對UWB技術的關注,以及由WiMedia聯盟所驗證的基于無線USB(W-USB)產品的22 UWB標準的發布,評估這一無線新技術并了解其是否按照所允諾的到每秒數百兆位傳輸速率的同時,有必要考慮其是否能保證有卓越的QoS。

該項測試由無線設計網(WirelessNetDesignline)和EE Times協同組織,由Pulse-link公司(UWB硅片廠商之一)率先發起。我們原計劃是有一批UWB廠家聯合發起該項測試以便提升他們近來所發布的UWB產品的水平,UWB硅片供應商和系統廠商均被邀請參與或聯合發起該項測試。

基于近來WiMedia認證的波動,我們預期最新且最優秀的WiMedia參考設計將會提交到該項測試。然而,沒有一個WiMedia廠商愿意參與其中。于是我們不得不采用現成可商業用的WiMedia W-USB產品。這也使得Pulse-link公司成為了唯一的主辦單位。

Pulse-link公司的CWave實現集中于視頻發布,涵蓋了全部點對點和點對多點的通信系統,這些通信系統遵從TCP/IP協議傳輸,這些系統吞吐量在較短的距離內超過500Mbps,并接近890Mbps。比較而言,在WiMedia鏈路上測試的最高吞吐量是相當低的,近距離內大約接近50Mbps。

技術背景

超寬帶(UWB)技術最初是在2002年2月受到公眾注意的,當時FCC分配的是帶寬的頻譜(從到),使得以前作為軍事技術的UWB成為商業化的技術,早些年前的CDMA技術也經過了類似的發展。

UWB信號的獨特優點是它能工作在基底噪聲上,這使得UWB設備與傳統無線服務可“和平共處”并共享頻譜資源(圖1)。

圖1:UWB可與其他服務共享已分配好的頻譜資源,僅僅極低地抬高了他們的基底噪聲。

由FCC指定的低傳送功率(表1)將UWB鏈路縮小到大約10米范圍,這限制了該技術向無線個人域網(WPAN)領域應用。這一范圍并不是UWB技術本身的根本性局限,如果傳送功率限制增加了,那么UWB的鏈路范圍也將隨之增加。

表1:美國室內UWB發射限制指標。

FCC批準了UWB的頻譜分配和傳送功率限制,但并未明確指定一個空中接口、調制或媒體接入控制(MAC)規范,這些規范是在2002年9月由委員會所制定的,并于2006年1月棄用。

今天,UWB的實現并不受任何特定的MAC或PHY所約束,只要UWB的實現遵從FCC規定的頻譜限制就具有使用任意MAC和PHY層的靈活性。

眾多起初從事標準的廠商加入了WiMedia聯盟后,制定出了他們自己的基于OFDM PHY和一個類似分布式USB MAC的UWB規范。該WiMedia規范作為歐洲計算機制造商協會ECMA-368標準被發布。Pulse-link公司開發并增強了他基于脈沖的UWB信令,并基于.3b MAC實現他們的解決方案。

UWB的應用

盡管.3的最初目標是具有QoS的無線視頻分配,但是WiMedia聯盟還是選擇了它,并專注于以PC為中心的W-USB的應用。

Pulse-link公司作為UWB技術的早期先行者,專注于高清視頻分配的UWB應用。Pulse-link公司的方法比較有意思,他們開發的CWave架構既可以工作在無線媒體上,又可以工作在諸如同軸電纜、電力線和電話線等有線媒體上。

CWave架構革新性的一面是任何使用Pulse-link公司芯片組的設備都能夠在單個.3b MAC下支持無線、同軸電纜和電力線等多種傳送模式,該功能使得高清視頻可通過任意可獲得的媒體傳送到整個住宅。嵌入了QoS的同步.3b MAC設計成為支持視頻流、多通道音頻和高數據速率的整個家庭聯網。

初看起來,將以PC為中心的WiMedia產品與以消費電子為中心的Pulse-link產品進行比較似乎是不合適的。但是,隨著PC和CE的快速融合,兼顧兩者的解決方案的任務是提高位流速率并帶有支持高質量視頻、音頻和數據的QoS。UWB傳送的速率和質量正是我們要測試的指標。

UWB視頻分配

盡管Pulse-link堅持.3的最初目標,即高清視頻內容和多通道音頻的業務流和分配,但是WiMedia組織至少從一開始就偏離了這個目標。僅有Tzero和Sigma Designs兩個WiMedia廠商宣布了高清視頻分配架構。而且,盡管兩個廠商都已宣布獲得了可上溯到2005 CES的UWB芯片,然而他們中沒有一個在市場上可商用的產品,并且他們決定不向我們的測試提交他們的參考設計。

我們的理解是:WiMedia也許能在不久的將來應用于視頻領域,但今天大多數的商用WiMedia產品都是用W-USB技術來實現的。東芝公司的可在一個UWB鏈路上支持USB、Gb以太網和一個音視頻鏈路的端口復制器WiDV TM是一個例外,WiDV TM是基于WiMedia兼容的空中接口技術。

表2:常用視頻格式和分辨率的吞吐量要求

視頻分配:吞吐量與網絡架構的思考

視頻內容是以壓縮格式進行傳送和存儲的。大多數的廣播和有線電視的傳送以及常規的DVD采用MPEG-2格式進行壓縮。、MPEG-4和JPEG 2000是新興的視頻壓縮格式,這些壓縮格式在進行視頻傳送和存儲的效率大致是采用MPEG-2壓縮格式的兩倍。

典型的家庭環境中,視頻傳送媒體包括同軸電纜、雙絞線、電力線和無線。如HomePlug和HomePNA等有線視頻傳輸技術為滿足FCC的發射限制工作在低于30MHz的頻譜范圍內。Pulse-link率先將UWB技術應用到這些有線媒體上。UWB的寬頻率帶寬使得CWave天生就比HomePlug和HomePNA要優越。

多接口的CWave架構的更多優點是:單一設備能夠同時支持多種媒體,包括現在HomePlug所支持的電力線、HomePNA所支持的同軸電纜和雙絞線。CWave的時分多址(TDMA)MAC可通過對業務流在多網絡接口上進行分時隙處理(time-slicing),將這些不同的媒體有效橋接起來。

作者:

Fanny Mlinarsky

總裁

fm@

John Ziegler

數據通信軟件開發顧問

@

octoScope公司