JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
Intresseorganisationen Bluetooth Special Interest Group meddelade nyligen att den kommer att anta en existerande UWB-radiokrets (Ultra Wideband) istället för att utveckla en egen nästa generations höghastighets-Bluetooth. UWB kommer att ge ny kraft åt Bluetooth och borde förlänga teknikens livslängd till väl in på nästa årtionde.
Billy Brackenridge är produktarkitekt på Staccato Communication. Han har jobbat i IT-industrin i över 30 år, närmast kommer han från Microsoft där han utvecklade USB, ljud- och Bluetoothprodukter. Före sin tid på Microsoft var han med i utvecklingen av de första interaktiva pc-baserade produkterna.Hans första jobb var en forskningstjänst vid Arpanet, det som sedermera blev Internet.

Image Bluetooth har haft större framgång än många förutspådde. Det säljs exempelvis fler Bluetooth-kretsar än alla andra typer av 802.11-radiokretsar sammanlagt. Å andra sidan har Bluetooth inte levt upp till alla de från början så högt ställda förväntningarna. Man kan dock fråga sig om detta verkligen hade varit möjligt, med tanke på att Bluetooth inledningsvis spåddes återfinnas i allt från brödrostar till teveapparater.

Enligt det marknadsundersökningsföretaget In-Stat förväntas den globala försäljningen av mobiltelefoner nå cirka 770 miljoner enheter under nästa år, och andelen telefoner med Bluetooth har ökat till runt 25 procent av marknaden. I takt med att priset för 2,4 GHz Bluetooth-radiokretsar sjunker kommer Bluetooth att utnyttjas i allt fler billiga telefoner. Å andra sidan säljs 100 miljoner digitalkameror varje år. Detta är en naturlig marknad för digitala radiokretsar, men varken Bluetooth eller andra digitala radiokretsar har fått ett betydande fotfäste på denna växande marknad. Det borde vara naturligt för kameror, mobiltelefoner, pc och tv-apparater att utbyta bilder trådlöst. Varför har det inte blivit så?

Som ingenjörer kan vi studera fysiken bakom radiokretsarna och den datorvetenskap som utnyttjas vid konstruktionen av protokollen för mediaaccess och kanske hitta en del förutsägelser som kan vara till hjälp för marknadsförarna. Vi skulle önska att all världens elektronik kopplades samman med digitala radiokretsar, men vi har en del ingenjörskonst att förstå oss på innan vi kan få våra vänner på marknadssidan att framstå som genier.

Den första frågan som behöver besvaras är "Vad är UWB-radio?" Shannons lag förutspår att kanalkapaciteten växer snabbare som en funktion av bandbredden än som en funktion av strömmen.

Där:

C = kanalkapacitet(bits/s)

B = kanalbandbredd (Hz)

P = mottagen signaleffekt (W)

N0 = störningseffektens spektraldensitet (W/Hz)

Ingenjörer har under många år försökt bygga allt kraftfullare radiokretsar (öka P). I en värld som alltmer domineras av batteridriven bärbar elektronik är energikrävande radiokretsar ett omöjligt alternativ. UWB-radiokretsar kräver mycket låg ström, men vid mycket stor bandbredd. Låg ström och stor bandbredd innebär att UWB-radiokretsar kan dela rf-spektrat med konventionella radiokretsar utan interferens. En förenklad version av FCCs definition av en UWB-radiokrets är en radiokrets som sprider sin signal jämnt över en bandbredd om åtminstone 500 MHz.

Trots att det verkar motsägelsefullt slår Shannons lag fast att det är möjligt att bygga en radio som kan bära en stor mängd information och ändå dra mycket lite ström. Detta var opraktiskt på elektronrörens och de diskreta transistorernas tid, men idag är en "radio" en kvadratmillimeter stor yta i en större kiselkrets.

UWB-radio har funnits sedan 1960-talet och fungerat i laboratorier i form av kiselkretsar under nästan ett tiotal år. Men det är bara under de senaste åren som företagen gått ihop om att standardisera UWB-radiokretsar i en form som gör att de kan marknadsföras framgångsrikt.

En av dessa organisationer är Wimedia (www.wimedia.org), som nyligen gick samman med intresseorganisationen MultiBand OFDM Alliance (MBOA). Plattformen Wimedia-MBOA är det radiosystem som Intel och Microsoft har antagit som bas för trådlös USB. Eftersom Intel och Microsoft är medlemmar av Bluetooths intresseorganisation är WiMedia en stark kandidat att bli den UWB-radio som Bluetooth-gruppen kommer att anta.

De tidiga UWB-radiokretsarna fungerade genom att generera pulser. Till skillnad från konventionell radio som oscillerar vid en bestämd frekvens genererar pulsering av ett elektriskt fält bredbands-rf. Det var relativt lätt att modulera pulserna så att de kunde detekteras som ettor och nollor. En av nackdelarna med impulsradio är att de genererar radiovågor i frekvenser där de är oönskade eller olagliga.

WiMedia-alliansen valde en modernare radio som utnyttjar multiplexeringstekniken OFDM, ortogonal frekvensdelnings. Den tekniken har utnyttjats under många år i ADSL-näten (asymmetriska digitala abonnentlinjer) och beprövade implementeringar har genomgått flera generationer av kretsar i verkliga produkter. OFDM tar en serie pulser och kör dem genom en omvänd snabb Fouriertransform. Detta resulterar i en serie sinuskurvor som kan spridas över ett brett spektrum. Eftersom en "radio" endast signalbehandlar kan kretsarna utnyttja digital logik och sålunda följa Moores lag samt implementeras i allmänt tillgängliga CMOS-processer.

När Wimedia-alliansen väl hade en konstruktion som skulle bli billig, energisnål och fungera på korta avstånd upp till 480 Mbps beslutade man att bygga en ny styrkrets för mediaaccess, en Media Access Controller eller MAC, istället för att använda en existerande konstruktion. Medan radion eller "PHY" sänder en råström av bitar formaterar MACen bitarna och koordinerar med andra radiokretsar så att dessa fungerar tillsammans. WiMedia-alliansen ansåg att existerande MAC-konstruktioner inte till fullo kunde utnyttja denna nya radio.

Säkerhet är en viktig aspekt som inte ägnats tillräckligt intresse i tidigare radiokonstruktioner. Wimedias radiokretsar utnyttjar AES-128-kryptering för att säkra dataintegriteten liksom kryptografiska kontrollsummor för att se till att meddelanden inte har manipulerats och krypterade tidsstämplar för att förhindra att obehöriga spelar upp meddelanden. Eftersom dessa tekniker är inbyggda i Wimedia-maskinvaran kan de utnyttjas för vilket protokoll som helst - trådlös USB, internetprotokoll eller Bluetooth - som kan köras över radiolänken.

Normalt sett skulle troligen en grupp digitala radiokretsar som talar med varandra kallas ett nät, men att göra det i Wimedia-kretsarnas fall vore missvisande. På en högre nivå kan radiokretsar bilda ett Bluetooth-nät, men på MAC-nivå är kretsarna helt självständiga. Detta är en subtil men viktig skillnad som representerar en betydande avvikelse från traditionell digital radiokonstruktion i vilken en krets kontrollerar nätet och de övriga synkroniserar till denna "master"-krets.

Om jag skulle utnyttja en WiMedia-radio för att bygga ett par Bluetooth-hörlurar som gör det möjligt för mig att lyssna till MP3-filer och jag går genom ett rum där en pc utnyttjar samma spektrum för att sända en högupplöst digital video till en tv-apparat med hjälp av trådlös USB borde de fyra radiokretsarna kunna känna igen varandra och dela utrymmet utan att störa varandra. De behöver inte känna till hur de ska förstå varandras protokoll eftersom ett par kanske talar Bluetooth och det andra trådlös USB. Båda kommer med säkerhet att utnyttja olika krypteringssätt. På liknande sätt är det möjligt att ha två persondatorer på ett kontor; båda kommunicerar eventuellt med sin utrustning med hjälp av trådlös USB. Jag vill att de ska dela utrymme och frekvens, men inte kommunicera med eller störa varandra.

Detta är inte rätt forum för en ingående diskussion om hur Wimedia MAC fungerar, men det är viktigt att observera att varje krets verkligen är självständig i så hänseende att den bibehåller en karta över samtliga kretsar denna eller dess närmaste grannar kan se (eller höra?). Den kommer att känna till avståndet till samtliga av sina grannar, signalstyrkan, deras prestanda i fråga om accepterad bithastighet och en bedömning vad gäller felfrekvensen för bitarna vid transaktioner med vardera granne. Denna information gör det möjligt för WiMedia-kretsar att "leka snällt tillsammans". Eftersom kretsarna kommer att vara mobila, kommer denna information att förändras med tiden. Detta är en betydande förbättring jämfört med tidigare metoder som utnyttjade "master-slave"-förhållanden för att etablera kommunikationsvägar.

Kommer vi att få en värld där varje tv-apparat, brödrost, pc och mobiltelefon har en digital radio som kan kommunicera med all annan utrustning om den så behöver? Jag vet inte det, men det står klart att Wimedia-radio inom några år kommer att finnas i alla nya persondatorer och kommer att kommunicera med hjälp av trådlös USB och internetprotokoll samtidigt. Bluetooth ger möjlighet att öppna denna marknad för miljontals konsumenter som normalt inte utnyttjar persondatorer. För att citera Rodney King kanske "we all can just get along" så att drömmen om en trådlös ansluten värld ändå till sist kan bli verklighet.
MER LÄSNING:
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus