Ultra banda ancha

ultra-wideband ( uwb , ultra ancho , banda ultra-ancho y ultraband ) es una tecnología de radio que puede usar un nivel de energía muy bajo para comunicaciones de corto alcance y alto ancho de banda en una gran parte del espectro de radio. UWB tiene aplicaciones tradicionales en imágenes de radar no cooperativas. Las aplicaciones más recientes se dirigen a la recopilación de datos del sensor, ubicación precisa y seguimiento. El soporte de UWB comenzó a aparecer en teléfonos inteligentes de alta gama c. 2019.

características

La banda ultra-ancha es una tecnología para transmitir información a través de un ancho de banda amplio (& GT; 500 MHz). Esto permite la transmisión de una gran cantidad de energía de señal sin interferir con la transmisión convencional de banda estrecha y onda portadora en la misma banda de frecuencia. Los límites regulatorios en muchos países permiten este uso eficiente del ancho de banda de radio y permiten la conectividad inalámbrica de red personal de alta tasa de datos (PAN), aplicaciones de baja velocidad de alta calidad y la coexistencia transparente de radar e imágenes Sistemas con sistemas de comunicaciones existentes.

La banda ultra-ancho se conocía anteriormente como Radio de pulso , pero la FCC y el Sector de RadioComunicación de la Unión de Telecomunicaciones Internacional (ITU-R) definen actualmente UWB como una transmisión de antena para la cual el ancho de banda de señal emitido excede el menor de 500 MHz o 20% de la frecuencia del centro aritmético. Por lo tanto, los sistemas basados en pulso, donde cada pulso transmitido ocupa el ancho de banda UWB (o un agregado de al menos 500 MHz de un portador de banda estrecha; por ejemplo, multiplexación de división de frecuencia ortogonal (OFDM)), puede acceder al espectro UWB debajo de las normas.

teoría

Una diferencia significativa entre las transmisiones de radio convencionales y UWB es que los sistemas convencionales transmiten información al variar el nivel de potencia, la frecuencia y/o la fase de una onda sinusoidal. Las transmisiones de UWB transmiten información generando energía de radio a intervalos de tiempo específicos y ocupando un gran ancho de banda, lo que permite la posición de pulso o la modulación de tiempo. La información también se puede modular en las señales UWB (pulsos) codificando la polaridad del pulso, su amplitud y/o mediante el uso de pulsos ortogonales. Los pulsos UWB se pueden enviar esporádicamente a velocidades de pulso relativamente bajas para respaldar la modulación del tiempo o la posición, pero también se pueden enviar a tasas hasta el inverso del ancho de banda de pulso UWB. Los sistemas PULSE-UWB se han demostrado a velocidades de pulso de canal superiores a 1,300 millones de pulsos por segundo utilizando un flujo continuo de pulsos UWB (pulso continuo UWB o C-UWB), mientras que admite las velocidades de datos codificadas por error de corrección hacia adelante en exceso de 675 Mbit de 675 Mbit /s.

se puede usar un sistema de radio UWB para determinar el tiempo de vuelo " de la transmisión a varias frecuencias. Esto ayuda a superar la propagación múltiple, ya que algunas de las frecuencias tienen una trayectoria de línea de visión, mientras que otras rutas indirectas tienen retrasos más largos. Con una técnica de medición bidireccional simétrica cooperativa, las distancias se pueden medir a alta resolución y precisión.

aplicaciones

Ubicación en tiempo real

UWB es útil para los sistemas de localización en tiempo real, y sus capacidades de precisión y baja potencia lo hacen muy adecuado para entornos sensibles a la radiofrecuencia, como los hospitales. UWB también es útil para el rango fino de igual a igual, lo que permite muchas aplicaciones basadas en la distancia relativa entre dos entidades.

telefonía móvil

Apple lanzó los primeros tres teléfonos con capacidades de banda ultra ancha en septiembre de 2019, a saber, el iPhone 11, el iPhone 11 Pro y el iPhone 11 Pro Max. Apple también lanzó la Serie 6 de Apple Watch en septiembre de 2020, que presenta UWB, y sus aeropsias con esta tecnología se revelaron en un evento de prensa el 20 de abril de 2021. También comenzó el Samsung Galaxy Note 20 Ultra, Galaxy S21+y Galaxy S21 Ultra Ultra Apoyo a UWB, junto con el Samsung Galaxy Smarttag+. El Xiaomi Mix 4 lanzado en agosto de 2021 admite UWB y ofrece la capacidad de conectarse a dispositivos AIOT seleccionados.

El consorcio FIRA se fundó en agosto de 2019 para desarrollar ecosistemas UWB interoperables, incluidos los teléfonos móviles. Samsung, Xiaomi, & amp; OPPO son actualmente miembros del consorcio FIRA. En noviembre de 2020, el proyecto de código abierto de Android recibió los primeros parches relacionados con una próxima API de UWB; Se espera el soporte UWB de característica en versiones posteriores de Android.

claves digitales

Una llave de automóvil digital UWB funciona en función de la distancia entre un automóvil y un teléfono inteligente.

Productos

Un pequeño número de circuitos integrados UWB centrados en los sistemas de ubicación están en producción o planificados para la producción a partir de 2020.

Aplicaciones industriales

UWB ha sido evaluado para su uso en la señalización del metro de la ciudad de Nueva York.

Radar

La banda ultraancha atrajo gran atención por su implementación en la tecnología de radar de apertura sintética (SAR). Debido a sus capacidades de alta resolución que utilizan frecuencias más bajas, UWB SAR fue muy investigado por su capacidad de penetración de objetos. A principios de la década de 1990, el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. (ARL, por sus siglas en inglés) desarrolló varias plataformas de radar estacionarias y móviles que penetran el suelo, el follaje y las paredes que servían para detectar e identificar IED enterrados y adversarios ocultos a una distancia segura. Los ejemplos incluyen el railSAR, el boomSAR, el radar SIRE y el radar SAFIRE. ARL también investigó la viabilidad de si la tecnología de radar UWB puede incorporar el procesamiento Doppler para estimar la velocidad de un objetivo en movimiento cuando la plataforma está estacionaria. Si bien un informe de 2013 destacó el problema con el uso de formas de onda UWB debido a la migración del rango objetivo durante el intervalo de integración, estudios más recientes han sugerido que las formas de onda UWB pueden demostrar un mejor rendimiento en comparación con el procesamiento Doppler convencional siempre que se use un filtro adecuado.

Los radares Doppler de pulso de banda ultraancha también se han utilizado para controlar los signos vitales del cuerpo humano, como la frecuencia cardíaca y las señales de respiración, así como el análisis de la marcha humana y la detección de caídas. Sirve como una alternativa potencial a los sistemas de radar de onda continua, ya que implica un menor consumo de energía y un perfil de rango de alta resolución. Sin embargo, su baja relación señal-ruido lo ha hecho vulnerable a errores. Un ejemplo comercial de esta aplicación es RayBaby, que es un monitor de bebés que detecta la respiración y el ritmo cardíaco para determinar si un bebé está dormido o despierto. Raybaby tiene un rango de detección de cinco metros y puede detectar movimientos finos de menos de un milímetro.

La banda ultraancha también se usa en "ver a través de la pared" tecnología de imágenes de radar de precisión, localización y seguimiento de precisión (utilizando mediciones de distancia entre radios) y enfoques de localización basados en la hora de llegada de precisión. Es eficiente, con una capacidad espacial de aproximadamente 10¹³ bit/s/m². El radar UWB se ha propuesto como componente de sensor activo en una aplicación de reconocimiento automático de objetivos, diseñada para detectar personas u objetos que hayan caído en las vías del metro.

Transferencia de datos

Las características de banda ultraancha son adecuadas para aplicaciones de corto alcance, como periféricos de PC, monitores inalámbricos, videocámaras, impresión inalámbrica y transferencias de archivos a reproductores multimedia portátiles. UWB se propuso para su uso en redes de área personal y apareció en el borrador del estándar PAN IEEE 802.15.3a. Sin embargo, después de varios años de estancamiento, el grupo de trabajo IEEE 802.15.3a se disolvió en 2006. El trabajo fue completado por WiMedia Alliance y USB Implementer Forum. El lento progreso en el desarrollo de estándares UWB, el costo de la implementación inicial y el rendimiento significativamente más bajo de lo esperado inicialmente son varias de las razones del uso limitado de UWB en productos de consumo (lo que provocó que varios proveedores de UWB cesaran sus operaciones en 2008 y 2009).

Regulación

En EE. UU., la banda ultraancha hace referencia a la tecnología de radio con un ancho de banda que supera los 500 MHz o el 20 % de la frecuencia central aritmética, lo que sea menor, según la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de EE. UU. Un informe y orden de la FCC del 14 de febrero de 2002 autorizó el uso sin licencia de UWB en el rango de frecuencia de 3,1 a 10,6 GHz. El límite de emisión de densidad espectral de potencia (PSD) de la FCC para transmisores UWB es −41,3 dBm/MHz. Este límite también se aplica a los emisores no intencionales en la banda UWB (el límite de la "Parte 15"). Sin embargo, el límite de emisión para los emisores UWB puede ser significativamente más bajo (tan bajo como −75 dBm/MHz) en otros segmentos del espectro.

Las deliberaciones en el Sector de Radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-R) dieron como resultado un informe y una recomendación sobre UWB en noviembre de 2005. El regulador del Reino Unido, Ofcom, anunció una decisión similar el 9 de agosto de 2007.

Ha habido preocupación por la interferencia entre las señales de banda estrecha y UWB que comparten el mismo espectro. Anteriormente, la única tecnología de radio que usaba pulsos eran los transmisores de chispas, que los tratados internacionales prohibieron porque interfieren con los receptores de onda media. Sin embargo, UWB utiliza niveles de energía mucho más bajos. El tema se trató extensamente en los procedimientos que condujeron a la adopción de las reglas de la FCC en los EE. UU. y en las reuniones del ITU-R que condujeron a su Informe y Recomendaciones sobre la tecnología UWB. Los aparatos eléctricos de uso común emiten un ruido impulsivo (por ejemplo, los secadores de pelo), y los proponentes argumentaron con éxito que el nivel mínimo de ruido no aumentaría excesivamente con un despliegue más amplio de transmisores de banda ancha de baja potencia.

Coexistencia con otros estándares

En febrero de 2002, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) publicó una enmienda (Parte 15) que especifica las reglas de transmisión y recepción de UWB. De acuerdo con este comunicado, cualquier señal con un ancho de banda fraccional superior al 20 % o que tenga un ancho de banda superior a 500 MHz se considera una señal UWB. El fallo de la FCC también define el acceso a 7,5 GHz de espectro sin licencia entre 3,1 y 10,6 GHz que está disponible para sistemas de comunicación y medición.

Las señales de banda estrecha que existen en el rango UWB, como las transmisiones IEEE 802.11a, pueden exhibir altos niveles de PSD en comparación con las señales UWB vistas por un receptor UWB. Como resultado, cabría esperar una degradación del rendimiento de la tasa de errores de bits de UWB. Las antenas y filtros UWB con muescas están diseñados para la coexistencia de dispositivos UWB con dispositivos de banda estrecha.

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