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.