Ultra wideband (uwb) staat vooral bekend als de radiotechnologie die wordt gebruikt voor wireless usb (w-usb). Met deze nieuwe industriestandaard kunnen data via breedband over korte afstand verzonden worden. Uwb-toepassingen over de lange afstand zijn echter ook mogelijk. Helaas vallen deze uwb-toepassingen buiten de boot in de nieuwe Europese regelgeving, die naar verwachting dit jaar zal worden aangenomen.
Een uwb-zender straalt niet in een bepaalde frequentieband, zoals radio-, televisie-, gsm- en umts-zenders dat wel doen. In plaats daarvan veroorzaakt uwb achtergrondruis over alle frequenties. Dat maakt deze radiotechnologie een vreemde eend in het radiospectrum.
Uwb kent vele mogelijke toepassingen, zowel over korte als lange afstand. Voor het binnenshuis via breedband verzenden van data zijn door de industrie veel apparaten ontwikkeld. Dat komt doordat de Verenigde Staten in 2002 uwb al goedkeurde over deze afstand. Uwb staat nu bekend als een radiotechnologie die geschikt is voor een bereik tot maximaal tien meter. Niets is echter minder waar. Boven de tien meter neemt de capaciteit van uwb af, maar de toepassingsmogelijkheden zeker niet. Zo kan uwb in principe gebruikt worden voor mobiele datacommunicatie, vergelijkbaar met umts (zie kader: wat kan uwb?)
Bestaande frequentiegebruikers
Desondanks zijn er veel partijen die niet zitten te wachten op het gebruik van uwb over langere afstand. Dat ondervond John Rooymans, directeur van adviesbureau Gemex en medeauteur van een rapport dat in 2002 in opdracht van Economische Zaken werd geschreven over de mogelijkheden van uwb. Rooymans presenteerde de conclusies van het rapport tijdens het nationaal frequentieoverleg in januari 2003: “Daar zaten zo’n 150 man, van het leger tot de grote telecombedrijven als KPN en Vodafone. Ik betoogde dat uwb op de korte afstand weinig toegevoegde waarde bood en stelde voor het beleid vooral te concentreren op het stimuleren van uwb-toepassingen over de langere afstand.” De presentatie van Rooymans werd niet enthousiast ontvangen. “Het bleef heel stil. Je zag ze allemaal op hun hoofd krabben. Zalm had net zijn portefeuille zwaar gevuld door de verkoop van umts-licenties voor een smal frequentiebandje in het radiospectrum. Het kwam niet goed uit dat de telecombedrijven van mij te horen kregen dat hun investering waardeloos was. De consultant naast mij zei: Het lijkt wel of hier iemand zojuist de stalhouders heeft verteld dat hun paarden niet meer nodig zijn, omdat de auto uitgevonden is.”
Flexibilisering
Uwb stuit bij sommige bestaande gebruikers van het radiospectrum op veel weerstand. Zij vrezen storingen op hun signaal, doordat uwb het gehele radiospectrum kan gebruiken.
Het radiospectrum wordt in Nederland beheerd door het Agentschap Telecom, in opdracht van het ministerie van Economische Zaken (EZ). Voor het gebruik van sommige frequenties moet betaald worden, zoals in het geval van umts. Andere frequentiebanden zijn toebedeeld aan partijen die EZ graag wil beschermen. Daarbij gaat het bijvoorbeeld om frequentiebanden voor militaire toepassingen, maar ook om banden die nodig zijn voor wetenschappelijk onderzoek, zoals de radioastronomie. Margreet Bos, senior project manager radio systems bij het Agentschap Telecom: “Het is niet zo dat astronomen kunnen kiezen voor een bepaalde band. Die frequenties zijn natuurkundig bepaald.” Een voorbeeld daarvan is de frequentie van 1420 MHz. Die wordt door radioastronomen gebruikt om de afstand tot sterrenstelsels te meten. Negentig procent van de atomen in het heelal zijn namelijk waterstofatomen, en die waterstofatomen zenden elektromagnetische straling uit met een golflengte van 21 centimeter en een frequentie van 1,42 GHz.
Doordat de ether steeds drukker wordt, heeft EZ zich echter voorgenomen in de toekomst flexibeler om te gaan met het radiospectrum, zo valt te lezen in de nota Frequentiebeleid 2005. Met deze flexibilisering wordt onder andere bedoeld dat een deel van de frequentiebanden in de toekomst noodgedwongen door meer dan één gebruiker zal moeten worden gedeeld. Echter, zoals beleidsmedewerker Erik Moll van DGET (Directoraat-Generaal Energie en Telecom) het uitdrukt: “Dat gebeurt alleen als blijkt dat een toepassing geen schadelijke storing veroorzaakt voor andere bestaande gebruikers. We gaan niet zomaar iets toestaan wat andere gebruikers in de wielen rijdt.”
Schadelijke storing?
Over de vraag in hoeverre uwb interferentie veroorzaakt op andere frequenties zijn de meningen verdeeld. Rooymans: “Uwb-apparatuur stoort minder dan een stofzuiger of laptop. Om die reden is het zelfs vreemd dat uwb wordt gezien als frequentiegebruiker. Alleen onder de tien meter wordt er met uwb zoveel informatie verstuurd, dat er interferentiepatronen kunnen ontstaan die lijken op een bepaalde frequentie.” De Conférence Européenne des Postes et Télécommunications (CEPT), die van de Europese Commissie een mandaat heeft ontvangen voor het ontwikkelen van regelgeving rond uwb, heeft verschillende studies uitgevoerd om te meten in hoeverre uwb stoort op frequenties van bestaande gebruikers. Op grond daarvan heeft de ECC, het hoogste besluitvormende orgaan binnen de CEPT, voorgesteld uwb toe te staan in de frequentieband tussen 3,1 en 10,6 GHz. Door het gebruik van allerlei filtertechnieken kunnen uwb-signalen beperkt blijven tot die frequentieband. Daarmee worden belangrijke frequentiebanden voor bijvoorbeeld radioastronomisch onderzoek en umts-signalen vrijwel geheel gevrijwaard van uwb-ruis. Daarnaast wordt het gebruik van uwb voorlopig beperkt tot gebruik binnenshuis, en worden er door de ECC maximale emissieniveaus voorgesteld. Die maximale emissieniveaus bepalen het maximaal toegestane zendvermogen, en daarmee de maximale afstand die met uwb kan worden gehaald. Volgens criticasters zijn deze maximaal toegestane emissieniveaus veel te laag, omdat ze gebaseerd zijn op onrealistische studies over het gebruik van uwb. Fred Dijkstra, technisch directeur van Utellus, dat mobiele netwerken ontwikkeld op basis van uwb: “Met de testen die door de CEPT zijn gedaan, kun je altijd verstoring meten. Als ze een laptop hadden gebruikt in plaats van een uwb-zender, dan hadden ze ook wat gemeten.”
Compromis
Amerika heeft in 2004 de normen voor uwb verruimd, waardoor in de Verenigde Staten nu ook een aantal uwb-toepassingen met een bereik boven de tien meter toegestaan zijn. De nu door de ECC voorgestelde normen zijn nog strenger dan de normen die Amerika al in 2002 uitvaardigde. Het conceptvoorstel wordt echter gesteund door EZ. Moll: “We weten hoe moeilijk de discussie geweest is en hoe veel tegenstrijdige belangen er spelen. Wat hier nu ligt is een compromis, dat door de voorgestelde limieten voldoende bescherming biedt aan bestaande gebruikers en tegelijkertijd voldoende ruimte laat aan uwb.”
Rooymans bestrijdt dat laatste: “Met dit voorstel doe je de unieke mogelijkheden van uwb enorm geweld aan. Je vermindert het bereik, de bandbreedte, alles.” Dijkstra: “De Europese Commissie vergeet bovendien dat landgrenzen geen rol meer spelen in deze tijd van internet. Mensen bestellen gewoon apparatuur en leuke gadgets uit Amerika. Een geïsoleerde regelgeving heeft geen enkel nut en zet enkel de Europese bedrijven buitenspel.”
Uwb-wetgeving
De Europese Commissie heeft een mandaat gegeven voor het ontwikkelen van regelgeving aan de Electronic Communications Committee (ECC), het hoogste besluitvormende orgaan binnen de CEPT (de oud-PTTs van 46 landen). De ECC wordt geadviseerd door allerlei partijen, waaronder het Agentschap Telecom en de industrie (onder andere verenigd binnen ETSI, het European Telecommunications Standards Institute). Op grond van al die adviezen heeft de ECC in 2005 een oktober een conceptvoorstel gepresenteerd (ECC/DEC/(06)AA), dat wordt gesteund door EZ. Besluiten van de CEPT zijn niet bindend. De Europese Commissie zal het voorstel van de CEPT echter naar verwachting dit voorjaar in min of meer ongewijzigde vorm overnemen in een beschikking, die wel bindend is voor de lidstaten van de Europese Unie.
Wat is uwb?
Een uwb-signaal bestaat uit een onregelmatige reeks ultrakorte elektrische pulsjes. Daarbij wordt geen draaggolf gebruikt. Juist door dat afwijkende gedrag heeft uwb echter vele voordelen boven andere radiotechnologieën. In de eerste plaats worden uwb-signalen heel efficiënt verzonden. Dat komt omdat elke puls in principe één bit representeert. Informatie wordt overgebracht door het variëren van het moment waarop een puls (binnen een bepaald puls-tijdspatroon) wordt verstuurd, of door het wijzigen van de fase van een puls (eerst negatief, dan positief, of andersom). Modulatie verloopt dus veel eenvoudiger dan bij conventionele radiotechnologieën, waarbij eerst een draaggolf van een bepaalde frequentie wordt gegenereerd. Wie signalen wil verzenden over die draaggolf, kan kiezen: de amplitude van de golf aanpassen, of de frequentie. De eerste vorm van modulatie heet AM (amplitudemodificatie), de tweede FM (frequentiemodulatie). Omdat eerst een draaggolf moet worden gegenereerd, vragen conventionele radiotechnologieën meer vermogen. Een draaggolf staat namelijk altijd aan. Conventionele radio zendt continu elektromagnetische straling de wereld in, ongeacht of er informatie wordt verzonden. Een ander nadeel van het gebruik van draaggolven is dat de maximale hoeveelheid verzonden informatie wordt beperkt door de frequentie van de golf. Over één golf kan namelijk maximaal één bit worden verzonden, en het aantal golven per seconde bepaalt dus de maximale bandbreedte. Bij uwb ligt dat anders. Deze radiotechnologie wordt niet beperkt door een bepaalde frequentie. Aangezien Moore’s Law voorspelt dat chips elke anderhalf jaar in snelheid verdubbelen, zullen in de toekomst de pulsen dus korter kunnen worden, waardoor vervolgens ook meer informatie kan worden verzonden.
Wat kan uwb?
Uwb kent vele mogelijke toepassingen, zowel over de lange als de korte afstand. Hoe korter de afstand, hoe breedbandiger de communicatie. Zo kan uwb gebruikt worden om chips onderling op een printplaat met 5 Gbps draadloos te laten communiceren. Dat bespaart chipsfabrikanten veel geld, doordat aansluitpootjes niet meer nodig zijn. Apparatuur die is voorzien van wireless usb (w-usb) verstuurt data met 480 Mbps tot drie meter en met 110 Mpbs tot tien meter. Boven de tien meter neemt de breedbandigheid van uwb verder af, maar de toepassingsmogelijkheden zeker niet:
Lokatiebepaling en radar
Doordat uwb geen draaggolf gebruikt, kan deze radiotechnologie worden toegepast om de positie van objecten of mensen tot op dertig à veertig centimeter nauwkeurig te bepalen. Dat kan door het meten van de tijd tussen het versturen en ontvangen van een uwb-signaal. Door dat tijdsverschil te delen door de 300.000 km/s (de snelheid van elektromagnetische straling), kan de afstand tussen twee uwb-zenders worden bepaald. Wanneer er ook een derde uwb-zender aanwezig is, kan via een driepuntsmeting niet alleen de afstand, maar ook de locatie van objecten worden berekend. Dat maakt uwb geschikt voor bijvoorbeeld verkeersgeleidings-systemen: door uwb-zenders in auto’s in te bouwen, kan hun snelheid worden gereguleerd op basis van de afstand tot andere auto’s. Intelligente gebouwen kunnen worden voorzien van uwb-sensors, om te controleren of waardevolle objecten aan de wandel gaan. En een brandweerman die een uwb-zendertje draagt, kan ook in een gebouw vol rook goed terug worden terug gevonden. Behalve voor locatiebepaling kan uwb ingezet worden als radar. Militairen gebruiken uwb daar al tientallen jaren voor. Maar uwb kan bijvoorbeeld ook worden gebruikt in medische scanapparatuur, en voor het opsporen van mensen onder het puin.
Communicatie
Daarnaast kan uwb worden toegepast voor communicatie over langere afstanden, tot aan vele tientallen kilometers. De breedbandigheid van het signaal neemt dan overigens wel steeds meer af. Een chip met een piek-zendvermogen van 100 milliWatt zou over een afstand van twee kilometer ongeveer een bandbreedte van 100 Kbps kunnen halen. Dat is vergelijkbaar met de bandbreedte van een gemiddelde Edge-verbinding, en veel hoger dan de 22,8 Kpbs van een gsm-verbinding. Gsm-telefoontjes bouwen op basis van uwb is dus geen enkel probleem, en ook datacommunicatie vergelijkbaar met umts is met iets snellere chips al mogelijk. Doordat uwb bovendien locatiebepaling mogelijk maakt, kunnen mobiele uwb-apparaten gezamenlijk een netwerk vormen, zonder dat daarvoor een provider nodig is. Deze apparaatjes kunnen elkaar zelfstandig opsporen, samen een netwerk opbouwen, en via peer-to-peer communicatie data aan elkaar verzenden. In gebieden met voldoende bezitters van een uwb-mobieltje, kan zo gratis mobiel data worden verzonden. Die mobieltjes zouden bovendien vrijwel nooit hoeven te worden opgeladen, omdat het verzenden van uwb-signalen vrijwel geen stroom kost. Uwb is namelijk hele stille radio, doordat de tijd tussen pulsen ongeveer honderd tot tweehonderd keer zo lang is als de pulsduur. Het gemiddelde zendvermogen van uwb-apparaten kan daardoor heel klein blijven, ter grootte van enkele tientallen microWatts. Ter vergelijking: Bluetooth-apparaten hebben een gemiddeld zendvermogen van één milliWatt.
