UWB-системы

ТЕХНОЛОГИИ

В феврале нынешнего года Федеральная комиссия по связи США (Federal Communication Commission - FCC, ФКС) одобрила положение, разрешающее продажу и коммерческое использование некоторых типов устройств на базе сверхширокополосной технологии UWB (Ultra-wideband). Это решение было принято после длительного трехгодичного рассмотрения, невзирая на сопротивление Министерства обороны, Министерства авиации и авиационной промышленности США и операторов сотовой связи, считающих, что использование UWB-технологии создаст помехи для системы глобального позиционирования (GPS), служащей для целей навигации, а также для некоторых беспроводных средств связи.

Технология сверхширокополосной связи основана на передаче множества закодированных импульсов очень малой мощности и малой длительности в широком диапазоне частот, а не на сигналах гармонической формы, как принято сейчас. Исследуя отраженный импульс, можно обнаруживать удаленные объекты, поскольку благодаря своей широкополосности UWB-сигнал обладает очень высокой проникающей способностью даже при малой мощности. Обычными же радиоприемниками он воспринимается лишь как слабый шум. В соответствии с определенными техническими стандартами UWB-системы могут использовать частотный спектр, в котором уже работают другие средства радиосвязи, не вызывая при этом помех. Таким образом, возможности частотного спектра становятся более эффективными. Поскольку импульс не занимает определенной частоты в спектре, то и частотного лицензирования для такой связи проводить не нужно. К тому же новая технология требует значительно меньших энергозатрат - всего около 0,05 мВт для работающего передатчика.

Одно из очевидных преимуществ UWB-устройств состоит в том, что стандартные средства слежения за эфиром не обнаруживают волн этого диапазона. Длительность импульсов в UWB-диапазоне чрезвычайно мала, вследствие чего спектр волн может быть достаточно большим. Многие устройства типа PDA или ноутбуков испускают эти сигналы при работе, а детекторы, прослушивающие определенные частотные диапазоны, принимают UWB-волны за шум от низкоуровневых сигналов, которые существуют повсеместно, и игнорируют их.

Между тем короткие сигналы UWB сравнительно устойчивы к многолучевому затуханию, возникающему при отражении волны от стен, потолка, зданий, транспортных средств и интерферирующему с непосредственным сигналом. Поэтому UWB-технология особенно интересна для рынка беспроводных мобильных систем с высоким уровнем передачи данных, что и имеет место в многопользовательских сетевых приложениях.

Документы ФКС включают в себя стандарты, устанавливающие меры защиты действующих и планируемых к установке телекоммуникационных систем, в особенности систем безопасности. Они базируются в основном на положениях, которые Национальная администрация по связи и информации полагает необходимыми для защиты правительственных федеральных служб США от помех. Поскольку производство UWB-устройств еще не налажено и их влияние на работу других радиосистем не выявлено, комиссия стояла перед лицом трудноразрешимых проблем и при определении ограничений на излучение UWB-систем приняла компромиссное решение. Она намерена еще в течение года продолжить рассмотрение стандартов на использование UWB-устройств и выпустить дополнительные рекомендации в целях расширения этих стандартов.

С учетом потенциальной способности UWB-устройств создавать помехи ФКС устанавливает технические стандарты и ограничения на работу трех их типов: систем формирования изображений, в том числе радаров подземного зондирования GPR, систем обнаружения объектов в стенах и через стену, медицинских приборов, контролирующих внутренние органы, и устройств для контроля территорий; радарных систем на транспортных средствах; систем связи и измерительных систем.

Рассмотрим некоторые из этих областей.

Радары подземного зондирования. В настоящее время GPR используются в авиационной и космической технике, в геофизических исследованиях. Согласно решению ФКС эти станции должны работать на частотах ниже 960 МГц либо в диапазоне частот 3,1-10,6 ГГц. Выполняя задачу по обнаружению или формированию изображения захороненного в земле объекта, они должны находиться в контакте с землей или очень близко к ее поверхности. Энергия, излучаемая радарами подземного зондирования, должна быть направлена прямо вниз. Этими устройствами пользуются судебные органы, пожарные и спасательные службы, их можно применять для научных исследований, а также по запросу горных и строительных компаний.

Радарные системы на транспортных средствах. Обнаруживая местоположение неподвижных и перемещающихся объектов вблизи транспортного средства, эти устройства помогают лучше ориентироваться на дорогах и предотвращать аварии. Их основу составляют импульсные радары, использующие для зондирования сверхширокополосные импульсы. В результате отраженный сигнал повторяет сложное изображение цели, давая точную информацию об объекте.

Согласно документам ФКС эти системы разрешено использовать в транспортных средствах при условии работы в диапазоне 24 ГГц. При этом они должны быть снабжены направленной антенной, обеспечивающей перемещение на местности с центральной частотой излучения выше 24,075 ГГц. В настоящее время немецко-американский концерн Daimler-Chrysler активно работает над созданием новой системы безопасности на основе UWB-технологии.

Системы связи и измерительные системы. В это понятие входит широкий круг устройств с применением UWB-технологии. Для их функционирования выделена полоса 3,1-10,6 ГГц. Оборудование может быть двух типов - средства для работы внутри помещений и специальные ручные устройства для связи между равнозначными системами (например, компьютерами).

В настоящее время фирма Time Domain, используя UWB-технологию, разработала набор микросхем под названием PulseON и намеревается на его основе наладить массовый выпуск сетевых устройств беспроводной передачи данных, в том числе домашних средств беспроводного соединения.

К разработке собственных устройств на базе сверхширокополосной технологии беспроводной связи приступила и корпорация Intel. Предположительно эта продукция будет обеспечивать передачу данных на расстояние до 5 м со скоростью от 400 до 500 Мбит/с. При помощи UWB-технологии можно создавать специальные сети, в которых несколько сверхширокополосных устройств смогут поддерживать связь между любыми узлами. В результате информация будет передаваться с очень высокой скоростью.

Сейчас Intel ищет способ изготовления UWB-устройств на основе КМОП-технологии. Это даст существенное уменьшение себестоимости производства, поскольку оно может быть налажено на уже существующих линиях, и позволит применить интеграцию с другими электронными компонентами.

UWB-системы могут также выступать в качестве беспроводного аналога (и соответственно конкурента) USB, поскольку, например, версия USB 2.0 передает информацию со скоростью 480 Мбит/с. Кроме того, про UWB говорят как про “Bluetooth будущего” - технологию для беспроводного подключения устройств типа PDA к ПК.

Специалисты считают, что разрешение коммерческого использования UWB-систем и устройств на их основе приведет к бурному развитию данной отрасли. Уже в этом году ожидается появление на рынке недорогих UWB-устройств по предотвращению автокатастроф, а также по обеспечению высокоскоростного беспроводного доступа и передачи данных. Но многое здесь зависит и от результатов повторного рассмотрения ФКС через 12 месяцев. Снятие существующих ограничений даст новый стимул к использованию сверхширокополосных систем и развитию этой безусловно перспективной технологии.

С автором статьи, сотрудником компании ArtCommunications, можно связаться по телефону: (095) 943-8446.