ИМПУЛЬСНЫЕ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЕ СИГНАЛЫ и перспективы их применения в РЭС в Украине

Сверхширокополосный сигнал

Преобразование импульса в процессе передачи

Импульсный сверхширокополосный сигнал (IR-UWB) и его спектр

Преимущества IR-UWB сигналов
Большая пропускная способность каналов связи и большая емкость сетей на их основе;
Существенно меньшая мощность, потребляемая терминалами;
Очень хорошие проникающие способности сигналов, благодаря их относительно большой полосе частот, что важно при развертывании в пределах зданий, городcкой застройки, в лесах.
Эффективность селекции лучей в условиях многолучевого распространения;
Совместимость с узкополосными сигналами – малой степенью влияния последних на прием сверхширокополосных сигналов и малой спектральной плотностью, не оказывающей существенного влияния на прием узкополосных сигналов;
Сигналы трудно обнаружимы и детектируемы, что уменьшает вероятность несанкционированного доступа к передаваемой информации;
Возможность локализации терминалов с высокой точностью (сантиметры при дальности в километры) при их сетевом взаимодействии;
Приемопередатчики могут быть выполнены в малых размерах (например, размером монеты), маломощными, низкой стоимости, поскольку электроника может быть целиком выполнена на основе технологии CMOS без индуктивных компонентов.
Антенны могут быть небольшими, представляя собой токовые нерезонансные петли, возбуждаемые непосредственно схемой на основе CMOS технологии, “бабочки”, рупоры.

Скорости передачи в различных системах
Скорость передачи, Мбит/с Стандарт
480 UWB, USB 2.0
200 UWB (4 m minimum*), 1394a (4.5 m)
110 UWB (10 m minimum*)
90 Fast Ethernet
54 802.11a
20 802.11g
11 802.11b
10 Ethernet
1 Bluetooth

Пространственная плотность трафика

Виды модуляции UWB
Амплитудная
Временная (TH-UWB, TR-UWB)
Инверсная
Кодовая:

Скорость передачи в сети при ортогональном кодовом разделении
V (бит/с) = 1/T= 1/Q t n,
где T – длительность сигнала,
Q = k N – средняя скважность,
N – количество абонентов,
k - коэффициент
t – длительность импульсов,
n – количество импульсов в сигнале.

Скорость передачи в зависимости от длительности импульсов

FCC & EC Limits

FCC & EC Limits (cont.)
Максимум спектральной плотности –41,3 дБ/МГц
Частотный диапазон 3,1 – 10,6 ГГц
Длительность импульса, «вписывающегося» в частотную маску – 0,143 нс

Передатчик IR-UWB с ПСП

Схема приемника IR-UWB сигналов

Другие схемы приема IR-UWB сигналов

Дуплексный терминал/ретранслятор

Требуемая мощность импульса при приеме
где
- полоса частот
- спектральная плотность мощности помех, внешних и внутренних шумов приемника
сигнала

Зависимость требуемой мощности импульса от максимальной дальности связи для различных значений длительности импульса
(h=25, n=100, No=10e-18 Вт/Гц)

Перспективы применения
IR-UWB
Зависят от ограничений на мощность и спектр сигналов
При принятии маски FCC – только персональные сети и соединения периферийного оборудования ЭВМ, другие приложения на малых площадях
При более либеральных ограничениях – возможно создание радиосетей и использование в других приложения (высокоточная радиолокация, сети Ad Hoc, др.)

Рекомендации
Следует применять ультракороткие импульсы (τ < 0,1 нс) при большой скважности (Q > 100) с целью смещения максимума спектра в субмиллиметровую область спектра и снижения удельной плотности спектра
Применять “не энергетические” способы приема, основанные не на накоплении энергии импульсов сигнала, а на определении временного положения импульсов