Hình 3 .2 Minh hoạ PPM và BPSK trong truyền thơng UWB
Hình 3.6 Khái niệm hệ thống nhảy thời gian
Trong các hệ thống TH các người dùng phân biệt nhau bằng các mã PR khác nhau có chiều dài N. Trong một khung có N vị trí truyền dẫn có thể, nên trong trường hợp lí tưởng có tối đa M=N người dùng có thể hoạt động đồng thời mà không gây nhiễu.
Trong chế độ TH, tín hiệu điều chế cho người dùng thứ m là:
• Với điều chế PAM: 1 ( ) (m) (m) d f w j c k 0 ( ) N w(t-kT -jT -(c ) T )d m k j s t ∞ − =−∞ = = ∑ ∑ (3.13) • Với điều chế PPM: 1 ( ) (m) (m) d f w j c k 0 ( ) w(t-kT -jT -(c ) T - d ) N m k j s t ∞ − δ =−∞ = = ∑ ∑ (3.14) • Với PSM là: (m) k 1 ( ) (m) d f w j c d 0 ( ) w (t-kT -jT -(c ) T ) N m k j s t ∞ − =−∞ = = ∑ ∑ (3.15) Trong đó w(t) là dạng xung, dk là bit dữ liệu thứ k. Khung thời gian Tf là chu kì phát giữa các xung. Mã nhảy thời gian (cp)j là chip thứ j của mã PR nó là các số nguyên được sử dụng để nhảy giả ngẫu nhiên cho người dùng thứ k tại xung thứ j,
và Tc là thời gian trễ tối thiểu có thể tạo được từ việc nhảy thời gian giả ngẫu nhiên đó. TH cực tiểu khả năng xung đột giữa các người dùng sử dụng các mã nhảy thời gian khác nhau và do đó nó cung cấp khả năng đa truy nhập giữa các người dùng khác nhau. Trong TH-UWB Tf ? Tplàm tỉ lệ thời gian chiếm thấp. Mỗi xung trong một chuỗi xung có thời điểm truyền dẫn danh định, nó được xác định bởi tần số lặp xung (RPF). Đối với các phương pháp điều chế khơng phải là PPM vị trí danh định xác định bởi các thời điểm lặp xung trong chuỗi tín hiệu f
0
w(t-jT )
N
j=
∑ . Đối với điều chế vị trí xung (PPM) vị trí danh định này thay đổi so với vị trí trên một khoảng nữa để mang thơng tin cần điều chế (điều chế vị trí mang thơng tin chẳng hạn với xung truyền sớm biểu diễn bit ‘0’ còn xung truyền đúng hoặc trễ so với vị trí danh định biểu diễn bit ‘1’). Khoảng thời gian truyền dẫn thực tế khi trải phổ TH được thay đổi so với vị trí truyền dẫn danh định cho mỗi người dùng bằng một mã PR duy nhất.
Trước khi trải phổ và điều chế tín hiệu lặp với tần số Tf, PSD của tín hiệu xuất hiện những đỉnh phổ là bội của tần số 1/Tf. Khi mã TH có độ dài N được đưa vào trải phổ thì các đỉnh phổ cách nhau một khoảng 1/(NTf). Điều này làm cơng suất tín hiệu phát trải đều hơn, dễ thoả mãn mặt nạ phổ của FCC hơn.
Khoảng lặp xung (xác định độ dài của mỗi khung nhảy thời gian) được xác định bởi số lượng người dùng nhân với độ rộng của một khe thời gian trong một khung nhảy thời gian:
Tf =N TU sl (3.16)
Trong đó Tsl là độ rộng của mỗi khe thời gian và NU là số người dùng. Số lượng người dùng không chồng lấn tối đa được xác định bởi độ dài của mã PR
2n 1
U
N ≤ =N − (3.17) Trong đó n là số lượng bit trong chuỗi PR. Độ dài của mỗi khe thời gian nên lớn hơn hai lần độ rộng xung, bởi vì như thế sẽ đủ thời gian trong một khe thời gian truyền bit ‘1’ hoặc ‘0’. Đó là ở đây giả thiết hệ số điều chế δ ≥1 . Giả thiết này nhằm giảm thiểu khả năng chồng lấn giữa các xung. Nói chung, độ rộng của một khe thời gian được xác định như sau:
Tsl >2Tp +τ (3.18) Trong đó τ là độ trễ (hệ số điều chế) sử dụng trong PPM. Ví dụ, nếu số lượng người dùng là 31 và độ rộng xung là 800 ps, độ rộng của khe thời gian trong đó xung được phát đi tối thiểu là 1.6 ns. Điều này dẫn đến tần số lặp xung là nhỏ
hơn 21 MHz. Bằng cách lựa chọn số lượng xung trên một kí hiệu là 200, độ lợi xử lí đạt được là hơn 41 dB.
Mặt khác nếu coi Tf là cố định thì độ dài của mã bị giới hạn bởi
0≤NTc<Tf . (3.19)
Khơng thể có dấu đẳng thức ở vế trái của đẳng thức vì ln phải có một khoảng trễ nhất định trước các thời điểm lặp xung (xác định bởi Tf) để bộ tương quan hoàn tất việc tập hợp năng lượng từ một xung trước khi thực hiện tập hợp năng lượng từ xung tiếp theo. Trong TH
1 f mono T SF T ε = = (3.20) Trong đó Tmono là độ rộng xung. Độ chiếm chu trình (tỉ lệ thời gian chiếm )εđược xác định trực tiếp từ phần trăm thời gian bộ phát hoạt động và cịn chỉ ra tỉ số tín hiệu trên tạp âm sau trải phổ SNR’:
SNR'=SF SNR. (3.21) Trong đó SNR là tỉ số tín hiệu trên tạp âm trên kênh vật lí được đặt theo thuật ngữ kênh là SNR. Tỉ số tín hiệu trên tạp âm sau giải trải phổ được đặt tên theo thuật ngữ tách sóng là SNR’. Và đây là tỉ số tín hiệu trên tạp âm thực tế trên thiết bị quyết định tại thời điểm quyết định.
3.1.6.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp
Khi sử dụng kĩ thuật DS một mã PR được sử dụng để tải bít dữ liệu lên nhiều chip, rất giống với các hệ thống trải phổ thông thường. Trong trường hợp các hệ thống UWB, xung đóng vai trị là các chip trong DS. Nó được áp dụng chủ yếu cho PAM, PSM, OOK. PPM sử dụng TH sẽ thuận tiện hơn nhiều do đặc điểm nhảy thời gian trong điều chế tín hiệu. Hình 3.7 chỉ ra cấu trúc bit cho tín hiệu DS. Dạng sóng hình chữ nhật chỉ các chip.