超寬帶無線通信技術(shù)發(fā)展前景如何?
超寬帶(Ultra Wide Band, UWB),也常以脈沖無線電(Impulse Radio, IR)的名義出現(xiàn),是一種借助納秒級窄脈沖發(fā)射無線信號的技術(shù),特別適用于高速且近距離的無線個(gè)人通信領(lǐng)域。根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的標(biāo)準(zhǔn),通常將3.1GHz到10.6GHz之間,寬度為7.5GHz的頻帶定義為超寬帶的工作頻段。在這一頻段中,UWB信號的載體通常為周期性的單周脈沖序列。
從頻域角度看,超寬帶的定義與傳統(tǒng)的窄帶和寬帶有所區(qū)別。具體來說,窄帶通常指的是相對帶寬(信號帶寬與中心頻率之比)小于1%的技術(shù),而寬帶則是指相對帶寬處于1%到25%之間。只有當(dāng)相對帶寬超過25%,且中心頻率高于500MHz時(shí),通信技術(shù)才被歸類為超寬帶。
在時(shí)域上,超寬帶系統(tǒng)也與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)有所不同。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)通常通過發(fā)送射頻載波來實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制,而UWB則是利用起、落點(diǎn)的時(shí)域脈沖(持續(xù)幾十納秒)來直接實(shí)現(xiàn)調(diào)制。這種傳輸方法將調(diào)制信息過程放在一個(gè)非常寬的頻帶上進(jìn)行,并以這一過程中的持續(xù)時(shí)間來決定所占據(jù)的頻率范圍。
超寬帶技術(shù)的一個(gè)顯著優(yōu)勢是能夠在保持較低能耗的同時(shí),實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸率。這一特點(diǎn)使其在高速數(shù)據(jù)傳輸需求日益增長的今天,變得極具吸引力。然而,UWB的發(fā)射功率受到限制,從而也限制了其傳輸距離。據(jù)資料顯示,UWB信號的有效傳輸距離通常在10米以內(nèi)。因此,在民用領(lǐng)域,UWB通常被定位于個(gè)人局域網(wǎng)的應(yīng)用場景。通過UWB技術(shù),用戶能夠在個(gè)人設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)高速且低延遲的數(shù)據(jù)傳輸,為現(xiàn)代通信與連接提供了一種有效且實(shí)用的解決方案。
1.2 行業(yè)簡史
超寬帶技術(shù)(UWB)的發(fā)展史可以追溯到20世紀(jì)60年代,當(dāng)時(shí)美國首次將其作為軍用雷達(dá)技術(shù)加以開發(fā),并在雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用。UWB技術(shù)的出現(xiàn),推動(dòng)了脈沖檢測器等相關(guān)設(shè)備的研發(fā),并展現(xiàn)出了一系列顯著的優(yōu)勢,例如對信道衰落的不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、被截獲的可能性低、系統(tǒng)復(fù)雜度低以及厘米級的定位精度等。然而,在隨后的三十多年時(shí)間里,UWB技術(shù)的發(fā)展步伐非常緩慢。這主要是因?yàn)檐姺降南拗谱柚沽说谌介_發(fā)支持UWB的軟件和硬件,同時(shí),UWB技術(shù)對其他頻帶產(chǎn)生的干擾也成為了阻礙其發(fā)展的重要因素。
直至1998年,為了探討UWB技術(shù)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用可能性,美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)開始廣泛征求業(yè)界對UWB無線設(shè)備對原有窄帶無線通信系統(tǒng)干擾及其相互共容問題的意見。經(jīng)過四年的研究和討論,2002年,美國FCC正式將3.1GHz-10.6GHz的頻帶開放給室內(nèi)通信用途的UWB技術(shù),標(biāo)志著UWB正式進(jìn)入民用無線通信領(lǐng)域。此舉立刻引起了國際間的響應(yīng),隨后幾年,日本、新加坡和歐盟等國家和地區(qū)的無線電管理部門也相繼頒布了支持UWB技術(shù)發(fā)展的相關(guān)法令。
在中國,UWB技術(shù)的發(fā)展則從2006年開始加速。自那時(shí)起,中國開始了UWB頻譜規(guī)劃的準(zhǔn)備工作。經(jīng)過超過兩年的深入調(diào)研,2008年12月12日,中國正式發(fā)布了自己的UWB頻譜規(guī)劃,包括UWB信號的射頻指標(biāo)、應(yīng)用場所限制、設(shè)備核準(zhǔn)等方面的內(nèi)容。這為UWB技術(shù)在中國的進(jìn)一步發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),也標(biāo)志著UWB技術(shù)在全球范圍內(nèi)逐步走向成熟和商業(yè)化的過程,不僅在軍事領(lǐng)域,更在民用領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場潛力。
1.3 發(fā)展現(xiàn)狀
超寬帶(UWB)技術(shù)近年來在全球范圍內(nèi)得到了顯著的發(fā)展,尤其是在智能手機(jī)和其他個(gè)人電子設(shè)備的普及推動(dòng)下。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,2022年,超寬帶市場的收入已達(dá)到10億美元。這種增長趨勢主要得益于UWB技術(shù)在內(nèi)部導(dǎo)航和位置跟蹤方面的出色表現(xiàn),使其成為消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域的有力選手。
智能手機(jī)和其他便攜式電子設(shè)備的使用者對于低延遲無線連接的需求不斷增加,尤其是在高帶寬應(yīng)用如觀看在線視頻和游戲時(shí)。UWB技術(shù)能很好地滿足這些需求,預(yù)計(jì)將在未來幾年內(nèi)進(jìn)一步推動(dòng)市場增長。據(jù)統(tǒng)計(jì),2018年全球智能手機(jī)的訂閱量約為50億,而預(yù)計(jì)到2027年,這個(gè)數(shù)字將增長到約70億。
未來的市場前景也相當(dāng)樂觀。預(yù)測顯示,從2023年的15.5億美元,超寬帶市場規(guī)模將增長到2028年的34.5億美元,預(yù)測期間(2023-2028年)的復(fù)合年增長率為17.37%。這種持續(xù)增長的主要驅(qū)動(dòng)力包括全球IT領(lǐng)域的顯著擴(kuò)張和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的日益普及。例如,在2022年,全球在電信方面的支出約為1萬億美元,預(yù)計(jì)這個(gè)數(shù)字在未來幾年將繼續(xù)增加。
圖 超寬帶市場規(guī)模和主要參與者
資料來源:資產(chǎn)信息網(wǎng) 千際投行 Mordor Intelligence
隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量的增加,移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的激增也預(yù)計(jì)將進(jìn)一步推動(dòng)市場增長。UWB技術(shù)因其高精度和低延遲特性,在未來有望在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,包括但不限于智能家居、自動(dòng)駕駛汽車、工業(yè)4.0以及健康醫(yī)療等。
那么,任正非為何會(huì)說超寬帶技術(shù)的發(fā)展會(huì)決定著華為未來的發(fā)展“生死”呢?首先,未來的社會(huì)發(fā)展必定是網(wǎng)絡(luò)先行的時(shí)代,想要實(shí)現(xiàn)社會(huì)的大發(fā)展,必定需要社會(huì)互聯(lián)。那么,超寬帶技術(shù)就可以很好的解決未來的發(fā)展需求,將萬物互聯(lián),把超寬帶技術(shù)的生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化為社會(huì)的服務(wù)力,豐富人們的社會(huì)生活需求。
據(jù)《中國青年報(bào)客戶端》報(bào)道,在2023年的全球超寬帶高峰論壇上,華為的常務(wù)董事長兼ICT基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)管理委員會(huì)主任王濤說到,華為將在未來升級超寬帶網(wǎng)絡(luò)(UBB),并且將會(huì)加快數(shù)字技術(shù)的普及和使用,為之后的數(shù)字發(fā)展帶來質(zhì)的飛躍。
數(shù)字生產(chǎn)力已然成為我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的動(dòng)力核心。那什么是數(shù)字生產(chǎn)力呢?所謂的數(shù)字生產(chǎn)力就是使用當(dāng)前的數(shù)字技術(shù)和目前的實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合發(fā)展來提高社會(huì)的生產(chǎn)力。
據(jù)汪濤介紹到,目前我國在云數(shù)據(jù)、AI、5G和超寬帶網(wǎng)絡(luò)等數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域不斷的改革升級,未來想要數(shù)字技術(shù)有更大的競爭力和發(fā)展力,必定需要以數(shù)字服務(wù)的形式來促進(jìn)智慧企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。提高數(shù)字企業(yè)在用戶體驗(yàn)上的感受。例如,可以增強(qiáng)智慧家庭的娛樂、日常的生活和工作體驗(yàn)。
未來想要發(fā)展數(shù)字的生產(chǎn)力,提高超寬帶的技術(shù)發(fā)展是一個(gè)重要的方向。什么是超寬帶技術(shù)呢?
超寬帶技術(shù)是一種無線通信技術(shù),它利用極短脈沖發(fā)送數(shù)據(jù),以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和精確定位,使得信號具有GHz量級的帶寬。同時(shí),因?yàn)樗?dú)特的信號特性讓人們看到了超寬帶技術(shù)的發(fā)展前景。
相比與傳統(tǒng)的通信技術(shù)顯得更加“特立獨(dú)行”了。作為未來的發(fā)展布局技術(shù),它可以為無線局域網(wǎng)LAN和個(gè)人局域網(wǎng)PAN的接口和接入技術(shù)帶來更低的功耗和更高的帶寬等特點(diǎn)。
不僅如此,超寬帶技術(shù)還具有良好的抗干擾性能、傳輸速率高、極寬的帶寬、系統(tǒng)容量大和發(fā)射功率低等特點(diǎn)。
例如,在發(fā)射某種微弱的無線電脈沖信號的時(shí)候,脈沖信號會(huì)將信號源分散在寬廣的頻帶中,當(dāng)輸出功率低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪音時(shí),超寬帶技術(shù)依舊可以將信號能量還原出來。
同時(shí),超寬帶技術(shù)的發(fā)展對我們有什么重大影響呢?
1.高速數(shù)據(jù)傳輸:超寬帶技術(shù)能夠提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率,比傳統(tǒng)的Wi-Fi和藍(lán)牙技術(shù)更快。這使得人們能夠更快地下載和上傳大量數(shù)據(jù),提高工作效率和娛樂體驗(yàn)。
2.精確定位:超寬帶技術(shù)在定位領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。通過利用微弱的信號反射和多路徑傳播,超寬帶技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)厘米級或亞米級的精確定位,應(yīng)用于室內(nèi)導(dǎo)航、物體追蹤等領(lǐng)域,提供更準(zhǔn)確的位置服務(wù)。
3.無線連接:超寬帶技術(shù)的無線連接具有快速、可靠的特點(diǎn),可以滿足不同設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸需求。它可以在不干擾其他無線設(shè)備的情況下進(jìn)行通信,減少信號干擾和擁塞。