Široce otevřená náruč pro UltraWideBand

UltraWideBand (UWB) se oprávněně věnuje v poslední době stále více pozornosti. Úplně nejčerstvější informací je záměr spolupráce UWB s Bluetooth. Jinak se UWB prosazuje v ostatních malých sítích, ať superrychlých, nebo pomalých, a jeho dosah se v USA zvětšuje. Ale někteří by UWB rádi uplatnili i ve WLAN. A síťovými aplikacemi to nekončí...

Před týdnem zástupci Bluetooth SIG (Special Interest Group) a UWB Forum oznámili svůj záměr úzce spolupracovat. Ze strany Bluetooth je to celkem pochopitelné řešení, protože technologie modrého zubu se již hezkou chvíli kapacitně neposouvá dopředu a nechává se předběhnout konkurenčními bezdrátovými řešeními pro tzv. osobní sítě s malým dosahem. Přestože je Bluetooth velice rozšířenou a oblíbenou technologií, dnes prostě nepodporuje žádoucí vyšší rychlosti komunikace a práce na nových specifikacích značně váznou.

UWB jako poměrně univerzální technologie (viz též článek UltraWideBand) může pomoci Bluetooth najít zašlou slávu, protože nově nabízené kapacitní možnosti rozhodně nezklamou uživatele se zájmem o synchronizaci osobních mobilních/pře­nosných zařízení a o přenos i velkých souborů. Díky UWB bude příjemné i vysoce kvalitní video a TV vysílání na přenosných zařízeních. Docela jistě zaujme současné milióny uživatelů skok od dnešních maximálních rychlostí 2 Mbit/s Bluetooth 2.0/Enhanced Data Rate (EDR) k rychlostem, které lze od UWB právem očekávat: 480+ Mbit/s.

Co brání UWB

Sdružování zájmů jednotlivých organizací zaměřených bezdrátově a vnímání až přejímání technologií z jedné aplikace do jiné aplikace vhodně přispívá ke sjednocování bezdrátového světa. Společnosti stojící za vývojem UWB se samozřejmě maximálně snaží prosadit tuto technologii konečně na trh. Tomu v první řadě brání především otázky potenciálního rušení s jinými rádiovými sítěmi (WLAN, WiMAX, mobilní sítě) a navigačními systémy a související opatrná regulace, které se budeme ještě věnovat.

V druhé řadě se hlavní lobbyistické skupiny nemohou dohodnout, což se projevilo již ročním zpožděním při schvalování normy IEEE 802.15.3a pro velice rychlé bezdrátové osobní sítě (HDR WPAN, High Data Rate Wireless Personal Area Networks). Stále proti sobě stojí skupiny MBOA (Multiband Orthogonal Frequency Division Multiplexing Alliance), používající MB-OFDM (Multiband Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), a UWB Forum, pod vedením Freescale Semiconductor s řešením DS-UWB (Direct Sequence UWB).

O jejich rozporech jsme psali přesně před rokem (UltraWideBand podruhé aneb mocenské spory) a od té doby se toho příliš nezměnilo. Za zmínku stojí fakt, že WiMedia Alliance, podporující osobní sítě typu WiMedia (IEEE 802.15.3), přijala specifikaci MBOA jako svůj základ již před rokem. Nedávno došlo ke sloučení tohoto sdružení se SIG MBOA. Sloučená skupina se označuje jako WiMedia Alliance Inc. Cílem je dosáhnout vzájemné spolupráce mezi dosud se doplňujícími protokoly pro (super)rychlé osobní a domácí bezdrátové sítě.

Zpět k pomalejším malým sítím

Nyní naznačená konvergence Bluetooth s UWB znamená také průnik do světa mobilní komunikace, protože zatím se s UWB počítalo pro využití ve statických a přenosných zařízeních. S tímto průnikem se ale nastolují ještě přísnější otázky regulace a souladu s normami budoucích mobilních sítí.

Ve skutečnosti ale nepůjde o sdružení obou technologií do jednoho hybridu, spíše o vzájemný doplněk v jednom zařízení: rádiová část Bluetooth se nadále postará o zjištění dostupných služeb, zabezpečení a navázání komunikace mezi zařízeními. O rychlý přenos dat se následně postará druhá část podporující UWB.

S Bluetooth se UWB dostane nejen do ad hoc osobních sítí, jak v domácnosti, tak v zaměstnání, ale také do sítí „vnitroautomo­bilových“ (VAN, Vehicular Area Network). Připomeňme, že UWB se v automobilovém průmyslu kromě komunikačních účelů uplatní zřejmě i v radarových systémech prevence kolizí vozidel.

UWB už ale nepatří pouze do rychlého křídla specifikace sítí WPAN. V březnu byla tato technologie vybrána jako základ pro druhý extrém malých sítí: pomalou WPAN (LDR, Low Data Rate; budoucí normu 802.15.4a). Do půl roku by se měl návrh normy předložit ke schválení a první produkty lze očekávat pravděpodobně již počátkem příštího roku. Mezi zamýšlené aplikace patří nejen pomalé WPAN s minimálními nároky na napájení, ale také aplikace lokalizace.

Od WPAN je jen krůček k WLAN, anebo ne?

UWB se tak celkem přirozeně prosazuje do všech typů bezdrátových sítí s krátkým dosahem do 10 m (WPAN) a využívá se také v bezdrátovém USB (Universal Serial Bus), zatímco svět bezdrátových lokálních sítí (WLAN) kvůli dosahu UWB nevidí jako konkurenční technologii, ale spíše doplňkovou. Tomu se ale usilovně brání společnost Pulse~Link, která se pokouší o vylepšení UWB systému pro větší dosah i vyšší propustnost (cílem je 1 Gbit/s). Podle ní superbezpečné a superrychlé WLAN na bázi její vlastní technologie (Continuous Wave UWB) mohou na vzdálenost do 100 m podporovat rychlosti 200 Mbit/s, které konkurují připravované specifikaci 802.11n (viz též článek Kdy bude 100 Mbit/s WiFi?). Stejná společnost navíc prosazuje řešení vzájemné komunikace systémů s různou fyzickou vrstvou (MB-OFDM a DS-UWB) v navrhovaném režimu CSM (Common Signaling Mode).

Raw Data Rates: Line-of-Site:
ditRange (LOS) 802.11b 802.11a 802.11g 802.15.3a (UWB) Pulse~Link
3 metry 11 Mbit/s 54 Mbit's 54 Mbit/s 480 Mbit/s 1–1,3 Gbit/s
10 metrů 11 Mbit/s 48 Mbit/s 48 Mbit/s 120 Mbit/s 333 Mbit/s
20 metrů 11 Mbit/s 24 Mbit/s 36 Mbit/s 0 88 Mbit/s
40 metrů 5.5 Mbit/s 12 Mbit/s 18 Mbit/s 0 14 Mbit/s
60 metrů 5.5 Mbit/s 6 Mbit/s 6 Mbit/s 0 5 Mbit/s
80 metrů 2 Mbit/s 0 No data 0 2 Mbit/s>

Tabulka: Porovnání rychlostí různých typů WLAN, WPAN a řešení Pulse~Link (zdroj: Incisor 1/05)

První produkty využívající UWB pro komunikační účely, zejména jako efektivní (a efektní) náhrady kabelového propojení spotřební elektroniky a výpočetní techniky pro multimediální aplikace v domácnostech, by se měly objevit na trhu do konce letošního roku, bez ohledu na schválení zmíněných norem, ovšem za předpokladu splnění regulačních nařízení.

Regulace rozhodne

Zcela zásadním problémem UWB – ještě větším než deadlock norem v 802.15.3a – je jeho regulace, protože pokud zbytek světa uplatní ještě přísnější opatření než americký regulátor FCC, nebude mít UWB zdaleka takovou výkonnost, aby se prosadilo, případně vytlačilo jiné komunikační technologie.

FCC otevřela pásmo 3,1 – 10,6 GHz pro UWB již v roce 2002, ovšem za přísných opatření. Omezení z hlediska vysílacího výkonu se nedávno poněkud uvolnila na základě žádosti MBOA, takže následně je možné měřit vysílací výkon UWB systému při jeho normální činnosti. Dosavadní požadavky totiž vedly k naměření vyšších úrovní vysílacího výkonu, než který odpovídá běžnému vysílání. Pozitivním důsledkem je tedy zákonitě možnost zvýšit výkon UWB systémů, tedy dosáhnout vyšší přenosové rychlosti i dosahu. Rozhodnutí FCC není vázáno na žádné konkrétní technologické řešení, takže se týká obou hlavních návrhů: MB-OFDM i DS-UWB. USA nadále zůstává jedinou zemí, která schválila používání UWB.

U nás v Evropě lze očekávat výraznější restrikce, ale jinde na tom mohou být ještě hůř (např. v konzervativním Japonsku). Někteří se sice domnívají, že spojenectví s Bluetooth může UWB pomoci urychlit získat schválení regulátora, ale nic tyto optimistické nálady zrovna nepotvrzuje.

Omezení kmitočtového pásma, případně jeho dělení, bude znamenat menší kapacitu a dosah sítí s UWB. Jakkoli se hovoří především o maximální kapacitě téměř půl Gbit/s, ta se vztahuje pouze na nejkratší vzdálenost několika metrů. Běžněji, na vzdálenost deseti metrů, je třeba počítat s maximem kolem 100 Mbit/s. A to v době nasazení UWB zdaleka nebude závratná rychlost: připravovaná rychlá WLAN 802.11n nabídne totéž, dokonce možná i víc.

Firmy zaměřené na UWB (např. Pulse~Link) samozřejmě znějí nadále optimisticky: spektra je dost, rychlosti se meze nekladou. Ovšem v případě vyšších kmitočtů, kde dochází k větší absorpci, se reálný dosah a propustnost prostě snižuje.

MIF16

Ze zákulisí R&D

Purdue University nedávno oznámila, že vyvinula jako první na světě plně optický způsob generování UWB signálů, úpravou signálu v celooptickém modulátoru na požadovaný tvar. Běžně se UWB signály jako velmi krátké pulzy generují pomocí elektroniky, třeba jako sinusový puls na požadovaném kmitočtu. Řízením tvaru laserových pulzů se podařilo přizpůsobit kmitočty výsledných rádiových signálů a vytvořit signály o vyšších kmitočtech, než by bylo jinak možné. Tento přístup se bude hodit zejména v dalších aplikacích UWB, jako je podpovrchový radar, zobrazování a vyhledávání např. pozemních min.

Doporučené další zdroje

UWB Signals and Systems in Communication Engineering, Mohammad Ghavami, University of London (placený on-line tutorial: 140 slides; 4 hrs. 41 min.)
Ultrawideband – Standards, Technology, OEM Strategy, and Markets, zpráva ABI Research

2 názory Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 20. 5. 2005 0:11

Školení PPC reklamy pro pokročilé

  •  
    Důležité principy fungování PPC reklamy
  • Optimalizační postupy běžících kampaní
  • Práce s aplikací AdWords editor

Detailní informace o školení PPC reklamy pro pokročilé »