Systemy Ultra Wideband, fale mmwave i komunikacja w paśmie THz. Paweł Kułakowski

Podobne dokumenty
Ewolucja sieci mobilnych.

Ewolucja sieci mobilnych.

Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski

Ewolucja sieci mobilnych.

Sygnał vs. szum. Bilans łącza satelitarnego. Bilans energetyczny łącza radiowego. Paweł Kułakowski. Zapewnienie wystarczającej wartości SNR :

Ewolucja sieci mobilnych. Paweł Kułakowski:

Propagacja wielodrogowa sygnału radiowego

Systemy i Sieci Radiowe

Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski

Systemy satelitarne Paweł Kułakowski

Komunikacja w nanoskali. Pawel Kulakowski, KT AGH

Planowanie sieci bezprzewodowych - bilans łącza radiowego

Rozwój technologii komórkowych i usług szerokopasmowej transmisji danych w oparciu o nowe i obecne zakresy częstotliwości

Projektowanie układów scalonych do systemów komunikacji bezprzewodowej

Technologie cyfrowe semestr letni 2018/2019

Podstawy transmisji sygnałów

BER = f(e b. /N o. Transmisja satelitarna. Wskaźniki jakości. Transmisja cyfrowa

Sieci Bezprzewodowe. Systemy modulacji z widmem rozproszonym. DSSS Direct Sequence. DSSS Direct Sequence. FHSS Frequency Hopping

Sieci sensorowe. Paweł Kułakowski

ARCHITEKTURA GSM. Wykonali: Alan Zieliński, Maciej Żulewski, Alex Hoddle- Wojnarowski.

Komunikacja w nanoskali. Pawel Kulakowski, KT, AGH

Cyfrowy system łączności dla bezzałogowych statków powietrznych średniego zasięgu. 20 maja, 2016 R. Krenz 1

Sieci Bezprzewodowe. Charakterystyka fal radiowych i optycznych WSHE PŁ wshe.lodz.pl.

Ewolucja: od sieci sensorowych do Internetu Rzeczy. Paweł Kułakowski

Projektowanie Sieci Lokalnych i Rozległych wykład 1: fale i kanał radiowy

Wyzwania. The future, according to some scientists, will be exactly like the past, only far more expensive. John Sladek

Ocena wybranych empirycznych modeli propagacyjnych do projektowania sieci WLAN wewnątrz budynków

Propagacja sygnału radiowego

AGENDA. Site survey - pomiary i projektowanie sieci bezprzewodowych. Tomasz Furmańczak UpGreat Systemy Komputerowe Sp. z o.o.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY 1) z dnia 30 grudnia 2009 r.

Technologie w logistyce

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Bezprzewodowe sieci komputerowe

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

FORMULARZ TECHNICZNY nr 4 dla Stanowiska do Pomiaru Promieniowania Mikrofalowego

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

Plany alokacji częstotliwości radiowych dla systemów szerokopasmowych służb bezpieczeństwa publicznego w Polsce

Analiza i porównanie modeli propagacyjnych dla środowiska wewnątrzbudynkowego

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

Sieci bezprzewodowe na przykładzie WiFi i WiMAX.

Siklu EtherHaul 1200Lv700, 1200 i 1200F radiolinie na pasmo GHz, GHz

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

LTE-ADVANCED CARRIER AGGREGATION. Warszawa, 3 marca 2016 r.

Bezprzewodowe Sieci Komputerowe Wykład 6. Marcin Tomana WSIZ 2003

Wykład 6. Ethernet c.d. Interfejsy bezprzewodowe

Techniki diversity i systemy wieloantenowe. Paweł Kułakowski

Systemy i Sieci Radiowe

Sondowanie jonosfery przy pomocy stacji radiowych DRM

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

WiMAX2 nowy standard sieci radiowych

Badania charakterystyki wyrobu i metody badawcze. Kompatybilność elektromagnetyczna Odporność uzbrojenia na wyładowania elektrostatyczne.

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

Autokoherentny pomiar widma laserów półprzewodnikowych. autorzy: Łukasz Długosz Jacek Konieczny

Mikrofale co przyniosły naszej cywilizacji? Józef Wiesław Modelski

Kluczowe wyzwania dla migracji TETRA PS-LTE w zakresie bezpieczeństwa publicznego. Maciej Krzysiak

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

Micro Geo-Information. Pozycjonowanie w budynkach Indoor positioning

CZĘŚĆ I Podstawy komunikacji bezprzewodowej

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

Badane cechy i metody badawcze/pomiarowe

(Tekst mający znaczenie dla EOG)

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

Transmisja bezprzewodowa

System transmisji radiowej topologia gwiazdy węzeł sieciowy DX80N2X6S-P8

Telekomunikacyjne systemy dostępowe (przewodowe)

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

Innowacje wzmacniające system ochrony i bezpieczeństwa granic RP

Propagacja fal w środowisku mobilnym

Bezpieczeństwo sieci bezprzewodowych

Lokalne sieci optyczne

FORMULARZ TECHNICZNY nr 2 dla Stanowiska do Badań Elektrycznych Anten do 110 GHz

Krzysztof Włostowski pok. 467 tel

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 6 sierpnia 2002 r. w sprawie urządzeń radiowych nadawczych lub nadawczoodbiorczych, które mogą być

Ethernet. Ethernet odnosi się nie do jednej, lecz do wielu technologii sieci lokalnych LAN, z których wyróżnić należy cztery podstawowe kategorie:

System transmisji radiowej topologia drzewa Komunikacja radiowa DX80DR2M-H

Systemy Telekomunikacji Satelitarnej

Układy transmisji bezprzewodowej w technice scalonej, wybrane zagadnienia

System transmisji radiowej topologia gwiazdy gateway DX80G2M6-QC

Maciej Okurowski Transmisja bezprzewodowa z użyciem podczerwieni.

Szerokopasmowy dostęp do Internetu Broadband Internet Access. dr inż. Stanisław Wszelak

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

Optotelekomunikacja 1

Uniwersalny modem radiowy UMR433-S2/UK

ZESZYTY ETI ZESPOŁU SZKÓŁ W TARNOBRZEGU Nr 1 Seria: Teleinformatyka 2012 SIECI BEZPRZEWODOWE I STANDARD

Sieci VLC i ich bezpieczeństwo

Projektowanie sieci metodą Top-Down

Omówienie doświadczeń z wdrażania i eksploatacji szerokopasmowej bezprzewodowej infrastruktury klasy MAN (Metropolitan Area Network)

Modem LTE Huawei E3272s Router WIFI TP-LINK

FTF-S1XG-S31L-010D. Moduł SFP+ 10GBase-LR/LW, jednomodowy, 10km, DDMI. Referencja: FTF-S1XG-S31L-010D

INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY

Oddział we Wrocławiu. Zakład Kompatybilności Elektromagnetycznej (Z-21)

Nowoczesne systemy radiowe szansą na efektywną i szybką budowę sieci na terenach słabo zurbanizowanych. Łukasz Grzelak, Country Manager

Rozproszony system zbierania danych.

System transmisji radiowej Punkt-w-punkt węzeł sieciowy DX80N2X6S-PM2C

KAM-TECH sklep internetowy Utworzono : 13 grudzień 2016

Transkrypt:

Systemy Ultra Wideband, fale mmwave i komunikacja w paśmie THz Paweł Kułakowski 1

I. Systemy ultra szerokopasmowe (Ultra Wideband) 2

Sposoby wykorzystania pasm częstotliwości Podejście klasyczne, podział na pasma: dzierżawione (operatorzy), niekomercyjne, dedykowane (służby, lotnictwo, astronomia, amatorzy) swobodnie dostępne, np. ISM band (2.4 GHz) 3

Motywacje 1. Ograniczone możliwości przyznawania pasma częstotliwości dla nowych usług 2. Koszty pasma częstotliwości 3. Rosnące wymagania na dokładność lokalizacji 4. Powszechna dostępność i spadające ceny elektroniki użytkowej 5. Postępy w miniaturyzacji sprzętu elektronicznego 6. Trend: wymagana wydajność widmowa SNR złożoność i cena urządzeń 4

gęstość widmowa mocy Wracając do formuły Shannona... pojemność kanału radiowego [bit/s] C B log 2 (1 SNR) pasmo częstotliwości [Hz] wydajność widmowa (współczynnik wykorzystania pasma) [bit/s/hz] transmisja wąskopasmowa system z rozproszonym widmem Ultra WideBand f 5

gęstość widmowa mocy Definicja systemów UWB - impulse radio - short-pulse - carrier-less - time domain - super wideband - monopulse Regulacja FCC z 2002 roku: 1. szerokość pasma powinna wynosić co najmniej 500 MHz lub: 2. pasmo fractional bandwidth powinno przekraczać 20% fractional bandwidth: B f 2 f f H H f f L L fl f H 10 db f 6

Przydział pasma częstotliwości Dopuszczalne EIRP w przydzielonych pasmach: - 41.3 dbm/mhz Maksymalna moc: 0.6 mw 7

Sygnały UWB względna gęstość widmowa mocy t t f [GHz] Steven Ettles, Kai Siwiak t brak zachowanej skali czasowej! 8

Radio zaczęło się od... UWB Eksperymenty H. Hertza (1887) i G. Marconiego (1895-1901) 9

Dlaczego UWB? 1. Duża przepustowość kanałów radiowych 2. Niskie zużycie mocy 3. Prostota i niski koszt układów nadawczych 4. Gęstość widmowa poniżej poziomu szumów 5. Odporność na zakłócenia, interferencje, prop. wielodrogową 6. Bardzo krótki czas trwania sygnału -> dokładność lokalizacji Ale... Trudności ze skonstruowaniem odbiorników: - bardzo wysoka częstotliwość próbkowania - synchronizacja - wielodrogowość -> ogromna liczba komponentów sygnału - estymacja kanału Odbiorniki niekoherentne ED (energy detectors) 10

Standaryzacja IEEE 802.15 Wireless Personal Area Networks: - 802.15.1 Bluetooth [2005] - 802.15.3 High Rate WPANs [2003] - 802.15.3a High Rate WPANs Alternative PHY (UWB) - brak zgody, standard nie zatwierdzony, ostatecznie wycofany - 802.15.4 Low Rate WPANs -> sieci sensorowe [2003] - 802.15.4a Low Rate WPANs Alternative PHY (UWB) [2006] 11

Zastosowania, potencjalny rynek 1. Transmisja między urządzeniami domowymi i biurowymi, dystrybucja treści multimedialnych (indoor applications) 2. Medycyna (czujniki, implanty, wszczepy, sondy, badania radarowe) Duże przepustowości, mały zasięg 3. Sterowanie urządzeniami przemysłowymi 4. Lokalizacja, techniki radarowe Małe przepustowości, duży zasięg 12

Dotychczasowe zastosowania UWB Techniki radarowe: - wojskowość - medycyna - geologia - nawigacja Współczynnik odbicia zależy od, i stykających się ośrodków Rozpoznawanie obiektów: - ich rodzaju - kształtu - położenia na podstawie: - amplitud - opóźnień odbieranych fal odbitych. 13

Lokalizacja pasywna 14

Lokalizacja pasywna Systemy UWB w środowisku wielodrogowym: rozróżnialne komponenty profilu mocy sygnału przypasowanie komponent-droga propagacji Założenie: znana topologia środowiska propagacji! 15

Śledzenie zmian profilów mocy kanałów Klasyfikacja komponentów wielodrogowych: nowe (odbite) zablokowane niezmienione 16

Algorytm lokalizacji pasywnej podział pomieszczenia na sektory punkty przecięcia komponentów zablokowanych => obiekt komponenty niezmienione => brak obiektu 17

Przykład: przed wejściem obiektu

Przykład: promienie zablokowane 19

Lokalizacja pasywna: podsumowanie zastosowanie głównie do wnętrz budynków konieczność rejestracji zmian profilów mocy sygnałów między Tx a Rx systemu lokalizacja i śledzenie obiektów nie posiadających urządzenia radiowego wykorzystanie trzech rodzajów komponentów wielodrogowych: - odbitych - zablokowanych - niezmienionych możliwość jednoczesnego śledzenia wielu obiektów 20

II. Fale milimetrowe (mmwave communication) Źródła: - Cisco Networking Index, 2017 - I. Hemadeh et al. "Millimeter-Wave Communications: Physical Channel Models, Design Considerations, Antenna Constructions, and Link-Budget, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2018 - S. Sun et al. "Propagation Models and Performance Evaluation for 5G Millimeter-Wave Bands", IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2018 - T. Rappaport et al. " State of the Art in 60-GHz Integrated Circuits and Systems for Wireless Communications", Proceedings of the IEEE, 2011 N. Kukutsu, Y. Kado, "Overview of Millimeter and Terahertz Wave Application Research ", NTT Technical Review, 2009 - http://www.e-band-com, http://www.medium.com 21

Motywacja: globalny transfer danych sieci mobilne: CAGR = roczna stopa wzrostu Od 2015 r.: offloading > transfer w sieciach komórkowych 22 Źródło: Cisco

Komunikacja na falach milimetrowych Dla sieci mobilnych (komórkowych) 5G i dla sieci WiFi IEEE 802.11ad: 23

Wpływ częstotoliwości FSL FSL db db 32.44 20log r km 92.44 20log r km 20log 20log f f MHz GHz 24

Wpływ atmosfery i deszczu Z częstotliwością rośnie również tłumienie przeszkód: ścian i roślinności 25

Jak skompensować tłumienie sygnału? Założenia (dyskusyjne): duże zyski kierunkowe anteny telefonu 26

Fale milimetrowe - podsumowanie bardzo duże przepustowości, rzędu Gbit/s wraz z częstotliwością rośnie tłumienie: - w wolnej przestrzeni - w atmosferze - w deszczu - ścian - roślinności konieczność kompensacji dużych tłumień, np. zyskami anten wątpliwe w przypadku systemów mobilnych 27

III. Komunikacja w paśmie THz i wyższym 28

Częstotliwości THz częstotliwości 0.1 10 THz głównie propagacja LOS: - bardzo duże tłumienia przy odbiciach - rozproszenie sygnału na nierównościach powierzchni problemy z generatorami sygnału, brak odpowiedniej technologii zasięgi (LOS) rzędu 1 m przepustowości: ~ 100 Gbit/s zastosowanie wewnątrz pojedynczego pomieszczenia: V. Petrov et al. "Last Meter Indoor Terahertz Wireless Access: Performance Insights and Implementation Roadmap", IEEE Communications Magazine 2018

Komunikacja THz Zastosowanie: komunikacja między mikro/nano maszynami: zasięg wewnątrz ciała ludzkiego: kilka milimetrów materiały: nanorurki węglowe i grafen pobieranie energii z otoczenia(energy harvesting) - nanodruty z tlenku cynku (ZnO nanowires) 30 Josep Miquel Jornet, PhD Dissertation "Fundamentals of Electromagnetic Nanonetworks in the Terahertz Band", 2013

Free Space Optical (FSO) Communication częstotliwości: 200-750 THz (podczerwień, prom. widzialne) technologia optyczna (lasery), b. duże zyski kierunkowe komunikacja typu fixed point-to-point, zasięgi rzędu kilku kilometrów przepustowości: rzędu 10 Gbit/s zastosowania: łącza typu back-haul, między sieciami LAN i WAN, międzysatelitarne brak odporności na zakłócenia atmosferyczne, śnieg, deszcz i mgłę 31 M. A. Khalighi et al. "Survey on Free Space Optical Communication: A Communication Theory Perspective", IEEE Communication Surveys & Tutorials, 2014

Visible Light Communication (VLC) promieniowanie widzialne 400-750 THz pojedyncze pomieszczenie warunki LOS przepustowości: 100 Mbit/s kilka Gbit/s standard IEEE 802.15.7 P. Pathak et al. "Visible Light Communication, Networking, and Sensing: A Survey, Potential and Challenges", IEEE Communication Surveys & Tutorials, 2015

Dziękuję za uwagę! 33