);
DS-CDMA or MBOA Specification: DS-CDMA或MBOA規格。DS-CDMA是直接序列CDMA的縮寫(Direct
Sequence);MBOA是多頻帶OFDM聯盟的縮寫(Multi-Band OFDM Alliance)。

        DS-CDMA或MBOA相當于物理層,位于整個架構的最底層,她還分成兩個子層,即物理層(PHY)和物理層的控制器層(MAC)。在其上面是WiMedia的匯聚層,有點類似于鏈路層或事務層,介于物理層和應用層的中間。在WiMedia匯聚層的上面就是應用層面的無線USB、無線1394和其他的應用環境,這些層多已被IEEE802.15.3a確認。

        無線USB的規格將在今年年底之前頒布,這里大家首先要弄清楚這個無線USB的標準是得到USB IF確認的,而并不是之前由Cypress公司推出的那個企業標準。無線USB的推動者小組成員包括英特爾、惠普、微軟、德州儀器、飛利浦、三星、NEC和Agere。它們將負責建造一個與USB兼容的應用軟件棧,以及和1394及WiMedia合作創建分享UWB射頻的規則。

        獲得USB的支持和支持USB對UWB是非常重要的,大家都知道USB的應用已經非常普遍,但現在的USB外設都是有線的,需要通過一根線纜與PC主機相連,例如打印機、數碼相機和外置硬盤等。這個數字非常巨大,今天已經有15億條USB的線纜存在于我們的生活中,而這個數字到2006年時將大幅增長到35億,這表示有差不多這個數量的USB設備和主機。無線USB的目的是消除線纜,而用無線的方式收發信號。在PC主機和外設這兩端依然以USB的方式工作,所以必須有一個與USB兼容的應用軟件棧。而無線發射這一塊需要使用UWB的射頻,由于1394的設備和其他設備(非USB和1394)也需要通過UWB的射頻來進行無線收發,他們將在WiMedia這一層匯聚,不管原來是什么信號,在經過WiMedia匯聚層后轉換成相同的信號傳送給物理層發射。換句話說,就是要分享UWB射頻。

        MBOA已經得到無線USB的批準,而DS-CDMA尚未,這對于DS-CDMA是一個嚴重的缺憾。

        同樣1394也是非常重要的,特別是在消費電子市場上。我們今天比較熟悉的1394設備是數碼攝像機(Camcorder或DV),1394與USB最大的不同是外設與外設之間可以直接通訊。USB采用主/從的架構,比較多見的主機是PC機,而其他外設都是從設備,他們或直接或經由集線器(Hub)連到主機,所有的操作必須由主機來主導,這很適合于PC及其周邊設備的應用,但顯然不適合于消費電子產品的互聯;1394采用對等的架構(peer-to-peer),聯網的設備彼此之間都可以通訊,例如機頂盒和DVD機可以同時播放,而電視機和刻錄機可以選擇其中的任何一個節目源,而這并不需要一臺主機的控制。今天在市場上已經有3億條1394的線纜,這個數字將隨著數字電視的普及在今后幾年中大幅增長。

        與無線USB不同,無線1394對DS-CDMA和MBOA都支持。無線1394的主任成員較之于無線USB的推動者小組成員的范圍要更廣泛一些,盡管英特爾和飛利浦不在其中,但有索尼、松下、三菱這樣的消費電子制造巨頭,也有蘋果、昆騰和牛津半導體(昆騰是做硬盤的)這樣的PC及其外設制造商,還有軟件商,像Mindready、Vividlogic和Newnex等,以及Molex。它們將負責構建一個1394協議適應層(PAL)以支持400Mbps的無線1394,還要與WiMedia協會合作以實現兼容性和互操作性。

        WiMedia協會的任務看起來比較多一些,它需要建立一套程序用于認證和保證互操作性;要能支持多協議的架構,比如無線USB、無線1394和DLNA,要支持公平競爭和傳輸數據的安全性;要支持即插即用和建立基于IP的應用程序棧來支持多媒體數據流。該協會成員包括英特爾、惠普、德州儀器、飛利浦、三星、LG、意法半導體、夏普、柯達等,摩托羅拉亦在此成員之列中。
        所以我們應該看到所謂的UWB是一個完整的系統,而不僅僅是現在人們熱衷討論的DS-CDMA或MBOA。只有充分理解這一點才算是理解了真正的UWB,而只有全面地支持所有這些協議層,才可以說是一個完整的UWB系統。

        回到DS-CDMA或MBOA的標準之爭,我們究竟如何去判斷孰優孰劣呢?其實兩方面都有各自的優缺點。DS-CDMA技術是單頻帶方式或窄脈沖方式,多個傳輸任務可共享整個頻帶的頻率,對現有的、許可頻帶內的用戶造成的干擾比較少,成本可以做得比較低、上市的時間較短,易于實現低功耗、低速數據流的無線傳輸,可實現更高速的無線數據傳輸,應用于媒體流及大量的數據傳輸;MBOA技術是多頻帶方式,技術上易于實現、功耗很低,頻帶的利用率高,多個頻率子帶并列,可以避開某些頻帶、靈活配置,速率的擴展性好。

        以無線電頻率管理來說,有兩個基本的原則:1.新的無線電技術不得對已有的無線電臺(系統)造成有害干擾;2.受到干擾不得提出保護要求,既要能忍受已有無線電臺的各種干擾。這對于DS-CDMA比較頭疼,因為它使用整個3.1-10.6GHz頻段,而有些無線技術就使用其中的一些頻率,例如802.11p的載頻是5.8GHz;而MBOA使用多個頻率子帶,可以很方便地避開這個頻率。(對不起,我無法說得更具體,事實上兩個技術都不錯。)

        在市場推廣方面,兩個陣營分別組建了自己的聯盟,都建有自己的網站。DS-UWB組建的聯盟是UWB論壇(UWB FORUM),網站地址是www.uwbforum.org。MBOA的組織就是這個名稱,網站地址是www.multibandofdm.org。UWB論壇目前有77家會員,其中有十幾家高校和研究所,占了近15%。MBOA聯盟已有170多個成員,幾乎集中了所有的大型跨國公司和集團,這是一種優勢,因為開發、推廣、應用一個新的技術和產品需要大量的投入,遠遠不是一二家企業所能承受的。而且UWB一個很重要的應用是把家庭中的電器產品連接成微微網(Piconet),需要有大量的電器產品支持,這就要求有大批的家用電器和計算機制造商提供這樣的產品。

        那么UWB的現狀究竟是如何的呢?還有多久用戶才能享受到這一新技術和新標準帶來的全新體驗呢?其實新技術、新產品的開發需要經過以下四個階段:1.芯片階段;2.模塊階段;3.系統階段;4.產品階段。DS-UWB已處于模塊階段,而MBOA剛剛進入芯片階段。用戶仍需要等待一段時間。即便是達到了產品階段,還需要經受市場的考驗,不然重蹈藍牙技術的覆轍,曇花未現便已凋零,不管誰贏得了標準之爭也只能是一個失敗的嘗試,這需要整個產業鏈的共同努力。

        撇開UWB內部的標準之爭,我們還應該看到在數字化家庭這樣一個應用領域UWB還遠遠談不上一花獨放。802.11也正在躍躍欲試,WLAN的劣勢是她的傳輸速率比較低和對多媒體數據流的支持不夠,但傳輸距離長卻是她的優勢。802.11正在試圖突破這些技術瓶頸,能否在不久的將來實現值得我們關注。UWB傳輸距離短的局限(10米)也使得她只能構建微微網,即便在一個家庭內部也無法真正實現網絡化,這需要結合有線的傳輸技術,例如1394a/b、USB2.0或USB OTG。有線技術同樣具有很多的優點,比如電磁干擾小、傳輸穩定、安全性高等等,另一個優勢是這些標準已經成熟,產品經受過市場的考驗,也符合消費者的使用習慣。另外, 在關注UWB的同時,開發其他更實用與更迫切的數字接口技術也逐步提上日程。

 

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