Chuơng 2 Tín hiệu truyền thông trong UWB
2.6 Một số kỹ thuật đa truy nhập trong UWB
Trong phần này, các phương pháp đa truy nhập truyền thống cũng được xem xét khả năng ứng dụng trong UWB.
2.6.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số trong UWB
Một kỹ thuật đa truy nhập phổ biến trong truyền thông băng hẹp là phân chia người dùng dựa trên băng tần sử dụng. Kỹ thuật này được gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Mỗi người dùng sử dụng một tần số sóng mang khác nhau để truyền và nhận tín hiệu.
Trong UWB, kỹ thuật FDM này được thực hiện bằng cách sử dụng các xung có độ rộng băng tần hẹp hơn băng tần tổng cộng; tuy nhiên, chúng vẫn là băng tần rất rộng. Có thể phân biệt kênh bằng cách nhân tín hiệu (xung) với một sóng mang.
2.6.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian
Trong đa truy nhập phân chia theo thời gian(TDMA), mỗi người dùng sử dụng cùng mã và cùng băng tần; tuy nhiên, cần phải có một độ dịch thời gian để tránh nhiễu.
Nói chung, kỹ thuật này yêu cầu tất cả người dùng phải được đồng bộ, đó không phải là một việc dễ thực hiện khi mà số người dùng tăng lên. Xét một cách toàn diện, kỹ thuật này chỉ được áp dụng cho đường xuống (Từ một trạm gốc trung tâm) đến người dùng di động.
2.6.3 Đa truy nhập phân chia theo mã
Một kỹ thuật đa truy nhập khả dụng trong UWB là gán cho mỗi người dùng một mã trải phổ. Kỹ thuật này được biết đến với cái tên đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). Về cơ bản có thể phân chia thành ba phương pháp thực hiện CDMA:
Nhảy tần (FH: Frequency-Hopping): Làm việc giống như FDMA nhưng điểm khác nhau duy nhất là băng tần sử dụng được phân định bằng mã cho mỗi sự truyền dẫn.
Nhảy thời gian (TH: Time-Hopping): Kênh được chia thành các khe thời gian như trong TDMA, nhưng dùng mã để xác định khe thời gian nào được dùng cho mỗi sự truyền dẫn.
Chuỗi trực tiếp (DS: Direct-Sequence): Trước khi truyền dẫn thì luồng dữ liệu được nhân với chuỗi giả tạp âm. Tại phía thu thì việc tách người dùng ra tại phía thu cũng được thực hiện bằng cách nhân luồng tín hiệu thu được với cùng một mã giả tập âm mà phía phát đã nhân. Thao tác này được gọi là thao tác giải trải phổ. Và như vậy cho phép người dùng mong đợi thực hiện giải điều chế.
Điều khiển tập chung của hệ thống, nhằm quản lý quá trình đa truy nhập, thường không được mong đợi đối với các ứng dụng của UWB. Nên việc thiết kế hệ thống phải nhằm vào yêu cầu loại bỏ yếu tố điều khiển tập chung, vì nó là điều kiện thuận lợi để có các đơn vị tự điều khiển có thể hoạt động mà không cần phải hợp đồng về lưu lượng. Phương pháp truyền thông này thường được biết đến với tên gọi là ad- hoc Networking. Do các node không trực tiếp thông tin với nhau nên cũng không cần phải đồng bộ mạng do các node có thể trực tiếp liên lạc với nhau. Nên cấu hình truyền thông qua mạng ad-hoc của UWB được xem như không đồng bộ. Tuy vậy, các node kết nối trực tiếp với nhau hay với một node chung nào đó thì vẫn phải được đồng bộ
và có thể chia sẻ tốc độ bit được cung cấp bởi node chung đó. Loại cấu hình này được gọi là một piconet. Node chung điều khiển lưu lượng trong một piconet theo phương pháp TDMA, vì khi đó truyền thông đã được đồng bộ. Bên cạnh đó một số piconet có thể hoạt động dị bộ trong cùng một khu vực. Tiếp theo, để cung cấp dữ liệu đến và từ một node cho trước đến node trung tâm, TDD thường được dùng vì lý do đơn giản và do đồng bộ đã được thiết lập trong mạng.
Các hệ thống FH-CDMA không được nghiên cứu trong đồ án này do hiệu năng của nó không khác so với TH, nhưng lại yêu cầu hệ thống phức tạp hơn để có thể nhảy giữa các tần số. Phần tiếp theo sẽ xét chi tiết thêm về các phương pháp điều chế.
2.6.3.1 Time-Hopping
Mỗi một khung có khoảng thời gian là Tf (xem thêm hình 2-10) được chia nhỏ thành Nh chip có độ rộng Tc. Mỗi đối tượng sử dụng (được ký hiệu là k) được gán một mẫu dịch thời giả tập âm hk,n , 0hk,n Nh, được gọi là chuỗi nhảy thời gian, nó cung cấp một độ dịch thời bổ xung cho mỗi xung trong chuỗi xung. Xung thứ n nhận thêm một độ dịch thời là hk,nTc giây. Thời gian bổ xung cho mỗi xung phải không được vượt quá thời gian khung Tf. Với kỹ thuật điều chế sử dụng là PPM, dữ liệu thông tin được mang đi bởi độ dịch thời . Biểu thức tín hiệu của người dùng thứ k có thể được viết như sau:
n
b c n k f
k t A p t nT h T n
s , (2-19)
trong đó p(t) là hàm xung cơ sở như đã trình bầy trong phần điều chế, giá trị của
bn
phụ thuộc vào bn (đó là độ dịch thời mà điều chế PPM thêm vào, nó dùng để mã hoá thông tin), hk,n xác định độ dịch thời bổ xung cho xung thứ n bởi mã giả tập âm được cấp phát cho người dùng k.
2.6.3.2 Chuỗi trực tiếp
Chuỗi trực tiếp cũng được dùng cho đa truy nhập trong hệ thống OOK và BPM.
Trong hệ thống này, mỗi ký hiệu được tượng trưng bởi một số lượng xung, chúng được được điều chế biên độ xung bởi một chuỗi chip. Các ký hiệu đầu vào được điều chế hoặc là biên độ hoặc là vị trí tương ứng của mỗi chuỗi xung.
Đối với tín hiệu cơ hai, trong trường hợp DSPAM hoặc DSPPM, tín hiệu của đối tượng sử dụng thứ k (k=1,…,K) có thể được viết dưới dạng sau:
n
N
i
n k c
b i
k n k k
c
b iT
nT t p a b
A t s
1
0
1 , ,
0
, 1
2
(2-20)
trong đó, n là chỉ số thời gian, p(t) là xung UWB cơ bản, Tb là chu kỳ bít, Tc là chu kỳ chip, ak,i {-1, 1} là chip thứ i của đối tượng sử dụng thứ k, Nc là số lượng chip được dùng để thể hiện một ký hiệu, bk0,n,bk1,n1,1 là các bit thông tin của đối tượng sử dụng thứ k. Nc – chuỗi chip PN, ,0,..., , 1
Nc k
k a
a , được sử dụng để nhận dạng đối tượng sử dụng thứ k. Phải đảm bảo rằng Tp nhỏ hơn chu kỳ chip Tc và NcTc phải nhỏ hơn khoảng lặp thu ký hiệu tần số.
Đối với hệ thống DS-PPM, bit thông tin “1” được tượng trưng bởi một khung các xung không trễ và bit “0” được thể hiện được thể hiện bởi cùng một khung các xung nhưng với độ trễ tương ứng với thời gian tham khảo. Đặt K là số lượng người sử dụng trong hệ thống. Do đó bk0,n được thiết lập là 1 và bít thông tin của người dùng thứ k được mang bởi bk1,n trong hệ thống này. Đối với tín hiệu DS-PAM, b1k,n được thiết lập là 1 và bit thông tin của đối tượng sử dụng thứ k được mang bởi bk0,n.