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时间 |
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2005-11-22 11:04:20 |
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作者 |
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孙定 |
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UWB在比展频更宽的频带上传输数据，将香农理论发挥到了极致。窄带通信发射信号的带宽与中心频率之比小于1%；展频为1%～25%,UWB则超过25%。频带扩到如此之宽，与其他通信方式相比，UWB具有不同于窄带与展频的特质。
在同等信噪比的要求下，UWB信号能量密度大大降低，比如在数十米的范围内，所需功率小于1mW。其次，因为带宽特别大，以至于能直接将1纳秒左右的脉冲信号无需载波直接发射，每秒可发送10亿个脉冲（按傅立叶变换高频无线脉冲所占频带极宽），这一特性使UWB省去窄带与展频所必需的载波过程，简化了系统结构，有利于降低成本。第三，按照香农信息公式，带宽与数据传输速率成正比，UWB所占带宽宽于窄带与展频，因此其数据传输速率也更高（UWB与窄带和展频的对比参见图1）。
UWB诞生于冷战时代，长期以来一直用于军用雷达设备。2002年2月14日，美国FCC批准民用，并将3.1G～10.6GHz频段作为低功率（小于1mW/MHz）室内通信向民间开放。
先进的技术以及FCC批准军转民，使UWB成为新一代WPAN的物理层。
无线USB 1.0要点
到2005年底，全球配有USB的各类产品社会保有总量估计超过5亿，社会上还存有大量支持USB的软件，厂商会开发，用户会使用。因此，将UWB与USB结合构建新一代高性能WPAN，就可以使现有的USB设备方便地升级为无线连接。无线USB 1.0就是遵循了这样的设计思路。
按照USB 1.0规范，现有USB 2.0界面可通过两个Wire Adapter（WA，有线适配器）将有线的USB转换成无线USB。一个WA通过USB 2.0接口接入计算机端，另一个通过USB 2.0接口连接打印机等外部设备，两个WA间通过UWB物理层实现无线连接（参见图2）。
无线USB 1.0所用的UWB符合多频道OFDM联盟（MBOA）的UWB PHY规范。
OFDM（正交频分复用）是对信号进行展频调制的一种技术方案。按MBOA规范，UWB的带宽被分成若干个带宽为528MHz的子频段，数据分解后被分配到这些子频段并行发送，接收以后经过重新装配使数据恢复。
OFDM的优势在于“正交”。如果两个二维向量正交（交角90度），则一个向量在另一个向量上的投影（分量）为零。如果两路信号正交，则它们虽然使用的频率有所重叠也不会相互干扰。OFDM通过相位和幅度调制，使各子频段信号正交，相邻子频道使用的频率有所重叠（参见图3）。OFDM不必在两个相邻频段间设置隔离频段，大幅提高了带宽资源的利用率。目前常见的DSL、电力线上网以及WiMax等都采用这种调制方式。
按照MBOA的UWB PHY规范，无线USB 1.0的物理层的传输速率分53.3、80、106.7、200、300、400和480Mbps等七档。其中，53.3、106.7和200Mbps是必备的速率，其余四项可选。无线USB 1.0采用“轮辐”式拓扑结构，一个无线USB 1.0系统最多可同时接入127个设备（参见图4）。在传输速率和接入设备数量和方式上，无线USB 1.0与USB 2.0完全匹配。
按无线USB 1.0规范，当设备联入时，会在规定的时段向主机发出消息。然后主机与设备相互交换、识别彼此的ID并相互授给访问权限，接着主机给设备指定USB地址，并将设备状态通知上层软件。主机与设备通信时，数据通过AES-128/CCM机制加密。当主机或设备任一方按协议规定发出断接请求时，无线USB的联接就会被中止。在主机与设备间无法正常通信且发生超时的情况下，无线USB也会自动中止联接。
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