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

Проект цифрового печатного узла, выполняющего функцию стабилизации напряжения
Производство цифровых устройств электронной аппаратуры в настоящее время находит все более широкое применение во многих областях народного хозяйства и в зна ...

Регистры хранения
Цель работы: Изучить один из основных узлов ЭВМ - регистр хранения (память), приобрести навыки в сборке наладке и экспериментальном исследовании регистра. ...

Разработка системы управления электроприводом нажимного устройства реверсивного четырехвалкового стана 5000 горячей прокатки
Целью проекта является разработка системы управления электроприводом нажимного устройства реверсивного четырехвалкового стана «5000» горячей прокатки. По ...