L ỜI NÓI ĐẦU
1.1.4.Ứng dụng nổi bật của UWB
Những đặc điểm của UWB như băng thông siêu rộng, công suất thấp, truyền tín hiệu tốc độcao – khoảng cách ngắn, khảnăng kháng nhiễu, thiết bị thu giá thành thấp, định vị chính xác… đã đưa công nghệ này thành công nghệ không dây cho tương lai với rất nhiều ứng dụng trong quân sự, dân sựvà thương mại.
Hình 1.5: Tổng quan vềcác ứng dụng mà UWB có thểcung cấp [Nguồn: ERCIM
News]
1.1.4.1. Trong lĩnh vực truyền thông và cảm biến
(i). Tốc độ dữ liệu thấp
Các thiết bị tốc độ dữliệu thấp xung quanh chúng ta trong thế giới công nghệ nhưng chúng thường được nối bởi dây dẫn hoặc cáp. Chúng ta sử dụng các thiết bị này để nhập dữliệu vào hoặc lấy dữliệu từcác máy tính, để phát hiện những kẻđột nhập vào nhà, và để cho vô vàn mục đích khác. Theo cách thức có hiệu quả, các thiết bị dữ liệu tốc độ thấp có thể là không dây, nhưng giải pháp trên thị trường
17
ngày nay bị ràng buộc bởi nhiễu tầm nhìn thẳng với các thiết bị khác, các vấn đề
công suất, ngoài ra các vấn đề khác thì không quan trọng lắm trong việc đạt được một thoả hiệp hoàn hảo. UWB không bị giới hạn bởi tầm nhìn thẳng đột ngột như là
ánh sáng hồng ngoại, vì chiều dài sóng lớn khi so sánh và có thể uốn cong hoặc truyền xuyên qua các đối tượng mà không gặp trở ngại gì về kết nối. Nó cũng bịảnh
hưởng bởi các bóng và nhiễu của ánh sáng có liên quan khác nhưng ít hơn trường hợp ánh sáng hồng ngoại. Vì UWB hoạt động ở mức công suất rất thấp và theo phương thức không liên tục, nhiễu cũng không đáng kể - điều đó có nghĩa là hàng trăm thiết bị có thểhoạt động trong cùng một không gian mà không xâm phạm đến mỗi thiết bị khác. Trước hết chúng ta xét chi tiết hơn ứng dụng đầu tiên mà cũng là ứng dụng quan trọng nhất của UWB, WPAN, một lĩnh vực đang tạo ra cho UWB
những lợi thếto lớn trên thịtrường thiết bị.
(ii). Mạng không dây Adhoc
Ý tưởng của mạng Adhoc (theo tiếng Anh có nghĩa là "vì mục đích") là xây
dựng một mạng kết nối (chủ yếu là vô tuyến) giữa các thiết bị đầu cuối mà không cần phải dùng các trạm thu phát gốc (BS). Các thiết bị đầu cuối sẽ tự động bắt liên lạc với nhau để hình thành nên một mạng kết nối tạm thời dùng cho mục đích
truyền tin giữa các nút mạng. Vì các nút mạng di chuyển nên việc định tuyến sẽ thay đổi theo thời gian.
Trong mạng không dây Adhoc, mỗi nút mạng có thể hoạt động như 1 đầu cuối và như 1 router. Việc này cung cấp mức tự trị cao hơn so với kiến trúc thông
tin liên lạc cố định truyền thống. Tuy nhiên, vị trí cả các nút mạng, sự giới hạn về
mức tiêu thụnăng lượng của các đầu cuối (sử dụng pin) và nhiễu đa đường là những vấn đề chính trong mạng không dây Adhoc. UWB là một ứng dụng mới có thể giải quyết những vấn đề trên nhờ khả năng xác định vị trí chính xác, khả năng chống
fading cũng như công suất phát thấp. Ngoài ra, thông lượng là yếu tốđánh giá chất
lượng của hệ thống.
18
Mạng cảm biến không dây bao gồm các nút cảm biến độc lập nhau trên một khu vực nhất định. Các nút cảm biến được sử dụng để giám sát một số hiện tượng vật lý trong môi trường (như nhiệt độ, độẩm, vị trí, tốc độ, sự chuyển động, v.v…). UWB có thểlà một công nghệdành cho WSN bởi vì có thể tạo ra thiết bị công suất phát thấp kết hợp giữa cảm biến vị trí và khả năng truyền không dây. Máy thu và anten UWB có công suất thấp và giá thành rẻ.
(iv). RFID
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ xác nhận đối tượng bằng sóng vô tuyến, tương tự như barcode, sử dụng sóng vô tuyến để nhận dạng đối
tượng. Một ưu điểm đặc biệt của RFID là không cần hoạt động trong tầm nhìn thẳng LOS (line-of-sight). Phạm vi nhận dạng của RFID rộng hơn so với barcode.
Bộ nhận dạng RFID có thể nhận dạng đồng thời nhiều đối tượng. Vấn đề cơ bản
trong công nghệ trong công nghệ RFID là bảo đảm kết nối đến đối tượng nhận dạng, xác định chính xác vị trí và có thểđảm bảo liên lạc với cảm biến khi cần. Tuy
nhiên, do giá cả và kích thước, RFID bị giới hạn ở một tập hẹp các ứng dụng. Công nghệ UWB với khảnăng cung cấp kết nối cũng như khả năng xác định vị trí chính xác mang lại những triển vọng mới cho các ứng dụng RFID. UWB RFID tag và bộ
nhận dạng đối tượng nhỏ và có giá thành thấp.Thách thức lớn cho RFID là vấn đề
bảo mật các nhân. Tín hiệu RFID được trải rộng trên phổ tần số làm cho RFID an toàn hơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(v). Các thiết bị điện tử và máy tính cá nhân
UWB có khả năng truyền tốc độ cao trong khoảng cách ngắn. Đặc điểm này rất quan trọng đối với thị trường thiết bị điện tử như DVD player, máy quay kỹ
thuật số, MP3 player, TV kỹ thuật số, v.v…UWB có khả năng cung cấp phương
thức kết nối không dây giữa các thiết bịngoại vi này với PC hoặc điện thoại di động
và đặc biệt hiệu quả với các kết nối đòi hỏi tốc độ cao như kết nối đến HDD ngoài
và màn hình. Công nghệnày loại bỏ các kết nối hữu tuyến giữa các thiết bị điện tử và tăng tính di động, linh hoạt cho người sử dụng. Ví dụ truyền dòng HDTV (High
Definition Television) từ hộp chuyển đổi tín hiệu từ cáp TV (set-top box) hoặc từ
19
Serial Bus) không dây để truyền dữ liệu ở tốc độ 480 Mbps giữa các thiết bị khác nhau của một máy tính. Đối với các ứng dụng này, UWB đang cạnh tranh với mạng cục bộ không dây (WLAN) dựa trên kỹ thuật đa anten, chẳng hạn như chuẩn 802.11n vừa xuất hiện, với mục đích đạt được tốc độ dữliệu cao. UWB có ưu điểm
là chi phí thấp, tốc độ dữliệu cao hơn trong khi đó WLAN có thểđạt được khoảng cách xa hơn. Với mục đích nâng cao hơn nữa tốc độ dữliệu, sự kết hợp giữa UWB và kỹ thuật anten MIMO (Multi-Input Multi-Output) đang được nghiên cứu: thiết kế
các mảng anten thích hợp, xử lí tín hiệu khác với trường hợp băng hẹp và vấn đề
truyền dẫn .
(vi). Kết nối đa phương tiện vô tuyến cho các thiết bị CE
Liên quan mật thiết với kết nối ngoại vi PC là kết nối đa phương tiện vô tuyến cho thiết bị điện tử âm thanh và hình ảnh cho người tiêu dùng (CE). Lợi ích mà các kết nối này đem lại về mặt tốc độ thì cũng không thua kém các kết nối hữu tuyến, nhưng lợi ích to lớn nhất mà kết nối vô tuyến này đem lại là sự dễ dàng trong
khi sử dụng và hiệu quả truyền dữ liệu cao. UWB có thể kết nối một màn hình
plasma treo tường hoặc HDTV đến một STB hoặc một bộ chạy DVD, mà không gặp khó khăn gì và đảm bảo tính thẩm mỹdo không có cáp. UWB cũng có thể tạo ra đa luồng tới đa thiết bị đồng thời. Điều này tạo ra nhiều điều vô cùng hấp dẫn ví
như khả năng xem nội dung cùng hoặc khác nhau trên nhiều thiết bị trong cả nhà.
UWB cũng có thể kết nối các thiết bị giữa PC và các thiết bị giải trí, như máy quay
xách tay số đến PC để sử dụng các trình xửlý ảnh số hoặc tới một LCD cỡ lớn để
xem. Kết nối một máy ảnh sốđến một máy tính cá nhân xách tay để chỉnh sửa, biên dịch, và gửi ảnh thông qua e-mail đến một thành viên trong gia đình trong khi đang
ngồi ở một hotspot công cộng. UWB đề xuất nhiều lợi ích độc nhất cho các loại sử
dụng này. Các thiết bịCE xách tay, như máy quay số, máy ảnh số, bộ chạy MP3, và bộ chạy video cá nhân được mong đợi sẽ tạo ra một thị trường chính của UWB thời kỳđầu.
(vii). Tốc độ dữ liệu cao
Các ứng dụng sớm nhất của UWB sẽ lấy các nhu cầu thị trường cho truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao hơn đang tồn tại làm trọng tâm. Tuy nhiên, nhu cầu không
20
dây có khảnăng đa phương 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 phương tiện mật độcao, như là dùng trực tuyến đa phương tiện tại các “ điểm nóng”
như sân bay hoặc trung tâm hàng hoá thậm trí cảcác đơn vị cộng đồng, sẽ yêu cầu
băng tần không như 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 lượng sẽthúc đẩy sự phát triển các giải pháp UWB. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.1.4.2. Trong lĩnh vực y học
(i). Các thiết bị không dây không tiếp xúc (non-contact based)
Các phòng phẫu thuật phải duy trì điều kiện vô trùng để tránh bị nhiễm trùng. Một vấn đềchung là khi các dụng cụkhông được vô trùng phải được sử dụng (ví dụnhư bật bóng đèn hoặc sử dụng bút để ghi lại diễn biến) trong quá trình phẫu thuật. Vì vậy, việc sử dụng các thiết bị không tiếp xúc là cực kỳ quan trọng. UWB có thể thực hiện được yêu cầu này, sẵn sàng được điểu chỉnh để có thể xây dựng các thiết bị không dây không tiếp xúc nhằm thiết kế một phòng phẫu thuật ‘thông minh” mà các lệnh có thểđược truyền không dây đến đến các thiết bị thực hiện. Tính chất truyền dẫn của UWB cũng giúp tránh được nhiễu giữa các thiết bị y tế.
(ii). Quản lý từ xa liên tục
UWB là công nghệ thích hợp để quản lý bênh nhân từ xa và có thể thay thế
siêu âm. Bênh nhân có thể được quản lý từ xa mà không phải cấy ghép trong khoảng thời gian dài mà không bị gián đoạn. Một ví dụđiển hình là chăm sóc bà mẹ
và trẻ em từ xa mà không phải tiếp xúc. Một ứng dụng của UWB cho RFID trong môi trường y tế là theo dõi tình trạng và vị trí chính xác của bênh nhân, của nhân viên và của các thiết bị quan trọng. Ngoài ra công nghệ UWB còn tích hợp trong
cảm biến đểtheo dõi nhịp tim, huyết áp, nhiệt độ, dấu hiệu sự sống và có thể truyền dữliệu không cần dây. Điều này giúp bệnh nhân thoải mái hơn cũng như đơn giản hóa công tác quản lýtrong bệnh viện.
21
Thiết bị UWB hoạt động với công suất rất thấp. Mức công suất truyền dẫn yếu và nghiên cứu cho thấy an toàn với con người. Vì vậy, công nghệ này có thể sử
dụng để giám sát bệnh nhân trong một thời gian dài với năng lượng pin thấp mà không gây ra bất cứ tác dụng phụ có hại nào.
Một điểm thu hút lớn đối với các thiết bị UWB là có thể được xây dựng từ
những thiết bị điện tử có sẵn (Trung tâm nghiên cứu Philips tại Eindhoven, Hà Lan,
đã chứng minh có thể sử dụng đồng 5 cent đểlàm anten truyền dẫn UWB). Các sản phẩm y tế UWB rẻ, dễ sử dụng, có thể mở rộng đã sẵn sàng để đáp ứng với bất cứ
nhu cầu nào cũng như sản xuất hàng loạt.
1.1.4.3. Trong lĩnh vực truyền thông vệ tinh
(i). Định vị
Ngày nay, có nhiều công nghệcho phép chúng ta định vị trên phạm vi toàn
cầu với độ chính xác, điều mà trước kia không thể thực hiện được. Chúng ta đã
chuyển từ việc dùng la bàn sang dúng GPS. Giờđây, hãy tưởng tượng rằng các khả năng đó đang dẫn đến một bước tiến mới vào bên trong căn nhà của bạn. Mặc dù UWB không phải là một giải pháp hiệu quảcho việc định vị ngoài trời (do khoảng cách quá ngắn), nhưng nó vẫn là một giải pháp tuyệt vời đối với những vấn đề chỉ
yêu cầu khoảng cách ngắn. Một vài biến thể của UWB có thểđược sử dụng để xác
định khoảng cách giứa hai trạm phát UWB bên trong nhà. Bộđịnh vị UWB có thể được đặt một cách chiến lược trong một mạng báo hiệu chỉ đường bằng biển không dậy dọc theo một con đường chạy qua đồng quê để đánh dấu tuyến. Chúng có thể được dùng để tìm người trong nhiều tình huống: như là nhân viên cứu hỏa tìm
người trong các tòa nhà đang cháy, sĩ quan cảnh sát trong tình trạng nguy hiểm,
người trượt tuyết bị vùi lấp trong tuyết, người đi bộ bị thương ở một vùng xa xôi,
hoặc những đứa trẻ bịlạc trong công viên.
(ii). Bám
Với kĩ thuật bám tiên tiến, chúng ta không chỉ biết vị trí của đối tượng mà
còn bám theo sự chuyển động của nhiều vật đặc biệt khác. Ví dụ, các đối tượng
22
thậm trí đến tận đích cuối cùng của chúng. Bất kì một chuyển động nào trong một (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cơ quan tổ chức cũng có thể được theo dõi. Nhờ có theo dõi tài sản, hàng hóa, nên
đã cải thiện đáng kể khả năng làm đơn giản hóa việc lưu trữ và phân phối tài sản, hàng hóa và các dịch vụtong khi làm tăng khảnăng điều khiển kiểm kê.
Vì tính chất di động của con người và các đối tượng tăng lên, những thông tin mới nhất và chính xác về vị trí trở thành một nhu cầu thị trường thích đáng. Trong khi GPS mà một số công nhệ E911 hứa hẹn tạo ta một mức độ chính xác nào đó bên ngoài ngôi nhà, thì các công nghệ theo dõi bên trong nhà hiện tại vẫn còn không ít khó khăn và có độ chính xác khoảng từ3 đến 10 mét. Triển khai UWB là
một sựbù đắp cho GPS và E911 nó cho phép sự định vị chính xác và theo dõi các đối tượng chuyển động trong nhà với độ chính xác vài centimet. Điều này có thể
cung cấp nội dụng định vị rõ ràng và thông tin chuyển động của từng cá thể, và theo
dõi các tài sản có giá trị cao về mặt an ninh và sử dụng hiệu quả. Trong khi đây là
một thị trường mới mẻ, độ chính xác được cung cấp bởi UWB sẽ thúc đẩy sự trưởng thành của thị trường và sự phát triển các ứng dụng mới trong lĩnh vực này. Các hệ thống UWB có thể làm việc trong mọi trường phức tạp trong đó có nhiều
người, tài sản, và các tác động qua lại. Các vị trí như bệnh viện, khu an ninh, trung
tâm đào tạo, và các nơi làm việc phân tán khác có thể đạt được ích lợi to lớn bằng việc truyền thông có hiệu quảhơn và nhanh hơn. Việc lưu trữ tựđộng các hoạt động phức tạp không có cấu trúc giải phóng con người khỏi nhiệm vị quản lý. Lý lịch thiết bị có thể được cá nhân hóa, tự động chia sẻ thiết bị, để con người có thể đạt
được sựthoải mái hơn với các tài sản sẵn có. Sựđo lường thời gian thực và sự kiểm
toán nơi làm việc cung cấp cho người quản lý thông tin cần thiết để có được một quyết định thực tế chính xác. Các mức độ an ninh chưa từng có, có thể đạt được bằng sựtheo dõi vịtrí con người và các tài sản quan trọng.
1.1.4.4. Trong hệ thống radar
Tín hiệu UWB là xuất hiện radar có độ rõ nét cao với giá rẻ. Với các khả năng của radar mới này được tạo ra bởi sự bổ xung của UWB, thị trường radar sẽ
phát triển mạnh mẽ và radar sẽ được dùng trong nhiều khu vực mà công cần phải quan tâm. Một số ứng dụng radar mới mang tính then chốt trong đó UWB dường
23
như có vai trò cốt yếu bao gồm các bộ cảm biến tựđộng, 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 tường. Những vòm an ninh được trang bị radar dựa
trên radar chính xác đã thể hiện khả năng phát hiện chuyển động gần các khu vực