Elecbee Antena de banda ultraancha UWB 3-10G 2.5 Ganancia

SKU: 1332944

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Características principales

Frecuencia de trabajo: 3-10G

Potencia de transmisión: 5W

Onda estacionaria de voltaje: menos de 2.5

Ganancia: 2.5

Características técnicas de UWB:

(1) Alta tasa de transmisión y gran capacidad de espacio

Para la fórmula de capacidad del canal de Shannon, el límite superior de la tasa de transmisión sin errores del sistema en un canal de ruido gaussiano blanco aditivo (AWGN) es:

C=B×log2(1+SNR)

Donde B (unidad: Hz) es el ancho de banda del canal y SNR es la relación señal/ruido. En el sistema UWB, el ancho de banda de la señal B es de 500 MHz a 7,5 GHz. Por lo tanto, incluso si la relación señal-ruido SNR es baja, el sistema UWB puede lograr una velocidad de transmisión de varios cientos de megahercios a 1 Gb/s en una distancia corta. Por ejemplo, si utiliza un ancho de banda de 7 GHz, incluso con una relación señal-ruido de tan solo -10 dB, la capacidad teórica del canal puede llegar a 1 Gb/s. Por lo tanto, la tecnología UWB es muy adecuada para aplicaciones de transmisión de alta velocidad a corta distancia (como WPAN de alta velocidad), que pueden mejorar en gran medida la capacidad espacial. Los estudios teóricos han demostrado que la capacidad espacial de las WPAN basadas en UWB es uno o dos órdenes de magnitud mayor que el estándar WLAN actual IEEE 802.11.a.

(2) Adecuado para comunicaciones de corta distancia

De acuerdo con las regulaciones de la FCC, la potencia radiada del sistema UWB es muy limitada y la potencia radiada total en la banda de 3,1 GHz a 10,6 GHz es de solo 0,55 mW, que es mucho menor que el sistema tradicional de banda estrecha. A medida que aumenta la distancia de transmisión, la potencia de la señal seguirá disminuyendo. Por lo tanto, la relación señal/ruido recibida puede expresarse en función de la distancia de transmisión SNRr (d). Para la fórmula de Shannon, la capacidad del canal se puede expresar en función de la distancia.

C(d)=B×log2[1+SNRr(d)] (2)

Además, las señales de banda ultra ancha tienen un componente de frecuencia extremadamente rico. Es bien sabido que los canales inalámbricos exhiben diferentes características de desvanecimiento en diferentes bandas de frecuencia. Dado que el desvanecimiento de la señal de alta frecuencia es extremadamente rápido a medida que aumenta la distancia de transmisión, esto provoca la distorsión de la señal UWB, lo que afecta seriamente el rendimiento del sistema. La investigación muestra que cuando la distancia entre los transceptores es inferior a 10 m, la capacidad del canal del sistema UWB es mayor que la del sistema WLAN con banda de 5 GHz. Cuando la distancia entre los transceptores exceda los 12 m, la ventaja del sistema UWB en la capacidad del canal ya no existirá. Por lo tanto, el sistema UWB es particularmente adecuado para comunicaciones de corto alcance.

(3) Buena convivencia y confidencialidad

Debido a la densidad espectral de radiación extremadamente baja del sistema UWB (menos de -41,3 dBm/MHz), para los sistemas tradicionales de banda estrecha, la densidad espectral de la señal UWB está incluso por debajo del nivel de ruido de fondo. La interferencia de la señal UWB al sistema de banda estrecha se puede considerar como blanco de banda ancha. ruido. Por lo tanto, los sistemas UWB tienen una buena coexistencia con los sistemas tradicionales de banda estrecha, lo que es muy beneficioso para mejorar la utilización de recursos de espectro inalámbrico cada vez más limitados. Al mismo tiempo, la densidad espectral de radiación extremadamente baja hace que la señal UWB quede muy oculta y sea difícil de interceptar, lo que es muy beneficioso para mejorar la confidencialidad de la comunicación.

(4) Fuerte resolución multirruta y alta precisión de posicionamiento

Dado que la señal UWB utiliza un pulso estrecho con una duración muy corta, su resolución temporal y espacial es muy fuerte. Por lo tanto, la resolución de trayectos múltiples de la señal UWB es extremadamente alta. La resolución multitrayecto extremadamente alta le da a la señal UWB capacidades de posicionamiento y rango de alta precisión. Para los sistemas de comunicación, la resolución de trayectos múltiples de las señales UWB debe analizarse dialécticamente. La selectividad de tiempo y la selectividad de frecuencia del canal inalámbrico son factores clave que limitan el rendimiento del sistema de comunicación inalámbrico. En los sistemas de banda estrecha, los trayectos múltiples indistinguibles causarán desvanecimiento, mientras que las señales UWB pueden separarlos y combinarlos utilizando técnicas de recepción de diversidad. Por lo tanto, el sistema UWB tiene una gran capacidad antidesvanecimiento. Sin embargo, la resolución multitrayecto extremadamente alta de la señal UWB también da como resultado una dispersión de tiempo severa (desvanecimiento selectivo de frecuencia) de la energía de la señal, y el receptor debe capturar suficiente energía de la señal sacrificando la complejidad (aumentando el número de diversidad). Esto supondrá un serio desafío para el diseño del receptor. En el diseño del sistema UWB real, el ancho de banda de la señal y la complejidad del receptor deben verse comprometidos para obtener el rendimiento de costo ideal.

(5) tamaño pequeño y bajo consumo de energía

La tecnología UWB tradicional no requiere una portadora sinusoidal, y los datos se modulan para transmitirse en un pulso estrecho de banda base de nanosegundos o sub-nanosegundos. El receptor utiliza el correlador para realizar directamente la detección de señales. El transceptor no requiere filtros ni circuitos complejos de modulación/demodulación de frecuencia portadora. Por lo tanto, la complejidad del sistema puede reducirse en gran medida y el volumen del transceptor y el consumo de energía pueden reducirse. La nueva definición de UWB por parte de FCC aumenta la dificultad de dar forma al pulso sin portador hasta cierto punto. Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología de semiconductores y la aparición de una nueva tecnología de generación de pulsos, el sistema UWB aún hereda el tamaño pequeño y el bajo consumo de energía de las características UWB tradicionales.

Tecnología de formación de pulsos UWB:

Cualquier sistema de comunicación digital debe utilizar una señal que coincida bien con el canal para transportar información. Para los sistemas de modulación lineal, las señales moduladas se pueden representar uniformemente como:

s(t)=∑Ing(t -T ) (3)

Donde In es una secuencia de símbolos de datos discretos que transportan información; T es una duración de símbolos de datos;

g(t) es una forma de onda de conformación en el dominio del tiempo. La banda de frecuencia operativa, el ancho de banda de la señal, la densidad espectral de la radiación, la radiación fuera de banda, el rendimiento de la transmisión, la complejidad de la implementación y otros factores del sistema de comunicación dependen del diseño de g(t).

Para los sistemas de comunicación UWB, el ancho de banda de la señal formada g(t) debe ser superior a 500 MHz y la energía de la señal debe concentrarse en la banda de 3,1 GHz a 10,6 GHz. Los primeros sistemas UWB utilizaban pulsos gaussianos de un solo ciclo sin portadora de nanosegundos/subnanosegundos con un espectro de señal concentrado por debajo de 2 GHz. La redefinición de UWB de la FCC y la asignación de recursos de espectro imponen nuevos requisitos en la configuración de la señal, y el esquema de configuración de la señal debe ajustarse. En los últimos años, han surgido muchos métodos eficaces, como las técnicas de formación basadas en la modulación de la portadora, la formación de pulsos ortogonales de Hermit y la formación de pulsos ortogonales de onda elipsoidal (PSWF).

Pulso gaussiano de un solo ciclo:

Los pulsos gaussianos de un solo ciclo, es decir, las derivadas de los pulsos gaussianos, son los pulsos sin portadora más representativos. Cada forma de onda de pulso de orden se puede obtener por derivación sucesiva de la primera derivada gaussiana.

A medida que aumenta el orden de la señal de pulso, el número de puntos de cruce por cero aumenta gradualmente y la frecuencia central de la señal se mueve hacia la alta frecuencia, pero el ancho de banda de la señal no cambia significativamente y el ancho de banda relativo disminuye gradualmente. Los primeros sistemas UWB usaban pulsos de primer y segundo orden, y los componentes de frecuencia de la señal continuaban desde CC hasta 2 GHz. De acuerdo con la nueva definición de UWB de la FCC, se deben usar pulsos de subnanosegundos de orden 4 o superior para cumplir con los requisitos del espectro de radiación. La figura 3 muestra un pulso de ciclo único gaussiano típico de 2 ns.

Tecnología de formación de modulación portadora:

En principio, los requisitos de UWB se pueden cumplir siempre que el ancho de banda de la señal -10dB sea superior a 500MHz. Por lo tanto, los esquemas de conformación de señales convencionales para sistemas de comunicación equipados con portadores pueden trasladarse a sistemas UWB. En este momento, el diseño de la señal UWB se convierte en un diseño de pulso de paso bajo y el espectro de la señal se puede mover de manera flexible en el eje de frecuencia mediante la modulación de la portadora.

Un pulso de forma con un portador se puede expresar como:

w(t)=p(t)cos(2πfct)(0≤t ≤Tp) (4)

Donde p(t) es el pulso de banda base de duración Tp; fc es la frecuencia portadora, es decir, la frecuencia central de la señal. Si el espectro del pulso de banda base p(t) es P(f), el espectro del pulso con forma final es:

Puede verse que el espectro del pulso formado depende del pulso de banda base p(t), y el requisito de diseño de UWB puede cumplirse siempre que el ancho de banda de -10 dB de p(t) sea mayor que 250 MHz. Al ajustar la frecuencia portadora fc, el espectro de la señal se puede mover de manera flexible en el rango de 3,1 GHz a 10,6 GHz. Si se combina con la tecnología de salto de frecuencia (FH), se puede construir convenientemente un sistema de acceso múltiple por salto de frecuencia (FHMA). Esta técnica de modelado de pulsos se utiliza en muchas propuestas estándar IEEE 802.15.3a. La Figura 4 muestra un pulso típico de coseno con corrección de portadora con una frecuencia central de 3,35 GHz y un ancho de banda de -10 dB de 525 MHz.

Pulso ortogonal de Hermite:

Los pulsos de Hermite son una clase de métodos de formación de pulsos ortogonales que se propusieron por primera vez para los sistemas de comunicación UWB de alta velocidad. Combinado con la modulación de pulso multi-ario puede aumentar efectivamente la tasa de transmisión del sistema. Este tipo de forma de onda de pulso se deriva del polinomio de Hermite. El método de formación de pulsos se caracteriza porque la energía se concentra en la baja frecuencia, y las formas de onda de las formas de onda de los órdenes respectivos son muy diferentes, y los requisitos de la FCC se pueden cumplir usando la portadora para cambiar el espectro.

Pulso de cuadratura PSWF:

El pulso PSWF es un tipo similar de señal de "límite de banda límite de tiempo", que tiene un efecto muy bueno en el análisis de señal de banda limitada.

En comparación con los pulsos de Hermite, los pulsos de PSWF se pueden diseñar directamente para la banda de frecuencia objetivo y los requisitos de ancho de banda sin necesidad de una compleja modulación de la portadora para el cambio espectral. Por lo tanto, el pulso PSWF pertenece a la técnica de formación sin portadora, lo cual es ventajoso para simplificar la complejidad del transceptor.

Modulación UWB y tecnología de acceso múltiple:

El método de modulación se refiere a la forma en que la señal transporta información. No solo determina la validez y confiabilidad del sistema de comunicación, sino que también afecta la estructura del espectro y la complejidad del receptor de la señal. Para el problema de que la tecnología de acceso múltiple resuelve el problema de múltiples usuarios que comparten canales, un esquema de acceso múltiple razonable puede mejorar en gran medida la capacidad de múltiples usuarios al tiempo que reduce la interferencia entre usuarios. Los esquemas de modulación utilizados en los sistemas UWB se pueden dividir en dos grandes categorías: modulación basada en pulsos de banda ultraancha y modulación multiportadora ortogonal basada en OFDM. Las tecnologías de acceso múltiple incluyen: acceso múltiple por salto de tiempo, acceso múltiple por salto de frecuencia, acceso múltiple por división de código de dispersión directa y acceso múltiple por división de longitud de onda. En el diseño del sistema, el modo de modulación y el modo de acceso múltiple pueden combinarse razonablemente.

Tecnología de modulación UWB:

(1) Modulación de posición de pulso

La modulación de posición de pulso (PPM) es un esquema de modulación que utiliza posiciones de pulso para transportar información de datos. Según el número de estados de símbolo de datos discretos utilizados, se puede dividir en PPM binario (2PPM) y PPM multiario (MPPM). En este modo de modulación, hay dos o M posiciones donde los pulsos pueden ocurrir en un período de repetición de pulso, y las posiciones de pulso están en correspondencia uno a uno con los estados del símbolo. De acuerdo con la relación entre la distancia entre las posiciones de pulso adyacentes y el ancho del pulso, se puede dividir en PPM parcialmente superpuestas y PPM ortogonales (OPPM). En el PPM parcialmente superpuesto, para garantizar la confiabilidad de la transmisión del sistema, los puntos de pulso negativos de la función de autocorrelación de pulso generalmente se seleccionan para que sean adyacentes entre sí, maximizando así la distancia euclidiana de los símbolos adyacentes. En OPPM, la posición del pulso generalmente se determina a intervalos de ancho de pulso. El receptor utiliza el correlador para realizar una detección coherente en la ubicación correspondiente. En vista de la complejidad y limitación de potencia del sistema UWB, en aplicaciones prácticas, el método de modulación comúnmente utilizado es 2PPM o 2OPPM.

La ventaja de PPM es que solo necesita controlar la posición del pulso de acuerdo con el símbolo de datos, y no necesita controlar la amplitud y la polaridad del pulso, por lo que la modulación y la demodulación se pueden realizar con menor complejidad. Por lo tanto, PPM es un método de modulación ampliamente utilizado en los primeros sistemas UWB. Sin embargo, dado que la señal PPM es unipolar, a menudo hay líneas espectrales discretas con amplitudes más altas en el espectro de radiación. Si no se suprimen estas líneas, será difícil cumplir con los requisitos de la FCC para el espectro de radiación.

(2) modulación de amplitud de pulso

La modulación de amplitud de pulso (PAM) es uno de los métodos de modulación más utilizados para los sistemas de comunicación digital. En los sistemas UWB, el PAM multiario (MPAM) no debe usarse para la complejidad de la implementación y la eficiencia energética. Hay dos formas de usar PAM comúnmente utilizadas en sistemas UWB: On-Off Keying (OOK) y Binary Phase Shift Keying (BPSK). El primero puede reducir la complejidad del receptor mediante el uso de detección no coherente, mientras que el segundo puede garantizar mejor la confiabilidad de la transmisión mediante el uso de detección coherente.

En comparación con 2PPM, BPSK puede obtener una mayor confiabilidad de transmisión con la misma potencia de radiación y no hay un espectro discreto en el espectro de radiación.

(3) modulación de forma de onda

La modulación de forma de onda (PWSK) es un esquema de modulación propuesto en combinación con formas de onda multiortogonales como los pulsos de Hermite. En este modo de modulación, se utilizan M formas de onda de pulso de igual energía mutuamente ortogonales para transportar información de datos, y cada forma de onda de pulso corresponde a un M símbolo de datos ario. En el extremo receptor, se utilizan M correladores paralelos para la recepción de la señal y se utiliza la detección de máxima probabilidad para completar la recuperación de datos. Dado que las diversas energías de pulso son iguales, la eficiencia de transmisión se puede mejorar sin aumentar la potencia de radiación. En el caso del mismo ancho de pulso, se puede lograr una tasa de transmisión de símbolos más alta que MPPM. A la misma tasa de símbolos, su eficiencia energética y confiabilidad son más altas que las de MPAM. Dado que este método de modulación requiere más filtros de conformación y correladores, la complejidad de implementación es mayor. Por lo tanto, rara vez se usa en sistemas prácticos y actualmente se limita a la investigación teórica.