毕光国当前超宽带研究有五大重点

2019-04-25 17:17:33 来源: 扬州信息港

毕光国,东南大学移动通讯国家重点实验室,教授

毕光国,我国超宽带通讯技术研究的先行者。他领导东南大学超宽带通讯课题组率先在国内进行了超宽带通讯技术的研究,并获多项国家专利。在国家“863”计划的资助下,提出了我国套自主设计研制成功的高速超宽带通讯物理层方案,对实现我国超宽带通信的产业化和标准化具有非常重要的意义。近日,笔者就超宽带问题对毕教授进行了采访。

UWB的应用领域

《中国通信》:超宽带的应用领域和场景有哪些?它的具体运用表现是怎样?与蓝牙、Wi-Fi等技术相比较,有哪些特点?

毕光国:超宽带(UWB)技术是一种新颖无线传输技术,适用于短距离无线个域运用,大体上可分为高速和低速两种。高速UWB的传输速率目前可达100Mbps~1Gbps,传输距离可达10~20米,属于高速短距离传输;中低速UWB传输速率一般在1Mbps以下,不超过30Mbps,传输距离可达100米以上,乃至几千米,属于中低速中短距离传输。其中,高速UWB应用标准的传输速率可达480Mbps,目前实际已可到达1Gbps,正在开发2Gbps的速率,并将进一步发展到5~6Gbps,预计在5~6年内,能够达到10Gbps~40Gbps。

高速UWB适用于短距离、高空间通讯容量的高速无线接入系统(移动互联),如用户密集的公共热点场景;适用于数字家庭影视络,传播家庭文娱内容、高清晰影视内容等多、流媒体信息;适用于各种短距离高速无线连接(代替有线电缆)。它的应用实现方式目前以无线USB为看好。USB是目前运用广泛、成功的有线接口,目前每一个月有1亿多的USB接口芯片出货量,因此,未来无线USB的需求量极大。目前USB论坛已经制定了相干标准,运用基于WiMedia同盟UWB标准的无线USB已通过认证,成为C—WUSB。很多公司已开发了CWUSB产品。WiMediaUWB标准也被1394组织采取实现其无线化。有线1394接口在消费类电子产品中运用广泛,应用UWB技术后,成为无线1394接口W1394。WiMedia UWB标准也被蓝牙特别利益组(BluetoothSIG)采用,用于开发新一代UWB蓝牙标准。USB、1394和蓝牙是在计算机、消费电子和移动通讯3大领域(3C络)中广泛运用的连接技术。基于WiMedia标准的UWB技术提供一个公共无线平台,可在其上叠加各种软件,满足三种络客户的不同需求,便于实现3C的融会。

中低速UWB的应用主要有:传感器络的通讯和定位运用;智能自动化家庭络应用,如三表抄表和3防报警、家电自动化控制操作和环保节能自适应生态环境功能等;智能交通系统应用;其他领域如军事、消防、安全、救济、医疗等中的通信与雷达、定位、跟踪、成像、穿透探测等功能相结合的各种应用。

与蓝牙相比较,在功耗和本钱相当的情况下,UWB的传输速率是蓝牙的100~1000倍,空间通讯容量大很多,因此,UWB已成为下一代蓝牙传输技术的发展方向,新的基于UWB的蓝牙标准将在2007年底完成。与Wi-Fi对比,Wi-Fi目前已发展到802.11n,其传输速率追赶UWB,传输距离较大,但UWB传输速率提高的潜力更大,空间通讯容量更大,在相同速率下,UWB的功耗更低,就二者的关系来看,可以说是互补,而不是取代。

UWB国内外研究现状

《中国通讯》:当前,超宽带在全球的发展情况如何?哪些国家和制造商走在前面?

毕光国:UWB是美国FCC在2002年首先批准民用的。在2003年以后,ITU的工作组开始对UWB进行测试研究,用了两年多的时间,在2005年10月肯定了各国和各地区UWB频谱分配的若干原则,2006年2月ITU研究组批准给予UWB全球性监管标准(GlobalRegulatoryStandard)的地位和一系列相干建议,具体计划由各国和各地区的相干组织自定。

这对UWB在全球的发展具有里程碑的意义。它表示UWB的民用已得到了国际上各政府的官方认可,但具体的频谱计划还要根据ITU批准的全球性监管原则由每一个国家自己制定。

2006年,英国、日本、韩国等相继开始根据ITU的规定,陆续公布了UWB的监管规范,以逐渐开放民用超宽带产品。2007年2月28日,欧盟批准欧洲27个成员国家可以使用UWB有源RFID定位系统。近,英国的OFCOM公布开放室内UWB民用装备的监管规定,从法律上批准了UWB装备的免授权民用,并自今年8月13日开始生效。

在制造商方面,目前大约有20多家厂商开发推出了UWB芯片、运用开发平台和相干设备。其中主要是美国的制造商走在前面,另外,也包括一些以色列、日本、英国、欧洲和中国台湾省的企业。据国际权威机构预测,高速UWB芯片市场年增长率将超过400%。到2010年出货量约3亿组。

《中国通信》:就我国来看,目前超宽带研究状况如何?处于一个什么阶段?

毕光国:我国研究者从1999年开始跟踪国际UWB技术的发展。2001年,国家“863”计划批准了个超宽带预研项目,于2003年完成。2003年“863”计划又启动高速(100Mbps)UWB实验演示系统的研发项目,经过遴选,由东南大学、清华大学、中国科技大学分别进行研发,独立自主提出我国自己的方案,分别于2005年12月和2006年4月完成并通过验收。今年7月份,863计划又启动了高速UWB芯片研发的新项目,估计经过2~3年努力,可以开发成功我国有自主知识产权的UWB芯片。

国家自然科学基金委员会在2003年开始在一般面上项目支持UWB研究,以后逐年随着研究申请的增加而增加项目数目。2005年国家自然科学基金委员会又资助《超宽带高速无线接入理论与关键技术》的重点研究项目,目前项目正在进行中。

国家无线电监测中心也联合有关高校正UWB技术进行了跟踪和研究,主要集中于与现有通信系统频谱同享、干扰分析和测试工作。

另外,有些省市(如广东,上海)也有基金资助UWB项目,有些企业也对UWB的发展动向进行跟踪,并设立基金(如华为)资助高校的UWB研究。在华国外企业(如Intel)也有高校研究基金资助UWB研究。

在学术交流方面,2004年8月,“863”计划在上海召开了个关于超宽带研究开发的研讨会。2005年在南京召开了超宽带无线通信技术的全国学术会议。另外,电子学报,通讯学报相继出版了关于UWB研发成果的专辑。我国学者有关UWB的学术文章在国内外学术刊物和重要会议上的发表数逐年增加。

但与国外先进国家相比,我国的UWB研发相对比较落后,还没有提出和制定我国的UWB标准,频谱计划还没有出台。目前刚成立了专门的标准研制工作组,开始着手准备。

UWB当前研究重点

《中国通信》:超宽带实现范围商用需要具有哪些条件?什么时候能够实现?目前还存在哪些制约因素?

毕光国:UWB要实现范围商用,除在技术上成熟外,还需要具备一些其他条件:1是政府监管,对UWB的频谱规划要有规定;2是技术标准,制定符合我国国情和特点,具有一定前瞻性和先进性,并与国际标准兼容的国家标准;三是产品的互联互通测试,即行业规范;4是建立有效的产业链。就国际上来看,UWB范围商用的条件已经具有,但在我国还有一定的距离,或许需要3年的努力,才有可能具有范围商用条件。

为此,希望政府主管部门能积极地参与,成立专门的部门,增加资金和资源的投入,增进产学研相结合,有目标的进行计划,增进技术研发、标准制定和产品测试工作的顺利展开,增进UWB产业链的建立与完善。

《中国通讯》:当前超宽带研究的重点问题有哪些?

毕光国:从近期来看,我国的UWB研究已进入芯片开发阶段,相对来讲,系统方案和基带处理芯片的研发,成熟度好一些,而射频芯片研发与国外的差距大一些,希望予以重点加强;从系统和应用要求看,UWB技术要向更高的传输速率发展。代UWB的传输速率是480Mbps,目前已达到1Gbps,几年内会到达5Gbps。FTTH是宽带接入的发展方向,FTTH到家庭的速率将到达40Gbps,因此,UWB将来需要向40Gbps的速率发展,同时要保持下降功耗和成本,这应当作为一个研发方向。我们下一步的研究目标可先定为2Gbps,然后逐渐向更高速率发展。认知无线电(CR)是提高无线通信系统的频谱利用率的一个新方法,是目前无线界看好的发展方向,UWB与CR 相结合,即认知超宽带(CUWB)是又一个非常值得重视的研究方向。第四代移动通讯系统是多种无线接入技术相融合的无线通信系统,其中包括UWB,如何将UWB融入4G也是值得研究的问题之一。另外是要斟酌开发工作在更高频段的UWB所需要的技术,以满足将来实现更高的传输速率的要求。

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