Ultra Wide Band Communications & Optical Wireless Networks Heikki Eskelinen

 UWB radio teknologia  Fyysinen kerros  Toiminta  Vertailu muihin tekniikoihin  Edut ja haitat  Langaton optinen verkko  Lyhyen kantaman infrapuna  Langaton WDM  OWWDM LAN

UWB radio teknologia  Korkean siirtonopeuden omaava lähiyhteyksien radiotekniikka  Kantama n.10m  Nopeus vaihtelee välimatkan mukaan (kuitenkin saavutetaan 480Mbit/s)  Laillisesti säädetty taajuusalue GHz  Rajoitettu lähetysteho -41dBm/MHz  Sisätiloissa MHz:n välillä -53,3 dBm/MHz

Fyysinen kerros  FCC (Federal Communications Commission) määrittelee UWB-laitteiden kaistanleveyden vähintään 20% keskitaajuudesta tai vähintään 500MHz  Kaksi vaihtoehtoa toteuttaa fyysinen kerros:  Impulssiradiotekniikka  OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Fyysinen kerros  Impulssiradiotekniikka:  Yksinkertainen ja hinnaltaan sekä tehonkulutukseltaan edullinen  Radiolähetin lähettää lyhyitä nanosekunnin luokkaa olevia impulsseja suoraan kantataajuudella  Vastaanottimen toteuttaminen on sitä vastoin hankalaa, sillä sen tulee pystyä hallitsemaan pitkiä etenemiskanavia sekä symbolien välisiä häiriöitä

Fyysinen kerros  OFDM (Orthogonal Frequency division multiplexing):  Perustuu käytettävän taajuusalueen jakamiseen 528 Megahertsin levyisiin kaistoihin  Tyypillisesti kaistoja on 3 ja hyppely tapahtuu jokaisen OFDM-symbolin jälkeen  OFDM puolesta puhuu sen kyky toimia häiriintymättä vaikeissa monitie- etenemisympäristöissä

Toiminta  UWB-järjestelmän lähetys perustuu ultra- lyhyisiin pulsseihin  Monosykli = yksittäinen, ultra-korkea taajuinen sini aalto  Pituus vaihtelee ns välillä  Pulssien väli ns  Pulssijono = sarja monosyklejä

Vertailu muihin tekniikoihin  b  kaista 11Mbit/s, kantama 100m, kapasiteetti 1Kbps/m2  Bluetooth  kaista 1Mbit/s, kantama >10m, kapasiteetti 30Kbps/m2  a  kaista 54Mbit/s, kantama 50m, kapasiteetti 83Kbps/m2  UWB  kaista 480Mbit/s (helmikuu 2005  677Mbit/s), kantama 10m, kapasiteetti 955Kbps/m2

Edut… + Kaapelivapaat video- ja audiolaitteet + Korkeanopeuksiset langattomat linkit + Helppo toteuttaa + Laajat käyttömahdollisuudet, soveltuu myös kommunikaatioalan ulkopuoliseen käyttöön + Vähäinen virrankulutus + Suuri datansiirtonopeus

…ja haitat -Tiukat suunnittelu vaatimukset kommunikaation alijärjestelmille -Olemassa olevien teknologioiden aiheuttamat häiriöt -Ylimääräiset rakennetut suotimet ja muut signaalin parantuvuutta lisäävät menetelmät nostavat hintaa ja lisäävät virrankulutusta

Optical Wireless Networks

Langaton optinen verkko  Toimii infrapunasäteillä sekä valoaalloilla  Häiriökestävämpi verrattuna radiotekniikkaan  Vaihtoehtoinen malli sisäkäyttöön  Turvallinen  Nopea

Lyhyen kantaman infrapuna  Ehdotettu käyttöön 70-luvun lopulla  1993 perustettiin IrDA-organisaatio tuomaan infrapunateknologia paremmin esille  Tuloksena syntyi lyhyen kantaman infrapunakommunikaatiolaitteita, joita sisällytettiin mm. kännyköihin, kannettaviin tietokoneisiin, digitaalikameroihin, leluihin jne….  Nopeudet 9,6Kbit/s – 4Mbit/s  Suora- ja diffuusiopohjainen siirtotapa

Langaton WDM  Wavelength Division Multiplexing (WDM) on metodi lähettää useita eri aallonpituisia valonsäteitä yhtäaikaisesti optisen kuidun ytimessä  Ensimmäisen sukupolven point-to-point WDM järjestelmä toimii neljällä aallonpituudella, joista jokainen pystyy 2,5Gbps siirtonopeuteen  Heikkoutena linkin katketessa suuri datamäärän häviö  Altis säätilojen vaihteluille

OWWDM LAN  Tekniikka, jolla pyritään parantamaan infrapuna LANin spektri-ikkunan vajaa käyttö  Radiospektri voidaan korvata optisella langattomalla WDM:llä  korkeampi kaistanlevys ja vähemmän häiriötä  Vastaanottimina halpa PIN-diodi tai herkempi Avalanche-diodi  Lähetykseen laser tai ledi  Lisäkykynä aallonpituus konvertointi ja säätö  Käytetty korkea optinen energia väärinkäytettynä haitallista