Ultra szélessáv - Ultra-wideband

Az ultra-szélessávú ( UWB , ultra szélessávú , ultra-széles sáv és ultrasáv ) egy olyan rádiótechnika , amely nagyon alacsony energiaszintet tud használni a rövid hatótávolságú, nagy sávszélességű kommunikációhoz a rádióspektrum nagy részén. Az UWB hagyományos alkalmazásokkal rendelkezik a nem együttműködő radarképekben . A legújabb alkalmazások az érzékelők adatgyűjtését, precíz helymeghatározását és nyomon követését célozzák. Az UWB támogatás elkezdett megjelenni a csúcskategóriás okostelefonokban c. 2019.

Jellemzők

Az ultra-szélessáv olyan technológia, amely széles sávszélességen (> 500 MHz ) keresztül továbbítja az információkat  . Ez lehetővé teszi nagy mennyiségű jel energia továbbítását anélkül, hogy zavarná a hagyományos keskeny sávú és vivőhullámú átvitelt ugyanabban a frekvenciasávban. Számos országban a szabályozási korlátok lehetővé teszik a rádió sávszélességének ezt a hatékony kihasználását, és lehetővé teszik a nagy adatátviteli sebességű személyes hálózat (PAN) vezeték nélküli csatlakozást, a nagyobb hatótávolságú, alacsony adatsebességű alkalmazásokat, valamint a radar- és képalkotó rendszereket, amelyek átláthatóan léteznek a meglévőkkel. kommunikációs rendszerek.

Az ultra-szélessávot korábban impulzusrádiónak nevezték , de az FCC és a Nemzetközi Távközlési Szövetség Rádiókommunikációs Szektora ( ITU-R ) jelenleg az UWB-t olyan antennaátvitelként határozza meg, amelynél a kibocsátott jel sávszélessége meghaladja az 500 MHz-es kisebbet vagy a számtani központ 20% -át frekvencia. Így az impulzus-alapú rendszerek-ahol minden egyes átvitt impulzus elfoglalja az UWB sávszélességet (vagy legalább 500 MHz-es keskeny sávú vivő együttesét; például az ortogonális frekvenciaosztásos multiplexelést (OFDM))-hozzáférhetnek az UWB-spektrumhoz szabályokat.

Elmélet

A hagyományos rádióadások és az UWB között jelentős különbség az, hogy a hagyományos rendszerek a szinuszos hullám teljesítményszintjének, frekvenciájának és/vagy fázisának változtatásával továbbítják az információkat. Az UWB adások úgy továbbítanak információt, hogy rádióenergiát generálnak meghatározott időközönként, és nagy sávszélességet foglalnak el, ezáltal lehetővé téve az impulzus-pozíciót vagy az időmodulációt. Az információ UWB jeleken (impulzusokon) is modulálható az impulzus polaritásának, amplitúdójának és/vagy ortogonális impulzusok kódolásával. Az UWB impulzusok szórványosan, viszonylag alacsony impulzusszámmal küldhetők, hogy támogassák az idő- vagy pozíciómodulációt, de akár az UWB impulzus sávszélességének fordított értékével is. Az impulzus-UWB rendszereket az UWB impulzusok folyamatos áramlásának (folyamatos impulzus UWB vagy C-UWB ) használatával 1,3 gigapulzust meghaladó csatornaimpulzus-gyakorisággal bizonyították , miközben támogatják a 675 Mbit/ s-ot meghaladó előre kijavított adatátviteli sebességet s.

UWB rádiórendszerrel lehet meghatározni az átvitel "repülési idejét" különböző frekvenciákon. Ez segít leküzdeni a többutas terjedést , mivel néhány frekvencia látómezős pályával rendelkezik, míg más közvetett utak hosszabb késéssel rendelkeznek. Egy kooperatív szimmetrikus kétirányú mérési technikával a távolságok nagy felbontásra és pontosságra mérhetők.

Alkalmazások

Valós idejű hely

Az UWB hasznos a valós idejű helymeghatározó rendszerekben, és precíziós képességei és alacsony teljesítménye miatt kiválóan alkalmas rádiófrekvenciára érzékeny környezetekhez, például kórházakhoz. Az UWB hasznos a peer-to-peer finom tartományok beállításához is, amely számos alkalmazást tesz lehetővé két entitás közötti relatív távolság alapján.

Mobiltelefonálás

Az Apple 2019 szeptemberében piacra dobta az első három ultra-szélessávú képességű telefont, nevezetesen az iPhone 11, iPhone 11 Pro és iPhone 11 Pro Max készülékeket. Az Apple 2020 szeptemberében piacra dobta az Apple Watch 6. sorozatát is, amely UWB -t tartalmaz , és az ezt a technológiát használó AirTag -jeik 2021. április 20 -án, sajtótájékoztatón kerültek nyilvánosságra. A Samsung Galaxy Note 20 Ultra és a Galaxy S21 Ultra és az S21+ is támogatja az UWB -t, a Samsung Galaxy SmartTag+készülékkel együtt.

A FiRa Konzorciumot 2019 augusztusában alapították, hogy kifejlesszék az interoperábilis UWB ökoszisztémákat, beleértve a mobiltelefonokat is. A Samsung, a Xiaomi, az Oppo jelenleg a FiRa Konzorcium tagjai. 2020 novemberében az Android nyílt forráskódú projekt megkapta az első javításokat egy közelgő UWB API -hoz; a teljes funkcionalitású UWB támogatás várható az Android későbbi verzióiban.

Digitális kulcsok

Az UWB digitális autókulcs az autó és az okostelefon közötti távolság alapján működik.

Termékek

A helymeghatározó rendszerekre összpontosító kis számú UWB integrált áramkör gyártás alatt áll vagy 2020 -ra tervezik a gyártást.

Támogató termék név Alapértelmezett Zenekar Bejelentett Kereskedelmi termékek
NXP NCJ29D5 HRP 6-8,5 GHz 2019. november 12
NXP SR100T HRP 6–9 GHz 2019. szeptember 17 Samsung Galaxy Note20 Ultra
alma U1 HRP 6-8,5 GHz 2019. szeptember 11 iPhone 11, Apple Watch Series 6, iPhone 12, HomePod Mini, AirTag
Qorvo DW1000 HRP 3,5-6,5 GHz 2013. november 7
Qorvo DW3000 HRP 6-8,5 GHz 2019. jan
3 dB 3DB6830 LRP 6-8 GHz
CEVA RivieraWaves UWB HRP 3,1-10,6 GHz rádiótól függően 2021. június 24

Ipari alkalmazások

Az UWB -t kiértékelték a New York -i metró jelzésének használatára .

Radar

Az ultra-szélessáv széles körű figyelmet kapott a szintetikus apertúrájú radar (SAR) technológiában való megvalósításában. Nagy felbontása miatt, annak ellenére, hogy alacsonyabb frekvenciákat használ, az UWB SAR-t nagymértékben kutatták objektum-behatolási képessége miatt. Az 1990-es évek elejétől kezdve az amerikai hadsereg kutatási laboratóriuma (ARL) különféle helyhez kötött és mozgatható föld-, lombozat- és falbehatoló radarplatformokat fejlesztett ki, amelyek biztonságos távolságban észlelték és azonosították az eltemetett IED-ket és rejtett ellenfeleket. Ilyen például a railSAR , a boomSAR , a SIRE radar és a SAFIRE radar . Az ARL megvizsgálta annak megvalósíthatóságát is, hogy az UWB radartechnológia beépíthet -e Doppler -feldolgozást a mozgó célpont sebességének becsléséhez álló helyzetben. Míg egy 2013 -as jelentés kiemelte az UWB -hullámformák használatának problémáját a céltartomány -migráció miatt az integrációs intervallum alatt, a legújabb tanulmányok azt sugallják, hogy az UWB -hullámformák jobb teljesítményt tudnak felmutatni a hagyományos Doppler -feldolgozáshoz képest, amennyiben megfelelő illeszkedő szűrőt használnak.

Az ultra-szélessávú impulzusos Doppler-radarokat az emberi test létfontosságú jeleinek, például pulzus- és légzési jeleinek, valamint az emberi járáselemzésnek és az esésérzékelésnek a megfigyelésére is használták. A folyamatos hullámú radarrendszerek potenciális alternatívájaként szolgál, mivel kevesebb energiafogyasztást és nagy felbontású tartományprofilt tartalmaz. Alacsony jel-zaj aránya azonban sebezhetővé tette a hibákat. Az alkalmazás kereskedelmi példája a RayBaby, amely egy bébiőr, amely érzékeli a légzést és a pulzusszámot annak megállapítására, hogy a baba alszik vagy ébren van. A Raybaby öt méteres észlelési hatótávolsággal rendelkezik, és képes milliméternél kisebb finom mozgásokat észlelni.

Az ultraszéles sávot a „falon átlátható” precíziós radarképes technológiában, a precíz helymeghatározásban és követésben (a rádiók közötti távolságmérések használatával), valamint az érkezés idején alapuló lokalizációs megközelítésekben is használják. Hatékony, körülbelül 10 13 bit/s/m 2 térbeli kapacitással . Az UWB radart javasolták aktív szenzorkomponensként egy automatikus célfelismerő alkalmazásban, amelynek célja az emberek vagy a metróra esett tárgyak észlelése.

Adatátvitel

Ultra-szélessávú jellemzők jól illeszkedik a rövid hatótávolságú alkalmazások, mint például a PC perifériák , vezeték nélküli monitorok , kamerák , a vezeték nélküli nyomtatás és fájlátvitel a hordozható médialejátszók . Az UWB -t személyi hálózatokban való használatra javasolták , és megjelent az IEEE 802.15.3a PAN szabvány tervezetében. Többéves holtpont után azonban 2006 -ban feloszlott az IEEE 802.15.3a munkacsoport. A munkát a WiMedia Alliance és az USB Implementer Forum fejezte be. Az UWB szabványok kidolgozásának lassú előrehaladása, a kezdeti bevezetés költsége és az eredetileg vártnál lényegesen alacsonyabb teljesítmény számos oka annak, hogy az UWB -t fogyasztói termékekben csak korlátozottan használják (emiatt több UWB -gyártó 2008 és 2009 -ben beszüntette működését).

Szabályozás

Az Egyesült Államokban az ultra-szélessáv olyan rádiós technológiát jelent, amelynek sávszélessége meghaladja az 500 MHz-et vagy a számtani középfrekvencia 20% -át , írja az Egyesült Államok Szövetségi Hírközlési Bizottsága (FCC). Egy 2002. február 14 -i FCC jelentés és rendelet engedélyezte az UWB engedély nélküli használatát a 3,1 és 10,6  GHz közötti frekvenciatartományban . Az FCC teljesítmény -spektrális sűrűség -kibocsátási határértéke az UWB -távadók esetében -41,3 dBm/MHz. Ez a határérték az UWB -sáv nem szándékos kibocsátóira is vonatkozik (a "15. rész" határértéke). Az UWB -sugárzók kibocsátási határértéke azonban a spektrum más szegmenseiben jelentősen alacsonyabb lehet (akár -75 dBm/MHz).

A Nemzetközi Távközlési Szövetség rádiókommunikációs szektorában ( ITU-R ) folytatott tanácskozások eredményeként 2005 novemberében jelentés és ajánlás született az UWB-ről. Az Ofcom brit szabályozó hatóság 2007. augusztus 9-én hasonló döntést jelentett be.

Aggodalomra ad okot a keskeny sávú és UWB jelek közötti interferencia, amelyek ugyanazt a spektrumot használják. Korábban az egyetlen rádiótechnológia, amely impulzusokat használt, a szikraközű adók voltak , amelyeket a nemzetközi szerződések betiltottak, mert zavarják a középhullámú vevőkészülékeket. Az UWB azonban sokkal alacsonyabb teljesítményt használ. A témával széles körben foglalkoztak az eljárásokban, amelyek az FCC-szabályok elfogadásához vezettek az Egyesült Államokban, valamint az ITU-R ülésein, amelyek az UWB-technológiáról szóló jelentéséhez és ajánlásaihoz vezettek. A gyakran használt elektromos készülékek impulzív zajt bocsátanak ki (például hajszárító), és a támogatók sikeresen érveltek amellett, hogy az alacsony teljesítményű szélessávú távadók szélesebb körű alkalmazása nem növeli túlzottan a zajszintet .

Együttélés más szabványokkal

2002 februárjában a Szövetségi Kommunikációs Bizottság (FCC) közzétett egy módosítást (15. rész), amely meghatározza az UWB átvitel és vétel szabályait. A jelen közlemény szerint minden olyan jel, amelynek töredékes sávszélessége meghaladja a 20% -ot, vagy amelynek sávszélessége nagyobb, mint 500 MHz, UWB -jelnek minősül. Az FCC határozata meghatározza a hozzáférést a 7,5 GHz -es, 3,1 és 10,6 GHz közötti engedély nélküli spektrumhoz, amelyet kommunikációs és mérési rendszerek számára biztosítanak.

Az UWB tartományban létező keskeny sávú jelek, mint például az IEEE 802.11a átvitel, nagy teljesítményű spektrális sűrűséget (PSD) mutathatnak az UWB jelek PSD -jéhez képest, amint azt az UWB vevő látja. Ennek eredményeként az UWB bites hibaarány teljesítményének romlására lehet számítani. A rovátkolt UWB antennát és szűrőket az UWB eszközök és a keskeny sávú eszközök együttélésére tervezték.

Technológiai csoportok

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek