Nowe radio w przedpokoju

Sieci Wi-Fi to dopiero początek radiowej rewolucji. W poczekalni czekają już kolejne przełomowe technologie: Ultrawideband, WiMAX i ZigBee. Gdy świat emocjonuje się kolejnymi urządzeniami do bezprzewodowej transmisji danych w standardzie Wi-Fi opartym na specyfikacjach IEEE 802.11a/b/g, w zaciszu laboratoriów powstają nowe rozwiązania radiowe.

Sieci Wi-Fi to dopiero początek radiowej rewolucji. W poczekalni czekają już kolejne przełomowe technologie: Ultrawideband, WiMAX i ZigBee. Gdy świat emocjonuje się kolejnymi urządzeniami do bezprzewodowej transmisji danych w standardzie Wi-Fi opartym na specyfikacjach IEEE 802.11a/b/g, w zaciszu laboratoriów powstają nowe rozwiązania radiowe.

Wśród oczekujących na szansę powtórzenia sukcesu sieci Wi-Fi w różnych obszarach zastosowań czekają m.in. technologie: Ultrawideband (UWB) - oparta na specyfikacji IEEE 802.15.3, World Interoperability for Microwave Access (WiMAX) - wykorzystująca standardy IEEE 802.16 (10-66 GHz) i 802.16a (2-11 GHz) oraz ZigBee - będąca implementacją specyfikacji IEEE 802.15.4. Trwają też prace nad zwiększeniem rzeczywistej przepustowości sieci Wi-Fi.

Ultrawideband - Odzyskiwanie pasma

Pulsująca rzeka

Nowe radio w przedpokoju

Zasięg i przepływność wybranych technologii radiowych

Technologia Ultrawideband tak naprawdę istniała i dojrzewała przez ostatnie kilkanaście lat. Jej fundament stanowią - jakże mogłoby być inaczej - badania prowadzone na rzecz armii amerykańskiej, mające na celu opracowanie skutecznej metody lokalizacji przedmiotów zasłoniętych przez przeszkody, np. żołnierzy za ścianą, uzbrojenia za murem itp. Aby zrozumieć jej nowatorskość, trzeba odwołać się do tego, jak funkcjonują istniejące rozwiązania.

We wszystkich współczesnych urządzeniach radiowych możliwie silny sygnał jest przesyłany w ramach stosunkowo wąskiego zakresu pasma radiowego. Do uzyskania lepszych osiągów i separacji sąsiadujących częstotliwości większość mocy jest koncentrowana na środkowym przedziale dostępnego spektrum, stanowiącym zwykle nie więcej niż ok. 25% jego szerokości.

Technologia Ultrawideband (UWB) to nowa koncepcja transmisji radiowej. Zamiast używać wydzielonego, wąskiego zakresu pasma, urządzenia UWB komunikują się, rozkładając moc sygnału na spektrum częstotliwości o szerokości nawet kilku GHz (stąd nazwa: Ultrawideband). Amerykańska Federalna Komisja ds. Telekomunikacji (FCC) pozytywnie zaopiniowała wstępny wniosek standaryzacyjny złożony przez firmy pracujące nad produktami opartymi na UWB, przyznając jej pasmo robocze w przedziale 3,1-10,6 GHz.

Firmy, które wykorzystują powyższy zakres częstotliwości, nie mają - wbrew pozorom - powodów do obaw. Ponieważ moc sygnału UWB jest rozkładana między wiele częstotliwości, porcja mocy przypadająca na dowolny wąski przedział częstotliwości jest bardzo mała. Zwykle nie przekracza poziomu szumu generowanego przez wszelkie urządzenia elektryczne stanowiące nieodłączne tło każdej transmisji radiowej. Aby zmniejszyć ryzyko interferencji z transmisjami wykorzystującymi fale harmoniczne, w których siła sygnału w czasie rozkłada się zgodnie z pewnym powtarzalnym wzorcem, komunikacja UWB wykorzystuje pseudolosową generację częstości (nie mylić z częstotliwością) sygnału.

W jaki sposób urządzenia UWB potrafią wyłowić sygnał z morza zakłóceń? W przeciwieństwie do stosowanej powszechnie transmisji ciągłej, nadajnik UWB wytwarza miliardy krótkich pulsów mocy w ciągu sekundy. Rozkład mocy szumu jest w miarę równomierny w całym spektrum częstotliwości, tymczasem w określonym punkcie czasu rozkład mocy sygnału UWB pomiędzy różne częstotliwości tworzy pewien charakterystyczny wzorzec, wyróżniający się z tła. Odbiornik, który prowadzi nasłuch na wielu częstotliwościach jednocześnie, zlicza sumaryczną moc, jaka dociera do niego w każdej jednostce czasu w poszczególnych częściach pasma i na tej podstawie interpretuje zakodowany sygnał. Nawet jeżeli na pewnych częstotliwościach dojdzie do interferencji, moc sygnału pozostałej części spektrum wystarczy do jego poprawnego odczytania.

Połowy w morzu szumów

Nowe radio w przedpokoju

Możliwe typy kodowania sygnału w sieciach Ultrawideband

Kodowanie informacji przesyłanych w systemach UWB może wykorzystywać czas, amplitudę lub oba te czynniki jednocześnie.

Podstawowy typ kodowania PPM (Pulse Position Modulation) opiera się na różnicowaniu pozycji monocyklu fali (powtarzającego się odcinka krzywej) w ramach pojedynczego pulsu. Zakładając stałą długość pulsu, wartość szczytowa (peak) pojawiająca się w pierwszej połowie czasu trwania pulsu może oznaczać bitową jedynkę, a w drugiej połowie - zero.

Kodowanie można też oprzeć na kilku następujących po sobie pulsach. Przykładowo, metoda PPM4 wykorzystuje cztery pulsy do opisania 2 bitów, a PPM8 - ośmiu pulsów do zakodowania czterech bitów itd. Pewną odmianą tej metody jest przesuwanie (offset) monocyklu fali w ramach pulsu. Opóźniony/przyspieszony monocykl może odpowiadać jedynce, a brak przesunięcia w czasie - zeru.

Metoda PAM (Pulse Amplitude Modulation) polega na manipulowaniu mocą pulsu. PAM4 wykorzystuje cztery poziomy mocy do zakodowania 2 bitów, PAM8 - osiem do zakodowania czterech bitów itd. W skrajnym przypadku zero-jedynkowość można odwzorować faktem pojawienia się bądź brakiem pulsu, co jest określane nazwą OOK (On-Off Keying). Metoda ta nie jest jednak uznawana za perspektywiczną, ponieważ w środowiskach, w których powstaje pokaźna liczba odbić, istnieje duże prawdopodobieństwo wystąpienia błędu.

Kolejny sposób kodowania to BPSK (Binary Phase Shift Keying). Jedynki i zera są przedstawiane jako monocykle odwrócone względem siebie o 180ˇ. Również i tu można zastosować słowa kodowe składające się z wielu następujących po sobie pulsów. Ta metoda kodowania jest uznawana za jedną z najbardziej obiecujących, ponieważ jest relatywnie odporna na efekty odbicia fal, a ponadto pozwala zmniejszyć maksymalną moc (peak power), co z kolei pozytywnie wpływa na średnią moc sygnału.

Kodowanie może oczywiście mieć charakter dynamiczny. Różne metody mogą być stosowane zamiennie, w zależności od zmieniających się warunków propagacji fal i odległości między nadajnikiem a odbiornikiem. Kwestią otwartą pozostaje sposób wydzielenia logicznych kanałów komunikacyjnych w ramach pojedynczej sieci UWB. W przypadku kodowania PPM i pochodnych możliwe jest kodowanie z podziałem czasu TDMA (Time Division Multiple Access) i stosowane m.in. w systemach GSM. Metody PAM i BPSK z natury lepiej nadają się do tworzenia kanałów typu CDMA (Code Division Multiple Access).

Ważniejsze firmy pracujące nad rozwiązaniami Ultrawideband

Ultrawideband Working Group -http://www.uwbwg.org

Aether Wire and Location -http://www.aetherwire.com

General Atomics -http://www.gat.com/uwb

Multispectral Solutions -http://www.multispectral.com

Pulse Link -http://www.pulse-link.com

Pulsicom Technologies -http://www.pulsicom.com

TimeDomain -http://www.timedomain.com

XtremeSpectrum - http://www.xtremespectrum.com

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200