UWB技术及其应用

UWB技术简介2023/5/121Contents2023/5/1221.什么是UWB2.UWB的发展3.UWB的应用3.DS-UWB4.MB-OFDM5.UWB有关的组织6.相关产品情况2023/5/123WhatisUWB(1/2)

DefinitionfromFirstReportandOrderFCC02-48，February14,2002---Ultra-WideBand

--Bandwidth

Bandwidth>=500MHz2(fH-fL)/(fH+fL)>=0.2

1.61.92.4Bluetooth,802.11bCordlessPhonesMicrowaveOvensGPSPCS5802.11a-41dBm/MHz“Part15Limit”UWBSpectrumFrequency(Ghz)EmittedSignalPower10.63.12023/5/124--VeryLowPowerSpectralDensity(PSD)

InbandaverageEIRP<-41.25dBm/MHz75nW/MHzInbandpeakEIRP0dBm/50MHz

EIRP(平均有效等方向性辐射能）--ApprovedSpectrumisApplicationSpecific3.1~10.6GHz--NoRFmodulation

--Shortelectricpulses(sub-nanosecond)aregenerated,transmitted,receivedandprocessed

Verylowdutycyclepulses

Noenergycontentat0Hz

WhatisUWB(cont’d3/3)2023/5/125UWB的发展(1/2)1960年代，美国军方开始有关雷达侦测与无线通信的秘密研究，主要使用UWB技术，采用扩频跳频技术。1993年，美国南加州大学通信科学研究所论证了采用短脉冲跳时调制多址技术进行通信的理论，从而开始了UWB无线通信的研究和开发工作。1998年，FCC发布了UWB技术应用的调查通告，之后，开始制定UWB的法规。2023/5/1262002年2月14日，FCC通过了UWB作为民用无线通信技术使用的法规-Part15，并对UWB做了明确的定义。2003年，Freescale生产出商用的UWB收发设备，2004年3月获FCC批准。2004年4月，Intel、TI也展示了其UWB芯片，传输速率达480Mbps。之后，UWB的应用开发全面展开。UWB的发展(Cont’d2/2)Radar－－定位、测距无线机顶盒与HDTV连接、无线DVD与HDTV连接、数码摄像机(DVC)与数码相机(DSC)/HDTV连接、DSC/DVC与DVD-R的连接、PDA/手持设备/DSC与PC连接、DVC/DSC与数码打印机的连接等－－WUSB军事－－单兵作战系统、无线UWB电台2023/5/127UWB的应用(1/3)2023/5/128UWB的应用(Cont’d2/3)UWB的应用(Cont’d3/3)2023/5/129UWBTechnology–DS-UWB(1/3)2023/5/1210UWBTechnology–DS-UWB(cont’d2/3)DS-UWB的特点：多个传输任务可共享整个频带与OFDM相比，对现有的、许可的频带内的用户造成的干扰更少成本更低，易于实现----CDMA可低功耗、低速数据流的无线传输也可以实现更高速的无线数据传输2023/5/1211UWBTechnology–DS-UWB(cont’d3/3)以Freescale为核心

XtremeSpectrum公司2023/5/1212200520042006220Mbps@<10m500mW2chipBB/MAC+RFMiniPCI1394/USB2.0110Mbps@<10m750mW3chipBB+MAC+RFMiniPCI1394500Mbps@5m1000Mbps@<1-2m1chipBB/MAC/RFMiniPCI1394/USB2.0250mWUWBTechnology–MB-OFDM(1/4)MB-OFDM是将频谱分成14个频带，每个频带间隔为528MHz。定义了5个频带组。并允许结构化扩展2023/5/12133432MHz3960MHz4488MHz5016MHz5544MHz6072MHz6600MHz7128MHz7656MHz8184MHz8712MHz9240MHz9768MHzBand#1Band#2Band#3Band#4Band#5Band#6Band#7Band#8Band#9Band#10Band#11Band#12Band#13BandGroup1BandGroup2BandGroup3BandGroup4Band#14BandGroup510298MHzMandatoryOptionalOptionalOptionalOptionalUWBTechnology–MB-OFDM(Cont’d2/4)

MBOA的特点：频带利用率高多个频率子带并列避开了某些频带，灵活配置2023/5/12143456789101134567891011GHzUWBTechnology–MB-OFDM(Cont’d3/4)2023/5/1215UWBTechnology–MB-OFDM(Cont’d4/4)2023/5/1216PHYProposalSpecsStableStandards&

TechnologyCreation7/03 2/04 9/04 Q105 Q205 Q405–Q206…ProductizationMulti-VendorInteroperabilityICDevelopment ICSamples

MACSim/DevC&IProgram

ComponentsEcosystem

FormationCorporateR&DTechnology

Demonstration

(IntelDevelopersForum)DevelopmentPlatformBusinessGroupsEngagedCommercial

DeploymentProductDevelopmentUWBTechnology–PPM2023/5/1217组织－－TwoAllianceofUWB(DS-UWB&MB-OFDM)2023/5/1218MBOA(MultibandOFDMAlliance)FormedinJuly2003Over170companiesMarch05:MBOA-SIGmergedwithWiMediaAlliance WiMedia-MBOAUWBFORUMFormedinlate2004Over100companies组织－－WiMediaAllianceWirelessUSB:无线USB；

Wireless1394:无线1394；

ApplicationProfile:应用层协议子集；

DLNAcompliant:DLNA兼容，DLNA是数字化客厅网络联盟的缩写（DigitalLivingNetworkAlliance）；

PAL:协议适应层,（ProtocolAdaptionLayer）；

UPnP/IP:即插即用多媒体IP电话；

WimediaConvergencePlatform:Wimedia汇聚平台。Wimedia是无线多媒体的缩写（WirelessMultimedia）；

2023/5/1219组织－－WUSB实施者论坛（WUSB-IF)负责制定WirelessUSBspecification.2023/5/1220组织－－WUSB实施者论坛（WUSB-IF)2005年7月，在美国加州举行的第一届无线USB(WUSB)开发商大会上，USB实施者论坛(USB-IF)正式发布了无线USB1.0版规范，无线USB规范采用了WiMedia联盟的MB-OFDM超宽带MAC和PHY，其设计目的是达到与有线高速USB相当的速度：3米距离时传输速率为480Mbps；10米距离时为110Mbps。UWB物理层芯片的功耗预计为130到160毫瓦，首批能互操作的芯片和设备将于年底面市。2023/5/1221组织－－IEEE802.152023/5/1222

IEEE802.15WPANIEEE802.15.1.以蓝牙标准为基础.速率732kbps.范围：10m.频带：2.4GHzISM频段

IEEE802.15.2.研究共存模型和机制.WLAN与WPAN之间的冲突和共存情况研究

IEEE802.15.3速率10~55Mbps范围在30~50m

频带：2.4GHzISM频段IEEE802.15.3a非常高的数据率110~480Mpbs范围小于10m频带：3.1~10.6GHzIEEE802.15.4低功率消耗速率：20~250kbps范围：10~75m频带：2.4GHz、915MHz和868MHz频段

相关产品情况－－US-UWB（1/2)2004年第二季度，Freescale推出了首款经FCC认证的UWB芯片组XS110。Freescale公司计划在年底与Icron公司合作开发出基于第二代UWB套片XS660的无线USB产品。2005年6月，海尔宣布率先推出首个基于此芯片组的商用产品，并在Freescale技术论坛上展示了这种支持UWB技术的数字机顶盒和37寸LCDHDTV，并将分别在年底和明年初在中国和美国上市。2023/5/1223相关产品情况－－US-UWB（Cont’d2/2)与Freescale合作的其他公司还有：GlobalSunUniversalScientificIndustrialGemtek主要开发平反显示和媒体服务器环隆电气与其合作开发1394模块，适合各种家用环境的视频流、数据流应用系统以及无线接入系统，初期的消费性产品包括大型显示屏、数字录像机和set-topbox等。……2023/5/1224相关产品情况－－MB-OFDM(1/3)2005年7月，美国GeneralAtomics

公司的SpectralKeyingUWB芯片通过FCC认证，该芯片组把一个UWB收发器与RF基带和MAC整合在一起，主要面向流媒体和USB应用。Philips将推出一款采用90nm工艺，基于ARM7的WUSB终端设备(MAC)，它包括一个第三方PHY。NEC也推出一个选用第三方PHY的自主MAC,并表示自己的PHY正在开发中。2023/5/1225相关产品情况－－MB-OFDM(2/3)2005年3月，Staccato已经推出一个RipcordUWB开发套件（SC3100D)，包括一个UWB芯片及FPGA内实现的MAC，软件及用户开发平台。之后，富士通与Staccato合作，用SC3100D开发数码相机的无线USB系统。

RipcordUWB开发套件已经升级为SC3111D。2005年8月，Wisair的UWB开发套件DV9100，包括全向或定向UWB天线和MBOAPHY/MAC，其中MBOAPHY/MAC可以通过以太网或USB1.1接口访问，到年底其速率可达480Mbps,到2006年1季度能提供一种单芯片产品。2023/5/1226相关产品情况－－PPM英国剑桥的Artimi公司展示了其第一款器件——面向UWB的采用电力线技术的双模无线或电力线单芯片解决方案RTMI-100。该公司称这款芯片采用0.18微米SiGeBiCMOS工艺制造，PHY的传输速率达800Mbps,已于2005年第二季度出样品,下半年量产。它还提供RTMI100MiniPCI开发软件。2023/5/1227Calculation标准之争刚刚开始.DS-UWB在投入市场的时间方面优于MB-OFDM，但大的vendor有限。FCC认证的方面至少有2/4来自于MBOA。MAC层以上，MB-OFDM有一定优势。应用方面主要集中在无线USB和音视频多媒体设备。国内的应用－－Haier2023/5/1228XS1102023/5/1229Freescale的套片XS110Dataratesof29,57,86and114MbpsSupportforIEEE802.15.3streamingmediaprotocolEnableswire-likehighdefinitionvideoapplications750mW~3.3VpowerconsumptionCo-existswithIEEE802.11b/a/g,Bluetooth™technology,globalpositioningsystem(GPS)andallUnitedStates-basedwirelesssystemsBuiltusinglow-cost0.18µmCMOSandSiGetechnolog