Trong hệ thống UWB có hai kỹ thuật điển hình, một là kỹ thuật UWB nhảy theo thời gian (THMA-UWB Time Hopping Multiple Access UWB) với việc ấn định khung thời gian và dịch chuyển vị trí các xung trong khung đó (điều vị xung), và hai là kỹ thuật UWB trải phổ trực tiếp DS-UWB (Direct Sequence-UWB) với việc sử dụng mã giả ngẫu nhiên PN tương tự khái niệm
trải phổ trực tiếp DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) truyền thống. Ở đây ta chỉ nghiên cứu về hệ thống DS-UWB, hệ thống DS-UWB có những ưu điểm của kỹ thuật DSSS, nó có thể giảm năng lượng xung phát ra vốn đã bị FCC (Federal Communications Commission-Uỷ ban truyền thông liên bang) hạn chế, và làm tăng hiệu suất băng tần. Hiệu năng hệ thống DS- UWB bị suy giảm đáng kể do những tác động của nhiễu như nhiễu xuyên dấu ISI và nhiễu đa truy nhập MAI, để chống lại ISI và MAI các kỹ sư đã đề xuất một hệ thống DS-UWB sử dụng nhiều sóng mang để phát xung (xung CI) và
thu theo tần số, cho phép tăng đáng kể độ lợi người sử dụng hệ thống UWB, và chống được ISI và MAI.
Xung được sử dụng trong hệ thống DS-UWB là xung đơn chu kỳ Gauss GMC (Gaussian Monocycle Pulse), đạo hàm của xung Gauss. Xung GMC được tạo ra dễ dàng và không có thành phần một chiều DC (Direct Current), thành phần gây hại cho anten.
Dạng xung Gauss trong miền thời gian được phân bố Gauss như sau: ( ) (t/ )2
f t = Ae σ
Trong đó A là biên độ xung, σ =1/ 2π fc là tần số trung tâm. Dạng xung đơn chu kỳ Gauss có thể xem như đạo hàm bậc một của một xung Gauss:
( ) 2 2 c 2 c 2 f t g t = π e f Ate− π
Tín hiệu phát đi được mã hoá được trải giả ngẫu nhiên trên nhiều xung nhằm đạt được độ lợi thu. Tín hiệu tải tin điều biên xung băng gốc nhị phân cho người dùng thứ m có thể được biểu diễn như sau:
( )( ) ( )( )( ) ( ) 1 N m m m d c p j k k j S t ∞ ϖ t kT jT c d =−∞ = = ∑ ∑ − −
Trong đó k là số thứ tự bit thứ k, dk( )m ∈ − +{ 1, 1} tượng trưng cho bit tin của người dùng thứ m trong khung thứ f, độ dài khung là Tf , Tf =MTc, ( )cp j là chip trải phổ thứ j của mã giả ngẫu nhiên, ϖ( )t là dạng sóng xung có độ rộng búp sóng chính là Tc, N là số các xung được sử dụng trên một bit dữ liệu, độ
dài bit Td là NTc. Các mã giả ngẫu nhiên có thể nhận giá trị {− +1, 1} và được dùng để phân tách người sử dụng với nhau và làm trơn phổ, chiều dài của mã trải phổ giả ngẫu nhiên ảnh hưởng đến hiệu năng hệ thống. Mã trải phổ ngắn sẽ gây khó khăn hơn trong việc tạo chuỗi giả tạp âm thuần, làm tăng độ tương quan chéo và độ tự tương quan, dẫn đến tăng tỷ số BER của hệ thống DS- UWB.
N =M để tín hiệu trong một khung không gây nhiễu đến các khung tín hiệu kế tiếp. Hình 3.6 giải thích cách thức chuỗi bit dữ liệu được trải bằng dãy xung UWB mã giả ngẫu nhiên.
Hình 3.6: Trải phổ DS-UWB.
Trong công thức (3.18) ta xét trong trường hợp có một người sử dụng, còn trong trường hợp có nhiều người sử dụng Nu cùng phát tín trong môi trường
đa truy cập thì tín hiệu tổng cộng của tất cả người sử dụng là: ( ) 1 ( )( ) 0 u N m m S t − S t = = ∑
Tín hiệu được phát trên kênh đa đường với L đường khác nhau, nếu giả thiết rằng số lượng đường và trễ truyền sóng biến đổi chậm so với thời gian quan trắc tín hiệu thu, thì đáp ứng xung toàn thể là:
( ) , ( , ) ( ) 1 L m l m l m l h t a δ t τ n t = =∑ − +
Với al m, và δl m, là độ lợi phức và độ trễ của đường thứ l hoặc người dùng
m, δ( )t là xung Dirac
Để đơn giản hoá phân tích, giả thiết rằng máy phát đồng bộ hoàn toàn với máy thu. Hơn nữa, vì tín hiệu được truyền trên kênh vô tuyến, độ dài khung sẽ nhỏ hơn thời gian kết hợp kênh (Coherent Channel Time) nhiều, điều này
t t
1Bit
Chuỗi dữ liệu
có nghĩa là fadinh sẽ không thay đổi trên một số lượng lớn khung. Kết quả tín hiệu tổng hợp thu r t( ) được tại đầu ra anten thu sẽ được biểu diễn là:
( ) 1 ( )( ) ( ) , , 0 1 u N L m l m l m m l r t − a S t τ n t = = = ∑ ∑ − +
Trong đó, n t( ) là tạp âm Gauss trắng cộng chồng với mật độ phổ công suất song biên N /2 . Biểu thức này được rút ra từ công thức (3.19) áp dụng cho o từng người sử dụng, có tính thêm tạp âm trong môi trường đa đường. Tỷ số BER trong DS-UWB khi có số lượng người dùng lớn lý thuyết là:
( ) ( u ) BER=Q SNR N ( )u 2( ) 2 u rec SNR 1 a P N Nσ N σ = − +
Trong đó P là công suất tín hiệu trung bình, σrec2 là tạp âm nhiệt, σa2 là nhiễu từ một người dùng khác.
Hình 3.7 cho ta cái nhìn tổng quan về một hệ thống đa truy cập và sơ đồ cấu trúc triệt nhiễu lặp.
Hình 3.7: Sơ đồ cấu trúc triệt nhiễu lặp.
Hình 3.8 mô hình miêu tả tổng quát một hệ thống đa truy cập, với các tác động của nhiễu, tạp âm, fading… Hệ thống đa truy cập này sử dụng phương pháp trải phổ trực tiếp DS-UWB.
Kênh ước lượng Bộ lọc phù hợp Lấy mẫu, trộn Loại bỏ nhiễu r(t) ( )n k d ( )n h r ^ ^
Hình 3.8: Mô hình hệ thống đa truy cập.