PL 219313 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 219313 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 391153 (51) Int.Cl. H04B 7/00 (2006.01) H04B 7/005 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 06.05.2010 (54) Sposób i układ do modyfikacji widma sygnału ultraszerokopasmowego radia impulsowego (43) Zgłoszenie ogłoszono: 07.11.2011 BUP 23/11 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2015 WUP 04/15 (72) Twórca(y) wynalazku: JAROSŁAW SADOWSKI, Toruń, PL RYSZARD KATULSKI, Gdańsk, PL JACEK STEFAŃSKI, Gdańsk, PL
2 PL 219 313 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób oraz układ do modyfikacji, poprzez zmianę amplitud impulsów, widma sygnału ultraszerokopasmowego radia impulsowego, wykorzystywanego do transmisji danych w systemach radiokomunikacyjnych. Stosowane obecnie ultraszerokopasmowe systemy radiokomunikacyjne (UWB), wykorzystują do transmisji danych zakresy częstotliwości zajmowane już przez wąsko- oraz szerokopasmowe urządzenia radiowe. Jednoczesna koegzystencja różnych transmisji w tym samym paśmie i na tym samym obszarze przestrzennym jest możliwa dzięki różnicom w szerokości pasma sygnałów oraz poziomach energetycznych transmisji. Niewielka moc sygnału UWB, rozłożona w bardzo szerokim paśmie daje w efekcie bardzo małą wartość widmowej gęstości mocy, w założeniu na tyle małą by w większości przypadków nie powodować zakłóceń w pracy istniejących systemów wąskopasmowych. Widmo sygnału radia impulsowego (IR) jest zależne od kształtu nadawanych impulsów oraz od struktury ramki, przy czym kształt impulsów dobiera się tak by wykorzystać dostępne limity emisji, zaś struktura ramkowa ma za zadanie przenieść wymaganą informację użyteczną bez zmiany kształtu widma nadawanego sygnału. Znane są w literaturze sposoby wpływania na kształt widma sygnału ultraszerokopasmowego, bazujące przede wszystkim na odpowiednim doborze postaci czasowej nadawanych pojedynczych impulsów, jak również oparte o filtracje już wytworzonego sygnału. Znane są nadajniki impulsowego sygnału ultraszerokopasmowego składające się z generatora struktury ramki oraz połączonego z nim generatora impulsów. Nadajnik ten może generować sygnał z modulacją polaryzacji impulsów i/lub modulacją pozycji impulsów, przy czym amplitudy kolejno nadawanych impulsów pozostają niezmienne. W czasie emisji pomiędzy impulsami lub seriami impulsów z nadajnika występują przerwy w nadawaniu. Sposób modyfikacji widma sygnału ultraszerokopasmowego radia impulsowego, zwłaszcza z modulacją polegającą na zmianie polaryzacji impulsów, zmianie położenia impulsów na osi czasu lub obu modulacjach naraz, polegający na doborze właściwej postaci sekwencji nadawanych impulsów, charakteryzuje się według wynalazku tym, że amplitudy generowanych impulsów w sekwencji dobiera się bez zmiany ich polaryzacji, korzystnie przy użyciu algorytmu genetycznego, w ten sposób aby uzyskać pożądaną modyfikację widma sygnału wynikowego, w szczególności redukcję poziomu gęstości mocy sygnału radia impulsowego na zadanej częstotliwości lub zadanych częstotliwościach. Układ do modyfikacji widma sygnału ultraszerokopasmowego radia impulsowego wytwarzanego w nadajniku składającym się z generatora struktury ramki oraz połączonego z nim generatora impulsów charakteryzuje się według wynalazku tym, że generator struktury ramki i generator impulsów połączone są z komputerem, w którego pamięci zapisany jest algorytm doboru amplitud korzystnie genetyczny. Do komputera przyłączone jest urządzenie do zmiany amplitud impulsów, korzystnie wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu. Dzięki korzystaniu z wynalazku, poprzez odpowiednią zmianę amplitud impulsów można wpływać na widmo generowanego sygnału, w szczególności zmniejszać gęstość mocy sygnału na wybranych częstotliwościach, co pozwala na zmniejszenie ryzyka zakłócania przez sygnał UWB pracy istniejących wąskopasmowych systemów radiowych. Jednocześnie modyfikacja widma przez odpowiednią zmianę amplitud impulsów nie wpływa na możliwość odbioru tak zmodyfikowanego sygnału przez odbiorniki ultraszerokopasmowe, nie posiadające informacji o modyfikacjach struktury sygnału UWB. Wynalazek objaśniony jest bliżej w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykładowe widmo sygnału IR UWB bez modyfikacji, fig. 2 przedstawia sposób modyfikacji widma przez zmianę amplitud impulsów w sekwencji IR UWB oraz schemat układ do realizacji tego sposobu, a fig. 3 widmo sygnału IR UWB z modyfikacją polegającą na selektywnej redukcji poziomu gęstości mocy na kilku wybranych częstotliwościach poprzez zmianę amplitud generowanych impulsów. P r z y k ł a d W celu zmodyfikowania widma nadawanego sygnału, emitowanego przez nadajnik ultraszerokopasmowego radia impulsowego, przedstawionego na fig. 1, wprowadza się do sekwencji impulsów wynikającej z założonej struktury sygnału, zmiany amplitudy impulsów z wartości nominalnej na mniejsze i większe, przy czym wybór impulsów, których amplitudy mają być zmienione i zakresu zmian tych amplitud jest taki, by uzyskać założoną zmianę kształtu widma przy ograniczonym wpływie modyfikacji sekwencji impulsów na jakość odbioru, tak zmodyfikowanego sygnału.
PL 219 313 B1 3 Układ do modyfikacji widma sygnału ultraszerokopasmowego radia impulsowego składa się z generatora struktury ramki 1 i generatora impulsów 2, które połączone są z komputerem 3. W pamięci komputera 3 zapisany jest genetyczny algorytm doboru amplitud impulsów. Do komputera 3 przyłączone jest urządzenie do zmiany amplitud impulsów 4, którym jest wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu. Warunkiem właściwego doboru amplitud impulsów w nadawanej sekwencji jest posiadanie informacji o całej sekwencji impulsów do nadania (pozycje i polaryzacje), jeszcze przed rozpoczęciem transmisji, oraz informacji o częstotliwości lub częstotliwościach, na których należy uzyskać redukcję poziomu gęstości mocy nadawanego sygnału. W przypadku modyfikowania widma przedstawionego na fig. 1 oblicza się na podstawie rozmieszczenia i polaryzacji impulsów ich poziom gęstości mocy w otoczeniu wybranej częstotliwości lub wybranych częstotliwości. Następnie ustala się które impulsy powinny posiadać amplitudy zwiększone, zmniejszone, a które powinny pozostać bez modyfikacji. Dopuszczalna jest zmiana amplitud w wersji dyskretnej - amplitudy impulsów przybierają konkretne wartości z ograniczonego zbioru, lub ciągłej amplitudy impulsów mogą mieć wartości dowolne z zadanego przedziału. Obliczenia gęstości widma sygnału wynikowego i dobór impulsów realizuje się według algorytmu genetycznego doboru amplitud zapisanego w pamięci komputera 3. Elementem wykonawczym jest wzmacniacz 4 o regulowanym wzmocnieniu, który przeskalowuje impulsy wyjściowe zgodnie z ustaloną sekwencją amplitud. Z niezmodyfikowanego widma sygnału przedstawionego na fig. 1 uzyskuje się widmo sygnału przedstawione na fig. 3, w którym polaryzacje i pozycje impulsów UWB pozostały niezmienione, ale amplitudy impulsów zostały tak dobrane, by zredukować gęstość mocy dla kilku częstotliwości. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób modyfikacji widma sygnału ultraszerokopasmowego radia impulsowego, zwłaszcza z modulacją polegającą na zmianie polaryzacji impulsów, położenia impulsów na osi czasu lub obu modulacjach naraz, realizowany przez dobór właściwej postaci sekwencji impulsów, znamienny tym, że dobiera się amplitudy generowanych impulsów w sekwencji bez zmiany ich pozycji i polaryzacji, korzystnie przy użyciu algorytmu genetycznego, w ten sposób, aby uzyskać pożądaną modyfikację widma sygnału wynikowego, w szczególności redukcję poziomu gęstości mocy sygnału radia impulsowego na zadanej częstotliwości lub zadanych częstotliwościach. 2. Układ do modyfikacji widma sygnału ultraszerokopasmowego radia impulsowego, składającego się z generatora struktury ramki oraz połączonego z nim generatora impulsów, znamienny tym, że generator struktury ramki (1) i generator impulsów (2) połączone są z komputerem (3), w którego pamięci zapisany jest algorytm doboru amplitud korzystnie genetyczny, przy czym do komputera (3) przyłączone jest urządzenie do zmiany amplitud impulsów (4), korzystnie wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu
4 PL 219 313 B1 Rysunki
PL 219 313 B1 5
6 PL 219 313 B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)