תחום רחב סרט

תחום רחב סרט (אנגלית: Ultra Wide Band, UWB) הוא טכנולוגיית שידור מידע בתחום תדרי הרדיו (RF) המתפרשת על פני רוחב סרט גדול שאמור לחלוק את אותו הספקטרום עם משתמשים נוספים. הוועדה הפדרלית לתקשורת של ארצות הברית (Federal Communications Commission - FCC), אישרה את השימוש בו בתחומים של 3.1-10.6 ג'יגה-הרץ. כך ניתן לאפשר שימוש נוסף בתחומי הרדיו המוגבלים ובאותו זמן לאפשר גם קצב מידע גבוה עבור רשתות פרטיות (Wireless Personal Area Network -WPAN), תקשורת אלחוטית בטווחים קצרים של עד 10 מטרים (SRW- Short Range Wireless), וכן אפליקציות לטווח ארוך וקצב מידע נמוך כגון מכ"מים ומערכות דימות. למעלה מ-50 מכשירים ושימושים הוגדרו על ידי ה–FCC ב-UWB, רובם מכ"מים, מערכות דימות ומיקום.

סקירה

עד לא מזמן מקובל היה להתייחס ל-UWB כאל פולס רדיו, אולם הוא הוגדר על ידי ה-FCC במונחים של שידור מאנטנה הפולטת אות ברוחב פס שהוא הנמוך נמוך מבין 1.5 ג’יגה הרץ או 25 אחוז מרוחב הפס החלקי בתחום.

שיעור החזרות (repetition) של הפולס יכול להיות נמוך או גבוה מאוד. מכ"מים מבוססי פולס ומערכות דימות נוטים להשתמש בשיעור חזרות נמוך, ככלל בטווח של 1 עד 10 מגה-פולסים בשנייה. מנגד, מערכות תקשורת מעדיפות שיעורי החזרות גבוהים, בדרך כלל בטווח של 1 עד 2 ג'יגה פולסים בשנייה, וכך מאפשרות ביסוס מערכות תקשורת לטווח קצר של ג'יגה ביט לשנייה. כל פולס מבוסס UWB תופס את כל תחום רוחב הפס, ובכך "מרוויחים" חסינות רבה מפני דעיכה ועיוותים (multipath-fadings), המהווים גורם בעייתי במערכות בעלות גל נושא (carrier-based systems).

צפיפות הספק: הגבלת ה-FCC עבור צפיפות ההספק הספקטראלית הנפלטת בתחום נמוכה משמעותית מזו של חלקים מסוימים בספקטרום. בשל עוצמת פליטה נמוכה יחסית, מערכות UWB נוטות להיות קצרות טווח. אולם, בשל העובדה שמשך הפולסים המשודרים ב-UWB קצר מאוד, ניתן לשלוח מידע בקצבים גבוהים מאוד, וכך, קצב שידור מוחלף בטווח על ידי כיול מספר פולסים לכל ביט מידע.

השוואה למערכות גל-נושא: הבדל משמעותי נוסף בין שידורים רגילים לבין אלו של ה-UWB, הוא ששידורים רגילים (מבוססי גל נושא) משדרים אינפורמציה על ידי שינוי ההספק, התדר או המופע בתדרים המתאימים למערכת, ואילו שידורי ה-UWB מבוצעים על ידי יצירת פולס אנרגיה בזמנים קבועים ומוגדרים בעלי טווח תדרים רחב.

שימושים

שימושים אפשריים לפי הצהרת ה-FCC (מ-22 באפריל 2002):

1. מערכות דימות (Imaging systems)

• מערכות מכ"ם חודרות קרקע (GPRs-Ground Penetrating Radar systems):

חייבות לפי התקן לפעול מתחת ל-960 מגה הרץ או בתחום שבין 3.1 ל-10.6 ג’יגה הרץ. מערכות כאלו יפעלו רק בקרבת האדמה למטרות של גילוי ויצירת תמונה של חפצים קבורים. האנרגיה של המערכות הנ"ל יהיו מכוונות ישירות כלפי האדמה לשם כך. השימוש במערכות מסוג זה מוגבל אך ורק לגורמי אכיפת חוק, מערך הכבאות וההצלה, לשם מחקרים מדעיים ולחברות כריה ובינוי מסחריות.

• מערכות דימות קירות (Wall Imaging systems):

חייבות לפעול מתחת ל-960 מגה הרץ או בתחום שבין 3.1 ל-10.6 ג’יגה הרץ. מעוצבות לשם איתור של חפצים המוכלים בתוך 'קיר', כדוגמת מבני בטון, גשרים וקירות מכרות. השימוש במערכות מסוג זה מוגבל אך ורק לגורמי אכיפת חוק, מערך הכבאות וההצלה, למחקרים מדעיים ולחברות כרייה ובינוי מסחריות.

• מערכות ראייה דרך קירות (Through Wall Imaging systems):

חייבות לפעול מתחת ל-960 מגה הרץ או בתחום שבין 1.99 ל-10.6 ג’יגה הרץ. המערכות נועדות לשמש באיתור מיקום או תנועה של אנשים או חפצים אשר הנמצאים בצדו האחר של מבנה דוגמת קיר. השימוש במערכות מסוג זה מותר רק לגורמי אכיפת חוק ולמערך הכבאות וההצלה.

• מערכות עקיבה (Surveillance systems):

מערכות שכאלו יפעלו כ'גדר הגנה' על ידי יצירת שדה RF תוחם, ובכך לאתר חדירה של אדם או חפץ כלשהו לתוך השדה. השימוש יוגבל לגורמי אכיפת חוק, מערך הכבאות וההצלה לשימושים ציבוריים ותעשייתיים.

• מערכות רפואיות (Medical systems):

חייבות לפעול בתחום שבין 3.1 ל-10.6 ג’יגה הרץ. מערכות דימות רפואית יכולות לשמש לצורך התבוננות לתוך גוף אדם או חיה. השימוש רק במסגרת רפואית מפקחת.

2. מערכות מכ"ם לרכב (Vehicular Radar systems): משמשות כמכ"מים ניידים ופועלות בתחום שבין 22 ל-29 ג’יגה הרץ בעזרת אנטנות כיווניות על כלי רכב. המערכות מסוגלות לאתר מיקום ותנועה של חפצים באזור כלי הרכב, מאפשרות מניעת התנגשותם ברכב, וכן תורמות לפעילות משופרת של כריות אוויר.

3. מערכות תקשורת ומדידה (Communication and Measurement systems): משמשות למגוון רחב של מכשירי UWB, בהם רשתות ביתיות ומשרדיות מהירות ביותר וכן אמצעי למדידת אחסון בהתאם להגבלות התדר וההספק. פועלות בתחום שבין 3.1 ל-10.6 ג’יגה הרץ.

שימושים לתקשורת אלחוטית

צמיחת טכנולוגיית ה -UWB בעולם התקשורת האלחוטית הפרטית נובעת ממספר גורמים:

• ביקוש גבוה עבור מערכות אלחוטיות ניידות ביתיות (קצרות טווח), עם קצב נתונים גבוה.
• צפיפות יתר ההולכת וגדלה בספקטרום המחולק והמאושר בדרכים המסורתיות.
• עליית מהירות התקשורת הקווית באינטרנט.
• עלות נמוכה בשל פשטות המשדר/מקלט.
• ירידה בעלות וכוח צריכה עבור מעבדי אותות ומוליכים למחצה.

שידור אלחוטי בטכנולוגית UWB מבוסס על יצירת סדרה של פולסים קצרים ומדויקים מאוד שנמשכים פחות מ-1ns, המשודרים במרווחים לא קבועים אך ידועים מראש. אלו מסמלים רצף של סיביות מידע, היוצרים רוחב פס גדול מאוד (ככל שהפולסים קצרים יותר כך רוחב הפס גדול יותר), פולסים אלו מועברים בקצב העברת נתונים בין 110Mbps - 480Mbps. קבועי זמן אלו דורשים מהמשדר ומהמקלט להיות תואמים אחד לשני ברמת דיוק גבוהה מאוד (אחד חלקי טריליוני שניות).

טכנולוגיה זו יכולה לחיות עם טכנולוגיות RF אחרות, וזאת לאחר הגבלות עוצמה שיושמו על ידי FCC על פני פס אולטרה-רחב, וזאת כדי ל"התחבא" מתחת לשידורי תדרים צרי פס קיימים אחרים כמו Wi-Fi, GSM ו–Bluetooth. השילוב של פרצי RF ופס רחב, מקשה מאוד (עד בלתי אפשרי) לקבוע מהו מרכז התדר, זהו גם אחד היתרונות בטכנולוגיה זו בכך שהוא מספק הגנה ברמה גבוהה. העוצמה הנמוכה מגבילה את טווח הקליטה למטרים ספורים, אבל האופי האקראי-לכאורה של הפולסים מאפשר למספר רב של משדרים לפעול בסמיכות מקום וכמעט מבלי להפריע זה לזה, אותות UWB יופיעו במקלטים שאינם UWB כרעש. בערך שש מערכות UWB יכולות לפעול ברדיוס של 10 מטר במקביל, עם הפרעה זניחה בין אחת לשנייה. ההתקנים אחרים הקיימים בתחום האלחוטי לטווח קצר לא מתאימים או לא מסוגלים לספק פתרון יעיל עבור ניהול רשתות או מנגנון ניתוב מידע המיועד למרחקים קצרים, במהירות גבוהה ובתקשורת בין התקנים רבים בו זמנית. אי יכולת זאת נובעת בשל פונקציונליות ה- (PHY (Physical layer) / MAC (Medium Access Control) הקיימת, המבוססת על טכנולוגיית הרדיו צרת הפס בשיטת הגל הנושא.

ניתן להשוות את טכנולוגיית ה–UWB לטכנולוגיה אלחוטית אחרת למרחקים קצרים הפועלת ב-WPAN כמו ה–Bluetooth, הפועל להבדיל מה–UWB בפס צר של תדרים ובעל קצב שידור נמוך יחסי. באמצעות טכנולוגית Bluetooth ניתן תאורטית להגיע עד 720 קילו-סיביות לשנייה בלבד.

פיתוח טכנולוגיה חדשה זו, חייב שיתוף פעולה מוצלח בין כל הנוגעים בעניין כדי לקבל היתר (רגולציה) לתחום, וליצור סטנדרטים חדשים בשכבה הפיזית או בפונקציונליות ה-MAC עבור מערכות אלו. קיימות חברות רבות המיישמות את טכנולוגיית UWB, עבור יישומים חדשניים שהטכנולוגיה מהווה עבורם פריצת דרך. כמו כן קיימים יישומים בשימוש צבא ארצות הברית.

יישומים מסחריים ראשונים ל–UWB ככל הנראה צפויים להיות בתחום רשתות מולטימדיה, כגון: הפצת וידאו ברשת ביתית אלחוטית, חיבור אלחוטי של אבזרים מהירים (כמו דיסקים קשיחים ומקרנים), כבלים דיגיטליים, טלוויזיות לוויין, מצלמות, נגני MP3, שימוש באינטרנט עם רוחב פס ההולך וגדל. דוגמאות יישום: בניית אולפן טלוויזיה משוכלל, עם חצי תריסר מצלמות, ללא כבלים. הורדת פס DVD משרת וידאו אלחוטי תוך שתיים-שלוש דקות. שידור של 20 עד 100 ערוצי וידאו ספרתי ממשדר אחד - ללא צורך בכבלים. עריכת ועידות וידאו אלחוטיות עם עשרות משתתפים באמצעים זולים. גבוי דיסקים או העברת קובצי תמונה בעלי נפחי מידע גדולים.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא תחום רחב סרט בוויקישיתוף