Intel白皮書：UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)

 無(wú)線連接為用戶新的移動(dòng)生活方式注入了便捷。消費(fèi)者馬上就會(huì)對(duì)這種電子家庭的便捷產(chǎn)生巨大需求，他們的個(gè)人電腦、數(shù)碼錄像機(jī)、MP3播放器、數(shù)碼可攜式攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)，高清晰電視(HDTV)、機(jī)頂盒(STB)、游戲系統(tǒng)、掌上電腦、手機(jī)等都可以通過(guò)無(wú)線家庭個(gè)人域網(wǎng)(WPAN)相互連接。但今天的無(wú)線局域網(wǎng)和無(wú)線個(gè)域網(wǎng)技術(shù)不能滿足未來(lái)大量消費(fèi)電子設(shè)備對(duì)于高帶寬的需求。這就需要新的技術(shù)去滿足高速WPANS的需求。

超帶寬(UWB)技術(shù)能夠?yàn)橄乱淮M(fèi)電子設(shè)備的帶寬、成本、耗能和物理需求提供一個(gè)解決方案。這種新技術(shù)能夠提供高帶寬使多功能數(shù)碼攝像和音響貫穿家庭成為現(xiàn)實(shí)。在行業(yè)團(tuán)體的支持下，比如USB協(xié)會(huì)，技術(shù)領(lǐng)頭人，比如INTEL，UWB技術(shù)將努力使家居生活高速WPANS連接變得輕松，成為現(xiàn)實(shí)。

介紹：

手機(jī)和家用PC的無(wú)線技術(shù)所帶來(lái)的移動(dòng)生活方式使人們對(duì)于其他設(shè)備的無(wú)線需求越來(lái)越大。消費(fèi)者們正在享受著無(wú)線連接的便捷。許多數(shù)字家庭所采用的技術(shù)，比如數(shù)碼攝像，音頻流都需要高帶寬連接。為PCs無(wú)線連接所開發(fā)的其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比如Wi-Fi和藍(lán)牙，和高寬帶使用模式相比都不夠太優(yōu)化。雖然Wi- Fi的數(shù)據(jù)傳輸率可以達(dá)到54Mbps，但這個(gè)技術(shù)在消費(fèi)電子環(huán)境中還有局限性，包括耗能和帶寬。當(dāng)在短范圍網(wǎng)絡(luò)中或WPAN連接消費(fèi)電子設(shè)備，這時(shí)的無(wú)線技術(shù)需要支持高數(shù)據(jù)流，耗能低，低成本，適合超小包裝，比如PDA或手機(jī)。新UWB無(wú)線技術(shù)和UWB應(yīng)用的硅片開發(fā)將提供最佳的解決方案。

此文件描述了在數(shù)字家庭WPANs中使用UWB技術(shù)和潛在的UWB技術(shù)應(yīng)用。

UWB案例：

新的數(shù)字家庭環(huán)境有許多不同的消費(fèi)電子設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備、個(gè)人計(jì)算機(jī)設(shè)備組成， 能夠支持多樣化應(yīng)用。這些設(shè)備可以歸納為三大類(表1)：

-PC和網(wǎng)絡(luò)

-消費(fèi)電子和無(wú)線播放系統(tǒng)

-移動(dòng)和手持設(shè)備

下一代PC，消費(fèi)電子和移動(dòng)應(yīng)用對(duì)連接速度提出更高的需求，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于藍(lán)牙技術(shù)的1Mbps，而今天這種技術(shù)應(yīng)用于許多WPANs設(shè)備當(dāng)中。但許多消費(fèi)電子設(shè)備不能支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)高速802.11a/b/g所需要的成本和耗電量。

雖然Wi-Fi技術(shù)比藍(lán)牙要快很多，但它仍然不能有效地傳輸多線程并發(fā)高質(zhì)量視頻流。UWB技術(shù)能夠提供下一代整合設(shè)備所需要的輸入輸出量，再加上 WiMedia 聯(lián)盟的支持，能夠在各種協(xié)議之間如IEEE 1394， USB， UPnP確保交互性，使得UWB成為打造高速、低成本、低能量的WPANs的寬泛解決方案。

UWB技術(shù)：

UWB和其它傳統(tǒng)的窄帶射頻(RF)和展布頻譜技術(shù)(SS)，如藍(lán)牙、802.11a/b/g的區(qū)別非常大。UWB使用RF頻譜超寬的帶寬傳遞數(shù)據(jù)(如圖2)。UWB和傳統(tǒng)的技術(shù)相比在一定的時(shí)間內(nèi)能夠傳遞更多的數(shù)據(jù)。

RF鏈接上潛在的數(shù)據(jù)傳輸率和通道帶寬和信噪比的函數(shù)(香農(nóng)定律)成正比。RF設(shè)計(jì)工程師對(duì)帶寬的參數(shù)無(wú)法控制，因?yàn)檫@是由FCC所規(guī)定的。藍(lán)牙技術(shù)、 802.11a/b/gWi-Fi、無(wú)繩電話和許多其他設(shè)備都被歸為無(wú)執(zhí)照頻譜，能提供900MHz， 2.4GHz， 5.1GHz。每一個(gè)信道被限制僅能占用很窄的波段。

UWB的頻譜是最近剛剛合法化。UWB可使用頻率從3.1GHz 到10.6GHz的頻譜。每個(gè)信道可以有多于500MHz的帶寬，這取決于它的中心頻率。FCC為這種大寬帶的發(fā)放提出了嚴(yán)格的無(wú)線能量約束。這樣，UWB設(shè)備在使用大頻率帶寬時(shí)所釋放的能量不會(huì)被附近其他窄帶寬所察覺(jué)，比如802.11a/b/g。這種頻譜共享使得設(shè)備可以達(dá)到非常大的輸入輸出量，但距離必須很接近。

UWB的低能量消耗也使得開發(fā)UWB成本節(jié)約的CMOS成為可能。在有限的范圍內(nèi)低功耗、低成本、高數(shù)據(jù)傳輸率，UWB憑借著這些特色已經(jīng)開始正式進(jìn)軍高速WPAN市場(chǎng)。

UWB技術(shù)也允許頻譜再使用。一套近距離的設(shè)備組合(比如一套家居娛樂(lè)系統(tǒng))可以和在另外一間屋子的另外一套設(shè)備(比如臥室的游戲系統(tǒng))在相同的通道上交流?；赨WB的WPANS的范圍非常短，附近在相同通道的設(shè)備不會(huì)相互干擾。然而802.11g WLAN的解決方案在一個(gè)單一的設(shè)備組合中，很快地就用完了數(shù)據(jù)帶寬，這樣家居中的聲音通道就不能重新使用。因?yàn)閁WB技術(shù)的范圍有限，802.11WLAN解決方案對(duì)WPAN是最佳的補(bǔ)足，在家居組合設(shè)備之間可以作為一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袠小?/p>

UWB應(yīng)用：

UWB技術(shù)適用于各種WPAN應(yīng)用當(dāng)中。包括：

-在可攜式多媒體消費(fèi)電子設(shè)備如可攜式攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)和MP3播放器之間，將電纜替換成無(wú)線連接。

-使PC機(jī)和PC外接之間實(shí)現(xiàn)高速無(wú)線USB連接，包括打印機(jī)、掃描儀和外部?jī)?chǔ)存設(shè)備。

-替換下一代藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備如3G手機(jī)，基于IP/UPnP和下一代IP的PC/CE/移動(dòng)設(shè)備的有線連接。

-建立CE， PC和移動(dòng)設(shè)備之間的ad-hoc(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)) 高位速率無(wú)線連接。

無(wú)線PC外接設(shè)備連接：

如今的有線USB已經(jīng)擁有一定的市場(chǎng)份額，PC平臺(tái)的接線式相互連接，如(圖3)所示。但接線連接不是很便捷，而藍(lán)牙技術(shù)也僅僅從一定程度上解決了問(wèn)題，仍然有局限性。有UWB技術(shù)的無(wú)線USB將向希望使用無(wú)線USB的用戶提供解決方案。UWB將能夠在PC外接設(shè)備連接市場(chǎng)中占有巨大份額。無(wú)線USB工作組將會(huì)為此制定標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)提供10米范圍內(nèi)，速度超過(guò)480Mbps(相當(dāng)于有線USB2.0)。

CE設(shè)備的無(wú)線多媒體連接：

聲音和圖像的CE設(shè)備的無(wú)線多媒體連接和PC外接設(shè)備緊密相關(guān)。與PC和外接設(shè)備的受益相同，無(wú)線的便捷使用和數(shù)據(jù)傳輸能力是主要的優(yōu)勢(shì)。娛樂(lè)組合設(shè)備的種類是很廣泛的，如(圖4)所示：DVD， HDTV， STB， PVR， MP3， 環(huán)繞立體聲，數(shù)碼可攜式攝像機(jī)和數(shù)碼照相機(jī)還有其它的CE設(shè)備。比如UWB可以將STB或DVD連接到一個(gè)掛墻等離子彩電或者HDTV上，而不需要影響美觀的電線。

UWB還可以將PC和娛樂(lè)組合設(shè)備連接在一起，比如數(shù)碼可攜式攝像機(jī)連接到PC上可以進(jìn)行數(shù)字圖像編輯或者大LCD播放。將數(shù)碼相機(jī)和筆記本電腦連接起來(lái)進(jìn)行編輯，通過(guò)e-mail發(fā)送圖片。UWB的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)請(qǐng)看(列表1)。有UWB技術(shù)的WPANS，一旦設(shè)備足夠接近，相互識(shí)別，用戶只需輕擊發(fā)送鍵便可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

列表1：UWB在娛樂(lè)和PC環(huán)境下的特色和優(yōu)勢(shì)

移動(dòng)計(jì)算機(jī)設(shè)備的電線替代和網(wǎng)絡(luò)：

復(fù)雜的電線給移動(dòng)設(shè)備的用戶帶來(lái)極大不便。許多設(shè)備，比如個(gè)人掌上電腦通過(guò)USB端口連接，但其他像3G手機(jī)這樣的設(shè)備需要特殊的連接器。UWB設(shè)備只要足夠的接近，馬上就能相互連接而不需要電線。UWB傳輸速度快，熱點(diǎn)地區(qū)低能量消耗。

熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋使得移動(dòng)計(jì)算機(jī)設(shè)備能夠?qū)拵Ы尤刖W(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生了巨大的市場(chǎng)。今天，只有兩種技術(shù)可支持熱點(diǎn)：802.11a/b/g WLAN和基于藍(lán)牙的WPAN。但兩種技術(shù)都由局限性，UWB將克服這些困難。

UWB設(shè)備間的ad-hoc(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))連接：

像藍(lán)牙一樣，每個(gè)UWB設(shè)備都可以作為內(nèi)容來(lái)源和接收器?？梢詰?yīng)用與將數(shù)碼相機(jī)直接和打印機(jī)連接打印圖片。

技術(shù)考慮：

為了使UWB技術(shù)成為廣泛采用的無(wú)線解決方案，一下幾點(diǎn)需要解決：

-相互可操作性

-產(chǎn)品整合和認(rèn)證是否便捷

-總體解決方案的成本(OEM)

-全球頻譜分配

英特爾正在通過(guò)投資策略、研究、參與有線和無(wú)線通訊、產(chǎn)品開發(fā)來(lái)解決這些問(wèn)題。英特爾同時(shí)正在充分利用UWB技術(shù)的優(yōu)勢(shì)來(lái)開發(fā)協(xié)議。無(wú)線USB工作組和數(shù)字家庭工作組喂WUSB標(biāo)準(zhǔn)所做的工作是英特爾學(xué)習(xí)的例子。

未來(lái)：無(wú)線自由Intel

英特爾致力于無(wú)線技術(shù)。公司為將來(lái)所有設(shè)備的精巧無(wú)線連接鋪設(shè)了遠(yuǎn)景，這個(gè)遠(yuǎn)景稱之為無(wú)線自由英特爾，賦予了精巧無(wú)線的概念，對(duì)頻譜和應(yīng)用重新審視。配置包括WLAN熱點(diǎn)802.11無(wú)線，藍(lán)牙技術(shù)的手機(jī)，UWB無(wú)線的WPAN。為了實(shí)現(xiàn)這些遠(yuǎn)景，英特爾正投身與射頻空間的所有領(lǐng)域(圖5)。在無(wú)線寬域網(wǎng)(WWAN)中，英特爾支持WiMAX。在WLAN空間中，英特爾繼續(xù)推動(dòng)迅馳移動(dòng)技術(shù)。現(xiàn)在，有了UWB技術(shù)對(duì)WPAN的支持，英特爾無(wú)線自由的概念離實(shí)現(xiàn)僅一步之遙。

總結(jié)：

UWB和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議正在開發(fā)的初期階段，關(guān)鍵的部署步驟正在定義和評(píng)估當(dāng)中。UWB對(duì)當(dāng)今WLAN環(huán)境下部署的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)起到補(bǔ)充作用，延長(zhǎng)高碼率，多媒體連接WPANS，支持PC， CE和手機(jī)設(shè)備。這種結(jié)合將實(shí)現(xiàn)電腦、消費(fèi)電子和移動(dòng)通訊的融合。

普通無(wú)線平臺(tái)與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無(wú)縫接入，有效地降低成本，CE外接的解決方案將改變家庭娛樂(lè)的環(huán)境。

許多UWB組件和系統(tǒng)已經(jīng)在測(cè)試和展示階段，最終實(shí)際發(fā)放消費(fèi)產(chǎn)品的日期有望在2005年初。英特爾公司正在和行業(yè)合作確保這個(gè)技術(shù)的成功。