UWB

Questões

1) Introdução

• Apresentar os conceitos básicos sobre a tecnologia

Sistema de comunicação por ondas de rádio
Utilização de onda quadrada 
Pulsos regulares da ordem de nanosegundos
Multi-caminho
Baixa potência
Extensa largura de banda

• Descrever os principais fornecedores/desenvolvedores

Grande interesse em transmissão sem fio
Mandato de permissão pela FCC (Federal Communications Commission)‏
A IEEE expandi o padrão 802.15.3 para o padrão 802.15.3a
Utiliza os mesmos critérios avaliação que o TG3a (Task Group 3a)‏
Duas propostas:
MBOA (Multiband OFDM Alliance)‏
Motorola e XtremeSpectrum

• Apontar cronologia de evolução

 Teve seu início nos anos 60
 Demonstração de aplicações nos anos 70 
 Batizada de UWB nos anos 90

• Destacar pontos relevantes

Baixo custo
Minimização de interferências com outros serviços
Persistência ao multi-caminho
Penetração de superfícies

2) Funcionamento

• Explicar os princípios básicos de funcionamento

Qualquer sistema a rádio, com largura de banda 25% maior do que sua freqüência central (ou seja, largura de banda fracionária> 25%), ou com largura de banda total maior que 1.5 GHz, pode ser chamado de
Ultra    Wideband.Geralmente os equipamentos de UWB possuem de 1.5 a 4 GHz de banda, o que gera um problema regulatório, já que maior parte das freqüências entre 1 e 6 GHz já foi destina para outros usos 
pelo FCC e pela NTIA (National Telecommunications and Information Administration). Então, para transmitir nestas freqüências, sem que seja requerida uma licença para o aparelho eletrônico, é necessário
limitar a potência do sinal, para que não haja interferência em outras transmissões. Utiliza-se basicamente do efeito do espalhamento espectral.

• Mostrar o fluxo de uma transmissão/recepção

O transmissor UWB envia vários pulsos curtos (largura menor que 1 nano- segundo) espalhados num espectro da ordem de 1 GHz, desde uma freqüência bastante baixa (da ordem de 1 Hz) até freqüências muito altas
(da ordem de GHz). A informação de um bit é geralmente espalhada em vários mono-ciclos. Desta forma a energia é espalhada por todo espectro, fazendo a densidade espectral de energia ser muito baixa 
(cerca de alguns microwatts por Mhz). Geralmente a freqüência central se localiza entre 650 Mhz e 5 GHz. O alcance do sinal pode chegar a alguns quilômetros com alguns miliwatts de potência.
Para que vários usuários possam acessar simultaneamente a comunicação é feita modulação. A modulação utilizada é a PPM, pulse position modulation. Nela, o intervalo entre dois pulsos e controlado de acordo
com o sinal de entrada (que contém os dados). Para cada usuário é aplicada uma seqüência chamada código de canal, o que torna possível o multi-acesso. A largura entre os mono- ciclos vai de 0.20 a 1.5
nanosegundos, enquanto a distância entre os pulsos é de 25 a 1000 nanosegundos.

No receptor, o demodulador converte o sinal de banda larga diretamente na saída desejada. Dentro do demodulador há um filtro de correlação cruzada coerente converte o trem de pulsos eletromagnéticos em um 
sinal de banda básica. O correlacionador é chamado de coerente por ele deve somar todos os pulsos recuperados de forma que volte a compor a informação transmitida.

• Detalhar elementos que fazem parte de todo o processo

• Desenhar topologia/arquitetura

untamente com o  UWB, surgiu o conceito de Plataforma Comum de Rádio UWB. Em cima da camada convergente de UWB podem estar várias aplicações como o Wireless USB, a próxima geração do Bluetooth,
o Plug and Play Universal, entre outras.

Como já foi citado, hoje há uma demanda muito grande pela interconexão sem fio de vários aparelhos como DVDs, televisores digitais, câmeras , etc. E como vimos, a tecnologia UWB, possuem a camada física
e Lógica (ou Mac, como mostrada no desenho acima), que possibilita esta interligação.

• Apontar os protocolos e tipos de acesso envolvidos

UWB (Ultra Wide Band), IEEE 802.15.3 - 10 a 55 Mbps de 30 a 50 metros
IEEE 802.15.3a - 110 a 480 Mbps (alcance reduzido de 10 metros)
Bluetooth (IEEE 802.15.1)
ZigBee (IEEE 802.15.4)

3) Estágio atual

• Atualizar quanto ao momento que vive a tecnologia

• Apontar eventuais problemas (tráfego, frequência, limitações, capacidade)

.Dificuldade de transmissão para taxas muito altas
O UWB não consegue competir com a fibra ótica ou outros sistemas óticos wireless quando há necessidade de transmissão a altas taxas (a partir de 10 Gbits)
.Compromisso entre a Razão Sinal Ruído e a banda
Por ser um sistema de rádio-freqüência, o UWB está sujeito aos mesmos problemas que os outros sistemas de RF. O mais importante destes é a relação entre a Razão Sinal Ruído (SNR) e a banda passante.
Quanto Maior a banda, pior será o SNR. Sabemos que a potência do sinal do UWB é muito baixa, então qualquer ruído de interferência que apareça ao longo da banda prejudica imensamente o SNR.
.Compromisso entre o Alcance e a Potência média do Sinal
Outro compromisso que surge devido às limitações dos sistemas RF é entre o alcance do sinal e a sua potência. Como o UWB transmite com potência média muito baixa, seu alcance não é muito grande.
Contudo, se aumentarmos a Potência, o alcance será maior, porém gerará interferência em outros sistemas que utilizam a mesma banda.  

• Exemplificar com matérias de revistas, livros e internet

4) Características técnicas

• Mostrar o espectro de frequência utilizado

• Explicar sobre o tipo de modulação

Método de codificação de informações em um sinal através da variação da posição dos pulsos. O sinal não-modulado consiste de uma série contínua de pulsos com frequência, duração e amplitude constantes.
Durante a modulação, as posições dos pulsos são modificadas de modo a refletir as informações que estão sendo codificadas.

Multiplexação MS-OFDM (MultBand Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Modulação QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)‏
Multiplexação DS-UWB (Direct Sequence UWB)
modulação BPSK (Binary Phase Shift Keying

• Apresentar os tipos de acesso. Ex: TDMA, FDMA , CDMA , etc

• Potência

DS-UWB  200mW

• Alcance

UWB (Ultra Wide Band), IEEE 802.15.3 - 10 a 55 Mbps de 30 a 50 metros
IEEE 802.15.3a - 110 a 480 Mbps (alcance reduzido de 10 metros)

• Consumo

5) Protocolos

• Apresentar os protocolos usados na comunicação entre os elementos

CSMA/CA
TDMA
MAC protocol

• Detalhar o formato dos protocolos

• Apontar as normas que regem este protocolo (RFC, por exemplo)

MAC: RFC 2892
PHY: RFC 1103
MB-OFDM RFC 4412
DS-UWB RFC 4412

• Definir o órgão que coordena esta normatização

IEEE - Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos
ECC - Electronic Communications Committee
WiMedia Alliance
TG3a - Task Group 3a

• Identificar endereço de consulta à norma

http://www.ieee802.org/15/pub/TG4a.html

6) Serviços

• Descrever serviços básicos disponíveis. Ex: mensagem, dados, mobilidade IP

Posicionamento - Entre as aplicações mais comuns do UWB para posicionamento, estão as medidas de distância e de posição; rastreamento em tempo real para espaços abertos ou fechados;
e a navegação para espaços abertos ou fechados.
Wireless USB 
Imagens - A maior aplicação do Ultra wideband na área de imagens é a utilização em radares. Pode ser utilizado para localizar objetos abaixo da terra, pessoas escondidas atrás de paredes,
elementos químicos dentro de rochas, segurança de automóveis com prevenção de batidas, etc.
Wireless PAN (Personal Area Network) – redes pessoais em celulares, Pcs, impressoras dentro de uma área pequena.
Wireless LAN
RF Tag– São etiquetas que utilizam Rádio freqüência para transmitir informações armazenadas sobre um produto, por exemplo. Não requer o uso de bateria, com alto custo benefício.
São ideais para contagem e rastreamento em estoques, além de monitorar grande variedade de itens.
Detecção de intrusos
Localização de objetos e pessoas
Monitoramento do corpo humano

• Apresentar interação com Internet

• Apontar serviços avançados disponíveis: Ex: LBS, segurança,

 WPAN (Wireless Personal Area Network). Uma WPAN pode ser definida como uma rede composta por dispositivos pessoais que usam tecnologias wireless para a comunicação de curto alcance. 
 Uma WPAN formada por dispositivos UWB recebe o nome de Piconet. Os dispositivos, por sua vez, são conhecidos por DEVs (DEVices).
 
Autenticacao 
Cipher Block Chaining Message Authentication Code - CBC-MAC (CCM)
AES-CCM encryption and authentication na IEEE 802.15.3 - chave de 128-bit 
O padrão UWB suporta: dois modos de segurança; proteção de comandos; quadros (frames) de dados e sinalização – criptografados com AES de 128 bits;
e distribuição de chaves.
Modo 0 – Aberto
Modo 1 – Seguro

• Citar outros serviços ou possíveis aplicações futuras.

Prism 200c