UWB - ultraszeroka przyszłość

Zastąpienie lokalnych sieci komputerowych rozwiązaniami bezprzewodowymi jest już dziś możliwe. Wprawdzie nadal ich osiągi pozostają w tyle w stosunku do Fast Ethernetu, lecz pozwalają one w znacznym stopniu uprościć projekt, budowę czy rozszerzenie istniejącej infrastruktury. Wcielenia w życie idei no more new wires nie można jednak uznać za w pełni udane. Na naszym biurku w pracy i w domu jest wiele urządzeń, które nie mogą się łączyć bezprzewodowo.

Zastąpienie lokalnych sieci komputerowych rozwiązaniami bezprzewodowymi jest już dziś możliwe. Wprawdzie nadal ich osiągi pozostają w tyle w stosunku do Fast Ethernetu, lecz pozwalają one w znacznym stopniu uprościć projekt, budowę czy rozszerzenie istniejącej infrastruktury. Wcielenia w życie idei no more new wires nie można jednak uznać za w pełni udane. Na naszym biurku w pracy i w domu jest wiele urządzeń, które nie mogą się łączyć bezprzewodowo.

Powodem jest najczęściej ogromne zapotrzebowanie na przepustowość medium. Transmisja wideo, telewizja w wysokiej rozdzielczości wymaga kilkudziesięciu Mb/s i żaden z obecnie istniejących standardów bezprzewodowych nie jest w stanie temu sprostać. Oferowane przez IEEE 802.11g blisko 54 Mb/s na poziomie warstwy fizycznej wystarczyłyby jedynie dla jednego użytkownika przesyłającego (pobierającego) program w jakości . Czy nadejdzie czas, kiedy jedynymi kablami, od których się nie uwolnimy, będą przewody zasilające? Najprawdopodobniej tak! Rozwiązaniem może być transmisja zajmująca ultraszerokie pasmo (UWB - Ultra Wide Band).

Rys historyczny

Maska promieniowania dla urządzeń wewnątrzbudynkowych określana normą FCC i rozważana przez ETSI

Maska promieniowania dla urządzeń wewnątrzbudynkowych określana normą FCC i rozważana przez ETSI

W 1900 r. w trakcie swoich eksperymentów Marconi nadał bardzo krótki impuls i zauważył, iż odpowiada mu bardzo szerokie pasmo. Właściwość ta została wykorzystana kilkanaście lat później przy budowie radarów. Przez wielu już wtedy postrzegana była jako potencjalna możliwość zakłócania transmisji radiowych. Powstałe organizacje regulujące gospodarkę widmem elektromagnetycznym stanęły na straży dopuszczalnych mocy nadajników oraz zajmowanego przez nich pasma.

Tymczasem sformułowane przez Shannona prawo dotyczące pojemności kanału jednoznacznie wiąże możliwą do uzyskania szybkość transmisji ze stosunkiem sygnał - szum oraz dostępnym pasmem. Przepustowość kanału rośnie logarytmicznie wraz ze wzrostem odstępu od zakłóceń, lecz zdecydowanie szybciej (liniowo) wraz ze wzrostem szerokości kanału. Mimo to dotychczas skupiano się na relacji sygnał - szum i różnych technikach modulacji lub kompresji. Wszystko z powodu niedostępności widma.

Sytuacja radykalnie się zmieniła 14 lutego 2002 r., kiedy to amerykańska Federalna Komisja Komunikacji FCC (Federal Communications Commission) zwolniła z konieczności posiadania licencji na pasmo 3.1 (10,6 GHz). Ustanowione dla tego zakresu maksymalne promieniowanie elektromagnetyczne wytwarzane przez urządzenia otworzyło drogę do rozwoju radia ultraszerokopasmowego, które według definicji FCC wykorzystuje kanał co najmniej 500 MHz. Wcześniej mianem UWB określano transmisję zajmującą widmo o szerokości jednej piątej częstotliwości środkowej (np. 1,4 GHz przy 7 GHz). Najprawdopodobniej inne organizacje regulujące (np. europejskie ETSI) wydadzą podobne zarządzenia w 2005 r.

Radio impulsowe

Techniki modulacji impulsów używanych przez UWB

Techniki modulacji impulsów używanych przez UWB

Ultra Wide Band jest najczęściej kojarzony z transmisją za pomocą krótkich impulsów, które mogą przenosić informacje, będąc modulowane w przeróżny sposób. Do używanych metod należą:

  • modulacja pozycji (PPM - Pulse Position Modulation), która polega na przesunięciu impulsu względem nominalnego położenia o ułamek nanosekundy. Odległość pomiędzy odniesieniami jest zazwyczaj o rząd wyższa w celu uniknięcia interferencji pomiędzy impulsami;
  • modulacja amplitudy (PAM - Pulse Amplitude Modulation);
  • kluczowanie bezpośrednie (On/Off Keying) - wartość "1" jest reprezentowana przez obecność impulsu, zaś "0" przez jego brak;
  • kluczowanie fazy (Binary Phase Shift Keying).
Wszystkie wymienione techniki używają impulsów o czasie trwania poniżej pół nanosekundy, w związku z czym ich widmo wynosi kilka GHz. Należy jednak pamiętać, iż każdy z nich może przenosić bit informacji, więc potencjalna przepływność tego rodzaju komunikacji po uwzględnieniu niezbędnych odstępów może wynosić nawet ponad 1 Gb/s. Dotychczas udało się uzyskać transmisję na poziomie 200 Mb/s, lecz przy większych prędkościach spełnienie ostrych wymogów FCC może być trudne. Prace związane z tymi technikami są prowadzone m.in. przez Xtreme Spectrum (http://www.xtremespectrum.com ) oraz Time Domain (http://www.timedomain.com ).


TOP 200