UWB标准化进程-基础电子

精品文档-下载后可编辑UWB标准化进程-基础电子（1）IEEE802.15.3a

为制定基于UWB技术的高速WPAN物理层标准IEEE802.15.3a，美国IEEE协会先后成立了3G研究组（SG3a）和3a任务组（TG3a）。经过前期预研，SG3a于2022年8月完成了关于市场潜力、兼容性、显著性、技术可行性和经济可行性的Sc技术。2022年12月，TG3a完成了技术需求和标准提案选择规则，并于2022年1月公布了标准提案筛选程序。根据TG3a提出的技术要求，IEEE802.15.3a在10m范围内提供至少110Mb／s的传输速率，在4m范围内提供至少200Mb／s的传输速率，误包率应低于8％，并将48OMb／s作为各选的高速率等级。要求支持4个微微网（Pico-net）同一区域同时工作。关于兼容性、功耗等诸多因素也进行了明确的规定。关于IEEE802.15.3a的标准提案早期多达30项。经过TG3a（美国3a任务组）多个轮次的筛选，只剩下两个提案：一个是以Intel公司为首的多带正交频分复用联盟（MBOA）提交的多带正交频分复用（MB－OFDM）方案，另一个是以Freescale公司（前摩托罗半导体部门）为首的UWB论坛提交的直扩码分多址（DS－CDMA）方案。按照TG3a制定的提案筛选程序，一项提案要成为标准需得到全体成员75％以上的票数。由于双方的得票率始终不能超过75％，而且两种方案的差异太大，合二为一的可能性极小，致使IEEE802.15.Od标准至今难以终确定。

（2）MB-OFDM方案

MBOA支持的MB－OFDM方案将3.1～1O.66Hz频段分为13个带宽为528MHz的子带。在代产品中，采用了3.1～4.96Hz频段的3个子带（中心频率分别为3432MHz、3960MHz、4488MHz）。每个子带内采用正交频分复用（OFDM）调制，从而保证瞬时信号带宽大于500MHz。为支持4个微微网同时工作，采用跳频多址技术，每个微微网使用特有的时频码。OFDM调制采用128点IFFT完成，有效子载波数为100，其余子载波用于导频数据传输和频谱调整。为满足FCC对辐射谱密度的限制并减弱峰均比，每个子载波仅采用正交移相键控（QPSK）实现星座映射。采用60.6ns的循环前缀克服多径时延扩展可能引起的符号间干扰。为便于实现载波频率切换，OFDM符号之间增加了9.5ns的保护间隔。信道编码采用约束长度为7、码率为1的卷积码，并通过“凿孔”技术调整编码效率，以便根据信道状况调整数据速率。为进一步获得分集增益，采用了信道交织和扩频技术。信道交织包括OFDM符号内的子载波交织和不同子带间的交织两个层次，极大地提高了频率分集增益。利用“镜像”子载波数据的共轭对称特性，可获得两倍的扩频增益。

（3）DS-CDMA方案

超宽带论坛支持的DS-CDMA方案将3.IGHz和110.6GHz频段划分为高、低两个频段，分别为3.1～5.15GHz（低频段）和5.825～10.66Hz（高频段），两个频段可以分别使用或联合使用。为避免与802.11a等系统相互干扰，两个频段之间的免授权国家信息基础设施（U-NII）频段不被使用。单独使用低频段，可实现28.5～400Mb／s的传输速率；单独使用高频段，可实现57～800Mb／s的传输速率；两个频段联合使用时，可实现高达1.2Gb／s的传输速率。DS-CDMA方案可以支持多8个微微网同时工作，4个工作在低频段、4个工作在高频段。同一频段的4个微微网使用不同的扩频码集合避免相互干扰。在Freescale公司的代芯片中仅使用低频段。为提高传输效率，DSCDMA系统采用多进制双正交键控（M-BOK）方式进行符号扩频，扩频后的码片映射成BPSK或QPSK星座进行传输。为提高传输可靠性，DS-CDMA系统的信道编码采用卷积码、RS（reed-solomon）码以及级联码。DS-CDMA系统通过卷积交织技术进一步提高系统抗衰落能力。根据信道状况，系统传输速率可以通过选择不同的星座、信道编码方案、MBOK方案进行配置。

（4）IEEE802.15.4a

自2022年11月，IEEE开始酝酿建立基于UWB的低速WPAN物理层标准IEEE802.15.4a。目的在于提供比802.15.4更高的传输速率、更低的功耗、更远的距离、更低的价格，尤其强调了的测距和定位能力。2022年7月，研究工作组SG4a正式成立并开始广泛征集相关信息。2022年1月，SG4a完成了5c技术。2022年3月，TG4a工作组正式成立并开始制定技术需求、标准提案筛选规则及筛选程序。按照TG4a制定的技术需求，IEEE802.15.4a应提供至少1Kb／s的链路速率，对于数据收集节点应提供1Mb／s以上的传输速率；要求测距和定位误差小于lm；基本通信距离0～30m；功耗极低，电池供电可维持数月至几年的时间。2022年7月，TG4a工作组开始征集标准提案。至2022年1月，总共收到26个标准提案。虽然TG4a对提案筛选程序进行了反复修改，但这个程序并没有真正执行。为避免出现类似802.15.1a标准那样的无法终确定统一标准的僵局，提案各方经过磋商，于2022年3月形成了一个融合多家提案的基本纲要。在这份纲要中，包括两个可选的物理层：工作于3.1～1O.66Hz免授权频段的UWB脉冲无线电技术和工作于2.4GHz免授权频段的线性调频（Chirp）扩谱技术。

（5）MBOA的UWB通用平台

由于IEEE802.15.Od标准出现僵局，MBOA于2022年初成立了特别兴趣小组（SIG），着手制定和推广自己的物理层和MAC层规范，力争成为事实标准。WiMedia联盟是一个由30余家国际大公司组成的非营利组织，致力于促进个人操作空间内多媒体设各的无线连接和互操作性，它与无线USB促进组织和1394商业协会有着广泛的合作关系。WiMedia正在制定支持多个应用的通用抽象层，使他们在一个通用射频层上实现连接和互操作。2022年5月，WiMedia联盟与MBOA签署了协议，表示支持采用MBOA的物理层和媒体访问控制（MAC）层规范。这使得MBOA的物理层规范和MAC层规范可以广泛支持各种应用层业务，将成为支持多种应用的UWB标准通用平台。Intel公司对外发布的UWB标准通用平台包括两个层：由MBOA的物理层和MAC层组成的UWB射频层、由WiMedia开发的支持多种应用的汇聚层。在UWB标准通用平台上可以支持无线USB、无线1394、通用即插即用（UPNP）、IP等多种应用。

（6）WUSB与W1394

目前，通用串行总线（USB）和IEEE1394是市场占有率的两种高速总线标准。USB1.0以同步传输模式提供1.SMb／s和12Mb／s两种速率，而USB2.0可以提供高达480Mb／s的数据传输速率。USB技术已经广泛应用于市场上各类PC机外设及消费类数码产晶中，包括打印机、鼠标、键盘、硬盘、数码相机、USB闪存、MP3等。在软件方面得到微软Windpw操作系统的全面支持,1394可以在节点设各间提供100Mb／s、200Mb／s、400Mb／s的传输速率，且同时支持同步传输和异步传输两种模式。在版本的1394b中，传输速率被提升至SOOMb／s，未来将提供3.2Gb／s的传输速率。目前，1394在影像消费电子设各及大数据量外部存储器中占据优势地位，例如数字摄像机、外置海量硬盘、4倍速以上DVD刻录设各等。在笔记本电脑市场上，1394也占据相当大的市场，且得到通用操作系统平台的支持。因此，采用UWB技术为USB和1394提供高速无线连接成为研究热点。2022年2月，由Intel、AgereSystem、惠普k微软、NEO、飞利浦、三星电子共7个国际大公司发起成立了无线USB（WUSB）促进组织，致力于推动基于MBOA／WiMediaUWB标准通用平台的高速WUSB。其应用定位于多媒体消费电子、PC外设和移动设各的高速互连，目标速率为480Mb／s（3m时）与llOMb／s（10m时）两个等级。2022年5月，UWSB促进组织完成了UWSB技术规范，MAC层标准即将推出，产品预计2022年底面世。IEEE1394商业协会于2022年成立了无线工作组（WWG），其目的是开发一个协议适配层（PAL）标准，将有线1394应用适配到WPAN标准IEEE802.15.3的MAC层，利用802.15.3的宽带物理层技术实现无线1394。2022年12月，WWG宣布PAL标准完成。由于802.15.3标准