Радио дизайн и технологии. RF Design

Радио дизайн и технологии. РЧ оборудование, его разработка, тестирование. схемотехника. RF Design

UWB, СШП, сверхширокополосные

now browsing by category

=

 

Сверхширокополосные системы UWB (Ultra Wide Band)

Согласно определению Европейской Комиссия по связи ECC (European Communications Commission) сверхширокополосная система СШП (Ultra Wide Band, UWB) связи — это система, использующая технологию радиопередачи с занимаемым спектром, большим 20% от номинала центральной частоты, или занимаемой абсолютной полосой частот, большей 500 МГц
Основным стандартом, которого придерживаются при разработке радиообрудования UWB, является IEEE 802.15.3a. Стандарт подготовлен рабочей группой IEEE 802.15 Института инженеров по электротехнике и электронике комитета стандартов IEEE, которая определяет стандарты беспроводных персональных сетей WPAN (Wireless Personal Area Network)
При создании СШП радиооборудования используются два перспективных напрвления: импульсное СШП-радио IR-UWB (Impulse Radio-UWB) и СШП на основе несущей CB-UWB (Carrier Based-UWB).


  • IR-UWB системы занимает большой непрерывный спектр частот и передают очень короткие импульсы с низкой скважностью (duty cycle).
  • CB-UWB системы основаны на многочастотных методах (методы со многими несущими, многополосные, OFDM/MC-UWB), в которых используется несколько модулированных или немодулированных колебаний, которые в частотной области можно рассматривать как импульсы. Структура MC-UWB сигнала соответствует стандарту IEEE 802.15.3a, также называемого «многополосный сверхширокополосный MB-UWB (multiband ultra wideband)».



Сперктральные маски СШП систем, соответствующие требованиям различных регулирующих организаций (Ultra Wide Band, UWB standarts)


Существуют различные схемы импульсной модуляции (Pulse Modulation), которые могут быть использованы в СШП системах. Для передачи информации в СШП-системах может быть использован ряд видов модуляции, показанные на рисунке ниже: амплитудная манипуляция с переключением, называемую зачастую просто амплитудная манипуляция (On-Off Keying, OOK), амплитудно-импульсная модуляция АИМ (Pulse Amplitude Modulation, PAM), двоичная фазовая манипуляция BPSK (Binary Phase Shift Keying), импульсно-позиционная модуляция PPM (Pulse Position Modulation), ортогональная импульсная модуляция OPM (orthogonal pulse modulation) а также комбинации вышеназванных видов.



Диапазоны частот UWB, используемые MB-OFDM (OFDM UWB) системами


Для использования многополосного метода MB-OFDM спектр ШПС делится на 14 диапазонов (Band) по 528 МГц в каждом, как показано на рисунке 1.5. Первые 12 диапазонов затем разбиваются на четыре группы диапазонов (band group), состоящие из трех диапазонов в каждой. Последние два диапазона входят в пятую группу. Кроме того, в соответствии со спецификациями ECMA-368 [21], в пределах спектра первых четырех определена также шестая группа диапазонов, для нормативного всемирного использования. Первоначально большая часть исследований и разработок радиооборудования были проведены для первой нижней группы выделенного диапазона частот от 3,1 до 5 ГГц, являющимся обязательным для поддержки в обеих технологиях формирования сверхширокополосного сигнала.
Большинство имеющихся UWB продуктов используется в первой группе диапазонов, использующей первые три диапазона от 3,168 до 4,952 ГГц. В то время как в США могут использоваться все 14 диапазонов, другие страны ограничивают использование специфическими диапазонами. Скорости передачи данных: 53.3, 80, 106.7, 160, 200, 320, 400 и 480 Мбит/с. Дальность действия может изменяться, так как изменяются расстояния между передатчиками и приемниками.



Различные виды модуляции, используемые в импульсных системах СШП (UWB Pulse Modulation)


Гауссовские импульсы имеют лучшие характеристики, чем другие, и позволяют получить импульс для получения сигналов с дополнительным пересечения нуля  [UWB.4]. Различные гауссовские импульсы имеют разные спектры. Для системы связи UWB с шириной диапазона более 3.1 ГГц, при существующих нормативных ограничениях мощности, гауссовские импульсы являются наиболее привлекательными. Кроме того, гауссовский импульс может быть легко сформирован по сравнению с другими. Именно по этой причине использование таких импульсов во временной области технологии UWB получило широкое распространение.



Гауссовский импульс первого порядка (First derivative of a Gaussian pulse)


В самом общем случае передатчик UWB сигналов представляет собой генератор импульсов с регулируемым параметром: фазой, амплитудой, временной задержкой. Необходимый вид модуляции вводится как раз путем изменения величины регулируемого параметра. В общем случае в тракте передачи из опорных прямоугольных импульсов производится формирование импульса необходимой формы (impulse shaping) для создания базовых импульсов (base impulse signal) с последующим введением модуляции. При выборе характеристики формирующего фильтра, по сути дела, производится изменение формы импульса так, чтобы наилучшим образом удовлетворять требованиям спектральной маски соответствующего стандарта.



Типовая структура импульсного СШП передатчика (UWB transmitter)


—————————————————————————————-

  • UWB.1. И.Иммореев, А.Судаков. Сверширокополосные и узкополосные системы связи. Совместная работа в общей полосе. Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2, 2003. с. 34-37.
  • UWB.2. Radio frequency devices. 47 CFR, Part 15. – Code of Federal Regulations, 2001.
  • UWB.3. ECC Report 120. Technical requirements for UWB DAA (Detect And Avoid) devices to ensure the protection of radiolocation in the bands 3.1-3.4 GHz and 8.5-9 GHz and BWA terminals in the band 3.4-4.2 GHz.
  • И. Шахнович. Сверхширокополосная связь. Второе рождение? – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2006, №2
  • www.ieee802.org/15;
  • www.uwbforum.org — временно недоступен.