Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Ing. Jan KRAMOSIL Radiokomunikace 2005 Pardubice 9. – 11. listopadu Bezdrátové a kabelové UWB technologie.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Ing. Jan KRAMOSIL Radiokomunikace 2005 Pardubice 9. – 11. listopadu Bezdrátové a kabelové UWB technologie."— Transkript prezentace:

1 Ing. Jan KRAMOSIL Radiokomunikace 2005 Pardubice 9. – 11. listopadu Bezdrátové a kabelové UWB technologie

2 Základní technologické principy Historie vývoje Propustnost přenosového kanálu a systémy UWB Rozvoj UWB systémů ve světě a v Evropě Aplikace na bázi UWB Nová řešení pro rychlý a efektivní přenosový kanál

3 Přenosový kanál Přenosová kapacita systému [ 10+, 100+ Mbps] využití extrémně široké části kmitočtového spektra pro přenos informace, a to s minimální výkonovou spektrální hustotou (PCM, MSK, GMSK, QPSK, M-QAM,TCM, OFDM) Propustnost přenosového kanálu a systémy UWB

4 Komunikační systémy: Vysokorychlostní přenosové sítě a systémy (WPAN) uvnitř budov Vysokorychlostní přenosové sítě a systémy pro vnější prostředí s extrémně nízkými ERP Přenosové systémy v prostředí CATV, xDSL, PLC, LAN, atd. (UWB for wired media) Komunikační systémy se skrytým provozem (Low probability of detection systems) Radiolokační systémy Sledovací systémy s vysokou rozlišovací přesností (RF tracking and positioning applications) Rádiové identifikační systémy (RFID tags) Detektory pohybu a zabezpečovací systémy (Motion sensors and Range finders) Detektory a zobrazovače objektů v prostředí s neprostupnými překážkami (GPR- Ground penetrating radars, WPR-Wall penetrating radars, through wall imaging systems) Antikolizní radary (anti-collisions short range radars)

5 Základní technologické principy IR – UWB Impulsní systémy (Impulse Response UWB, IR – UWB) MB-UWB Mnohopásmové systémy (Multiband UWB, MB-UWB)

6 Základní technologické principy IR – UWB … Impulsní systémy Shannon–Hartleyova rovnice C = maximální přenosová kapacita [bit/sec] nebo [bps] B = šířka přenosového pásma kanálu [Hz] S = výkon signálu [W] N = úroveň šumu [W] Přenosová kapacita kanálu je přímo úměrná šířce přenosového pásma a klesá logaritmicky se snižováním poměru signál/šum v přenosovém kanálu. Přenosovou kapacitu je možné zvyšovat rozšiřováním přenosového pásma rychleji než zvyšováním výkonu signálu

7 Zdroj: Základní technologické principy Princip IR-UWB v původní verzi s jednoduchou pulzní modulací (PM)

8 Základní technologické principy UWB a spektrální výkonová hustota [dBm/MHz] Zdroj:

9 Základní technologické principy UWB a plošná přenosová kapacita [kbps/m 2 ] – 2D spatial capacity Zdroj: /

10 Základní technologické principy Důležitá výhoda IR – UWB … Nižší nároky na složitost obvodového řešení transceiverů = možnost jednočipového CMOS řešení Podle způsobu řešení mnohonásobného přístupu – odlišení uživatelů: IR - UWB TH - UWB Pseudonáhodný časový posuv monopulsů (Time Hoping) DS - UWB Ortogonální pseudonáhodné sekvence (podobnost se systémy CDMA s rozprostřeným spektrem přímou kódovou sekvencí DS-SS)

11 Základní technologické principy Systém využívá dvě pásma 3,1 – 4,85 GHz a 6,2 – 9,7 GHz Pro modulování UWB monopulsů je použita modulační metoda BPSK (Binary Phase Shift Keying) případně 4BOK (Quaternary Bi- Orthogonal Keying) Je dosahováno přenosových rychlostí v rozsahu 28 – 1320 Mbps Systém umožňuje provoz až 6 simultánních komunikačních systémů (pikonetů) v každém pásmu Maximální spektrální výkonová hustota nepřesahuje v celém pásmu stanovených -41,5 dBm/MHz Parametry DS-UWB podle návrhu std. IEEE a ze 7/2004:

12 MB – UWB … Mnohopásmové systémy Základní technologické principy Prvotním podnětem byla definice systémů UWB podle FCC: - šířka tzv. „frakcionálního“ pásma musí být větší než 20%, při vyjádření podle vztahu kde f H …………. horní kmitočet (pro bod -10dB) f L …………. dolní kmitočet (pro bod -10dB) - a nebo šířka kmitočtového pásma potřebná pro přenos informace musí být rovna nebo větší než 500 MHz Kromě subnanosekundových monopulzů a modulace jednoho nosného kmitočtu lze užít i jiného modulačního principu ……. OFDM

13 Pásmo od 3,1 GHz do 10,6 GHz je rozděleno na 14 subpásem (segmentů) po 528 MHz V každém subpásmu se informace přenáší QPSK/OFDM modulací, přičemž OFDM využívá celkem 122 subnosných kmitočtů Je dosahováno přenosových rychlostí v rozsahu 55 – 480 Mbps. Systém umožňuje provoz 4 až 16 simultánních komunikačních systémů (pikonetů) Informační bity se překládají přes všechna pásma zvolená pro daný pikonet, čímž se dociluje kmitočtová diverzita a odolnost vůči mnohonásobným odrazům Maximální spektrální výkonová hustota nepřesahuje v celém pásmu stanovených -41,5 dBm/MHz Základní technologické principy Parametry MB-UWB podle návrhu std. IEEE a z 11/2004:

14 Historie vývoje Marconiho jiskrový telegraf 90-tá léta 19. století, 12. prosince 1901 první transatlantický přenos informace. II. světová válka, obranné systémy proti torpédům (systémy s rozprostřeným spektrem) nebo komunikační systémy s PPM (8 x duplex. kanál v pásmu 4,5 GHz) Do 70-tých let 20. století vývoj UWB utajen ve voj. laboratořích USA i SSSR. Komunikační a radarové systémy s vysokým stupněm utajení (Low probability of detection systems). zlomový moment - zveřejnění patentu G. F. Rosse, “Transmission and reception system for generating and receiving base-band duration pulse signals without distortion for short base-band pulse communication system,” U.S. Patent , Apr. 17, 1973.

15 Historie vývoje Označení UWB poprvé použito ve zprávě agentury DARPA (Defense Advanced ResearchProjects Agency) “Assessment of ultra- wideband (UWB) technology,” Ultra-Wideband Radar Rev. Panel, R-6280, Office of the OSD/DARPA,Washington, DC, July 13, V 90-tých letech 20. století vývoj různých civilních aplikací Zásadním impulsem pro otevření trhu se zařízeními UWB pak bylo stanovení regulačních pravidel pro jejich nasazení, která vydal FCC jako oficiální dokument: „ FCC Rules, Part 15; FCC 02-48: FCC First Report and Order“, přijatý 14. února Tento dokument byl v dalších letech doplněn dalšími oficiálními dokumenty: - FCC 03-33: FCC Memorandum Opinion and Order, přijatý 13. února 2003, - FCC Second Report and Order, přijatý 15. prosince 2004

16 Rozvoj UWB systémů ve světě a v Evropě USA využití extrémně široké části kmitočtového spektra pro přenos informace, a to s minimální výkonovou spektrální hustotou FCC Rules, Part 15; FCC kmitočtová maska -41,3 dBm/MHz GPS PCS WiFi UMTS

17 Rozvoj UWB systémů ve světě a v Evropě Systémy UWB ……… 3,1 – 10,6 GHz Poznámka č Radiokomunikačního řádu ITU „Všechna vysílání v níže uvedených pásmech jsou zakázána“ 1400–1427 MHz 2690–2700 MHz s výjimkou vysílání uvedených v ,68–10,7 GHz s výjimkou vysílání uvedených v ,35–15,4 GHz s výjimkou vysílání uvedených v ,6–24 GHz 31,3–31,5 GHz atd. [viz.Plán přidělení kmitočtových pásem -Národní kmitočtová tabulka, září 2004] UWB

18 Rozvoj UWB systémů ve světě a v Evropě Možné rušení již existujících rádiových systémů Japonsko Pouze experimentální systémy (výzkum intersyst. rušení) Singapur Hodnotí výsledky projektu „UWB friendly zone“ (Universitní areály) Jižní Korea Páce na vytvoření regulačního prostředí pro UWB ETRI – Electronics and Telecomunications Research Institute.. Projekt „Digital Home Network“) Hlavní překážka rozšiřování rádiových technologií na bázi UWB v dalších zemích světa

19 Rozvoj UWB systémů ve světě a v Evropě Země EU a CEPT volí komplexní přístup k tvorbě pravidel pro UWB. Výchozí dokument: ECC Report – 64, „THE PROTECTION REQUIREMENTS OF RADIOCOMMUNICATIONS SYSTEMS BELOW 10.6 GHz FROM GENERIC UWB APPLICATIONS“, Helsinky, únor Fixed Service (FS); 2.Mobile Satellite Service (MSS); 3.Earth Exploration Satellite Service (EESS); 4.Radio Astronomy Service (RAS); 5.Digital video broadcasting: DVB–T; 6.Digital audio broadcasting: T–DAB; 7.Bluetooth PAN; 8.Radio LAN; 9.Public Land Mobile Service (MS): IMT-2000; 10.Radio Navigation Satellite Service (RNSS); 11.Fixed Satellite Service (FSS); 12.Amateur/Amateur Satellite Services (Amateur) ; 13.Maritime mobile service (Maritime), including Global Maritime Distress & Safety Systems (GMDSS); 14.Aeronautical Mobile Service and radio determination service (Aeronautical, AMS, ARNS); 15.Meteorological Radars. USA pouze GPS, UMTS, PCS (WiFi)

20 Rozvoj UWB systémů ve světě a v Evropě Zjednodušená výchozí kmitočtová maska CEPT – porovnání s maskou FCC

21 Rozvoj UWB systémů ve světě a v Evropě Pracovní dokument č. RSCOM05-23 z 19. května 2005 Výboru pro rádiové spektrum EC (RSCOM) shrnul výsledky dosažené v rámci CEPT s následujícím konstatováním: Většina posuzovaných rádiových služeb vyžaduje daleko přísnější ochranu před rušením systémy UWB než garantuje kmitočtová maska PSD aplikovaná v rámci FCC. Předběžně jsou požadovány limity o 20 – 30 dB nižší. Pro posouzení míry interference u vnějších aplikací je podstatná míra agregovaných interferencí systémů UWB. Nebyla posuzovány zcela všechny případy možných interferenčních vlivů. Zejména možné interference do mobilních systémů dalších generací v kmitočtových pásmech do 6 GHz by měly být předmětem dalšího výzkumu a jsou zároveň i plánovaným tématem diskusí na další konferenci WRC-07 (agenda 1.4).

22 Rozvoj UWB systémů ve světě a v Evropě Návrh nového mandátu Evropské komise pro CEPT na pokračování prací při přípravě regulačních pravidel pro systémy UWB ve spolupráci s ETSI. (dokument RSCOM05-25) Hlavní cíl nového mandátu Připravit požadované informace tak, aby bylo možno přijmout společná pravidla EU pro početné aplikační sektory UWB technologií do poloviny roku 2006.

23 Aplikace na bázi UWB Typ. 1 – Rádiové komunikační a měřící systémy Typ. 2 – Rádiové zobrazovací systémy Typ. 3 – Radarové systémy pro aut. průmysl Typ. 4 – UWB přenosové systémy pro přenos po kabelech a metalických vodičích

24 Aplikace na bázi UWB Typ. 1 – Rádiové komunikační a měřící systémy Aplikace pro datovou komunikaci: Domácí zábava, propojování domácí spotřební elektroniky (TV, DVD, PVR, atd.) Multimediální rozhraní pro mobilní telefony Pozn.: V souvislosti s těmito aplikacemi se hovoří o tzv. WUSB rozhraní (Wireless USB) a o sítích WPAN. Předpokládá se převážně provoz ve vnitřním prostoru budov. Aplikace typu WLAN pro vnější i vnitřní prostředí, které jsou UWB obdobou sítí RLAN

25 Aplikace na bázi UWB Zdroj: Analysys UWB – WPAN Home

26 Aplikace na bázi UWB Kombinované aplikace pro datovou komunikaci a měření: Sledování označených subjektů s vysokou přesností určení polohy subjektu RFID aplikace Pozn.: Předpokládá se nasazení ve vnitřním prostředí. Ve vnějším prostředí se pak jedná o systémy s omezeným dosahem. Pro provoz většiny uvedených aplikací se v současnosti počítá s využitím kmitočtových pásem v rozmezí 3,1 – 10,6 GHz.

27 Aplikace na bázi UWB Zdroj: MSSI

28 Aplikace na bázi UWB Zdroj: MSSI

29 Aplikace na bázi UWB Postup standardizace: CEPT – je k dispozici dokument ECC Rep 64 z února 2005 ETSI – je k dispozici dokument TR – 1 z ledna očekává se vydání standardu EN IEEE – v rámci IEEE WPAN High Rate Alternative PHY Task Group 3a jsou k dispozici dvě systémová řešení, a to DS-UWB a MB-UWB. V současnosti se zdá pravděpodobnější standardizace DS-UWB. - v rámci IEEE Low Rate Alternative PHY Task Group 4a je rozpracován systémový návrh na méně nákladné systémy, s větším dosahem a využívající nižší výkon pro méně náročné aplikace

30 Aplikace na bázi UWB Typ. 2 – Rádiové zobrazovací systémy Aplikace pro zobrazování vnitřní struktury těles a oddělených prostor Podpovrchové radary (GPR) Zobrazování struktury překážek Zobrazování prostor za překážkou (WPR) Zobrazování struktur orgánů v lékařství Dohled nad vymezenými prostory bez ohledu na překážky Měření úrovně povrchu průmyslových kapalin Pozn.: Zmiňované aplikace mají předpoklad využití, jako součást zabezpečovacích systémů. Pro provoz většiny uvedených aplikací se v současnosti počítá s využitím kmitočtových pásem od 30MHz – 12,4 GHz (0-960 MHz – FCC).

31 Aplikace na bázi UWB Zdroj: M.Petrík, CVUT/11/2003

32 Postup standardizace: CEPT – je k dispozici dokument ECC Rep 64 z února 2005 ETSI – je k dispozici dokument TR – 2 z listopadu očekává se vydání standardu EN Aplikace na bázi UWB

33 Aplikace na bázi UWB Typ. 3 – Radarové systémy pro automobilový průmysl Aplikace pro antikolizní systémy Pro provoz většiny aplikací se v současnosti počítá s využitím kmitočtových pásem nad 20 GHz. Postup standardizace: CEPT – je k dispozici dokument ECC Rep 23 z května 2003

34 Aplikace na bázi UWB Typ. 4 – UWB přenosové systémy pro přenos po kabelech a metalických vodičích Aplikace pro datovou komunikaci Přenos informací po kabelech v koaxiálních a hybridních (HFC) sítích CATV Přenos po metalických vodičích silových rozvodů (varianta PLC) Přenos po kroucených párech účastnického rozvodu telefonní sítě (varianta DSL) Rozvoj těchto systémů cca od poloviny roku 2002 Není klasická interferenční zátěž kmitočtového spektra

35 UWB 400 Mbps/10m, 125 Mbps/20m P F CATV channels 1,2 Gbps/480 Mbps per node Aplikace na bázi UWB

36 Aplikace na bázi UWB Výhody UWB do prostředí CATV (UWB over Cable): Poměrně vysoká přenosová kapacita až 1,2 Gbps směrem k uživateli a 480 Mbps od uživatele Možnost překryvného (paralelního) provozu přenosového systému UWB se stávajícím přenosovým systémem využívajícím klasické modulace v rámci jedné sítě CATV. To umožňuje extrémně nízká výkonová úroveň rozprostřeného spektra UWB potřebného pro přenos Možnost přímé návaznosti datového toku UWB šířeného sítí CATV na UWB komunikační systémy Typu 1 v domácnosti a to bez nutnosti složité konverze. Výhody UWB do prostředí PLC a DSL: Zcela postačující přenosová kapacita v symetrickém provozu 62 Mbps, v asymetrickém provozu 100 Mbps a více v jednom směru Díky extrémně nízké výkonové úrovni rozprostřeného spektra UWB potřebného pro přenos je minimalizováno vyzařování metalických vodičů do okolního prostředí.

37 Nová řešení pro rychlý a efektivní přenosový kanál Hledání dalších cest a nových řešení, jak zabezpečit co nejvyšší propustnost přenosového kanálu při současné snaze o co nejefektivnější využití kmitočtového spektra. xG Technology LLC, Sarasota, Florida USA (www.xgtechnology.com) Technologie: - x Max - xG Flash Signal Broadband Physics, Inc., Santa Clara, California USA (www.broadbandphysics.com) Modulační metoda: - SDM – Sub-Band Division Multiplexing

38 Nová řešení pro rychlý a efektivní přenosový kanál xMAX koncentrace až 99% přenášené energie do nosného kmitočtu a extrémní potlačení postranních pásem (-60 až -100 dB pod úroveň nosné) Testy na 166,44 MHz, 6 Mbps, -3dBm (o řád vyšší dosah než Wi-Fi – 30dBm)

39 Nová řešení pro rychlý a efektivní přenosový kanál xG Flash Signal Potlačení nosného kmitočtu, úroveň postranních pásem se pohybuje v hodnotách -80 až -90 dBm/MHz, podobnost s UWB, možnost opakovaného využívání již obsazeného kmitočtového pásma.

40 Nová řešení pro rychlý a efektivní přenosový kanál Sub-Band Division Multiplexing,SDM (Broadband Physics, Inc.) Vyšší efektivita využití dostupné šířky kmitočtového pásma (10 – 12 bps/Hz) Velká odolnost proti různým typům rušení a vícecestnému šíření Zachování jednoduchosti modulačního a nemodulačního procesu

41 Při hledání způsobu, jak vytvořit rychlý a efektivní přenosový kanál, ani zdaleka ještě nebyly vyčerpány dostupné a reálné možnosti řešení. Nová řešení nasazená v praxi zvyšují reálnou hodnotu kmitočtového spektra a vyvolávají tak poptávku po zavádění nových metod jeho efektivní správy. Základní technologické principy Historie vývoje Propustnost přenosového kanálu a systémy UWB Rozvoj UWB systémů ve světě a v Evropě Aplikace na bázi UWB Nová řešení pro rychlý a efektivní přenosový kanál

42 Děkuji za pozornost.

43


Stáhnout ppt "Ing. Jan KRAMOSIL Radiokomunikace 2005 Pardubice 9. – 11. listopadu Bezdrátové a kabelové UWB technologie."

Podobné prezentace


Reklamy Google