Ultrabreitband (auch bekannt als UWB, ultrabreites Band und Ultraband) ist eine Radiotechnologie, die von Robert A. Scholtz und anderen den Weg gebahnt ist, die an einem sehr niedrigen Energieniveau für den für kurze Strecken, Kommunikationen der hohen Bandbreite mit einem großen Teil des Radiospektrums verwendet werden können. UWB hat traditionelle Anwendungen in der nichtkooperativen Radarbildaufbereitung. Neuste Anwendungen nehmen Sensordatenerfassung, Präzision sich niederlassende und verfolgende Anwendungen ins Visier.

Ähnlich, um Spektrum auszubreiten, übersenden UWB Kommunikationen in einem Weg, der herkömmlich engbandig und Transportunternehmen-Welle-Gebrauch in demselben Frequenzband nicht stört. Verschieden vom Ausbreitungsspektrum, jedoch, verwendet Ultrabreitband Frequenzsprungverfahren (FHSS) nicht.

Ultrabreitband ist eine Technologie, um Information zu übersenden, die über eine große Bandbreite (> 500 MHz) ausgebreitet ist; das, in der Theorie und unter den richtigen Verhältnissen, sollte im Stande sein, Spektrum mit anderen Benutzern zu teilen. Durchführungseinstellungen durch Federal Communications Commission (FCC) in den Vereinigten Staaten haben vor, einen effizienten Gebrauch der Radiobandbreite zur Verfügung zu stellen, während sie Radiokonnektivität des persönlichen Bereichsnetzes (PAN) der hohen Datenrate ermöglichen; längere Reihe, Anwendungen der niedrigen Datenrate; und Radar und Bildaufbereitungssysteme.

Extremes Breitband war früher bekannt als das "Pulsradio", aber der FCC und die Internationale Fernmeldevereinigung Radiocommunication Sektor (ITU-R) definiert zurzeit UWB in Bezug auf eine Übertragung von einer Antenne, für die die ausgestrahlte Signalbandbreite die kleineren von 500 MHz oder 20 % der Zentrum-Frequenz überschreitet. So, pulsbasierte Systeme — wo jeder übersandte Puls die UWB Bandbreite besetzt (oder eine Anhäufung von mindestens 500 MHz des engbandigen Transportunternehmens; zum Beispiel kann orthogonale gleichzeitig sendende Frequenzabteilung (OFDM) — Zugang zum UWB Spektrum laut der Regeln gewinnen. Pulswiederholungsraten können entweder niedrig oder sehr hoch sein. Pulsbasierte UWB Radare und Bildaufbereitungssysteme neigen dazu, niedrige Wiederholungsraten (normalerweise im Rahmen 1 bis 100 Megapulse pro Sekunde) zu verwenden. Andererseits bevorzugen Kommunikationssysteme hohe Wiederholungsraten (normalerweise im Rahmen eines bis zwei gigapulses pro Sekunde), so für kurze Strecken gigabit-pro-Sekunde Kommunikationssysteme ermöglichend. Jeder Puls in einem pulsbasierten UWB System besetzt die komplette UWB Bandbreite (so die Vorteile der Verhältnisimmunität gegen das Mehrpfad-Verblassen, aber nicht Zwischensymbol-Einmischung erntend) verschieden von Transportunternehmen-basierten Systemen, die dem tiefen Verblassen und der Zwischensymbol-Einmischung unterworfen sind.

Theorie

Ein bedeutender Unterschied zwischen herkömmlichen Radioübertragungen und UWB ist, dass conventtional Systeme Information durch das Verändern des Macht-Niveaus, der Frequenz und/oder der Phase einer sinusförmigen Welle übersenden. UWB Übertragungen übersenden Information durch das Erzeugen der Radioenergie an spezifischen Zeitabständen und das Besetzen einer großen Bandbreite, so das Ermöglichen der Pulsposition oder Zeitmodulation. Die Information kann auch auf UWB-Signalen (Pulse) durch die Verschlüsselung der Widersprüchlichkeit des Pulses, seines Umfangs und/oder durch das Verwenden orthogonaler Pulse abgestimmt werden. UWB Pulse können sporadisch an relativ niedrigen Pulsraten gesandt werden, um Zeit oder Positionsmodulation zu unterstützen, aber können auch an Raten bis zum Gegenteil der UWB Pulsbandbreite gesandt werden. Puls-UWB Systeme sind an Kanalpulsraten über 1.3 gigapulses pro Sekunde mit einem dauernden Strom von UWB Pulsen (Dauernder Puls UWB oder C-UWB) demonstriert worden, das Unterstützen der Vorwärtsfehlerkorrektur hat Datenraten über 675 Mbit/s verschlüsselt. Solch eine pulsbasierte UWB Methode (Ausbrüche von Pulsen verwendend), ist die Basis des IEEE 802.15.3a Draftstandard und Arbeitsgruppe, die UWB als eine PHY alternative Schicht vorgeschlagen hat.

Ein wertvoller Aspekt der UWB Technologie ist die Fähigkeit zu einem UWB Radiosystem, um die "Zeit des Flugs" der Übertragung an verschiedenen Frequenzen zu bestimmen. Das hilft, Mehrpfad-Fortpflanzung zu überwinden, weil mindestens einige der Frequenzen eine Gesichtslinie-Schussbahn haben. Mit einer kooperativen symmetrischen Zweiwegemessen-Technik können Entfernungen zur hohen Entschlossenheit und Genauigkeit durch das Ausgleichen den lokalen Uhr-Antrieb und die stochastische Ungenauigkeit gemessen werden.

Eine andere Eigenschaft von pulsbasiertem UWB ist, dass die Pulse (weniger als 60 Cm für einen 500 MHZ-BREITEN Puls, weniger als 23 Cm für einen 1.3 GHz-Bandbreite-Puls) sehr kurz sind, so greift der grösste Teil des Signalnachdenkens auf den ursprünglichen Puls nicht über und das Mehrpfad-Verblassen von engbandigen Signalen nicht besteht. Jedoch gibt es noch Mehrpfad-Fortpflanzung und Zwischenpulseinmischung zu Systemen des schnellen Pulses, die durch das Codieren von Techniken gelindert werden müssen.

Technologie

Ein Leistungsmaß eines Radios in Anwendungen wie Kommunikation, Auffinden, das Verfolgen und der Radar ist die Kanalkapazität für eine gegebene Bandbreite und Format Zeichen gebend. Kanalkapazität ist die theoretische maximale mögliche Zahl von Bit pro Sekunde der Information, die durch eine oder mehr Verbindungen zu einem Gebiet befördert werden kann. Gemäß dem Lehrsatz von Shannon-Hartley ist die Kanalkapazität eines richtig verschlüsselten Signals zur Bandbreite des Kanals und dem Logarithmus des Verhältnisses des Signals zum Geräusch (SNR) proportional (das Annehmen, dass das Geräusch zusätzliches weißes Geräusch von Gaussian ist). So nimmt Kanalkapazität geradlinig durch die Erhöhung der Bandbreite des Kanals zum maximalen Wert verfügbar, oder (in einer Bandbreite des festen Kanals) durch die Erhöhung der Signalmacht exponential zu. Auf Grund von der großen UWB Systemen innewohnenden Bandbreite konnten große Kanalkapazitäten im Prinzip (gegeben genügend Störabstand) erreicht werden, ohne höherwertige Modulationen anzurufen, die einen sehr hohen Störabstand verlangen.

Ideal sollte der Empfänger-Signalentdecker das übersandte Signal in der Bandbreite, Signalgestalt und Zeit vergleichen. Eine Fehlanpassung läuft auf Verlust des Randes für die UWB Radioverbindung hinaus.

Channelization (das Teilen des Kanals mit anderen Verbindungen) ist ein kompliziertes Problem, Thema vielen Variablen. Zwei UWB-Verbindungen können dasselbe Spektrum durch das Verwenden orthogonaler zeithüpfender Codes für die Pulsposition (zeitabgestimmte) Systeme teilen, oder orthogonale Pulse und orthogonale Codes für den schnellen Puls haben Systeme gestützt.

Schicken Sie Fehlerkorrektur-Technologie nach (wie demonstriert, in der hohen Datenrate UWB Pulssysteme wie niedriger Dichte-Paritätskontrolle-Code) kann — vielleicht in der Kombination mit der Fehlerkorrektur des Rohres-Solomon — stellen Kanalleistung zur Verfügung, die sich der Grenze von Shannon nähert. Wenn Heimlichkeit erforderlich ist, können einige UWB-Formate (hauptsächlich pulsgestützt) gemacht werden, wie ein geringer Anstieg des Nebengeräuschs zu jedem des komplizierten Musters des Signals unbewussten Empfänger zu erscheinen.

Mehrpfad-Einmischung (Verzerrung eines Signals, weil es viele verschiedene Pfade zum Empfänger mit der verschiedenen Phase-Verschiebung und verschiedenen Polarisationsverschiebung bringt) ist ein Problem in der engbandigen Technologie. Es betrifft auch UWB Übertragungen, aber gemäß dem Lehrsatz von Shannon-Hartley und der Vielfalt der Geometrie, die für verschiedene Frequenzen gilt, wird die Fähigkeit zu ersetzen erhöht. Mehrpfad verursacht das Verblassen, und Welle-Einmischung ist zerstörend. Einige UWB Systeme verwenden "Rechen"-Empfänger-Techniken, um Mehrpfad-erzeugte Kopien des ursprünglichen Pulses wieder zu erlangen, um eine Leistung eines Empfängers zu verbessern. Andere UWB Systeme verwenden Kanalgleichungstechniken, um denselben Zweck zu erreichen. Engbandige Empfänger können ähnliche Techniken verwenden, aber werden wegen der verschiedenen Entschlossenheitsfähigkeiten zu engbandigen Systemen beschränkt.

Antenne-Systeme

• Verteilter MIMO: Um Den Sendebereich zu vergrößern, nutzt dieses System verteilte Antennen unter verschiedenen Knoten aus.
• Vielfache Antenne: Systeme der vielfachen Antenne (wie MIMO) sind verwendet worden, um Systemdurchfluss und Empfang-Zuverlässigkeit zu vergrößern. Da UWB fast Impuls ähnliche Kanalantwort hat, ist eine Kombination von vielfachen Antenne-Techniken ebenso vorzuziehend. Kopplung MIMO mit dem hohen Durchfluss von UWB räumlich gleichzeitig zu senden, gibt die Möglichkeit von Netzen für kurze Strecken mit multi-gigabit Raten.

Anwendungen

Ultrabreitbandeigenschaften sind zu Anwendungen der kurzen Entfernung wie PC-Peripherie gut passend.

Wegen niedriger durch Ordnungsämter erlaubter Emissionsniveaus neigen UWB Systeme dazu, Innenanwendungen für kurze Strecken zu sein. Wegen der kurzen Dauer von UWB Pulsen ist es leichter, hohe Datenraten zu konstruieren; Datenrate kann gegen die Reihe durch das Anhäufen der Pulsenergie pro Datenbit (mit der Integration oder das Codieren von Techniken) ausgetauscht werden. Herkömmliche Technologie der orthogonalen gleichzeitig sendenden Frequenzabteilung (OFDM) kann auch, Thema Voraussetzungen der minimalen Bandbreite verwendet werden. Hohe Datenrate UWB kann Radiomonitore, die effiziente Übertragung von Daten von Digitalkameras, Radiodruck von Digitalbildern von einer Kamera ohne das Bedürfnis nach einem Personalcomputer und Dateiübertragungen zwischen Mobiltelefon-Hörern und tragbaren Geräten wie tragbare Mediaspieler ermöglichen.

UWB wird für Echtzeitpositionssysteme verwendet; seine Präzisionsfähigkeiten und niedrige Macht machen es gut passend für die Radiofrequenz empfindliche Umgebungen wie Krankenhäuser. Eine andere Eigenschaft von UWB ist seine kurze Sendungszeit.

Ultrabreitband wird auch in verwendet "sehen durch die Wand" Präzisionsradarbildaufbereitungstechnologie, Präzisionsauffinden und das Verfolgen (Entfernungsmaße zwischen Radios verwendend), und die Präzisionszeit der Ankunft hat Lokalisierungsannäherungen gestützt. Es, ist mit einer Raumkapazität von etwa 10 bit/s/m ² effizient.

UWB Radar ist als der aktive Sensorbestandteil in einer Automatischen Zielanerkennungsanwendung, entworfen vorgeschlagen worden, um Menschen oder Gegenstände zu entdecken, die auf U-Bahn-Spuren gefallen sind.

UWB ist eine vorgeschlagene Technologie für den Gebrauch in persönlichen Bereichsnetzen gewesen, und im IEEE 802.15.3a Entwurf PAN-Standard erschienen. Jedoch, nach mehreren Jahren des toten Punktes, der IEEE 802.15.3a wurde Aufgabe-Gruppe 2006 aufgelöst. Die Arbeit wurde von der Verbindung von WiMedia und USB Implementer Forum vollendet. Der langsame Fortschritt in der UWB Standardentwicklung, den Kosten der anfänglichen Durchführung und Leistung bedeutsam tiefer als am Anfang erwartet ist mehrere Gründe für den beschränkten Gebrauch von UWB in Verbrauchsgütern (der mehrere UWB Verkäufer veranlasst hat, Operationen 2008 und 2009 aufzuhören).

Regulierung

Ultrabreitband bezieht sich auf die Radiotechnologie mit einer Bandbreite, die die kleineren von 500 MHz oder 20 % der arithmetischen Zentrum-Frequenz gemäß amerikanischer Federal Communications Commission (FCC) überschreitet. Am 14. Februar 2002 haben FCC Bericht und Ordnung den Gebrauch ohne Lizenz von UWB in der Frequenzreihe von 3.1 bis 10.6 GHz autorisiert. Die FCC Macht geisterhafte Dichte-Emissionsgrenze für UWB Sender ist-41.3 dBm/MHz. Diese Grenze gilt auch für unbeabsichtigte Emitter im UWB Band (die Grenze "des Teils 15"). Jedoch kann die Emissionsgrenze für UWB Emitter (mindestens-75 dBm/MHz) in anderen Segmenten des Spektrums bedeutsam niedriger sein.

Überlegungen in der Internationalen Fernmeldevereinigung Radiocommunication Sektor (ITU-R) sind auf einen Bericht und Empfehlung auf UWB im November 2005 hinausgelaufen. Gangregler des Vereinigten Königreichs Ofcom hat eine ähnliche Entscheidung am 9. August 2007 bekannt gegeben.

Mehr als vier Dutzende Geräte sind unter dem FCC UWB Regeln bescheinigt worden, von denen die große Mehrheit Radar sind, darstellend oder Systeme ausfindig machend.

Es hat Sorge über die Einmischung zwischen engbandigem und UWB-Signalen gegeben, die dasselbe Spektrum teilen; früher war die einzige Radiotechnologie, die Verwenden-Pulse bedient hat, Sender der Funken-Lücke (die wegen der Einmischung zu Empfängern der mittleren Welle verboten wurden), aber UWB-Gebrauch niedrigere Macht. Das Thema wurde in den Verhandlungen umfassend bedeckt, die zur Adoption der FCC-Regeln in den Vereinigten Staaten und in den Sitzungen in Zusammenhang mit UWB des ITU-R-Führens zu seinem Bericht und Empfehlungen auf der UWB Technologie geführt haben. Allgemein verwendete elektrische Geräte strahlen impulsives Geräusch aus (zum Beispiel, Haartrockner), und das Argument wurde erfolgreich gemacht, dass der Geräuschpegel übermäßig durch die breitere Aufstellung von Breitbandsendern mit der niedrigen Macht nicht erhoben würde.

Technologiegruppen

Siehe auch

Außenverbindungen

• IEEE 802.15.4a Schließt eine C-UWB physische Schicht Ein, kann bei http://www.ieee.org erhalten werden
• Normaler ECMA-368 hohe Rate extremer Breitband-PHY und MAC Standard
• Standard ECMA-369 MAC-PHY Schnittstelle für ECMA-368
• Normaler ISO/IEC 26907:2007
• Normaler ISO/IEC 26908:2007
• ITU-R Empfehlungen - SM Reihen Sehen: EMPFEHLUNG ITU R SM.1757 Einfluss von Geräten mit der Ultrabreitbandtechnologie auf Systemen, die innerhalb von radiocommunication Dienstleistungen funktionieren.
• FCC (GPO) Titel 47, Abschnitt 15 des Codes des föderalistischen Regulierungssubteils F: Ultrabreitband
• Gebrauch von MIMO Techniken für UWB
• Zahlreiche nützliche Verbindungen und Mittel bezüglich des Ultrabreitbandes und der UWB Prüfstände - WCSP Group - Universität des Südlichen Floridas (USF)
• Das Ultrabreitbandradiolaboratorium an der Universität des südlichen Kaliforniens
• DGPS + UWB