CHƯƠN G4 Thuật toán trong máy thu UWB IEEE802.15.4a
4.1Giới thiệu
Một loạt các cấu trúc bộ thu xung radio băng thông siêu rộng đã có sẵn để khai thác tính chất đa đường của kênh UWB. Lựa chọn hiệu quả nhất là một cấu trúc nhất quán, đó là tối ưu trong trường hợp không có “liên kí hiệu” và có nhiều nhiễu truy cập. Các bộ thu nhất quán có 2 hình thức: góc nghiêng hoặc lưu trữ tham chiếu chương trình. Trong trường hợp đầu tiên các tia đa đường được xử lý riêng lẻ và kết hợp theo các tiêu chí tỉ lệ tối đa. Trong trường hợp thứ hai, toàn bộ kênh thông tin phản hồi được tính toán, lưu trữ và đối chiếu với các dạng sóng tới. Trong cả hai trường hợp, thì việc tính toán các kênh thông tin là một nhiệm vụ nhiều thách thức vì nó liên quan tới tỉ lệ xử lý tín hiệu và tỉ lệ lấy mẫu trong phạm vi của một số Gsample/s .
Vì vài lí do trên, các bộ thu nhất quán không thích hợp cho các ứng dụng có tỉ lệ dữ liệu thấp như cảm biến và các mạng điều khiển, ở đó mục tiêu là giảm điện năng tiêu thụ và chi phí thực hiện. Như một bộ thay thế hay truyền tham chiếu hoặc bộ dò năng lượng, hệ thống có thể được sử dụng trong các hệ thống có độ phức tạp thấp và yêu cầu công suất nhỏ.
Trong các hệ thống truyền tham chiếu , xung tham chiếu được truyền trước mỗi xung dữ liệu và các kênh phản hồi về trở lại được sử dụng như một mẫu nhiễu cho sau này. Không cần tính toán kênh thông tin. Một bộ truyền tham chiếu đơn giản được thực hiện để khai thác đường trễ tương tự để sắp xếp các xung tham chiếu và xung dữ liệu. Nhưng thật không may rằng tính khả thi của các đường trễ còn đang được nghiên cứu. Chúng không dễ để tích hợp và sự tắt dần của chúng sẽ trở thành rào cản ngăn cấm trễ vượt quá vài chục nano giây .
Hệ thống dò năng lượng sử dụng các xung điều chế vị trí. Với điều chế nhị phân, một xung được truyền đi trong nửa đầu hay nửa sau của chu kỳ phụ thuộc vào bit thông tin ( 0 hay 1). Ở phía bộ thu, các tín hiệu năng lượng ở cả hai nửa được so sánh và các xung sẽ được xác nhận ở nửa nào dựa vào năng lượng lớn nhất . Nó chỉ ra rằng điều này tương ứng với các kiểm tra tổng quát khả năng tối đa trong trường
hợp không có kênh thông tin có sẵn. Do vậy, chúng tôi gọi nó là bộ dò năng lượng tiêu chuẩn (CEDR). Việc thực hiện nó liên quan tới các thành phần đơn giản và tỉ lệ lấy mẫu thấp hơn so với những điều kiện cần trong hệ thống nhất quán. Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ xem xét lại bộ dò năng lượng tiêu chuẩn CEDR nhằm nâng cao hiệu quả của nó. Để kết thúc, chúng tôi đưa ra 2 phương án:
• Mỗi chu kì kí tự được chia thành Nb khoảng thời gian ( các phân đoạn
nhỏ) với (Nb > 2) với kích thước là ∆
, năng lượng ym nhận được trong mth phân đoạn nhỏ đó được lưu trữ cho m = 0,1,…,Nb-1
• Chúng tôi giả sử rằng kênh thông tin phản hồi h(t) được biết bằng một cách nào đó.
Trong điều kiện đó, chúng tôi tìm kiếm chiến lược quyết định nhằm giảm thiểu
xác suất lỗi dựa trên việc quan sát
0 1 1 ( , y ,..., ) b T N y= y y − . Điều này chỉ ra rằng, một bộ thu sóng với cách thức như vậy là vượt trội hơn so với CEDR, và còn nhiều hơn nữa nếu như giá trị Nb lớn hơn. Tất nhiên, việc tăng giá trị Nb sẽ làm giảm kích thước ∆
của các phân đoạn và cuối cùng là tăng tỉ lệ lấy mẫu. Do đó, chúng ta phải cân bằng giữa hiệu suất và độ phức tạp. Như chúng ta thấy việc thực hiện các thuật toán tối ưu không đòi hỏi việc mô tả kĩ càng về h(t). Trên thực tế, các phân đoạn
năng lượng {wm} của h(t) trên toàn bộ các phân đoạn
( 1)
m∆ ≤ <t m+ ∆
với
(m=0,1,2,....)
là đủ. Vấn đề về tính toán đã được giải quyết và một phương pháp đơn giản được đề xuất là khai thác các chuỗi huấn luyện.
Phần còn lại của nghiên cứu sẽ được trình bày như sau. Trong phần 4.2, mô tả mô hình tín hiệu và xem xét lại CEDR. Trong phần 4.3, chúng ta sẽ thảo luận về một thuật toán quyết định tối ưu với các giả thiết gần đúng để thực hiện một bộ thu đơn giản. Phần 4.4 sẽ đề cập tới việc tính toán {wm} trong khi đó phần 4.5 sẽ thực