Marianne Vincken
1 December 2006

Op een mobiel draadloos netwerk zonder sturing door een basisstation praten verschillende gebruikers in dezelfde frequentieband. Datapakketjes kunnen hierdoor botsen zodat geen van de informatie de ontvanger bereikt en beide zenders hun data opnieuw moeten versturen. TU Delft-promovendus Relja Djapic vond oplossingen voor dat probleem in smalbandige en ultrabreedbandige netwerken.

Als twee zenders in dezelfde frequentieband tegelijkertijd uitzenden, zijn de datapakketjes niet meer netjes van elkaar te scheiden. Beide datastromen moeten opnieuw worden uitgezonden. Dat is zo als het systeem een zender en een ontvanger bevat. TU Delft-promovendus Relja Djapic stelt voor om in plaats van een ontvangstantenne een aantal antennes te gebruiken. ’Zo‘n antenne-array kan onderscheid maken tussen de verschillende zenders op basis van hun verschillende posities. Het systeem werkt ook als er meer dan twee zenders tegelijk actief zijn.‘

Djapic maakt het systeem nog efficiënter. Normaalgesproken bevat een datastroom een aantal zogenaamde trainingbits die karakteristiek zijn voor een gebruiker. Dat kost bandbreedte. De ontvanger gebruikt ze om de zender waarin hij geïnteresseerd is te onderscheiden van de rest van de bits in het kanaal. De Delftse promovendus vermijdt die extra bits door bij de amplitude van het (onbekende) datasignaal een klein bekend signaal op te tellen dat hij er aan de ontvangerkant op een slimme manier softwarematig weer uithaalt. Dat maakt het mogelijk om signalen van meer gebruikers te scheiden en erop te synchroniseren zonder dat het bandbreedte kost. Deze aanpak is compatibel met bestaande WLan-standaarden.

Nanopuls

Enthousiast vertelt Djapic over zijn onderzoek aan ultrabreedbandige netwerken. ’Dat is een hot topic. In de klassieke manier van informatie verzenden verschuif je het signaal van de basisband naar een hogere frequentie. Bijvoorbeeld het FM-radiosignaal dat een frequentie tussen 0 en 20 kHz heeft en een draaggolf met een frequentie van 100 MHz moduleert.‘

Een impulsradio ultrabreedband (IR-UWB) systeem heeft geen draaggolf nodig. Daar verstuur je het signaal in heel korte pulsen zonder het op een draaggolf te superponeren. Die pulsen duren minder dan een nanoseconde en hebben dus een frequentiebereik van enkele GHz. Dit maakt ze geschikt voor hoogfrequente snelle communicatiesystemen.

 advertorial 

Sigasi Extension for Visual Studio Code

Sigasi announces the release of their VS Code Extension with rich support for SystemVerilog, Verilog, and VHDL. Our extension provides features and language support such as code navigation, project management, linting, code formatting, tooltips, outline, autocomplete, hover, and much more!

0611281535280
De impulsradio van Belkin zou kunnen profiteren van Djapic‘ technologie.

Omdat er in dat frequentiebereik meestal een aantal communicatiesystemen uitzenden, mag de amplitude van het signaal niet erg groot zijn. De amplitude van die nanopulsen is dus erg laag, vergelijkbaar met het niveau van de achtergrondruis. De informatie kan er op een aantal manieren in zijn verwerkt: door het teken van de opeenvolgende pulsen te variëren overeenkomstig de reeks van enen en nullen in het signaal of door de informatie te stoppen in de duur van het tijdinterval tussen twee opeenvolgende pulsen.

Aan de ontvangerkant moet je dan het signaal weer reconstrueren. Het probleem met het versturen van signalen door een kanaal met een hoge bandbreedte is dat een puls van 1 nanoseconde uitsmeert tot enkele honderden nanoseconden. Hoe hoger de bandbreedte, hoe meer het signaal uitsmeert. Als je daaruit het oorspronkelijke digitale signaal wilt reproduceren, moet je het bemonsteren met een frequentie die tweemaal hoger is dan de hoogste frequentie die in het signaal voorkomt. In ultrabreedbandnetwerken ligt die frequentie in het gigahertz-bereik. Chips die dat kunnen, zijn erg duur en het rekenwerk kost veel tijd en energie. Geen goede oplossing dus.

Overlap

Djapic legt uit hoe hij dat probleem oplost. ’We versturen eerst een referentiepuls en daarna de signaalpuls. Bij de zender vertragen we de referentiepuls zodat die met de signaalpuls overlapt. Door slim rekenwerk, dat neerkomt op correleren en vervolgens integreren van die twee pulsen, kunnen we de signaalpuls reconstrueren. En omdat dat correleren en integreren in het analoge domein gebeurt, voordat het signaal weer in digitale vorm wordt omgezet, zijn de chips niet zo duur. Bovendien gebruiken ze weinig energie. Voor draadloze lokale ad-hoc netwerken met een bereik van een paar meter is dit een heel mooie oplossing.‘

De industrie heeft er belangstelling voor, vertelt Djapic. Vooral het feit dat geen machtiging nodig is, is aantrekkelijk voor toepassingen waarbij hoge datasnelheden en een relatief klein bereik van belang zijn. Voorbeelden zijn personal area networks, systemen van allerlei op het lichaam gedragen sensoren en apparaatjes die draadloos informatie met elkaar uitwisselen. Het Holst Centrum in Eindhoven onderzoekt dergelijke laagvermogen systemen.

Inmiddels werkt Djapic bij TNO ICT in Delft, niet meer aan draadloze netwerken maar aan bedrade netwerken waar soortgelijke principes een rol spelen. Djapic komt uit Novi Sad in Servië waar hij elektrotechniek studeerde. Daarna verhuisde hij naar Delft om te promoveren. Het bevalt hem in Nederland wel. ’Het lijkt hier ook wel wat op de streek rond Novi Sad‘, zegt hij. ’Daar is het ook zo plat en je ziet er ook veel fietsers. Voorlopig blijf ik hier nog wel een poos werken.‘

Promovendus Relja Djapic

Titel: Synchronization and packet separation in wireless ad-hoc networks

Promotie: 5 december 2006

Promotor: Alle-Jan van der Veen