Принцип работы датчиков присутствия - технология СШП
Что такое СШП (UWB)
В радиотехнике к сверхширокополосным (СШП, англоязычная аббревиатура: UWB — Ultra-wide Band) радиосигналам относят сигналы обладающие сверхвысокой полосой частот. СШП системами называют системы радиосвязи или радиолокации, использующие СШП сигналы.
Основное требование к ширине полосы частот для СШП сигналов в 1990 году выдвинула DARPA в котором говорится, что для таких сигналов относительная полоса частот h не должна быть меньше 0,25:
h = (fHIGH − fLOW)/(fHIGH + fLOW).
Таким требованиям удовлетворяют системы видеоимпульсной радиолокации и связи. Такие системы используют сигналы обладающие длительностью от долей до нескольких наносекунд формируемых путем ударного возбуждения СШП антенны коротким однополярным видеоимпульсом или двуполярным моноимпульсом. Такой тип сигналов еще называют «сигналом без несущей» (carrier-free). Особенно широко такие сигналы используются в георадарах.
Коммерциализация СШП технологии внесла свои коррективы в классификацию сигналов. В 2000 году сначала американское федеральное агентство по связи FCC, а затем и европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций ETSI выпустили документы, стандартизирующие применение таких сигналов в радиолокации и связи. Согласно этим документам к таким сигналам также стали относится сигналы с полосой частот 500 МГц и более (по уровню −10 дБ). То есть к СШП сигналам стали относить и короткие радиоимпульсы с высокочастотным заполнением.
Так же были определены нормы на разрешенные полосы частот и допустимые уровни импульсной и средней мощности для безлицензионного использования СШП систем.
Отдельно можно сказать о сложных типах сигналов, использующих различные виды модуляции (например, ЛЧМ) для расширения занимаемого спектра частот. Их использование дает различные преимущества и недостатки. И если занимаемый ими спектр частот удовлетворяет вышеуказанным требованиям, то они тоже считаются СШП сигналами.
Преимущества СШП (UWB)
Использование СШП сигналов дает ряд преимуществ перед традиционными узкополосными системами:
- энергия СШП сигнала распределяется в широкой полосе частот при этом спектральные составляющие сигнала имеют не высокую интенсивность, что позволяет СШП системам работать совместно с узкополосными. При этом применение ортогональных СШП сигналов позволяет одновременно работать нескольким СШП устройствам;
- в системах связи значительно возрастает скорость передачи данных;
- в радиолокационных системах значительно возрастает разрешающая способность по дальности, а в многопозиционных системах, как следствие, и по углу;
- в радиолокационных системах значительно уменьшается «мертвая зона», что позволяет производить измерения начиная с кромки антенны;
- в радиолокационных системах появляется возможность измерения портрета целей;
- в радиолокационных системах появляется формировать узкую по дальности зону чувствительности, что позволяет избежать воздействия пассивных помех;
- значительно уменьшается эффект ослабления сигнала за счет интерференции переотражений;
- низкая спектральная плотность мощности сигнала предоставляет СШП системе возможность скрытной работы.
Настоящее и будущее СШП технологий
Технологии с использованием СШП сигналов в радиолокации используются давно. Как сказано выше, они широко используются в георадарах.
В конце 1990-х, начале 2000-х годах наблюдался высокий интерес к СШП технологиям в радиосвязи. Ведущие производители полупроводниковой индустрии начали разрабатывать интегральные схемы, реализующие физический и логический уровень протоколов СШП связи ближнего действия (до 10 метров) на скоростях до 500 мегабит/сек и выше. Были анонсированы ряд микросхем.
В 2007 году были показаны коммерческие СШП устройства связи реализующие протокол Wireless USB, призванный организовать связь между устройствами и персональным компьютером.
Но по каким то причинам системы связи основанные на СШП технологиях так и не получили массового распространения. В 2008 году один из лидеров в области СШП связи — Intel свернул работы в этом направлении. Видимо растущие скорости узкополосных стандартов связи, таких как 802.11n, лишили СШП системы связи на частотах 3,1–10,3 ГГц их главного конкурентного преимущества — скорости передачи данных. В зарубежной прессе все чаще встречаются аналитические статьи о том, что у СШП связи в этом диапазоне частот будущего нет.
Однако в последнее время активизировались разработки систем скоростной связи ближнего радиуса действия на частотах в районе 60 ГГц.
Что же касается использования СШП сигналов в ближней радиолокации, то на наш взгляд здесь есть хорошие перспективы, так как использование таких сигналов делает возможным решение ряда задач, неподвластных или плохо реализуемых узкополосными радиосистемами. Применение современных интегральных технологий позволяет строить миниатюрные радиолокационные системы с высокими техническими характеристиками.
Весьма активно развивается ряд направлений, где использование СШП сигналов более чем оправдано: это различные сенсоры движения, импульсные дальномеры, системы охраны, бесконтактные датчики вибрации, биорадиолокация, системы позиционирования, неразрушающий контроль и т.д. Такие фирмы как Samsung S1 Co. Ltd. серийно выпускают датчики охранных систем основанных на СШП технологии.
Наиболее подробно с различными областями использования СШП радиолокационных систем Вы можете ознакомиться на нашем сайте.
Ссылки по теме
1. Анализ международных документов, регламентирующих использование СШП устройств.
2. Технология передачи информации с использованием СШП сигналов.
3. Wireless USB (часть 1), Wireless USB (часть 2).
6-й Предпортовый проезд, д. 4
E-mail: info
nanopulse.ru
Тел.: +7 (999) 525-2800
Skype: nano-pulse