PulsON 200 Evaluation Kit cú tốc độ dữ liệu tối đa khoảng 9,6 Mbps với khoảng
cỏch trờn 10m trong mụi trường tự do cú chướng ngại vật và xấp xỉ 7m trong mụi trường nhà ở hoặc văn phũng. Cỏc thụng số chi tiết của PulsON 200 Evaluation Kit xem trong bảng 4.1
Tham số Giỏ trị Tần số xung lặp lại 9,6 MHz Tốc độ dữ liệu 9,6; 4,8; 2,4; 1,2; 0,6; 0,3; 0,15; 0,075 Mbps Tần số trung tõm 4,7 GHz Băng thụng 3,2 GHz (10dB radiated) Cụng suất phỏt xạ đẳng
hướng hiệu dụng (EIRP) -11,5 dBm Cụng suất tiờu thụ 12,2 W (transmit)
11,9 W (receive)
Thoả món FCC Part 15,517; 15,209
Điều chế Bi-phase, quadrature flip-time modulation
Bảng 4.1: Thụng số kỹ thuật của PulsON 200 Evaluation Kit
Version tương lai của PulsON là phỏt triển cho băng tần cao và cỏc thiết bị tiờu dựng cụng suất thấp với ứng dụng cơ bản của đa phương tiện vụ tuyến.
4.2.2 Bộ tạo tớn hiệu UWB của Time Domain
Time Domain đó phỏt triển bộ tạo tớn hiệu với cỏc chức năng tương tự như mỏy phỏt UWB. Nú cú thể sử dụng trong việc kết nối với mỏy hiện súng số để mụ tả
kờnh UWB. Nú cũng cú thể được sử dụng với cỏc thiết bị UWB khỏc để kiểm tra ảnh hưởng của nhiễu và sự cựng tồn tại. Ảnh của bộ tạo PulsON 200 xem hỡnh 4.2
4.2.3 XtremSpectrum
XtremSpectrum [15] đó phỏt triển chip cho cỏc ứng dụng UWB. Chipset cú tờn là XS100 TRINITY. Bao gồm 4 chip là ngoại vi RF XSI102, bộ phỏt đỏp RF XSI112, băng số cơ sở XSI122 và điều khiển truy nhập media MAC (XSI141). Cỏc chip này
đó được sản xuất dựng cụng nghệ CMOS 0,18 micromet và SiGe cú giỏ thành thấp.
Ngoại vi RF bao gồm chủ yếu bộ khuyếch đại tạp õm thấp để khuyếch đại tớn hiệu UWB thu được. Hệ số khuyếch đại tối đa là 20dB, tối thiểu là 0dB. Nhiễu là 5,6 dB. Bộ phỏt đỏp RF gồm bộ thu, phỏt, định thời, và điều khiển. Chip băng cơ sở số gồm một bộ ADC, mạch băng cơ sở và giao diện với chip MAC. Anten vụ hướng phẳng, 2 chiều diện tớch 2,5 cm2 cũng được chế tạo. Cỏc thụng số chi tiết của TRYNITY
chipset được chỉ ra trong bảng 4.2
Tham số Giỏ trị
Băng tần 3,1-10,6 GHz
Giao thức MAC IEEE 802.15.3
Khoảng cỏch 10 m
Điều chế Lưỡng cực (Bi-phase)
Dạng xung Monocycle
Tốc độ dữ liệu 25, 50, 75, 100 (Mbps)
Năng lượng tiờu thụ 200 mW
Cụng suất ra <1mW
Tỉ lệ lỗi bit 10-9
Tỉ lệ mó hoỏ 1, ẵ, ắ
Mạng Peer to peer, ad hoc, piconet
Bảng 4.2: Cỏc thụng số chi tiết của TRYNITY chipset
4.2.4 Tập đoàn Intel
Intel quan tõm đến UWB ở cả 2 mảng tiờu chuẩn và nghiờn cứu. Những đúng
gúp của Intel về phỏt minh kỹ thuật và kiến thức cụng nghiệp chung đó thiết lập bộ phận nghiờn cứu phỏt triển của Intel dẫn đầu trong cụng nghệ UWB. Trong cụng ty
UWB được xem là phự hợp cho tốc độ cao, xung ngắn, kết nối vụ tuyến cỏ nhõn
cho PC và cỏc thiết bị di động. Cố gắng hiện nay của Intel tập trung vào 3 khú khăn:
đẩy mạnh cỏc kiến thức UWB cho mục tiờu dõn dụng ; tạo ra cỏc chuẩn mở cho
thụng tin tốc độ cao và thụng qua cỏc chuẩn trờn khắp thế giới. Cỏc nhà nghiờn cứu của Intel đang ỏp dụng cỏc thành tựu của họ trong thiết kế CMOS vụ tuyến để tối ưu hoỏ cỏc yờu cầu về cụng suất thấp, giỏ rẻ. Intel mong muốn triển khai thị trường cỏc chuẩn mực trờn cơ sở cỏc giải phỏp UWB trong khoảng thời gian 2005-2006.
4.2.5 Motorola
Cỏc sản phẩm bỏn dẫn của Motorola [10] gần đõy thụng bỏo rằng sẽ sử dụng
cụng nghệ UWB trong cỏc sản phẩm của mỡnh. Nú cũng ủng hộ đề xuất UWB của XtremeSpectrum ở nhúm làm việc IEEE 802.15. Hai cụng ty đó ký ghi nhớ để cựng làm việc đưa cụng nghệ UWB thõm nhập thị trường và phõn phối sản phẩm hợp tỏc vào thị trường. Motorola tỡm kiếm sự lựa chọn khỏc nhau trong thị trường UWB, nhưng quyết định hợp tỏc với XtremeSpectrum bởi vỡ họ cú giải phỏp silicon.
4.2.6 Phũng thớ nghiệm nghiờn cứu truyền thụng (CRL)
Ở Nhật gần đõy đó thiết lập nhúm dự ỏn dành cho UWB để thỳc đẩy nghiờn cứu
phỏt triển cụng nghệ UWB. Nú cũng đang khỏm phỏ cỏc thụng số phự hợp cho cỏc quy định tần số của hệ thống UWB [2]. Dự ỏn tập trung vào nghiờn cứu phỏt triển hệ thống UWB trong vi ba và bước súng mm như là yờu cầu cụng nghiệp và cho phỏt minh cú tớnh hàn lõm trong nghiờn cứu. Nhúm dự ỏn bao gồm một sự cộng tỏc trong cụng nghiệp , học viện và chớnh phủ. CRL thiết lập một Consortium UWB cựng với cỏc cụng ty cụng nghiệp và cỏc đại học với sự ủng hộ của cụng viờn
nghiờn cứu Yokosuka (YRP) vào thỏng 12 năm 2002. Mục đớch của Consortium được mụ tả như sau:
- Nghiờn cứu và phỏt triển cỏc cụng nghệ cho hệ thống truy nhập vụ tuyền UWB - Thực thi và nghiờn cứu thực nghiệm sử dụng vi ba và hệ thống bước súng mm (nghĩa là 960MHz, 3,1-10,6 GHz và 22-29GHz)
- Thiết lập hệ thống truyền dẫn trờn cơ sở UWB với giỏ thành hạ và tốc độ truyền dẫn cao trờn 100Mb/s
- Đúng gúp vào việc tiờu chuẩn hoỏ hệ thống UWB cả ở Nhật và nước ngoài.
4.2.7 General atomics
General atomics đang đầu tư một sản phẩm truyền thụng trờn cơ sở cụng nghệ
UWB đa băng. Tốc độ dữ liệu cỡ 120Mbps [3]. Sản phẩm mục tiờu là truyền dẫn vụ tuyến cỏc luồng video và thay thế cable tốc độ cao.
4.2.8 Wisair
Wisair [14] là một cụng ty được thành lập ở Isarel, nú đó phỏt triển chipset UWB với mục đớch truyền thụng vụ tuyến trong nhà. Truyền đồng thời nhiều luồng audio và video, đa phương tiện băng rộng và chất lượng dịch vụ là mục tiờu đặt ra để đỏp
ứng cỏc ứng dụng nhiều truyền thụng và giải trớ. Tờn của chipset này là UBLink. Đặc trưng kỹ thuật thỳ vị nhất của chipset Wisair là nú đến gần với đa băng, chia
phổ vụ tuyến băng rộng thành nhiều băng hẹp. Trong chipset này, cú thể cú 30 băng con, từ 1-15 cú thể được sử dụng. Điều đú tạo ra sự linh hoạt khi sử dụng cỏc kờnh trong mụi trường đặc biệt. Để chống nhiễu ở tần số nhất định, chỉ sử dụng cỏc băng con được lựa chọn, từ chối cỏc băng con cú chất lượng thấp. Đối với cỏc ứng dụng tốc độ bit thấp, số băng con ở phớa dưới được sử dụng để tiết kiệm cụng suất hoặc
tăng độ tin cậy nhờ thay đổi tốc độ mó. Tuy nhiờn, nhược điểm của cỏch tiếp cận này là phức tạp và giỏ thành. Cụng nghệ UWB được quan tõm bởi lợi ớch tốt nhất và giỏ thấp nhất. Vỡ mục tiờu của chipset này là thị trường tiờu dựng, cụng suõt tiờu thụ thấp là mục tiờu đặt ra. Vỡ thế, chế độ chờ tiết kiệm năng lượng đó được triển khai
rất tốt. Chi tiết chipset UBLink được cho trong bảng 4.3.
Tham số Giỏ trị
Tốc độ bit 20; 62,5; 83,3; 125 (Mbps)
Khoảng cỏch 10-30 (m)
Cụng suất tiờu thụ 60-200 (mW)
Đa băng 1-15 (sub-bands)
4.2.9 Mạng gia đỡnh và cỏc thiết bị điện tử dõn dụng
Một trong những mảng ứng dụng mạnh nhất của cụng nghệ UWB là kết nối vụ
tuyến cỏc hệ thống khỏc nhau trong gia đỡnh. Rất nhiều cỏc cơ sở sản xuất điện tử
đang nghiờn cứu UWB như một phương tiện vụ tuyến để kết nối cỏc thiết bị như
TV, đầu DVD, mỏy quay và cỏc hệ thống audio với nhau và loại bỏ cỏc dõy dẫn
lằng nhằng trong phũng khỏch. Đõy là điều đặc biệt quan trọng khi chỳng ta để ý đến tốc độ bit cần cho TV độ phõn giải cao, hơn 30Mbps trờn khoảng cỏch ớt nhất là
vài một. Một vớ dụ mạng gia đỡnh thiết lập trờn cơ sở sử dụng truyền dẫn vụ tuyến UWB tốc độ cao được miờu tả trong hỡnh 4.3
Hỡnh 4.3b: Kết nối vụ tuyến giữa cỏc thiết bị trong nhà sử dụng cụng nghệ UWB
Tất nhiờn cỏc kết nối vụ tuyến tới và từ PC cũng là mảng thị trường tiờu dựng khả thi khỏc, cỏc sản phẩm hi vọng ra đời trong vài năm tới.
Một đề xuất khỏc là sử dụng UWB như là kết nối vụ tuyến khắp nơi trong nhà,
nơi tồn tại rất nhiều cụng nghệ cú dõy và khụng dõy lẫn lộn. Cỏc cụng nghệ cú dõy
được cỏc tỏc giả đưa ra trờn cơ sở tiờu chuẩn IEEE 1394. Đõy là một cố gắng để liờn
kết một cỏch hiệu quả truyền thụng giải trớ, tiờu dựng và điện toỏn trong mụi trường căn hộ. Lý do để chọn IEEE 1394 là cú cung cấp một chế độ đẳng thời, trong đú dữ liệu được bảo vệ để phỏt trong một khung thời gian nhất định sau khi bắt đầu
truyền. Băng thụng được dự trữ trước, tạo ra tốc độ truyền dẫn khụng đổi. Điều này rất quan trọng đối với cỏc ứng dụng thời gian thực, như là video quảng bỏ, để chắc chắn khụng cú ngắt quóng trong cỏc chương trỡnh phim hay TV đối với người xem. Một vài dịch vụ và tốc độ dữ liệu tương ứng được cho trong Bảng 4.4
Service Data rate (Mbps) Real time feature
Digital video 32 Yes
DVD, TV 2-15 Yes
Audio 1,5 Yes
Internet access >10 No
PC 32 No
Other <1 No
Bảng 4.4: Vài nội dung cho mạng mỏy tớnh và giải trớ gia đỡnh, tốc độ dữ liệu cần thiết và yờu cầu đặc tớnh thời gian thực
Hơn nữa, IEEE 1394 cú một dạng nữa là cận đồng bộ, trong đú dữ liệu cũng được bảo đảm để phỏt đi, nhưng băng thụng khụng được dự trữ và khụng đảm bảo được thực hiện vào thời điểm dữ liệu đến.
IEEE 1394 cung cấp cỏc mức 100, 200 và 400 Mbps tương ứng với mục đớch của truyền UWB. IEEE 1394b đang xem xột và sẽ cung cấp tốc độ 800 tới 1600 Mbps và cú thể mở rộng tới 3200Mbps.
Tập trung cho cỏc ứng dụng trong nhà được xem như là kinh tế, hoạt động dễ
dàng, linh hoạt và độ tin cậy cao. Đặc biệt trong yếu tố kinh tế và tin cậy, UWB cú thể thực hiện rất tốt. Tuy nhiờn cú nhiều hệ thống vụ tuyến khụng dõy khỏc đang nhằm vào cỏc ứng dụng loại này. Cụ thể là chuẩn IEEE 802.11a cú tốc độ dữ liệu lờn tới 54Mbps là một đối thủ mạnh. Chipset IEEE 802.11a được thụng bỏo là cú
tốc độ trờn 70Mps và hứa hẹn tăng lờn 100Mbps trong tương lai gần. Ngoài ra, cỏc bộ thu phỏt trờn cơ sở tiờu chuẩn này cũng cú thể hạ giỏ nếu tốc độ bit thấp hơn một chỳt.
Cỏc chuẩn Bluetooth, HomeRF và 802.11b khụng phải là cỏc đối thủ mạnh vỡ tốc độ dữ liệu tối đa xấp xỉ 720Kbps; 1,6 Mbps và 11Mbps tương ứng. Một sự lựa
chọn khỏc là Wireless 1394, một sự phỏt triển tiếp theo của hệ thống 1394 cú dõy.
Trong phần trước chỳng ta đó thấy hệ thống định vị chớnh xỏc ứng dụng cho quõn sự (PAL) trờn cơ sở UWB của MultiSpectral Solution. Hệ thống PAL cũng đó đưa
ra thương mại hoỏ và đo kiểm. Cụ thể [12], hệ thống PAL được mở rộng từ cỏc tàu quõn sự để sử dụng trong cỏc bệnh viện và nhà mỏy. Sản phẩm cú tờn là PAL650 được đăng ký theo luật FCC năm 2003.
Nú được tung ra như là một sản phẩm thương mại ở thời điểm này trong Trung
tõm y tế quốc gia Washington. Hệ thống định vị chớnh xỏc UWB giỳp người quản
trị bệnh viện theo dừi tài sản và bệnh nhõn trong bệnh viện. Theo dừi bệnh nhõn và thiết bị nhằm làm tăng hiệu quả y tế, đặc biệt trong trường hợp tấn cụng khủng bố hoặc thảm hoạ, khi đú bệnh nhõn đụng gấp 4-5 lần bỡnh thường. Một ứng dụng khỏc là Viện tiờu chuẩn và cụng nghệ quốc gia (NIST) ở Mỹ để theo dừi chớnh xỏc cỏc
robot trong nghiờn cứu và cấp cứu. Hệ thống này lỳc đầu được sử dụng để đỏnh giỏ cỏc phương tiện robot trong tỡm kiếm và giải thoỏt quốc tế. Trong tương lai sẽ ứng dụng vào cỏc phương tiện theo dừi tỡm kiếm cứu hộ khẩn cấp trong qũn sự thõm nhập vào cỏc tồ nhà sau thảm hoạ.
Kết luận
Thực tế triển khai cỏc ứng dụng của cụng nghệ UWB cũn rất nhiều và rất đa dạng nhất là trong cỏc lĩnh vực: truyền thụng và cảm biến; định vị và theo dừi; radar.
Những ứng dụng triển khai trong chương này mới chỉ nờu được một phần trong số
KẾT LUẬN
Qua nghiờn cứu cụng nghệ UWB ta thấy ưu điểm quan trọng nhất của UWB là
khả năng sử dụng phổ tần hiệu quả, khụng gõy ảnh hưởng tới cỏc hệ thống vụ tuyến băng hẹp và băng rộng hiện cú, việc thực thi hệ thống cũng khụng đũi hỏi chi phớ cao, thực tế hiện nay cũng đó cú sản phẩm thương mại. Ngoài ra UWB cũng cho
phộp cung cấp cỏc ứng dụng truyền thụng rất đa dạng. Do đú việc nghiờn cứu, ỏp
dụng cụng nghệ này đó, đang và sẽ là một hướng đi được chỳ trọng, đẩy mạnh trong thời gian tới.
Nội dung của luận văn mới chỉ dừng ở mức nghiờn cứu cụng nghệ UWB nhằm: - Tỡm hiểu về cụng nghệ, rỳt ra ưu nhược điểm của cụng nghệ và xem đõy là một giải phỏp vụ tuyến, khả năng ứng dụng ở Việt Nam.
- Dự đoỏn tương lai phỏt triển của cụng nghệ UWB để cú hướng đầu tư lõu dài, đi
đầu trong ứng dụng UWB.
- So sỏnh với cỏc cụng nghệ khụng dõy hiện cú - ảnh hưởng của chỳng với nhau, rỳt ra ưu nhược điểm nhằm lựa chọn đỳng và phự hợp (về tài chớnh, về chất lượng…)
Tại Việt Nam, cỏc nghiờn cứu ứng dụng cụng nghệ UWB hiện cũn rất ớt. Cỏc sản phẩm thương mại cũn quỏ mới mẻ, lại chưa phổ biến rộng rói trờn thế giới nờn ở nước ta hiện nay cũng chưa ứng dụng. Tuy nhiờn trong thời gian tới, triển vọng ứng dụng sẽ là rất lớn vỡ lợi ớch khụng thể phủ nhận của cụng nghệ này.
Hướng phỏt triển tiếp theo của đề tài sẽ là: • Vấn đề lựa chọn tiờu chuẩn
• Thực hiện mụ phỏng hệ thống
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. A. Lauer, A. Bahr and I. Wolff (1994), “FDTD simulations of indoor propagation”, 44th IEEE VTC Conference Record, 2, pp. 883–886.
2. Communication Research Laboratory. http://www2.crl.go.jp/. 3. General Atomics. http://www.fusion.gat.com/photonics/uwb/.
4. H. Kikuchi (2003), UWB arrives in Japan, pp. 95–122.
5. Intel Corporation. http://www.intel.com/technology/ultrawideband/. 6. J. D. Taylor (2001), Ultra-Wideband Radar Technology, CRC Press. 7. J. Williams (2001), The IEEE 802.11b security problem, 1, pp. 91–96. 8. M. Ghavami, L. B. Michael, R. Kohno (2004), Ultra Wideband Signals
and Systems in Communication Engineering, John Wiley & Sons Ltd.
9. M. Nakagawa, H. Zhang, and H. Sato (2003), Ubiquitous homelinks
based on IEEE 1394 and ultra wideband solutions, IEEE
Communications Magazine, 41(4), pp.74–82. 10. Motorola Corporation. http://www.motorola.com/.
11. R. J. Fontana and S. Gunderson (2002), Ultra-wideband precision asset
location system, UWBST 2002 IEEE Conference on Ultra Wideband
Systems and Technologies.
12. R. J. Fontana, E. Richley, and J. Barney (2003), Commericalization of an
ultra wideband precision asset location system, In UWBST 2003 IEEE
Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies. 13. Time Domain. http://www.timedomain.com.
14. Wisair. http://www.wisair.com.