Сверхширокополосные системы связи

Пусть длительность излучаемого СШП-импульса равна 0,5 нс, а полоса рабочих частот лежит в диапазоне 3,1-5,1 ГГц. Тогда допустимая спектральная плотность мощности СШП-сигнала в рабочей полосе составит 7,41·10-14 Вт/Гц (см. табл. 3.5). Прием СШП-сигналов производится на фоне аддитивного белого гауссового шума.

Уровень шума, действующий в рабочей полосе СШП-приемника, рассчитывается по формуле

= k·TK·ΔfUWB·N, (3.8)

где k = 1,38·10-23 Дж/К - постоянная Больцмана, TK = 293 К - абсолютная температура, ΔfUWB = 2·109 Гц - полоса пропускания приемника, N = 10 - коэффициент шума приемника. Таким образом, NRX = 80,9 пВт = -70,9 дБм. Чувствительность приемника: PRX = NRX·q = 80,9·10-12·30 = 2,4 нВт = -56,2 дБм, где q - минимальное отношение сигнал/шум на входе приемника, требуемое для обеспечения заданной вероятности ошибки на бит (BER) при принятом виде модуляции. Для BER = 10-3 и 10-6 значение q при оптимальном приеме составит 30 и 70, соответственно.

Определим предельную среднюю мощность PTXav, которую может излучать передатчик при заданной предельной средней спектральной плотности мощности Wav:

= Wav· ΔfUWB = 7,413·10-14·2 · 109 = 0,15 мВт = -8,24 дБм. (3.9)

Тогда пиковая мощность

= PTXav·Q = PTXav·T/τ = PTXav / (τ·V), (3.10)

где Q - скважность; T - период следования импульсов, с; V =1/Т - скорость передачи информации, бит/с.

Дальность действия системы связи определим по формуле

(3.11)

где GTX = 1 - коэффициент усиления антенны передатчика, GRX = 1 - коэффициент усиления антенны приемника, С = 3·108 м/с - скорость света, τ = 0,5 нс. При коэффициенте усиления передающей антенны более единицы необходимо ограничивать энергетический потенциал СШП-радиосистемы, равный PTxpeak·GTX, таким образом, чтобы излучаемая мощность в направлении наибольшей направленности передающей антенны не превышала предельно допустимую. В результате можно построить зависимость скорости передачи от дальности связи для приведенных значений BER (рис.3.1, [3]).

Рис. 3.1 - Зависимость скорости передачи от расстояния для двух значений BER

Зависимость скорости передачи информации от дальности связи

Из графика следует, что с учетом ограничений уровня излучаемой мощности СШП-системы можно подразделить на три группы.

Системы передачи данных со скоростью 1-100 Кбит/с (низкоскоростная связь) при дальности действия от нескольких километров до нескольких сотен метров. Они эффективны при информационном обмене с высокой скрытностью. Речь идет о системах передачи голосовых или информационных данных, в том числе - в распределенных сетях беспроводных датчиков. Это могут быть датчики постоянного контроля температуры, влажности, давления, частоты, напряжения и т.д.; датчики охранных и пожарных сигнализаций; медицинские датчики контроля состояния пациентов в госпиталях и в домашних условиях, а также датчики состояния спортсменов в процессе проведения тренировок и соревнований и т.д. Основное достоинство таких систем - возможность их применения без специального разрешения на использование полосы рабочих частот, если законодательство, подобное действующему в США (см. табл. 3.5), будет введено и в других странах.

Системы передачи данных со скоростью 1-100 Мбит/с при дальности действия от десяти до ста метров могут найти применение в локальных беспроводных внутриофисных сетях вместо проводных сетей типа Ethernet. Подобные системы будут, по-видимому, дешевле используемых сегодня для этих целей узкополосных систем, не говоря об их меньшем энергопотреблении.

Системы передачи данных со скоростью более 100 Мбит/с (высокоскоростная связь), в соответствии с прогнозами, - основная область для СШП-технологий. Такие системы связи эффективны для быстрого обмена большими массивами данных между мобильными устройствами (карманные персональные компьютеры, ноутбуки, цифровые фото- и видеокамеры, различные регистраторы информации), а также между мобильными устройствами и стационарными компьютерными системами сбора, обработки и хранения данных. Основное достоинство СШП-технологии перед близкими по скорости обмена системами на инфракрасных лучах - возможность работы через стены помещений и на больших расстояниях, а по сравнению с лазерными системами - более низкая стоимость.

Сравнивая современные и перспективные узкополосные системы передачи данных с СШП-системами (табл.3.6), можно заметить, что наиболее вероятной областью применения СШП-связи при существующих ограничениях по ЭМС будет высокоскоростная связь ближнего действия. Узкополосным же системам останется менее скоростная связь на большие расстояния.

Лучшие статьи по информатике

Применение аппаратно-вычислительной платформы Arduino для программирования автомобильных компьютерных систем
Если у нас нет GPS Приемника, а мы хотим, как то ориентироваться в пространстве, то можно использовать цифровой компас, который ре ...

Проектирование приборов времени
В данной курсовой работе предстоит спроектировать часовой механизм с целью закрепления теоретических сведений, полученных при прослушивании курса лекций, и ...

Цифровая обработка сигналов
сигнал преобразование фурье искажение Цифрова́я обрабо́тка сигна́лов (ЦОС, DSP - англ. digital signal processing) - преобразование сигналов, п ...