:
 
مخابرات UWB برای اولین بار در دههی 1960 معرفی شد و برای رادار، حسگر، مخابرات نظامی و کاربردهای زیست شناسی در 20 سال بعد از آن به کار رفت. در سال 2002، FCC1 رنج فرکانسی 3.1~10.6GHz را برای کاربردهای UWB باز کرد و توان انتقال آنرا به -41.3dBm محدود کرد، بدین معنا که سیستم های UWB روی فراهم کردن: توان کم، قیمت کم و عملکرد باند وسیع در مساحت کوتاه تمرکز کردند. در مقایسه با کاربردهای باند باریک طراحی المانها در سیستمهای UWB
بسیار متفاوت و چالشساز است.
 
یکی از المانهای مهم در گیرندههای UWB میکسرها هستند. میکسرها برای تبادل اطلاعات بین تعداد زیادی کانال مشابه UWB RF و از طریق آنتنها نقش کلیدی دارند. میکسر، در واقع یک مبدل فرکانس است که در مدارات مخابراتی وظیفه تبدیل(ویا ترکیب) سیگنال از یک فرکانس به فرکانس(های) دیگر را به عهده دارد. اهمیت این عملکرد هم به وضوح در تهیه و تامین فرکانسهای کاری مناسب با پایداری و نویز مطلوب است. میکسر میبایستی: (1 بهرهی تبدیل بالا، که اثرات نویز در طبقات بعدی را کاهش دهد. NF (2 کوچک، که LNA را از داشتن یک بهرهی بالا راحت کند. (3
 
خطی بودن بالا، که رنج دینامیک گیرنده را بهبود ببخشد و سطوح اینترمدولاسیون2 را کاهش دهد. هر کارایی بایستی توسط مصالحه در طراحی میکسر بهدست آید. میکسر سلول گیلبرت با برخی تغییرات در ساختار آن نتایج قابل قبولی برای کاربرد در سیستمهای UWB به دست میدهد.
 
مقصود ما در این سمینار بررسی ساختارهای مناسب میکسر جهت استفاده در سیستمهای فراپهن باند UWB با استفاده از تکنولوژی CMOS است. برای این منظور ابتدا سیستم های UWB در فصل اول بررسی میگردند. سپس در فصل دوم میکسرهای گوناگون مورد بحث قرار گرفته و کاراییهای آنها مقایسه می شود. در فصل سوم یازده مقالهایی در این زمینه را که در سالهای اخیر طبع رسیده است تک تک بررسی کرده و در انتها در فصل چهارم نتایج به دست آمده و مزایا و معایب هر روش بیان میگردد.
 
 
.1 فصل اول
 
سیستمهای فرا پهن باند (UWB)
 
1.1   تاریخچه
 
در طول دهههای اخیر پیشرفت سریع ارتباطات باعث ایجاد تقاضا برای قطعات بهتر و ارزانتر و همچنین تکنولوژیهای پیشرفتهتر شده است. افزایش تقاضا برای انتقال سریع و افزایش نرخ اطلاعات در عین مصرف کم توان تاثیرات شگرفی را بر تکنولوژی ارتباطات ایجاد کرده است. در هر دو بخش مخابرات بیسیم وسیمی این گرایش منجر به استفادهی هرچه بیشتر از مدولاسیونهایی با استفادهی بهینهتر از طیف فرکانسی ویا افزایش پهنای کانالها گشته است. این روشها به همراه روش های مهندسی برای کاهش توان، به منظور تولید تراشههای ارزان و با مصرف توان کم در صنعت استفاده می شود.
 
افزایش وگسترش استانداردها نه تنها باعث شده که سیستمها با طیفهای شلوغتری از لحاظ فرکانسی روبرو باشند بلکه باعث شده است تا سیستمها به سوی چند استاندارده بودن سوق داده شده و قابلیت انطباق با استانداردهای مختلف را داشته باشند. در حقیقت این پیشرفت تکنولوزی منجر به طراحی و تولید دستگاههایی شده است که قابلیت کارکرد در باندهای وسیعتری را داشته باشند، مانند تکنولوژی فرا پهن باند . (UWB)
 
تکنولوژی فرا پهن باند (UWB) به شیوهی کاملاً متفاوتی از سایر تکنولوژی ها از باند فرکانسی استفاده میکند. این سیستمها از پالسهای باریک و پردازش سیگنال در حوزهی زمانی برای انتقال اطلاعات استفاده میکنند، بدین صورت سیستم های فرا پهن باند (UWB) قادرند در بازهی زمانی مشخص اطلاعات بیشتری را نسبت به سیستمهای قدیمیتر منتقل کنند زیرا حجم انتقال اطلاعات در سیستمهای مخابراتی به صورت مستقیم با پهنای باند تخصیص یافته و لگاریتم (Signal to SNR Noise Ratio) متناسب است.
 
میتوان گفت که اولین سیستم بیسیم که توسط گاگلیرمو مارکونی در سال 1987 نمایش داده شد، خصوصیات رادیوی فراپهنباند را دارد. اولین فرستندههای جرقهای مارکونی فضای زیادی از طیف را از فرکانسهای بسیار پایین تا فرکانسهای بالا را اشغال می کردند. همچنین این سیستمها به طور غیراتوماتیک از پردازش زمان استفاده مینمودند. چون کد مورس توسط اپراتورهای انسانی ارسال و دریافت می شد .
 
پایه و اساس سیستمهای نوین فراپهنباند در دهه 80 توسط راس و با کار انجام شده در مرکز تحقیقاتی Sperry بنیان گذاشته شد. تأکید بر استفاده از UWB به عنوان یک ابزار تحلیلی برای کشف خصوصیات شبکههای مایکروویو و خصوصیات ذاتی مواد بود. این تکنیکها به طور منطقی گسترش یافتند تا تحلیل و تولید تجربی المان های آنتن را انجام دهند. موفقیتهای اولیه باعث تولید سیستمی خانگی شد تا خصوصیات پاسخ ضربه اهداف یا موانع را اندازهگیری کند.
 
این رویکرد استفاده از رادارهای کوتاهبرد، نیاز به محفظه بدون انعکاس برای مطالعه اهداف رادار را برطرف کرد، زیرا انعکاسهای ناخواسته از دیوارها و سقفها را میتوان با تکنیک های گیت زمانی حذف کرد. استفاده از UWB، و تکنیکهای پردازش حوزه زمان آن، نیاز بزرگی را در اوایل دوره ظهور
 
کامپیوتر برطرف کرد. مدارهای منطقی پرسرعت، در حد نانو ثانیه در اواخر دهه 60 و اوایل دهه 70،
 
دستیابی به سرعتهای بالاتر را ممکن ساخت. ولی لازم بود که حجم زیادی از اطلاعات میان پردازنده اصلی کامپیوتر و تجهیزات ورودی و خروجی متعدد منتقل شود. این مشکل با تکنیک های پردازش حوزه زمان و ارسال چندین سیگنال روی خط ارتباطی حل شد. تکنیک فوق توسط راس و همکارانش اختراع و به ثبت رسید. این اختراع عاملی کلیدی در مخابرات UWB گردید. از این مرحله تا ایجاد مخابرات بیسیم UWB راه زیادی نیست.
 
پیشرفتهای دیگر در دههی 70 باعث پیدایش اصول لازم برای توصیف و تولید کامل رشته الکترومغناطیس حوزه زمان شد. در دهههای 80 و 90، الکترومغناطیس حوزه زمان به مخابرات بیسیم و به خصوص مخابرات راه نزدیک و محیط های چند مسیره و متراکم اعمال میشد. شاتز این کاربری را با جزئیات بیان کرده و مزایا و معایب آن را شناخته است. او نشان داد که میتوان تعداد زیادی از این سیستمها را در یک مکان به کار انداخت و سیگنالهای پهنباند به مراتب بیشتر از سیگنالهای باریکباند نسبت به آثار مخرب چندمسیری مصونیت دارند.
 
یکی از کاربردهای بالقوه مخابرات UWB ارائه خدمات به کاربرهای متعدد در محیطهای چندمسیره است، ولی چالش سیستم، همزیستی آن در طیف رادیویی شلوغ فعلی است. مزایای این سیستم ممکن است بر معایب آن نچربد، و شاید دیگر روشهای بی سیم در محیطهای چند مسیره و متراکم به خوبی روش فوق کار کنند. دیگر کاربرد مهم روش فوق در حسگرها است، مثلا رادارهای تفکیک بالا و کوتاهبرد. این کاربرد نیاز بسیار کمتری به پردازش سیگنال دارد و مدارهای الکترونیکی بسیار سادهتری نیز دارد ولی به اندازهی دیگر سیستمهای پیچیده مخابراتی جلب توجه نکرده است.
 
یکی از اولین کاربردهای آن، رادارهای نفوذ در زمین بود. در سال 1974، موری، یک رادار به نام خود ثبت کرد که به دلیل استفاده از باند بسیار پهنی از فرکانسها، میتوانست حدود یک تا چند متر در زمین نفوذ کند. این امتیاز بعدها باعث یک موفقیت تجاری شد.
 
UWB  1.2 در قوانین FCC1
 
در سال 2002، FCC رنج فرکانسی 3.1~10.6Ghz را برای کاربردهای UWB باز کرد و در اولین گام FCC توان خروجی سیستمهای UWB

 را به -41.3dBm/MHz محدود کرد، این محدودیت این امکان را برای سیستم های UWB ایجاد میکند که بدون اینکه توان سیگنال خروجی آنها توسط سیستمهای باند باریک مجاور احساس شود از پهنای باند وسیعی برای انتقال اطلاعات خود استفاده کنند. محدودیتهایی که برای توان انتشار این سیستمها ایجاد شد ، عمدتاً محدودیتهایی بودند که برای حفاظت از سیستم GPS و سایر سیستمهای دولتی که در باند فرکانسی 690MHZ~1610MHz

 
کار میکنند مطرح شده بود. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است این ماسک توان همچنین
 
برای سایر سیستمهای دولتی که عملکرد آنها در فاصلهی 3.1GHz~10.6GHz یعنی باندی که برای کاربرد داخلی UWB تعریف شده است نیز کاربرد دارد.
 
شکل -1 طرح ماسک توان برای سیستم UWB بر حسب فرکانس
 
بنا به تعریف FCC پهنای -10dB یک سیگنال UWB بزرگتر از %25 فر کانس مرکزی یا بزرگتر
 
از 1.5GHz میباشد. سیستمهای فرا پهن باند با عرض باند بیش از 7GHz در بازه فرکانسی 3.1GHz~10.6GHz با سطح توان مجاز -41.3dBm/MHz فعالیت میکنند. هر کانال رادیویی در این سیستمها بسته به فرکانس مرکزی خود میتواند عرض باندی بیش از 500MHz داشته باشد. طرح
 
انتقال OFDM1 به عنوان اولین کاندیدا برای UWB در مارچ 2003 در جلسهی گروهی IEEE 802.15.3a مطرح شد.
 
روش دیگری که برای انتقال مطرح شده استفاده از ارسالهای پالس بسیار کوتاه به همراه مدولاسیون قطبی است. مهمترین دلایل استفاده از استاندارد IEEE 802. 15.3a برای انتقال طرح چند بانده2 به شرح زیر است:
 
(1 انعطاف پذیری طیفی: استفاده از طرح چند بانده این امکان را برای سیستمها فراهم میکند که بتوانند به صورت همزمان با سیستمهای قدیمیتر کار کنند در حالیکه تخصیص یک باند پیوسته با استانداردهای قدیمی ممکن است محدودیتهای زیادی ایجاد کند.
 
(2 انرژی جمع آوری شده در هر بازه فرکانسی با افزایش پهنای باند افزایش می یابد، در نتیجه ترجیح بر کاهش تعداد این بازههای فرکانسی است.
 
(3 پهنای باند کم در گیرنده ها به کاهش مصرف توان میکسر و نیاز به خطی بودن آن کمک می کند.
 
(4 یک ساختار تماًما دیجیتال برای پردازش سیگنال نسبت به یک ساختار تک بانده در همان باند فرکانسی قابل دسترستر میباشد.
 
(5 شکل دهی آسانتر پالسها در فرستنده: ترکیب پالسهای طولانیتر در فرستندهها به سادگی انجام میشود، همچنین میزان اعوجاج سیگنالها به هنگام عبور از تراشهها کاهش محسوسی مییابد.
دو طرح کلی در یک سیستم انتقال چند بانده موجود است: طرح پالسی وطرح .MBOA1
 
گروه کاری IEEE 802. 15.3a در حال حاضر بر روی گسترش استانداردهای مربوط به UWB
 
برای تخصیص و استفاده از باند وسیع فرکانسی آن کار میکند. از دو روش گفته شده در بالا طرح چند بانده MBOA از مدولاسیون تقسیم فرکانسی قائم2 در باند فرکانسی با پهنای باند 528MHz برای انتقال اطلاعات استفاده میکند. با وجود اینکه این روش، راه حل مناسبی برای حل مشکل تداخلات چند مسیره است اما از طرف دیگر احتیاج به سیستمهای پیچیدهتر با میزان خطی بودن بیشتر و یا یک سیستم کدینگ دارد.
 
طرح دنباله مستقیم3 در استاندارد IEEE 802. 15.3a از ارسال پالسهایی با پهنای باند 2.1GHz که بوسیلهی سوئیچزنی باینری مدوله شدهاند استفاده می کند. با این وجود این سیستم نیز به همان اندازه سیستمهای قبلی از پیچیدگی و مصرف توان برخوردار است.
 
به دلیل آنکه سیستمهای UWB سیستمهایی با همپوشانی فرکانسی نسبت به تداخلات داخلی باند میباشند طبق استاندارد FCC توان خروجی بسیار کمی نسبت به سیستمهای فرکانسی باند باریک با باند فرکانسی یکسان دارند. بنابراین برعکس اثرات تداخلی بسیار کمی که سیگنالهای UWB بر روی سیستمهای باند باریک دارند خود به شدت تحت تاثیر این سیستمها قرار میگیرند، به عنوان مثال برای جلوگیری از تداخل سیگنال های یک سیستم 802.11 در فاصله یک متری و دمدولاسیون یک سیگنال
 
UWB در فاصلهی ده متری، احتیاج به 65dB تضعیف در صورت عدم وجود فیلترینگ در بخش باند
 
 
پایه داریم. برای جلوگیری از چنین تداخلاتی سیستمهای UWB معمولاً باند U-NII (5.725GHz~5.825GHz) را فیلتر کرده و از آن استفاده نمیکنند.
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)