面向嵌入系統的480Mb/s無線UWB鏈路

圖3 設備A通過設備B知道設備C的存在

UWB采用時分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)方式，即按照時隙和幀來組織傳輸。UWB傳輸時隙組合構成超幀(見圖4)。超幀分為信標段(BP)和數據傳輸段(DTP)。信標及有效數據占據超幀的256個媒體訪問時隙，一個媒體訪問時隙持續256μs，一個超幀持續65.5ms。所有能相互“聽”到的網絡成員都通過收聽到的信標來與超幀同步。信標中的信息可視為網絡成員的通信通道。

圖4 UWB數據超幀分為信標段和數據傳輸段

3 采用信標和TDMA技術節能
由于按時隙組織通道，因此并不需要每個設備每時每刻都在接收和發送數據。一個設備每次只需被喚醒65.5ms收聽信標；如果該設備沒有任何任務，將重新返回睡眠狀態。這類似于手機延長電池壽命的睡眠模式。

4 無競爭大頻帶與通道訪問
UWB的無線接口很像電纜。如果有幾個通信參與者而通道又有限，就必須對訪問權限進行管理。打算發送信息到某一通道的設備需要確定該通道是否已被別的設備占用。如果發現該通道空閑，就發送信息。當然，有可能兩個設備同時在收聽該通道，都發現它是空閑的，并同時向其發送信息，這就是所謂的“碰撞”。發生“碰撞”時，設備將嘗試稍后再訪問通道。這期間，每個設備在重試前都等待一個隨機時長。優先級較高的設備可能比優先級較低的設備先進行重試。這種“競爭訪問”機制是20世紀70年代隨以太網發明的，也常用于WLAN。顯然，如果要以最低延遲無中斷地傳輸一段視頻流，這種方法就行不通了。為確保能無中斷地傳輸視頻流，UWB采用了分布式駐留協議(DRP)。由于UWB基于TDMA，為保障與另一設備通信，網絡成員可保留一些固定的時隙(媒體訪問時隙)。保留通道占用時隙的相關信息在信標時段傳送。如果某一時隙被標記為“硬保留”，任何第三方都不可占用該時隙。這是保障視頻傳輸要求的確定性數據傳輸速率所必須的。

除DRP訪問機制外，UWB還可使用“優先排序競爭訪問”機制。

實施方案
圖5所示為使用愛特梅爾公司CAP可定制微控制器實現UWB-MAC的例子。該系統級芯片(SoC)利用Atmel微控制器外設，如USB主機和設備、以太網MAC和外部存儲控制器。這些設備可通過多層高級主機總線(Advanced Host Bus, AHB)與UWB-MAC高速交換數據，并借助ARM外設總線(Advanced Host Bus, APB)控制數據。

圖5 集成UWB-MAC的嵌入系統結構圖

UWB物理層(UWB-PHY)可以是Wionics Research公司的RTU7012雙頻物理層(Dual Band PHY)，該物理層符合WiMedia PHY 1.1和 PHY 1.2技術規范，可在UWB頻帶群1和3中工作。

1 低延遲UWB媒體訪問控制器
UWB標準的許多參數都由微控制器固件來控制。這樣，在需要增添其他高層協議如無線USB時，無須任何硬件修改。使用固件實施方案，還可降低規范變更的風險，并提高了靈活性。

MAC可在UWB設備間按任何方向傳輸任何數據。例如，一個無線發送視頻信號的應用，來自數字視頻接口的數據通過AHB傳送到與外部總線接口(External Bus Interface，EBI)連接的SDRAM。該SDRAM用作一個視頻中間緩沖器(見圖6)。MAC從該SDRAM提取視頻數據，并將其傳送到UWB網絡以完成傳輸。在相反的方向上，則將UWB物理層接收到的數據傳送到SDRAM。

圖6 UWB-MAC用作總線主控

在UWB網絡和SDRAM之間傳輸數據時，MAC用作AHB總線，無須處理器核進行干預。這意味著處理器不會被數據傳輸任務占用，因而可用于控制后續UWB超幀的MAC設置。在這種架構下，任何AHB總線設備都可成為數據傳輸的目標或源，無論是傳送到UWB-MAC，還是從UWB-MAC傳出。對于UWB無線模塊的接口，UWB-MAC采用WiMedia ECMA369 MAC-PHY接口標準。