Gemex webportal
Marketplace

UWB       Wat is UWB       Fundamenteel         UWB Links

UWB fundamenteel
UltraWide Band is een digitale vorm van datatransmissie zonder draaggolf.
Korte pulsen van ongeveer 1 nanoseconde genereren door Fourier transfornatie een frequentiespectrum met een bandbreedte van 1 GHz.dat zich vrij door de ether kan bewegen.
Een kortere puls resulteert in een breder spectrum (0,5 nsec. = 2 GHz)
Een langere puls resulteert in een smaller spectrum (2 nsec. = 0,5GHz)
Bij UWB is elke puls is een databit. Dat maakt UWB is een uitermate eenvoudige technologie.
De zender is niet meer dan een schakelelement die digitale pulsen vrij de ether in schiet. De breedte van de puls bepaald de bandbreedte van het opgewekte spectrum. Kortere pulsen resulteren in een grotere bandbreedte van het spectrum. De steilheid van de puls bepaald waar het midden van het spectrum in de totale frequentieband ligt. Hoe steiler de flanken hoe hoger de centerfrequentie. Fourier transformatie theorie verklaart hoe het komt dat de bandbreedte breder word als de puls korter word. Een Foerier transformatie verschuift door wiskundige differentiatie een functie van het tijdsdomein naar het frequentiedomein.

De theorie zegt dat elk grondpatroon van een puls kan worden benaderd door de totaal gewogen som van passende sinussen. bijv. een blokpuls ( in de praktijk een trein van pulsen) kan worden voorgesteld door een fundamentele sinus (grondgolf) plus sinussen met oneven frequenties (harmonischen) van de grondgolf. Elke toegevoegde harmonische is zwakker dan de vorige, maar de benadering verbetert met elke toevoeging. In principe is toevoeging van een een oneindig aantal harmonischen precies de blokgolf.

Gemex Consultancy
Telgterweg 226
3853 NR  Ermelo
tel.+31 (0)341-563138
fax +31 (0)341-558108
6Pho +31 (0)341 - 563138
gemex@marketplace.nl
www.gemex.nl
 

Het figuur hiernaast toont de distributie van de energie in de grondgolf en de harmonischen als funtie van hun frequentie. De fourier transformatie laat zien dat smallere blokgolven een hogere fundamentele frequentie nodig hebben (dus steilere flanken) om hetzelfde aantal harmonischen te bevatten en dat de vier getoonde harmonischen een grotere spreiding hebben dan de brede puls.

Modulatie
Conventionele smalband radiotechniek is gebaseerd op een draaggolf die op een systematische manier word veranderd (gemoduleerd) om informatie op deze wijze verpakt te transporteren. Draaggolven kunnen digitale informatie verzenden door verandering van hun amplitude, frequentie of fase

Ultrawideband techniek heeft geen draaggolf nodig. De individuele pulsen worden op bepaalde manieren in een bipolair modualtieschema veranderd. Een digitale 1 word voorgesteld door een positieve (stijgende) puls en een 0 door een omgekeerde (vallende) puls. In een andere benadering betekenen volle amplitudes voor een 1 en halve amplitudes voor een 0. Puls positie modulatie (TM) stuurt identieke pulsen maar veranderd de verzend tijd. Vertraagde pulsen zijn een 0.

In Amerika heeft de overheid (FCC) UWB gereguleerd en staat UWB signalen toe met een maximale signaalsterkte van -41,3dB over een gebied van 3,1 tot 10,6 GHz. Totaal dus 7,5 GHz ongelicenceerd spectrum.

Het vermogen van de puls wordt verdeeld over het gegenereerde spectrum
Een puls van 1 nsec. met een vermogen van 1 Watt levert een spectrum van 1 GHz.
1 Watt/ 1GHz = 1 nanoWatt

Als pulsen zich regelmatig herhalen is er sprake van herhalingsfrequentie (PRF Pulse Repetition Frequency) en onstaan er UWB signalen met spectraallijnen of draaggolven die hinderlijke interferentie met andere RF gebruikers kan opleveren.
UWB pulsen dienen derhalve zo willekeurig mogelijk in tijd te zijn (stochastisch).
Bij een dergelijke willekeurigheid is het gegenereerde signaal een ruissignaal zonder spectraallijnen met een sterkte dat onder het niveau van de natuurlijke ruis blijft.

Om een grote willekeurigheid van de pulsen te garanderen zal de duty cycle (het aantal pulsen vedeeld over een tijdseenheid) bij voorkeur niet meer dan 10% mogen zijn.

Door de pulsen te moduleren in tijd, amplitude, fase of anders is er een "0" of "1" aan toe te kennen. De verzonden informatie is derhalve digitale informatie.

De transmissiecapaciteit van UWB is een product van de dataoverdrachtsnelheid X de afstand
Bij korte afstanden van enkele meters is een 1Gbit per sec. mogelijk
Bij afstanden van 100 meter tot een kilometer is een data overdracht van 100Kbit per sec. mogelijk

De standaard voor de korte afstanden met hoge bitrate wordt door de IEEE 802.15.3a werkgroep behandeld. De standaard voor lage bitrates met afstand en lokatiebepaling valt onder de IEEE 802.15.4a standaard.

Een UWB spectrum kan door een enkele puls worden opgewekt. Dit wordt dan single band spectrum genoemd. Halfgeleider producenten richten zich op de hoge datasnelheid voor multimedia toepassingen en willen daarbij gebruik maken van 15 UWB spectrum banden met een bandbreedte van 500MHz waarbij 14 tussenliggende banden de ruimte tussen de 15 bulten vult. Deze benadering wordt multiband UWB genoemd, waarbij in de technische uitvoering een heftige strijd tussen de belangrijke wereldspelers op communicatie gebied is losgebrand.