09 - UWB

Introdução

Aplicações de tempo real, como streaming de vídeo, necessitam de conexões com grande largura de banda. A quantidade de dispositivos sem fio utilizados nas redes locais (WLAN), que compreende áreas com raio de até 100 m, e nas redes pessoais locais (Wireless Personal Area Networks - WPAN), que compreende áreas com raio de até 10 m, tem aumentado de maneira muito rápida. Muito dos equipamentos disputarão ou coexistirão em um mesmo grupo de freqüências disponíveis (não licenciadas), além de possivelmente não suportarem o ruído resultante da interação destes pontos. As tecnologias wireless desenvolvidas para a interconexão de dispositivos (tais como o Wi-Fi e o Bluetooth) não são otimizadas para a utilização de modelos em que múltiplas larguras de banda são utilizadas. Apesar da faixa de transmissão alcançar até 54 Mbit/s para o Wi-Fi, por exemplo, a tecnologia tem limitações de consumo de energia elétrica e de largura de banda. É o que se espera de um ambiente em que múltiplos equipamentos são conectados a pequenas distâncias nas redes pessoais locais (WPAN). Simultaneamente, todas estas funcionalidades deverão ser suportadas em um único equipamento, como no caso dos PDA’s e dos telefones celulares. A tecnologia Ultra Wide Band (UWB) emergente oferece uma solução para esta otimização do ambiente de comunicação. Diferente da tradicional tecnologia de transmissão wireless, baseada em banda estreita (a largura de banda é menor que 20% da freqüência central) e na difusão em freqüências separadas, o UWB beneficia-se principalmente pelo fato de propagar o sinal por uma faixa de freqüência muito extensa (utilizando espalhamento espectral).

Conceitos básicos

O sistema UWB baseia-se em técnicas de comunicação por ondas de rádio utilizando uma potência muito baixa e uma extensa largura de banda. Este sistema consegue transmitir milhares de pulsos por segundo. O pulso pode ser gerado a partir do chaveamento liga e desliga de um transistor utilizando uma onda quadrada sendo que estes pulsos são da ordem de nanosegundos. A largura de banda de um sistema UWB pode variar de acordo com a sua aplicação. Porém utiliza-se uma largura de banda maior ou igual a 25 por cento da frequência central no espectro de frequência. O sistema UWB está sujeito à um fenômeno conhecido como multi-caminho. Este fenômeno ocorre quando um transmissor envia um sinal que percorre diversos caminhos até a sua chegada no receptor. Este fenômeno só ocorre quando acontece a difração ou reflexão do sinal causado por objetos que estão posicionados entre o transmissor e o receptor. Veremos posteriormente se esse fenômeno pode causar problemas na transmissão do sinal.

Fornecedores/desenvolvedores

Os fornecedores e desenvolvedores são os seguintes:

1-Seamon Science - China 2-CIRCUIT OCEAN INTERNATIONAL CO., LIMITED - China 3-GET - China 4-BRILLIANT TECHNOLOGY - EUA 5- Hanshin Information Technology Co, LTD. - Coreia do norte 6 - UKAI SDN BHD - Malásia 7 - Entre outros

Cronologia

A tecnologia UWB(Ultra Wideband) teve seu inicio em 1962 para descrever o comportamento de certas classes de redes micro-ondas.

No inicio dos anos 70, o Dr. Gerald F. Ross demonstrou a utilização do formato de onda UWB para aplicações em comunicações e implementações de radares.

Esta tecnologia só recebeu este nome no final dos anos 90, sendo conhecida, até esta data, apenas de banda base. A tecnologia UWB não substitui qualquer outra tecnologia sem fio e sim proporciona uma outra visão em relação as tecnologias sem fio e suas aplicações. As pesquisas em desenvolvimento de possíveis aplicações referentes a tecnologia UWB tem ganhado mais força para a criação de possíveis produtos para serem comercializados.

Pontos relevantes

O sinal UWB possui os seguintes pontos relevantes:

• Baixo custo o Barateamento dos equipamentos uma vez que não há muitas modificações a nivel de hardware. • Minimização de interferências com outros serviços o As interferências podem ser minimizadas por causa da baixa densidade de potência. • Persistência ao multi-caminho o O multi-caminho pode ser eliminado utilizando métodos de filtragem. • Penetração de superfícies o Habilidade de penetrar paredes e portas.

Estágio atual

Problemas

O sistema UWB possui alguns problemas:

• Interferência com outros sistemas. o Outros sistemas apenas receberiam o sinal como sendo um ruído. • Grande número de multi-caminhos. o Um grande aparecimento de multi-caminhos com maior incidência nas limites inferior e superior da freqüência. • Longos tempos de sincronização. o O envio de pulsos em tempos regulares pelo transmissor em intervalos de nanosegundos acarreta em uma necessidade de sincronização entre o transmissor e o receptor.

Exemplos

O campo de aplicações a partir da utilização de sinais UWB é bastante amplo. Esta tecnologia pode ser usada tanto na área tecnológica como na área médica.Abaixo segue algumas de suas aplicações: • Conexão sem fio de diversos sistemas eletrônicos. o Possibilidade de transferência de dados entre aparelhos eletrônicos tanto para redes pessoais como para redes locais, PAN e LAN respectivamente. • Medição da distancia e posicionamento, e rastreamento em tempo real. o Possibilidade de determinar o posicionamento de um objeto e a distancia entre o transmissor e o receptor. • Detecção de intrusos. o Possibilidade de detecção de invasores tanto para uso residencial como empresarial.

• Localização de objetos e pessoas. o Possibilidade de localizar pessoas que estão debaixo de escombros devido ao desmoronamento de encostas e construções, por exemplo. o Possibilidade de localizar objetos como cabos e encanamentos para auxiliar na construção civil além da identificação de minas terrestres para uso militar. • Monitoramento do corpo humano o Possibilidade de monitoramento de batimentos cardíacos e monitoramento respiratório de pacientes que estão na UTI(Unidade de Tratamento Intensivo) em hospitais. o Possibilidade de monitoramento de mulheres grávidas a partir de sessões em que é possível monitorar o batimento cardíaco e respiratório da mãe, os movimentos e o batimento cardíaco do feto e as contrações do útero materno.

• UWB tags o Possibilidade de detecção e identificação de problemas relacionados a motoristas e comunicação veículo-a-veículo além do RFID.