超宽带物理层能够统一吗？

无线电制造商PulseLink宣布,它已经找到一种途径,允许基于不同技术的超宽带(UWB)系统共存。这家公司正准备向IEEE 802.15.3a任务组成员详细讲解它的公共信令协议(CSP),该协议使原本相互冲突的多种UWB物理层可以共存。PulseLink希望协调UWB的发展步伐,同时回避相互竞争的UWB标准提案之间的分歧。

PulseLink将在任务组的一次特别会议上公布此协议。据任务组的主席Bob Heile透露,这次会议事先没有得到IEEE的正式批准,但他认为,CSP的出发点从本质上看是好的。“只要使用非授权的频段,你就必须冒受干扰的风险,所以在设备之间进行某种程度的协调是个好主意。”他说。

为了实现这个目标,PulseLink提议了一种独立的低速率物理层(PHY),它将充当两个相邻UWB设备之间的信令通道。“采用时分多址(TDMA)技术,该信道可以仲裁由哪个设备在何时接收何种类型的数据帧,”PulseLink的首席技术官John Santhoff表示。

他透露,该公司已经在内部开发出一种实现方案。“我们提供给IEEE的将是一个开放框架。基于这个框架,IEEE能够创建和定制概念,以适应其规范的需要。”他说,“而且,PulseLink将基于合理及一视同仁的许可原则提供其核心专利。”

方案的利弊

一些工业观察家赞同PulseLink的提议,认为这为采用不同的物理层铺平了道路,从而使UWB的创新势头得以延续。但另一方面,其他人质疑在缺乏互操作性的条件下共存有何价值,并认为这会产生鼓励开发多种PHY的负面效果。这最终会增加OEM厂商的负担,因为他们必须支持多种PHY,而且这会令终端用户困惑,批评家们说。

PulseLink声称不会偏袒已经提交给IEEE的任何一种UWB技术,分别是多频带OFDM联盟(MBOA)的提案与摩托罗拉主导的DS-CDMA方案。802.15.3a小组曾试图为这种高速个人局域网技术定义一个物理层,但由于双方拒绝做出妥协,这项努力被迫搁浅。可能的恶果是两大阵营将定义各自的事实标准,而由市场决定存亡。

Santhoff表示,解决问题的唯一方法是避免让两种不同的设备在同一时隙内进行发射。这正是公共信令协议(CSP)的基本思想。

PulseLink为无线局域网制造UWB设备,而且似乎即将展开部署工作。如果不同供应商生产多种不能互相对话的UWB设备,那么PulseLink的潜在市场将受到打击。

该公司总裁兼首席执行官Bruce Watkins希望能避免这种局面。他表示:“摩托罗拉非常喜欢CSP概念,而且他们意识到除了DS-CDMA,还将会有其它物理层。”

CSP的低数据率通道只需要最低的额外开销和功耗,而且从物理速率与距离的关系来看,它还具有更远的有效范围。“它实际上可以扩展到通信设备本身的正常范围之外,所以它是一个非常可靠的协议,”Santhoff说。

“从基础原理上讲,该提案利用了一个事实,即所有设备发射能量的时间不会超过10%,即使在最高速率的情况下,”Santhoff说,“CSP能够利用空闲时间来交织不同的无线电信号,从而不会发生延迟或等待。”交织工作由基于TDMA的媒体存取控制器(MAC)完成。VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="图:PulseLink提议了一种低速率物理层,它能同步不同UWB无线电之间的信号。">

两种实现方案

考虑到摩托罗拉和MBOA都不愿意修改他们的设计,PulseLink煞费苦心地为CSP设计了两种可能的实现方案:一种是固件方式,另一种只需在接收器端对硬件做微小的修改。

“在两种完全不同的调制系统之间产生低速率信号的方法有很多,”Santhoff说,“最简单的是开/关键控。”在MBOA提案中采用的正交频分复用无线电可以将其所有载波同时开或关,而摩托罗拉方案中的DS-CDMA无线电只检测其它无线电信号是否存在,反之亦是如此。

为了探测在接收器端两种类型的无线电信号,该协议需要依赖二者信号链的相似之处,直至它们各自模数转换器的输出。在这里,当OFDM、DS-CDMA和CSP信号出现时,MAC将探测并解码这些信号之间的脉宽差异。“DS-CDMA解决方案在几纳秒内采样信号,而CSP方案大概需要100纳秒,OFDM方案需要333纳秒,”Santhoff说,“这种探测和解码可以很容易地由MAC执成,并通过固件升级来实现。”

不过,PulseLink明白某些实现方案需要的不仅是简单的固件升级,这正是需要第二种方法的原因。 “在最糟糕的情况下,”Santhoff说,“我们建议在最后一级低噪音放大器的输出端放置一个便宜的调制探测器,它能恢复低速率通道的调制。”他估计,这只要占据0.1到0.2 mm²的裸片空间。

“然而,两种方案目前还只是框架而已,”Santhoff说,“最终的实现方案将由国际标准组织决定。”如果CSP成为UWB标准的一部分,PulseLink承诺将在公平合理的基础上授权其IP。

虽然摩托罗拉看上去颇为欣赏PulseLink的思想,但一些MBOA成员公司对此的反应比较冷淡。“它不太可能成功,”英特尔通信技术实验室的UWB市场策略师Stephen Wood表示。惠普公司成像和印刷系统部高级工程师Mark Fidler认为:“该提案有其优点,因为它允许各种技术进一步发展。但它也有缺点。”

“与互操作性不同,共存只允许相邻设备在一起工作,”Fidler说,“但终端用户可能有一打设备,它们必须互相通信,这是共存机制所不能实现的。”此外,他补充道,该提案将促进分化,却不能给终端用户带来额外的价值。

“大多数大型非半导体公司希望只有一种物理层(PHY),”他说,“这些公司不希望出现多种不同的产品定义。”

对于惠普等UWB设备制造商而言,最重要的因素是互操作性、易于实现以及业界的广泛支持。

作者:柏万宁