畢光國 - 畢光國研究課題
畢光國，東南大學(xué)移動通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，教授
畢光國，我國超寬帶通信技術(shù)研究的先行者。他領(lǐng)導(dǎo)東南大學(xué)超寬帶通信課題組率先在國內(nèi)進(jìn)行了超寬帶通信技術(shù)的研究，并獲多項(xiàng)國家專利。在國家“863”計(jì)劃的資助下，提出了我國第一套自主設(shè)計(jì)研制成功的高速超寬帶通信物理層方案，對實(shí)現(xiàn)我國超寬帶通信的產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了采訪。
UWB的應(yīng)用領(lǐng)域
《中國通信》：超寬帶的應(yīng)用領(lǐng)域和場景有哪些？它的具體應(yīng)用表現(xiàn)是怎樣？與藍(lán)牙、Wi-Fi等技術(shù)相比較，有哪些特點(diǎn)？
畢光國：超寬帶(UWB)技術(shù)是一種新穎無線傳輸技術(shù)，適用于短距離無線個域網(wǎng)應(yīng)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(dá)100Mbps~1Gbps，傳輸距離可達(dá)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(dá)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(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率可達(dá)480Mbps，目前實(shí)際已可達(dá)到1Gbps，正在開發(fā)2Gbps的速率，并將進(jìn)一步發(fā)展到5~6Gbps，預(yù)計(jì)在5~6年內(nèi)，能夠達(dá)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(diǎn)場景；適用于數(shù)字家庭影視網(wǎng)絡(luò)，傳播家庭娛樂內(nèi)容、高清晰影視內(nèi)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(yīng)用實(shí)現(xiàn)方式目前以無線USB最為看好。USB是目前應(yīng)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用基于WiMedia聯(lián)盟UWB標(biāo)準(zhǔn)的無線USB已通過認(rèn)證，成為C—WUSB。很多公司已開發(fā)了CWUSB產(chǎn)品。WiMediaUWB標(biāo)準(zhǔn)也被1394組織采納實(shí)現(xiàn)其無線化。有線1394接口在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，應(yīng)用UWB技術(shù)后，成為無線1394接口W1394。WiMediaUWB標(biāo)準(zhǔn)也被藍(lán)牙特別利益組(BluetoothSIG)采納，用于開發(fā)新一代UWB藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)。USB、1394和藍(lán)牙是在計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子和移動通信三大領(lǐng)域(3C網(wǎng)絡(luò))中廣泛應(yīng)用的連接技術(shù)�；赪iMedia標(biāo)準(zhǔn)的UWB技術(shù)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(luò)客戶的不同需求，便于實(shí)現(xiàn)3C網(wǎng)的融合。
中低速UWB的應(yīng)用主要有：傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信和定位應(yīng)用；智能自動化家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如三表抄表和三防報(bào)警、家電自動化控制操作和環(huán)保節(jié)能自適應(yīng)生態(tài)環(huán)境功能等；智能交通系統(tǒng)應(yīng)用；其他領(lǐng)域如軍事、消防、安全、救援、醫(yī)療等中的通信與雷達(dá)、定位、跟蹤、成像、穿透探測等功能相結(jié)合的各種應(yīng)用。
與藍(lán)牙相比較，在功耗和成本相當(dāng)?shù)那闆r下，UWB的傳輸速率是藍(lán)牙的100~1000倍，空間通信容量大得多，因此，UWB已成為下一代藍(lán)牙傳輸技術(shù)的發(fā)展方向，新的基于UWB的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系來看，可以說是互補(bǔ)，而不是取代。
UWB國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
《中國通信》：當(dāng)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(zhǔn)民用的。在2003年之后，ITU的工作組開始對UWB進(jìn)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(zhǔn)給予UWB全球性監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)(GlobalRegulatoryStandard)的地位和一系列相關(guān)建議，具體規(guī)劃由各國和各地區(qū)的相關(guān)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(rèn)可，但具體的頻譜規(guī)劃還要根據(jù)ITU批準(zhǔn)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(zhǔn)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(nèi)UWB民用設(shè)備的監(jiān)管規(guī)定，從法律上批準(zhǔn)了UWB設(shè)備的免授權(quán)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(yīng)用開發(fā)平臺和相關(guān)設(shè)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(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)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(shù)的發(fā)展。2001年，國家“863”計(jì)劃批準(zhǔn)了第一個超寬帶預(yù)研項(xiàng)目，于2003年完成。2003年“863”計(jì)劃又啟動高速(>100Mbps)UWB實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng)的研發(fā)項(xiàng)目，經(jīng)過遴選，由東南大學(xué)、清華大學(xué)、中國科技大學(xué)分別進(jìn)行研發(fā)，獨(dú)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(yàn)收。今年7月份，863計(jì)劃又啟動了高速UWB芯片研發(fā)的新項(xiàng)目，估計(jì)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(quán)的UWB芯片。
國家自然科學(xué)基金委員會在2003年開始在一般面上項(xiàng)目支持UWB研究，以后逐年隨著研究申請的增加而增加項(xiàng)目數(shù)目。2005年國家自然科學(xué)基金委員會又資助《超寬帶高速無線接入理論與關(guān)鍵技術(shù)》的重點(diǎn)研究項(xiàng)目，目前項(xiàng)目正在進(jìn)行中。
國家無線電監(jiān)測中心也聯(lián)合有關(guān)高校對UWB技術(shù)進(jìn)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(xiàng)目，有些企業(yè)也對UWB的發(fā)展動向進(jìn)行跟蹤，并設(shè)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(xué)術(shù)交流方面，2004年8月，“863”計(jì)劃在上海召開了第一個關(guān)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(shù)的全國學(xué)術(shù)會議。另外，電子學(xué)報(bào)，通信學(xué)報(bào)相繼出版了關(guān)于UWB研發(fā)成果的專輯。我國學(xué)者有關(guān)UWB的學(xué)術(shù)文章在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和重要會議上的發(fā)表數(shù)逐年增加。
但與國外先進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，頻譜規(guī)劃尚未出臺。目前剛成立了專門的標(biāo)準(zhǔn)研制工作組，開始著手準(zhǔn)備。
UWB當(dāng)前研究重點(diǎn)
《中國通信》：超寬帶實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用需要具備哪些條件？什么時候能夠?qū)崿F(xiàn)？目前還存在哪些制約因素？
畢光國：UWB要實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用，除在技術(shù)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定符合我國國情和特點(diǎn)，具有一定前瞻性和先進(jìn)性，并與國際標(biāo)準(zhǔn)兼容的國家標(biāo)準(zhǔn)；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(jìn)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，有目標(biāo)的進(jìn)行規(guī)劃，促進(jìn)技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)品測試工作的順利開展，促進(jìn)UWB產(chǎn)業(yè)鏈的建立與完善。
《中國通信》：當(dāng)前超寬帶研究的重點(diǎn)問題有哪些？
畢光國：從近期來看，我國的UWB研究已經(jīng)進(jìn)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(diǎn)加強(qiáng)；從系統(tǒng)和應(yīng)用要求看，UWB技術(shù)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(dá)到1Gbps，幾年內(nèi)會達(dá)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(dá)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(yīng)該作為一個研發(fā)方向。我們下一步的研究目標(biāo)可先定為2Gbps，然后逐步向更高速率發(fā)展。認(rèn)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(jié)合，即認(rèn)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(shù)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(shù)，以滿足將來實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率的要求。
