UWB für drahtlose BANs mit geringer Leistungsaufnahme

Gesamtleistungsbedarf von UWB- und Schmalband-Lösungen

In einem nächsten Schritt wurde der Gesamtleistungsbedarf von UWB- und Schmalband-Implementierungen hergeleitet. Zunächst wird berechnet, wie viel Leistung unter Berücksichtigung der Rauschleistung, des Signal/Rausch- Verhältnisses und der Kanalstreckendämpfung durch den Kanal gesendet werden muss, wobei der letzte Wert aus dem oben beschriebenen BAN-
Kanalmodell stammt. Darüber hinaus tragen der Wirkungsgrad der Sendeantennen und der Leistungsverstärker bzw. eine äquivalente Schaltung im Falle des UWB zur benötigten Leistung bei. Sie bestimmen den Frontend-Grundleistungsbedarf, der unabhängig von der Sendeleistung ist. Mit diesen Parametern ist ein Modell entwickelt worden, das einen Vergleich von UWB und Schmalband-Lösungen in Hinblick auf den Leistungsbedarf gestattet. Als schmalbandige Mitbewerber für die UWB-Lösung von IMEC sind vier Standard-Chips mit geringem Leistungsbedarf ausgewählt worden. Die hier dargestellte Lösung erwies sich deutlich als die energiesparendste.
Im Endergebnis lassen sich, abhängig von der Kanalqualität, drei Zonen unterscheiden: Für gute Kanäle zeigt UWB bessere Eigenschaften aufgrund der begrenzten Leistungsaufnahme des Frontend. Dies gilt insbesondere für die Kommunikation zwischen eng benachbarten Körperpositionen: Hier reduziert UWB die aufgenommene Versorgungsleistung um zwei Größenordnungen gegenüber den besten Schmalband-Lösungen. Dies entspricht den Erwartungen an UWB für Kommunikation im Nahbereich mit geringer Leistung. Für Kanäle mittlerer Güte eignen sich Schmalband-Lösungen besser, sobald die Sendeleistung dominiert. Bei schlechten Kanälen kann keine der beiden Implementierungsformen zuverlässige Kommunikation sicherstellen; hier wären andere Lösungen gefragt.

Nach der Entwicklung dieses 180-nm-CMOS-Chips ist zu erwarten, dass eine Implementierung des Pulsers in 90-nm-CMOS-Technologie einen Sendebetrieb im gesamten UWB-Spektrum von 3 bis 10 GHz ermöglichen wird. In einer weiteren Entwicklungsstufe wird der Sender mit extrem niedrigem Leistungsbedarf in die Sensor-Knoten des BAN integriert.

Bart Van Pouke, Bert Gyselinckx, IMEC/ha

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