Tarmoq texnologiyalari va uzatish usullari evolyutsiyasi ieee 802. XX standarti

14-Mavzu
UWB texnologiyasi
Reja:

1. 
   UWB texnologiyasi
   
2. 
   UWB texnologiyasi arxitekturasi
   

Ultra Wideband (UWB) - bu yuqori chastotali, past energiyali impulslar yordamida ma'lumotlarni uzatish usuli. UWB katta salohiyatga ega, chunki UWB ning axborot sig'imi boshqa joriy va rivojlanayotgan texnologiyalarga nisbatan ancha katta, bu esa yaqin o'tmishda tasavvur qilib bo'lmaydigan o'tkazish qobiliyatiga ega tezroq simsiz tarmoqlarni amalga oshirish imkonini beradi (1-rasm). Ultra-keng polosali aloqa sohasidagi tadqiqotlarga turtki beradigan harakatlantiruvchi kuch aniq - bu istisnosiz barcha simsiz texnologiyalarni rivojlantirishning asosiy ustuvor yo'nalishi - simsiz aloqa kanalining o'tkazuvchanligini oshirish.

Turli simsiz texnologiyalarning maksimal diapazoni va o'tkazish qobiliyatini taqqoslash jadvali
UWB simsiz aloqa texnologiyasi bo'lib, boshqa barcha radiochastota aloqa tizimlaridan tubdan farq qiladi. U RF tashuvchisidan foydalanmasdan simsiz aloqani ta'minlashi bilan ajralib turadi. Buning o'rniga, u bir nanosekunddan kamroq uzunlikdagi modulyatsiyalangan energiya impulslaridan foydalanadi.
Ultra keng polosali radioaloqa bo'yicha tadqiqotlar 1940 yilda boshlangan va 1960 yildan 1990 yilgacha texnologiya harbiylar tomonidan radar, tasvir va yuqori darajada himoyalangan maxfiy aloqa tizimlarida qo'llanilgan. Uzoq vaqt davomida ishlanmalar AQSh hukumati tomonidan moliyalashtirildi va 1994 yilda ma'lumotlar ommaga ochiq bo'lgunga qadar bu texnologiyalar sir bo'lib qoldi. O'shandan beri texnologiya quyidagi ishlanmalar orqali tijoratlashtirildi:

• 
  2002-yil 14-fevralda AQSh Federal Aloqa Komissiyasi (FCC) ultra keng polosali qurilmalardan foydalanishga cheklangan ruxsat berdi. Bu uch xil toifadagi qurilmalar uchun litsenziyasiz asosda UWB texnologiyasini tijoratlashtirish jarayonini boshladi: tasvirni uzatish tizimlari, mobil radar stantsiyalari va aloqa va o'lchash tizimlari (hozirda ular eng tez sur'atlarda rivojlanmoqda). Qurilmani litsenziyasiz ishlatish bo'yicha ushbu ko'rsatmalar keyinchalik (2003 yil 13 fevral) FCC tomonidan kichik yaxshilanishlar bilan qayta ko'rib chiqilgan.
  
• 
  Silikon texnologiyasidagi yutuqlar asta-sekin o'zining amaliy chegarasiga yaqinlasha boshlaganligi va kelgusida o'sish uchun yangi potentsiallarni ochadigan innovatsion echimlarni topish masalasi paydo bo'lgan ultra-keng polosali texnologiyani rivojlantirishning harakatlantiruvchi kuchi bo'ldi. Ikkinchi hal qiluvchi omil simsiz axborot aloqa kanallaridan tobora ko'proq ishonchlilik va o'tkazish qobiliyatini talab qiladigan simsiz echimlar global bozorining tez o'sishi edi.
  

UWB bugungi kundagi simsiz tarmoq tadqiqotlari va ilovalarining aksariyati uchun jozibador muammolarni hal qilish yechimini taqdim etadi.RF spektrining mavjudligidagi cheklovlar simsiz texnologiyalarning rivojlanishi va rivojlanishiga to'sqinlik qiladi. UWB texnologiyasi RF tashuvchilardan foydalanmaydi, bu ko'plab yangi imtiyozlar va imkoniyatlarni keltirib chiqaradi. Boshqa tomondan, bugungi kunda biz apparat texnologiyalari rivojlanishining shunday manzarasiga guvoh bo'lamiz, bunda bir chipli yechimlarning integratsiyalashuv darajasi yaqin o'tmishdagiga qaraganda ancha yuqori va doimiy ravishda o'sib bormoqda. Shu sababli, UWB apparat yechimlari nafaqat PHY qurilmalari yoki hatto PHY + MAC qurilmalari bo'lishi kutilmoqda. Bunday apparat yechimlari UWB elektronikasini keng ko'lamli ilovalarga oson integratsiyalash imkonini beruvchi bitta qurilmada yuqori darajada sozlanishi mumkin bo'lgan kiritish-chiqarish kontrolleri bilan bir qatorda to'liq UWB transmitterini o'z ichiga olishi kerak.
Tezlik.Xuddi shu UWB qurilmasi, masalan, cho'ntak hisoblagichlari kabi juda past tezlikda (kam quvvat sarfini saqlab qolish zarurati tufayli) ilovalar uchun juda zarur bo'lgan katta diapazondagi tezlik bo'yicha o'lchab qo'yilishi mumkin.
Ko'p kanallarUWB bir vaqtning o'zida yuzlab kanallarni qo'llab-quvvatlashi mumkin (802.11b da uchta va 802.11a da o'ndan farqli o'laroq). Uni haydash bilan solishtirish mumkin: ko'p polosali avtomagistralda haydash bir yo'lli yo'lda haydashdan ko'ra ancha qulayroq va yaxshiroqdir.
Bir vaqtning o'zida tarmoqqa ulanishUWB texnologiyasi bir vaqtning o'zida shaxsiy tarmoq (PAN), LAN va keng tarmoq (WAN) sifatida ishlashi mumkin. Bu Bluetooth, 802.11 va 3G texnologiyalarining bir qurilma bilan yagona tarmoqqa konvergentsiyasiga teng. Bugungi kunda bu masala juda o'tkir va shuning uchun hozir juda dolzarb va kelajakda ham dolzarb bo'ladi.
Kamroq xarajat va murakkablikYuqori chastotali spektrdan foydalanadigan qurilmalar haqiqiy radio qabul qilish tizimini talab qiladi va shuning uchun murakkabroq dizayn va komponentlarga ega, qimmatroq va sezilarli darajada ko'proq quvvat sarflaydi. Bunga qo'shimcha ravishda, ular an'anaviy radio tizimlarining shovqin darajasidan pastroq ishlaydigan, kam quvvatga ega, apparat ta'minotiga past talablarga ega va faqat bir nechta tashqi komponentlarni talab qiladigan UWB qurilmalariga qaraganda kamroq ishonchli.
Global muvofiqlikTurli mamlakatlarda radio spektrini belgilashdagi o'zgarishlar radio spektridan foydalanadigan qurilmalar uchun global muvofiqlikka to'sqinlik qiladi. Bunday cheklovlarsiz UWB texnologiyasi kelajakda global hamkorlikning mavjudligi uchun zarur shart-sharoitlarni ta'minlaydi.
Katta xavfsizlikUWB signali va jihozlarining o'ziga xos xususiyatiga qo'shimcha ravishda, UWB qurilmalari uzatiladigan ma'lumotni himoya qilishni ta'minlaydigan shovqin darajasiga yaqin signal kuchidan foydalanadi - UWB signallarini maqsadli bo'lmagan tizim tomonidan qabul qilish deyarli mumkin emas, ayniqsa undan ma'lum masofada. ishlaydigan qurilma. Bu fakt UWB aloqasini ma'lumotlarga ruxsatsiz kirishdan himoya qilish nuqtai nazaridan barcha simsiz aloqa tizimlarining eng xavfsiziga aylantiradi.

Arzon va aniq joylashishni aniqlashUWB texnologiyasi sub-santimetrli ruxsatda yuqori aniqlikdagi joylashishni aniqlash tizimlari uchun arzon echimni taklif etadi. Bu turli xil joylashuv ilovalari hamda qisqa masofali inson-mashina interfeyslari uchun katta imkoniyatlarni taqdim etadi.

Ko'rish chizig'i talab qilinmaydiUWB ishlashining asosiy fizikasi tufayli texnologiya ko'rish chizig'ini talab qilmaydi, bu an'anaviy simsiz radio tizimlari tomonidan qo'yiladigan yaxshi tarqalish ko'rsatkichlarining asosiy talabidir.

UWB signallari bir-biriga yoki an'anaviy RF tashuvchilarga xalaqit bermasligi sababli, texnologiya boshqa ishlaydigan simsiz texnologiyalar bilan tinch-totuv yashashi mumkin bo'lgan yangi, izolyatsiya qilingan aloqa muhitini yaratish orqali ulkan aloqa imkoniyatlarini taqdim etadi.
Uydagi ma'lumotlar, ko'ngilochar va mobil aloqa ilovalarining konvergentsiyasi har bir dastur sektorining o'ziga xos talablarini qo'llab-quvvatlash va birlashtirishga qodir bo'lgan bir nechta turli qurilmalarni yagona tarmoq arxitekturasiga ulash uchun yangi talablarni keltirib chiqaradi. Shu maqsadda Digital Living Network va WiMedia alyanslari kabi sanoat konsorsiumlari birgalikda ishlashni tavsiflovchi rivojlanish yo'riqnomalari va standartlarini yaratdilar. Wireless 1394, Wireless USB va IP transport tizimlari allaqachon rivojlanishning yakuniy bosqichida va UWB texnologiyasi va WiMedia platformasiga asoslangan.
UWB tizimlari uchun optimal yechim sifatida maishiy elektronika, shaxsiy kompyuterlar va mobil qurilmalarning mikrosxemalari va yakuniy mahsulotlarini ishlab chiqaruvchilar MB-OFDM (Multi Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing - multi-band ortogonal chastotali bo'linish multiplekslash) deb nomlangan usulni qo'llab-quvvatlaydi. MB-OFDM ba'zi texnik afzalliklarni, ayniqsa chastota spektridan foydalanish bo'yicha moslashuvchanlikni namoyish etadi, bu UWB hamma joyda bo'lishiga imkon beradi.
Bugungi kunda ultra keng polosali tizimning ECC ta'rifi markaz chastotasining 20% ​​dan ortiq yoki kamida 500 MGts dan ortiq band bo'lgan spektrga ega bo'lgan har qanday radio uzatish texnologiyasidir. Maishiy elektronikada qo'llanganda namoyon bo'lishi mumkin bo'lgan yangi texnologiyaning afzalliklarini anglagan holda, 2002 yilda ECC 3,1 gigagertsdan 10,6 gigagertsgacha bo'lgan radiochastota spektrini aynan shu maqsadda litsenziyalagan. Qo'shimcha spektr tibbiy, ilmiy, yong'in va qutqaruv tashkilotlari tomonidan qo'llanilishi mumkin.
UWB havo interfeysi axborotni uzatish uchun to'liq 7,5 gigagertsli diapazondan yoki uning mavjud qismidan foydalanishni talab qiladi. FCC maxsus minimal tarmoqli kengligi -10 dB da 500 MGts ni belgilagan. Ushbu minimal tarmoqli kengligi, boshqa FCC talablari bilan bir qatorda, ushbu chastota diapazonidan yuqori ishlaydigan uskunalarni himoya qilish uchun mo'ljallangan. FCC qoidalari tomonidan taqdim etilgan moslashuvchanlik UWB aloqa tizimlarining imkoniyatlarini sezilarli darajada oshiradi. Dizaynerlar tizim sifatini, quvvat sarfini va dizayn murakkabligini optimallashtirish uchun chastota spektri doirasida 500 MGts kichik diapazonlarning kombinatsiyalaridan bepul foydalanishlari mumkin. UWB tizimlari xuddi to'liq tarmoqli kengligidan foydalanayotgandek past uzatish quvvatini saqlab turishi mumkin.
Ko'p tarmoqli tizimlar uchun ma'lumot bitta tashuvchiga asoslangan an'anaviy portlash usuli yoki murakkabroq ko'p tashuvchili usullar bilan uzatilishi mumkin. Impulsli yagona tashuvchi tizimlar signalni fazani juda tor impulslar bilan modulyatsiya qilish orqali uzatadi. Ushbu takomillashtirilgan texnologiya juda oddiy transmitter dizayniga imkon bersa-da, uning bir qancha kamchiliklari bor. Ular orasida quyidagilar mavjud: odatdagi sharoitlarda (ko'p aks ettiruvchi yuzalar mavjud bo'lgan) faqat bitta RF sxemasidan foydalangan holda etarli signal energiyasini yig'ish qiyin; kommutatsiya vaqti talablari qabul qiluvchi va uzatuvchi uchun juda qattiq bo'lishi mumkin; qabul qilingan signalni qayta ishlash sxemalari analog tashqi bosqichlarning tarkibiy qismlari tomonidan kiritilgan guruh kechikish dalgalanmalariga juda sezgir;
MB-OFDM esa bir vaqtning o'zida bir nechta chastotali tashuvchilardan foydalangan holda ma'lumotlarni uzatadi. Fast Furier Transform (FFT) algoritmlari deyarli 100% energiya samaradorligini ta'minlaydi va transmitterning murakkabligiga ozgina qo'shiladi. MB-OFDM ning afzalliklari yuqori spektral moslashuvchanlikni va RF shovqinlari va ko'p yo'nalishli effektlarga yuqori sezuvchanlikni o'z ichiga oladi. O'ylaymanki, ko'pchilik OFDM modulyatsiya usullari boshqa mashhur yuqori sifatli aloqa tizimlarida, jumladan Wi-Fi 802.11a/g, WiMAX 802.16a, HomePlug va xalqaro ADSL standartida muvaffaqiyatli qo'llanilganligini biladi. Mavjud CMOS texnologiyasi konfiguratsiyasiga asoslanib, 3,1 gigagertsdan 4,8 gigagertsgacha bo'lgan chastota spektri dastlabki joylashtirish uchun eng yaxshi variant hisoblanadi. Yuqori chegarani cheklash, shuningdek, 802.11a uskunasi ishlaydigan U-NII diapazonidagi qurilmalarga shovqinni kamaytiradi, shuningdek, radio sxemalari va analog kirish davrlarini loyihalashni soddalashtiradi. 3,1 gigagertsdan 4,8 gigagertsgacha bo'lgan chastota diapazoni 500 MGts kenglikdagi uchta pastki diapazonni sig'dira oladi (2-rasm).

MB-OFDM tizimidagi kichik polosalar uchun chastotalarni taqsimlash

Spektral moslashuvchanlikUWB qurilmalari uchun chastota spektri litsenziyalanmaganligi sababli, ushbu spektrni baham ko'radigan barcha simsiz qurilmalar bir-biri bilan muammosiz birga yashashi kerak. Dunyoning turli mintaqalarida chastotalar va emissiya cheklovlarining hozirgi holati yoki kelajakda taqsimlanishidan qat'i nazar, MB-OFDM dasturiy ta'minotdagi ma'lum ohanglar yoki kanallarni dinamik ravishda o'chirish orqali mahalliy (geografik) chastota cheklovlarini ta'minlay oladi. Bu moslashuvchanlik raqobatbardosh echimlar tomonidan ta'minlanmaydi, bu esa butun dunyo bo'ylab UWB tizimlarini qo'llash uchun katta imkoniyatlar yaratadi.

Murakkablik va quvvat sarfiMB-OFDM tizimlari ularni amalga oshirishning murakkabligini kamaytirish uchun maxsus ishlab chiqilgan. Yagona analog qabul qiluvchi sxema butun tizimning umumiy arxitekturasini soddalashtiradi va shuning uchun DAC/ADC ruxsati va raqamli tayanch tarmoqli kontrollerning ichki aniqligi sezilarli darajada kamayishi mumkin. Tashuvchilar orasidagi nisbatan katta masofalar, shuningdek, chastota sintezi zanjirlarining fazaviy shovqin talablarini yumshatadi va vaqt xatolariga qarshi immunitetni yaxshilaydi.

Mobil qurilmaning ish vaqti juda muhim omil. MB-OFDM odatiy sharoitlarda (jadval) bitta batareyalar to'plamidan kamida ikki soat uzluksiz ishlashni ta'minlashga qodir.
Jadval

XavfsizlikYakuniy foydalanuvchi uchun shaffoflikni ta'minlagan holda simsiz texnologiya talab qiladigan xavfsizlikni ta'minlash uchun xavfsizlik va axborotni himoya qilish mexanizmlari protokollar stekining bir nechta qatlamlarida amalga oshiriladi. DRM (Raqamli huquqlarni boshqarish - raqamli huquqlarni boshqarish) dastur qatlami bilan bog'liq individual xavfsizlik masalalarini hisobga oladi. DRM ning yaxshi salohiyati uning UWB platformalarida shaffof ishlatilishini kafolatlaydi.

Foydalanish modellari Mutaxassislar tomonidan ko'p vaqt talab qiluvchi va murakkab sozlashlarsiz ko'rsatish, tahrirlash, tinglash, ma'lumotlarga kirish va qurilmalar o'rtasida almashish qobiliyati ko'plab iste'molchilar uchun qiziqarli istiqbollarni ochadi. Oddiy "uy" infratuzilmasi ichida uchta asosiy toifa mavjud: kompyuterlar, multimedia markazlari va mobil qurilmalar (masalan, telefonlar). Shaxsiy kompyuterlar, printerlar va boshqa tashqi qurilmalar, shuningdek, modemlar, shlyuzlar va routerlar markazlashtirilgan tarmoqlarning asosiy elementlari hisoblanadi; efirga uzatiladigan ko'ngilochar klaster odatda PVR displeylari, STBlar va boshqalar, audio va video uskunalari bo'lgan uy kinoteatrlaridan iborat; PDA, smartfon va noutbuklar kabi mobil qurilmalar. Ular bino bo'ylab erkin harakat qilishlari mumkin (va kerak).

Bino ichidagi ushbu turdagi aloqa tizimlarining yaqinlashishi ushbu qurilmalarni har bir toifani saqlash va integratsiya qilish uchun eski texnologiyalardan ko'ra ko'proq funktsional yagona tarmoq arxitekturasiga kiritish zaruratini keltirib chiqaradi:

• 
  USB interfeysi dastlab tashqi qurilmalarni shaxsiy kompyuterga ulash uchun simli interfeys sifatida ishlab chiqilgan. U odatda uylar va ofislardagi ilovalar uchun ishlatiladi va ma'lumotlar almashinuviga qaratilgan.
  
• 
  IEEE 1394 (shuningdek, FireWire nomi bilan ham tanilgan) har xil turdagi kabellar orqali bir nechta audio va video oqimlarni o'tkazish uchun maxsus ishlab chiqilgan. Asosan ko'ngilochar dasturlarda qo'llaniladi.
  
• 
  Bluetooth - bu mobil telefonlar, simsiz minigarnituralar va PDA'larda keng qo'llaniladigan past tezlikdagi kabelni almashtirish texnologiyasi.
  

Ushbu texnologiyalarning turli protokollari o'zlarining tegishli maqsadli bozor segmentlariga etarlicha yo'naltirilgan ekan, iste'molchilar bugungi kunda ko'pincha bir nechta qurilmalar toifalaridan iborat bo'lgan ushbu uchta segment ichida va o'rtasida o'zaro hamkorlikni talab qiladi. Shu maqsadda, DLNA kabi sanoat standartlari guruhlari bunday to'liq o'zaro muvofiqlikka erishish usullarini aniqlashga harakat qilmoqda. Bunday tizimlar uchun odatiy ilovalar uy va ofis ilovalari, avtomobilsozlik va sanoat tarmoqlarini o'z ichiga oladi.

Nazorat savollari:

1. 
   UWB texnologiyasi haqida ma’lumot bering?
   
2. 
   UWB texnologiyasi arxitekturasi haqida ma’lumot bering?