东南大学移动通信国家重点实验室的毕光国教授演讲

以下是东南大学移动通信国家重点实验室的毕光国教授演讲：

主持人：下面我们有请来自东南大学移动通信国家重点实验室的毕光国教授，他演讲的题目是我国高速UWB通信系统的研发——回顾与展望。

毕光国：各位来宾，女士们、先生们下午好！今天我很高兴参加WiMedia的高峰会议。在这个会上向大家介绍一下我国高等学校在超宽带方面技术的研发情况。

我主要讲的第一个内容就是高速UWB无线通信商业应用即将起飞，第二方面就是对于我国高速超宽带研发的回顾，第三方面讲一下我们自己对后续研发的考虑。最后谈几点想法。

超宽带技术可以追溯到20世纪60年代，当时主要是对电磁学的研究，最初主要应用于军用的雷达高精度测距和隐秘通信方面。20世纪90年代以来，随着现代信号处理技术和集成电路的迅猛发展，使超宽带技术在商业民用领域的广泛应用成为可能，在数字家庭和网络中也具有了很大的发展潜力。为了响应这种需要，美国的FCC在1998年发出了关于开放UWB设备应用的征询公告，这个FCC经过4年的测试和评估工作，在2002年4月份发出了全世界第一个关于民用超宽带设备使用频谱的规范，03年、04年FCC不断的放宽这个规范的要求，到05年3月份FCC又豁免了符合DS-UWB和WiMedia两个企业标准的高速UWB的产品测试，为UWB产品进入将来的市场做了铺垫。

但是虽然是FCC为UWB的产品开了绿灯，但是它也受到了一些军事领域等等的反对和非议，因为这里面牵涉到一些干扰的问题。所以除了美国以外的各个政府在这个领域里面都没有马上的表态，都很谨慎。所以经过了3年左右的测试评估，到05年的时候英国政府的监管部门首先表态支持超宽带的应用。同时他们向欧洲的标准和规范提出了建议，05年8月份日本政府也初步批准了3.4-4.8G赫兹的频谱与辐射规范。

 图为东南大学移动通信国家重点实验室的毕光国教授

ITU在05年确定了各国和各地区UWB频谱分配的原则。06年2月ITU第一研究组批准了给予UWB全球性监管标准的建议。自从1998年FCC发出了第一个关于UWB的公告，到06年UWB的支持者与反对者进行了长达8年时间的抗战，这样的努力终于迎来了各国政府和官方的认可。目前世界上很多国家都在加紧测试评估，将确定超宽带的频谱规范对超宽带产品的规定。以上讲的是超宽带规范方面，关于超宽带有关标准方面首先是在美国由2002年11月启动的IEEE802.15 TG3a任务组进行的高速WPAN PHY层，增强型替代传输协议的标准化工作，当时成为全球业界参与和关注的焦点。但是不幸的是很快陷入了DS-UWB和MB-OFDM两个体制之间相持不下的局面。结果最后802.15 TG3a这个工作就不欢而散了。

WiMedia05年开始与Ecma International无合作，在05年推出了WiMedia的相关标准。现在国际标准化组织实际上已经批准了这个标准。随着这个标准的出台，目前WiMedia联盟里已经有90企业开发出来了高速的芯片和产品。规模化的量产预期在今年年底之前和明年初就会进入市场了。WiMedia的标准已经被WUSB和W1394和蓝牙等采纳了，已经具有了融入市场的有利的条件。

这里面还有一个技术体系叫做Cwave这个技术体系，这个公司也是一个很老牌的超宽带研究公司。他们原来一直比较低调，只是05年开始封封的登台亮相，推出他们体系的演示系统，但是他们目前还没有真正开发出产品，但是他们的演示系统显示，他们在技术上可以产生更大的实力。这样在高速超宽带领域里面有了三种产品，WiMedia、DS-UWB和Cwave。据有关部门预测，超宽带市场的年增长率从06年开始每年将会超过100%的增加。目前国际上很多大公司都是支持WiMedia的。因为WiMedia目前成为了国际化的标准。这样它的力量就更强了。但是另外两个公司也不会就此罢手，还会在专业的领域里发展自己的产品，所以三者之间的竞争起来不可避免的。在这个前提下，我们国家的生产企业、科研机构和运营商应该尽快的来考虑关于频谱管理和分配、技术标准、应用开发、商业模式和产业链方面的思考和探讨，再也不能等待了。

下面简单介绍一下我们国家在高速超宽带发展的情况，主要是我所了解的在国内高校的一些情况。在国内，近年来UWB技术也引起了科技部、国家自然科学基金委员会，信息产业部等政府部门的高度重视，以超宽带为主题的项目也逐年的增加，同时经费也有所增加。在20世纪80年代我国在电磁波和雷达领域的研究，已经进行了脉冲电磁波的传播和UWB脉冲雷达的研究工作。90年代一些高校的研究者也开始关注超宽带的跟踪和发展，包括东南大学等一些学校。

国家863计划通信主题在2001年发布了我国第一个关于超宽带的预研课题指南，就是《超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术》的课题，这个课题由东南大学主要进行研究，而且成功的完成了这个研究任务。这是我们国家第一个超宽带方面的课题。2003年在第一个课题完成的基础上，国家863通讯组又发布了超宽带无线传输技术研究与开发的预研课题。这个预研课题为期半年时间。当时有17家高校超宽带研究中心参与了竞选，最后有五家胜出，包括清华、北邮和东南大学等高校。在17家所提的方案当中大部分都是脉冲UWB的方案，有少数是采用OFDM的方案，最后五家当中大部分也是脉冲方案，这五家在04年验收的时候五家中选取了三家学校，其中东南大学、清华大学和中科大的脉冲方案获得了通过。

其中基于多带体制的目前超宽带无线通信关键技术由我们东南大学来研究。我们通过了所有的演示系统，包括实验演示系统。我们根据认知UWB无线电概念形成了多层多载波，在这个过程中我们完成了计算机仿真实验平台，包括物理层的平台，以及调试和验收。 传输距离大于10米。我们本身的实际指标可以达到660兆Mbps。它可以实现更大的系统容量，对硬件的实现要求可以降低成本。我们这些方案、机制和方法都是我们自己设计的。

这是我们系统的方案。我们和WiMedia的系统比较，上面的是WiMedia早期的方案，下面的是我们系统的方案，我们系统的方案比早期WiMedia的方案要好一到两个分贝，但是WiMedia现在又改进了，改进以后的方案我们估计和他们的方案性能是相当的，但是我们没有再进行比较。图）这是我们FPGA的机带板。这是现场测试的时候的发射端。这个是现场测试的接收端。

下面介绍一下清华大学的一个方案，他们完成了MBOK的无线数据传输演示系统，最大的码片速率是250Mbps，数据传输速率是100Mpbs。以上介绍的是国家863计划组所支持的一些课题和研究的情况。从理论研究到技术方案到最后实验系统的验收完成。

国家自然科学基金委员会在03年开始在一般面上项目支持UWB研究，研究的课题脉冲方面的比较多，国内各界关心的还是脉冲超宽带的潜力，在863项目中对脉冲方案提的也比较多。所以这个脉冲方案，像高速无线互联技术，基于超宽带的等等的课题。自然科学基金委在04年又发布了一个《超宽带高速无线接入理论与关键技术》的课题，由哈工大、南邮和规电三校联合组成项目组承担。主要是研究脉冲超宽带信号设计、产生和传播的理论与分析方法，超宽带无线技术的有关理论和技术，超宽带无线高速接入系统的演示验证等等，这个项目目前还处于中期，预计在08年完成，项目还正在建设当中。

除了863支持的项目和国家自然科学基金支持的项目以外，国家无线电监测中心也有一些关于频谱共享和干扰的研究和测试项目，也有个别的省市，也有自然科学基金来资助UWB的项目，其中包括一些企业，像华为电子和中兴通信等企业也设立了基金资助高校的UWB研究。

在学术交流方面，我们国家在2004年8月份在上海由863通信主题主办的，我们东南大学承办的召开了我国第一个关于超宽带的大型会议——超宽带无线通信技术与产业发展研讨会。此外，电子学报、通信学报也出版了UWB的专辑和相关的著作，这些著作还是以UWB脉冲为主。总之，高速UWB的研发，在国际上除美国外，国内起步还是比较早的，如果经费能够有保证，按照我们原定的计划，在05年的年底或者是在06年初已经开发出了几代的芯片了。因此超宽带研发没有能够持续的研发，这也使得我们的研发力量比较分散，数量比较重复，我们希望这种状况能够尽快的得到改善。

下面讲一下我们关于超宽带进一步研发的一些考虑。我们是高校的研究机构，我们很希望与有关的企业合作，能够开发出我们国家自己的超宽带的芯片出来。因为超宽带的使用量在个人、社会上都有很广泛的应用。这样的芯片我们不可能完全靠进口来生产，必须靠我们国家自己开发。要发展高速超宽带芯片的产业应该是标准先行，我们应该尽快的制订我们的标准，我们要考虑兼容和无线互联，同时根据我们的国情制订自己的高速超宽带的传输标准。同一个产品可以用在不同的领域，它的核心的应用是高质量的视频应用，我们国内有条件的企业可以开发出很多使用于家庭的和企业的各种网络的商用产品。这些应用对于UWB产品提出了更高的要求，它要求下一步的传输速率应该达到1Gbps，要求它的功耗和成本要更加低。

目前，WiMedia产品还不能达到这样的要求。为了达到更高的要求，我们又对WiMedia的产品和技术应该进行改进，我们认为可以在编解码技术，在多天线技术等等方面有所改进。我们现在也正在开展这方面的研究工作。另外一个方面就是认知无线电。我们认为应该把认知无线电技术和UWB技术结合起来，这样以便更好的利用频谱，这也是我们正在研究的课题。第四代无线通信将融合多种无线接入网，因此融合包括UWB在内的多种无线传输技术的多无线平台也是我们的一项正在研究的课题。

更进一步的研究课题就是把我们的传输目标提高到10Gbps速率的WPAN。将来会将40G的速率发展。这样的传输速率是未来WPAN的速率目标。解决这样的目标，一个办法就是开发更高频段，如60G，但是它成本高。另一种办法就是利用现有的频段，采用CR-UWB，可以把它提高到10个Gbps是有可能的。但是我们知道超宽带技术的本身频谱利用率很小。

我们认为应该利用频谱率很高的、更先进的、新的编码调制技术，把现有的频谱利用率提高几十倍，在现有的技术条件下就可以把传输速率提高到10个Gbps甚至达到100Gbps了，这样频谱设备就不会那么稀缺了。这是我们在考虑和研究的课题。当然现在已经有了这样的技术，就是所谓超窄带的技术，它的频谱利用率可以达到100Gbps，但是它现在所采用的技术不能用到家用的情况下，因为它的成本高。所以我们要采用新的调制和编码关系，改变现有的超窄带的方法。

超宽带的发展势头正在加快，其应用前景广阔，我国超宽带的研发基础，我们经过努力希望赶上国际的步伐。我们要尽快的开展我们自己国家技术标准的制订。我国有条件的企业要尽量拥有UWB的技术产品，要积极参与国际竞争，我们也希望政府有关部门能够尽快加大力度支持和组织各方面的力量采取开放的方针进行频谱规划、技术标准和产品规范的制订工作。我们课题组也将在现有的研究成果基础上，在政府有关部门的组织和指导下积极参与国内有关的项目合作，为我国自己的UWB产品的标准制定和产业发展有所贡献。谢谢大家！