ULTRA WIDEBAND Sistemas y Señales en Ingeniería de Comunicaciones

1. ULTRA WIDEBAND Sistemas y Señales en Ingeniería de Comunicaciones • INTEGRANTES: • ORDOÑEZ FRANCISCO • ORTEGA JORGE • PAREDES SANDRA • PEREZ LEONARDO

2. Resumen UWB comenzó como aplicaciones de uso militar estrictamente como desarrollo de sistemas de radar. Los objetivos principales de UWB son: Dispositivos de baja potencia. Bajo costo. Altas velocidades de transmisión. Baja Interferencia. Capacidad de posisiconamiento preciso. UWB es, en parte, una nueva tecnología de ingeniería en el cual ninguna nueva propiedad física ha sido descubierta.

3. Desarrollo Histórico UWB fue desarrollado principalmente por el sector militar y en parte, por proyectos financiados por los Estados Unidos. Pero no es, de hecho, una tecnología novedosa. Se habla de un cambio en la forma de transmisión que un inicio, se dice fue sinusoidal, a una transmisión por pulsos, lo que involucra mayor ancho de banda (ultra wideband) UWB separa las señales a través de una amplia gama de frecuencias. La típica onda sinusoidal de radio es reemplazada por trenes de pulsos en cientos de millones de pulsos por segundo. Lo que exige un ancho de banda mayor. A finales de los 90s el enfoque cambió para comercializar dispositivos y sistemas de comunicaciones UWB.

4. Beneficios Importantes. • Altas velocidades de transmisión. • Equipos de bajo costo. • Movilidad y comunicación al mismo tiempo. • Inmunidad multidireccional. • Altas velocidades de transmisión implican nuevas aplicaciones y dispositivos. Se han probado tecnologías con velocidades que responden 100 Mbps. • Todos estos objetivos vienen dados por la capacidad extra de ancho de banda que propone ultra wideban.

5. Teorema de Shannon La capacidad del canal es importante cuando se exigen aplicaciones audio-visuales que requieren altas y altas velocidades de transmisión. • Existen 3 cosas que podemos hacer para mejorar la capacidad del canal. • Podemos incrementar el ancho de banda, la capacidad del canal incrementa linealmente con el ancho de banda B. • Incrementar la potencia de la señal. • Reducir el ruido. Debido a que ya dijimos que ultra wideband brinda un mayor ancho de banda, es esta la mejor alternativa o la mas fácil de aplicar para mejorar la capacidad del canal-

6. Desafíos Evitar interferencias e interferir con otros sistemas, debido al gran ancho de banda que usa ultra wideband. Propiciar acuerdos que faciliten la normalización de ultra wideband con el fin de agilitar el crecimiento tecnológico y la inserción en el mercado con la facilidad de entrar en un mercado normado. Los desafíos se relacionan directamente con los objetivos, de los cuales el mas importante es el desarrollo de equipos a muy bajo costo lo que implica una fácil inserción y expansión de esta tecnología

7. Propiedades Básicas de sistemas y señales UWB 1.1. Introducción Los pulsos UWB son extremadamente pequeños y pueden ser filtrados o ignorados y tienen un extenso espectro y un contenido muy pequeño de energía Las componentes de los pulsos UWB de baja frecuencia hacen posible que la señal sea propagada efectivamente a través de materiales como el ladrillo y el concreto. Los transmisores y receptores UWB no requieren de costosos y grandes componentes como moduladores, demoduladores y plataformas reduciendo así los costos, tamaño, peso y consumo de potencia en comparación con un sistema de comunicaciones de banda estrecha.

8. 1.2. Densidad de Potencia Espectral • La densidad de potencia espectral de un sistema UWB es generalmente considerada para ser extremadamente baja, especialmente para aplicaciones de comunicaciones • Su fórmula esta definida por: • P es la potencia transmitida en Watts (W) y B es el • ancho de banda de la señal en Hertz (Hz) • Los sistemas sinusoidales tienen estrecho B y largo tiempo de duración t. para un sistema UWB los pulsos tienen un pequeño t y un muy gran ancho de banda B • La energía usada para transmitir una señal inalámbrica no es infinita y, en general, puede ser lo mas pequeña posible

9. Características de la Densidad de Potencia Espectral • Si tenemos una importante energía constante, nosotros podemos transmitir una gran cantidad de densidad de energía sobre un ancho de banda estrecho o una muy pequeña cantidad de densidad de energía sobre un gran ancho de banda como se muestra a continuación: • Para los sistemas UWB la energía es propagada sobre un muy gran ancho de banda (De aquí su nombre Ultra Ancho de Banda “UWB”) y en general, posee una muy pequeña densidad espectral de potencia

10. Los beneficios de densidad espectral baja de potencia es la baja probabilidad de detección, la cual es de interés particular para aplicaciones militares (esconder comunicaciones, radar, etc) • También es de interés para aplicaciones inalámbricas, donde la seguridad de los sistemas inalámbricos es considerada como insuficiente 1.3. Forma del Pulso • La forma típica recibida de un pulso UWB, es a veces conocido como doblete Gaussiano y se muestra a continuación: Este pulso es a menudo usado en sistemas UWB ya que puede ser fácilmente generado conmutando un transistor rápidamente

11. La conmutación rápida (encendido y apagado) conduce a la forma de pulso la cual no es rectangular, pero tiene los bordes suavizados la cual se aproxima a la curva de función Gaussiana • Su fórmula es la siguiente: • Este es el origen del nombre pulso Gaussiano, monociclo o doblete. • A continuación se mostrará un circuito simple para la creación del doblete Gaussiano

12. 1.4. Trenes de Pulsos • Se utilizan ya que un solo pulso no abastece a transmitir suficiente información. 1.5. Máscara Espectral • El uso del espectro para UWB es uno de los mayores problemas de esta tecnoplogía ya que confronta a diversos sectores (gobierno, industrial y comercial) para el uso de la misma. • La FCC ha definido para el uso de UWB un ancho de banda que está entre los 3.1GHz y los 10.6GHz. • La salida máxima de energía de UWB definido por la FCC es de -41.3 dBm/MHz . • Su uso es restringido por la presión de grupos como los servicios de comunicaciones móviles, GPS y aplicaciones militares.

13. En el gráfico se muestra la máscara propuesta por la FCC para sistemas UWB internos. 1.6. Multipath • Describe el hecho de que un receptor recibe una señal electromagnética que viaja por varios caminos o paths hasta llegar al mismo.

14. Se presenta por la dispersión, absorción, difracción y reflexión de aquellos objetos que en cualquier medio, ya que no existe un medio ideal en el que no hayan interferencias, se encuentran entre el transmisor y el receptor. • Los pulsos llegan al receptor en diferentes tiempos o instantes, y el retraso con que lo hagan depende del largo del path. • En los sistemas UWB no existe multipath. • En ambientes internos deben existir menores anchos de pulsos, porque la distancia entre multipaths es proporcional a los mismos, y es una distancia requerida para evitar sobrelapamientos. • Los multipaths se presentan principalmente en canales inalámbricos internos.

15. Velocidad de Transmisión de Datos (1) • Una de las ventajas de la transmisión de UWB para comunicaciones es su alta velocidad de datos • La mayoría de las aplicaciones de UWB se están enfocando en rangos de 100 a 500Mbps que es equivalente a una Ethernet cableada a USB 2.0 • La velocidad actual para transmisión inalámbrica UWB en ambientes internos está entre 110Mbps y 480Mbps • La relación de la velocidad de los datos es de 100 a 500 veces la velocidad de Bluetooth, alrededor de 50 veces la velocidad de 802.11b o 10 veces la de 802.11a para estándares de WLAN. • La velocidad de transmisión está estandarizada: • 110Mbps con una distancia de transmisión mínima de 10m • 2000Mbps con una distancia de transmisión mínima de 4m • 480Mbps con una distancia de transmisión mínima no fijada

16. Velocidad de Transmisión de Datos (2) • La razón para esas distancias particulares radica en la cantidad de diferentes aplicaciones • Por ejemplo, 10m cubrirán una habitación promedio y puede ser útil para una conectividad inalámbrica de teatro en casa. • Una distancia menor a 4m cubrirá distancias entre aparatos o dispositivos, es el caso de un home server y la televisión. • Distancias menores a 1m cubrirán dispositivos que se encuentren alrededor de una computadora personal.

17. Capacidad Espacial y Espectral (1) • La capacidad espacial puede ser calculada como la velocidad de datos máxima de un sistema dividida para el área sobre la cual el sistema puede transmitir. • El área de transmisión puede ser calculado del área circular asumiendo un transmisor central, en la práctica se usa el cuadrado de la distancia de transmisión máxima. • La capacidad espectral ha sido la medida más popular de capacidad para sistemas de banda agosta, se la mide en bits por segundo. • La potencia ha sido generalmente limitada por razones comerciales y de seguridad, como es el caso de la vida de la batería de los dispositivos móviles.

18. Capacidad Espacial y Espectral (2) • Para sistemas de UWB, que operan en otro especto licenciado, la potencia se ha mantenido baja. Eso es compensado por el uso de anchos de banda amplios. • Usando la medida tradicional de capacidad espectral [bits/Hz] UWB tiene una capacidad espectral muy baja comparada con los sistemas existentes. Cuando comparamos capacidad espacial, UWB es extremadamente eficiente.

19. Consumo de Potencia • Con diseños apropiados el consumo de potencia de UWB puede ser menor. • Se espera que el consumo de potencia decrezca para que circuitos más eficientes sean fabricados y más procesamientos de señal se realicen en chips cada vez más pequeños con voltajes de operación bajos. • El consumo actual de potencia de los chipsets de UWB es menor que 100mW.