Công nghệ truyền thông Ultra Wideband và các ứng dụng của nó

Ưu điểm của hệ thống UWB

Một quy tắc xác định đơn giản cho thấy cả độ phức tạp cũng nh là thời gian cần thiết để nghe lén một tín hiệu tỉ lệ với bình phơng công suất của cả độ rộng băng và chiều dài mã, làm cho tín hiệu UWB trở nên vô cùng khó khăn trong việc khoá nếu nh cấu trúc của nó không đợc biết trớc. Một số vấn đề về mặt kỹ thuật có thể kể đến nh: khả năng cùng tồn tại với các hệ thống truyền thông cũ, tạo ra tín hiệu UWB với độ rộng xung rất hẹp, thu tín hiệu đa đờng, nhiễu giao thoa ký hiệu đặc biệt trong môi trờng tầm nhìn bị che khuất (non-line-of-sight), các bộ chuyển.

Các ứng dụng của UWB

Truyền thông và cảm biến

Ngoài ra với sự hỗ trợ của các hãng công nghiệp lớn, nh WIMedia Alliance, sẽ đảm bảo chắc chắn sự hoạt động tơng tác qua tập các giao thức, bao gồm IEEE 1394, USB, và Universal Plug and Play (UPnP*), khiến cho UWB trở thành một giải pháp công nghệ băng rộng tạo ra WPAN tốc độ cao, giá thành thấp, và công suất tiêu thụ thấp. Với WUSB, một ngời sử dụng có thể mang một thiết bị di động, nh là PMP (Portable Media Player), tới gần nguồn nội dung, nh một PC, máy tính xách tay, hoặc một đĩa cứng bên ngoài, khi mà quá trình nhận thực và trao quyền hoàn thành, video có thể đợc chuyển vào PMP để xem sau.

Radar

Sự kết hợp công nghệ này tạo ra độ rộng băng tần mạng vô tuyến khổng lồ cho việc mở rộng nội dung đợc đảm bảo an toàn theo tất cả các đờng từ văn phòng đầu cuối của nhà cung cấp cáp đến một loạt các thiết bị mạng không dây. Sau khi nắm đợc những đặc điểm cơ bản nhất về UWB và những thuộc tính của nó trên miền thời gian và tần số, chúng ta tiếp tục với việc phân tích tín hiệu UWB, trong chơng này dạng xung sử dụng và các kỹ thuật điều chế trong UWB sẽ đợc trình bÇy.

Các dạng xung đơn chu kỳ

Xung đơn chu kỳ Gaussian

Trong trờng hợp phổ tần của xung Raised Consin chiếm toàn bộ băng tần đợc FCC cấp phát thì xung băng gốc phải chuyển sang tần số trung tâm fc. Ta thấy rằng, mặc dù xung Raised Cosin có các thuộc tính phổ khá đẹp, khá khớp với mặt nạ phổ hình chữ nhật đợc FCC đa ra nhng loại xung này rất khó tạo ra bởi một mạch điện đơn giản.

Dãy xung và chuỗi giả tạp âm

Từ đó ta thấy rằng prandom( )f chỉ là một bản mở rộng của phổ năng lợng của xung Gaussian đơn chu kỳ và không có nhánh nào trong đó. Để hiểu thêm về một kỹ thuật đa truy nhập và khả năng ứng dụng của chúng trong UWB, ta xét thêm một số kỹ thuật đa truy nhập khác (xem phần kỹ thuật đa truy nhËp).

Các phơng pháp điều chế trong UWB

• Các phơng pháp điều chế khác

Đối với các hệ thống sin, các hệ thống sử dụng điều chế biên độ thờng đợc phân biệt với các hệ thống sử dụng phơng pháp điều chế góc là yêu cầu độ rộng băng tần hẹp và không hiệu quả trong việc sử dụng công suất. Thứ nhất, do đa đờng là nguyên nhân chính gây ra tính mất ổn định về mặt thời gian nhng PPM có thể tận dụng đặc tính này rất tốt để có thể thích ứng với kênh vô tuyến có phản xạ và cũng nh có thuộc tính về phổ tín hiệu rất tốt.

Phân tích công suất

Do đó bộ thu sẽ biết đợc thời điểm để tách dữ liệu (xung) đúng dựa trên mã PN, và các bộ thu khác thì không biết đợc mã PN này nên không thể thu lấy đợc dữ liệu từ tuyến truyền thông này. Do vậy, chìa khoá để giải quyết vấn đề trong thiết kế bộ thu là làm sao chúng ta có thể tách đúng vị trí của xung về thời gian với độ chính xác cần thiết.

Phân tích môi trờng truyền dẫn và các ảnh hởng của nó lên tín hiệu UWB .1 ảnh hởng của đa đờng

Mét sè kü thuËt ®a truy nhËp

Đa truy nhập phân chia theo mã

Nên việc thiết kế hệ thống phải nhằm vào yêu cầu loại bỏ yếu tố điều khiển tập chung, vì nó là điều kiện thuận lợi để có các đơn vị tự điều khiển có thể hoạt động mà không cần phải hợp đồng về lu lợng. Đối với hệ thống DS-PPM, bit thông tin “1” đợc tợng trng bởi một khung các xung không trễ và bit “0” đợc thể hiện đợc thể hiện bởi cùng một khung các xung nhng với độ trễ τ tơng ứng với thời gian tham khảo.

Kiến trúc bộ thu UWB

• Thảo luận

Trong chơng này chúng ta sẽ thảo luận về một số điểm tơng đồng và sự khác biệt quan trọng của các hệ thống truyền thông UWB, trải phổ (SS), và ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM). Sự khác nhau chủ yếu là khoảng cách, rất nhiều các ứng dụng mà trong đó OFDM và trải phổ trực tiếp thờng đợc sử dụng nhng nó lại không nằm trong phạm vi quan tâm của UWB.

CDMA

Tuy nhiên, LAN không dây cho các ứng dụng trong nhà đang thuộc phạm vi quan tâm của UWB và do đó ta có đợc một cơ hội tốt để thấy. Trái lại, hình 4-2 lại cho thấy rằng mỗi đối tợng sử dụng luôn luôn chiếm dụng toàn bộ băng tần khả dụng và các đối tợng sử dụng khác nhau thì đợc tách ra bởi các mã giả tập.

So sánh UWB với DSSS và FHSS

Kết quả đầu tiên này đợc thể hiện trong hình 4-3 cho trờng hợp một ngời dùng theo đó chúng ta có thể dễ dàng thấy rằng tất cả ba phơng pháp đều có cùng một đờng công tỉ số lỗi bít theo SNR. Tuy nhiên, độ rộng băng chip đợc giả sử cho DSSS là 0.37 ns, điều đó có nghĩa là công việc xử lý tín hiệu sẽ khó hơn rất nhiều (và do đó chi phí trở nên đăt đỏ hơn) so với hệ thống UWB.

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

Ph©n tÝch nhiÔu

Nhiễu liên quan đến mạng WLAN

Nhng có hai vấn đề chính tồn tại trong giải pháp này: thứ nhất là triển khai một bộ lọc chắn dải tốt khó có thể đáp ứng đợc yêu cầu tần số cao; thứ hai là bộ lọc chắn dải cũng có thể gây méo tín hiệu UWB và làm giảm hiệu năng toàn hệ thống. Các đo đạc về thông lợng đã thể hiện một điều không mới lạ: với các khoảng cách nhỏ hơn 30 cm, thông lợng của WLAN rớt đột ngột khi 15 hoặc nhiều hơn bộ phát UWB với công suất lớn đợc sử dụng và nếu khoảng cách lớn hơn 40 cm thì sự ảnh hởng có thể bỏ qua.