Связь сокращает расстояния!


UWB (Ultra Wideband)
Тема: Технологии Дата:  7.3.04

О технологиях передачи информации/связи

Традиционные радиотехнические системы (технологии связи – GSM, UMTS и др., технологии передачи данных – WLAN, WAN, и др., радиолокация и т.д.) для передачи информации используют гармонические или синусоидальные колебания в качестве несущего колебания.
Резонансные свойства таких систем обеспечивают выполнение частотной селекции достаточно большого числа информационных каналов. Таким образом, именно частотная селекция является основным способом разделения этих каналов. При этом, большинство традиционных радиотехнических систем являются узкополосными – т.е. работают в полосе частот, много меньшей, чем их несущая частота.
Но именно ширина полосы частот и определяет количество информации, передающейся в единицу времени. Для повышения информационной возможности системы существует единственная возможность – увеличение полосы пропускания частот.
Однако, путь простого расширения полосы частот сегодня уже не реален, учитывая «тесноту» радио-спектра. Участков, не занятых коммерческим использованием, спутниковой связью, военными, государственной спецсвязью и т.п. практически не остается (вспомним, хотя бы, проблемы распределения частот среди операторов GSM связи).
Добавим сюда еще и «букет» проблем, свойственных традиционным радиотехническим системам: интерференция и многократное отражение от препятствий, низкая проникающая способность сигнала, помехоустойчивость и информационная незащищенность каналов передачи информации. В конце концов, существуют простые физические ограничения на «плотность пользователей». Вы пробовали связываться по GSM связи в небольшом помещении (с хорошими бетонными стенами), одновременно с 20-тью другими пользователями? А в подвале дома или в метро?
Однако, стремительное увеличение информационных потоков в современном мире, не может затормозиться из-за нерешенных проблем традиционных технологий передачи информации. Именно поэтому, информативность (или пропускная способность) системы передачи информации является одним из ключевых пунктов в восприятии рынком той или иной технологии.
Существует ли решение всех этих проблем? Сегодня, мы с уверенностью можем сказать – да! Имя этому решению – СШП (UWB).

О СШП (UWB)

Решить проблемы узкополосных радиотехнических систем можно с помощью технологии, использующей сверхширокополосные (СШП), в английской аббревиатуре – UWB (Ultra Wideband), сигналы.
Основная идея технологии заключается в использовании сверхширокополосного сигнала (UWB - Ultra Wideband) для передачи информации при помощи импульсно-кодовой модуляции. Схематично, отличие UWB технологии от узкополосной технологии во временном и частотном представлениях иллюстрируется графиками.
UWB-передатчик посылает в пространство серии сверхкоротких импульсов. Обычно длительность таких импульсов составляет порядка 0,5 нс (0,5х10-9сек). Интервал следования импульсов может колебаться в пределах от 10 до 1000 нс. Такой сверхкороткий во временной области импульс (идеализированный «Гауссовский» импульс) в частотной области является сверхширокополосным сигналом, поскольку ширина полосы и расположение центральной частоты зависят от длительности импульса.  Действительно, центральная частота обратно пропорциональна временной длительности импульса f0 ~ 1/t , поэтому для одиночного импульса, например, длительностью ~0,5нс центральная частота составляет ~2 GHz. Это проиллюстрировано на следующем рисунке.
Из рисунка видно, что в частотной области ширина полосы сигнала составляет более 100% от значения центральной частоты и половина мощности укладывается в полосе более 2 GHz. А как известно, чем шире полоса пропускания сигнала, тем больше информации можно передать. Конечно встает вопрос о кодировании (модуляции) передающейся информации. Данные модулируются с помощью изменения интервала следования импульсов. Технология импульсно-кодовой модуляции использует привязку импульсов по времени относительно некого базового импульса:
Таким образом информация кодируется цифровым способом ‘0’ и ‘1’. Период повторения импульсов определяет в конечном итоге скорость передачи данных. Так при периоде повторения импульсов ~ 100 нс скорость составляет 106 импульсов в секунду ( 10 Мбит).
Построение UWB системы беспроводной связи с точки зрения схемотехнических решений – более простая задача, чем создание аналогичных узкополосных систем.
По сути, UWB передатчик состоит из одного транзистора, работающего в цифровом режиме. Когда транзистор закрыт – логический ‘0’, транзистор открыт – ‘1’. При переходе из одного состояния в другое формируется «ступенька» (электромагнитная волна), которую преобразуют в классический гауссовский импульс. Такой сверхкороткий импульс непосредственно передается через антенну в пространство. Итак, в UWB передатчике нет усилителя, традиционного для узкополосного передатчика. Таким образом, существенно уменьшаются (на порядки) энергетические затраты на передачу сигнала. Кстати сказать, это преимущество перед традиционными узкополосными системами является не только технологическим, но в большей мере чисто рыночным. На другом конце канала связи находится UWB приемник, который, кстати говоря, также более прост в схемотехнике, чем узкополосный приемник. Схема построения такой UWB системы основана на использовании не дискретных элементов, а готовых чипсетов, обеспечивающих работу основных функциональных узлов – таймера (кодирование входной информации в UWB сигнал), коррелятора (корреляционный приемник сигналов см.рис), цифрового процессора(процессор модулирующего сигнала и контроллера).
Построенная по такой принципиальной схеме технология UWB системы радикально отличается от традиционных “sin wave” архитектур используемых сейчас в радиосвязи таких, как CDMA, TDMA, или FHSS. Все преимущества UWB технологий обуславливают широчайшее поле (особенно с точки зрения рынка) их применений.
По оценке специалистов развитие технологий UWB связи даст возможность увеличить скорость передачи данных в системах связи и беспроводных сетях (WLAN) до 60 Мб/с. Схематично место UWB технологий на рынке беспроводных систем передачи данных WLAN можно представить следующей схемой.
Технология UWB связи уже сегодня способна обеспечить несколько тысяч каналов передачи аналоговых сигналов (напр. голос) в одной полосе без дополнительных затрат на поддержку самого канала связи или до тысячи каналов одновременного доступа к цифровому дуплексному каналу на скорости 64 Кб/с.

Источник: http://www.pulstech.ru





Эта статья взята с сайта Связист - Все о связи!.48
http://sviazist.nnov.ru

URL этой статьи:
http://sviazist.nnov.ru/article.php?storyid=54