Minule jsme si připomenuli, na jakých principech pracuje komunikace UWB (UltraWideBand) a kde všude ji bude možné uplatnit. UWB signál dovoluje přenos dat s velmi nízkou spektrální hustotou tak, že signál rozprostírá přes velmi široké pásmo. Původní návrh UWB se omezoval na přenos velmi krátkých pulzů (měřeno délkou jejich trvání), ale dnes je navrženo více metod pod hlavičkou UWB. Jako první se rýsuje využití UWB pro realizaci velmi rychlé bezdrátové sítě s velmi malým dosahem. Pro ujasnění potenciálu UWB v porovnání s ostatními bezdrátovými sítěmi slouží následující obrázek (zdroj: Study into the Effects of Ultra Wide Band Technology on Third Generation Telecommunications).
Obrázek:Potenciální využití UWB v bezdrátové komunikaci
IEEE 802.15.3a
Skupina 802.15.3a před více než rokem vyhlásila „soutěž“ o řešení fyzické vrstvy rychlé sítě WPAN (Wireless Personal Area Network). Ta má nabízet rychlost 110 Mbit/s na vzdálenost minimálně 10 m (a 480 Mbit/s do 1 m), s využitím pásma o šířce 500 MHz z kmitočtového intervalu 3,1 GHz až 10,6 GHz. Mezi 32 předloženými návrhy založenými vesměs na UWB se zatím žádný nevybral jako konečný, přestože (nebo protože?) se výběr zúžil na (neslučitelné) návrhy dva: MB-OFDM a DS-CDMA. (Stručný přehled původních návrhů lze nalézt v Man portable UWB monitor and locator feasibility study [PDF, 1,4 MB].)
Konzervativnější návrh předkládá MultiBand OFDM Alliance (MBOA), která mezi svými osmi desítkami členů má společnosti, jako jsou Texas Instruments, Intel, Philips, Microsoft, Fujitsu, NEC, Hewlett Packard, Infineon, Staccato Communications, Wisair, STMicroelectronics a Nokia. Řešení MB-OFDM (MultiBand Orthogonal Frequency Division Multiplexing) je kombinací metody přeskakování mezi kmitočty (cca třimilionkrát za sekundu) s ortogonálním multiplexem (využívaným např. v rychlých WLAN 802.11a/g). MB-OFDM má nabídnout rychlost 110 Mbit/s na vzdálenost 20 m a rychlost 200 Mbit/s na vzdálenost 14 m. MB-OFDM také předpokládá rozdělení celé šířky pásma na dvě části, aby se vyhnula pásmu 5 GHz, používanému 802.11a. Zúžení využitelného spektra ale do značné míry omezuje potenciální kapacitu UWB.
Proti MB-OFDM stojí radikálnější návrh DS-CDMA (Direct-Sequence Code-Division Multiple Access) „menší“ skupiny hráčů: společnosti Motorola a XtremeSpectrum (dnes již součást Motoroly), Ceva, CRL a Oki Semiconductor. Motorola svůj návrh nakonec výrazně pozměnila (často se označuje jako DS-UWB): je výkonnější než konkurenční řešení, ale má menší dosah, jen do 2–3 m (1,3 Gbit/s, což je desetinásobek toho, co nabízí MB-OFDM). Vyměnila také zvláštní modulaci MBOK (M-ary Bi-Orthogonal Keying) za tradičnější BPSK (Binary Phase Shift Keying).
Normalizační deadlock, tedy smrtelné objetí
Oběma návrhům k potřebným 75 procentům hlasů pro prohlášení oficiálním IEEE návrhem na řešení fyzické vrstvy pro rychlou bezdrátovou osobní síť vždy dost chybělo. Rozložení sil je totiž velmi podobné: 60 procent pro návrh MBOA a 40 procent pro návrh Motoroly. Jinými slovy, je to jakoby boj Motoroly se zbytkem světa.
Pokud nedojde k výběru „vítězného“ návrhu prosazovaného (nej)silnější lobby, může dojít k situaci, že se vytvoří více specifikací a bude se čekat na trh, který rozhodne o nejpřijatelnější technologii. Poslední události skutečně naznačují, že k tomu dojde: budou se používat dvě různé fyzické vrstvy a zřejmě i dvě různé MAC (MBOA se totiž překvapivě odklonila od standardní podvrstvy MAC pro 802.15.3).
Duální řešení
Na podporu zapeklité situace s výběrem jednoho konečného řešení pro fyzickou vrstvu 802.15.3a vznikl jakýsi kompromis, který se snaží vyřešit rozdílnosti mezi oběma návrhy prostřednictvím protokolu CSP (Common Signaling Protocol). Ten by umožnil více typům fyzické vrstvy UWB spolupráci ve stejném dosahu, aniž by došlo ke vzájemnému rušení. Protokol vyvinula mladá společnost Pulse-Link Inc. Využívá pásma společného MBOA a DS-UWB (500 MHz kolem středu 3,9 GHz) a používá buď BPSK (Binary Phase-Shift Keying), nebo DPSK (Differential PSK). Pomocí TDMA (Time-Division Multiple Access) se kanál přiděluje kolokovaným UWB zařízením.
Firma svůj protokol duální podpory ve skutečnosti nabízela IEEE již dříve (ač se oficiálně nepodílí na práci 802.15.3a), ale návrh se nesetkal s příliš velkou pozorností. Jak se však boj mezi oběma tábory přiostřuje, návrh je jednou stranou celkem vítán (např. Motorolou – její poslední návrh protokol CSP zahrnuje). MBOA se ovšem nijak nevyjadřuje, stále razí své řešení jako jediný přijatelný výsledek tahanic.
AetherWire, Time Domain, General Atomics, Artimi a Motorola mají svoje řešení fyzické vrstvy a hodlají s ním jít na trh. Proto návrh Pulse-Link vlastně předjímá situaci, kdy by se na trhu objevilo řešení více a bylo by potřeba zajistit jakousi vzájemnou spolupráci či spíše minimalizaci rušení zařízení s různými fyzickými vrstvami. Může se ovšem zdát, že je toto řešení předčasné nebo dokonce zbytečné, a to kvůli malému dosahu UWB. Pokud ovšem návrh přispěje k rychlejšímu rozhodování při normalizaci, pak bude skutečně přínosný.
Na trh každý s vlastním řešením
Neúspěch v přesvědčování ostatních v rámci IEEE nemá ovšem žádný vliv na záměr obou táborů dovést vlastní návrhy do komerční realizace. DS-UWB se podle všeho zaměřuje na náhradu Bluetooth a USB pro mobilní telefony a propojení zařízení na krátkou vzdálenost, zatímco MBOA má „v merku“ digitální spotřební elektroniku. Zatím se tedy zdá, že si oba tábory a jejich návrhy našly různá uplatnění, ale vzhledem k postupující konvergenci těchto zařízení si asi stejně budou zanedlouho konkurovat.
Zástupci jednoho tábora si již vytvořili svoji skupinu MBOA SIG (Special Interest Group) a do května plánují přijít s první specifikací. MB-OFDM má nabídnout bezdrátovou komunikaci s kapacitou 110 Mbit/s do vzdálenosti 11 m, 200 Mbit/s do 6 m a 480 Mbit/s v dosahu do 3 m. Průměrná spotřeba se má pohybovat kolem 250 mW.
První prototyp UWB transceiveru (společnosti Wisair) podle chystané specifikace MB-OFDM byl k vidění na nedávném Intel Developers Forum. Čip podporuje propustnost 480 Mbit/s pro bezdrátové USB. Zatímco specifikace bude požadovat podporu tří nižších pásem, čip obsahuje generátor pro rychlé přepínání mezi všemi osmi možnými pásmy MBOA (do několika nanosekund lze přepnout mezi pásmy 3,1 – 7,4 GHz). Přepínání mezi pásmy má zamezit jakémukoli rušení.
Čip se dostane na trh až za několik měsíců a cenově se má pohybovat na úrovni 20 dolarů. Cena čipů se má s masovou výrobou rychle snižovat, podobně jako tomu bylo u Bluetooth, který se dostal pod pět dolarů na čip. I když lze první čipy očekávat na přelomu letošního roku, skutečný nástup na trh se odehraje teprve v letech 2006/2007.
Prototypy čipů podle specifikace Motoroly by měly být k dispozici do konce roku 2004. První produkty by se pak mohly dostat na trh do poloviny příštího roku.
WiMedia Alliance(WMA), která se zaměřuje na rychlé sítě WPAN pro ad hoc komunikaci mezi spotřební elektronikou, přijala v dubnu na zasedání svých ředitelů řešení MBOA jako základ pro jednotnou platformu pro osobní sítě. Není ale divu, že si sdružení vybralo právě toto řešení, protože devět z celkových jedenácti jeho ředitelů je současně členy MBOA (jako poslední vstoupili do sdružení a do jeho vedení v únoru Intel a Texas Instruments). Došlo tak k jednoznačnému odmítnutí řešení Motoroly, která je přitom jedním ze zakladatelů sdružení. WMA teď může pokračovat ve vývoji vrstvy konvergence na podporu bezdrátových aplikací typu Firewire/IEEE 1394. Pro zajímavost: další řádné zasedání aliance se plánuje na červen do francouzské Aix-en-Provence.
Evropské předpisy
ETSI (European Telecommunications Standards Institute), ERM TG31a, již přes dva roky pracuje na stanovení rámce pro rozvoj využívání bezlicenčních UWB zařízení v Evropě. Spolupracuje s výborem SE24 (Spectrum Engineering) CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations), který prováděl studii o sdílení pásma s UWB.
UWB produkty musí být bezpečné a chránit veškeré potenciálně dotčené služby, zejména pevné bezdrátové přístupové služby v pásmech 3,5, 3,6–4,2 GHz, 4,4–5 GHz; mobilní sítě v pásmech 914 MHz, 1800–2100 MHz. Evropské předpisy budou pravděpodobně ještě přísnější než stávající regulace FCC.
V návrhu je zatím evropská norma EN 302 065 Communications and measurements between 3.1 to 10.6 GHz using UWB a pracuje se na související normě EN 302 066 Radio location services between 100 MHz to 6 GHz.
Poslední zprávy z normalizačního klání
V březnu se znovu projednávaly oba dva návrhy ve svých aktualizovaných podobách. Vylučovacím procesem se vybral návrh MB-OFDM, který ale opět nedosáhl potřebných tří čtvrtin všech hlasů. Tento návrh postupuje do dalšího „kola“: v květnu se na dalším zasedání bude projednávat na základě reakcí předkladatelů na záporná stanoviska výboru.
