فناوری فراپهن‌باند و مسائل قانونی

اصطلاح فراپهن‌باند (UWB) به خصوصیات طیفی این فناوری اشاره دارد و بر اساس کاری است که منجر به انجام تحقیقی در وزارت دفاع آمریکا گشت. عبارات جایگزین برای این اصطلاح «رادار ضربه‌ای»، «رادیوی ضربه‌ای»، «حامل بی‌نیاز»، «بدون حامل»، «دامنه زمان»، و مانند آن است. اصل اولیه این است که پالس کوچکی (در حوزه زمان)، که به آن ضربه هم گفته می‌شود، تولید، ارسال، دریافت، و پردازش می‌شود.
اصل حاکم بر هر سیگنال رادیویی رابطه میان زمان پالس و پهنای باند اشغال شده توسط آن است. بر اساس تبدیل فوریه، پالسی که مدت زمان T ثانیه (در حوزه زمان) طول بکشد، به اندازه ۲/T هرتز در حوزه فرکانس فضا اشغال می‌کند. مثلاً، پالسی با زمان حدود نانوثانیه در حوزه زمان، حدود ۲ گیگاهرتز پهنای باند در حوزه فرکانس اشغال می‌کند. یک مثال از پردازش سیگنال در حوزه زمان، مدولاسیون موقعیت پالس (Pulse Position Modulation) است.
یک قطار پالس با فواصل زمانی مساوی را درنظر بگیرید. پردازش گیرنده نشان می‌دهد که پالس دریافتی در محل صحیح خود است یا دیرتر یا زودتر از موعد دریافت شده است. در PPM، پالسی که با تأخیر دریافت شده، نماد «صفر» و پالسی که زودتر دریافت شده، نماد «یک» را دارد.
۱) تاریخچه فناوری فراپهن‌باند
می‌توان گفت که اولین سیستم بی‌سیم که توسط گاگلیرمو مارکونی در سال ۱۹۸۷ 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 می‌کردند. همچنین این سیستم‌ها به طور غیراتوماتیک از پردازش زمان استفاده می‌نمودند. چون کد مورس توسط اپراتورهای انسانی ارسال و دریافت می‌شد.
پایه و اساس سیستم‌های نوین فراپهن‌باند در دهه ۸۰ 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 المان‌های 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 تکنیک‌های 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 ۶۰ و اوایل دهه ۷۰، 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 تکنیک‌های 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 دهه ۷۰ باعث پیدایش اصول لازم برای توصیف و تولید کامل رشته الکترومغناطیس حوزه زمان شد. در دهه‌های ۸۰ و ۹۰، الکترومغناطیس حوزه زمان به مخابرات بی‌سیم و به خصوص مخابرات راه نزدیک و محیط‌های 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 بی‌سیم 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 اندازه دیگر سیستم‌های پیچیده مخابراتی جلب توجه نکرده است.
یکی از اولین کاربردهای آن، رادارهای نفوذ در زمین بود. در سال ۱۹۷۴، 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.
۲ ) مسائل قانونی
کمیسیون فدرال مخابرات (FCC) پس از دریافت ۳ درخواست از سازندگان UWB، دستور تحقیق داد تا استفاده‌های احتمالی از این تکنیک مشخص شود. نظرات زیادی دریافت شد. همچنین FCC بعد از هماهنگی بر محدودیت‌های فنی که NTIA برای تأیید تقاضاها لازم داشت، با تولید محدود ۳ مدل از تجهیزات UWB توان پایین موافقت کرد. اطلاعات جمع‌آوری شده توسط NOI باعث شد که FCC در ماه مه ۲۰۰۰، آگهی برای قانون پیشنهادی ارائه کند.
بیشتر نگرانی‌های قانونی حول این مسئله است که سیستم‌های UWB تا چه حد ممکن است با سیستم‌های رادیویی فعلی تداخل داشته باشند. دو موسسه FCC و NTIA مشترکا طیف رادیویی ایالات متحده آمریکا را مدیریت می‌کنند. بخش ۱۵ جلد ۴۷ آیین قوانین فدرال حاوی قوانین FCC برای اجازه دادن به عملکرد بدون پروانه برای تجهیزات توان پایین است که معمولا در باند تجهیزات دیگر فعالیت می‌کنند.
بخش ۱۵ قانون فعلی ۳ سطح مختلف برای تشعشع کننده‌ها تعریف می‌کند: تشعشع‌کننده‌های تصادفی(که عمداً سیگنال‌های فرکانس رادیویی نمی‌تابند و تنظیم شده نیستند مانند یک مته برقی)، تشعشع کننده‌های غیرعمدی (که سیگنال‌های فرکانس رادیویی تولید می‌کنند ولی نمی‌خواهند آنها را پخش کنند مانند یک کامپیوتر)، و تشعشع‌کننده‌های عمدی (که آگاهانه سیگنال‌های فرکانس رادیویی توان پایین می‌تابند مانند دربازکن گاراژ).
موسسه NPRM پیشنهاد می‌کند که ادوات UWB در بخش جدیدی از قانون ۱۵ تعریف شوند و برای ادوات جدید UWB محدودیت‌های مشابه تشعشع کننده‌های عمدی فعلی وضع شود. مسائل قانونی فعلی شامل تعیین حدودی است که باید به تشعشعات UWB اعمال شود و تکنیک‌های لازم برای اندازه‌گیری این تشعشعات. موسسه NPRM محدودیت‌ها و تکنیک‌های اندازه‌گیری مشابه موارد فعلی در قانون ۱۵ برای تشعشع‌کننده‌های عمدی پیشنهاد می‌کند. البته حد مجاز اندازه پیک یا حد احتمالی پیک در یک پهنای باند ۵۰ مگاهرتزی به آن افزوده شد.
یکی از سوالات مهم و مربوط این است که آیا باید این حدود برای باندهای فرکانسی خاصی که توسط دولت فدرال برای امور اضطراری مانند GPS استفاده می‌شود، محدودتر شود؟ این فرکانس‌ها در بخش ۱۵ بیان شده‌اند و تشعشع کننده‌های عمدی از تشعشع در این باندها منع شده‌اند. از آنجا که سیستم‌های UWB معمولاً در باندهای فرکانس تحت مدیریت NTIA و FCC تشعشع می‌کنند، هر دو موسسه باید بر روی قوانین جدید کار کنند.

مترجم: نیما حجازی- دنیای کامپیوتر و ارتباطات

منبع : اخبار فن‌آوری اطلاعات ایتنا