Comunicación UWB (Ultra Wideband) basada en PSK (codificación de cambio de fase) binario diferencial

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Estoy tratando de crear un circuito que pueda realizar comunicación inalámbrica en distancias cortas (menos de 10 metros) a una velocidad de datos muy alta (aproximadamente 10 Mbps) y baja potencia (en el rango de 10-20 mW). Ha habido documentos de IEEE en los que las personas han implementado esto utilizando UWB. Han utilizado unos 20-25 mW de potencia para transmitir a unos 4-5 metros a 10-15 Mbps.

Como resultado, decidí hacer esto usando la tecnología UWB. La tecnología UWB emplea un gran ancho de banda incluso en las regiones con licencia para obtener un buen ancho de banda. FCC ha establecido un umbral superior de -41.3 dBm / MHz para limitar su rango y, por lo tanto, la interferencia con otros productos con licencia. Debido a la baja densidad espectral de salida, es posible tener una buena velocidad de datos que consume poca potencia para pequeños rangos.

UWB requiere técnicas de modulación para ser implementado. Son varias opciones disponibles como PPM y BPSK. Se ha encontrado que BPSK es más adecuado en comparación con PPM porque el espectro de potencia de PPM tiene picos y, por lo tanto, limita severamente el uso (recuerde el umbral FCC de -41.3dBm / MHz). Como resultado, llegué a BPSK (PSK binario) o para ser más preciso DBPSK (BPSK diferencial). El BPSK diferencial no requiere relojes coherentes en el transmisor-receptor y, por lo tanto, se prefiere.

En lugar de ir al diseño de todo el circuito de modulación / demodulación, quiero usar circuitos integrados / módulos comerciales. El diseño tiene muchos desafíos:

  1. El diseño de antenas y el circuito de modulación / demodulación es muy difícil en frecuencias tan altas.
  2. La longitud de onda a frecuencias tan altas es proporcional a las dimensiones del circuito y, por lo tanto, crea una nueva gama de problemas.
  3. El tiempo es crítico en mi caso. No tengo el tiempo ni los recursos para hacer simulaciones de circuitos y diseñar un buen circuito. Diseñar un circuito puede ser un seguimiento de mi trabajo.

Por lo tanto, si tiene alguna idea sobre varios circuitos integrados comerciales o módulos disponibles para los siguientes, sería realmente genial

  1. Transmisor: modulador (+ antena) para BPSK diferencial. Existen restricciones de energía y deben poder comunicarse a altas frecuencias.
  2. Receptor: Antena + detector de RF seguido de Demodulador.

Solo para resumir mis requisitos para el transmisor:

  1. Peso: 100 gramos o menos
  2. Velocidad de datos: 10 Mbps
  3. Potencia: menos de 50 mW (cuanto más pequeño, mejor)
  4. Rango: menos de 10 metros

El receptor no tiene tales restricciones. El transmisor es portátil y funciona con baterías, por lo que hay muchas restricciones.

Por favor, avíseme si necesita más información. Gracias de antemano.

Editar: Completa la reestructuración de la pregunta

    
pregunta Neel Mehta

4 respuestas

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Su pregunta parece ser contradictoria: parece que está diciendo que quiere "crear un circuito" sin realmente "diseñar un circuito".

Voy a interpretar eso como decir que usted quiere "construir un sistema completo, incluido el diseño de un protocolo de alto nivel y el diseño de unas pocas placas de circuitos y la soldadura de circuitos integrados a las placas y la conexión de módulos de subconjuntos a los tableros ", pero preferiría no" diseñar y fabricar un ASIC totalmente personalizado desde cero "o" diseñar algo a partir de docenas de transistores discretos en lugar de un chip "o" diseñar y realizar simulaciones EM y construir un sistema de antena totalmente personalizado y obtener la aprobación de la FCC ".

He escuchado que, al menos para bajas tasas de datos, se puede producir UWB usando circuitos simples que usan chips que se usaban en el mercado y que eran comunes mucho antes de que alguien haya oído hablar de UWB.

Lamentablemente, no conozco ningún chip específico que pueda usar para la velocidad de datos que desea, mucho menos si existen módulos disponibles en el mercado que utilizan esos chips, pero he oído que tales chips existen. Déjame darte algunos enlaces que podrían llevarte a esos chips.

Comprendo que actualmente solo hay un estándar UWB - Multiband OFDM de WiMedia, estandarizado como ECMA-368 y ECMA-369. Según tengo entendido, "USB inalámbrico certificado" y una versión futura potencial de "Bluetooth" y una versión futura potencial de "Zigbee" son capas de nivel superior sobre el estándar UWB de WiMedia.

Tengo entendido que hay varios fabricantes de chips que producen chips que cumplen con esta norma. a b

He oído que muchos otros fabricantes de chips están produciendo chips que no cumplen con ECMA, incluyendo Pulse ~ LINK , DecaWave , IMEC , < a href="http://venturebeatprofiles.com/company/profile/wilinx"> WiLinx , Wisair . Presumiblemente, esos chips usan algún otro estándar propuesto o técnicas UWB patentadas.

Si no puede encontrar un módulo estándar y se encuentra buscando chips individuales, sospecho que muchos de los chips desarrollados para HomePlug se puede utilizar como parte de un sistema UWB.

    
respondido por el davidcary
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Hacer su propia comunicación de RF a 10 Mbit / s no es trivial y requerirá una aprobación regulatoria, al igual que cualquier radiador intencional. Ya que está aquí preguntando acerca de los conceptos básicos, asumiré que un desarrollo completo de RF con licencia o aprobado está fuera de su alcance. Tomaría un tiempo y dinero significativos en cualquier caso. Por lo tanto veo dos opciones:

  1. Usa algo del estante. WiFi parece ser la opción obvia. Puede comprar módulos con licencia y puede admitir la velocidad de datos.

  2. No utilice RF. Dijiste rango "corto", así que tal vez algún tipo de modulación de luz es una posibilidad. Los dispositivos emisores de luz se pueden modular a estas velocidades, pero los circuitos de detección en ese ancho de banda no serán triviales. Luego está el problema de convertir la salida de datos divididos en un flujo de bits significativo y verificado. A 10 Mbit / s, eso deberá hacerse en un FPGA. No veo que un microcontrolador tenga suficiente poder de cómputo para hacer la decodificación de Manchester, por ejemplo, a esas velocidades.

respondido por el Olin Lathrop
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De manera realista, sus opciones son elegir un conjunto de chips altamente integrado (o un módulo más probable), o bien adquirir un FPGA grande y algunos convertidores de datos o chips que implementen los diversos bloques funcionales y alquilar un analizador de espectro y varios generadores y comenzar un 6 Odisea de aprendizaje de 24 meses.

Lo que es más apropiado realmente depende de si su objetivo es resolver algún problema actual de la aplicación, o buscar trabajo futuro en el diseño de bajo nivel de dichos módulos.

    
respondido por el Chris Stratton
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Sus declaraciones "tasa de datos muy alta (aprox. 10 Mbps)", "Decidí hacer esto con la tecnología UWB" y "No quiero diseñar un circuito a frecuencias tan altas" parecen entrar en conflicto.

Creo que necesita reducir sus expectativas de velocidad de datos o esperar abordar algunos de los desafíos del diseño de RF.

    
respondido por el Jason S

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