Bei den "herkömmlichen" Kommunikationstechniken - z.B. Bluetooth, Wireless Local Area Network (WLAN) oder Global System for Mobile Communication (GSM, "Natel") - wird ein hochfrequenter "Träger" (z.B. 2.4 GHz) schmalbandig (Modulationsbandbreite um 1%, z.B. 80 MHz) mit den zu übertragenden Daten moduliert. Die gesamte Sendeleistung (z.B. bis 1 W bei GSM) ist dabei in dem schmalen Frequenzband konzentriert.

Bild 1 : Vergleich der Signale im Zeit- und Frequenzbereich bei herkömmlichen Kommunikationstechniken (links) und Ultra Wideband Communication (rechts)

Eine "neue" drahtlose Übertragungstechnik, für die in den USA von der Federal Communications Commission (FCC) bereits ein Frequenzband (Word), (pdf) zum experimentellen Gebrauch ohne Lizenzzwang freigegeben ist, beruht im Gegensatz zu den herkömmlichen Techniken auf der Übertragung von sehr kurzen und damit breitbandigen Pulsen.

Bild 2 : Von der FCC in den USA vorläufig für UWB freigegebenes Frequenzspektrum

In Europa und in Japan wird eine ähnliche Lösung, eventuell mit einer leicht veränderten spektralen Maske, derzeit diskutiert.

Vor- und Nachteile

Die herkömmlichen drahtlosen Kommunikationstechniken haben neben den Vorteilen, die sich in unzähligen Anwendungen niederschlagen, jedoch auch Nachteile, insbesondere:

• jedes Frequenzband kann in einem bestimmten Radius nur von einem Dienst belegt werden
• die Modulationsbandbreite bestimmt im Wesentlichen die verfügbare maximale Datenrate (typisch: Datenrate [bit/s] ˜ 1.. 5 x Modulationsbandbreite [Hz])

Im Vergleich zu den bekannten Kommunikationstechniken verspricht UWB folgende Vorteile:

• Auf kurze Entfernung (<1m) sehr hohe Datenrate (theoretisch bis 1 Gb/s).
• Kompatibilität zu bestehenden Funktechnologien, da Emissionsspektrum von UWB für bestehende Dienste als Rauschen interpretiert wird.
• Information ist in kurzen Pulsen kodiert – Dekodierung erfordert Ermittlung Laufzeit – bekannte Laufzeit kann zur Distanzmessung verwendet werden.
• Hohe Datenrate auf kurze Entfernung in Verbindung mit geringer Leistung (=Reichweite) und Kodierung der Information im Zeitbereich (Pulslaufzeit) ergibt eine hohe räumliche Übertragungsdichte ("spatial capacity"), gemessen in bit/s/m2.

UWB F&E weltweiter Stand

Die Eigenschaften (s. Vor- und Nachteile) von UWB ergeben sich durch theoretische Überlegungen aufgrund des zur Verfügung stehenden Frequenzspektrums. Ob reale UWB-Produkte die versprochenen Eigenschaften aufweisen, ist weltweit gegenstand der Forschung.
In der Elektronikbranche wird weltweit auf UWB als neuem "Goldesel" gehofft und an Anwendungen und Chipsätzen gearbeitet, siehe z.B. Intel. Die grossen der Branche fokussieren sich dabei klar auf die Anwendungen im so genannten "Personal Area Network (PAN)", d.h. auf die Eigenschaft der hohen Datenrate und grossen räumlichen Übertragungsdichte.
Eine gute Übersicht über den weltweiten Stand der Forschung und Entwicklung im Bereich UWB, insbesondere unter Berücksichtigung der europäischen und der schweizerischen Perspektive, gibt der Bericht des BAKOM zum Thema "Short Range Devices".

UWB F&E am IME

In diesem weltweit hochkompetitiven Umfeld betätigt sich das IME mit einem eigenen anwendungsorientierten Forschungsprojekt.
Das IME und die FHNW haben "Ultra Wideband Technology" im Herbst 2003 als technisches Schwerpunktthema festgelegt. Ein internes, 2-jähriges Forschungsprojekt ist beantragt. Ziele dieser Aktivität sind:

• Kompetenzaufbau an der FHNW und am IME
• Aufbau eines Netzwerks von interessierten Partnern in Industrie und Forschung
• Entwicklung eines Demonstrators mit Distanzmessung/Ortung

Das IME stellt die Eigenschaft von UWB zur Distanzmessung in den Vordergrund und differenziert sich damit vom globalen Fokus.

IME Publikationen zu UWB finden Sie hier

Wenn Sie sich an diesem aktuellen Thema der Kommunikationstechnik und Hochfrequenzelektronik beteiligen möchten, nehmen Sie bitte den Kontakt mit uns auf.

Contact : Dr. Alex Huber, IME