3.10 Ảnh hưởng nhiễu qua lại giữa hệ thống truyền thụng UWB và cỏc hệ thống truyền thụng khỏc và cỏc hệ thống truyền thụng khỏc
Bởi vỡ cỏc tớn hiệu UWB [8] cú băng tần rất rộng, phổ tần hoạt động của chỳng
chồng lấn phổ tần với cỏc phương phỏp truyền thụng khụng dõy khỏc. Hỡnh 3.57 chỉ ra một số hệ thống cú thể gõy khú khăn cho UWB. Cú hai vấn đề cần quan tõm xem xột. Thứ nhất, UWB cú thể hoạt động trong điều kiện xuất hiện những nhiễu này.
Thứ hai, UWB phải khụng gõy nhiễu đỏng kể cho cỏc người dựng thuộc cỏc hệ
thống này.
Chỳng ta cú thể dễ dàng thấy rằng một trong những lớ do để trỏnh băng tần nhỏ là quỏ nhiều dịch vụ khụng dõy mà UWB cú thể đụng chạm tới. Dải tần giữa 3 GHz và 10 GHz là nguồn nhiễu cho cỏc hệ thống khụng dõy trong nhà chớnh được giả thiết là cỏc mạng WLAN 5 GHz dựa trờn OFDM.
Hỡnh 3.57: Cỏc hệ thống truyền thụng vụ tuyến khỏc vận hành trờn dải tần của hệ thống UWB gõy nhiễu lờn hệ thống UWB và ngược lại
3.10.1 Cỏc mạng nội hạt khụng dõy (WLAN)
802.11a nhỏ hơn tớn hiệu UWB 10 dB. Hệ thống UWB mụ phỏng sử dụng dạng xung s0(t) điều chế bởi súng dạng sin(2πf0t)ở tần số f0 Hz và dẫn đến biểu thức
(3.66) ) 2 sin( ) ( / 0 0 2 2 t f e t s = −at τ π
Mụ phỏng với a=loge10 và τ = 0,5 ns. Cỏc xung được gửi mỗi 5 ns và thực hiện
điều pha hai trạng thỏi. Cụng suất của hệ thống UWB với Eb/N0 (năng lượng mỗi
bit chia cho mật độ cụng suất tạp õm) và tỉ lệ mong muốn với khụng mong muốn
(DU) được định nghĩa là cụng suất của một xung đơn để loại bỏ ảnh hưởng của
khoảng cỏch giữa cỏc xung. Khi tớn hiệu 802.11a mạnh hơn, như khi bộ phỏt WLAN gần bộ thu UWB, xảy ra nhiễu đỏng kể. Để loại bỏ nhiễu này, hai kĩ thuật
được đề nghị. Một là sử dụng bộ lọc để loại bỏ nhiễu khụng mong muốn. Vớ dụ, cú
thể sử dụng bộ lọc Chebyshev bậc sỏu với tần số cắt ở 4 GHz, độ gợn nhỏ hơn 0,2 dB, và suy hao -20 dB ở 5,18 GHz. Bộ lọc này làm tổn hao 1 dB khi khụng cú nhiễu; tuy nhiờn nú cải thiện hiệu năng đỏng kể khi khụng cú nhiễu.
Đề nghị thứ hai là sử dụng hệ thống UWB đa băng. Cỏc súng mang con tần số
cao nhất bị loại bỏ bởi vỡ chỳng chồng lấn với phổ tần 802.11a. Sử dụng một hệ thống với 11 súng mang con với khoảng cỏch là 200 MHz từ 3,2 đến 5,2 GHz .
(3.67) ) 2 sin( ) 2 sin( ) ( 11 / 0 1 0 0 2 2 2 / 2 t f e X t f e t s at n n at τ π − τ π − − ≈ ∑ =
Trong đú τ= 0,5 ns. Túm lại, ở tỉ số DU là 0 dB, loại bỏ hai súng mang lớn nhất được hiệu năng tốt nhất, trong khi với DU là -10 dB loại bỏ ba súng mang thu được
hiệu năng tốt nhất. Một thớ nghiệm thực hiện được mụ tả ở Hỡnh 3.58 để xỏc định
hoạt động của card mạng WLAN với dưới tỏc dụng của cỏc tớn hiệu UWB cụng suất cao, và cú thể tổng kết là 802.11b cú thể chịu nhiễu từ UWB khi cụng suất truyền dẫn cao và khoảng cỏch gần giữa cỏc mỏy phỏt UWB và bộ thu WLAN.
Hỡnh 3.58: Thiết lập thớ nghiệm để xỏc định ảnh hưởng của nhiễu từ cỏc bộ phỏt UWB cụng suất cao tới card WLAN
Trong thớ nghiệm này, cỏc xung với độ rộng 500 ps được tạo ra từ vài bộ phỏt
UWB. Tần số lặp xung được cố định ở 87 MHz. Tần số trung tõm khoảng 1,8 GHz. Cường độ đỉnh-đỉnh để đo xung từ cổng ra của bảng mạch xấp xỉ 300mV. Cỏc anten
đẳng hướng được sử dụng và cú EIRP từ -2 dBm tới 3 dBm phụ thuộc vào tần số
lặp xung. Cấu hỡnh này khụng phự hợp với quy định của FCC, phần mở rộng mặt nạ phổ cho truyền dẫn trong nhà cỡ 30 dB ở băng tần 2,4 GHz
Cỏc phộp đo phổ trờn kờnh 1 (fc=2,412 GHz) chỉ ra đỉnh nhiễu UWB nhỏ hơn cỡ 20 dBmV đỉnh tớn hiệu 802.11b với 20 bộ phỏt UWB ở khoảng cỏch 100 cm. Ở khoảng cỏch 15 cm từ anten đo đỉnh UWB thấp hơn đỉnh tớn hiệu WLAN cỡ 5
dBmV.
Cỏc phộp đo SNR được tiến hành, và kết quả là với nếu khoảng cỏch từ bộ thu WLAN đến cỏc bộ phỏt UWB lớn hơn 50 cm, sẽ khụng cú suy giảm đỏng kể với
SNR. Với khoảng cỏch nhỏ hơn 50 cm, SNR suy giảm cỡ 10-15 dB. Thụng qua những phộp đo chỉ ra một số xu hướng: với cỏch khoảng cỏch nhỏ hơn 30 cm, dung lượng WLAN giảm rừ rệt khi cú 15 bộ phỏt UWB cụng suất cao hoặc nhiều hơn và nếu khoảng cỏch lớn hơn 40 cm ảnh hưởng cú thể bỏ qua.
Chỉ tiờu của cỏc mạng WLAN Bluetooth được xem xột dưới ảnh hưởng của cỏc tớn hiệu UWB cụng suất lớn. Cú thể tổng kết là kết nối Bluetooth chịu ảnh hưởng ớt hơn cỏc kờnh 802.11b tương ứng.
Bởi vỡ cỏc thiết bị Bluetooth cú thể điều chỉnh trạng thỏi cỏc kờnh riờng để trỏnh cỏc kờnh “xấu”. Chỉ suy giảm dung lượng khoảng 530 kb/s xuống 490 kb/s cỏc bộ thu phỏt Bluetooth cỏch nhau 10 m, và khụng suy giảm dung lượng khi cỏc thiết bị Bluetooth đặt cỏch nhau cỡ 3 m, trong thớ nghiệm cỏc thiết bị UWB đặt cỏch bộ thu Bluetooth 15 cm.
3.10.3 GPS
GPS đúng một vai trũ quan trọng trong nhiều lĩnh vực như thương mại, qũn sự, và xó hội. Vớ dụ cỏc hệ thống hàng khụng cũng như cỏc thiết bị giao thụng hiện đại, hàng hải v.v.v. nhận thụng tin dẫn đường từ hệ thống GPS. Cỏc thiết bị thụng tin di
động trang bị bộ thu GPS cũng đang được thương mại hoỏ. Do đú ảnh hưởng của
tớn hiệu UWB lờn tớn hiệu GPS cần được đặc biệt quan tõm. Điều này cũng được thể hiện rừ trong mặt nạ phổ cụng suất do FCC đưa ra khi cụng suất phỏt được phộp của tớn hiệu UWB trong dải tần này là thấp nhất chỉ khoảng -76 dBm/MHz nờn cú thể bỏ qua ảnh hưởng của tớn hiệu UWB lờn tớn hiệu GPS.
3.10.4 Cỏc hệ thống thụng tin tế bào
Xem lại Hỡnh 3.57 dễ thấy rằng phần lớn cỏc hệ thống di động hoạt động ở dải
tần dưới 1 GHz và do đú khụng nằm trong dải tần mà phần lớn cỏc hệ thống truyền thụng UWB sử dụng. Băng tần 1,5 GHz được bảo vệ mạnh bởi cỏc điều lệ của FCC. Cỏc dịch vụ ở dải tần 2 GHz cú thể chịu một số ảnh hưởng; tuy nhiờn nú nằm ở rỡa của băng tần UWB trung tõm và khụng phổ biến như cỏc dịch vụ di động tổ ong khỏc tại thời điểm hiện nay. Trong một số thớ nghiệm về ảnh hưởng của hệ thống
UWB (thoả món yờu cầu của FCC) lờn dịch vụ di động PCS 1,9 GHz. Và nhận thấy khụng cú ảnh hưởng rừ rệt của tớn hiệu UWB đối với cỏc dịch vụ thoại ở dải tần
này. Trong thớ nghiệm cỏc thiết bị di động đặt ở khoảng cỏch 1,5 m so với anten
Kết luận
Hệ thống UWB cú thể được chia thành hai nhúm: đơn băng và đa băng. Hệ thống UWB đa băng cú hai dạng điều chế cú thể được dựng để truyền tải thụng tin trờn
mỗi băng. Dạng thứ nhất sử dụng kỹ thuật ghộp kờnh phõn chia theo tần số trực giao (OFDM), thớch hợp cho hệ thống UWB đa băng dựa trờn OFDM. Dạng thứ hai dựng đơn súng mang để truyền trờn mỗi băng và thớch hợp cho hệ thống UWB dựa trờn một xung đa băng.
Tiờu chuẩn cho phộp chấp nhận và phổ biến rộng rói cỏc sản phẩm từ nhiều nhà sản xuất và cấp thiết bị với một mức chi phớ tối thiểu, giảm chi phớ đối với khỏch hàng. Hiện nay, chỉ cú tổ chức IEEE và ETSI là đang phỏt triển cỏc tiờu chuẩn liờn quan đến 25 UWB. IEEE, với họ tiờu chuẩn 802, đang phỏt triển một lớp vật lý vụ tuyến tốc độ dữ liệu cao cho chuẩn WPAN 802.15.3a. Ở Chõu Âu, ETSI đang phỏt triển cỏc tiờu chuẩn đo kiểm chỉ tiờu nhằm hỗ trợ cho cỏc nghiờn cứu chia sẻ phổ tần, cỏc kết quả này sẽ là cỏc quy định UWB ở Chõu Âu. IEEE 802.15.3a đang đề
xuất cỏc phương phỏp triển khai cụng nghệ UWB, bao gồm cỏc dạng vụ tuyến dạng xung, cỏc phương phỏp chuỗi trực tiếp, và cỏc kiểu vụ tuyến băng hẹp giống như OFDM với cỏc tham số cho phộp mở rộng băng tần 500 MHz. Một trong những tiềm năng của UWB là khả năng đo đạc định vị với độ chớnh xỏc cao, điều này
khụng dễ thực hiện đối với hệ thống băng hẹp. Cỏc nỗ lực chuẩn hoỏ của cỏc tổ
chức tiờu chuẩn cho phộp khẳng định tương lai của cụng nghệ UWB trong lĩnh vực thụng tin vụ tuyến cỏ nhõn.
Do đặc điểm băng tần trải rất rộng nờn vấn đề ảnh hưởng nhiễu qua lại giữa cỏc hệ thống truyền thụng vụ tuyến băng hẹp khỏc với hệ thống UWB cú ý nghĩa quyết
định đến tớnh hiện thực của hệ thống UWB. Vấn đề này đó được xem xột khỏ chi
tiết ở trong chương này và cú thể kết luận là cỏc hệ thống UWB hoạt động thoả món mặt nạ phổ cụng suất của FCC thỡ cú thể hoạt động đồng thời cựng cỏc hệ thống
băng hẹp khỏc mà khụng cú hiện tường gõy nhiễu đỏng kể nào. Chỉ lưu ý đối với
CHƯƠNG 4
TèNH HèNH TRIỂN KHAI CÁC ỨNG DỤNG BĂNG CỰC RỘNG Mở đầu
Cú nhiều ứng dụng băng cực rộng trong cả lĩnh vực quõn sự và dõn sự, điều đú
đó thực sự phỏt triển và chỉ ra là cỏc sản phẩm trong thực tế. Dự chương này chỉ
cung cấp tổng quan một vài ứng dụng tiờu biểu, đem đến cho những thụng tin về
những ứng dụng đó triển khai và những ứng dụng đang là kế hoạch cho tương lai
trong thương mại. Đặc biệt là tiếp theo những kế hoạch ở đõy ta đó khụng xem xột
đến những ứng dụng trong radar, cỏi mà cú lẽ được phỏt triển nhất của cỏc ứng dụng
UWB. Hơn nữa, ta tập trung vào truyền thụng, quan tõm trước hết đến cỏc sản phẩm tiờu dựng. Tiếc rằng, lĩnh vực này mới chỉ bắt đầu cú những thành quả ở dạng
chipset và sản phẩm thử nghiệm.
Như một thử nghiệm trong quõn sự và thương mại chỳng ta xem xột sự định vị chớnh xỏc trong quõn sự khi được xõy dựng bởi giải phỏp đa phổ [11]. Đối với chipset ta thấy sự khởi động UWB, là Time Domain và XtremeSpectrum, sản xuất
cỏc chipset chức năng.
4.1 Ứng dụng trong quõn sự
Cũng như nhiều cụng nghệ truyền thụng vụ tuyến, quõn sự là động lực chủ yếu cho phỏt triển của UWB. Thực tế, ứng dụng trong radar đó được phỏt triển trong
qũn sự nhiều năm. Hóy xem một số lượng lớn cỏc vớ dụ radar UWB [6].
4.1.1 Hệ thống định vị chớnh xỏc
Sử dụng khớa cạnh định vị và truyền thụng của UWB, một ứng dụng quõn sự cực kỳ lý thỳ là hệ thống định vị tài sản của Multispectral Solution và US Navy [11]. Hệ thống này, trong quõn sự đang thiết kế, đó ứng dụng trong thương mại, vỡ nú chẳng phải là thiết bị tấn cụng hay bảo vệ, nhưng hệ thống vụ tuyến cải thiện ngành hậu cần nhờ định vị cỏc container và cỏc vật thể lớn khỏc trong phạm vi một tàu hải
quõn mọi lỳc.
Lý do chớnh của sự phỏt triển UWB hệ thống định vị tài sản chớnh xỏc (PAL) là sự di chuyển cồng kềnh của lực lượng quõn sự cú thể tới 40.000 container lờn tàu;
tuy nhiờn, hơn một nửa, khoảng 25.000 container, đó được mở để kiểm tra bờn
trong vỡ sai hoặc mất hoỏ đơn.
Trong cỏc tàu hải qũn, cỏc thẻ nhận dạng vụ tuyến băng hẹp đó khụng thể hoạt
động được vỡ nhiễu đa đường quỏ nhiều (nghĩa là trải trễ lớn) và độ chớnh xỏc cú
hạn. Để giải quyết điều này hệ thống UWB PAL đó ra đời.
Hệ thống bao gồm cỏc thẻ UWB đặt trong cỏc thiết bị, vị trớ của nú được tớnh toỏn và thiết bị thu được đặt ở một vị trớ cố định trờn hàng hoỏ tương ứng với vị trớ cỏc thẻ. Cỏc thẻ UWB gồm bộ phỏt xung ngắn và cụng suất ra đỉnh khoảng 250mW. Mỗi thụng tin gồm 40 bit và được lặp lại khoảng 5 giõy. Băng thụng tức thời của cỏc xung phỏt đi là khoảng 400 MHz.
Trong hệ thống này, yếu tố xung cú độ rộng ngắn được dựng để tạo khoảng thời gian chớnh xỏc của tớn hiệu từ mỗi một thẻ được nhận dạng đơn nhất.
Cỏc thử nghiệm đó được thực hiện trờn hệ thống trong khoang hàng của tàu quõn sự, kớch thước khoảng 25m x 30m x 9m. Hàng hoỏ gồm cỏc container tiờu chuẩn ISO 20 fit được xếp lờn xe tải HMMWV. Cỏc thẻ được đặt trờn núc của cỏc
container và HMMWV.
Độ sai lệch của hệ thống là 1-2 m đối với cỏc container xếp chồng đơn và khoảng
4m với xếp chồng đụi. Tuỳ thuộc vào việc kiểm tra thẻ, độ chớnh xỏc dưới 1m là
khả thi.
Ngoài ra khi xỏc định mụi trường nhiễu đa đường, chỉ ra rằng trải trễ là 3 micro giõy, đú là mức lớn hơn mụi trường trong nhà khỏc, như văn phũng chẳng hạn. Đa
đường trong miền tần số vụ hiệu giữa 30-40dB.
Hệ thống PAL chỉ ra triển vọng của truyền thụng UWB và dải ứng dụng vỡ xung ngắn cú thể cho kết quả cực kỳ chớnh xỏc, thậm chớ trong cỏc mụi trường nhiễu đa
đường. Kết luận cho ứng dụng này là thẻ UWB thực hiện tốt hơn cỏc thẻ nhận dạng
vụ tuyến băng hẹp hiện nay.
4.2 Cỏc ứng dụng trong thương mại
bị UWB được sử dụng bú hẹp trong chớnh phủ hay quõn sự, chủ yếu là cỏc thiết bị radar UWB, mà luận văn này khụng chỳ trọng nghiờn cứu. Tuy nhiờn rất nhiều cụng ty điện tử dõn dụng đang chủ động phỏt triển cỏc chipset và ứng dụng vụ tuyến cú
sử dụng lớp vật lý của UWB. Sau đõy chỳng ta sẽ liệt kờ vài cụng ty loại này và giới thiệu dự kiến của họ đối với cỏc ứng dụng UWB thương mại.
4.2.1 Time Domain PulsON 200
Time Domain [13] đó phỏt triển chipset UWB thương mại hoỏ ở chi nhỏnh PulsON. Thế hệ đầu tiờn là PulsON 100, hiện nay là PulsON 200 và cỏc chipset
tương lai tạo ra cỏc dũng sản phẩm của họ. Time Domain là cụng ty đầu tiờn vượt qua thủ tục chứng chỉ FCC cho một sản phẩm truyền thụng. Sản phẩm này được biết đến với tờn PulsON 200 Evaluation Kit. Nú là cơ sở chung giỳp cho cỏc nhà
thiết kế tạo ra cỏc sản phẩm tiờu dựng, gồm cả thụng tin vụ tuyến, dũ tỡm và radar.
Ảnh của cỏc radio vụ tuyến phỏt triển cho PulsON 200 Evaluation Kit được chỉ ra
trờn hỡnh 4.1.