Elecbee Antenna UWB a banda ultra larga 3-10G 2,5 Guadagno

Name: Elecbee Antenna UWB a banda ultra larga 3-10G 2,5 Guadagno
Brand: Elecbee
SKU: 1332944
Price: 92.62 CNY
Availability: InStock

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Caratteristiche principali

Frequenza di lavoro: 3-10G

Potenza di trasmissione: 5W

Onda stazionaria di tensione: inferiore a 2,5

Guadagno: 2,5

Caratteristiche tecniche dell'UWB:

(1) Elevata velocità di trasmissione e grande capacità di spazio

Per la formula della capacità del canale Shannon, il limite superiore della velocità di trasmissione senza errori del sistema in un canale di rumore gaussiano bianco additivo (AWGN) è:

C=B×log2(1+SNR)

Dove B (unità: Hz) è la larghezza di banda del canale e SNR è il rapporto segnale/rumore. Nel sistema UWB, la larghezza di banda del segnale B va da 500 MHz a 7,5 GHz. Pertanto, anche se il rapporto segnale/rumore SNR è basso, il sistema UWB può raggiungere una velocità di trasmissione da diverse centinaia di megahertz a 1 Gb/s su una breve distanza. Ad esempio, se si utilizza una larghezza di banda di 7 GHz, anche con un rapporto segnale/rumore di soli -10 dB, la capacità teorica del canale può raggiungere 1 Gb/s. Pertanto, la tecnologia UWB è molto adatta per applicazioni di trasmissione ad alta velocità a breve distanza (come WPAN ad alta velocità), che possono migliorare notevolmente la capacità spaziale. Studi teorici hanno dimostrato che la capacità di spazio dei WPAN basati su UWB è da uno a due ordini di grandezza superiore rispetto all'attuale standard WLAN IEEE 802.11.a.

(2) Adatto per comunicazioni a breve distanza

Secondo le normative FCC, la potenza irradiata del sistema UWB è molto limitata e la potenza irradiata totale nella banda da 3,1 GHz a 10,6 GHz è di soli 0,55 mW, che è molto inferiore rispetto al tradizionale sistema a banda stretta. All'aumentare della distanza di trasmissione, la potenza del segnale continuerà a diminuire. Pertanto, il rapporto segnale/rumore ricevuto può essere espresso in funzione della distanza di trasmissione SNRr (d ). Per la formula di Shannon, la capacità del canale può essere espressa in funzione della distanza.

C(d)=B×log2[1+SNRr(d)] (2)

Inoltre, i segnali a banda ultralarga hanno una componente di frequenza estremamente ricca. È ben noto che i canali wireless presentano diverse caratteristiche di dissolvenza in diverse bande di frequenza. Poiché l'attenuazione del segnale ad alta frequenza è estremamente rapida all'aumentare della distanza di trasmissione, ciò provoca la distorsione del segnale UWB, compromettendo seriamente le prestazioni del sistema. La ricerca mostra che quando la distanza tra i ricetrasmettitori è inferiore a 10 m, la capacità del canale del sistema UWB è superiore a quella del sistema WLAN con banda a 5 GHz. Quando la distanza tra i ricetrasmettitori supera i 12 m, il vantaggio del sistema UWB nella capacità del canale non esisterà più. Pertanto, il sistema UWB è particolarmente adatto per la comunicazione a corto raggio.

(3) Buona coesistenza e riservatezza

A causa della densità spettrale di radiazione estremamente bassa del sistema UWB (inferiore a -41,3 dBm/MHz), per i sistemi tradizionali a banda stretta, la densità spettrale del segnale UWB è persino inferiore al livello del rumore di fondo. L'interferenza del segnale UWB al sistema a banda stretta può essere considerata come bianco a banda larga. rumore. Pertanto, i sistemi UWB hanno una buona coesistenza con i tradizionali sistemi a banda stretta, il che è molto vantaggioso per migliorare l'utilizzo delle risorse dello spettro wireless sempre più ristrette. Allo stesso tempo, la densità spettrale di radiazione estremamente bassa rende il segnale UWB molto nascosto e difficile da intercettare, il che è molto vantaggioso per migliorare la riservatezza della comunicazione.

(4) Forte risoluzione multipath e alta precisione di posizionamento

Poiché il segnale UWB utilizza un impulso stretto con una durata molto breve, la sua risoluzione temporale e spaziale è molto elevata. Pertanto, la risoluzione multipath del segnale UWB è estremamente elevata. L'elevatissima risoluzione multipath conferisce al segnale UWB capacità di rilevamento e posizionamento ad alta precisione. Per i sistemi di comunicazione, la risoluzione multipath dei segnali UWB deve essere analizzata dialetticamente. La selettività temporale e la selettività di frequenza del canale wireless sono fattori chiave che limitano le prestazioni del sistema di comunicazione wireless. Nei sistemi a banda stretta, i percorsi multipli indistinguibili causeranno l'attenuazione, mentre i segnali UWB possono separarli e combinarli utilizzando tecniche di ricezione della diversità. Pertanto, il sistema UWB ha una forte capacità anti-sbiadimento. Tuttavia, la risoluzione multipath estremamente elevata del segnale UWB comporta anche una grave dispersione temporale (fading selettivo in frequenza) dell'energia del segnale e il ricevitore deve catturare energia del segnale sufficiente sacrificando la complessità (aumentando il numero di diversità). Ciò rappresenterà una seria sfida per la progettazione del ricevitore. Nell'attuale progettazione del sistema UWB, la larghezza di banda del segnale e la complessità del ricevitore devono essere compromesse per ottenere le prestazioni di costo ideali.

(5) Dimensioni ridotte e basso consumo energetico

La tradizionale tecnologia UWB non richiede una portante sinusoidale e i dati sono modulati per essere trasmessi su un impulso stretto in banda base di nanosecondi o sub-nanosecondi. Il ricevitore utilizza il correlatore per eseguire direttamente il rilevamento del segnale. Il ricetrasmettitore non richiede circuiti e filtri complessi di modulazione/demodulazione della frequenza portante. Pertanto, la complessità del sistema può essere notevolmente ridotta e il volume del ricetrasmettitore e il consumo energetico possono essere ridotti. La nuova definizione di UWB da parte della FCC aumenta in una certa misura la difficoltà della sagomatura dell'impulso senza portante. Tuttavia, con lo sviluppo della tecnologia dei semiconduttori e l'emergere della nuova tecnologia di generazione di impulsi, il sistema UWB eredita ancora le dimensioni ridotte e il basso consumo energetico delle tradizionali funzionalità UWB.

Tecnologia di formazione dell'impulso UWB:

Qualsiasi sistema di comunicazione digitale deve utilizzare un segnale che sia ben abbinato al canale per trasportare le informazioni. Per i sistemi di modulazione lineare, i segnali modulati possono essere rappresentati uniformemente come:

s(t)=∑Ing(t -T ) (3)

In cui In è una sequenza di simboli di dati discreti che trasportano informazioni; T è una durata dei simboli di dati;

g(t) è una forma d'onda che modella il dominio del tempo. La banda di frequenza operativa, la larghezza di banda del segnale, la densità spettrale della radiazione, la radiazione fuori banda, le prestazioni di trasmissione, la complessità dell'implementazione e altri fattori del sistema di comunicazione dipendono dalla progettazione di g(t).

Per i sistemi di comunicazione UWB, la larghezza di banda del segnale sagomato g(t) deve essere maggiore di 500 MHz e l'energia del segnale deve essere concentrata nella banda da 3,1 GHz a 10,6 GHz. I primi sistemi UWB utilizzavano impulsi gaussiani a ciclo singolo senza portante di nanosecondi/sub-nanosecondi con uno spettro di segnale concentrato al di sotto di 2 GHz. La ridefinizione dell'UWB da parte della FCC e l'allocazione delle risorse dello spettro pongono nuovi requisiti sulla definizione del segnale e lo schema di definizione del segnale deve essere adeguato. Negli ultimi anni sono emersi molti metodi efficaci, come le tecniche di formazione basate sulla modulazione della portante, la formatura dell'impulso ortogonale di Hermit e la formatura dell'impulso ortogonale dell'onda ellissoidale (PSWF).

Impulso gaussiano a ciclo singolo:

Gli impulsi gaussiani a ciclo singolo, ovvero i derivati u200bu200bdegli impulsi gaussiani, sono gli impulsi senza portante più rappresentativi. Ogni forma d'onda dell'impulso di ordine può essere ottenuta mediante derivazione successiva dalla prima derivata gaussiana.

All'aumentare dell'ordine del segnale dell'impulso, il numero di punti di passaggio per lo zero aumenta gradualmente e la frequenza centrale del segnale si sposta verso l'alta frequenza, ma la larghezza di banda del segnale non cambia in modo significativo e la larghezza di banda relativa diminuisce gradualmente. I primi sistemi UWB utilizzavano impulsi di primo ordine e di secondo ordine e le componenti della frequenza del segnale continuavano da CC a 2 GHz. Secondo la nuova definizione di UWB della FCC, per soddisfare i requisiti dello spettro di radiazione devono essere utilizzati impulsi inferiori al nanosecondo di ordine 4 o superiore. La Figura 3 mostra un tipico impulso gaussiano a ciclo singolo da 2 ns.

Tecnologia di formazione della modulazione portante:

In linea di principio, i requisiti UWB possono essere soddisfatti purché la larghezza di banda del segnale -10 dB sia maggiore di 500 MHz. Pertanto, gli schemi di modellazione del segnale convenzionali per i sistemi di comunicazione dotati di portante possono essere portati su sistemi UWB. A questo punto, il design del segnale UWB viene convertito in un design a impulsi passa-basso e lo spettro del segnale può essere spostato in modo flessibile sull'asse della frequenza mediante modulazione portante.

Un polso sagomato con una portante può essere espresso come:

w(t)=p(t)cos(2πfct)(0≤t ≤Tp) (4)

Dove p(t) è l'impulso in banda base di durata Tp; fc è la frequenza portante, cioè la frequenza centrale del segnale. Se lo spettro dell'impulso in banda base p(t) è P(f), lo spettro dell'impulso sagomato finale è:

Si può vedere che lo spettro dell'impulso sagomato dipende dall'impulso in banda base p(t) e il requisito di progettazione UWB può essere soddisfatto fintanto che la larghezza di banda di -10 dB di p(t) è maggiore di 250 MHz. Regolando la frequenza portante fc, lo spettro del segnale può essere spostato in modo flessibile nell'intervallo da 3,1 GHz a 10,6 GHz. Se combinata con la tecnologia a salto di frequenza (FH), è possibile costruire convenientemente un sistema di accesso multiplo a salto di frequenza (FHMA). Questa tecnica di modellazione dell'impulso viene utilizzata in molte proposte standard IEEE 802.15.3a. La Figura 4 mostra un tipico impulso di coseno con correzione della portante con una frequenza centrale di 3,35 GHz e una larghezza di banda di -10 dB di 525 MHz.

Polso ortogonale Hermite:

Gli impulsi Hermite sono una classe di metodi di sagomatura degli impulsi ortogonali che sono stati proposti per la prima volta per i sistemi di comunicazione UWB ad alta velocità. In combinazione con la modulazione di impulsi multiari può aumentare efficacemente la velocità di trasmissione del sistema. Questo tipo di forma d'onda dell'impulso deriva dal polinomio di Hermite. Il metodo di sagomatura dell'impulso è caratterizzato dal fatto che l'energia è concentrata sulla bassa frequenza e le forme d'onda delle forme d'onda dei rispettivi ordini sono molto diverse e i requisiti FCC possono essere soddisfatti utilizzando la portante per spostare lo spettro.

Impulso in quadratura PSWF:

L'impulso PSWF è un tipo simile di segnale "time limit-band limit", che ha un ottimo effetto nell'analisi del segnale a banda limitata.

Rispetto agli impulsi Hermite, gli impulsi PSWF possono essere progettati direttamente sulla banda di frequenza target e sui requisiti di larghezza di banda senza la necessità di una complessa modulazione portante per lo spostamento spettrale. Pertanto, l'impulso PSWF appartiene alla tecnica di formatura senza portante, che è vantaggiosa per semplificare la complessità del ricetrasmettitore.

Modulazione UWB e tecnologia ad accesso multiplo:

Il metodo di modulazione si riferisce al modo in cui il segnale trasporta informazioni. Non solo determina la validità e l'affidabilità del sistema di comunicazione, ma influenza anche la struttura dello spettro e la complessità del ricevitore del segnale. Per il problema che la tecnologia di accesso multiplo risolve il problema della condivisione dei canali da parte di più utenti, uno schema di accesso multiplo ragionevole può migliorare notevolmente la capacità multiutente riducendo al contempo le interferenze tra gli utenti. Gli schemi di modulazione utilizzati nei sistemi UWB possono essere suddivisi in due grandi categorie: modulazione basata su impulsi a banda ultralarga e modulazione multiportante ortogonale basata su OFDM. Le tecnologie di accesso multiplo includono: accesso multiplo a salto temporale, accesso multiplo a salto di frequenza, accesso multiplo a divisione di codice a diffusione diretta e accesso multiplo a divisione di lunghezza d'onda. Nella progettazione del sistema, la modalità di modulazione e la modalità di accesso multiplo possono essere ragionevolmente combinate.

Tecnologia di modulazione UWB:

(1) Modulazione della posizione dell'impulso

Pulse Position Modulation (PPM) è uno schema di modulazione che utilizza le posizioni degli impulsi per trasportare informazioni sui dati. In base al numero di stati del simbolo di dati discreti utilizzati, può essere suddiviso in PPM binario (2PPM) e PPM multiario (MPPM). In questa modalità di modulazione, ci sono due o M posizioni in cui gli impulsi possono verificarsi in un periodo di ripetizione dell'impulso e le posizioni dell'impulso sono in corrispondenza uno a uno con gli stati del simbolo. In base al rapporto tra la distanza tra le posizioni adiacenti dell'impulso e l'ampiezza dell'impulso, può essere suddiviso in PPM parzialmente sovrapposti e PPM ortogonali (OPPM). Nel PPM parzialmente sovrapposto, al fine di garantire l'affidabilità della trasmissione del sistema, i punti di impulso negativi della funzione di autocorrelazione dell'impulso sono solitamente selezionati per essere adiacenti l'uno all'altro, massimizzando così la distanza euclidea dei simboli adiacenti. In OPPM, la posizione dell'impulso viene solitamente determinata a intervalli di ampiezza dell'impulso. Il ricevitore utilizza il correlatore per eseguire un rilevamento coerente nella posizione corrispondente. In considerazione della complessità e della limitazione di potenza del sistema UWB, nelle applicazioni pratiche, il metodo di modulazione comunemente utilizzato è 2PPM o 2OPPM.

Il vantaggio di PPM è che deve solo controllare la posizione dell'impulso in base al simbolo dei dati e non ha bisogno di controllare l'ampiezza e la polarità dell'impulso, in modo che la modulazione e la demodulazione possano essere realizzate con minore complessità. Pertanto, PPM è un metodo di modulazione ampiamente utilizzato nei primi sistemi UWB. Tuttavia, poiché il segnale PPM è unipolare, ci sono spesso linee spettrali discrete con ampiezze maggiori nello spettro di radiazione. Se queste linee non vengono soppresse, sarà difficile soddisfare i requisiti FCC per lo spettro delle radiazioni.

(2) Modulazione dell'ampiezza dell'impulso

La modulazione di ampiezza dell'impulso (PAM) è uno dei metodi di modulazione più comunemente utilizzati per i sistemi di comunicazione digitale. Nei sistemi UWB, il PAM multiario (MPAM) non dovrebbe essere utilizzato per la complessità dell'implementazione e l'efficienza energetica. Esistono due modi per utilizzare PAM comunemente utilizzato nei sistemi UWB: On-Off Keying (OOK) e Binary Phase Shift Keying (BPSK). Il primo può ridurre la complessità del ricevitore utilizzando il rilevamento non coerente, mentre il secondo può garantire meglio l'affidabilità della trasmissione utilizzando il rilevamento coerente.

Rispetto a 2PPM, BPSK può ottenere una maggiore affidabilità di trasmissione con la stessa potenza di radiazione e non esiste uno spettro discreto nello spettro di radiazione.

(3) Modulazione della forma d'onda

La modulazione della forma d'onda (PWSK) è uno schema di modulazione proposto in combinazione con forme d'onda multi-ortogonali come gli impulsi di Hermite. In questa modalità di modulazione, M forme d'onda di impulsi di uguale energia mutuamente ortogonali vengono utilizzate per trasportare informazioni sui dati e ciascuna forma d'onda di impulsi corrisponde a un simbolo di dati M-ario. All'estremità ricevente, M correlatori paralleli vengono utilizzati per la ricezione del segnale e il rilevamento della massima verosimiglianza viene utilizzato per completare il ripristino dei dati. Poiché le diverse energie degli impulsi sono uguali, l'efficienza di trasmissione può essere migliorata senza aumentare la potenza di radiazione. Nel caso della stessa larghezza di impulso, è possibile ottenere una velocità di trasmissione del simbolo superiore a MPPM. Allo stesso symbol rate, la sua efficienza energetica e affidabilità sono superiori a MPAM. Poiché questo metodo di modulazione richiede più filtri di modellazione e correlatori, la complessità dell'implementazione è maggiore. Pertanto, è usato raramente nei sistemi pratici ed è attualmente limitato alla ricerca teorica.

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