Со временем оборудование UWB может вытеснить связь на радиочастоте
Дадут ли регулирующие органы зеленый свет так называемой ультраширокополосной технологии передачи данных (UWB — ultra-wideband)? Технология UWB в состоянии коренным образом изменить способы организации корпоративной беспроводной связи на коротких расстояниях.
Эта технология появилась почти два десятилетия тому назад, но использовалась главным образом в радиолокационных установках с ограниченным радиусом действия и в устройствах определения текущего местоположения. Лишь совсем недавно UWB-устройства стали применяться для организации коммерческой связи. Они реализуют принципиально иной способ передачи данных, который, по заверениям его сторонников, приведет к созданию относительно простых точек доступа и радиомодемов, предназначенных для построения локальных и персональных сетей. Эти устройства будут отличаться особо низким энергопотреблением и высокой пропускной способностью. В перспективе при увеличении мощности на основе данной технологии можно будет строить каналы связи протяженностью в несколько километров и даже более.
Часть аналитиков полагает, что в конце концов беспроводные технологии 802.11x и Bluetooth будут вытеснены оборудованием UWB, пропускная способность которого в тысячи раз превышает пропускную способность стандарта 802.11b (11 Мбит/с). Это означает, что UWB-системы обладают достаточным потенциалом для поддержки гораздо большего количества одновременно работающих пользователей.
Многие производители (не говоря уже об организациях, занимающихся перспективными исследованиями, и компаниях, выполняющих военные заказы) готовятся выпустить собственные UWB-устройства. Наиболее известными из них являются компании Aether Wire and Location, Multi Spectral Solutions, Pulse-Link, Time Domain и Xtreme Spectrum. Лаборатория, исследующая технологию UWB, имеется и в корпорации Intel. Рабочая группа Ultra Wideband Working Group, ставящая своей целью продвижение решений UWB, объединяет свыше 150 организаций, в число которых входят Compaq Computer, Daimler Chrysler, Intersil, Lockheed Martin, Motorola и военно-воздушные силы США.
«Если вести речь о скорости и дальности, то UWB-связь находится пока в зачаточном состоянии, — отметил президент консультационной компании Communications Network Architects Фрэнк Дзюбек. — На первом этапе регулирующие органы готовы одобрить спецификации, регламентирующие передачу данных со скоростью 100 Мбит/с на расстояние до 50 метров. Впрочем, каких-либо препятствий для увеличения скорости и протяженности канала связи пока не видно. Все зависит от наращивания мощности и повышения плотности размещения элементов на кремниевых микросхемах».
Технология UWB принципиально отличается от существующих способов передачи сигнала на радиочастотах. Чтобы получить представление о сегодняшней радиотрансляции, нарисуйте в своем воображении садовника, поливающего из шланга лужайку и делающего рукой плавные движения вверх и вниз. Траектория непрерывного потока воды напоминает качание волн. Почти все радиооборудование, сотовые телефоны и беспроводные локальные сети работают именно так: на непрерывный сигнал несущей накладывается полезная информация, передаваемая при помощи одной или нескольких технологий модуляции.
А теперь представьте себе того же садовника, поливающего лужайку из пульверизатора, который быстро разбрасывает вокруг себя короткие брызги воды. Именно так работает UWB: миллионы очень быстрых, очень коротких, точно ограниченных по времени вспышек или импульсов энергии, измеряемых наносекундами и покрывающих достаточно широкую область. Время прохождения импульса зависит от сложности кода. Каждый импульс представляет собой либо ноль, либо единицу — базовые величины для организации цифровой связи. Энергетические импульсы UWB располагаются в том же самом частотном диапазоне, что и электронный «шум», излучаемый процессорами Pentium II, телевизионными мониторами, электрическими бритвами, автомобильной системой зажигания и вентиляторами. Спектр этого излучения достаточно широк, а мощность каждого устройства регулируется правилами соответствующих ведомств, в частности, Федеральной комиссии связи США.
Из разницы в методах передачи вытекает несколько важных следствий.
С одной стороны, при использовании технологии UWB диапазон радиочастот не задействуется, поскольку в импульсах нет традиционного радиосигнала, называемого несущим. При этом спектр радиочастот ограничен, а спрос на него растет. Таким образом, технология UWB представляет собой совершенно новый класс решений с огромным потенциалом.
Во-вторых (в какой-то степени это обусловлено отсутствием традиционного радиосигнала), проектировать, выпускать и поддерживать передатчики и приемники UWB гораздо проще по сравнению с традиционным радиооборудованием.
«UWB-устройствам не нужны сложные преобразователи частот, модуляторы и многие другие элементы, — отметил научный сотрудник лаборатории прикладных исследований Техасского университета Дуглас Каммингс. — На практике требуется реализовать лишь цифровой метод излучения импульсов и их модуляции. Все это можно сделать при помощи всего одной микросхемы. Один из производителей такую микросхему уже разработал, и она умещается на небольшой монете».
В-третьих, поскольку UWB-устройства работают в диапазоне электронного «шума», большая мощность им не требуется.
«Подобным системам достаточно 50-70 мВт, — сообщил директор по технологиям компании Time Domain Андриан Дженнингс, один из пионеров технологии UWB. — Это одна десятитысячная потребляемой мощности сотового телефона».
Малая мощность ограничивает диапазон сигнала, однако существуют специальные средства передачи импульсов и технологии настройки, которые позволяют расширить его спектр или поддерживать величину сигнала на необходимом уровне.
Несмотря на малую по сравнению с другими технологиями мощность, UWB обладает достаточно высокой емкостью — широкой полосой пропускания для большого числа пользователей. В августе прошлого года компания Time Domain начала тестировать новый набор микросхем UWB второго поколения, в котором применяется кремниево-германиевая технология, разработанная IBM.
«Скорость передачи при использовании нового набора микросхем может достигать 40 Мбит/с, — сообщил Дженнингс. — Пропускная способность первого набора микросхем, выпущенного два года тому назад, не превышала 2,5 Мбит/с».
В еще одной молодой компании Fantasma Networks, поглотившей в прошлом году фирму Pulse-Link, утверждают, что их продукты поддерживают скорость передачи до 60 Мбит/с.
Наконец, технология UWB обеспечивает достаточно высокую степень безопасности. Импульсный сигнал очень трудно выделить из общего потока фонового электронного «шума», а такие производители, как Time Domain, шифруют нули и единицы, передаваемые с помощью импульсов.
Однако «узаконивание» технологии, после которого производители получат возможность выпускать коммерческие продукты на базе микросхем UWB, пока остается под вопросом. В комментариях представителей регулирующих органов звучат в основном положительные нотки. Исследовательские организации и большая часть производителей, включая Intel, также голосуют «за». Но следует учитывать, что при пересылке сигнала UWB (особенно при использовании устройств, работающих на частоте ниже 2 ГГц) будет происходить наложение на сигналы других источников. К ним относятся глобальные системы навигации, сети, обеспечивающие общественную безопасность, сигналы, подаваемые воздушными и морскими судами, радиопередачи в диапазоне средних и коротких волн, телевизионные трансляции и многое другое.
В декабре 2000 года в Техасском университете было проведено тестирование, позволяющее определить характер воздействия устройств UWB на системы глобального позиционирования. Результаты выполнения тестов передали в Федеральную комиссию связи США, а также в несколько других организаций.
«Выяснилось, что UWB-устройства оказывают определенное воздействие на другие передачи, однако является ли это приемлемым, зависит от субъективной оценки, — заметил Каммингс. — Тесты показали также, что степень воздействия во многом зависит от настройки UWB-передатчика, задания временных параметров и излучаемой мощности».
«Между заинтересованными сторонами возникли разногласия, — сообщил заместитель начальника управления оборудования и технологий Федеральной комиссии связи Джулиус Кнапп. — Особенно серьезные противоречия связаны с принятием адекватных мер по защите передаваемых сигналов от наложения». Впрочем, Каммингс не сомневается в том, что вопрос удастся решить положительно: «Очень маловероятно, что кто-нибудь выступит категорически против данной технологии».
UWB-устройства получают зеленую улицу
Федеральная комиссия связи США разрешила ограниченное коммерческое использование беспроводных устройств, созданных на основе технологии связи, получившей название ультраширокополосной (UWB — ultra-wideband). Эти устройства могут применяться для поддержки связи в домашних или офисных беспроводных локальных сетях, а также обеспечивать связь на небольшом расстоянии между мобильными устройствами — сотовыми телефонами, пейджерами и карманными компьютерами. В основе данной технологии лежит использование коротких импульсов, которые передаются в промежутках между другим трафиком, пересылаемым на тех же радиоволнах. В результате UWB-сеть может работать в спектре, уже занятом другими радиослужбами.
Учитывая опасение, что UWB-устройства могут создавать помехи для радиослужб, в частности, систем глобального позиционирования, Федеральная комиссия представила список жестких требований, которым должны соответствовать эти устройства. До сих пор правом применения этой технологии обладало только само федеральное правительство США.
В течение следующих шести-двенадцати месяцев Федеральная комиссия будет собирать данные и проводить собственное тестирование, чтобы определить, насколько жесткими окажутся эти ограничения для UWB-устройств. По словам Томаса, если специалисты комиссии сочтут, что это оборудование действительно создает помехи для других систем связи, ограничения будут усилены.
Согласно стандартам, UWB-устройства должны работать в радиочастотном спектре выше 3,1 ГГц. По мнению комиссии, этот диапазон далеко отстоит от полосы частот 1,6 ГГц, которую американские федеральные власти использует для работы систем глобального позиционирования. Представители Пентагона высказывают обеспокоенность тем, что коммерческие UWB-устройства будут создавать помехи для военных операций, однако в середине февраля министерство опубликовало заявление, в котором говорится о поддержке ограничений, введенных Федеральной комиссией.
Когда коммерческое использование таких устройств будет окончательно одобрено, вся отрасль компонентов и производители устройств получат новый толчок к развитию. Одна из таких компаний, PulseLink, разрабатывает свой набор микросхем для UWB-устройств уже почти два года. Ее президент Брюс Уоткинс согласен с тем, что ограничения на эксплуатацию этих устройств довольно жесткие, но именно такого решения правительства производители и ожидали.
В PulseLink рассчитывают, что наборы микросхем компании, которые будут применяться в беспроводных локальных сетях и устройствах для распространения телевизионного сигнала высокого разрешения в пределах дома, появятся на рынке в течение года.
UWB-устройства могут передавать данные со скоростью 100-200 Мбит/с на расстояние до 150 м. Со временем, как считает Уоткинс, технология UWB позволит добиться скорости передачи данных 1 Гбит/с на расстояние до 2 км.
Федеральная комиссия также одобрила возможность использования UWB-устройств службами общественной безопасности. Задействуя UWB-устройства для генерации изображений на радарных установках, власти могут искать объекты, расположенные под землей или за стенами. Кроме того, эти устройства могут применяться в мобильных радарных системах и системах жизнеобеспечения.
Кара Гарретсон