CHƯƠNG 4 : ĐÁNH GIÁ VỀ HỆ THỐNG UWB
4.4 Các trường hợp ứng dụng UWB
Ở phần này các phương pháp triển khai UWB được kiểm tra và đánh giá
chặt chẽ hơn để xác định tính khả thi và tối đa hiệu năng hệ thống.
Các dạng sử dụng hệ thống UWB khác nhau có thể phân chia thành ba loại tuỳ thuộc vào khoảng cách hoạt động tối đa rmax:
● Khoảng cách hoạt động khoảng cách rmax=1 m: Hoạt động ở khoảng cách rất ngắn, hệ thống UWB có khả năng cung cấp dịch vụ tốc độ rất cao như USB 2.0 hay kết nối WireFire với tốc độ lên đến 500 Mb/s.
● Khoảng cách ngắn hoạt động với rmax<10 m: Sử dụng cho các hệ thống WPAN/WLAN với tốc độ cỡ 100 Mb/s.
● Khoảng cách hoạt động trung bình với rmax<10 m-1000 m: Trong trường hợp này hệ thống được sử dụng với tốc độ thấp cỡ 10-100 b/s có thể kết hợp với khả năng xác định vị trí của các thiết bị đầu cuối UWB tạo thành hệ thống định tuyến multi-hop. Ví dụ, hệ thống có thể sử dụng cho các thiết bị cảm biến (sensor) kết nối với nhau chẳng hạn như các bộ cảm biến hỏa hoạn hay thay thế dây dẫn cho các thiết bị tự động hố trong các nhà máy mà ở đó phải thiết lập rất nhiều dây cáp.
Các hệ thống UWB từ các cách sử dụng trên được giả thiết hoạt động thoả mãn mặt nạ phổ công suất của FCC giới hạn công suất phát -41.3 dB/MHz hay 75 nW/MHz trong dải tần 3.1 GHz- 10.6 GHz. Tất cả các hệ thống được xem xét ở đây sẽ sử dụng công suất phát tối đa trong băng 3.1 GHz-6.1 GHz với tần số trung tâm fc=4.6 GHz và băng tần 3 dB B=3 GHz. Đây là lựa chọn cho thế hệ các hệ thống UWB đầu tiên và bởi vì suy hao là nhỏ nhất ở dải tần này. Một monocycle thoả mãn các yêu cầu trên là đạo hàm bậc 7 của xung Gaussian có độ rộng xung 2/3 ns tạo ra dung lượng tổng cộng 1.5 Gb/s sử dụng các phương pháp điều chế nhị phân. Một giả thiết khác về hiệu năng của anten và front-end RF. Anten được giả thiết vơ hướng có hiệu suất 80 % [16] và front end RF có chỉ số tạp âm xấp xỉ 6 dB [13]. Nhiệt độ để tính tạp âm nền là 290 K. Suy hao đường là
2 2 2 16 n c c PL r f π = (4.21)
Với c là tốc độ ánh sáng và r là khoảng cách. Số mũ n là hàm của môi trường và thường trong khoảng 1.5-6. Trong trường hợp truyền dẫn không gian tự do (FSP) thì n=2. Ba loại hệ thống UWB được xem xét chi tiết hơn dưới đây.
4.4.1 Hoạt động ở khoảng cách rmax<1m
Do hệ thống này chỉ hoạt động trong khoảng cách 1 m, số lượng người dùng đồng thời mà hệ thống phải đáp ứng là rất ít và thường là từ 1 đến 4 người dùng (thiết bị) phụ thuộc vào điều kiện cụ thể. Chúng ta xem xét hệ thống phục vụ một người dùng. Một ứng dụng trong trường hợp này là USB 2.0 không dây.
Lưu ý rằng ứng dụng USB 2.0/ WireFire có hệ số trải phổ là SF=2 nên tốc độ có thể là 750 Mb/s, là đủ để thoả mãn những dịch vụ kiểu này.
Vấn đề rất quan trọng trong ước tính hiệu năng của bất kì hệ thống khơng dây nào là mơ hình kênh. Mơ hình kênh cho khoảng cách dưới 1 m khơng có và phải sử dụng mơ hình gần đúng. Để giữ cho mơ hình đơn giản, mơ hình sử dụng cho trường hợp này là kênh AWGN với suy hao truyền sóng khơng gian tự do (FSP ) có đường nhìn thẳng (LOS)
Dự trữ tuyến cho hệ thống có thể được thiết lập và nó được đưa ra ở bảng 4.1. Có thể thấy từ bảng là SNR của kênh là rất tốt và khơng cần các phép xử lí khác. Tuy nhiên cũng có thể sử dụng các phương pháp điều chế bậc cao để tăng tốc độ bit. Ngay cả khi giả thiết là kênh AWGN, sẽ là hợp lí để giả thiết rằng có mặt một số thành phần đa đường và nên sử dụng phương pháp TH để giảm ISI và giữ cho bộ thu đơn giản. Một phương pháp điều chế nhị phân, BPSK thường được ưa dùng trong trường hợp này. Do hệ thống được giả thiết là hoạt động trong kênh AWGN, bộ thu được sử dụng đơn giản là bộ thu giải tương quan.