پایه و اساس سیستم های نوین فراپهن باند در دهه 80 توسط راس و با کار انجام شده در مرکز تحقیقاتی Sperry بنیان گذاشته شد. تاکید بر استفاده از UWB به عنوان یک ابزار تحلیلی برای کشف خصوصیات شبکه های مایکروویو و خصوصیات ذاتی مواد بود. این تکنیک ها به طور منطقی گسترش یافتند تا تحلیل و تولید تجربی المان های آنتن را انجام دهند. موفقیت های اولیه باعث تولید سیستمی خانگی شد تا خصوصیات پاسخ ضربه اهداف یا موانع را اندازه گیری کند.
اصطلاح فراپهن باند (UWB) به خصوصیات طیفی این فناوری اشاره دارد و بر اساس کاری است که منجر به انجام تحقیقی در وزارت دفاع آمریکا گشت. عبارات جایگزین برای این اصطلاح «رادار ضربه ای»، «رادیوی ضربه ای»، «حامل بی نیاز»، «بدون حامل»، «دامنه زمان»، و مانند آن است. اصل اولیه این است که پالس کوچکی (در حوزه زمان)، که به آن ضربه هم گفته می شود، تولید، ارسال، دریافت، و پردازش می شود. اصل حاکم بر هر سیگنال رادیویی رابطه میان زمان پالس و پهنای باند اشغال شده توسط آن است. بر اساس تبدیل فوریه، پالسی که مدت زمان T ثانیه (در حوزه زمان) طول بکشد، به اندازه 2/T هرتز در حوزه فرکانس فضا اشغال می کند. مثلاً، پالسی با زمان حدود نانوثانیه در حوزه زمان، حدود 2 گیگاهرتز پهنای باند در حوزه فرکانس اشغال می کند. یک مثال از پردازش سیگنال در حوزه زمان، مدولاسیون موقعیت پالس (Pulse Position Modulation) است. یک قطار پالس با فواصل زمانی مساوی را درنظر بگیرید. پردازش گیرنده نشان می دهد که پالس دریافتی در محل صحیح خود است یا دیرتر یا زودتر از موعد دریافت شده است. در PPM، پالسی که با تاخیر دریافت شده، نماد «صفر» و پالسی که زودتر دریافت شده، نماد «یک» را دارد. 1) تاریخچه فناوری فراپهن باند می توان گفت که اولین سیستم بی سیم که توسط گاگلیرمو مارکونی در سال 1987 نمایش داده شد، خصوصیات رادیوی فراپهن باند را دارد. اولین فرستنده های جرقه ای مارکونی فضای زیادی از طیف را از فرکانس های بسیار پایین تا فرکانس های بالا را اشغال می کردند. همچنین این سیستم ها به طور غیراتوماتیک از پردازش زمان استفاده می نمودند. چون کد مورس توسط اپراتورهای انسانی ارسال و دریافت می شد. پایه و اساس سیستم های نوین فراپهن باند در دهه 80 توسط راس و با کار انجام شده در مرکز تحقیقاتی Sperry بنیان گذاشته شد. تاکید بر استفاده از UWB به عنوان یک ابزار تحلیلی برای کشف خصوصیات شبکه های مایکروویو و خصوصیات ذاتی مواد بود. این تکنیک ها به طور منطقی گسترش یافتند تا تحلیل و تولید تجربی المان های آنتن را انجام دهند. موفقیت های اولیه باعث تولید سیستمی خانگی شد تا خصوصیات پاسخ ضربه اهداف یا موانع را اندازه گیری کند. این رویکرد استفاده از رادارهای کوتاه برد، نیاز به محفظه بدون انعکاس برای مطالعه اهداف رادار را برطرف کرد، زیرا انعکاس های ناخواسته از دیوارها و سقف ها را می توان با تکنیک های گیت زمانی حذف کرد. استفاده از UWB، و تکنیک های پردازش حوزه زمان آن، نیاز بزرگی را در اوایل دوره ظهور کامپیوتر برطرف کرد. مدارهای منطقی پرسرعت، در حد نانو ثانیه در اواخر دهه 60 و اوایل دهه 70، دستیابی به سرعت های بالاتر را ممکن ساخت. ولی لازم بود که حجم زیادی از اطلاعات میان پردازنده اصلی کامپیوتر و تجهیزات ورودی و خروجی متعدد منتقل شود. این مشکل با تکنیک های پردازش حوزه زمان و ارسال چندین سیگنال روی خط ارتباطی حل شد. تکنیک فوق توسط راس و همکارانش اختراع و به ثبت رسید. این اختراع عاملی کلیدی در مخابرات UWB گردید. از این مرحله تا ایجاد مخابرات بی سیم UWB راه زیادی نیست. پیشرفت های دیگر در دهه 70 باعث پیدایش اصول لازم برای توصیف و تولید کامل رشته الکترومغناطیس حوزه زمان شد. در دهه های 80 و 90، الکترومغناطیس حوزه زمان به مخابرات بی سیم و به خصوص مخابرات راه نزدیک و محیط های چند مسیره و متراکم اعمال می شد. شاتز این کاربری را با جزییات بیان کرده و مزایا و معایب آن را شناخته است. او نشان داد که می توان تعداد زیادی از این سیستم ها را در یک مکان به کار انداخت و سیگنال های پهن باند به مراتب بیشتر از سیگنال های باریک باند نسبت به آثار مخرب چندمسیری مصونیت دارند. یکی از کاربردهای بالقوه مخابرات UWB ارایه خدمات به کاربرهای متعدد در محیط های چندمسیره است، ولی چالش سیستم، همزیستی آن در طیف رادیویی شلوغ فعلی است. مزایای این سیستم ممکن است بر معایب آن نچربد، و شاید دیگر روش های بی سیم در محیط های چند مسیره و متراکم به خوبی روش فوق کار کنند. دیگر کاربرد مهم روش فوق در حسگرها است، مثلا رادارهای تفکیک بالا و کوتاه برد. این کاربرد نیاز بسیار کمتری به پردازش سیگنال دارد و مدارهای الکترونیکی بسیار ساده تری نیز دارد ولی به اندازه دیگر سیستم های پیچیده مخابراتی جلب توجه نکرده است. یکی از اولین کاربردهای آن، رادارهای نفوذ در زمین بود. در سال 1974، موری، یک رادار به نام خود ثبت کرد که به دلیل استفاده از باند بسیار پهنی از فرکانس ها، می توانست حدود یک تا چند متر در زمین نفوذ کند. این امتیاز بعدها باعث یک موفقیت تجاری شد. 2 ) مسایل قانونی کمیسیون فدرال مخابرات (FCC) پس از دریافت 3 درخواست از سازندگان UWB، دستور تحقیق داد تا استفاده های احتمالی از این تکنیک مشخص شود. نظرات زیادی دریافت شد. همچنین FCC بعد از هماهنگی بر محدودیت های فنی که NTIA برای تایید تقاضاها لازم داشت، با تولید محدود 3 مدل از تجهیزات UWB توان پایین موافقت کرد. اطلاعات جمع آوری شده توسط NOI باعث شد که FCC در ماه مه 2000، آگهی برای قانون پیشنهادی ارایه کند. بیشتر نگرانی های قانونی حول این مسیله است که سیستم های UWB تا چه حد ممکن است با سیستم های رادیویی فعلی تداخل داشته باشند. دو موسسه FCC و NTIA مشترکا طیف رادیویی ایالات متحده آمریکا را مدیریت می کنند. بخش 15 جلد 47 آیین قوانین فدرال حاوی قوانین FCC برای اجازه دادن به عملکرد بدون پروانه برای تجهیزات توان پایین است که معمولا در باند تجهیزات دیگر فعالیت می کنند. بخش 15 قانون فعلی 3 سطح مختلف برای تشعشع کننده ها تعریف می کند: تشعشع کننده های تصادفی(که عمداً سیگنال های فرکانس رادیویی نمی تابند و تنظیم شده نیستند مانند یک مته برقی)، تشعشع کننده های غیرعمدی (که سیگنال های فرکانس رادیویی تولید می کنند ولی نمی خواهند آنها را پخش کنند مانند یک کامپیوتر)، و تشعشع کننده های عمدی (که آگاهانه سیگنال های فرکانس رادیویی توان پایین می تابند مانند دربازکن گاراژ). موسسه NPRM پیشنهاد می کند که ادوات UWB در بخش جدیدی از قانون 15 تعریف شوند و برای ادوات جدید UWB محدودیت های مشابه تشعشع کننده های عمدی فعلی وضع شود. مسایل قانونی فعلی شامل تعیین حدودی است که باید به تشعشعات UWB اعمال شود و تکنیک های لازم برای اندازه گیری این تشعشعات. موسسه NPRM محدودیت ها و تکنیک های اندازه گیری مشابه موارد فعلی در قانون 15 برای تشعشع کننده های عمدی پیشنهاد می کند. البته حد مجاز اندازه پیک یا حد احتمالی پیک در یک پهنای باند 50 مگاهرتزی به آن افزوده شد. یکی از سوالات مهم و مربوط این است که آیا باید این حدود برای باندهای فرکانسی خاصی که توسط دولت فدرال برای امور اضطراری مانند GPS استفاده می شود، محدودتر شود؟ این فرکانس ها در بخش 15 بیان شده اند و تشعشع کننده های عمدی از تشعشع در این باندها منع شده اند. از آنجا که سیستم های UWB معمولاً در باندهای فرکانس تحت مدیریت NTIA و FCC تشعشع می کنند، هر دو موسسه باید بر روی قوانین جدید کار کنند. مترجم: نیما حجازی- دنیای کامپیوتر و ارتباطات اخبار فن آوری اطلاعات ایتنا |
