无线USB（WUSB）的研究

摘 要

本文首先介绍了无线USB（WUSB）的定义和特性，并探讨了技术上的优势，然后对目前的研究情况进行介绍，最后介绍了无线USB的市场和标准化的情况。

【关键词】无线USB 研究

1 引言

随着信息交互量的不断提高，高速多媒体业务的不断发展，普通的USB业务已经开始无法满足人们的寻求，尤其是不断地热插拔已经让许多人们感觉到了巨大的不方便。同时WLAN和WPAN所能带来的好处已经开始深入了人心之中。在这种市场和人们需求的不断推动之下，无线USB就应运而生。

2 无线USB简介

我们所提倡的这种无线USB技术是一种高速无线互联规范，其底层协议采用UWB传输技术，控制协议采用USB，传输速率可达好几百Mbps。超宽带无线电（UWB）是是一种以占空比很低的冲击脉冲作为信息载体的无载波扩频技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此所占频谱范围很宽，高达几GHz，传输速率可达几十Mbps～几Gbps。

典型的系统是直接发射冲激脉冲串，不再具有传统的中频和射频的概念。单周期脉冲的宽度在纳秒级，具有很宽的频谱（如图1所示）。脉幅调制（PAM）和脉位调制（PPM）是超宽带无线电的两种主要调制方式，其多址方式为脉冲位置多址（PPMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。UWB接收可以全数字化实现采用软件无线电技术，可动态调整数据率、功耗等，具有很大的灵活性。

除了带宽更宽和功率更低以外，无线USB的另一大优势是与几乎无处不在的有线USB兼容，与有线USB的工作方式一样，以点对点方式互相连接。

3 无线USB技术优势

无线USB技术的基础是超带宽（UWB）技术，尤其是多频带OFDM联盟（MBOA）推动的UWB版本。目前主要有两种技术希望获准成为IEEE 802.15.3a超宽带物理层（PHY）和媒体访问控制（MAC）规范，MB-OFDM是其中之一。

超宽带技术工作于很宽的频谱上——从3.1GHz到10.6GHz。MB-OFDM把这段频谱划分成14个528MHz的频段（图2），允许选择性使用这些频段，因此可以灵活跳过那些禁止使用的频段，这无疑给应用带来了方便。

因为UWB通过这么宽的频谱传输能量，所以所传输的功率必须很低，以避免干扰其他无线应用。虽然功率很低，但是在短距离上可以正常工作，因此这个规定非常适合无线USB。下面为其技术上的几个主要的优势：

3.1 安全性强

无线USB的射频带宽可达1GHz以上，且所需平均功率很小，信号被隐藏在环境噪声和其他信号中，难以被敌方检测到.

3.2 空间容量大、功耗低、传输速率快

在10米范围内，其传输速率可达500Mbit/s以上，远远高于目前各种近距离传输技术。且其功耗相当低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百μW～几十mW。是传统移动电话所需功率的1/ 100 左右，是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右。在空间容量方面（每平方米每秒的传输速率），UWB远远超过现有类似系统。

3.3 抗多径效应。

无线USB系统采用纳秒级脉冲宽度的窄脉冲信号，具有很高的时间分辨性能（多径分辨率小于30cm）。

3.4 穿透能力强、定位精确。

超宽带无线电具有很强的穿透能力和定位能力（可达厘米级），与Ad Hoc网络相结合可以很好地实现室内通信和精确定位。

3.5 系统结构简单造价便宜。

在工程实现上，WUSB比其它无线技术要简单得多，可全数字化实现。它只需要以一种数学方式产生脉冲，并对脉冲产生调制，而这些电路都可以个芯片上，设备的成本将很低被集成到一个芯片上，设备的成本将很低。

4 技术研究的情况

目前已经有很多知名的国内外大学和公司企业投入到这方面例如：加州大学伯克利分校，哈佛，麻省理工和南加州大学等世界名校，都对这方面展示了极大的兴趣。他们的研究方向包括基带系统的实现，信道估计和多用户检测方面以及天线设计等方面。有人提出SLN方案，即永远保持物理层连接，突发的大量的数据包以高速率进行传输，也有学者提出了在频域上捕获的方法。但这些缩短捕获时间的方法在一定的应用场合下都有一定的局限性。象SLN方案明显在空闲时候浪费了很多的功耗。同时，在信道估计和基带系统设计上也还存在许多需要进一步研究的地方。国内的一些名牌大学也已经加入到这一行列中，包括清华大学，东南大学，中国科技大学和南京邮电大学等。在实际应用方面，几个IC巨头公司都投入了大力的人力、物力和财力在这方面开发自己的产品。其中不乏象Intel， Freescale， Wisair， Agere Systems和TI等。但他们的产品都集中在基带芯片的开发，在MAC上还无法实现。

5 市场及标准化情况

据联合商业情报公司在《关于UWB 的预测和潜在市场应用的报告》指出，2007 年全球配备这种无线UWB的电子设备和芯片的生产量将达到4510 万套，当年的收益将达到13. 9 亿美元。由于WUSB巨大的市场前景，英特尔于去年宣布一项新的计划――开发一种基于超宽带技术（UWB）的无线USB协议。目前，他已经与其他六家技术重量级公司已经形成了一个新的行业协会，叫做无线USB发起组织，该组织将定义一种规范，让电脑与打印机、扫描仪和数码相机等外围设备能够进行无线连接。无线USB（WUSB）规范将基于UWB标准，该标准正在由MBOA（支持OFDM-UWB方案的组织）组织开发制订，英特尔也是其成员公司之一。其他一些组织，例如1394商业协会和数码家庭工作组等，已经对无线UWB表示出浓厚的兴趣，认为这种标准能够在产品之间实现无缝操作。

同先进国家相比较，我国在无线通信领域仍处于待开发状态，通过WUSB技术的研究，可以充分发挥后发优势，研究将会更有方向性和针对性，因而有可能在该领域达到并超过世界先进水平，促进我国在WUSB技术方面的全面发展，同时对我国在该研究领域拥有自主知识产权和相关产品，建立新的经济增长点，具有重大意义。

作者单位

国家新闻出版广电总局五六一台 江西省南昌市 330000