Hola Habr! Les presento la traducción del artículo
"IEEE P802.15. Redes inalámbricas de área personal " .
Traducción del artículo: mentor.ieee.org/802.15/documents?is_dcn=coexistence%20document&is_group=004z
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09-abr-2019 ET
Documento de Convivencia 15.4z
Benjamin A. Rolfe (BCA / UWBA / NXP / et al)
15-18-0523-05-004z-coexistence-document-15-4z.docxEn febrero de 2019, se creó la organización sin fines de lucro
UWB Alliance . La alianza incluye compañías como: Apple, Hyundai, Kia, Zebra, Decawave, Alteros, Novelda, Ubisense y otras.
Con el fin de coordinar el trabajo para promover y mejorar la tecnología para transmitir señales de radio en una banda ultra ancha (UWB o UWB). Dentro de esta organización, se creó un grupo de trabajo para desarrollar el estándar IEEE 802.15.4z.
Buenas tardes Mi nombre es Eugene, trabajo para RealTrac Technologies. Propongo a su tribunal una traducción del informe sobre el trabajo del grupo de desarrollo estándar IEEE 802.15.4z, y también me complacerá responder preguntas sobre la situación actual con tecnologías de banda ultra ancha, rutas de desarrollo y aplicaciones.
Introduccion
Este documento proporciona un breve análisis de compatibilidad que se realizó para evaluar el rendimiento de los sistemas que utilizan 802.15.4-2015 HRP y LRP PHY según lo modificado por P802.15.4z con respecto a otros estándares inalámbricos 802 que pueden operar en el mismo rango. .
1. Terminología
Los términos utilizados en este documento tienen los siguientes significados:
"Estándar básico" significa el estándar 802.15.4-2015 y todas las enmiendas aprobadas en el momento de la preparación de este documento.
"802.15.4" significa el estándar básico.
"Esta enmienda" se refiere a la enmienda P802.15.4z: Enmienda del Estándar para redes inalámbricas de baja velocidad: pulsos de alta velocidad mejorados (HRP), pulsos de baja velocidad (LRP), UWB en el entorno físico (PHY) y métodos de determinación de rango de frecuencia relacionados.
2. Descripción general
Los sistemas basados en 802.15.4 UWB son ampliamente utilizados en todo el mundo. La versión inicial de 802.15.4a-2007 incluyó el HRP UWB PHY en el estándar, y el LRP UWB PHY se agregó a 802.15.4f-2010. La enmienda P802.5.4z se aplica tanto a UWB PHY como a aplicaciones nuevas y existentes. Los sistemas UWB actuales operan en todo el mundo a densidades espectrales de muy baja potencia. Este documento proporciona un análisis de compatibilidad con otros sistemas inalámbricos estándar 802, incluidas las versiones anteriores de 802.15.4 y los sistemas 802.11 actuales.
Hay muchas fuentes de información de compatibilidad UWB. El método utilizado en este documento es resumir los resultados con respecto a la compatibilidad entre sistemas inalámbricos 802 capaces de operar en los mismos rangos de frecuencia. Las referencias a CAD 802.15.4a [8] y 802.15.4f [9] y los estudios [10] [11] describen la compatibilidad de UWB PHY con los siguientes sistemas:
- 802.15.4 PHY que opera en bandas de frecuencia superpuestas
- 802.16 operando en el rango de 3.4 a 3.8 GHz
- 802.11 OFDM operando en las bandas de 5GHz y 6GHz.
En todo el mundo, los sistemas UWB transmiten con una potencia muy baja, generalmente limitada por los límites de la densidad espectral de potencia (PSD), consistente con las emisiones electromagnéticas espurias y / o no intencionales establecidas para emisores no intencionales. Por ejemplo, en los Estados Unidos, así como en muchas partes de Asia y Europa, el límite de PSD es -41.3 dBm.
2.1 Descripción general de UWB 802.15.4z
2.1.1 Rangos de frecuencia considerados
La Figura 1 muestra los planes de canal 802.15.4 UWB definidos en el estándar básico y complementados por esta enmienda. La enmienda 802.15.4z define nuevos dispositivos con capacidades de rango extendido que funcionan en términos de canales de alta velocidad; no se incluyen cambios en los dispositivos que operan en planes de canales de baja velocidad en esta enmienda.
Figura 1: Gráficos espectralesEsta enmienda extiende el plan de canales LRP, como se muestra en la figura, con la adición de definiciones de canales al rango superior de la UWB. Esta enmienda no cambia el plan de canales de HRP. El “Espectro UWB accesible globalmente” resaltado ilustra los canales en términos de canales UWB que están disponibles en todos los dominios reguladores que admiten dispositivos LRP y HRP como se define en el estándar básico y esta enmienda. Otros canales están disponibles en un número más limitado de dominios reguladores.
2.1.2 Normas 802 relevantes
La Tabla 1 enumera otros estándares 802 que pueden operar en rangos superpuestos. Esta información se toma del Apéndice E a [5] y [6].
Tabla 1: Otros estándares inalámbricos temáticos 802Tenga en cuenta que la mayoría de las aplicaciones WLAN utilizan un espaciado de canales de 20 a 80 MHz. El análisis al que se hace referencia en este documento se refiere principalmente al espaciado de canales de 5 a 160 MHz.
2.1.3 LRP PHY
Esta enmienda extiende LRP PHY para admitir las siguientes características:
- Nuevos formatos de paquete PHY
Es probable que la duración del cuadro sea más corta: menos exposición y menos exposición.
Menos pulsos y paquetes de menor longitud
Más robusto en interferencia
PSD y nivel máximo coincide con UWB anterior
Los niveles de energía permanecen sin cambios.
Se necesita menos tiempo y energía para transmitir un paquete
- Nueva modulación y PRF
Sin cambios en la exposición
Puede ser más tolerante al ruido.
2.1.4 HRP
Esta enmienda agrega las siguientes características a HRP PHY:
- Nueva modulación y PRF
No usa BPM
El pico de PRF no ha cambiado
El valor promedio de PRF puede variar, pero es igual a la misma energía en el rango regulatorio
Los nuevos códigos le permiten transferir datos con una tasa PRF más alta, menos cuadros reducirán el tiempo de transmisión de cuadros
El aumento en la velocidad de transferencia de datos ha llevado a menores costos.
- Agregar códigos de preámbulo adicionales
- Impacto en la forma previa de HRP
Nuevos códigos ignorados por dispositivos antiguos
Modos PHY compatibles para interactuar con dispositivos heredados
- Transmisión más confiable
Mejor control de la potencia pico instantánea.
El número de relés requeridos se reduce.
2.1.5 Mejoras MAC y su impacto en la compatibilidad
Las nuevas funciones MAC agregadas por esta enmienda utilizan las funciones MAC existentes para garantizar la compatibilidad con los dispositivos 802.15.4 heredados, así como para preservar las características de compatibilidad probadas proporcionadas por el estándar.
El MAC se complementa con esta enmienda con las disposiciones utilizadas para medir la distancia en un medio de transmisión de la siguiente manera:
- Broadcast / Multicast: programación de difusión y comunicación multicast
- Nuevos elementos de información para transmitir información utilizados para medir la distancia de intercambio de información relevante
- Funciones de MAC para monitoreo de medición de distancia con verificación de integridad mejorada
- Cambios en SAP MAC para admitir nuevas herramientas de clasificación e intercambio de datos
Los métodos de acceso al canal utilizados para evaluar el estado del canal y comenzar a transmitir datos no se modifican con estas funciones MAC adicionales. El impacto en la compatibilidad es mínimo.
2.2 Descripción general de los mecanismos de compatibilidad en 802.15.4
Los mecanismos de compatibilidad en la cláusula 802.15.4 se describen en [8] y [9]. La compatibilidad también se ve reforzada por el ciclo de trabajo corto 802.15.4 inherente, gracias a la arquitectura MAC, como se explica en [13].
Los cambios de MAC realizados a esta enmienda tendrán un impacto mínimo en la compatibilidad:
- Las nuevas capacidades de programación son similares y compatibles con los mecanismos de control de acceso a canales existentes (CSMA-CA)
- Las nuevas características mantienen la compatibilidad en términos de reducción de carga, ciclo de trabajo eficiente y control de acceso a canales, como se describe en [8]
Los PHY de UWB funcionan a muy baja potencia, generalmente en o por debajo de los límites de las emisiones electromagnéticas de fondo. Esto normalmente limita el impacto de los emisores UWB en otros sistemas.
2.3 Metodología de análisis de compatibilidad
Los estudios de compatibilidad mencionados en este documento generalmente se llevan a cabo de acuerdo con la metodología descrita en [12] y considerando cada sistema como sujeto y como objeto de influencia. En este documento, se ha revisado un análisis de compatibilidad para ver si cumple con los estándares 802 actuales, y aquí presentamos hallazgos relevantes. Los estándares inalámbricos 802 están cambiando, por lo que se han realizado y difundido más investigaciones para evaluar específicamente la interoperabilidad entre los sistemas 802.15.4 UWB y 802.11. Los hallazgos de estos estudios se presentan en este documento.
Los estudios de compatibilidad [10] y [11] citados en este documento utilizan la técnica de simulación de Monte Carlo para evaluar los posibles impactos al compartir el espectro.
3. Diferentes sistemas con las mismas bandas de frecuencia.
Esta cláusula presenta factores de compatibilidad con otros sistemas 802 que operan en los mismos rangos de frecuencia. En esta cláusula, por varios, significan diferente del IR-UWB que funciona de acuerdo con las especificaciones 802.15.4 LRP o HRP PHY.
3.1 Compatibilidad 802.11
Como se describe en detalle en el Apéndice E a [5] y [6], los sistemas 802.11 pueden operar en diferentes rangos, como se muestra en la Tabla 1, con una separación de canales de 5 MHz a 160 MHz. Los dispositivos WLAN 802.11 pueden funcionar con una potencia EIIRP relativamente alta de hasta 1000 mW (30 dBm) en algunas regiones. Los dispositivos UWB funcionan con un PIRE promedio limitado a - 41.3 dBm / MHz. Los dispositivos 802.15.4 UWB usan un ancho de banda nominal de 500 MHz o superior.
Los estudios [10] y [11] presentan resultados de simulación que ilustran los efectos de los sistemas 802.11 que operan cerca de los sistemas basados en UWB 802.15.4. El estudio examina varios escenarios de implementación y condiciones de operación.
3.1.1 Impacto de WLAN en 802.15.4 UWB
Los resultados para los escenarios descritos en [10] y [11] ilustran los posibles impactos. El estudio WGSE PT45 [10] considera tanto la interferencia única como la interferencia total utilizando métodos de simulación en combinación con datos de medición de señal activa. Los resultados muestran que la interferencia de una LAN inalámbrica 802.11 de hasta 946 metros produce una pérdida de sensibilidad de más de 3 dB en las comunicaciones UWB y los sistemas de seguimiento de ubicación. Para sonar, la distancia correspondiente es de 212 metros. Una evaluación total de la interferencia durante la simulación de Monte Carlo muestra que con un ciclo de trabajo WLAN de 1.97%, la probabilidad de una disminución de la sensibilidad a las comunicaciones UWB y los dispositivos de localización es más de 3 dB y varía de 5 a 15%.
Para los sensores, la probabilidad de una disminución de la sensibilidad de más de 3 dB es del 3 al 6%. En [11] usando métodos de modelado, se investigan configuraciones y escenarios adicionales. Los estudios muestran efectos significativos tanto en la comunicación como en el alcance / ubicación. Este estudio también incluye recomendaciones de mitigación para mejorar la interoperabilidad.
3.1.2 Impacto de 802.15.4 UWB en WLAN 802.11
Los dispositivos UWB funcionan con un PIRE promedio de -41 dBm / MHz, la atenuación de señal requerida para limitar la pérdida de sensibilidad de un dispositivo UWB 802.11 en 3 dB se muestra en la tabla a continuación.
Tabla 2: Cálculo del umbral de interferencia para un sistema 802.11En el peor de los casos, el modelo de atenuación de señal a la distancia de control d0 = 1m.
En la banda de 6 GHz, es de 48 dB, según la ecuación de Friis.
Con este modelo, la diversidad requerida para la atenuación de la señal de 67 dB es inferior a 9 m. Tenga en cuenta que este es el peor de los casos, ya que los efectos de detección y las áreas de visibilidad indirecta no se tienen en cuenta; reducirán aún más la diversidad requerida.
Para ilustrar, la siguiente tabla muestra la atenuación de la señal a la distancia de referencia d0, así como las distancias mínimas de separación requeridas, por ejemplo, frecuencias de 3 GHz a 6 GHz:
Tabla 3 Referencia para pérdida de ruta3.2 Sistemas compatibles con 802.15.4
Los RCC PHY pueden operar en rangos como se muestra en la Tabla 1. Aparentemente, los RCC PHY no funcionarán cerca de los sistemas UWB. RCC se utiliza principalmente en exteriores y cerca de líneas ferroviarias.
3.3 Otros sistemas inalámbricos 802 considerados
El enlace [8] describe en detalle las propiedades de compatibilidad entre sistemas basados en 802.15.4 UWB y 802.16. Los resultados muestran que el valor PER cae por debajo del 1% a una distancia de separación de 1 m, y cuando la distancia de separación es> 6,9 m, el efecto en 802.16 de la señal UWB LRP se vuelve insignificante.
Los resultados muestran que cuando se utiliza el sistema 802.16 como fuente de interferencia y el sistema HRP UWB como objeto de influencia, el indicador cae por debajo del 1% a una distancia de separación de 44 my a una distancia de separación de más de 140 m se vuelve insignificante.
La estructura de la señal, el ancho de banda y la densidad espectral de potencia del símbolo LRP es bastante similar a la señal HRP, por lo tanto, los resultados para LRP deberían ser similares a los mostrados en la Ref. [8].
4. Sistema UWB 802.15.4
Esta disposición describe la situación de compatibilidad para esta enmienda y los sistemas UWB 802.15.4 existentes.
4.1 HRP
El antiguo 802.15.4a HRP y los nuevos modos 802.15.4z HRP utilizan secuencias de preámbulo para sincronizar y medir distancias. Ambos estándares de secuencia están diseñados para ser más confiables bajo condiciones de interferencia. Las secuencias en ambos estándares tendrán una correlación muy baja con las secuencias en otro estándar. La interferencia inter-estándar entre preámbulos será casi idéntica a la interferencia intra-estándar. Ambos estándares utilizan un ancho de banda de 500 MHz. Ambos usan un símbolo de 128 ns para operar a ~ 7 Mbps y un símbolo de 32 ns para operar a ~ 30 Mbps. 802.15.4z HRP utiliza valores de PRF más altos que 802.15.4z HRP. El ajuste automático de la potencia de transmisión puede variar ligeramente debido a las limitaciones del espectro máximo. Sin embargo, la interferencia entre estándares será esencialmente la misma que la interferencia entre estándares.
4.2 LRP
Los cambios a esta enmienda dependen del mismo método de acceso al canal y se espera que tengan el mismo impacto que la disponibilidad de dispositivos LRP obsoletos adicionales en el campo de la influencia de la radio. Los mecanismos de compatibilidad descritos en [9] son idénticos. Se espera que los sistemas de fibra de vidrio operen en un ciclo de trabajo muy bajo.
5. Conclusión
Los sistemas UWB descritos en esta enmienda tendrán un impacto mínimo o nulo en otros sistemas inalámbricos 802 que operan en el campo de la influencia de la radio. La baja potencia de la señal y el bajo ciclo de trabajo reducen el impacto de la interferencia de la señal UWB en sistemas distintos de UWB. En particular, generalmente no se detecta el impacto en otros sistemas basados en 802.15.4 y 802.11 en la misma esfera de influencia de radio.
Cuando se trabaja en el mismo campo de influencia de radio que los sistemas UWB 802.15.4 heredados, el impacto de los sistemas que funcionan de acuerdo con esta enmienda es igual o menor que el efecto de dispositivos heredados adicionales. Agregar preámbulos y STS reduce el impacto en los UWB heredados, ya que no reconocen las señales en los sistemas heredados y, por lo tanto, están por debajo del nivel de ruido.
Como objeto de interferencia, los sistemas UWB descritos en esta enmienda serán compatibles con los sistemas UWB tradicionales, ya que las señales de ellos serán reconocidas y procesadas adecuadamente. En presencia de sistemas basados en 802.11 que operan cerca, se espera un impacto significativo en el sistema UWB debido al uso de mayor potencia. El grado de impacto depende más del ciclo operativo del sistema (s) 802.11. La separación física reduce la exposición.
Gracias por su atencion Si tiene preguntas sobre la tecnología UWB y su etapa actual de desarrollo, estoy listo para responder sus preguntas en los comentarios.