摘要 UWB（ultra wideband）是最新的寬帶無線通信技術之一，可以實現數字家庭和辦公室中設備間的可移動的高速連接，以方便傳送視頻、音頻和其他寬帶數據流。UWB作為后3G時代的前沿無線技術，有著巨大的發展潛力和廣闊的市場應用前景。正因為如此，UWB的標準之爭從其概念提出之時就非常激烈。從兩種UWB標準理論上的差別開始，討論了兩種標準各自的發展過程以及爭論的焦點，分析了兩種標準目前的市場發展狀況，最后對兩種標準的未來進行了展望。
0、引言
超寬帶無線電（Ultra wideband radio）是在輻射波形的基礎上定義的，最常見的關于“超寬帶（UWB）”的定義來源于UWB雷達系統。1989年前，超寬帶信號主要是通過發射極短脈沖獲得，這種技術廣泛用于雷達領域并使用脈沖無線電（IR）這個術語，屬于無載波技術。1989年美國國防部（DARPA）首次使用超寬帶這個術語，并規定若一個信號在-20 dB處的絕對帶寬大于1.5 GHz或相對帶寬大于25%，則這個信號就是超寬帶信號。2002年FCC（美國聯邦通信委員會）頒布了UWB的頻譜規劃，并規定只要一個信號在-10dB處的絕對帶寬大于0.5 GHz或相對帶寬大于20%，則這個信號就是超寬帶信號[1]。
1、UWB的標準之爭
從本質上看，UWB是發射和接收超短（ns-ps級）電磁能量脈沖，并以此進行數據傳送的無線技術。UWB自2002年2月14日FCC批準民用以來，已經得到了快速地發展。但它也正在面臨著標準制定的挑戰。目前在UWB技術領域存在著兩方對立陣營，即Intel、TI等倡導的MBOA（多頻段OFDM聯盟）和Freescale等倡導的UWB論壇（利用DS-CDMA技術）。而原定2005年上半年完成的UWB標準的制定工作也因此停滯不前。
1.1 歷史
2002年1月，IEEE 802.15.3 SG3a工作組成立，旨在為面向WPAN（wireless personal area network，無線個域網）應用的IEEE 802.15.3標準制定出高速物理層補充標準IEEE 802.15.3a，UWB的標準化進程由此開始。工作組在標準提案征求書中提出的系統指標是：[2，3]。
1）使用FCC開放的3.1 GHz-10.6 GHz頻段，發送信號的功率譜密度低于-41.3 dBm/MHz。
2）目標速率：
10 m距離上實現110 Mbit/s；
4 m距離上實現200Mbit/s；
1 m距離上實現480 Mbit/s。
3）支持4個不同步的微微網同時工作。
2003年3月，SG3a（802.15.3a研究組）如期收到23個提案。經過協商討論，在2003年7月的會議上。這些提案最終融合成了兩大方案，即傳統的脈沖無線電方案和多頻帶正交頻分復用（OFDM）方案。前一方案的倡導者多是早期投身超寬帶無線通信研究與開發的中小公司，以美國MSSI、Xtreme Spectrum公司等為代表，它們擁有大量脈沖無線電方面的發明專利，在UWB的應用開發進程中已先行一步。一些傳統的通信大公司顯然不愿意受到這些專利的制約，于是另起爐灶，完全摒棄了無載波窄脈沖的思想，又回到傳統的窄帶通信技術上，提出將可用的7.5 GHz頻段劃分成十幾個500-600 MHz左右的子頻帶，在每個子頻帶上采用OFDM技術實現寬帶無線通信的方案。出于商業利益的爭奪，兩種方案的競爭異常激烈，在2003年7月、9月和11月會議上進行的投票中，任何一方都沒有得到75%的贊成票，只能留待下一次會議加以解決。
為獲得更多的支持票，兩大陣營一直都在積極采取各種行動。2003年7月，以Intel和TI為首的多頻帶OFDM聯盟（MBOA）正式成立，有50多家企業加入，包括Alereon、微軟、Intel、惠普、諾基亞、索尼等廠商。鑒于IEEE標準制定工作一再拖延，MBOA決定成立特別工作組，不再等待IEEE的最后結論，計劃在2004年5月發布MBOA規則Release 1.0，并開始進行基于該規則的設備開發，計劃在2004年第4季度和2005年第1季度分別提供芯片樣品和集成模塊。另一陣營得到了UWB論壇的支持，UWB論壇包括Freescale、摩托羅拉等廠商。為打破僵局，一些公司已表示將免費提供與標準相關的UWB專利。摩托羅拉作為這一陣營的堅定支持者，在2003年11月宣布收購Xtreme Spectrum公司，使源于Xtreme Spectrum的UWB開發工作得到Freescale的軟件和芯片制造工程資源。
從技術上來講，MBOA和DS-UWB（直接序列超寬帶）是無法彼此妥協的，DS-UWB曾提出一個通用信令模式，希望與MBOA兼容。但這種模式顯然在技術上無法實現，所以被MBOA、IEEE和無線USB（Universal Serial Bus）協會拒絕。
從產品上來講，DS-UWB在開始的時候走在了前面。它的樣品在2004年初的時候已經在拉斯維加斯的消費電子展上展出，但之后的進展比較緩慢，當時存在的問題今天依然存在，例如功耗很大、需要兩根天線分別收發、在天線與接收器中間有阻擋時會出現花屏等。而另一方的MBOA正迎頭趕上，來自Staccato公司芯片級的物理層芯片在2004年的第一季度完成，2004年八九月份的時候，配合TI公司可編程門陣列（FPGA）的媒體存取控制器（MAC）已經可以工作。FPGA還不是芯片級的產品，是在芯片生產之前用來驗證和測試邏輯功能的，這是一個雙芯片的方案，相比較于DS-UWB的四芯片方案在成本、體積和功耗上占有較大的優勢。
1.2 現狀
2006年1月15日，歷時4年始終爭執不下的UWB標準終于破局。在美國夏威夷召開的IEEE會議對其準備提交給上級組織的解散案進行了投票表決，結果得到了約95%的贊成票。IEEE上級組織對該解散案進行審議，并于今年夏天正式宣布解散。這意味美國IEEE802委員會下級組織、制定無線技術UWB標準方式的IEEE802.15 TG3a工作小組正式放棄標準制定工作。始于2002年初的UWB標準制定工作，經過大約4年的爭論后無果而終。
與此同時，2006年2月22日，國際電信聯盟第一研究組（ITU Study Group 1）已批準2005年10月召開的頻譜管理會議上提出來的一系列建議，給予超寬帶（UWB）全球性監管標準準（global regulatory standard）的地位。該標準包括對共享頻帶能量裕度損失的計算方法、對于發射頻譜和帶寬的新定義、對于自由空間多余發射的限制、測量射頻噪聲的頻率獨立方法、UWB傳送測量、UWB的關鍵特性、UWB器件對其他RF（射頻）系統的影響，以及用于推出UWB系統的框架等內容。業界認為，該標準的最富價值且最重要的部分，是長達800頁對UWB基于現有RF系統影響的描述。對于給出關于監測方法的精確定義，以及為實現實際系統提供的指導方法等內容都非常有用。這意味著開發UWB應用將成為全球業界競相追逐新的技術熱點。
然而IEEE802.15 TG3a工作小組的解散并不意味著兩種大不相同的UWB標準之間的競爭減弱了。相反，兩種UWB標準在無線USB市場主導權的爭奪上，仍反映了開發DS-UWB和OFDM版本UWB標準的早期努力。
UWB論壇的Freescale半導體和貝爾金公司（Belkin Corporation）一直致力于推動“Cable-Free USB”[3]，他們聲稱該技術更接近真正的USB2.0擴展。Cable-Free USB基于Freescale的專利UWB標準，該技術使得PC可無線地連接到支持USB的大容量儲存設備，并可以與其以最大480 Mbit/s的速率進行數據交換。Cable-Free USB的目標是使各公司不用為外圍設備開發新的USB驅動器，就能實現無線連接。因此，雖然USB開發者論壇正設計一種需新驅動器和軟件堆棧的新無線USB標準，但飛思卡爾的方案將采用現有的USB 2.0驅動器。目前，在全球范圍內。約有7.5億個系統或外圍設備安裝的是USB 2.0驅動器，飛思卡爾相信它的許多客戶會以UWB無線連接使用這些現有的USB 2.0設備。另外，Freescale仍繼續努力以使DS-UWB技術成為IEEE的一個標準，并且正在開發一種兼容USB 2.0的UWB版本。該版本稱為wireless zero install。Freescale聲稱Cable Free USB為zero install的無線USB，以強調其產品無須額外的驅動程序。Cable Free芯片現已上市。產品也于今年6月發表，但至今尚未出貨，第一批Cable Free USB產品是PC端聯機用的“Dongles”以及裝置端聯機用的USB集線器。
另一方面，英特爾則帶領著WiMedia聯盟中的許多公司力推一種Certified Wireless USB。Certified Wireless USB是擁有USB標準的USB開發者論壇所認可的唯一無線USB標準，能在與主機端距離3 m的范圍內，以每秒480 Mbit/s的速度傳輸；而這種速度與高速USB的規格是完全一樣的。Certified Wireless USB需要特定的驅動軟件，而Microsoft現已提供Alpha版本。Certified Wireless USB也已經有芯片展示，但尚未有產品上市。名義上，Certified Wireless USB的目標市場是所有的USB裝置，但主要的焦點似乎放在virtual docking stations的部分，可讓筆記本電腦在桌上直接連接至多個外圍設備，而不用任何纜線。英國CSR公司宣布開發WiMedia/Bluetooth聯合產品，而美國力科公司（Lecroy）近日宣布了首批Certified Wireless USB試驗產品的出貨。預計Certified Wireless USB市場會在2006年開始發展，并在2007～2008年間呈現顯著的增長。
2、UWB未來展望
經過4年的爭論。UWB標準之爭的戰場最終轉向市場。是DS-UWB保持領先并最終勝出，還是MB-OFDM后來居上，從目前的形勢來看，MB-OFDM方案似乎占據了上風。但是，無論哪種方案最終被采用，超寬帶畢竟帶來了一種全新的通信理念，對無線頻譜資源的利用將從窄帶有牌照分配轉向寬帶無牌照共享方式。由此帶來的安全問題、相互干擾問題，以及對網絡結構和多址接入機制的重新考慮，將會產生出許多新的研究課題。
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