Mạng cảm biến

Tất cả các loại bộ cảm biến đề xuất một cơ hội khác cho UWB phát triển tốt đẹp. Hiện tại các bộ cảm biến đang đ−ợc sử dụng mạnh mẽ trong nhiều ứng dụng. Nhiều loại bộ cảm biến đ−ợc dùng để bảo vệ nhà cửa, ô tô, và các tài sản khác. Việc cài đặt các hệ thống an ninh hiện đại tiêu tốn thời gian và đắt đỏ.

Hình 1-17: Các thiết bị Dual-role kết nối trực tiếp với nhau theo WUSB

Tại sao vậy? Bởi vì chi phí cho dây dẫn là khá nhiều và tiêu tốn nhiều thời gian để cài đặt. Thông th−ờng, các gia đình cắt bớt các góc, chỉ đặt các bộ cảm biến có dây này tại các lối vào có thể nhìn thấy. Với một giải pháp không dây, chi phí cho việc cài đặt và bảo d−ỡng có thể giảm xuống một cách bất ngờ, phạm vi bao phủ có thể đ−ợc mở rộng và độ tin cậy đ−ợc tăng lên. UWB có thể đ−ợc dùng nh− là liên kết truyền thông trong mạng cảm biến, và tín hiệu UWB tự nó có thể thực hiện chức năng nh− là bộ cảm biến. Nó còn có thể đ−ợc làm một cách đặc biệt để xây dựng các bong bóng an ninh xung quanh một khu vực cho tr−ớc cần đ−ợc bảo vệ, bao gồm các vùng cảnh báo biến đổi. Hãy t−ởng t−ợng xem còn có gì khác có thể đ−ợc thực hiện với ý t−ởng này để tạo ra sự an toàn, an ninh, và một cái đầu thanh thản. Robert Frost đã viết trong

Mending Walls, “ Hàng rào tốt làm nên hàng xóm tốt”. Một hàng rào tốt nhất phải khó bị nhận thấy hoặc tàng hình: lĩnh vực của UWB.

Các bộ cảm biến cũng đang đ−ợc dùng trong các trạm y tế để kiểm tra tốc độ xung, nhiệt độ, và các dấu hiệu sống quan trọng khác. Ngày nay, một bệnh nhân bị trói buộc bởi dây và cáp khi việc theo dõi y học mở rộng đ−ợc yêu cầu. Một lần nữa, UWB có thể đ−ợc dùng để truyền tải thông tin cảm biến không cần dây, nh−ng cũng có thể thực hiện chức năng nh− là một bộ cảm biến hơi thở, nhịp tim, và trong một số tr−ờng hợp, cho xử lý ảnh y học.

Hình 1-18: Phối hợp công nghệ tạo ra một kịch bản hấp dẫn

Một mạng cảm biến UWB giải phóng bệnh nhân khỏi mớ lộn xộn của các bộ cảm biến có dây. Giải pháp UWB tạo ra một “ thái độ rối rít” dễ chịu cho bệnh nhân khi cần thiết phải theo dõi cố định.

1.6.1.2 Tốc độ dữ liệu cao

Vì băng tần khả dụng đối với ng−ời dùng đ−ợc mở rộng, các ứng dụng sẽ tiếp tục phát triển và lấp đầy băng tần khả dụng trong khi nhu cầu gia tăng. Thêm vào sự gia tăng tập chung vào băng tần, vấn đề gia tăng điện thoại di động và du lịch đã thúc đẩy nhu cầu về khả năng dịch chuyển băng tần, ám chỉ đến công nghệ không dây. Các

ứng dụng sớm nhất của UWB sẽ lấy các nhu cầu thị tr−ờng cho truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao hơn đang tồn tại làm trọng tâm. Tuy nhiên, nhu cầu không dây có khả năng đa ph−ơng tiện đã đang ép buộc những hành động mới của tổ chức chuẩn hoá không dây. Giải pháp UWB sẽ nổi lên với các tính năng hoàn toàn phù hợp với các ứng dụng này bởi vì băng tần khả dụng cao. Đặc biệt, các ứng dụng đa ph−ơng tiện mật độ cao, nh− là dùng trực tuyến đa ph−ơng tiện tại các “ điểm nóng” nh− sân bay hoặc trung tâm hàng hoá thậm trí cả các đơn vị cộng đồng, sẽ yêu cầu băng tần không nh− công nghệ “băng hẹp” sóng liên tục hiện tại. Khả năng đóng gói chặt “ các tế bào” UWB băng tần cao vào các vùng này mà không làm giảm chất l−ợng sẽ thúc đẩy sự phát triển các giải pháp UWB. UWB cho phép download phim ảnh với tốc độ cao. Các màn hình video có độ phân giải cao cỡ lớn trở nên phổ biến với mức giá chấp nhân đ−ợc. Các thiết bị này có thể đạt đ−ợc lợi ích to lớn từ khả năng dung l−ợng cao của UWB để truyền nội dung video qua đ−ờng vô tuyến từ các nguồn video đến một màn hình treo trên t−ờng.

1.6.2 Định vị và bám

Định vị và bám trên một phạm vi lớn, ví dụ nh− GPS, đã thay đổi ph−ơng pháp chúng ta đi lại. Định vị và theo dõi trong một phạm vị nhỏ hơn có thể thay đổi cách tổ chức và theo dõi các đối t−ợng của chúng ta. Các ứng dụng có thể cải thiện sự an toàn của tài sản, giúp chúng ta tìm thìa khoá xe và thậm trí giúp ta giữ liên lạc tốt với những đứa trẻ của mình khi chúng ở xa.

1.6.2.1 Định vị

Ngày nay, có nhiều công nghệ cho phép chúng ta định vị trên phạm vi toàn cầu với độ chính xác, điều mà tr−ớc kia không thể thực hiện đ−ợc. Chúng ta đã chuyển từ việc dùng la bàn sang dùng GPS. Giờ đây, hãy t−ởng t−ợng các khả năng đó đang dẫn đến một b−ớc tiến mới - vào bên trong nhà. Mặc dù UWB không phải là một giải pháp hiệu quả cho định vị ngoài trời (do khoảng cách quá ngắn), nh−ng nó vẫn là một giải pháp tuyệt vời đối với các vấn đề khoảng cách ngắn. Một vài biến thể của UWB có thể đ−ợc sử dụng để xác định khoảng cách giữa hai trạm thu phát UWB bên trong nhà. Bộ định vị UWB có thể đ−ợc đặt một cách chiến l−ợc trong một mạng báo hiệu chỉ đ−ờng bằng biển không dây dọc theo một con đ−ờng chạy qua đồng quê để đánh dấu tuyến. Chúng có thể đ−ợc dùng để tìm ng−ời trong nhiều tình huống, nh− là nhân viên cứu hoả trong các toà nhà đang cháy, sĩ quan cảnh sát trong tình trang nguy hiểm, ng−ời tr−ợt tuyến bị th−ơng trên một s−ờn tuyết, ng−ời đi bộ đ−ờng dài bị th−ơng ở một vùng xa xôi, hoặc những đứa trẻ bị lạc trong công viên.

1.6.2.2 Bám

Với kỹ thuật bám tiên tiến, chúng ta không chỉ biết vị trí của các đối t−ợng mà còn bám theo sự chuyển động của nhiều vật đặc biệt khác. Ví dụ, các đối t−ợng đ−ợc l−u giữ trong kho có thể đ−ợc theo dõi từ lúc nhập kho cho đến lúc xuất kho và thậm trí đến tận đích cuối cùng của chúng. Bất kỳ một chuyển động nào trong một cơ quan tổ chức cũng có thể đ−ợc theo dõi. Nhờ có theo dõi tài sản, hàng hoá, nên đã cải thiện đáng kể khả năng làm đơn giản hoá việc l−u trữ và phân phối tài sản, hàng hoá và các dịch vụ trong khi làm tăng khả năng điều khiển kiểm kê.

Vì tính chất di động của con ng−ời và các đối t−ợng tăng lên, những thông tin mới nhất và chính xác về vị trí trở thành một nhu cầu thị tr−ờng thích đáng. Trong khi GPS và một số công nghệ E911 hứa hẹn tạo ra một mức độ chính xác nào đó bên ngoài nhà, thì các công nghệ theo dõi bên trong nhà hiện tại vẫn còn không ít khó khăn và có độ chính xác khoảng từ 3 đến 10 mét. Triển khai UWB là một sự bù đắp cho GPS và E911 nó cho phép sự định vị chính xác và theo dõi các đối t−ợng chuyển động trong nhà với độ chính xác vài centimét. Điều này lần l−ợt làm cho có thể cung cấp nội dung định vị rõ ràng và thông tin tơí từng cá thể về chuyển động, và theo dõi các tài sản có giá trị cao về mặt an ninh và sử dụng có hiệu quả. Trong khi đây là một thị tr−ờng mới mẻ, độ chính xác đ−ợc cung cấp bởi UWB sẽ thúc đẩy sự tr−ởng thành thị tr−ờng và sự phát triển các ứng dụng mới trong lĩnh vực này. Các hệ thống UWB có thể làm việc trong môi tr−ờng phức tạp trong đó có nhiều ng−ời, tài sản, và các tác động qua lại. Các vị trí nh− là bệnh viện, khu an ninh, trung tâm đào tạo, và các nơi làm việc phân tán khác có thể đạt đ−ợc ích lợi to lớn bằng việc truyền thông có hiệu quả hơn và nhanh hơn. Việc l−u trữ tự động các hoạt động phức tạp không có cấu trúc giải phóng con ng−ời khỏi nhiệm vụ quản lý. Lý lịch thiết bị có thể đ−ợc cá nhân hoá, tự động chia sẻ thiết bị, để con ng−ời có thể đạt đ−ợc sự thoải mái hơn với các tài sản sẵn có. Sự đo l−ờng thời gian thực và sự kiểm toán nơi làm việc cung cấp cho ng−ời quản lý thông tin cần thiết để có đ−ợc một quyết định thực tế chính xác. Các mức độ an ninh ch−a từng có có thể đạt đ−ợc bằng sự theo dõi vị trí con ng−ời và các tài sản quan trọng.

1.6.3 Radar

Tín hiệu UWB làm xuất hiện radar độ rõ nét cao với giá rẻ. Với các khả năng của radar mới này đ−ợc tạo ra bởi sử bổ xung của UWB, thị tr−ờng radar sẽ phát triển mạnh mẽ và radar sẽ đ−ợc dùng trong nhiều khu vực mà không cần phải để tâm. Một số ứng dụng radar mới mang tính then chốt trong đó UWB d−ờng nh− có vai trò cốt yếu bao gồm các bộ cảm biến tự động, bộ cảm biến tránh xung đột, túi khí thông minh, bộ cảm biến an ninh cá nhân, điều tra chính xác, và các ứng dụng an toàn công cộng xuyên t−ờng. Những vòm an ninh đ−ợc trang bị radar dựa trên radar chính xác đã thể

hiện khả năng phát hiện chuyển động gần các khu vực đ−ợc bảo vệ, nh− là các khu vực có tài sản giá trị cao, khu vực công chức, hoặc các khu vực bị hạn chế. Vòm này có thể đ−ợc cấu hình bằng phần mềm để phát hiện chuyển động ngang qua cạnh của vòm, nh−ng có thể bỏ qua các chuyển động bên trong hoặc đằng sau cạnh vòm.

Ngày nay, khả năng phát hiện chuyển động xuyên t−ờng là một thực tế. Các thiết bị này gửi hàng triệu xung UWB trên một giây, tạo ra một tín hiệu nh− thế, trong hầu hết các hoàn cảnh, có thể xuyên qua hầu hết vật liệu nhà cửa, nh− bê tông rắn chắc, khối bê tông, lớp đá, gạch, gỗ, nhựa, ngói, và sợi thuỷ tinh. Kết quả này là một ph−ơng tiện nhận biết những mối nguy hiểm hoàn toàn mới với nhiều công dụng. Thiết bị radar này nhằm phục vụ cho quân đội và đội ngũ chiến l−ợc thi hành luật pháp. Hoạt động của radar dành cho ph−ơng tiện trong băng từ 22 đến 29 GHz đ−ợc cho phép d−ới các điều lệ của UWB bằng cách dùng anten định h−ớng trên các ô tô. Các thiết bị này có thể phát hiện vị trí và chuyển động của các đối t−ợng gần một ph−ơng tiện đi lại, tích cực khả năng tránh xung đột, sự hoạt hoá túi khí đ−ợc cải thiện, và hệ thống giảm sóc thích ứng với điều kiện đ−ờng xá tốt hơn. Hình 1-19 là hình ảnh thể hiện về các thiết bị cụ thể.

Hình 1-19: Các radar chống chộm, tránh xung đột và đo độ cao chính xác

Cuối cùng, để kết thúc phần ứng dụng của UWB, chúng ta sẽ tìm hiểu một mảng khá ngạc nhiên, UWB thông qua dây (UWB over wires)

Công nghệ UWB có thể hoạt động thông qua dây dẫn và cáp. Điều này có thể làm tăng gấp đôi băng tần khả dụng cho hệ thống truyền hình cáp (CATV) mà không cần thay đổi hạ tầng đã tồn tại. Công nghệ over-wire cho cáp đồng trục có thể cung cấp tới 1.2 Gbps cho đ−ờng xuống và 480 Mbps cho đ−ờng lên trong băng tần bổ xung, với giá thành thấp, trên nhiều kiến trúc mạng khác nhau. Tín hiệu UWB có thể đ−ợc đặt tại đầu cuối cáp và đ−ợc trích ra tại cơ ngơi ng−ời dùng. Công nghệ UWB wire - line không gây nhiễu hay làm giảm chất l−ợng truyền hình, Internet tốc độ cao, thoại hoặc các dịch vụ khác đã đ−ợc cung cấp bởi hạ tầng CATV. Công nghệ này sẽ tạo cho ng−ời vận hành các khả năng đối với hạ tầng đã tồn tại để cung cấp tốt hơn các chức năng và làm tăng tổng thu nhập. Hệ thống này sử dụng các kỹ thuật mới để kết hợp hoàn hảo truyền thông UWB vô tuyến và UWB hữu tuyến.

Sự kết hợp công nghệ này tạo ra độ rộng băng tần mạng vô tuyến khổng lồ cho việc mở rộng nội dung đ−ợc đảm bảo an toàn theo tất cả các đ−ờng từ văn phòng đầu cuối của nhà cung cấp cáp đến một loạt các thiết bị mạng không dây. Điều này chuyển đổi trung tâm giải trí gia đình thành cổng mạng và hub không dây.

Ch−ơng 2

Phân tích tín hiệu UWB

Sau khi nắm đ−ợc 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 ch−ơng này dạng xung sử dụng và các kỹ thuật điều chế trong UWB sẽ đ−ợc trình bầy.