Home » Dydaktyka » Techniki ultraszerokopasmowe » Techniki ultraszerokopasmowe – treść wykładu i ćwiczeń

Techniki ultraszerokopasmowe – treść wykładu i ćwiczeń

Treść wykładu

  • Wprowadzenie. Definicje sygnałów ultraszerokopasmowych. Podstawowe techniki:   impulsowe i wielotonowe. Przegląd zastosowań.
  • Regulacje prawne związane z techniką UWB. Regulacje FCC, regulacje europejskie (dopuszczalne zakresy częstotliwości i poziomy). Rola standardów ETSI. Techniki pomiarowe,
  • Sygnały ultraszerokopasmowe. Klasyfikacja sygnałów. Sygnały generowane z wykorzystaniem technik klasycznych. Sygnały impulsowe. Modele sygnałów. Ograniczenia amplitudy wynikające z regulacji. Modulacje i techniki wielodostępu.
  • Techniki generacji impulsowych sygnałów UWB. Kluczowanie nośnej. Generacja z wykorzystaniem układów rezonansowych. Generacja impulsów z wykorzystaniem przemiany częstotliwości. Filtracja wąskich impulsów
  • Anteny ultraszerokopasmowe Parametry anten UWB. Klasyfikacja anten UWB. Przegląd konstrukcji. Wpływ anten na transmitowany sygnał
  • Propagacja sygnałów UWB Ogólna charakterystyka kanału. Zjawiska w kanale radiowym. Badania kanału radiowego. Modele kanału.
  • Odbiorniki sygnałów ultraszerokopasmowych. Ogólna struktura odbiornika. Rola stopni wejściowych. Rola przemiany częstotliwości. Filtr dopasowany. Klasyfikacja odbiorników. Odbiorniki progowe, korelacyjne i próbkujące.
  • Bilans łącza radiowego UWB. Założenia. Parametry części nadawczej. Model kanału radiowego. Parametry części odbiorczej. Przykłady bilansu.
  • Standardy sieci UWB. Ultraszerokopasmowe interfejsy radiowe sieci IEEE 802.15.4 (standard 802.15.4f, standard 802.15.4a.) Standard WiMedia (geneza. właściwości funkcjonalne, interfejs radiowy).
  • Wykorzystanie techniki I-UWB do lokalizacji obiektów. Przegląd technik lokalizacyjnych: TDOA, TOA, RSS, AOA. Czynniki wpływające na niepewność lokalizacji. Przykładowe rozwiązania systemów lokalizacyjnych (Ubisense, MSSI, TimeDomain).
  • Wykorzystanie techniki I-UWB w systemach obrazowania. Systemy nadzoru i monitorowania. Radary do penetracji gruntu i obserwacji „przez ściany”. Radary samochodowe. Obrazowanie medyczne.
  • Tendencje rozwojowe systemów UWB.

 

Ćwiczenia laboratoryjne

Ćwiczenie T1:   Badanie łącza sieci IEEE 802.15.4a

Podczas ćwiczenia studencji mają okazję zapoznać się z modułami nadawczo-odbiorczymi zgodnymi ze standardem IEEE802.15.4a oraz  właściwościami ultraszerokopasmowego kanału propagacyjnego. Zakres ćwiczenia obejmuje  badanie odpowiedzi impulsowej kanału UWB, pomiary charakterystyk transmisyjnych modułów – są wyznaczane stopy błędów w funkcji odległości, zakresu częstotliwości, parametrów łącza (m.in. długości preambuły pakietów, przepływności transmisji)

Wykorzystywana aparatura:  moduły nadawczo-odbiorcze EVK1000 firmy Decawave wraz z oprogramowaniem, moduły zrealizowane z wykorzystaniem układów DW1000 (Decawave), laserowy miernik odległości.

 

Ćwiczenie T2:  Badanie transmisji w systemie W-USB

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z ultraszerokopasmowym systemem transmisji zgodnym ze standardem W-USB  (Wireless USB). Zakres ćwiczenia obejmuje zestawienie, uruchomienie i badanie pracy łączy W-USB służących do przesyłania sygnału wizyjnego, obserwacje wpływu różnych czynników na jakość odbieranych sygnałów, określenie właściwości widmowych i czasowych emitowanych sygnałów.

Wykorzystywana aparatura:  zestaw do transmisji bezprzewodowej W-USB, analizator widma

 

Ćwiczenie T3: Badanie demonstratora systemu lokalizacji w pomieszczeniu  

Podczas ćwiczenia studenci zapoznają się z budową i działaniem dwóch wersji systemów lokalizacyjnych: multilateralnego, w którym jest lokalizowane źródło sygnału UWB oraz unilateralnego, w którym odbiornik określa swoją lokalizację na podstawie sygnałów nadawanych przez węzły infrastruktury. Zakres badań obejmuje ocenę dokładności i precyzji lokalizacji, badanie wpływu różnych czynników na wyniki, badanie wpływu warunków NLOS (Non Line Off Sight) na wyznaczane położenie.

Wykorzystywana aparatura:   dwa systemy lokalizacyjne złożone z 5 węzłów i jednej etykiety, oprogramowanie do prezentacji i rejestracji wyników lokalizacji, laserowy miernik odległości

 

Ćwiczenie T4: Wykorzystanie sygnałów UWB do badań materiałów

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z propagacją sygnałów UWB przez różne materiały. Badania polegają na rejestracji i analizie charakterystyk czasowo-częstotliwościowych sygnałów impulsowych przechodzących przez obiekty i odbitych od obiektów. Sygnały są nadawane w paśmie 3.5-6 GHz i rejestrowane za pomocą oscyloskopu próbkującego. W drugiej części ćwiczenia badane są możliwości detekcyjne firmowego radaru przeznaczonego do badania struktury ścian.

Wykorzystywana aparatura:  oscyloskop próbkujący TDS8200 z wkładką o paśmie pracy 20 GHz (Tektronix), zestaw anten UWB,  generatory UWB, ultraszerokopasmowy radar do badania ścian firmy Bosch

 

Ćwiczenie T5: Badanie demonstratora radaru UWB

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z działaniem typowego radaru ultraszerokopasmowego. Podczas ćwiczenia są badane odbicia sygnału od wybranych obiektów, obserwowany jest wpływ różnych czynników na jakość odbieranych sygnałów.

Wykorzystywana aparatura:    moduł radaru ultraszerokopasmowego  MRM-400 Time Domain wraz z oprogramowaniem,  laserowy miernik odległości