Ultra Wide Band Communications & Optical Wireless Networks

1. Ultra Wide Band Communications & Optical Wireless Networks Heikki Eskelinen

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

3. UWB radio teknologia • Korkean siirtonopeuden omaava lähiyhteyksien radiotekniikka • Kantama n.10m • Nopeus vaihtelee välimatkan mukaan (kuitenkin saavutetaan 480Mbit/s) • Laillisesti säädetty taajuusalue 3.1-10.6 GHz • Rajoitettu lähetysteho -41dBm/MHz • Sisätiloissa 1610-1990MHz:n välillä -53,3 dBm/MHz

4. 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)

5. 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

6. 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

7. Toiminta • UWB-järjestelmän lähetys perustuu ultra-lyhyisiin pulsseihin • Monosykli = yksittäinen, ultra-korkea taajuinen sini aalto • Pituus vaihtelee 0.1-1.6 ns välillä • Pulssien väli 25-1000 ns • Pulssijono = sarja monosyklejä

9. Vertailu muihin tekniikoihin • 802.11b • kaista 11Mbit/s, kantama 100m, kapasiteetti 1Kbps/m2 • Bluetooth • kaista 1Mbit/s, kantama >10m, kapasiteetti 30Kbps/m2 • 802.11a • kaista 54Mbit/s, kantama 50m, kapasiteetti 83Kbps/m2 • UWB • kaista 480Mbit/s (helmikuu 2005 677Mbit/s), kantama 10m, kapasiteetti 955Kbps/m2

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

11. …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

12. Optical Wireless Networks

13. Langaton optinen verkko • Toimii infrapunasäteillä sekä valoaalloilla • Häiriökestävämpi verrattuna radiotekniikkaan • Vaihtoehtoinen malli sisäkäyttöön • Turvallinen • Nopea

15. 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

16. 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

18. 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