畢光國 - 畢光國研究課題
畢光國，東南大學移動通信國家重點實驗室，教授
畢光國，我國超寬帶通信技術研究的先行者。他領導東南大學超寬帶通信課題組率先在國內進行了超寬帶通信技術的研究，并獲多項國家專利。在國家“863”計劃的資助下，提出了我國第一套自主設計研制成功的高速超寬帶通信物理層方案，對實現(xiàn)我國超寬帶通信的產(chǎn)業(yè)化和標準化具有非常重要的意義。近日，筆者就超寬帶問題對畢教授進行了采訪。
UWB的應用領域
《中國通信》：超寬帶的應用領域和場景有哪些？它的具體應用表現(xiàn)是怎樣？與藍牙、Wi-Fi等技術相比較，有哪些特點？
畢光國：超寬帶(UWB)技術是一種新穎無線傳輸技術，適用于短距離無線個域網(wǎng)應用，大體上可分為高速和低速兩種。高速UWB的傳輸速率目前可達100Mbps~1Gbps，傳輸距離可達10~20米，屬于高速短距離傳輸；中低速UWB傳輸速率一般在1Mbps以下，最高不超過30Mbps，傳輸距離可達100米以上，甚至幾公里，屬于中低速中短距離傳輸。其中，高速UWB應用標準的傳輸速率可達480Mbps，目前實際已可達到1Gbps，正在開發(fā)2Gbps的速率，并將進一步發(fā)展到5~6Gbps，預計在5~6年內，能夠達到10Gbps~40Gbps。
高速UWB適用于短距離、高空間通信容量的高速無線接入系統(tǒng)(移動互聯(lián)網(wǎng))，如用戶密集的公共熱點場景；適用于數(shù)字家庭影視網(wǎng)絡，傳播家庭娛樂內容、高清晰影視內容等多、流媒體信息；適用于各種短距離高速無線連接(代替有線電纜)。它的應用實現(xiàn)方式目前以無線USB最為看好。USB是目前應用最廣泛、最成功的有線接口，目前每個月有1億多的USB接口芯片出貨量，因此，未來無線USB的需求量極大。目前USB論壇已經(jīng)制定了相關標準，應用基于WiMedia聯(lián)盟UWB標準的無線USB已通過認證，成為C—WUSB。很多公司已開發(fā)了CWUSB產(chǎn)品。WiMediaUWB標準也被1394組織采納實現(xiàn)其無線化。有線1394接口在消費類電子產(chǎn)品中應用廣泛，應用UWB技術后，成為無線1394接口W1394。WiMediaUWB標準也被藍牙特別利益組(BluetoothSIG)采納，用于開發(fā)新一代UWB藍牙標準。USB、1394和藍牙是在計算機、消費電子和移動通信三大領域(3C網(wǎng)絡)中廣泛應用的連接技術。基于WiMedia標準的UWB技術提供一個公共無線平臺，可在其上疊加各種軟件，滿足三種網(wǎng)絡客戶的不同需求，便于實現(xiàn)3C網(wǎng)的融合。
中低速UWB的應用主要有：傳感器網(wǎng)絡的通信和定位應用；智能自動化家庭網(wǎng)絡應用，如三表抄表和三防報警、家電自動化控制操作和環(huán)保節(jié)能自適應生態(tài)環(huán)境功能等；智能交通系統(tǒng)應用；其他領域如軍事、消防、安全、救援、醫(yī)療等中的通信與雷達、定位、跟蹤、成像、穿透探測等功能相結合的各種應用。
與藍牙相比較，在功耗和成本相當?shù)那闆r下，UWB的傳輸速率是藍牙的100~1000倍，空間通信容量大得多，因此，UWB已成為下一代藍牙傳輸技術的發(fā)展方向，新的基于UWB的藍牙標準將在2007年底完成。與Wi-Fi對比，Wi-Fi目前已發(fā)展到802.11n，其傳輸速率追趕UWB，傳輸距離較大，但UWB傳輸速率提高的潛力更大，空間通信容量更大，在相同速率下，UWB的功耗更低，就二者的關系來看，可以說是互補，而不是取代。
UWB國內外研究現(xiàn)狀
《中國通信》：當前，超寬帶在全球的發(fā)展情況如何？哪些國家和制造商走在前面？
畢光國：UWB是美國FCC在2002年首先批準民用的。在2003年之后，ITU的工作組開始對UWB進行測試研究，用了兩年多的時間，在2005年10月確定了各國和各地區(qū)UWB頻譜分配的若干原則，2006年2月ITU第一研究組批準給予UWB全球性監(jiān)管標準(GlobalRegulatoryStandard)的地位和一系列相關建議，具體規(guī)劃由各國和各地區(qū)的相關組織自定。
這對UWB在全球的發(fā)展具有里程碑的意義。它表示UWB的民用已經(jīng)得到了國際上各政府的官方認可，但具體的頻譜規(guī)劃還要根據(jù)ITU批準的全球性監(jiān)管原則由每個國家自己制定。
2006年，英國、日本、韓國等相繼開始根據(jù)ITU的規(guī)定，陸續(xù)公布了UWB的監(jiān)管規(guī)范，以逐步開放民用超寬帶產(chǎn)品。2007年2月28日，歐盟批準歐洲27個成員國家可以使用UWB有源RFID定位系統(tǒng)。最近，英國的OFCOM公布開放室內UWB民用設備的監(jiān)管規(guī)定，從法律上批準了UWB設備的免授權民用，并自今年8月13日開始生效。
在制造商方面，目前大約有20多家廠商開發(fā)推出了UWB芯片、應用開發(fā)平臺和相關設備。其中主要是美國的制造商走在前面，另外，也包括一些以色列、日本、英國、歐洲和中國臺灣省的企業(yè)。據(jù)國際權威機構預測，高速UWB芯片市場年增長率將超過400%。到2010年出貨量約3億組。
《中國通信》：就我國來看，目前超寬帶研究狀況如何？處于一個什么階段？
畢光國：我國研究者從1999年開始跟蹤國際UWB技術的發(fā)展。2001年，國家“863”計劃批準了第一個超寬帶預研項目，于2003年完成。2003年“863”計劃又啟動高速(>100Mbps)UWB實驗演示系統(tǒng)的研發(fā)項目，經(jīng)過遴選，由東南大學、清華大學、中國科技大學分別進行研發(fā)，獨立自主提出我國自己的方案，分別于2005年12月和2006年4月完成并通過驗收。今年7月份，863計劃又啟動了高速UWB芯片研發(fā)的新項目，估計經(jīng)過2~3年努力，可以開發(fā)成功我國有自主知識產(chǎn)權的UWB芯片。
國家自然科學基金委員會在2003年開始在一般面上項目支持UWB研究，以后逐年隨著研究申請的增加而增加項目數(shù)目。2005年國家自然科學基金委員會又資助《超寬帶高速無線接入理論與關鍵技術》的重點研究項目，目前項目正在進行中。
國家無線電監(jiān)測中心也聯(lián)合有關高校對UWB技術進行了跟蹤和研究，主要集中于與現(xiàn)有通信系統(tǒng)頻譜共享、干擾分析和測試工作。
另外，有些省市(如廣東，上海)也有基金資助UWB項目，有些企業(yè)也對UWB的發(fā)展動向進行跟蹤，并設立基金(如華為)資助高校的UWB研究。在華國外企業(yè)(如Intel)也有高校研究基金資助UWB研究。
在學術交流方面，2004年8月，“863”計劃在上海召開了第一個關于超寬帶研究開發(fā)的研討會。2005年在南京召開了超寬帶無線通信技術的全國學術會議。另外，電子學報，通信學報相繼出版了關于UWB研發(fā)成果的專輯。我國學者有關UWB的學術文章在國內外學術刊物和重要會議上的發(fā)表數(shù)逐年增加。
但與國外先進國家相比，我國的UWB研發(fā)相對比較落后，尚未提出和制定我國的UWB標準，頻譜規(guī)劃尚未出臺。目前剛成立了專門的標準研制工作組，開始著手準備。
UWB當前研究重點
《中國通信》：超寬帶實現(xiàn)規(guī)模商用需要具備哪些條件？什么時候能夠實現(xiàn)？目前還存在哪些制約因素？
畢光國：UWB要實現(xiàn)規(guī)模商用，除在技術上成熟外，還需要具備一些其他條件：一是政府監(jiān)管，對UWB的頻譜規(guī)劃要有規(guī)定；二是技術標準，制定符合我國國情和特點，具有一定前瞻性和先進性，并與國際標準兼容的國家標準；三是產(chǎn)品的互聯(lián)互通測試，即行業(yè)規(guī)范；四是建立有效的產(chǎn)業(yè)鏈。就國際上來看，UWB規(guī)模商用的條件已經(jīng)具備，但在我國還有一定的距離，或許需要3年的努力，才有可能具備規(guī)模商用條件。
為此，希望政府主管部門能積極地參與，成立專門的部門，增加資金和資源的投入，促進產(chǎn)學研相結合，有目標的進行規(guī)劃，促進技術研發(fā)、標準制定和產(chǎn)品測試工作的順利開展，促進UWB產(chǎn)業(yè)鏈的建立與完善。
《中國通信》：當前超寬帶研究的重點問題有哪些？
畢光國：從近期來看，我國的UWB研究已經(jīng)進入芯片開發(fā)階段，相對來說，系統(tǒng)方案和基帶處理芯片的研發(fā)，成熟度好一些，而射頻芯片研發(fā)與國外的差距大一些，希望予以重點加強；從系統(tǒng)和應用要求看，UWB技術要向更高的傳輸速率發(fā)展。第一代UWB的傳輸速率是480Mbps，目前已達到1Gbps，幾年內會達到5Gbps。FTTH是寬帶接入的發(fā)展方向，F(xiàn)TTH到家庭的速率將達到40Gbps，因此，UWB將來需要向40Gbps的速率發(fā)展，同時要保持降低功耗和成本，這應該作為一個研發(fā)方向。我們下一步的研究目標可先定為2Gbps，然后逐步向更高速率發(fā)展。認知無線電(CR)是提高無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率的一個新方法，是目前無線界最看好的發(fā)展方向，UWB與CR相結合，即認知超寬帶(CUWB)是又一個非常值得重視的研究方向。第四代移動通信系統(tǒng)是多種無線接入技術相融合的無線通信系統(tǒng)，其中包括UWB，如何將UWB融入4G也是值得研究的問題之一。另外是要考慮開發(fā)工作在更高頻段的UWB所需要的技術，以滿足將來實現(xiàn)更高的傳輸速率的要求。
