在过去5年间,出现了多次构建下一代个人局域网(PAN)无线标准的热潮,近演变成HDTV和其它家庭娱乐系统消费产品之间互联的无线解决方案。我们终得到了3种完全不同类型的UWB,而家庭娱乐和网络才刚刚开始。本文对第三种UWB和将能完全满足家庭网络难题的更新版本的UWB进行了概述。
在UWB广为人知之前发生了多种变化。在UWB之前,普遍采用脉冲无线电这个术语,再早之前,它起源于20世纪六七十年代,那时候称为无载波无线电,当时刚被发现并用于军用雷达和安全无线电方面。大多数UWB通过发送非常窄的称作单脉冲或小波的方法传输数据,有些类似单周期或稍长一些的正弦波(但不是精确的正弦波)。采用脉冲位置调制(PPM)或一种二进制相移键控(BPSK)调制使数据率达到或远大于1Gbps。采用直接序列(DS)编码来改进多用户工作,实现增加并分类。
脉冲UWB的一大问题是它会产生非常宽的带宽,必须限制到微波区域。FCC在2002年将UWB认定为官方无线技术,FCC批准UWB时,当时想的是脉冲格式。基本定义是带宽为500 MHz或者至少比中心工作频率大20%的任何无线调制技术。
许多公司开发了脉冲或DS编码系统和芯片。胆的或许是Xtreme Spectrum公司,它开发出了Trinity芯片组,在实现这种形式的DS-UWB中起了很大作用。Xtreme Spectrum被Motorola(现在的Freescale)收购,它顽强努力以使该形式的UWB被选为IEEE's 802.15.3a标准。但没有成功,第二种形式的UWB出现了。
DS-UWB没有将问题解决掉明显不是技术的因素,该技术经证明在远达10米范围都是可靠、鲁棒并超快的(超过了1Gbps的数据率的版本)。我怀疑与厂商碰到的所有专利和知识产权问题有关,厂商一定不想为此付费。我敢肯定,与未处理的政治问题也有主要关系。此外,Intel和TI已经确定了使用正交频分复用技术(OFDM),此技术是目前所有无线技术和服务中的宠儿。TI和Intel提出了用第二种多频带或OFDM UWB作为IEEE标准的问题,得到了广泛支持和关注。然而,因为有标准争议,没有什么技术与该标准匹配,IEEE因而完全放弃了该努力。但是OFDM得到了大力支持,WiMedia Alliance得以成立,以开发和认证OFDM版的UWB。
OFDM类型的UWB完全摈弃了脉冲概念,而是将3.1到10.6 GHz范围的整个频谱划分为大的区块,定义了14个宽为528MHz的频带,每个频带都有128个带宽为4.125MHz的载波频带。目前只使用了3.168到4.952GHz的三个低频带。每个载波都使用标准BPSK或QPSK,数据率很容易达到53到480MHz。低速传播距离大于或等于10米,而速率高一些的频率的传播距离在3米左右。
当前,UWB领域的核心是多频带OFDM和WiMeda方法。有多个重要的厂商支持,如Alereon、Focus Enhancements、T-Zero、WiQuest、Wisair,以及其它几个厂商出产芯片组,他们的目标是无线USB连接。这些公司中有几家近得到了USB设计论坛(USB Implementers Forum)的认定,认定为与USB2.0标准完全兼容。这毫无疑问相当不错。
这些无线USB倡导者们没有完全放弃在家庭网络使用UWB的可能。不过,许多人对距离和可靠性而不是速率有怀疑。如果可靠距离只有几米,10米,那么UWB就不能如大家所希望的那样,作为家庭网络方案。
T-Zero将MIMO加到了其UWB版之中,使情况有所好转,但既然802.11n标准Wi-Fi产品已经有了,这些厂商中的大多数已经放弃(在终标准明年早些时候批准之后,更多的公司会步其后尘)。Wi-Fi 11n产品速度快,能够处理家庭网络问题,然而似乎还不能满足目前需要可靠的视频功能家庭网络技术的人的胃口。正是因为这一原因,才出现了诸如MoCA和Home PNA这样的提出自己的有线家庭网络方案的机构,他们成为者,像AT&T公司在全国实施网络协议电视(IPTV)一样。Coax联盟多媒体在推动其标准,该标准在大多数家庭已经安装的有线电视同轴电缆上实现视频和其它多媒体。
HomePNA提倡一种在已有电话线上实现的类似方法,Home Plug Alliance则推动在交流电源线上快速的家庭网络。所有这些系统都不错,并且相当可靠。与无线方法不同,它们不需要应付所谓的多通道反射、穿墙、穿天花板和地板,以及射频噪声问题。这并不是说在家庭网络方面,所有无线方法都根本不是其对手,而是说有线方法在这一市场明显占有上风。
Pulse~Link是初的脉冲UWB先驱之一,在多媒体OFDM UWB旋风中没跟上步伐。但是,它们构建了第三种UWB,具有某些非常有趣的功能,与其它方法明显不同。其Cwave产品使用一种连续正弦波载波与一种特殊的BPSK调制。从与速率为1.35 GHz的串行数字数据异或的4.05 GHz载波开始。数据脉冲的时序是,每位或BPSK符号(符号间180度相移)产生三个载波周期。得到的信号肯定足够满足真正UWB的定义,对2.6 GHz带宽扩展到2.7到5.3 GHz范围,其功率水平也满足FCC严格的41 dBm阈值限。
Cwave真正有意思的是它不仅是一种无线技术,当初构建它的目的也是要与有线电视同轴线相匹配。可以采用同一标准,搭建一种混合无线/有线电视同轴系统,能与现有的设备兼容,并无需挪动设备位置。
Pulse~Link方案用一种称作PL3100的三芯片实现,能工作有线或无线产品中。PL3120 RF之所以独特,是因为它以10.7 GS/s采样率将输入信号数字化,将其并行化,并发送到PL3130基带芯片,实现下转换、解调、滤波和其它功能。基带芯片处理部分调制任务,而终调制在RF芯片内完成,RF芯片同时含有发射功率放大器。片上PLL合成器设置工作频率。在接收器之前使用一个PL3110专用的独立LNA芯片,实现的灵敏度。
基带芯片是装置的负荷中心,实现全802.15.3b媒体存取控制器(MAC),可以处理异步或同步数据,提供全面服务质量(QoS)通讯支持。其它功能包括,一种前向纠错(FEC)方法,称作低密度奇偶校验(LDPC),以及一种无线连接的微微网协调器。根据达到所需QoS的前向纠错(FEC)水平在21 Mbps到675 Mbps之间选择物理(PHY)数据率。芯片组可用在Ethernet、IEEE 1394和HDMI高速串行口上。这些外部接口连接到基带芯片的PCI总线上。不论是设计HDTV、DVD、DVR、媒体中心PC、高端音频设备、机顶盒或者游戏系统,Cwave芯片组都是一个值得考虑的选择。