超寬帶(UWB)是專門面向短距離個人區域網絡(PAN)的無線技術，也是為電腦外設、家電和其它移動設備實現下一代無線互連而精心打造的領先技術。憑借高可用帶寬，UWB將支持多種設備間的無線連接，以及視頻、音頻和其它數據流的傳送。例如，UWB可將電腦或家電設備(如攝像機、DVD播放機或個人錄像機)的視頻內容傳輸到平面HDTV顯示屏上，無需使用任何線纜。

圖1  多頻帶OFDM頻帶計劃

圖2   通用UWB無線平臺視圖

UWB的工作原理

UWB發射機在廣泛頻譜范圍內通過幾千兆赫茲帶寬發送數十億脈沖工作。隨后，相應的接收機會根據發射機發送的類似脈沖頻率將這些脈沖轉換成數據。具體來說，UWB是指頻譜占有20%以上的中心頻率或至少500 MHz帶寬的無線技術。

UWB傳送技術使用脈沖在廣泛頻譜內調制信息。時域內的脈沖寬度決定占用的頻域內帶寬。

UWB面臨的問題

UWB面臨著全球管理機構批準方面的諸多挑戰。美國是目前唯一允許UWB商業應用的國家。在全球不同國家和地區，UWB頻譜的分配存在很大差異。例如，日本政府鼓勵無線系統開發商避免在分配給射電天文臺的UWB頻譜范圍內使用多個窄帶。其它國家也規定了類似的UWB無線使用規則。

UWB的優勢在于可以動態關閉子帶和個別音頻，以符合指定頻譜上的當地操作規范，從而滿足地區管理政策。憑借UWB靈活的頻譜調制能力，一旦UWB產品投入市場，無線技術將有望得到許多國家的法律認可。亞太區許多國家已計劃從2004年下半年或2005年開始分配UWB頻譜，日本和韓國將率先追隨FCC先行的步伐。歐洲國家也有望在未來幾年內分配這種頻譜。

多頻帶OFDM聯盟(MBOA)

研究人員目前正在尋求接近UWB的多頻帶正交頻分復用技術(OFDM)，以獲得諸多優勢。這也就是說，多頻帶OFDM方法可以實現與窄帶系統(如802.11a)的完美共存，適應不同的管制環境，支持未來擴展和后向兼容。隨著多頻帶OFDM聯盟(MBOA)的成立，最初的多頻帶方法中增加了針對每個子帶的OFDM調制，目的在于為UWB開發最佳技術解決方案。

MBOA于2003年6月由家電、個人電腦、家庭娛樂、半導體和數字成像領域的最有影響力的廠商共同成立，其宗旨是為新興的UWB(IEEE 802.15.3a)PHY規范開發最佳技術解決方案，以支持廣泛的應用。迄今為止，多頻帶OFDM聯盟已有50多個成員，支持單一的UWB技術方案。

多頻帶OFDM方法

在多頻帶OFDM方法中，可用的7.5 GHz頻譜被分成了多個528 MHz頻帶。這就允許在特定頻率范圍內有選擇性地實施頻帶，同時將頻譜其它部分置于空閑狀態。射頻在頻譜特定范圍運行的動態能力非常重要，可以很好地適應全球各國政府的管制要求。

MBOA方案的頻帶計劃將頻帶分為A-D四組，如圖1所示。 其中B組(4.9GHz - 6.0 GHz)和D組(8.1GHz -10.6GHz)留待以后使用。

多組頻帶可以實現多頻帶OFDM設備的多種運行模式。根據當前的多頻帶OFDM方案，頻帶1至頻帶3用于模式1設備(必選模式)；頻帶6至頻帶9用于模式2(可選模式)。

每個頻帶上傳輸的信息均采用OFDM進行調制。OFDM在按精確頻率劃分范圍的大量載波上分配數據。這些空間可為該技術提供“正交”能力，可避免解調器看到自身以外的其它頻率。

OFDM的多種優勢

OFDM的優勢包括：頻譜效率高、抗射頻干擾能力強、多路徑失真率低。通過使用OFDM調制技術和多頻帶技術，更容易使用單一射頻鏈收集多路徑能量，使接收機可以抵御窄帶干擾，而不會損失子帶資源或降低數據速率。這些優勢將有助于關閉個別音頻，并采用前向糾錯編碼更方便地恢復受損音頻。

盡管這樣會增加無線設計的復雜性，但需要重點指出的是，OFDM(FFT/IFFT)中的關鍵信號處理阻塞表明需要50k門，這僅占芯片總面積的一小部分。此外，該功能可集成到深亞微米CMOS工藝中，以擴展摩爾定律，從而實現大部分接收路徑功能。

PHY解決方案的總硅模面積，對于模式1(3頻帶)設備預計為4.9平方毫米，對于模擬/射頻部分1和數字部分分別為3.0平方毫米和1.9平方毫米。這些預計在2004年采用90納米CMOS技術節點，而PHY的數字部分預計需要295K門。實質上，多頻帶OFDM UWB無線技術本身的制造將會日益簡單，并將充分利用摩爾定律帶來的優勢。

UWB應用

UWB無線的概念已滲透到多種不同應用和行業，并成為公認的“通用UWB無線平臺”。UWB無線與融合層一起，已成為不同應用的基本傳輸機制，其中有些應用目前僅支持有線連接。通用UWB平臺上運行的一些更重要的應用包括通用串行總線(USB)、IEEE 1394、下一代藍牙和通用即插即用(UpnP)- 參見圖2。

這一概念帶來了許多潛在的應用，并創造了第一個高速無線互連。本文不是要全面介紹所有可能的使用模型，而旨在深入剖析該技術的核心能力。

對于無線電腦外設連接，UWB技術提供了當今其它互連選件無法比擬的綜合性能和易用性。目前，有線USB在電腦平臺線纜互連市場占有很大份額。但用戶對線纜的方便性和易用性提出了更高的要求。通過擺脫外設與電腦間的線纜束縛，同時提供用戶期望的有線USB連接性能，使得UWB在電腦外設互連市場的重要性日益凸顯。UWB的一個典型應用就是將移動設備(如便攜式媒體播放器(PMP))與內容資源(如個人電腦、筆記本電腦或外部硬盤(HDD))進行無線連接。一旦通過鑒權和授權，該設備和個人電腦便可將視頻文件批量傳輸到PMP以備日后欣賞。

與電腦連接密切相關的是家庭音像設備的無線多媒體連接。在此類設備中無線連接的易用性和數據傳輸性能是關鍵因素。例如，無線連接性是壁掛式等離子顯示器的理想選擇，因為用戶從美觀方面考慮，不希望看到與STB間的連接線纜。另一使用模式是能夠加載DVD，將視頻內容無線傳輸到數字電視(DTV)。這種使用模式特點是能夠同時將數據流內容傳輸到多種設備。這將支持畫中畫功能，或在多臺可視設備上瀏覽相同或不同內容。

融合設備要求

家電類別中也需要關鍵融合設備，用于電腦使用環境和娛樂中心集群中。便攜式家電影音設備，如DV攝像機、數碼相機、便攜式MP3音頻播放器和新興的個人視頻播放器，都將成為早期UWB主流市場的后備力量。原因在于市場對這些設備的獨特需求，以及UWB能夠出色滿足這些需求。

融合設備要求

家電類別中也需要關鍵融合設備，用于電腦使用環境和娛樂中心集群中。便攜式家電影音設備，如DV攝像機、數碼相機、便攜式MP3音頻播放器和新興的個人視頻播放器，都將成為早期UWB主流市場的后備力量。原因在于市場對這些設備的獨特需求，以及UWB能夠出色滿足這些需求。 

這些要求包括多媒體內容的高速數據傳輸，到其它設備的短程傳輸，有限電池容量帶來的低功耗，市場價格壓力造成的低復雜性和低成本要求，以及有線連接替代選擇等。預想的使用模式是將數字攝像機中的視頻內容傳輸到等顯示器設備(如DTV)上播放。再如，在大型顯示屏上欣賞用戶數碼相機(DSC)中的照片。

結語

UWB是面向電腦外設、家電和其它移動設備的一種前景非常光明的無線互連技術。研究人員和工程師們正致力于在不久的將來部署UWB技術。隨著通用UWB開發平臺實現標準化，電腦、移動設備和家電市場的制造商將能夠選擇UWB作為物理層，充分利用該技術帶來的低能耗和高帶寬優勢。