Terjemahan: IEEE 802.15.4z Standar. Apa yang menanti kita di masa depan?

Halo, Habr! Saya hadir untuk Anda terjemahan artikel "IEEE P802.15. Jaringan Area Pribadi Nirkabel . "



<sup>Terjemahan artikel: mentor.ieee.org/802.15/documents?is_dcn=coexistence%20document&is_group=004z

File:
09-Apr-2019 ET
Dokumen Koeksistensi 15.4z
Benjamin A. Rolfe (BCA / UWBA / NXP / et al)
15-18-0523-05-004z-coexistence-document-15-4z.docx</sup>

Pada bulan Februari 2019, organisasi nirlaba UWB Alliance dibentuk. Aliansi ini meliputi perusahaan-perusahaan seperti: Apple, Hyundai, Kia, Zebra, Decawave, Alteros, Novelda, Ubisense dan lainnya.

Untuk mengoordinasikan pekerjaan untuk mempromosikan dan meningkatkan teknologi untuk mentransmisikan sinyal radio dalam pita ultra-lebar (UWB atau UWB). Dalam organisasi ini, kelompok kerja diciptakan untuk mengembangkan standar IEEE 802.15.4z.

Selamat siang Nama saya Eugene, saya bekerja untuk RealTrac Technologies. Saya mengusulkan kepada pengadilan Anda terjemahan dari laporan tentang pekerjaan kelompok pengembangan standar IEEE 802.15.4z, dan saya juga akan dengan senang hati menjawab pertanyaan tentang situasi saat ini dengan teknologi jalur lebar ultra, jalur pengembangan dan aplikasi.

Pendahuluan

Dokumen ini memberikan analisis kompatibilitas singkat yang dilakukan untuk mengevaluasi kinerja sistem menggunakan 802.15.4-2015 HRP dan LRP PHY sebagaimana diubah oleh P802.15.4z sehubungan dengan 802 standar nirkabel lainnya yang dapat beroperasi dalam kisaran yang sama. .

1. Terminologi

Istilah yang digunakan dalam dokumen ini memiliki arti sebagai berikut:

"Standar dasar" berarti standar 802.15.4-2015 dan semua amandemen yang disetujui pada saat persiapan dokumen ini.

"802.15.4" berarti standar dasar.

“Amendemen ini” berarti amendemen P802.15.4z: Amandemen Standar untuk Jaringan Nirkabel Berkecepatan Rendah: Pulsa Berkecepatan Tinggi Lanjut (HRP), Pulsa Berkecepatan Rendah (LRP), UWB di lingkungan fisik (PHY) dan metode penentuan rentang frekuensi terkait.

2. Ikhtisar

Sistem berbasis 802.15.4 UWB banyak digunakan di seluruh dunia. Versi awal 802.15.4a-2007 termasuk HRP UWB PHY dalam standar, dan LRP UWB PHY ditambahkan ke 802.15.4f-2010. Amandemen P802.5.4z berlaku untuk UWB PHY dan aplikasi baru dan yang sudah ada. Sistem UWB saat ini beroperasi di seluruh dunia dengan kepadatan spektral daya sangat rendah. Dokumen ini memberikan analisis kompatibilitas dengan sistem nirkabel standar 802 lainnya, termasuk versi 802.15.4 dan sistem 802.11 saat ini.

Ada banyak sumber informasi kompatibilitas UWB. Metode yang digunakan dalam dokumen ini adalah untuk merangkum hasil mengenai kompatibilitas antara 802 sistem nirkabel yang mampu beroperasi dalam rentang frekuensi yang sama. Referensi ke CAD 802.15.4a [8] dan 802.15.4f [9] dan studi [10] [11] menggambarkan kompatibilitas UWB PHY dengan sistem berikut:

• 802.15.4 PHY beroperasi pada pita frekuensi yang tumpang tindih
• 802.16 beroperasi dalam kisaran 3,4 hingga 3,8 GHz
• 802.11 OFDM beroperasi di pita 5GHz dan 6GHz.

Di seluruh dunia, sistem UWB mentransmisikan dengan daya yang sangat rendah, biasanya terbatas pada batas kerapatan spektral daya (PSD) yang konsisten dengan emisi elektromagnetik palsu dan / atau tidak disengaja yang dibuat untuk penghasil emisi yang tidak disengaja. Misalnya, di Amerika Serikat, serta di banyak bagian Asia dan Eropa, batas PSD -41,3 dBm.

2.1 Ikhtisar UWB 802.15.4z

2.1.1 Rentang frekuensi dipertimbangkan

Gambar 1 menunjukkan rencana saluran UWB 802.15.4 yang didefinisikan dalam standar dasar dan ditambah dengan amandemen ini. Amandemen 802.15.4z mendefinisikan perangkat baru dengan kemampuan jangkauan luas yang bekerja dalam hal saluran berkecepatan tinggi; tidak ada perubahan pada perangkat yang beroperasi pada paket saluran berkecepatan rendah yang termasuk dalam amandemen ini.


Gambar 1: Grafik Spektral

Amandemen ini memperluas rencana saluran LRP, seperti yang ditunjukkan pada gambar, dengan penambahan definisi saluran ke kisaran atas UWB. Amandemen ini tidak mengubah rencana saluran HRP. Sorotan "Spektrum UWB yang Dapat Diakses Global" menggambarkan saluran dalam hal saluran UWB yang tersedia di semua domain peraturan yang mendukung perangkat LRP dan HRP sebagaimana didefinisikan dalam standar dasar dan amandemen ini. Saluran lain tersedia dalam jumlah yang lebih terbatas dari domain peraturan.

2.1.2 Standar 802 yang relevan

Tabel 1 mencantumkan standar 802 lainnya yang dapat beroperasi dalam rentang yang tumpang tindih. Informasi ini diambil dari Lampiran E hingga [5] dan [6].

Tabel 1: Standar Nirkabel Tematik Lainnya 802


Perhatikan bahwa sebagian besar aplikasi WLAN menggunakan jarak saluran 20 hingga 80 MHz. Analisis yang dimaksud dalam dokumen ini terutama berkaitan dengan penspasian kanal 5 hingga 160 MHz.

2.1.3 LRP PHY

Amandemen ini memperluas LRP PHY untuk mendukung fitur-fitur berikut:

• Format Paket PHY Baru
  Durasi frame cenderung lebih pendek - pencahayaan lebih sedikit dan pencahayaan lebih sedikit.
  
  Lebih sedikit pulsa dan panjang paket lebih pendek
  Lebih kuat dalam gangguan
  PSD dan level puncak cocok dengan UWB sebelumnya
  Tingkat energi tetap tidak berubah.
  Dibutuhkan lebih sedikit waktu dan energi untuk mengirimkan paket
  
• Modulasi dan PRF baru
  
  Tidak ada perubahan pada eksposur
  Mungkin lebih toleran terhadap kebisingan
  

2.1.4 HRP

Amandemen ini menambahkan karakteristik berikut untuk HRP PHY:

• Modulasi dan PRF baru
  
  Tidak menggunakan BPM
  Puncak PRF belum berubah
  Nilai rata-rata PRF dapat bervariasi, tetapi sama dengan energi yang sama dalam rentang pengaturan
  Kode baru memungkinkan Anda untuk mentransfer data dengan tingkat PRF yang lebih tinggi, lebih sedikit frame akan mengurangi waktu transmisi frame
  Peningkatan kecepatan transfer data telah menyebabkan biaya lebih rendah.
  
• Menambahkan kode mukadimah tambahan
• Dampak pada bentuk HRP sebelumnya
  
  Kode baru diabaikan oleh perangkat lama
  Mode PHY yang Kompatibel untuk Berinteraksi dengan Perangkat Legacy
  
• Transmisi lebih andal
  
  Kontrol yang lebih baik dari kekuatan puncak sesaat
  Jumlah relay yang diperlukan berkurang
  

2.1.5 Peningkatan MAC dan Dampaknya pada Kompatibilitas

Fitur MAC baru yang ditambahkan oleh amandemen ini menggunakan fitur MAC yang ada untuk memastikan kompatibilitas dengan perangkat legacy 802.15.4, serta untuk menjaga fitur kompatibilitas yang teruji disediakan oleh standar.
MAC dilengkapi dengan amandemen ini dengan ketentuan yang digunakan dalam mengukur jarak dalam media transmisi sebagai berikut:

• Broadcast / Multicast: Penjadwalan siaran dan komunikasi multicast
• Elemen informasi baru untuk mentransmisikan informasi yang digunakan untuk mengukur jarak pertukaran informasi yang relevan
• Fitur MAC untuk pemantauan pengukuran jarak dengan peningkatan pemeriksaan integritas
• Perubahan SAP MAC untuk mendukung peringkat baru dan alat berbagi data

Metode akses saluran yang digunakan untuk mengevaluasi status saluran dan mulai mentransmisikan data tidak diubah oleh fungsi MAC tambahan ini. Dampaknya pada kompatibilitas minimal.

2.2 Tinjauan umum mekanisme kompatibilitas dalam 802.15.4

Mekanisme kompatibilitas dalam klausa 802.15.4 dijelaskan dalam [8] dan [9]. Kompatibilitas juga ditingkatkan oleh siklus pendek 802.15.4 yang melekat, berkat arsitektur MAC, seperti yang dijelaskan dalam [13].

Perubahan MAC yang dibuat terhadap amandemen ini akan berdampak minimal pada kompatibilitas:

• Kemampuan penjadwalan baru serupa dan kompatibel dengan mekanisme kontrol akses saluran yang ada (CSMA-CA)
• Fitur-fitur baru mempertahankan kompatibilitas dalam hal pengurangan beban, siklus tugas yang efisien dan kontrol akses ke saluran, seperti yang dijelaskan dalam [8]

PHY UWB beroperasi pada daya yang sangat rendah, biasanya pada atau di bawah batas emisi elektromagnetik latar belakang. Ini biasanya membatasi dampak penghasil UWB pada sistem lain.

2.3 Metodologi Analisis Kompatibilitas

Studi kompatibilitas sebagaimana dimaksud dalam dokumen ini umumnya dilakukan sesuai dengan metodologi yang dijelaskan dalam [12] dan mempertimbangkan setiap sistem baik sebagai subjek dan objek pengaruh. Dalam dokumen ini, analisis kompatibilitas telah ditinjau untuk kepatuhannya dengan standar 802 saat ini, dan di sini kami menyajikan temuan yang relevan. 802 standar nirkabel sedang berubah, sehingga lebih banyak penelitian telah dilakukan dan disebarluaskan secara khusus mengevaluasi interoperabilitas antara sistem 802.15.4 UWB dan 802.11. Temuan penelitian ini disajikan dalam makalah ini.

Studi kompatibilitas [10] dan [11] yang dikutip dalam makalah ini menggunakan teknik simulasi Monte Carlo untuk mengevaluasi dampak potensial ketika berbagi spektrum.

3. Sistem yang berbeda dengan pita frekuensi yang sama

Klausa ini menyajikan faktor kompatibilitas dengan sistem 802 lain yang beroperasi dalam rentang frekuensi yang sama. Dalam klausa ini, dengan berbagai, artinya berbeda dari operasi IR-UWB sesuai dengan spesifikasi 802.15.4 LRP atau HRP PHY.

3.1 Kompatibilitas 802.11

Seperti dijelaskan secara terperinci dalam Lampiran E hingga [5] dan [6], sistem 802.11 dapat beroperasi dalam rentang yang berbeda, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1, dengan jarak saluran dari 5 MHz ke 160 MHz. Perangkat WLAN 802.11 dapat beroperasi dengan daya EIIRP yang relatif tinggi hingga 1000 mW (30 dBm) di beberapa wilayah. Perangkat UWB beroperasi dengan EIRP rata-rata terbatas pada - 41,3 dBm / MHz. 802.15.4 Perangkat UWB menggunakan bandwidth nominal 500 MHz atau lebih tinggi.

Studi [10] dan [11] menyajikan hasil simulasi yang menggambarkan efek dari sistem 802.11 yang beroperasi di dekat sistem berbasis UWB 802.15.4. Studi ini meneliti berbagai skenario penempatan dan kondisi operasi.

3.1.1 Dampak WLAN pada 802.15.4 UWB

Hasil untuk skenario yang dijelaskan dalam [10] dan [11] menggambarkan dampak potensial. Studi WGSE PT45 [10] mempertimbangkan gangguan tunggal dan gangguan total menggunakan metode simulasi dalam kombinasi dengan data pengukuran sinyal aktif. Hasilnya menunjukkan bahwa interferensi dari LAN nirkabel 802.11 hingga 946 meter mengakibatkan hilangnya sensitivitas lebih dari 3 dB dalam komunikasi UWB dan sistem pelacakan lokasi. Untuk berbunyi, jarak yang sesuai adalah 212 meter. Penilaian total gangguan selama simulasi Monte Carlo menunjukkan bahwa dengan siklus tugas WLAN sebesar 1,97%, kemungkinan penurunan sensitivitas terhadap komunikasi UWB dan perangkat pelacakan lokasi lebih dari 3 dB dan berkisar dari 5 hingga 15%.

Untuk sensor, probabilitas penurunan sensitivitas lebih dari 3 dB adalah dari 3 hingga 6%. Dalam [11] menggunakan metode pemodelan, konfigurasi dan skenario tambahan diselidiki. Studi menunjukkan efek signifikan pada komunikasi dan jangkauan / lokasi. Studi ini juga mencakup rekomendasi mitigasi untuk meningkatkan interoperabilitas.

3.1.2 Dampak 802.15.4 UWB pada 802.11 WLAN

Perangkat UWB beroperasi dengan EIRP rata-rata -41 dBm / MHz, redaman sinyal yang diperlukan untuk membatasi hilangnya sensitivitas perangkat UWB 802.11 sebesar 3 dB ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

Tabel 2: Perhitungan Ambang Batas Interferensi untuk Sistem 802.11


Dalam kasus terburuk, model atenuasi sinyal pada jarak kontrol d0 = 1m.

Dalam pita 6 GHz, itu adalah 48 dB, berdasarkan persamaan Friis.

Menggunakan model ini, keragaman yang diperlukan untuk pelemahan sinyal 67 dB adalah kurang dari 9 m. Harap perhatikan bahwa ini adalah skenario terburuk karena efek penyaringan dan area visibilitas tidak langsung tidak diperhitungkan; mereka selanjutnya akan mengurangi keanekaragaman yang dibutuhkan.
Untuk menggambarkan, tabel berikut menunjukkan pelemahan sinyal pada jarak referensi d0, serta jarak pemisahan minimum yang diperlukan, misalnya, frekuensi dari 3 GHz ke 6 GHz:

Tabel 3 Referensi untuk path loss

3.2 802.15.4 Sistem yang Kompatibel

PHY RCC dapat beroperasi dalam rentang seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Tampaknya, PHY RCC tidak akan dioperasikan dalam jarak dekat dengan sistem UWB. RCC terutama digunakan di luar dan di dekat jalur kereta api.

3.3 Sistem Nirkabel 802 Yang Dianggap Lain

Tautan [8] menjelaskan secara rinci sifat kompatibilitas antara sistem berbasis 802.15.4 UWB dan 802.16. Hasilnya menunjukkan bahwa nilai PER jatuh di bawah 1% pada jarak spasi 1 m, dan ketika jarak spasi> 6,9 m, efek pada 802.16 dari sinyal LWP UWB menjadi diabaikan.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketika menggunakan sistem 802.16 sebagai sumber interferensi dan sistem HRP UWB sebagai objek pengaruh, indikator turun di bawah 1% pada jarak pemisahan 44 m dan pada jarak pemisahan lebih dari 140 m itu menjadi tidak signifikan.

Struktur sinyal, bandwidth, dan kerapatan spektral daya dari simbol LRP sangat mirip dengan sinyal HRP, sehingga hasil untuk LRP harus serupa dengan yang ditunjukkan dalam Pustaka [8].

4. Sistem UWB 802.15.4

Ketentuan ini menjelaskan situasi kompatibilitas untuk amandemen ini dan sistem UWB 802.15.4 yang ada.

4.1 HRP

802.15.4a HRP lama dan mode HRP 802.15.4z baru menggunakan urutan mukadimah untuk menyinkronkan dan mengukur jarak. Kedua standar urutan dirancang agar lebih andal dalam kondisi gangguan. Urutan di kedua standar akan memiliki korelasi yang sangat rendah dengan urutan di standar lain. Gangguan antar standar antar mukadimah hampir identik dengan gangguan intra-standar. Kedua standar menggunakan bandwidth 500 MHz. Keduanya menggunakan simbol 128 ns untuk operasi pada ~ 7 Mbps dan simbol 32 ns untuk operasi pada ~ 30 Mbps. HRP 802.15.4z menggunakan nilai PRF lebih tinggi dari HRP 802.15.4z. Penyesuaian otomatis daya pancar mungkin sedikit berbeda karena keterbatasan spektrum puncak. Namun, interferensi standar pada dasarnya akan sama dengan gangguan intra-standar.

4.2 LRP

Perubahan terhadap amandemen ini bergantung pada metode akses saluran yang sama dan diharapkan memiliki dampak yang sama dengan ketersediaan perangkat LRP tambahan yang usang di bidang pengaruh radio. Mekanisme kompatibilitas yang dijelaskan dalam [9] identik. Sistem fiberglass diharapkan beroperasi pada siklus kerja yang sangat rendah.

5. Kesimpulan

Sistem UWB yang dijelaskan dalam amandemen ini akan berdampak minimal atau tidak berdampak pada 802 sistem nirkabel lain yang beroperasi di bidang pengaruh radio. Daya sinyal rendah dan siklus kerja rendah mengurangi dampak gangguan dari sinyal UWB pada sistem selain UWB. Secara khusus, dampak pada sistem lain berdasarkan 802.15.4 dan 802.11 dalam lingkup pengaruh radio yang sama biasanya tidak terdeteksi.

Ketika bekerja di bidang pengaruh radio yang sama dengan sistem legacy UWB 802.15.4, dampak sistem yang beroperasi sesuai dengan amandemen ini sama dengan atau kurang dari efek perangkat legacy tambahan. Menambahkan pembukaan dan STS mengurangi dampak pada UWB lawas, karena mereka tidak mengenali sinyal dalam sistem lama dan dengan demikian di bawah tingkat kebisingan.

Sebagai objek gangguan, sistem UWB yang diuraikan dalam amandemen ini akan kompatibel dengan sistem UWB tradisional, karena sinyal dari mereka akan dikenali dan diproses dengan baik. Dengan adanya sistem berbasis 802.11 yang beroperasi dalam jarak dekat, dampak signifikan pada sistem UWB diperkirakan karena penggunaan daya yang lebih tinggi. Tingkat dampak paling tergantung pada siklus operasi sistem 802.11. Pemisahan fisik mengurangi paparan.

Terima kasih atas perhatian anda Jika Anda memiliki pertanyaan tentang teknologi UWB dan tahap pengembangannya saat ini, saya siap menjawab pertanyaan Anda di komentar.