Impulse radio Ultra-Wideband technology

Ultra-Wide Band (UWB) technology is a type of wireless carrier communication technology, which occupies a wide spectrum range. UWB technology has the advantages of low system complexity, low power spectral density of the transmitted signal, robustness to channel fading, low interception ability and high positioning accuracy. Developing UWB wireless systems requires various technical challenges, including UWB channel characteristics, transceiver design, coexistence and interoperability with other narrowband wireless systems, and link and network layer design to benefit from UWB transmission characteristics. UWB makes communications robust to multipath fading. Impulse radio is a form of UWB spread spectrum signaling whose properties make it a viable candidate for short-range communications in dense multipath environments. UWB transmitters emit sequences of extremely short pulses at precise time intervals, resulting in a very low-power, noise-like signal that can coexist with other radio systems. Characteristics of impulse radios using modulation formats supported by currently available impulse signal technology, and an analytical estimate of their multiple access capabilities under ideal multiple access channel conditions is given. In order to overcome the problems caused by multipath, the concept of Rake receiver is proposed. The Rake receiver predicts the multipath propagation delay of the transmitted spread spectrum signal and combines the information obtained from the various resolved multipath components to form a stronger version of the signal. The increasing popularity of UWB technology for location-based services such as access control and real-time indoor tracking and tracing, as well as UWB support in new consumer devices such as smartphones, has led to the emergence of a variety of new products. The thesis discusses the key points of these different standards and identify the differences between them. Then it focuses on the IEEE 802.15.4 standard and describes the ranging capabilities and power consumption of the HRP and LRP UWB PHYs, with an emphasis on the IEEE 802.15.4z standard to compare the new enhancements with existing standards. Finally, the development status, research status, and possible future applications of UWB are summarized.

La tecnologia Ultra-Wide Band (UWB) è un tipo di tecnologia di comunicazione wireless, che occupa un ampio spettro. La tecnologia UWB presenta i vantaggi di una bassa complessità del sistema, una bassa densità spettrale di potenza del segnale trasmesso, robustezza all’attenuazione del canale, bassa capacità di intercettazione ed elevata precisione di posizionamento. Lo sviluppo dei sistemi wireless UWB richiede varie sfide tecniche, tra cui le caratteristiche del canale UWB, la progettazione del ricetrasmettitore, la coesistenza e l'interoperabilità con altri sistemi wireless a banda stretta e la progettazione del livello di collegamento e di rete per trarre vantaggio dalle caratteristiche di trasmissione UWB. UWB rende le comunicazioni resistenti al multipath fading. La radio a impulsi è una forma di segnalazione a spettro diffuso UWB le cui proprietà la rendono un valido candidato per le comunicazioni a corto raggio in ambienti con percorsi multipli densi. I trasmettitori UWB emettono sequenze di impulsi estremamente brevi a intervalli di tempo precisi, producendo un segnale simile al rumore a bassissima potenza che può coesistere con altri sistemi radio. Vengono fornite le caratteristiche delle radio a impulso che utilizzano formati di modulazione supportati dalla tecnologia dei segnali a impulso attualmente disponibile e una stima analitica delle loro capacità di accesso multiplo in condizioni ideali di canali di accesso multiplo. Per superare i problemi causati dal multipath viene proposto il concetto di ricevitore Rake. Il ricevitore Rake stima il ritardo di propagazione del multipercorso del segnale a spettro esteso trasmesso e combina le informazioni ottenute dai vari componenti multipercorso risolti per formare una versione più forte del segnale. La crescente popolarità della tecnologia UWB per servizi basati sulla posizione come il controllo degli accessi e il tracciamento e il tracciamento di ambienti interni in tempo reale, nonché il supporto UWB nei nuovi dispositivi di consumo come gli smartphone, ha portato alla nascita di una varietà di nuovi prodotti. La tesi si propone di discutere i punti chiave di questi diversi standard e identificare le differenze tra loro. Poi si concentra sullo standard IEEE 802.15.4 e descrive le capacità di portata e il consumo energetico dei PHY HRP e LRP UWB. Quindi si focalizza sullo standard IEEE 802.15.4z per confrontare i nuovi miglioramenti con gli standard esistenti. Infine, vengono riepilogati lo stato di sviluppo, lo stato della ricerca e le possibili applicazioni future dell'UWB.