مرحبا يا هبر! أقدم لكم ترجمة المقال
"IEEE P802.15. شبكات المناطق الشخصية اللاسلكية .
"
ترجمة المقالة: mentor.ieee.org/802.15/documents؟is_dcn=coexistence٪20document&is_group=004z
ملف:
09-Apr-2019 ET
وثيقة التعايش 15.4z
بنيامين أ. رولف (BCA / UWBA / NXP / et al)
15-18-0523-05-004z-التعايش-ثيقة 15-4z.docxفي فبراير 2019 ، تم إنشاء المنظمة غير الربحية
UWB Alliance . يشمل التحالف شركات مثل: Apple و Hyundai و Kia و Zebra و Decawave و Alteros و Novelda و Ubisense وغيرها.
من أجل تنسيق العمل لتعزيز وتحسين التكنولوجيا لإرسال إشارات الراديو في نطاق واسع جدا (UWB أو UWB). ضمن هذه المنظمة ، تم إنشاء مجموعة عمل لتطوير معيار IEEE 802.15.4z.
مساء الخير اسمي يوجين ، أعمل لدى RealTrac Technologies. أقترح على المحكمة الخاصة بك ترجمة تقرير حول عمل مجموعة التطوير القياسية IEEE 802.15.4z ، وسأكون سعيدًا أيضًا للإجابة على أسئلة حول الوضع الحالي مع تقنيات النطاق العريض للغاية ، ومسارات التطوير والتطبيقات.
مقدمة
يقدم هذا المستند تحليلًا موجزًا للتوافق تم إجراؤه لتقييم أداء الأنظمة التي تستخدم 802.15.4-2015 HRP و LRP PHY بصيغتها المعدلة بواسطة P802.15.4z فيما يتعلق بالمعايير اللاسلكية 802 الأخرى التي قد تعمل في نفس النطاق. .
1. المصطلحات
المصطلحات المستخدمة في هذا المستند لها المعاني التالية:
"المعيار الأساسي" يعني المعيار 802.15.4-2015 وجميع التعديلات المعتمدة في وقت إعداد هذه الوثيقة.
"802.15.4" تعني المعيار الأساسي.
"هذا التعديل" يعني التعديل P802.15.4z: تعديل المعيار للشبكات اللاسلكية منخفضة السرعة: نبضات عالية السرعة (HRP) ، نبضات منخفضة السرعة (LRP) ، UWB في البيئة المادية (PHYs) وطرق تحديد نطاق التردد ذات الصلة.
2. نظرة عامة
الأنظمة القائمة على 802.15.4 UWB تستخدم على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم. تضمن الإصدار الأولي من 802.15.4a-2007 وجود HRP UWB PHY في المعيار ، وتمت إضافة LRP UWB PHY إلى 802.15.4f-2010. ينطبق التعديل P802.5.4z على كل من UWB PHY والتطبيقات الجديدة والحالية. تعمل أنظمة UWB الحالية في جميع أنحاء العالم بكثافة طيفية منخفضة للغاية. يقدم هذا المستند تحليلًا للتوافق مع الأنظمة اللاسلكية القياسية 802 الأخرى ، بما في ذلك الإصدارات الأقدم من 802.15.4 وأنظمة 802.11 الحالية.
هناك العديد من مصادر معلومات توافق UWB. تتمثل الطريقة المستخدمة في هذا المستند في تلخيص النتائج المتعلقة بالتوافق بين 802 أنظمة لاسلكية قادرة على العمل في نفس نطاقات التردد. تشير المراجع إلى CAD 802.15.4a [8] و 802.15.4f [9] والدراسات [10] [11] إلى توافق UWB PHY مع الأنظمة التالية:
- 802.15.4 PHY تعمل في نطاقات تردد متداخلة
- 802.16 تعمل في النطاق من 3.4 إلى 3.8 جيجا هرتز
- 802.11 OFDM تعمل في نطاقي 5GHz و 6 GHz.
في جميع أنحاء العالم ، ترسل أنظمة UWB بقوة منخفضة للغاية ، وعادةً ما تقتصر على حدود طيفية للكثافة (PSD) بما يتوافق مع البث الكهرمغنطيسي الهامشي و / أو غير المقصود المنشأ للبواعث غير المقصودة. على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة ، وكذلك في أجزاء كثيرة من آسيا وأوروبا ، يبلغ حد PSD -41.3 ديسيبل.
2.1 نظرة عامة على UWB 802.15.4z
2.1.1 نطاقات التردد في الاعتبار
يوضح الشكل 1 خطط قناة UWB 802.15.4 المحددة في المعيار الأساسي وتستكمل بواسطة هذا التعديل. يُعرّف التعديل 802.15.4z الأجهزة الجديدة بقدرات المدى الطويل التي تعمل من حيث القنوات عالية السرعة ؛ لا يتم تضمين أي تغييرات على الأجهزة التي تعمل على خطط قنوات منخفضة السرعة في هذا التعديل.
الشكل 1: الرسومات الطيفيةيمتد هذا التعديل خطة قناة LRP ، كما هو موضح في الشكل ، مع إضافة تعريفات القناة إلى النطاق العلوي من UWB. هذا التعديل لا يغير خطة قناة HRP. يوضح "UWB Spectrum" الذي يمكن الوصول إليه على مستوى العالم ، القنوات من حيث قنوات UWB المتوفرة في جميع المجالات التنظيمية التي تدعم أجهزة LRP و HRP كما هو محدد في المعيار الأساسي وهذا التعديل. القنوات الأخرى متوفرة في عدد محدود من المجالات التنظيمية.
2.1.2 معايير 802 ذات الصلة
يسرد الجدول 1 معايير 802 الأخرى التي قد تعمل في نطاقات متداخلة. هذه المعلومات مأخوذة من التذييل هـ إلى [5] و [6].
الجدول 1: المعايير اللاسلكية المواضيعية الأخرى 802لاحظ أن معظم تطبيقات الشبكات المحلية اللاسلكية تستخدم تباعد قناة يتراوح بين 20 و 80 ميجاهرتز. يتعلق التحليل المشار إليه في هذه الوثيقة أساسًا بتباعد القنوات من 5 إلى 160 ميجاهرتز.
2.1.3 LRP PHY
يمتد هذا التعديل إلى LRP PHY لدعم الميزات التالية:
- PHY حزمة تنسيقات جديدة
من المحتمل أن تكون مدة الإطار أقصر - تعرض أقل وأقل تعرض.
نبضات أقل وأطوال حزم أقصر
أكثر قوة في التدخل
PSD ومستوى الذروة يطابق UWB السابق
تبقى مستويات الطاقة دون تغيير.
يستغرق نقل وقت أقل من حزمة والطاقة
- تعديل جديد و PRF
لا تغيير في التعرض
قد يكون أكثر تسامحا مع الضوضاء
2.1.4 HRP
يضيف هذا التعديل الخصائص التالية إلى HRP PHY:
- تعديل جديد و PRF
لا يستخدم BPM
PRF الذروة لم يتغير
قد يختلف متوسط قيمة PRF ، لكنه يساوي نفس الطاقة في النطاق التنظيمي
تسمح لك الرموز الجديدة بنقل البيانات باستخدام معدل PRF أعلى ، وسوف يقلل عدد الإطارات الأقل من وقت إرسال الإطار
أدت الزيادة في سرعة نقل البيانات إلى انخفاض التكاليف.
- إضافة رموز الديباجة إضافية
- التأثير على النموذج السابق لـ HRP
الرموز الجديدة التي تم تجاهلها بواسطة الأجهزة القديمة
أوضاع PHY المتوافقة للتفاعل مع الأجهزة القديمة
- انتقال أكثر موثوقية
سيطرة أفضل على قوة الذروة لحظية
يتم تقليل عدد الترحيل المطلوبة
2.1.5 تحسينات MAC وتأثيرها على التوافق
تستخدم ميزات MAC الجديدة التي تمت إضافتها بواسطة هذا التعديل ميزات MAC الحالية لضمان التوافق مع أجهزة 802.15.4 القديمة ، وكذلك للحفاظ على ميزات التوافق المختبرة التي يوفرها المعيار.
يستكمل هذا التعديل بواسطة MAC بالأحكام المستخدمة في قياس المسافة في وسيط إرسال كما يلي:
- البث / البث المتعدد: جدولة البث والاتصال المتعدد
- عناصر معلومات جديدة لنقل المعلومات المستخدمة لقياس مسافة تبادل المعلومات ذات الصلة
- ميزات MAC لرصد قياس المسافة مع تحسين تدقيق النزاهة
- التغييرات في SAP MAC لدعم أدوات التصنيف ومشاركة البيانات الجديدة
لا يتم تغيير طرق الوصول إلى القناة المستخدمة لتقييم حالة القناة وبدء إرسال البيانات بواسطة وظائف MAC الإضافية هذه. التأثير على التوافق ضئيل.
2.2 نظرة عامة على آليات التوافق في 802.15.4
تم توضيح آليات التوافق في الفقرة 802.15.4 في [8] و [9]. يعزز التوافق أيضًا دورة العمل القصيرة 802.15.4 المتأصلة ، بفضل بنية MAC ، كما هو موضح في [13].
سيكون لتغيرات MAC المدخلة على هذا التعديل تأثير ضئيل على التوافق:
- إمكانيات الجدولة الجديدة متشابهة ومتوافقة مع آليات التحكم في الوصول إلى القنوات الحالية (CSMA-CA)
- تحتفظ الميزات الجديدة بالتوافق فيما يتعلق بتقليل الحمل ودورة العمل الفعالة والتحكم في الوصول إلى القنوات ، كما هو موضح في [8]
تعمل UWB PHYs بقدرة منخفضة جدًا ، عادةً عند حدود الانبعاثات الكهرومغناطيسية الخلفية أو أقل منها. هذا يحد عادة من تأثير بواعث UWB على الأنظمة الأخرى.
2.3 منهجية تحليل التوافق
يتم إجراء دراسات التوافق المشار إليها في هذه الوثيقة عمومًا وفقًا للمنهجية الموضحة في [12] مع مراعاة كل نظام كموضوع وككائن للتأثير. في هذا المستند ، تمت مراجعة تحليل التوافق للتأكد من توافقه مع معايير 802 الحالية ، وهنا نقدم النتائج ذات الصلة. تتغير المعايير اللاسلكية 802 ، لذا فقد تم إجراء المزيد من الأبحاث ونشرها بشكل خاص لتقييم قابلية التشغيل البيني بين أنظمة 802.15.4 UWB و 802.11. وترد نتائج هذه الدراسات في هذه الورقة.
تستخدم دراسات التوافق [10] و [11] المذكورة في هذه الورقة تقنية محاكاة مونت كارلو لتقييم التأثيرات المحتملة عند مشاركة الطيف.
3. أنظمة مختلفة مع نفس نطاقات التردد
يعرض هذا البند عوامل التوافق مع أنظمة 802 الأخرى التي تعمل في نفس نطاقات التردد. في هذه الفقرة ، بشكل مختلف ، فإنها تعني مختلفة عن IR-UWB التي تعمل وفقًا للمواصفات 802.15.4 LRP أو HRP PHY.
3.1 802.11 التوافق
كما هو موضح بالتفصيل في التذييل E إلى [5] و [6] ، يمكن أن تعمل أنظمة 802.11 في نطاقات مختلفة ، كما هو موضح في الجدول 1 ، مع تباعد القنوات من 5 MHz إلى 160 MHz. يمكن أن تعمل أجهزة 802.11 WLAN بقوة EIIRP عالية نسبيًا تصل إلى 1000 ميجاوات (30 ديسيبل) في بعض المناطق. تعمل أجهزة UWB بمتوسط EIRP محدود بـ - 41.3 dBm / MHz. تستخدم أجهزة UWB 802.15.4 عرض نطاق اسمي قدره 500 MHz أو أعلى.
تقدم الدراسات [10] و [11] نتائج محاكاة توضح تأثيرات أنظمة 802.11 التي تعمل بالقرب من الأنظمة المستندة إلى UWB 802.15.4. تبحث الدراسة في سيناريوهات النشر المختلفة وظروف التشغيل.
3.1.1 تأثير شبكة WLAN على 802.15.4 UWB
توضح نتائج السيناريوهات الموصوفة في [10] و [11] التأثيرات المحتملة. تتناول دراسة WGSE PT45 [10] كل من التداخل الفردي والتداخل الكلي باستخدام طرق المحاكاة مع بيانات قياس الإشارة النشطة. تشير النتائج إلى أن التداخل من شبكة LAN لاسلكية 802.11 حتى 946 مترًا يؤدي إلى فقد حساسية أكثر من 3 ديسيبل في أنظمة UWB للاتصالات وتتبع الموقع. للحصول على السبر ، المسافة المقابلة هي 212 متر. يظهر تقييم مشترك للتداخل أثناء محاكاة مونت كارلو أنه مع دورة تشغيل شبكة محلية لاسلكية بنسبة 1.97 ٪ ، فإن احتمال انخفاض الحساسية للاتصالات UWB وأجهزة تتبع الموقع يزيد عن 3 ديسيبل ويتراوح من 5 إلى 15 ٪.
بالنسبة لأجهزة الاستشعار ، فإن احتمال انخفاض الحساسية بأكثر من 3 ديسيبل هو من 3 إلى 6٪. في [11] باستخدام طرق النمذجة ، يتم فحص التكوينات والسيناريوهات الإضافية. تظهر الدراسات تأثيرات كبيرة على كل من التواصل والمدى / الموقع. تتضمن هذه الدراسة أيضًا توصيات تخفيف لتحسين قابلية التشغيل البيني.
3.1.2 تأثير 802.15.4 UWB على 802.11 WLAN
تعمل أجهزة UWB بمتوسط EIR من -41 dBm / MHz ، ويظهر في الجدول أدناه التوهين المطلوب للإشارة للحد من فقدان حساسية جهاز UWB 802.11 بمقدار 3 ديسيبل.
الجدول 2: حساب عتبة التداخل لنظام 802.11في أسوأ الحالات ، يكون نموذج التوهين بالإشارة عند مسافة التحكم d0 = 1m.
في النطاق GHz 6 ، يبلغ dB 48 ، استنادًا إلى معادلة Friis.
باستخدام هذا النموذج ، يكون التنوع المطلوب لتوهين الإشارة بمقدار 67 ديسيبل أقل من 9 أمتار. يرجى ملاحظة أن هذا هو أسوأ سيناريو لأن تأثيرات الفحص ومناطق الرؤية غير المباشرة لا تؤخذ في الاعتبار ؛ أنها سوف تقلل من التنوع المطلوب.
للتوضيح ، يوضح الجدول التالي توهين الإشارة عند المسافة المرجعية d0 ، وكذلك الحد الأدنى من مسافات الفصل المطلوبة ، على سبيل المثال ، الترددات من 3 GHz إلى 6 GHz:
الجدول 3 مرجع لخسارة المسير3.2 802.15.4 الأنظمة المتوافقة
يمكن أن تعمل RCC PHYs في نطاقات كما هو موضح في الجدول 1. على ما يبدو ، لن يتم تشغيل RCC PHYs على مقربة من أنظمة UWB. RCC تستخدم أساسا في الهواء الطلق وبالقرب من خطوط السكك الحديدية.
3.3 أخرى تعتبر 802 أنظمة لاسلكية
يصف الرابط [8] بالتفصيل خصائص التوافق بين الأنظمة القائمة على 802.15.4 UWB و 802.16. تظهر النتائج أن قيمة PER تنخفض إلى أقل من 1٪ على مسافة تباعد تبلغ 1 m ، وعندما تكون المسافة بين المباعدة> 6.9 m ، يصبح التأثير على 802.16 من إشارة LWP UWB ضئيلاً.
تظهر النتائج أنه عند استخدام نظام 802.16 كمصدر للتداخل ونظام HRP UWB ككائن للتأثير ، ينخفض المؤشر إلى أقل من 1٪ عند مسافة فصل تبلغ 44 مترًا وعند مسافة فصل تزيد عن 140 متر يصبح غير مهم.
تشبه بنية الإشارة وعرض النطاق والكثافة الطيفية للقدرة لرمز LRP تمامًا إشارة HRP ، لذلك ينبغي أن تكون نتائج LRP مماثلة لتلك الموضحة في المرجع. [8]
4. 802.15.4 نظام UWB
يصف هذا الحكم حالة التوافق لهذا التعديل وأنظمة UWB 802.15.4 الحالية.
4.1 HRP
802.15.4a القديمة HRP و 802.15.4z HRP وسائط جديدة تستخدم تسلسل الديباجة لمزامنة وقياس المسافات. تم تصميم كلا المعيارين التسلسليين ليكونا أكثر موثوقية في ظل ظروف التداخل. سيكون للتسلسلات في كلا المعيارين ارتباط منخفض للغاية مع متواليات في معيار آخر. سيكون التداخل بين المعيار بين الديباجات مطابقًا للتداخل داخل المعيار تقريبًا. كلا المعايير تستخدم عرض النطاق الترددي من 500 ميغاهيرتز. يستخدم كلاهما رمزًا 128 ns للتشغيل عند حوالي 7 ميغابايت في الثانية ورمز 32 ns للتشغيل عند 30 ميغابت في الثانية تقريبًا. 802.15.4z يستخدم HRP قيم PRF أعلى من 802.15.4z HRP. قد يختلف الضبط التلقائي لقدرة الإرسال قليلاً بسبب حدود طيف الذروة. ومع ذلك ، فإن التداخل بين المعايير سيكون أساسا نفس التداخل داخل المعيار.
4.2 LRP
تعتمد التغييرات التي أجريت على هذا التعديل على نفس طريقة الوصول إلى القناة ويتوقع أن يكون لها نفس التأثير مثل توفر أجهزة LRP القديمة في مجال التأثير الراديوي. آليات التوافق الموضحة في [9] متطابقة. من المتوقع أن تعمل أنظمة الألياف الزجاجية في دورة عمل منخفضة للغاية.
5. الخاتمة
لن يكون لأنظمة UWB الموضحة في هذا التعديل تأثير ضئيل أو معدوم على الأنظمة اللاسلكية 802 الأخرى العاملة في مجال التأثير الراديوي. تقلل قدرة الإشارة المنخفضة ودورة التشغيل المنخفضة من تأثير التداخل من إشارة UWB على أنظمة أخرى غير UWB. على وجه الخصوص ، لا يتم اكتشاف التأثير على الأنظمة الأخرى القائمة على 802.15.4 و 802.11 في نفس مجال التأثير الراديوي.
عند العمل في نفس مجال التأثير الراديوي مثل أنظمة UWB 802.15.4 القديمة ، فإن تأثير الأنظمة العاملة وفقًا لهذا التعديل يساوي أو يقل عن تأثير الأجهزة القديمة الإضافية. تعمل إضافة الديباجات و STS على تقليل التأثير على UWBs القديمة ، لأنها لا تتعرف على الإشارات في الأنظمة القديمة وبالتالي فهي أقل من مستوى الضوضاء.
وككائن للتداخل ، ستكون أنظمة UWB الموصوفة في هذا التعديل متوافقة مع أنظمة UWB التقليدية ، حيث سيتم التعرف على الإشارات الصادرة منها ومعالجتها بشكل صحيح. في ظل وجود أنظمة قائمة على 802.11 تعمل على مقربة ، من المتوقع أن يحدث تأثير كبير على نظام UWB بسبب استخدام طاقة أعلى. تعتمد درجة التأثير بدرجة أكبر على دورة تشغيل النظام (الأنظمة) 802.11. الفصل المادي يقلل من التعرض.
شكرا لاهتمامكم إذا كانت لديك أسئلة حول تقنية UWB ومرحلة تطويرها الحالية ، فأنا على استعداد للإجابة على أسئلتك في التعليقات.