Coexistence issues for ultra-wideband radio technology

The goal of this Thesis is the assessment of the radio-coexistence between Ultra-wideband radio technology (UWB-RT) and some of the most important legacy narrow-band systems: Fixed Wireless Access (FWA), Point to Point (PP), Fixed Satellite Service (FSS) and Primary Radars operating in the 2.7-2.9 GHz band. UWB-RT is the most promising alternative for current medium-range communications technologies, best suited to short range applications in personal area networking. The versatility of this technology ranges from high data rate applications as USB cable replacement to location and tracking solutions in wireless sensor networks. But UWB concept is significantly different from traditional narrow-band radio systems and spread spectrum technologies: it uses a low peak power spread over an extremely wide bandwidth so overlapping the frequency bands already assigned to other systems. The high likelihood of a wide spreading of UWB devices linked to other properties such as low power consumption, small physical size of chips (requirement for next-generation consumer electronic devices like PDA, cell phone, etc...) together with seamless connectivity and the multiple access, makes the UWB interference a big issue for peaceful radio coexistence with present and future narrow-band radiosystems. To make a fair appraisal about the UWB interference effects, this work has considered several facets of this issue starting from analyzing the features of UWB signals up to the integration of these characteristics within a communication system architecture; the requirements on the correct operation of the potential victim systems have been perused basing on ITU documents and detecting a criterion to measure the degradation of the performances due to UWB interference. Two reference scenarios have been identified to measure the UWB aggregate interference received by the generic victim receiver and how this UWB power is dependent on several parameters (some related to the adopted UWB signals and system such as modulation techniques or presence of a power control algorithm, some else linked to the features of the antenna and/or the operative centre frequency of the victim receiver, others associated with the propagation models).

Il fine di questa Tesi è la valutazione della coesistenza radio tra la tecnologia radio Ultra-wideband (UWB-RT) e alcuni tra i più importanti sistemi a banda stretta in vigore: Fixed Wireless Access (FWA), Point to Point (PP), Fixed Satellite Service (FSS) e Radar primari operanti nella banda di frequenza 2.7-2.9 GHz. UWB-RT è la pIù promettente alternativa per le presenti tecnologie di comunicazioni a medio raggio, assai ben adatta ad applicazioni su corto raggio nel networking in area personale. La versatilità di questa tecnologia spazia da applicazioni ad alto ritmo di dati come la sostituzione dei cavi USB fino a soluzioni di localizzazione e tracciamento in reti wireless di sensori. Tuttavia il concetto UWB differisce significativamente dalle tecnologie tradizionali a spettro espanso e dei sistemi radio a banda stretta: esso usa un basso picco di potenza distribuito sopra una banda estremamente larga sovrapponendosi così alle bande di frequenza già assegnate ad altri sistemi. L’alta probabilità di una vasta diffusione di dispositivi UWB collegata ad altre proprietà quali il basso consumo di potenza, la piccola dimensione dei chip (requisito per la prossima generazione di dispositivi elettronici di consumo come il palmare, il telefono cellulare, ecc...) insieme alla connettività continua e l’accesso multiplo, rende l’interferenza da UWB una grande questione per la pacifica coesistenza radio con gli attuali e futuri radiosistemi a banda stretta. Per fare una equa valutazione sugli effetti dell’interferenza UWB, questo lavoro ha considerato parecchi lati di questa questione dall’analizzare le caratteristiche dei segnali UWB fino all’integrazione di tali caratteristiche all’interno di un’architettura per un sistema di comunicazione; i requisiti sul corretto funzionamento dei potenziali sistemi vittima sono stati studiati con attenzione basandosi sui documenti ITU ed individuando il criterio per misurare la degradazione delle prestazioni dovute all’interferenza UWB. Due scenari di riferimento sono stati identificati per misurare l’interferenza aggregata UWB ricevuta dal generico ricevitore vittima e come tale potenza UWB dipenda da parecchi parametri (alcuni relativi al sistema e ai segnali UWB adottati quali tecniche di modulazione o presenza di un algoritmo di controllo della potenza, qualcun altro collegato alle caratteristiche dell’antenna e/o della frequenza centrale operativa del ricevitore vittima, altri associati ai modelli di propagazione).