編者按:當前,移動通信技術演進不斷取得新的進展,對于新技術的應用研究也在不斷豐富。作為下一代無線網絡的關鍵技術之一,MIMO技術成為最熱點的超寬帶候選技術,給幀結構設計、資源分配、信道設計等技術帶來了新的發(fā)展機遇。UMB作為一個系統(tǒng)技術,其提出和設計主要是為了滿足市場的長足發(fā)展,大幅度地提升系統(tǒng)性能,保持相對于其它技術的競爭力。這些未來無線技術的應用前景值得關注。
通常認為,短距離無線網絡主要是指無線局域網(WLAN)和無線個域網(WPAN)。從網絡覆蓋半徑區(qū)分,WLAN覆蓋50~100m的范圍,WPAN覆蓋圍繞個人空間10m左右的地理范圍。根據(jù)對超寬帶(UWB)的容量分析可知:UWB的容量優(yōu)勢主要體現(xiàn)在10m左右的覆蓋區(qū)域。因此,UWB的應用主要定位于WPAN,結合多跳自組織網絡(Adhoc)技術,網絡拓撲可以靈活變化,覆蓋范圍可以不斷延伸。
目前,IEEE關于WPAN的技術標準可分為兩個層次:高速WPAN標準IEEE802.15.1、IEEE802.15.3和低速WPAN標準IEEE802.15.4。其中,802.15.1采用藍牙作為物理層傳輸技術,提供最高1Mb/s的傳輸速率和10m的傳輸距離,適用于中低速無線連接。802.15.3工作于2.4GHz免授權頻段,采用網格編碼調制技術,提供最高55Mb/s的傳輸速率,可支持高速視頻流、大文件傳輸?shù)葢谩?02.15.4采用ZigBee技術作為物理層傳輸技術,提供的最高傳輸速率為250kb/s,通過降低傳輸速率可將通信距離延伸至30m或更遠。其優(yōu)勢在于價格和功耗,主要應用于遙控、傳感器等低端產品。UWB技術憑借其自身的技術特點,在高、低速WPAN應用中都將成為有力的競爭者。
在高速WPAN中的應用
高速WPAN的主要目標是解決個人空間內各種辦公設備及消費類電子產品之間的無線連接,以實現(xiàn)信息的快速交換、處理、存儲等,其應用場合包括辦公室、家庭。個人空間內的設備類型非常豐富,大體分為三大類:電腦及其外圍設備、家用音視頻娛樂設備、便攜式終端。這些設備大部分對通信速率和實時性要求很高,當前它們之間主要通過通用串行總線(USB)、1394總線等高速總線進行連接,通信速率高達幾十兆比特每秒至幾百兆比特每秒。采用UWB技術為這些設備提供高速無線連接將是比較理想的解決方案,配合上層協(xié)議靈活地改變網絡拓撲,既可以實現(xiàn)點對點連接,也可以實現(xiàn)多個設備互聯(lián)。下面給出幾個應用實例:
——家庭多媒體應用
隨著技術的不斷進步,家用電器的范疇不斷擴大,家用電器向數(shù)字化、智能化、網絡化的方向發(fā)展,其中音視頻娛樂設備最為普及。利用UWB技術為這些設備提供高速無線連接,無需使用電纜即可建立家庭多媒體網絡。各種設備在小范圍內組成自組織式的網絡,相互傳送多媒體數(shù)據(jù),并可以通過安裝在家中的寬帶網關接入因特網,包括機頂盒、DVD和數(shù)碼攝像機與數(shù)字電視的無線連接,數(shù)碼照相機與電視機、打印機之間的連接等。
——計算機桌面應用
在計算機桌面上,匯聚了個人PC/手提電腦及鍵盤、顯示器、揚聲器、打印機、掃描儀、鼠標、移動硬盤等一系列外部設備。當前,電腦與各種外設之間通過錯綜復雜的線路相互連接。如果采用UWB技術將它們以無線的方式連接起來,則將改善線路連接情況。用戶甚至沒有必要將所有這些設備都放置在同一個桌面或房間內,每種設備可以被自由地移動位置。這類應用一般只需要支持2~4m的傳輸距離,但速率要求可以從幾萬比特每秒至幾百兆比特每秒。
——多媒體會議應用
UWB技術還可應用于會議室等場所。參會人員坐在會議室中,能夠利用自己的便攜式電腦組建臨時性的自組織網絡。大家既可以自由地交換各種信息,也可以共享帶有圖像和音頻的演示文檔,還可以方便地共享投影儀、打印機等設備。
在低速WPAN中的應用
低速WPAN的主要應用包括家庭自動化、資產跟蹤、工業(yè)控制、醫(yī)療監(jiān)護、安全與風險控制等。這類應用對傳輸速率要求較低,通常為幾千比特每秒至幾萬比特每秒,但它們對成本和功耗的要求很高,在很多應用中還要求提供精確的距離或定位信息。
低速WPAN的應用很多可以歸納到無線傳感器網絡(WSN)的范疇。WSN在工業(yè)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智能交通、家庭安全等方面具有廣泛的應用前景。每個WSN由大量帶有無線網絡功能的獨立傳感器節(jié)點構成,多個傳感器節(jié)點以無線的形式組成網絡,彼此通信和交換各種信息。WSN在網絡結構上通常采用自組織的形式,網絡拓撲具有隨機變化的特點,節(jié)點信息往往需要通過中間節(jié)點進行多次轉發(fā)才能到達目的節(jié)點。因此,WSN中的路由問題相當重要,若將各節(jié)點的地理位置信息作為路由計算的輔助信息,將很大程度上簡化路由算法,降低能量消耗。對某些特定應用,如資產跟蹤、人員跟蹤、家庭安全等,位置信息是最為關鍵的信息。因此,精確的測距和定位功能對這些應用非常重要。
UWB具有功耗低、復雜度低、定位精度高的特點。因此,在WSN中采用UWB作為無線連接手段,不但可以滿足低成本、低功耗的要求,同時可以提供非常精確的定位信息。