Computerworld, США

Разрабатывается стандарт, регламентирующий скорость передачи данных до 480 Мбит/с

Сегодня трудно пожаловаться на отсутствие продуктов и решений в области беспроводных коммуникаций. Учитывая существование сотовых телефонов, сетей 3G, Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth, передачи данных по линиям электропередач, наличие стандартов 802.11, — вряд ли можно представить, что будет предложено что-нибудь новое. Но жизнь не стоит на месте, и в течение нескольких следующих лет следует ожидать широкого распространения еще одной беспроводной технологии.

Ее называют технологией сверхширокополосной передачи данных (ultrawideband, UWB) или импульсной цифровой беспроводной связью. Она будет применяться для доставки телевизионных программ, фильмов, игр и многомегабайтных файлов данных в «беспроводных» домах и офисах. UWB обладает более высоким быстродействием, чем современные беспроводные локальные сети, и обеспечивает формирование работающих на небольших расстояниях широкополосных каналов передачи данных, не чувствительных к внешним помехам.

История UWB

Впервые реализация технологии UWB была продемонстрирована Джералдом Россом в радарах и коммуникационных приложениях в конце 60-х и начале 70-х годов. Разработанная по заказу агентства оборонных исследований DARPA, она называлась тогда «широкополосной импульсной связью без несущей частоты» или «сигнальной системой с временной синхронизацией», пока в 1989 году в Пентагоне не назвали ее сверхширокополосной связью.

В определенном смысле технология UWB возвращает нас ко временам изобретения радио и опытам Джулио Маркони с искровыми передатчиками. UWB является также далеким потомком технологии широкополосного радиовещания, которая применялась во время Второй мировой войны. Тогда передача осуществлялась на многих различных радиочастотах с одновременным использованием только одной из них во избежание взаимных помех. Курьезом можно считать тот факт, что чередование частот было изобретено и запатентовано в 1942 году актрисой Хеди Ламар и композитором Джорджем Антейлом. В отличие от этой технологии UWB одновременно использует все доступные частоты.

Потомок радио

UWB не заменит непосредственно другие типы беспроводных коммуникаций, но обладает определенными свойствами, отсутствующими в других технологиях. Передатчик UWB посылает миллиарды кратковременных импульсов в широком диапазоне радиочастот. Каждый из этих радиочастотных «всплесков» длительностью от одной триллионной (10-12) доли секунды до нескольких наносекунд занимает лишь несколько периодов несущей радиоволны. Такая небольшая продолжительность передачи придает сигналам UWB уникальные свойства. Они в достаточной мере устойчивы к эффектам затухания, возникающим при множественном приеме, когда отраженная волна, пришедшая в противофазе с основным сигналом, снижает его результирующую мощность. Импульсы UWB так коротки, что основной сигнал завершается до момента получения отраженного, поэтому не происходит их взаимного гашения. Из-за весьма небольшой длительности импульсов UWB они могут использовать очень широкий спектр частот, что позволяет снизить мощность сигналов, что, в свою очередь, минимизирует взаимные помехи с другими радиопроцессами и снижает угрозы здоровью людей. Однако, поскольку мощность сигнала часто оказывается ниже уровня шума, это затрудняет его детектирование.

С технической точки зрения к UWB относится любая технология радиопередачи со спектром, занимающим более 20% центральной части диапазона, или осуществляемой на частотах не менее 500 МГц. В современных системах UWB для эффективного использования чрезвычайно широкой полосы пропускания используются различные методы модуляции, включая OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

Приложения

В настоящее время UWB предназначается для высокоскоростной передачи данных в «персональных сетях» с эффективным радиусом работы, не превышающим десяти метров. Хотя эти возможности сравнимы с Bluetooth, здесь применяется совершенно другая технология. При использовании UWB расстояние заметно влияет на скорость передачи — чем больше расстояние, тем меньше быстродействие. Расстояние, возможно, будет увеличено до километра. Но это потребует специальных высокочувствительных антенн. Кроме того, следует ожидать снижения производительности.

Одной из важных особенностей технологии UWB является весьма низкое энергопотребление, которое, как утверждают, не превышает 0,001% мощности сотового телефона. Сигналы UWB не детектируются обычными радиоприемниками, поскольку не превышают уровень обычного для них шума. UWB-телефоны будут потреблять так мало электроэнергии, что смогут неделями работать без перезарядки аккумуляторов. И так как они используют весь доступный частотный диапазон, проектирование и производство подобных устройств может оказаться дешевле других радиосистем, которые настраиваются на вполне определенную частоту.

Взаимодействие приемников и передатчиков UWB должно синхронизироваться с точностью до триллионной доли секунды. При этом приемники воспринимают только вполне определенные, «знакомые», последовательности импульсов. Это делает UWB весьма защищенной технологией, и объясняет, почему она в свое время применялась для скрытого общения военных и разведчиков. В состав оборудования UWB войдут радары и системы электронного определения местоположения и позиционирования. Сигналы UWB-радара способны проникать сквозь стены, пол и потолки здания, которые блокируют или отражают другие типы радиоволн. UWB обеспечивает более высокую точность, чем GPS, и может использоваться внутри помещений.

Со временем, как ожидают, сети UWB достигнут гигабитных скоростей и будут способны передавать трафик телефонных сетей, телевидения и Internet для домашних применений, а также в секторе малого бизнеса.

UWB, Bluetooth и IEEE 802.15.3

Технология широкополосной связи не заменит Bluetooth для коммуникаций на небольшие расстояния, поскольку Bluetooth является полностью разработанным стандартом коммуникаций типа «точка-точка», тогда как UWB, по сути дела, — не более чем технология радиопередачи, которую можно использовать в составе более общего стандарта. Bluetooth определяет методы управления, форматирования и передачи данных в беспроводных персональных сетях (Wireless Personal-Area Network, WPAN). Однако специалисты полагают, что в будущем можно ожидать появления реализаций Bluetooth, работающих «поверх» UWB.

802.15.3 является стандартом IEEE высокоскоростной передачи данных в сетях WPAN, разработанным для предоставления обладающих достаточно высоким качеством доставки контента в реальном времени сервисов, таких, например, как передача видео и музыки. Он идеально подходит для домашней мультимедийной беспроводной сети. В первоначальном варианте стандарта в качестве физической среды использовалась полоса частот в диапазоне 2,4 ГГц.

Доработанный стандарт 802.15.3a, который еще не выпущен, будет определять альтернативный физический уровень. Рассматриваются предложения, основанные на UWB, реализация которых обеспечит скорость передачи данных, превышающую 110 Мбит/с на расстоянии до десяти метров, и 480 Мбит/с на расстоянии не более двух метров. Это позволит осуществлять потоковую передачу видео высокого разрешения между медиа?серверами и мониторами, а также чрезвычайно быстрый обмен файлами между серверами и портативными устройствами.