Uwb технология что это
Что такое технология связи UWB?
У топовых смартфонов есть одна не слишком известная особенность. Это стандарт беспроводной связи UWB. Он дебютировал в iPhone 11-ой серии, а годом позднее появился в Samsung Galaxy Note 20 Ultra.
Ultra-Wide Band, или сверхширокополосная связь (далее СШП), относится к беспроводным видам коммуникации на небольшом расстоянии. В этом смысле она родственна NFC и Bluetooth. Однако от существующих стандартов ее отличает уникальный набор технических требований. В ближайшие годы связь UWB станет доступна большему количеству гаджетов, поэтому получить о ней представление нужно уже сегодня.
Как работает UWB?
Старые и хорошо известные способы беспроводной передачи данных отличаются друг от друга мощностью, частотой и/или фазой синусоидального сигнала для кодирования данных, но не простых импульсов. Принцип работы UWB отличается от них в первую очередь тем, что это технология на основе импульсной последовательности. Она подразумевает передачу данных на небольшом расстоянии в радиочастотном диапазоне 3,1-10,6 ГГц.
Для стабильной работы импульсному методу требуется широкий спектр частот, отсюда и название связи – сверхширокополосная. Одна радиочастотная полоса обычно имеет ширину 500 МГц (в случае с 4G LTE это 5-20 МГц, а Wi-Fi – 20-80 МГц). В широком спектре импульсные данные могут перемещаться с высокой скоростью и точностью. В зависимости от частоты сигнал UWB может достигать скорости от 4 Мбит/с до 675 Мбит/с и даже выше. Это в десятки раз больше, чем скорость NFC 424 Кбит/с, в несколько раз быстрее, чем Bluetooth со стандартным показателем в 2,1 Мбит/с, однако медленнее Wi-Fi 6 с его 2 Гбит/с.
Как правило, беспроводные технологии ограничиваются узкими спектром частот, чтобы не создавать друг другу препятствий в работе. UWB позволяет исключить проблему помех, работая при очень низких уровнях мощности (в пределах минимального уровня шума других видов связи). Иными словами, спектр UWB широк, его легко обнаружить, но мощность сигнала держится на минимуме, чтобы не создавать помех другим коммуникациям.
Другая особенность импульсной передачи заключается в том, что на основе полученных данных можно вычислить информацию о времени пролета. Если знать время и скорость передачи данных, то несложно вычислить и расстояние между передатчиком и приемником сигнала. Суперточными, разумеется, эти данные не будут: погрешность в геолокации при сверхширокополосной связи составляет 10 см или меньше, но это все равно значительно точнее, чем информация, получаемая через Bluetooth или Wi-Fi (в обоих случаях погрешность около 1 метра, хотя в некоторых случаях Bluetooth 5.1 демонстрирует такую же точность, как и СШП-связь). Как можно догадаться, высокоточные геоданные имеют важность для приложений геолокации и безопасности.
Говоря о вариантах использования, сверхширокополосная связь позиционируется как безопасный способ разблокировки автомобилей и умных дверей. Гаджет с UWB можно примерять для поиска потерянных устройств (наподобие поисковых маячков на основе Bluetooth), внутренней навигации, мобильных платежей и взаимодействия с товарами в магазине. Apple Airdrop и Galaxy Note 20 Ultra уже используют данную технологию для передачи больших файлов по воздуху, но это лишь один и далеко не самый многообещающий вариант применения нового стандарта.
В чем преимущества UWB перед NFC и Bluetooth?
Перспективы применения UWB выглядят знакомыми, так как для всех этих задач уже давно используются NFC и Bluetooth. Тогда возникает вопрос: а для чего вообще создавался еще один стандарт беспроводной связи? Для этого есть веские причины.
Bluetooth работает на частоте 2,4 ГГц с небольшой шириной канала всего в 80 МГц и подходит для использования в помещении. Однако он находится в том же спектре, что и некоторые сигналы Wi-Fi, и потому подвержен помехам. UWB-связь, благодаря более широкому спектру, подвержена помехам в меньшей степени, поэтому сфера ее применения намного шире и в быту, и в промышленности. Однако дальность такой связи меньше, чем у Bluetooth. А что касается NFC, эта технология предназначена для передачи данных на совсем коротких дистанциях – около 4 см при частоте 13,56 МГц.
У старых технологий есть коммерческое преимущество: NFC и Bluetooth уже недороги в реализации, особенно в устройствах с низким энергопотреблением и пассивным питанием. UWB пока не может похвастаться аналогичной рентабельностью. Именно поэтому в ближайшие годы NFC никуда не денется и будет активно применяться в системах бесконтактных платежей. Широкий диапазон Bluetooth, аудиофункции и большая дальность действия делают его в некотором смысле функциональнее UWB, поэтому данный вид коммуникации тоже не потеряет востребованности в обозримом будущем.
Однако UWB имеет приоритет в тех случаях, когда необходима высокоскоростная передача данных, быстрая и максимально точная геолокация и/или низкий риск возникновения помех. Данная технология перспективна в сценариях, требующих дополнительной безопасности, например, для беспроводного доступа к автомобилю.
У сверхширокополосной связи есть свои плюсы и минусы, поэтому ее нельзя рассматривать как прямую замену какой-либо коммуникационной технологии, уже обосновавшейся на рынке.
Смартфоны с поддержкой UWB
Технология сверхширокополосной связи появилась не вчера, на ее разработку ученые потратили уже более десяти лет, однако в смартфонах она стала применяться лишь недавно. Сейчас она представлена только в некоторых флагманах премиум-класса:
Ожидается, что следующие флагманские поколения от других производителей тоже получат поддержку UWB. Постепенно технология будет внедряться в устройства среднего уровня, а потом и в бюджетные, но до этого момента пройдет немало лет.
Сверхширокополосная связь UWB: что это такое и для чего это нужно?
Как поется в одной детской песне, « много на свете есть разных чудес… » Разве нельзя назвать чудом технологии, позволяющие двум компьютерам обмениваться данными при отсутствии проводов? На заре компьютерной эры люди, впервые соединившие стоявшие рядом две ЭВМ, дали жизнь новому явлению — вычислительной сети, совершившей революцию в способах обмена данными между ЭВМ. Эта революция привела к появлению множества компьютерных сетей, в буквальном смысле опутавших проводами здания офисов и дома энтузиастов.
Современный компьютер трудно представить без таких атрибутов, как клавиатура (основное устройство ввода) и монитор (основное устройство вывода информации). Пока что только монитор по старой традиции остается связан с системным блоком ПК исключительно с помощью проводов, что вполне может быть объяснимо отсутствием необходимости в его перемещении с одного места на другое. Кстати, именно поэтому нередко можно увидеть решения, в которых монитор интегрируется прямо в системный блок. Все остальные жители рабочего стола, в том числе манипуляторы типа «мышь», принтеры, внешние факс-модемы и т. д., относятся к классу периферийных устройств и могут быть соединены с компьютером, как с помощью проводов, так и без них.
На сегодняшний день существует несколько основных проводных интерфейсов для присоединения периферийных устройств к ПК: параллельный (принтерный) порт LPT, универсальный последовательный порт USB (Universal Serial Bus), порт IEEE 1394 (FireWire или i-Link) и постепенно выходящие из моды — последовательный порт RS-232 и порт подключения клавиатуры или мыши PS/2.
Последовательные интерфейсы USB и FireWire были разработаны позже остальных и, помимо намного увеличенной, по сравнению с RS-232, скоростью обмена данными, обеспечивают возможность объединения нескольких устройств в сеть. С момента своего создания и до сегодняшнего дня оба интерфейса претерпели ряд изменений и к настоящему моменту доступны в двух вариантах (USB 1.1 и 2.0, FireWire400 и FireWire800).
Для беспроводной связи компьютера со своими периферийными модулями до сих пор существовало лишь два основных интерфейса — IEEE 802.11 и Bluetooth. То есть, конечно, существует еще инфракрасный порт, но представить себе подключение, например, принтера по ИК-порту довольно проблематично — скорее всего, оно окажется слишком ненадежным и довольно медленным. IEEE 802.11 является стандартом беспроводных сетей, то есть, использует семейство соответствующих сетевых протоколов (например, TCP/IP), со всеми вытекающими отсюда последствиями. Наконец, Bluetooth также не может похвастаться большой скоростью обмена данными — всего лишь до 232 Кбит/с, в то время как пропускная способность, скажем, USB 2.0 составляет до 480 Мбит/с.
Причиной малой пропускной способности современных технологий беспроводной связи является, во-первых, малая ширина используемой полосы частот, а во-вторых, не слишком ее эффективное применение. Поясним на примере IEEE 802.11b (Wi-Fi) и 802.11g: оба этих стандарта используют один и тот же частотный диапазон 2,4 ГГц, но пропускная способность первого всего лишь 11 Мбит/с, а второго — 54 Мбит/с. И хотя эффективность использования частотного диапазона целиком и полностью зависит от опыта разработчиков и конструкторов, предельно достижимая пропускная способность все же не может быть бесконечно большой. Существуют фундаментальные ограничения на величину максимального объема данных, который можно отправить или принять с помощью какого-либо канала связи, связанные по теореме Котельникова с шириной полосы частот. Грубо говоря, чем больше полоса частот, тем больше пропускная способность канала связи.
Перспектива использования для связи ПК с периферийными устройствами технологий широкополосной связи обсуждается уже около четырех лет, но только в этом году, в феврале, компания Intel на форуме разработчиков IDF обнародовала детали технологии и представила первый чипсет, предназначенный для работе в стандарте сверхширокополосной связи UWB (Ultra-WideBand, IEEE 802.15.3a). Точнее, использующий технологию UWB, которая пока еще не стандартизована.
UWB получила свое название «сверхширокополосная связь» из-за того, что в этом стандарте для связи используется самый широкий из распространенных сегодня технологий диапазон частот — от 3 до 10 ГГц (примечание — речь идет о диапазоне частот, выделенном под UWB в США. В России эти значения могут быть иными). Отчасти столь долгий срок (четыре года) на создание первых спецификаций технологии объясняется тем, что эти частоты используются военными и гражданскими радами. После долгих споров разработчикам все-таки удалось убедить органы государственного контроля в том, что широкополосная беспроводная связь в этом диапазоне на небольших расстояниях (заявленная дистанция связи с пропускной способностью до 110 Мбит/с. не превышает 10 м) никак не влияет на работу радаров. На фоне мощного излучения радаров сигнал от UWB-устройств будет выглядеть как инфузория-туфелька рядом со слоном.
Использование широкой полосы частот позволяет UWB достичь умопомрачительной для связи без проводов скорости — до 480 Мбит/с. Правда, на очень малых расстояниях — до 3 м. На дистанциях до 10 м технология позволяет достичь лишь 110 Мбит/с, что, в общем-то, тоже немало. Однако здесь-то и кроется основная проблема новой технологии: пропускная способность резко падает с увеличением расстояния — гораздо быстрее, чем у стандарта беспроводных сетей 802.11a/g, обеспечивающих пропускную способность до 54 Мбит/с на дистанции до 100 м. Это связано с тем, что дисперсия электромагнитного излучения в воздухе приводит к значительным искажениям широкополосного сигнала по сравнению с узкополосным. Искажение накапливается с расстоянием и, в конце концов, приводит к тому, что сигнал на входе приемника уже не имеет ничего общего с тем, что было излучено передатчиком.
Резкое снижение пропускной способности в связи с увеличением дистанции является больным местом новой технологии еще и потому, что мнение Intel не совпадает по этому вопросу с мнениями остальных разработчиков технологии, входящих в рабочую группу IEEE 802.15.3a, ответственную за UWB. В данном случае Intel выступает в роли представителя альянса MBOA (Multiband-OFDM Alliance), радеющего за разбиение частотного диапазона UWB на множество поддиапазонов шириной 528 МГц (также считающимися широкополосными) и применение технологии мультиплексирования сигнала по ортогональным несущим (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Разбиение выделенного под UWB спектра на поддиапазоны промежуточной ширины призвано снизить искажение сигнала в каждом 528-мегагерцовом диапазоне и, пусть ненамного, но увеличить дальность связи.
Совсем другого подхода придерживается группа разработчиков DS-UWB (Direct-Sequence UWB), возглавляемая компанией Motorola. DS-UWB предполагает использование всего спектра как единого целого, что должно позволить добиться пропускной способности до 1 Гбит/с., правда, опять-таки на малой дистанции — до 3 метров. Отметим, что эта магическая цифра — три метра, также присутствует в представленном на IDF варианте Intel (MBOA-UWB) для максимальной пропускной способности в 480 Мбит/с. Различие в показателях скорости между вариантами Intel и Motorola как раз и объясняется тем, что в первом случае частотный диапазон разбивается на куски, а во втором — нет. Заметим также, что само число 480 Мбит/с выбрано не случайно — эта скорость обмена данными соответствует спецификациям USB 2.0, а Intel, которой хотелось бы внедрить свои решения в максимально широкий спектр продуктов, надеется на использование UWB в технологиях Wireless USB, находящихся на стадии начальной разработки. Надеясь на универсальность технологии, Intel и поддерживает вариант MBOA-UWB — компания не теряет уверенности, что в будущем удастся увеличить дальность действия UWB до 50-100 метров (тут необходимо преодолеть ряд трудностей, связанных с сильным взаимодействием широкополосного сигнала 3-10 ГГц со всем, что попадается у него на пути — стенами, деревьями, людьми и т. д.). Но если это удастся, стандарт сможет конкурировать с технологиями беспроводной связи семейства 802.11. Подытожив, можно сказать, что Intel, с одной стороны, хочет видеть технологии UWB как основу для использования в стандарте Wireless USB, а с другой стороны, не хочет превращения UWB в узкоспециализированную технологию (как этого желает Motorola).
Пока готовился к публикации этот материал, стало известно о появлении двух альтернативных чипов — решения компании Wisair, представленного в ходе японского IDF, и компании Freescale, дочернего предприятия Motorola. По утверждениям Wisair и Intel, их решение уже сейчас обеспечивает пропускную способность 480 Мбит/с на дистанциях в 3 м и до 110 Мбит/с на дистанциях в 10 м. Чип Freescale пока что не способен обеспечить 1 Гбит/с, предлагая лишь скорость передачи данных 110 Мбит/с, но во второй половине 2005 года максимальная пропускная способность все же будет достигнута. Правда, перед этим Freescale выпустит еще две версии чипа UWB.Для чего это нужно?
Думаю, главное преимущество беспроводной связи — отсутствие ненадежных и вечно мешающих проводов, не нуждается в пояснении. Второе главное преимущество UWB — в большой скорости передачи данных, причем, если пофантазировать, то легко можно представить себе, как на основе нынешней технологии UWB в будущем будут созданы интерфейсы связи, с которыми проводные стандарты просто не смогут конкурировать в силу ограниченной ширины полосы пропускаемых частот. Пропускная способность технологий UWB, в любом из описанных вариантов (Intel и Motorola), достаточна для обмена потоками мультимедийных данных в режиме реального времени между множеством устройств в домашней сети — MP3-проигрывателями, видеомагнитофонами, DVD-устройствами, не говоря уже об организации доступа в интернет с мобильного терминала или об одновременном подключении множества периферийных устройств к ПК.
Для мобильных устройств немаловажным является тот факт, что в широком спектре требуется гораздо меньше затрат энергии, чем для передачи узкополосного сигнала в силу разного уровня сигнала: в широком спектре можно использовать шумоподобные сигналы с малым отношением сигнал/шум. Поэтому (как ожидается), чипы UWB будут экономичнее, чем, например, чипы Bluetooth, обладая при этом намного большей пропускной способностью и позволяя работать дольше.
Вернемся к началу нашего рассказа и вспомним, сколько разных устройств окружает нас и наших друзей-помощников — ПК. Как мы уже упоминали, большинство периферийных устройств связано с ПК с помощью проводных последовательных интерфейсов — в большинстве своем, с помощью USB. Связь одних периферийных устройств с мультимедийными гаджетами, скажем, принтера с цифровой камерой, также, как правило, происходит с помощью стандарта USB, не зря называющегося универсальным. Согласно исторической традиции, при связи по последовательному каналу связи одно устройство выступает в роли ведущего (хоста), второе — в роли ведомого (клиента). Однако как быть тому же принтеру, которому в одной ситуации приходится быть хостом, а во второй — клиентом, или MP3-проигрывателю, для загрузки записи в который зачастую приходится использовать компьютер как промежуточный перевалочный пункт? Появившийся сравнительно недавно стандарт USB On-The-Go (OTG) решает эту проблему, однако (так, по крайней мере, обещают разработчики), с Wireless USB и UWB пользователи раз и навсегда забудут об этом историческом наследии проводных последовательных интерфейсов. С помощью технологий широкополосной связи мультимедийные устройства, находящиеся в пределах досягаемости друг друга (а 10 метров — вполне достаточная дистанция, чтобы вместить в себя все оборудование в пределах одной комнаты), смогут объединяться в высокоскоростные сети и обмениваться файлами.
Как именно будет реализован интерфейс Wireless USB — с разбиением на поддиапазоны (версия Intel) или без этого (версия Motorola), на данном этапе, в общем-то, не так важно. И в том, и в другом случае, будет обеспечена высокая скорость соединения, возможность обмена файлами с разнородными устройствами, достаточно длительное время автономной работы мобильных терминалов. Однако в будущем, когда встанет вопрос о расширении сферы применимости UWB до локальных сетей в рамках одного офиса или здания, вариант Intel, скорее всего, будет воспринят более благосклонно.
В статье частично использованы материалы, опубликованные в журнале CHIP. Информация публикуется с согласия авторов.
По следам IDF: беспроводная технология передачи данных Ultra Wide Band
Не секрет, что любые коммуникации требуют все более возрастающей пропускной полосы вместе с ростом вычислительных возможностей должны расти и коммуникационные. Итак, в качестве запоздавшего эпиграфа к статье перефразируем известного философа Матроскина:
«Что бы обработать что-то ненужное, нужно сначала переслать что-то ненужное».
Введение
структуры передачи данных.
Внешние проводные каналы связи развиваются в двух основных направлениях снижение цены и увеличение доступности оптических каналов (сверху вниз) и повышение пропускной способности проводных (снизу вверх). Впрочем, пока два основных физических носителя не приблизились друг к другу (в основном, в плане цены) настолько, чтобы открыто конкурировать в 90% случаев можно не раздумывая отдать предпочтение той или иной технологии только на основе характера решаемой задачи.
Внутренние проводные каналы в данный момент серьезно меняются, переходя от специализированных параллельных интерфейсов к высокоуровневым последовательным пакетным (Serial ATA, 3GIO/PCI Express, Hyper Transport). Что позволяет надеяться на постепенное сближение внешних и внутренних коммуникационных технологий: в будущем даже отдельные компоненты системного блока будут объединены в некую полноценную сеть. Логически это вполне оправдано современный чипсет, например, выполняет роль сетевого коммутатора, снабженного множеством интерфейсов, таких как шина памяти DDR или процессорная шина и AGP/PCI.
BlueTooth и его последователи возьмут на себя заботу об освобождении от проводов вашего рабочего места, заменив как многочисленные низкоскоростные периферийные интерфейсы (клавиатура, мышь, непритязательный сканер или принтер, IrDA). А стандарт 802 будет играть роль «последнего сетевого провода» связывая инфраструктуру и конечные точки доступа. Первая разновидность 802-го стандарта имеет достаточно высокую пропускную способность, более 50 Мбит, и нацелена скорее на насыщенные и компактные сети предприятий и офисов. Использованная базовая частота (5 ГГц) гораздо хуже проникает в соседние помещения, нежели в случае второго, 11-Мбитного (2,4 ГГц) варианта стандарта. 802.11b, в итоге более подходит для дома и разнообразных жилых и общественных структур, таких как аэропорты, кафе, кинотеатры, торговые комплексы.
На роль широкотерриториального сетевого стандарта передачи данных претендуют сотовые стандарты коммуникаций, включая столь трудно приживающийся 3G. Однако отметим, что широкое распространение 802.11 способно основательно попортить малину третьему поколению сотовых сетей, т.к. зачастую их ниши пересекаются.
Разобравшись с инфраструктурой, давайте вернемся к периферии и внутренним коммуникациям. Мало того, что BlueTooth обладает пропускной полосой, недостаточной для печати и сканирования, обмена данными с беспроводными терминалами, он совершенно не годится на роль внутреннего беспроводного интерфейса. Давайте заглянем в системный блок. Там, внутри, по-прежнему уйма проводов…
На первый взгляд, совместить все эти требования в ближайшее время не представляется возможным. Однако:
Ultra Wide Band
Фактически, этот термин не означает какого-либо конкретного стандарта беспроводных коммуникаций (собственно, сам стандарт находится в глубокой разработке, и еще далек от финала), а является методом модуляции и передачи данных, способным существенно изменить всю беспроводную картину в ближайшем будущем. Давайте без лишних прелюдий обратимся к схеме, наглядно демонстрирующей основополагающий принцип UWB:
Вверху UWB, внизу традиционная модуляция, в противоположность UWB названная здесь Narrow Band (далее NB). Слева вид сигнала во времени, справа — его частотный спектр т.е. распределение энергии по полосе частот. Подавляющее большинство современных стандартов передачи данных является NB-стандартами все они оперируют в пределах достаточно узкой полосы частот, а именно, допуская достаточно небольшие отклонения от так называемой базовой (или несущей) частоты. Например, справа внизу мы видим спектральное распределение энергии обычного передатчика 802.11b. Ему отводится достаточно узкая (ширина одного канала 80 МГц) полоса спектра с опорной частотой 2,4 ГГц. В пределах этой небольшой полосы передатчик излучает существенный объем энергии, необходимой для последующего уверенного приема в пределах расчетного диапазона расстояний (для 802.11b 100 метров). Сам диапазон строго определяется FCC и иными регулирующими государственными комиссиями и, разумеется, требует лицензирования. Данные кодируются и передаются путем частотной модуляции (управления отклонением от базовой частоты) в пределах уже описанного канала.
Теперь давайте посмотрим на UWB здесь традиционный подход поставлен с ног на голову. Во временном пространстве передатчик излучает короткие импульсы специальной формы, подобранной так, чтобы равномерно размазать всю энергию импульса по заданному достаточно широкому участку спектра (приблизительно от 3 ГГц до 10 ГГц). Данные, в свою очередь, кодируются полярностью и взаимным расположением импульсов. В результате, обладая достаточно высокой суммарной передаваемой в эфир мощностью и, следовательно, значительным расстоянием уверенного приема, UWB сигнал в каждой конкретной точке спектра (т.е. на каждой конкретной лицензируемой полосе частот) не превышает крайне низкого, во много раз меньше, чем у NB-сигналов, значения. В результате, согласно соответствующему правилу FCC, такой сигнал становится допустимым к использованию, несмотря на то, что он занимает, в том числе, и уже отведенные для других применений участки спектра:
Итак, нам удалось захватить существенную полосу спектра, не нарушив существующих правил. Суммарная энергия передатчика, которую мы можем вложить в эту полосу, определяется площадью спектральной характеристики (см. закрашенные зоны на предыдущей схеме). Даже невооруженным глазом видно, что в случае UWB она существенно выше традиционных NB-сигналов, таких как 802.11b или 802.11a. Соответственно, в случае UWB мы можем либо передавать данные на большее расстояние, либо передавать больше данных, особенно, когда в эфире совместно работает множество близко расположенных устройств. Давайте посмотрим на диаграмму с расчетной предельной плотностью передаваемых данных на квадратный метр:
Плотность передаваемых данных, способных сосуществовать на одном квадратном метре эфира, в случае UWB во много раз превышает популярные NB-стандарты. Т.е. мы сможем использовать UWB даже для внутрисистемной или (а почему бы и нет?) коммуникации между чипами в пределах одного устройства!
Куда ни посмотри все плохо; пора браться за совершенствование методов радиокоммуникации и разделения эфира.
В случае NB в основном (для специалистов подчеркиваю, в основном реальная картина более сложна, но выходит за рамки этой статьи) частота и ширина отведенной полосы спектра определяет пропускную полосу канала, а мощность передатчика — дальность. В UWB два этих понятия переплетаются, и мы можем распределять (торговать) наши возможности между дальнобойностью и пропускной полосой. В результате, на небольших расстояниях, например, в случае уже упомянутой коммуникации между чипами, мы получим огромные пропускные полосы, при этом, не увеличивая суммарной передаваемой мощности и не засоряя эфир, а значит, не мешая соседним устройствам. Давайте посмотрим на зависимость пропускной полосы передаваемых в UWB-модуляции данных от расстояния:
Если в случае традиционного NB-стандарта 802.11a имеется искусственно созданная зависимость пропускной полосы от расстояния (фиксированный набор пропускных полос, дискретно переключаемых по мере увеличения расстояния), то UWB реализует эту зависимость куда как более естественно. На коротких расстояниях его пропускная полоса взлетает в заоблачные дали, делая вполне оправданными даже наши мечты о межчиповой коммуникации, однако на существенных расстояниях, вопреки нашим ожиданиям, UWB проигрывает NB-стандарту. В чем дело? С одной стороны, теоретический объем передаваемой энергии, а, следовательно, и предельный объем передаваемой информации, выше. С другой стороны, не будем забывать, что в реальной жизни информация всегда передается с избытком. Кроме энергетического объема играют роль конструктивные особенности. Например, характер модуляции, а точнее то, насколько устойчиво и с какими потерями она принимается и детектируется приемником. Давайте сравним классический:
Классический трансивер (приемопередатчик по-нашему) содержит генератор опорной частоты (synth), как правило, стабилизированный неким референсным кварцевым элементом (Ref Osc). Далее, в случае приема эта частота вычитается из принятого сигнала, в случае передачи модулируется (складывается) с передаваемыми данными. В случае UWB схема передатчика проста до невозможности мы просто формируем импульс необходимой формы и отправляем его на антенну. В случае приема мы усиливаем сигнал, применяем полосный фильтр, выделяющий нашу рабочую зону спектра, и вновь на этом все заканчивается мы получаем готовый импульс. Вся тонкость в том, как его распознать! Здесь и лежит ключ к увеличению эффективного расстояния UWB. Разумеется, распознать одиночный импульс существенно труднее, чем серию колебаний несущей частоты. Итак, для триумфального шествия UWB необходимо создать не только ключи (генераторы импульсов) строго определенной формы, переключающиеся с характерными промежутками порядка 3 ГГц, но и разработать качественные детекторы этих импульсов, что на порядок сложнее. Как бы там ни было, конструктивно UWB существенно проще NB-трансиверов, и может быть полностью реализован на чипе. А самое главное, UWB-передатчик вообще не требует какой-либо аналоговой обвязки сигнал может уходить в эфир что называется «прямо с чипа», а в случае приемника эта обвязка также минимизирована и, что самое главное, может быть реализована в рамках не только гибридных, но и базовых технологий, т.е. CMOS и ее приемников.
Еще одна интересная особенность UWB происходит от ее военного предка радиолокации (именно там широкополосные технологии находили свое основное применение ранее). А именно потенциальная возможность создавать сети, способные определять геометрическое расположение участников. Для этого будут применяться наборы (решетки) антенн, изготовить которые в случае UWB очень просто. Подобная возможность полезна для адресации объектов представьте себе универсальный пульт радиоуправления, который чувствует, на какое устройство вы навели его в данный момент. Еще одно применение создание динамической диаграммы направленности антенны, дабы наилучшим образом принимать сигналы, идущие от конкретного устройства, и не обращать внимание на остальные. Этот подход еще более увеличит пространственную эффективность использования эфира.
Первые стандарты и продукты на основе UWB будут доступны в 2005 году.
И напоследок сравнительная таблица характеристик: