Bất kì một hệ thống thông tin vô tuyến nào cũng có 3 thành phần cơ bản: máy phát, kênh và máy thu. Hệ thống UWB cũng bao gồm 3 thành phần kể trên, tuy vậy các thành phần này sẽ có những tính chất riêng đặc trưng cho công nghệ UWB được sử dụng:
Máy phát: Nhiệm v chính c a máy phát là nhóm dòng d li u s thành kí ụ ủ ữ ệ ố hiệu (symbol), điều chế dòng kí hiệu này thành tín hiệu tương tự thích h p cho ợ truy n dề ẫn sau đấy truyền tín hi u này lên kênh thông qua m t anten phát. ệ ộ
Kênh: chính là không gian để tín hi u sóng vô tuyệ ến (chính xác là sóng điện từ) truyền đi từ máy phát tới máy thu. Không gian này có th là không gian tể ự do, tuy nhiên trong hệ ố th ng UWB, không gian này là không gian v i s có mớ ự ặ ủt c a vật cản. Với các hiện tượng như phản xạ, tán xạ, khúc xạ...hiện tượng phân tập đa đường (multipath) là không tránh kh i trong kênh UWB. ỏ
Máy thu: lấy tín hi u rệ ất yếu (do mật độ ph công su t phát cho phép c a thi t ổ ấ ủ ế b ị UWB là rất bé) từ anten thu, xây dựng lại dạng xung như nguyên bản bên máy phát phát ra từ đó rút ra dòng kí hiệu và sau đó là dòng bit.
Hình sau minh họa hệ thống UWB với 3 phần tử cơ bản nói trên:
Hình 2.1 Mô hình khối của hệ thống 2.2.1. Máy phát
Tùy thuộc và từng ứng dụng khác nhau như thiết bị truyền thông, thiết bị định vị hay radar, máy phát thực sẽ khác nhau, tuy nhiên nhìn từ quan điểm hệ thống, các máy phát này đều có sơ đồ khối như hình sau:
Hình 2.2 Sơ đồ máy phát
Từ góc nhìn phía máy thu thì ta chia máy phát thành hai phần:
Back end: là những ứng dụng (phần mềm chẳng hạn) mà dữ ệ li u không còn ở mức vật lý mà đã ở ứ m c trừu tượng hơn là dữ ệ li u dễ hiểu như hình ảnh, âm thanh văn bản.
Front end: chính là phần mạch vật lý thực hiện toàn bộ ế ti n trình từ việc đưa dòng dữ ệ li u số (chuỗi bit) ánh xạ thành dòng kí hiệu, tiếp tục biến đổi để được dòng kí hi u này thành chuệ ỗi xung, sau quá trình điều chế ế bi n chu i xung thành tín ỗ hiệu thích hợp truyền dẫn và gửi tới anten. Tại đây anten s ẽthực hiện nốt nhiệm vụ cuối cùng là bức xạ thành sóng điệ ừn t ra kênh truy n d n. ề ẫ
Sơ đồ trên đương nhiên không phải là sơ đồ thực, nó là sơ đồ nguyên lý mang tính chất minh họa. Tuy vậy, nguyên lý hoạt động đơn giản nói trên (của phần front end) (mà chủ yếu nhờ kĩ thuật sử dụng xung thay cho kĩ thuật điều chế sử dụng sóng mang truyền thống) hứa hẹn sẽ khiến cho mạch thực đơn giản đi rất nhiều so với máy phát của hệ thống băng hẹp.
2.2.2. Máy thu
Sơ đồ khối của máy thu cũng được cho như sau:
Hình 2.3 Sơ đồ máy thu Ta cũng chia máy thu thành hai phần:
Back end: là tầng ứng dụng sử ụ d ng dữ ệ li u có tính trừu tượng cao, cụ ể th là dòng d li u s . ữ ệ ố
Front end: đây là phần ta quan tâm, là t ng v t lý th c hi n t t c các khâu: t ầ ậ ự ệ ấ ả ừ nhận tín hiệu từ anten thu, khuếch đại lên rồi dùng kĩ thuật nhận biết xung đểbiến đổi tín hi u vê d ng chuệ ạ ỗi xung đã phát, sau đó giải ánh x chu i xung này thành ạ ỗ dòng kí hi u, biệ ến đổi thành dòng bit và cung c p cho tấ ầng cao hơn.
Nhìn vào chức năng, ta thấy máy phát máy thu có vai trò đối xứng, tuy vậy thực sự do kênh truyền có ảnh hưởng lên tín hiệu rất nhiều nên máy phát và máy thu có điểm khác biệt rất quan trọng như sau:
Máy thu bắt bu c ph i có b khuộ ả ộ ếch đại tín hiệu vì sau khi được phát ra t ừ anten và đi qua kênh, năng lượng của tín hiệu đã bị ả gi m rất mạnh dẫn đến tín hiệu rất yếu, cần có cơ chế khuếch đại.
Máy thu phải có cơ chế nh n biậ ết xung, để nh n d ng chính xác xung trong ậ ạ điều ki n r t nhi u tệ ấ ề ạp âm khác cũng thông qua anten thu đi vào máy phát.
Để đồ ng b hóa, máy thu bu c phộ ộ ải có cơ chế tracking để ắ b t chính xác (xét theo thời gian) xung mà máy phát đã phát vì xung nhịp c a máy thu và máy phát t t ủ ấ yếu sẽ ị ệ b l ch dù m t kho ng r t nh . ộ ả ấ ỏ
2.2.3. Kênh
Kênh trong hệ thống thông tin vô tuyến là không khí có các vật cản. Đó là môi trường có sẵn và thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian và không gian. Do đó việc nghiên cứu kênh tập trung vào mô hình hóa kênh hay ước lượng kênh, tức tìm hiểu ảnh hưởng của kênh lên tín hiệu như thế nào và từ đó thấy được ảnh hưởng của kênh đối với cả hệ thống như thế nào. Chi tiết về mô hình hóa kênh và ước lượng kênh sẽ được trình bày ở mục sau.
2.2.4. Một sơ đồ mạch đơn giản của hệ thống
Từ sơ đồ khối ở hình 2.1 và sau khi phân tích các thành phần của hệ thống, nhằm làm rõ hơn nguyên lý hoạt động của hệ thống, phân biệt với nguyên lý hoạt động của một hệ thống vô tuyến sử dụng sóng mang truyền thống, ở đây ta đưa ra sơ đồ sau:
Hình 2.4 Một sơ đồ mạch đơn giản của hệ thống UWB
Nhìn vào sơ đồ trên ta thấy được tính đơn giản của hệ thống UWB, một ưu điểm quan trọng giúp giảm giá thành thiết bị và giảm kích thước của thiết bị. Cần nhần mạnh rằng, sở dĩ hệ thống có được tính đơn giản này là do kĩ thuật sử dụng xung để truyền thông thay cho sóng mang của công nghệ UWB. Để có cơ sở so sánh đánh giá, hình sau đây là sơ đồ đơn giản của hệ thống sử dụng sóng mang:
Hình 2.5 Sơ đồ mạch đơn giản của hệ thống băng hẹp dùng sóng mang So sánh giữa hai sơ đồ ta dễ dàng nhận ra sự đơn giản của hệ thống UWB như sau:
Do công suất phát r t bé, nên máy phát UWB không c n b khuấ ầ ộ ếch đại công su t. ấ
Vì công nghệ UWB không s dử ụng sóng mang để điề u ch nên không c n b ế ầ ộ trộn mixer cũng như không cần b tộ ạo dao động t n s ầ ốcao (tạo tín hi u sóng mang). ệ
Tại máy thu, cũng vì tín hiệu phát không phải là điều chế ử ụ s d ng sóng mang nên cũng không cầ ần t ng tách tín hi u t sóng mang (bao g m b tr n mixer và b ệ ừ ồ ộ ộ ộ tạo dao động t n s ầ ốcao).