IV. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE BANDA …arantxa.ii.uam.es/~tac/Documentacion/Tema_IV... ·...

Temas Avanzados en Comunicaciones, Univ. Autónoma de Madrid 1ver. 0

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TAC (2007-08)

IV. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE BANDA ULTRA ANCHA (UWB).

IV.1. Introducción y breve reseña histórica.

IV.2. Definiciones y conceptos.

IV.5. Aplicaciones de la tecnología UWB.

IV.3. Regulación y estandarización.

IV.4. Señales y modulaciones en sistemas UWB.

IV.6. Conclusiones.

IV.1.1. Breve historia de las comunicaciones UWB.

IV.1.2. Características generales de los sistemas UWB.

IV.4.1. Pulsed UWB.

IV.4.2. Candidatos a sistemas UWB.

IV. Introducción a los sistemas UWB. 2ver. 0

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IV.1. Introducción y breve reseña histórica

Los sistemas de banda ultra ancha (Ultra-WideBand, UWB de ahora en adelante) se definen como aquellos:

En los Estados Unidos, recientemente se ha aprobado la banda entre 3.1 GHzy 10.6 GHz (7.5 GHz) para la explotación de sistemas UWB en el interior de edificios. Europa y Japón también están desarrollando su regulación sobre UWB.

Se espera que la tecnología UWB provoque un cambio en los principios y técnicas usadas para comunicaciones de corto alcance (p. ej. 10 m), y que aparecerá un nuevo sector de comunicaciones sin hilos de alta tasa binaria (p. ej. 400 Mbps).

De hecho, ya se están desarrollado los estándares IEEE 802.15.3a (alta tasa binaria) y 802.15.4a (muy baja tasa binaria) basados en UWB.

- en los que el ancho de banda a 10 dB ocupa más de un 20% respecto de la frecuencia central,

- ó bien tienen un ancho de banda a 10 dB igual o superior a 500 MHzindependientemente de la frecuencia central.

IV.1. Introducción y breve reseña histórica. 3ver. 0

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Escenario de los sistemas UWB

BT-Bluetooth; 802.11~WI-FI; WLAN-Wireless Local Area Network; WPAN-Wireless Personal Area Network;MC-CDMA-MultiCarrier-Code Division Multiple Access; FWA-Fixed Wireless Access (o WLL-Wireless Local Loop)


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4G

POTENTIAL FOR UWB

Escenario de los sistemas UWB (cont.)


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Antes de 1900: Realmente, las comunicaciones sin hilos comenzaron como UWB (Marconi y Hertz); se utilizaban señales de anchos de banda muy grande, pero sin explotarlos de manera eficiente

1900-40: Las comunicaciones sin hilos se “canalizan”

1901: Trabajos teóricos sobre las señales UWB (Sommerfeld): difracción de un pulso en el dominio del tiempo por una cuña perfectamente conductora

IV.1.1. Breve historia de las comunicaciones UWB

“separación de servicios por bandas”

- Procesado analógico: desarrollo de tecnologías de filtros, resonadores,...

- Era de la telefonía sin hilos comienza: AM/BLU/FM

- La radiodifusión comercial madura. También el radar y el procesado de señal.


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1960: Nuevo planteamiento del estudio de la respuesta de las redes de microondas a pulsos de muy corta duración.

Desarrollo paralelo e independiente en EE.UU. Y U.R.S.S.

– En EE.UU, trabajos en el seno de programas clasificados del gobierno hasta 1994

– En URSS, aprovechamiento de la tecnología en radares multi-información (no sólo posición sino forma, estado, etc.)

Viabilidad de desarrollo práctico (equipos de medida y dispositivos para la observación de la respuesta temporal al impulso de las redes de microondas)

– Aparición del osciloscopio de muestreo (Tektronix y Hewlett Packard-1964)

– Descubrimiento de dispositivos para generación de pulsos de duración menor de 1 ns

Evolución condicionada al diseño de antenas UWB y a la investigación de dispositivos semiconductores (tiempos de conmutación, amplitud y ciclo de vida)


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1970-90: Técnicas digitales aplicadas a UWB

- Radar de impulsos de gran ancho de banda

- Explotación de la mejora de prestaciones por el uso de banda ancha

UWB hoy: 7500 MHZ de espectro disponible para uso sin licencia:

- Bandas de operación en Estados Unidos: 3100 –10600 MHz

- Límite de emisión: EIRP= - 41.3dBm/MHz (Equivalent Isotropic Radiated Power)

2000: UWB aprobado para uso comercial

Disponibilidad de los componentes necesarios desde principios de la década de 1970

“libre”, con ciertas máscaras de densidad espectral de potencia a cumplir


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Precedentes en EE.UU:

- Harmuth (Catholic University of America): diseño básico de transmisores y receptores en sus libros y artículos (1969-1984).

- Van Etten (USAF´s Rome air development): diseño de sistemas y conceptos de antena UWB (1977).

Precedentes en U.R.S.S:

- Kharcevitch: métodos de análisis en el dominio del tiempo para pulsos de muy corta duración (1952)

- Astanin (Mozjaisky Military Air Force Academy): desarrollo de un transmisor en banda X de pulsos de 0.5 ns (1957).

- Ross & Robbins (Sperry Rand Corporation): patentes de señales UWB en comunicaciones, rádar y códigos (1972-1987).

- Shatz (Ioffe Physico-Technical Institute): Desarrollo de conmutadores de semiconductor rápidos (1963).


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UWB tiene muchos beneficios debido a su propia naturaleza de banda ancha:

Por otro lado, el mismo hecho de banda ultra ancha implica una serie de retos tecnológicos:

IV.1.2. Características generales de los sistemas UWB

- altas tasas binarias

- transceptores de bajo coste

- baja potencia de transmisión

- bajo potencial de interferir en otros sistemas

- distorsión de la señales recibidas

- Hardware para pulsos de duración del orden de ns

- sincronización de pulsos extremadamente cortos,…

- esquemas de modulación para explotar la banda UWB,…

- Alta resolución temporal/protección frente al multitrayecto,...

- diseños de antenas para señales UWB


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En cualquiera de los casos, se trasmite con una potencia muy baja (con unos límites que hay que cumplir). Al tener un ancho de banda muy grande es posible obtener grandes tasas binarias (ver pag. sig.) con snr bajas (baja potencia de consumo)

- De acuerdo a la fórmula de Shannon para la capacidad de un canal con ruido blanco gaussiano aditivo (AWGN), se puede intercambiar relación señal-ruido por ancho de banda y seguir teniendo una probabilidad de error arbitrariamente pequeña:

Hay dos modos básicos de explotar el ancho de banda UWB (del orden de GHz´s):

- Pulsed UWB: Con señales tipo rádar (impulse radio) en forma de monociclos de muy corta duración que atacan directamente la antena, sin usar portadora (carrierless).Se accede al medio con esquemas tipo: TH- (Time-Hopping) o DS- (Direct Sequence) CDMA.

- Carrier-based UWB: utilización de portadoras, como p. ej. en forma de OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) como se ha visto en el tema II


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Prestaciones:

- UWB de baja potencia es comparable a sistemas sin hilos de alta potencia


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IV.2. Definiciones y conceptos.

Realmente, el término UWB no se empezó a aplicar a sistemas con estas características hasta 1989 por el Departamento de Defensa (DoD) de Estados Unidos.

El nombre UWB se utiliza en diferentes ámbitos como:

Hoy en día, el término UWB, aunque puede seguir tendiendo las connotaciones anteriores, se define en términos de anchos de banda (ver pag. siguiente), y no se define en términos de modulación, ni de ausencia de portadora, ni de la duración de los pulsos.

- impulse radio (como en el rádar de impulsos)

- sistemas carrierless or carrier-free (sin portadora)

- transmisión en banda base de señales con anchos de banda de GHz, pulsos de muy corta duración en el dominio del tiempo,…

IV.2. Definiciones y conceptos. 13ver. 0

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Una señal es UWB si cumple una de las dos condiciones A) o B):

- A) Ancho de banda fraccional B/fo entre puntos a 10 dB es mayor o igual que el 20%

- B) Ancho de banda absoluto B es mayor o igual que 500 MHz, independientemente de la frecuencia central:

fU , fL : frecuencia superior, inferior en la que la densidad espectral de potencia de la señal estáa 10 dB respecto del máximo

NB Wideband Ultra WideBand

0 5% 20% … Ancho de banda fraccional

Existen otras definiciones alternativas (que no usaremos), como p. ej. definir UWB si el ancho de banda relativo es mayor del 25% o absoluto mayor que 1.5GHz


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fo

Anchos de banda orientativos en algunos sistemas:

1.3%0.7%0.2%0.02% - 3%B(%)=B/f0

× 100

1600 MHz2400 MHz1950,2150

MHz900,1800 MHzf0 (aprox.)

20 MHz16.6 MHz3.8 MHzCanales de 200

KHz en 25 MHzB (aprox)

GPS801.11.a (WI-FI)

UMTSGSM

NB (NarrowBand)

WB (WideBand)

UWB (Ultra WideBand)

Frecuencia

Densidad espectral

de potencia

Señales UWB (cont.):


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Den

sid

ades

pec

tral

de

po

ten

cia

(dB

)

6% bandwidth

Frecuencia (GHz)3 6 9 12 15

100% bandwidth

UWBUWB

WBWB

20% bandwidth

Señales NB/WB/UWB:

NBNB

tiempo Ruido blanco~1 ns

Ancho de banda tendiendo a cero

Sinusoide continua

Pulsos con forma sinusoidal

Pulso con forma gaussiana


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GSM (Canales 200KHz)

Wideband-CDMA (Canales 5 MHz)

UWB (varios GHz´s, de 3.1 a 10.6)

Frecuencia

Límite part 15( -41.3dBm/MHz )

Espectro UWB:

- UWB es una forma de espectro extremadamente ancho, tanto en absoluto como en relativo, donde la energía de RF se distribuye sobre GHz´s de espectro

- Mas ancho que cualquier sistema de banda estrecha por ordenes de magnitud

- La potencia de señal UWB que ven los sistemas de banda estrecha son una fracción del total

- Las señales UWB son vistas por los demás sistemas como ruido

d.e.

p. (

dBm

/MH

z)

Habrá que calcular la interferencia mutua entre sistemas UWB y NB que

comparten zonas del espectro


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0 2 4 6 8 10 12-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

Frequency [GHz]

UW

B E

IRP

Em

issi

on le

vel [

dBm

/MH

z]

UWB Emission Limit

Indoor hand-held

Outdoor hand-held

FCC Part 15 Limit

0.96N

ivel

máx

imo

de

EIR

P (

dB

m/M

Hz)

Frecuencia (GHz)

Banda GPS

1.61

3.1 10.61.99

Límites de emisión señales UWB (Estados Unidos)

IndoorOutdoorLímite Part 15(-41.3 dBm/MHz)

EIRP=Equivalent Isotropic Radiated Power

IV.3. Regulación y estandarización.

Federal Communication Commission (FCC) (USA):

- Notice of Inquire: 1998

- First report and Order: 2002

- Second report and Order: 2004

Regulation Report:

- Límites/máscara de radiación (protección frente a otros servicios, como GPS)

- Se acepta uso sin licencia

- Autoriza 5 tipos de uso (ver pag. siguiente)

IV.3. Regulación y estandarización. 18ver. 0

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Yes1.99 to 10.6 GHzImaging: Surveillance

Yes<960 MHz or 1.99 to 10.6 GHzImaging: Through-wall

Yes<960 MHz or 3.1 to 10.6 GHz

Imaging: Ground Penetrating Radar, Wall, Medical Imaging

No

3.1 to 10.6 GHz(different “out-of-band” emission limits

for indoor and hand-held devices)

Communications and Measurement Systems

No22 to 29 GHzVehicular

User Limitations

Frequency Band for Operation at Part 15 Limits

Class / Application

Tipos de uso del espectro UWB regulados por la FCC

(de [1])


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-100,0

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

0,0 2,0 4,0 10,0 12,0

EIRP media

EIRP de pico

Límite de emisión UWB (Europa)

Frecuencia (GHz)

6,0 8,0

Niv

elm

áxim

od

e E

IRP

(d

Bm

/MH

z)

En Europa y Japón, se pretende terminar la regulación UWB durante 2006

Se fijará una máscara mas estricta con algún mecanismo de detección y protección de interferencias (DAA, Detection And Avoid)

European CommunicationsCommitee (ECC) también fija usos: comunicaciones y medidas, localización, imaging, aplicaciones médicas y de vigilancia

Regulación en Europa


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Frecuencia (GHz)

Límite de la máscara de emisión (-41.3 dBm/MHz)

PCS, GSM, UMTS

Bluetooth, WI-FI,

Teléfonos DECT, horno

microondas

1.6 1.8-2.2 2.4 50.8

GPS

3.1

GSM

10.6

Den

sid

ad e

spec

tral

de

po

ten

cia

WI-FI

UWB

Coexistencia de distintos servicios

Los límites de radiación (la máscara a cumplir) de las señales UWB se calculan para garantizar que la interferencia entre diferentes servicios sea mínima


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WLAN™IEEE 802.11

WPAN™IEEE 802.15

WMAN™IEEE 802.16

802.15.1“Bluetooth”

802.15.3“High Data Rate” MAC &

2.4 GHz PHY

Task Group 3aAlt PHY (UWB)

802.15.4“Zigbee” 2.4 GHz

LAN/MAN Standards Committee (Wireless Areas)

802.15.2Coexistence

MBWAIEEE 802.20

Regulatory TAGIEEE 802.18

Study Group 4a(UWB?)

WLAN-Wireless Local Area Network; MAN-Metropolitan Area Network; TAG-Technical Advisory Group; MBWA-Mobile Broadband Wireless Access

Estandarización UWB: IEEE 802.15.3a/15.4a

Coexistence TAGIEEE 802.19

baja tasa binaria

Alta tasa binaria

(de [1])


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IV.4. Señales y modulaciones en UWB.

Los sistemas UWB se dividen en dos tipos, dependiendo de cómo son las señales que se transmiten :

- Pulsed UWB: Con señales tipo rádar (impulse radio) en forma de pulsos de muy corta duración que atacan directamente la antena, sin usar portadora (carrierless).Se accede al medio con esquemas tipo: TH- (Time-Hopping) o DS- (Direct Sequence) CDMA.

- Carrier-based UWB: utilización de portadoras, como en los sistemas radio convencionales en donde hay una señal en banda base que se convierte a paso banda para su transmisión mediante una modulación de canal

El esquema que usa portadoras sería con modulaciones de canal como las vistas en los temas anteriores. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) es una opción utilizada, y ya se ha estudiado en el tema II.

Sin embargo, en pulsed UWB, se usan pulsos de muy corta duración que se transmiten sin modulación de canal (sin portadora). Los propios pulsos que se generan ya tienen un espectro con la forma adecuada para cumplir la máscara de emisión.

IV.4. Señales y modulaciones en UWB. 23ver. 0

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Cuando se explota el espectro UWB con señales en banda base, sin portadora, se utilizan pulsos de muy corta duración (tipo radar) con unos tiempos de subida y bajada muy pronunciados

Estos pulsos atacan directamente la antena, que debe ser capaz de funcionar en el ancho de banda UWB

Los pulsos usados suelen ser de tipo gaussiano.La forma del pulso gaussiano básico es la siguiente, donde A determina la potencia y σ la anchura (~0.5ns):

Independientemente del nombre, la idea es que el espectro de los pulsos debe acomodarse a la banda UWB disponible sin ningún tipo de desplazamiento en frecuencia posterior (no hay uso de portadora) y con una d.e.p. que cumpla los requisitos (la máscara) de emisión.

IV.4.1. Pulsed UWB

Las señales de este tipo a veces también se llaman impulse radio en el contexto de radar o singleband en el contexto UWB


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-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Time [ns]

Tp = 0.5 ns

12

3

4

56

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2010

-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

Frequency [GHz]

Spectra for Gaussian pulses

G1

G3G5

G7

Pulsos gaussianos de distintos parámetros/formas Espectro de distintos pulsos gaussianos

Tiempo (nsec) Frecuencia (GHz)

|P(f

)| (

dB

)

p(t

)

La forma del espectro se conforma con la forma y anchura del pulso (~0.5ns):

Se usan también otros pulsos/monociclos (Scholtz, …), normalmente relacionados con el gaussiano (primera/segunda derivada,…) y con duración ~0.5 ns

(de [2])

TF


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Esquemas de modulación en banda base. Se usan varios tipos con señales ortogonales y antipodales. Ejemplos:

- Pulse Position Modulation (PPM)

- Pulse Amplitude Modulation (PAM +a0<+a1)

- On-Off Keying (OOK) (=ASK=PAM de amplitudes 0,+a)

- Bi-Phase modulation (=PAM de amplitudes ±a)

Instante de comienzo para el 0

Instante de comienzo para el 1

Anchura del pulso ~ 0.5ns

Periodo de repetición del pulso: periodo de símbolo

…

…

…

…

Periodo de repetición del pulso: periodo de símbolo

(de [1])

Tiempo


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Características de este tipo de sistemas:

- De igual manera, serán señales con poca probabilidad de ser detectadas (LPI/LPD)

Esquemas de modulación en banda-base (cont):

- También son posibles esquemas de M señales (varios bits por símbolo)

Bi-Phase

- El uso de pulsos tan estrechos da lugar a las mismas ventajas que se comentaban en la p. 64, tema III: alta resolución temporal y posibilidad de discriminar los ecos debidos al multitrayecto en recepción.

- Se transmite con muy baja potencia media (los pulsos están separados en el tiempo; no se transmite de manera continua como cuando hay portadora): bajo coste energético

- Por tanto se transmitirá una densidad espectral de potencia muy baja y habrá poca interferencia en otros sistemas

Quaternary-Phase

- Estas señales también se llaman BPSK y QPSK, respectivamente, aunque no hay portadora, y se entiende que son señales de tipo pulsed por el contexto


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Diseño de receptores de pulsed UWB:

- Se trata de detectar pulsos de muy poca anchura en banda base

- No hay portadora, por lo que desde este punto de vista se simplifican y abaratan los circuitos de transmisor y receptor (no hay que generar una réplica de la portadora en el receptor y no hay problemas de coherencia de frecuencia/fase)

- Por tanto, no existen las etapas de RF de un sistema de comunicaciones clásico (ver p. sig.):reducción de etapas analógicas, que implica menor tamaño, menor consumo, menor coste.

- El problema es que se necesitan conversores AD de alta frecuencia de muestreo (varios GHz, ya que el pulso tiene duracion de ns) y de gran margen dinámico

- Además de la problemática de encontrar detectores de pulsos muy estrechos, se tienen problemas debido a que el conversor AD ve toda la banda de la señal UWB: una interferencia de banda estrecha puede afectar mucho al sistema

- Por ello, en vez de utilizar todo el espectro con un solo tipo de pulsos, se canaliza el espectro disponible (multiband pulsed UWB) y se generan pulsos que directamente se acomodan el los canales sin el uso de portadora, simplemente cambiando los parámetros (forma y anchura) del pulso


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Diseño de receptores de pulsed UWB (cont.):

Transceptor Bluetooth(con portadora)

Transceptor pulsed UWB (sin portadora)

Conversor superior/inferior

Dem. FSK

RXBanda-baseTX

FILNA

PA

Oscilador Referencia

Sintetiz.

LNA

Banda-base

RXTX

MF/Corr

LNA-Low Noise Amplifier; PA-Power Amplifier; FI-Frecuencia Intermedia

Generador de pulsos

Correlación y muestreo a muy alta velocidad


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UWB Technique

A) OFDM B) TDMA/FDMA Pulses C) DSSS/CDMA

Bands 3 to 13 (in five groups) 3 to 13 2

Bandwidths 528 MHz 550 MHz 1.368 GHz, 2.736 GHz

Frequency ranges

3.168 GHz – 4.752 GHz 4.752 – 10.296

3.325 GHz – 4.975 GHz, 4.975 GHz – 10.475 GHz

3.1 GHz – 5.15 GHz 5.825 GHz – 10.6 GHz

Modulation Scheme

OFDM, QPSK (carrier-based)

M-ary Bi-Orthogonal Keying (M-BOK), Quaternary-Phase (Pulsed)

Bi-phase, Quaternary-phase, M-BOK (Pulsed)

Error correction

Convolutional code Convolutional code, Reed-Solomon code

Convolutional code, Reed-Solomon code

Code rates 11/32 rate at 110 Mbps, 5/8 rate at 200 Mbps, ¾ rate at 480 Mbps

6/32 rate at 110 Mbps, 5/16 rate at 200 Mbps, ¾ rate at 480 Mbps

½ rate at 110 Mbps, RS(255,223) at 200 Mbps, RS(255,223) t 480 Mbps

Link margin 5.3/6 dB at 10 m / 110 Mbps, 10.7 dB at 4 m / 200 Mbps, 6.2 dB at 4 m / 480 Mbps

6.3 dB at 10 m / 108 Mbps, 8.0 dB at 4 m / 288 Mbps, 4.0 dB at 4 m / 577 Mbps

6.1 dB at 10 m / 110 Mbps, 11.1 dB at 4 m / 200 Mbps, 6.1 dB at 4 m / 600 Mbps

Symbol period

312.5 ns OFDM symbol 3 ns 23 or 17.5 ns (Low band), 11.7 or 8.9 ns (High band)

Multipath mitigation method

1-tap (robust to 60.6 ns delay spread)

frequency interleaving of MBOK chips; time frequency codes; feed forward filter

Decision feedback equalizer

Multiband pulsed UWBMultiband carrier-based UWB

(de [1])

IV.4.2. Candidatos a sistemas UWB


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En el estandard IEEE 802.15.3a de alta tasa binaria para WPAN (Wireless Personal Area Network) están compitiendo:

Candidatos a sistemas UWB (cont.)

C) DSSS-CDMA UWB. Usuarios separados por códigos CDMA

Apoyado por Motorola/Xtreme SpectrumBelkin, Freescale, Motorola, Pulse-LINK, Time Domain

A) Multiband OFDM. En cada canal, habrá OFDM con sus subcanales.

Apoyado por , Alereon, Intel, Nokia, Philips, Sony, Staccato Communications, Texas Instruments

B) TH (Time-Hopping) UWB. Usuarios transmiten según un código que le dice el intervalo de tiempo

- C) DSSS-CDMA UWB

- A) Multiband OFDM

Con pulsos como los vistos

en IV.4.1

Como en el tema II

- La canalización de estos sistemas (de acuerdo a la tabla de la pag. ant.) se presenta ahora:


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128 portadoras de Bs = 4.125 MHz

Grupo 1

3432 3960 4488 5016 5544 6072 6600 7128 7656 8184 8712 9240 9768 10296

Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5

banda#1

banda#2

banda#13

banda#12

Frecuencia (MHz)

d.e.

p.

banda#1

banda#3

banda#2

banda#3

banda#4

banda#5

Frecuencia (GHz)

d.e.

p. (

dBm

/MH

z)

B = 528 MHz

(de [1])

Multiband OFDM (A)

WI-FI a 5GHz (802.11.a)

Grupo 1(bandas 1-3) es obligatorio


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3 4 5 6 7 8 9 10 11

Banda alta

3 4 5 6 7 8 9 10 11

Banda baja

3 4 5 6 7 8 9 10 11

Dos Bandas

- Banda baja (3.1-5.15 GHz)

- De 25 Mbps a 450 Mbps

- Banda alta (5.825-10.6 GHz)

- De 25 Mbps a 900 Mbps

- Multi-banda (3.1-5.15 GHz + 5.825-10.6 GHz)

- Hasta 1.35 Gbps

DS-CDMA de dos bandas (C)

(de [1])

- Con un diplexación adecuada, el modo dos-bandas es full-duplex (rxen una banda y tx en otra)

Tres Modos de operación

- Banda-baja, alta y dos bandas


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IV.5. Aplicaciones de la tecnología UWB.

Comunicaciones:

- USB sin cables

- Bluetooth de alta velocidad

- WLANs

- Control de datos y voz

Radar:

- Ground-penetrating radars

- Through-wall radars

- Detección de minas terrestres

- Rescate de víctimas enterradas

Sensores inteligentes:

- Sensores de colisión, proximidad y altitud

- Telemetría

- Detección de movimiento

- Monitorización de fluidos

- Sistemas precisos de geolocalización

Otros:

- Mandos para abrir puertas a distancia

- Sistemas anti-colisión y mejora de activación del airbag en coches

(de [2])

- Aplicaciones médicas, …

IV.5. Aplicaciones de la tecnología UWB. 34ver. 0

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EntretenimientoEntretenimiento

Dispositivos Dispositivos portportáátilestilesOrdenadoresOrdenadores

AutomociAutomocióónn

ElectrElectróónica de nica de consumoconsumo

Aplicaciones de consumo UWB

(de [1])


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Entretenimiento

Intel white paper, “UWB technology”


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• Aplicaciones:– PDA, MP3– Media Player, Almacenamiento

• Requisitos:– Dispositivos de almacenamiento

portátiles de distintos tamaños:• Flash 5, 32, 512, 2048 … MB• HD 4, …, 60+ GB

– Alcance: cercano al dispositivo (< 2m)– Tiempo de transferencia < 10s

Imprimir desde la PDA

Almacenamientode imágenes de cámaras

MP3 al reproductor de música

Fichero MPEG4 (512 MB) al reproductor

Disco duro portátil

Intercambio de música y datos

Bajo consumo

Bajo consumo y alta tasa binaria

Transferencia de contenidos a dispositivos portátiles

(de [1])


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• Aplicaciones– Digital video camcorder (DVC)– Media player

• Requisitos– Alcance: rango de visión (< 5m)– Formato DV: 30 Mbps con QoS– MPEG2: 12-20Mbps– Potencia < 500 mW

DV o MPEG

El contenido del PDA es presentado en un

proyector

Cambio de canal y control de dispositivo

Transferencia de contenidos para su reproducción

(de [1])


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IV.6. Conclusiones.

La tecnología UWB, aunque sus fundamentos eran conocidos hace bastante tiempo, ha recibido un gran impulso con la regulación de bandas del orden de GHzpara su uso en diferentes áreas y aplicaciones, incluidas las comunicaciones.

Hay diferentes formas de explotar el espectro UWB:

- Se marcan límites de emisión a cumplir (máscaras)

- Se autorizan una serie de servicios: comunicaciones y medidas, imaging y radar, vehículos.

- con pulsos de muy corta duración (pulsed UWB). P. ej: TH-CDMA y DS-CDMA

- con modulaciones de canal multiportadora (carrier-based UWB). P ej. OFDM

En concreto para el estándar de alta velocidad IEEE 802.15.3a, DS-CDMA y MultiBand OFDM están compitiendo y el mercado decidirá.

IV.6. Conclusiones. 39ver. 0

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Y alguna ventajas claras:

- Alta resolución temporal/robustez frente al multitrayecto: características idóneas para sistemas de medida de alta resolución.

- Sistemas de bajo consumo,…

- Muy baja densidad espectral de potencia: sistemas de baja probabilidad de interceptación y detección (LPI/LPD).

- Altas tasas binarias y multitud de aplicaciones.

Tecnológicamente, hay todavía muchos retos:

- Generación y detección de pulsos de muy corta duración.

- Diseño de antenas con buena adaptación y eficiencia de radiación.

- Estudio de la interferencia de otros sistemas y sobre otros sistemas en entornos compartidos,…


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Bibliografía

• X. Shen, M. Guizani, R. C. Qiu, T. Le-Ngoc, “Ultra-Wideband Wireless Communications and Networks”, 1ª ed. John Wiley and Sons, 2006

• [1] Chia-Hsin Cheng , “Introduction to Ultra WideBand Systems”, Wireless Access Tech. Lab, CCU (www.ee.ccu.edu.tw)

• [2] Matti Hämäläinen, “Introduction to existing ultra wideband (UWB) technologies”, Centre for Wireless Communications, University of Oulu(www.cwc.oulu.fi)

• T.W. Barret, “History of ultrawideband (UWB) radar & communications: pionners and innovators”, Progress in Electromagnetic Symposium (PIERS ’00), Cambridge, Mass, USA, July 2000

• M.G. Di Benedetto and G. Giancola, “Understanding Ultra Wide Band radio Fundamentals”, Prentice Hall, 2004

Gran parte del material se ha

tomado de estas presentaciones

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