Сверхширокополосная Система Связи с Высокой Скоростью

Московский Авиационный Институт
Сверхширокополосная Система Связи
с Высокой Скоростью
Передачи Данных
UWBUSIS’02
Харьковский Национальный Университет,
Харьков, Украина
1 Октября 2002
И.Я. Иммореев, A.A. Судаков
Кафедра Аналоговых и Цифровых Радиосистем
Московский Авиационный Институт
Проблема
В современных системах связи очень
остро стоит проблема касающаяся
высоких скоростей передачи данных

PS 

C = ∆F ⋅ log  1 +
PN 

Формула
Шеннона
Решением Проблемы является расширение
полосы частот ∆F, т.е. Применение
сверхширокополосных (СШП) сигналов
Московский Авиационный Институт
Наше Определение СШП Сигналов
Узкополосные - С⋅τ >> L;
Сверхширокополосные - С⋅τ << L.
где
τ – длительность импульса или длинна
автокорреляционной функции;
C – скорость света;
L – размер антенны или цели.
Московский Авиационный Институт
Достоинства СШП в Связи
Высокие скорости передачи данных (десятки-сотни
Мбит/сек;
Высокая защищенность против всех видов
пассивных помех;
Высокая защищенность против узкополосных и
широкополосных помех включая многолучевое
распространение;
Низкая спектральная плотность мощности:
Повышение скрытности работы;
Экологическая безопасность;
Работа в диапазонах частот, где работают
узкополосные системы (Разрешение ФКС (США) “Первый
отчет и правила” 14 февраля 2002).
Московский Авиационный Институт
Концепция
Московский Авиационный Институт
Назначение
Связь с дистанционно
управляемыми роботами
Робот
Обратный канал
Видео данные
Прямой канал
Управление
Пункт
Управления
Московский Авиационный Институт
Основная Задача
Стабильная работа в городских
условиях, среди индустриальных
зданий и разрушенных конструкций
из металла и бетона.
Московский Авиационный Институт
Технические Характеристики
Средняя мощность < 5 мВт;
Дальность 2.5 км;
Полоса около 1 ГГц;
Дуплекс
Прямой канал 0.4 Мбит/с;
Обратный канал 2.0 Мбит/с.
Московский Авиационный Институт
Блок Схема СШП Приемопередатчика
Приемник
МШУ
Атт.
Делит.
Мощн.
Сигнальный канал
Стробирование
Порог
Синхронизац.
Опорное
Напряж.
Опорное
Напряж.
Передатчик
ПФ
ППП
Имп.
Генер.
Буфер
Буфер
Управле
ние и
Обработка
СтробиПорог Буфер
рование
Шумовой канал
Вх/Вых
Московский Авиационный Институт
Особенности Передачи
Кодирование и обработка
входного сигнала;
Формирование СШП импульсов;
Излучение СШП импульсов.
Московский Авиационный Институт
Особенности Передачи
Цифровой сигнал (данные)
Приемник
Сигнальный канал
Сигнал после кодирования и обработки
СтробиДелит.
МШУ
Атт.
Мощн.
СШП импульсы
Излученный сигнал
Передатчик
ПФ
ППП
Имп.
Генер.
Буфер
рование
Синхронизац.
Порог
Опорное
Напряж.
Опорное
Напряж.
Буфер
Управле
ние и
Обработка
СтробиПорог Буфер
рование
Шумовой канал
Вх/Вых
Московский Авиационный Институт
Особенности Приема
Прием сигнала в сигнальном окне;
Прием шумов в шумовых окнах;
Декодирование и обработка сигнала;
Регулировка порогов в зависимости
от интенсивности шума;
Определение перерывов в связи;
Синхронизация. Поддержание
сигнала в центре сигнального окна.
Московский Авиационный Институт
Работа Приемника
Сигнал
TS
Пороговое напряжение
шумового канала
U
Входной сигнал
Пороговое напряжение
сигнального канала
Шумы
Временные окна
Сигнальное окно
Шумовые окна
t
Выходной сигнал после порогов
1
1
После сигнального
порога
1
на обработку сигнала
После шумового порога
1
1
0
0
на критерийную обработку
0
t
Московский Авиационный Институт
Критерийная Обработка
m – число измерений шума (m = 4 );
k – число превышений шумом порога.
Выход Порога
Шума
k>
Да,
Большие
шумы
1
⋅m
2
Увеличение
Пороговых
Напряжений
Нет
Нет
Пороговые
Напряжения
Неизменны
k≥
3
⋅m
4
Да,
Уменьшение Небольшие
шумы
Пороговых
Напряжений
Московский Авиационный Институт
Режимы Работы Приемника
Калибровка – установка
пороговых напряжений
сигнального и шумового каналов;
Поиск сигнала – синхронизация
приемопередатчиков в Роботе и
Пункте Управления;
Рабочий режим – прием
сигнала, оценка шумов и т.д.
Московский Авиационный Институт
Моделирование
Источник Сигнала и Помех
Программа MatLab
ПРИЕМНИК
Рабочий режим, Режим
Калибровки, Режим Поиска
Узкополосные
Помехи
Белый Шум
∑
Импульсные
Помехи
Формирователь
Многолучевого
Распространения
Сигнал
Формирователь
Частотной
Нестабильности
Приемник
Выбор
Режима
Подсчет и
Индикация Ошибок
Счетчик
Ошибок
Индикатор
Ошибок
Московский Авиационный Институт
Результат Моделирования
Порог Сигнала
Сигнальное Окно
Порог Шума
4 Шумовых Окна
Режим Поиска сигнала
Рабочий
режим
Режим
Поиска
сигнала
Московский Авиационный Институт
Конструкция
Московский Авиационный Институт
Антенны
Полоса 0.3 – 2.5 ГГц
Размер 300 х 300 мм
Полоса 0.4 – 2.0 ГГц
Размер 65 х 200 мм
Московский Авиационный Институт
Импульсы
Выходной импульс
(Передатчик)
25 В/дел; 2.5 нс/дел
Принимаемый
импульс
(Приемник)
Московский Авиационный Институт
Плата СШП Передатчика
Вход
Прм.
Приемник
Выход
Прд.
Передатчик
Управление и Вх/Вых ПК
Обработка
IEEE 1284
Московский Авиационный Институт
Проблемы СШП Связи
Отсутствие СШП антенн с
требуемой полосой частот;
Высокая стоимость
высокоскоростных компонентов.
Московский Авиационный Институт
Применения СШП Связи
Передача информации с высокой скоростью
(50 Мбит/сек и более), например:
Осуществление соединения между переносными
компьютерами, мобильными телефонами, портативными
устройствами с возможностью доступа в Интернет;
Беспроводные внутриофисные и домашние линии
передачи данных с высокоскоростным доступом в
Интернет, для обмена между ПК, видео-, аудиоустройствами, и т.д.;
Беспроводной обмен данными в сетях
распределенных датчиков;
Внутриофисная беспроводная телефонная связь.
Скрытная радиосвязь для военных и
гражданских применений.