Đồ án Đánh giá về hệ thống UWB (Ultra-Wideband)

So với các lĩnh vực truyền thông khác, thông tin vô tuyến có sự tăng trưởng nhanh chóng. Xu hướng hiện nay là sử dụng các thiết bị di động để truy cập các dịch vụ Internet tốc độ cao. Một trong những hướng đi của vấn đề này là sử dụng công nghệ UWB. Công nghệ này cho phép các kết nối vô tuyến có tốc độ cao hơn hẳn so với các kết nối vô tuyến khác. Đây là một công nghệ mới không chỉ mới ở Việt Nam mà còn là một công nghệ mới mẻ trên thế giới và là một công nghệ có nhiều tiềm năng ứng dụng cao. Vấn đề xử lí tín hiệu có một vai trò hết sức quan trọng trong các hệ thống vô tuyến nào. Cũng như bất kì một hệ thống truyền thông nào khác, vấn đề xử lí tín hiệu trong truyền thông UWB là một trong những vấn đề quyết định đến sự thành công của hệ thống, qua đó có thể xem xét đẩy hiệu năng của hệ thống lên các giới hạn có thể. Được sử hướng dẫn của ThS.Nguyễn Phi Hùng và Ks.Bùi Văn Phú em mạnh dạn đi vào tìm hiểu công nghệ này. Trong nội dung đồ án này em sẽ nghiên cứu tổng quan về hệ thống truyền thông UWB và đánh giá hệ thống dưới quan điểm xử lí tín hiệu. Về nội dung đồ án được chia thành 4 chương: Chương 1 Tổng quan về hệ truyền thông UWB: giới thiệu tổng quan về hệ thống UWB, các đặc tính cơ bản của tín hiệu và hệ thống UWB từ đó cho thấy tiềm năng ứng dụng của UWB là rất lớn. Các đặc điểm đặc biệt quan tâm của hệ thống UWB là các quy định về phổ tần của FCC đưa ra. Lợi thế về băng thông, khả năng chống đa đường của tín hiệu UWB làm tín hiệu UWB trở lên rất hấp dẫn đối với lĩnh vực viễn thông. Ngoài ra các đặc tính khác của tín hiệu UWB như khả năng đâm xuyên, định vị làm lĩnh vực ứng dụng của nó trở nên rất rộng và linh hoạt. Chương 2 Mô hình kênh cho UWB: trình bày một mô hình kênh vô tuyến trong nhà áp dụng cho truyền thông UWB. Chương 3 Truyền thông UWB: trình bày các thành phần quan trọng hệ thống truyền thông, nhấn mạnh vào cách khía cạnh quan trọng của hệ thống như điều chế, đa truy nhập và sử dụng máy thu Rake để thu tín hiệu. Chương 4 Đánh giá một số khía cạnh của hệ thống truyền thông UWB: xem xét các vấn đề quan trọng có ý nghĩa quyết định đến sự thành công của hệ thống truyền thông UWB như dung lượng; ảnh hưởng nhiễu qua lại với các hệ thống truyền thông vô tuyến khác; so sánh hiệu năng với một số hệ thống truyền thông băng rộng hiện tại; và các trường hợp ứng dụng cụ thể của nó.

doc86 trang | Chia sẻ: tuandn | Ngày: 29/04/2013 | Lượt xem: 3118 | Lượt tải: 18download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Đánh giá về hệ thống UWB (Ultra-Wideband), để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH iii DANH MỤC BẢNG iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG UWB 3 1.1 Giới thiệu về hệ thống UWB 3 1.1.1 Lịch sử phát triển của UWB 4 1.1.2 Các ưu điểm của UWB 5 1.1.3 Những thách thức của UWB 5 1.1.4 Vai trò của xử lí tín hiệu 6 1.2 Các thuộc tính của hệ thống và tín hiệu UWB 6 1.2.1 Mặt nạ phổ công suất 6 1.2.1 Mẫu xung 7 1.2.2 Chuỗi xung 10 1.2.3 Đa đường 11 1.2.4 Các đặc điểm khác 14 1.3 Các lĩnh vực ứng dụng của UWB 16 1.4 Tổng kết 18 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH KÊNH VÔ TUYẾN TRONG UWB 20 2.1 Mở đầu 20 2.2 Mô hình kênh 24 2.2.1 Mô hình kênh phạm vi lớn 24 2.2.2 Mô hình kênh phạm vi nhỏ 26 2.2.3 Sử dụng mô hình 26 2.3 Tổng kết 27 CHƯƠNG 3: TRUYỀN THÔNG UWB 28 3.1 Các phương pháp điều chế trong truyền thông UWB 28 3.1.1 Điều chế vị trí xung (PPM) 30 3.1.2 Điều chế pha hai trạng thái (BPSK) 32 3.1.3 Điều chế dạng xung (PSM) 33 3.1.4 Điều chế biên độ xung 34 3.1.5 Khoá bật- tắt 35 3.1.6 Mẫu tín hiệu 35 3.1.6.1 Mẫu tín hiệu trải phổ nhảy thời gian 36 3.1.6.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp 38 3.1.7 Tổng kết về các phương pháp điều chế 39 3.2 Bộ phát 42 3.3 Các kĩ thuật đa truy nhập áp dụng trong UWB 43 3.3.1 Nhảy thời gian (TH) 44 3.3.2 Trải phổ trực tiếp (DS) 46 3.3.3 Phổ của tín hiệu UWB 47 3.4 Bộ thu 49 3.4.1 Khái niệm cơ bản 49 3.4.2 Các máy thu cải tiến 51 3.4.2.1 Máy thu Rake 51 3.4.2.2 Bộ thu giải tương quan 53 3.5 Tổng kết 54 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ VỀ HỆ THỐNG UWB 55 4.1 Dung lượng của các hệ thống UWB 55 4.2 So sánh với các hệ thống truyền thông băng rộng 58 4.3 Ảnh hưởng nhiễu qua lại giữa hệ thống truyền thông UWB và các hệ thống truyền thông khác 62 4.3.1 Các mạng nội hạt không dây (WLAN) 63 4.3.2 Bluetooth 65 4.3.3 GPS 65 4.3.4 Các hệ thống thông tin tế bào 65 4.3.5 Kết luận 66 4.4 Các trường hợp ứng dụng UWB 66 4.4.1 Hoạt động ở khoảng cách rmax<1m 67 4.4.2 Hoạt động ở khoảng cách rmax<10 m 69 4.4.3 Hoạt động ở khoảng cách từ trung bình đến lớn với rmax<10-1000 m 70 4.4.4 Kết luận 71 4.5 Tổng kết 72 Kết luận 70 Tài liệu tham khảo 72 Phụ lục 73 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mặt nạ phổ do FCC áp đặt cho các hệ thống truyền thông UWB 7 Hình 1.2: Các monoycle px(t) với x=0…2 với PW=0.9 ns và các dạng phổ mật độ công suất của chúng 9 Hình 1.3: Mô hình Matlab đơn giản để tạo tín hiệu Gaussian doublet 9 Hình 1.4: Chi tiết của việc tạo xung trong hệ thống truyền thông UWB: (a) Chuỗi xung chữ nhật; (b) Chuỗi xung dạng Gaussian; (c) xung đạo hàm bậc 1; (d) các xung Gaussian doublet 10 Hình 1.5: Chuỗi xung UWB 11 Hình 1.6: Phổ của chuỗi xung chưa được làm trơn (a) và của chuỗi xung được làm trơn bằng cách dịch lên phía trước hoặc sau một khoảng nhỏ (TH) 12 Hình 1.8: Hai xung đến với khoảng thời gian lớn hơn độ rộng một xung sẽ không chồng lấn và sẽ không gây nhiễu 14 Hình 1.9: a) Hai xung chồng lấn và b) dạng sóng thu được bao gồm các xung chồng lấn 15 Hình 1.10: Kết nối các thiết bị sử dụng UWB 17 Hình 2.1: Mô hình kênh vô tuyến UWB đa đường đơn giản trong nhà 20 Hinh 2.2: Dạng xung phát và thu với Tp=0.55 ns và minh hoạ trong 10 ns đầu. 21 Hình 2.3 Kênh vô tuyến được mô hình bởi bộ lọc FIR với các trọng số ngẫu nhiên 22 Hình 2.4: Minh hoạ mô hình hoá PDP của tín hiệu UWB 24 Hình 2.5: Đáp ứng xung UWB điển hình ở khoảng cách 10 m 27 Hình 3.1: Phân loại các phương pháp điều chế trong truyền thông UWB 28 Hình 3.2 Minh hoạ PPM và BPSK trong truyền thông UWB 29 Hình 3.3: Các dạng xung PPM với các bit ‘1’ và ‘0’ 30 Hình 3.4: Hàm tự tương quan chuẩn hoá của các dạng sóng khác nhau, và với một số độ rộng xung khác nhau trong đó tp1=0.7521 ns, n=2,5,14; tp2=0.5 ns, n=2,5; với n là bậc của xung Gaussian. 32 .Hình 3.5: PAM, PSM và OOK trong truyền thông UWB 34 Hình 3.6: Khái niệm hệ thống nhảy thời gian 36 Hình 3.7: Khái niệm hệ thống trải chuỗi trực tiếp 38 Hình 3.8: mô phỏng các hệ thống một người dùng UWB trong kênh AWGN 41 Hình 3.9 Sơ đồ khối thu phát UWB chung 42 Hình 3.10: Chia các kênh thành các khe thời gian không chồng lấn 44 Hình 3.11: PSD của monocycle sử dụng 48 Hình 3.13: PSD của các mã trải phổ DS (a) và monocycle trải phổ DS (b) 49 Hình 3.14: Sơ đồ khối chung của bộ thu UWB 50 Hình 3.15 Kênh vô tuyến được mô hình bởi bộ lọc FIR với các trọng số ngẫu nhiên 52 Hình 4.1: Dung lượng người dùng với nhiều người sử dụng là hàm của số người sử dụng Nu với hệ số trải phổ ©IEEE 2002 57 Hình 4.2: So sánh các phạm vi ứng dụng của các công nghệ truyền thông vô tuyến khác nhau theo khoảng cách 58 Hình 4.3: Quan hệ thời gian-tần số của hai người dùng sử dụng trải phổ nhảy tần 59 Hình 4.4: Quan hệ thời gian-tần số của hai người dùng sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp. Hai người dùng phân biệt với nhau bởi hai mã khác nhau 59 Hình 4.5: So sánh BER của ba hệ thống băng rộng DSSS, FHSS, và UWB trong trường hợp một người dùng 61 Hình 4.6: So sánh BER của ba hệ thống khi 30 người dùng đồng thời truyền dẫn 61 Hình 4.7: So sánh BER theo số người dùng với các hệ thống UWB và DSSS 62 Hình 4.8: Các hệ thống truyền thông vô tuyến khác vận hành trên dải tần của hệ thống UWB gây nhiễu lên hệ thống UWB và ngược lại 63 Hình 4.9 Thiết lập thí nghiệm để xác định ảnh hưởng của nhiễu từ các bộ phát UWB công suất cao tới card WLAN 64 Hình 4.10: Mô phỏng với hệ thống ở khoảng cách rất ngắn qua kênh AWGN 69 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: So sánh tốc độ của UWB với các chuẩn không dây cũng như có dây 15 Bảng 1.2: Công suất tiêu thụ của UWB và các chip truyền thông di động khác 16 Bảng 1.3: Dải tần quy định cho các lĩnh vực ứng dụng UWB khác nhau 19 Bảng 3.1: Các giá trị độ dịch thời gian tối ưu  với BPPM trong kênh AWGN 31 Bảng 3.2: Ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp điều chế khác nhau 42 Bảng 4.1: Dự trữ tuyến cho truyền thông UWB khoảng cách rất ngắn 68 Bảng 4.2: Dự trữ tuyến cho truyền thông UWB khoảng cách ngắn 70 Bảng 4.3: Dự trữ tuyến cho truyền thông UWB khoảng cách từ trung bình đến lớn 71 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Kí hiệu  Tên tiếng Anh  Tiếng Việt   ADC  Analog Digital Converter  Bộ chuyển đổi tương tự/số   AWGN  Additive White Gaussian Noise  Tạp âm Gaussian trắng cộng   BER  Bit Rrror Rate  Tỉ lệ lỗi bit   BPSK  Bi-phase Shift Keying  Khóa chuyển pha   CDMA  Code Division Multiple Access  Đa truy nhập phân chia theo mã   DSSS  Direct Sequent Spread Spectrum  Trải phổ chuỗi trực tiếp   EIRP  Equivalent Isotropically Radiated Power  Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương   FCC  Federal Communications Commission  Ủy ban truyền thông liên bang Mi   FDM  Frequency Division Multiplexing  Ghép kênh phân chia theo tần số   FHSS  Frequency Hopping Spread Spectrum  Trải phổ nhảy tần   FSP  Free Space Propagation  Truyền sóng trong không gian tự do   GPS  Global Positioning System  Hệ thống định vị toàn cầu   IC  Integrated Circuit  Mạch tích hợp   IDFT  Inverse Discrete Fourier Transform  Biến đổi Fourier rời rạc ngược   IEEE  Institute of Electrical and Electronics Engineering  Viện công nghệ điện và điện tử Mĩ   IFFT  Inverse Fast Fourier Transform  Biến đổi Fourier ngược nhanh   LMMSE  Linner Minimum Square Error  Lỗi trung bình bình phương tuyến tính cực tiểu   LOS  Light of Sight  Nhìn thẳng   LSI  Large Scale Integration  Mạch tích hợp cỡ lớn   MAI  Multiple Access Interference  Nhiễu đa truy nhập   MF  Matched Filter  Bộ lọc thích ứng   MPU  Multi Processor Unit  Thành phần đa xử lí   MUI  Multiuser Interference  Nhiễu đa người dùng   NLOS  Non Light of Sight  Khuất   OFDM  Orthogonal Frequency Division Multiplex  Ghép kênh theo tần số trực giao   OOK  On-off Keying  Khoá bật tắt   PCS  Personal Communication Service  Các dịch vụ thông tin cá nhân   PDA  Personal digital Assistant  Thiết bị hỗ trợ cá nhân số   PN  Pseudo Noise  Giả tạp âm   PR  Pseudo Random  Giả ngẫu nhiên   PRF  Pulse Repetiton Frequency  Tần số lặp xung   PSD  Power Spectral Density  Mật độ phổ công suất   QPPAM  Quadrature Position and Amplitude Modulation  Điều chế vị trí và biên độ cầu phương   SF  Spread Factor  Hệ số trải phổ   SNR  Signal to Noise Ratio  Tỉ số tín hiệu trên tạp âm   THSS  Time hopping Spread Spectrum  Trải phổ nhảy thời gian   USB  Universal Serial Bus  Bus nối tiếp vạn năng   UWB  Ultra Wideband  Siêu băng rộng   WLAN  Wireless Location Area Network  Mạng nội hạt không dây   WPAN  Wireless Personal Area Network  Mạng cá nhân không dây   ISM  Industry Scientific Medicine    LỜI NÓI ĐẦU So với các lĩnh vực truyền thông khác, thông tin vô tuyến có sự tăng trưởng nhanh chóng. Xu hướng hiện nay là sử dụng các thiết bị di động để truy cập các dịch vụ Internet tốc độ cao. Một trong những hướng đi của vấn đề này là sử dụng công nghệ UWB. Công nghệ này cho phép các kết nối vô tuyến có tốc độ cao hơn hẳn so với các kết nối vô tuyến khác. Đây là một công nghệ mới không chỉ mới ở Việt Nam mà còn là một công nghệ mới mẻ trên thế giới và là một công nghệ có nhiều tiềm năng ứng dụng cao. Vấn đề xử lí tín hiệu có một vai trò hết sức quan trọng trong các hệ thống vô tuyến nào. Cũng như bất kì một hệ thống truyền thông nào khác, vấn đề xử lí tín hiệu trong truyền thông UWB là một trong những vấn đề quyết định đến sự thành công của hệ thống, qua đó có thể xem xét đẩy hiệu năng của hệ thống lên các giới hạn có thể. Được sử hướng dẫn của ThS.Nguyễn Phi Hùng và Ks.Bùi Văn Phú em mạnh dạn đi vào tìm hiểu công nghệ này. Trong nội dung đồ án này em sẽ nghiên cứu tổng quan về hệ thống truyền thông UWB và đánh giá hệ thống dưới quan điểm xử lí tín hiệu. Về nội dung đồ án được chia thành 4 chương: Chương 1 Tổng quan về hệ truyền thông UWB: giới thiệu tổng quan về hệ thống UWB, các đặc tính cơ bản của tín hiệu và hệ thống UWB từ đó cho thấy tiềm năng ứng dụng của UWB là rất lớn. Các đặc điểm đặc biệt quan tâm của hệ thống UWB là các quy định về phổ tần của FCC đưa ra. Lợi thế về băng thông, khả năng chống đa đường của tín hiệu UWB làm tín hiệu UWB trở lên rất hấp dẫn đối với lĩnh vực viễn thông. Ngoài ra các đặc tính khác của tín hiệu UWB như khả năng đâm xuyên, định vị làm lĩnh vực ứng dụng của nó trở nên rất rộng và linh hoạt. Chương 2 Mô hình kênh cho UWB: trình bày một mô hình kênh vô tuyến trong nhà áp dụng cho truyền thông UWB. Chương 3 Truyền thông UWB: trình bày các thành phần quan trọng hệ thống truyền thông, nhấn mạnh vào cách khía cạnh quan trọng của hệ thống như điều chế, đa truy nhập và sử dụng máy thu Rake để thu tín hiệu. Chương 4 Đánh giá một số khía cạnh của hệ thống truyền thông UWB: xem xét các vấn đề quan trọng có ý nghĩa quyết định đến sự thành công của hệ thống truyền thông UWB như dung lượng; ảnh hưởng nhiễu qua lại với các hệ thống truyền thông vô tuyến khác; so sánh hiệu năng với một số hệ thống truyền thông băng rộng hiện tại; và các trường hợp ứng dụng cụ thể của nó. Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của ThS. Nguyễn Phi Hùng và Ks. Bùi Văn Phú và các thầy cô trong bộ môn Vô tuyến-Học viện công nghệ Bưư chính viễn thông và phòng Nghiên cứu Kĩ thuật Thông tin Vô tuyến-Viện Khoa học Kĩ thuật Bưu điện đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án này. Hà Nội 10/2005 Sinh viên Vũ Thanh Tùng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG UWB 1.1 Giới thiệu về hệ thống UWB Chương này giới thiệu các khái niệm chung về UWB và giải thích mà không sử dụng quá nhiều công thức để chứng minh UWB là một kĩ thuật hấp dẫn và có tính đột phá. Trước hết tôi trình bày về lịch sử phát triển của UWB để thấy rằng UWB không hoàn toàn là kĩ thuật mới cả về phương diện khái niệm lẫn các kĩ thuật xử lí tín hiệu được sử dụng. Với các ưu thế như tốc độ cao, công suất tiêu thụ thấp, gây nhiễu nhỏ v,v, các ứng dụng UWB rất hấp dẫn cả ở hiện tại và trong tương lai với các ứng dụng không dây. Trước khi tìm hiểu về truyền thông UWB trước hết tôi trình bày định nghĩa về truyền thông UWB. Định nghĩa: UWB mô tả các hệ thống truyền dẫn trải phổ tới 500 MHz hay tỉ số băng tần lớn hơn 20%.  (1.1) Trong đó B:=fH-fL chỉ băng tần 10 dB của hệ thống, và tần số trung tâm hệ thống UWB với fc=(fH+fL)/2 với fH là tần số cao với công suất thấp hơn 10 dB so với tần số có công suất cực đại, và fL là tần số thấp với công suất thấp hơn 10 dB so với tần số có công suất cực đại. Về mặt lịch sử, các hệ thống rada UWB được phát triển chủ yếu để phục vụ mục đích quân sự bởi vì chúng có thể “nhìn xuyên qua” cây cối và mặt đất. Tuy nhiên, gần đây kĩ thuật UWB chủ yếu sử dụng trong lĩnh vực dân sự như các ứng dụng điện tử viễn thông. Các đặc điểm lí tưởng của các hệ thống UWB là công suất tiêu thụ thấp, giá thành thấp, tốc độ cao, khả năng định vị chính xác và gây nhiễu cực nhỏ. Mặc dù các hệ thống UWB đã phổ biến nhiều năm trước nhưng gần đây mới thực sự được chú ý trong ngành công nghiệp vô tuyến. Kĩ thuật UWB có khác biệt so với các kĩ thuật truyền dẫn không dây băng hẹp thông thường- thay bằng truyền dẫn trên các kênh tần số riêng biệt, UWB trải tín hiệu trên một dải rộng tần số. Dạng truyền thông điển hình dựa trên sóng vô tuyến dạng sin được thay thế bởi các chuỗi xung với tốc độ hàng triệu xung trên một giây. Với băng tần rộng và công suất rất nhỏ làm tín hiệu UWB giống như tạp âm nền. 1.1.1 Lịch sử phát triển của UWB Phần lớn mọi người nghĩ rằng UWB là một công nghệ “mới”, do nó là công nghệ cho phép thực hiện những điều trước đó không thể có. Đó là tốc độ cao, kích cỡ thiết bị nhỏ hơn, tiêu thụ công suất thấp hay cung cấp các ứng dụng mới. Tuy nhiên, đúng hơn UWB là công nghệ mới theo nghĩa các thuộc tính vật lí mới của nó được phát hiện và được đưa vào ứng dụng. Tuy nhiên, phương pháp chiếm ưu thế trong truyền thông vô tuyến hiện nay dựa vào các sóng dạng sin. Truyền thông dựa vào sóng điện từ dạng sin đã trở nên phổ biến trong truyền thông vô tuyến đến nỗi nhiều người không biết rằng hệ thống truyền thông đầu tiên thực tế dựa trên tín hiệu dạng xung. Năm 1893 Heirich Hertz sử dụng một bộ phát xung để tạo sóng điện từ cho thí nghiệm của ông. Các sóng đó hiện nay có thể được gọi là các tạp âm màu. Trong khoảng 20 năm sau những thí nghiệm đầu tiên của Hertz, các bộ tạo sóng chủ yếu là các bộ phát tia lửa điện giữa các điện cực cacbon. Tuy nhiên, truyền thông dựa trên sóng dạng sin trở thành dạng truyền thông chủ yếu và chỉ đến những năm 1960 các ứng dụng UWB mới được khởi động lại một cách nghiêm túc và tập trung chủ yếu vào phát triển các thiết bị rada và truyền thông. Ứng dụng trên lĩnh vực rada được chú ý rất nhiều vì có thể đạt được các kết quả chính xác với các hệ thống rada dựa trên truyền dẫn xung cực ngắn. Các thành phần tần số thấp của tín hiệu UWB có đặc tính đâm xuyên vật thể tạo cơ sở để phát triển các loại rada quan sát những vật thể che khuất như rada lòng đất. Năm 1973 có bằng sáng chế đầu tiên cho truyền thông UWB. Lĩnh vực ứng dụng UWB đã chuyển theo hướng mới. Các ứng dụng khác, như điều khiển giao thông, các hệ thống định vị, đo mực nước và độ cao cũng được phát triển. Phần lớn các ứng dụng và phát triển diễn ra trong lĩnh vực quân sự hay nghiên cứu được tài trợ bởi chính phủ Mĩ dưới các chương trình bí mật. Trong quân đội, các chương trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ UWB như rada chính xác hoạt động dưới danh nghĩa các chương trình nghiên cứu và phát triển. Điều chú ý là trong những năm đầu, UWB được gọi là kĩ thuật băng gốc, kĩ thuật không sóng mang, và kĩ thuật xung. Bộ Quốc phòng Mĩ được coi là nơi đầu tiên sử dụng thuật ngữ ultra wideband. Những năm cuối thập kỉ 90 bắt đầu thương mại hoá các hệ thống và thiết bị truyền thông UWB. Các công ty như Time Domain và đặc biệt là XtremeSpectrum được thành lập quanh ý tưởng truyền thông sử dụng tín hiệu UWB. 1.1.2 Các ưu điểm của UWB Các ưu điểm của UWB có thể tổng kết là: 1. Tốc độ cao 2. Giá thành thiết bị thấp 3. Chống đa đường 4. Đo đạc (định vị) và truyền thông trong cùng một thời điểm Tôi sẽ trình bày chi tiết hơn những ưu điểm này trong các mục tiếp theo, nhưng trước tiên tôi muốn nói đến khía cạnh hấp dẫn nhất của truyền thông UWB đó là tốc độ cao. Tốc độ cao cho phép đưa ra các ứng dụng và các thiết bị mới mà hiện tại chưa có. Tốc độ lớn hơn 100 Mb/s đã đạt được và có khả năng vượt qua tốc độ trên ở khoảng cách ngắn. Biểu thức Shannon được biểu diễn:  (1.2) Trong đó C là dung lượng tối đa của kênh, với đơn vị [b/s]; B là băng tần kênh [Hz]; S là công suất tín hiệu [W] và N là công suất tạp âm [W]. Biểu thức này nói cho thấy có ba cách có thể làm để tăng dung lượng kênh. Có thể tăng băng tần, tăng công suất tín hiệu hay giảm tạp âm. Có thể thấy rằng dung lượng kênh tăng tuyến tính với băng tần B nhưng chỉ theo hàm loga với công suất tín hiệu S. Kênh UWB có băng tần rất lớn và thực tế có thể hy sinh (tăng) độ rộng băng tần để giảm công suất phát và nhiễu đến các nguồn vô tuyến khác. Qua biểu thức Shannon có thể thấy các hệ thống UWB có khả năng cung cấp tốc độ rất cao cho các hệ thống truyền thông không dây. Vấn đề này sẽ được xem xét tỉ mỉ hơn ở chương 4. 1.1.3 Những thách thức của UWB UWB có nhiều lí do làm nó rất hấp dẫn cho truyền thông vô tuyến cũng như nhiều ứng dụng khác trong tương tai, nó cũng có một số thách thức phải vượt qua để trở thành một kĩ thuật được sử dụng phổ biến. Các hệ thống vô tuyến luôn phải tuân thủ các điều lệ để tránh nhiễu giữa các người dùng khác nhau. Do UWB chiếm một băng tần lớn, có nhiều người cũng sử dụng có băng tần nằm trong dải tần này có thể bị ảnh hưởng và cần phải chắc chắn rằng UWB sẽ không gây nhiễu cho các dịch vụ hiện tại của họ. Đặc biệt là trong trường hợp những người dùng này được độc quyền sử dụng dải tần của họ. Do đó giải quyết vấn đề phổ tần là đặc biệt quan trọng trong hệ thống UWB. Những thách thức khác bao gồm cả việc các nhà sản xuất chấp nhận các tiêu chuẩn để đảm bảo sự tương thích giữa các thiết bị UWB. Hiện nay chưa có sự nhất trí hoàn toàn về các chuẩn thì khả năng có sự xung đột giữa các tiêu chuẩn cũng như các thiết bị là rất rõ ràng. Giá thành thấp nhưng thêm vào đó là sự phức tạp của thiết bị UWB để loại bỏ nhiễu và vận hành ở công suất thấp có thể lại đẩy giá thành thiết bị UWB lên tương đương với các thiết bị vô tuyến hiện tại. 1.1.4 Vai trò của xử lí tín hiệu Sử dụng các kĩ thuật xử lí tín hiệu đóng một vai trò quan trọng trong tất cả các hệ thống truyền thông hiện nay. Tương lai của các hệ thống truyền thông phát triển dựa vào các kĩ thuật xử lí tín hiệu để đẩy hiệu năng của hệ thống lên các giới hạn có thể chẳng hạn như thực hiện tối ưu dung lượng kênh. Tăng hiệu năng hệ thống là cần thiết để thoả mãn nhu cầu của người dùng và thúc đẩy sự cạnh tranh về công nghệ cũng như trên thị trường. Do đó, xử lí tín hiệu tốt là một trong những yếu tố quyết định thành công của hệ thống truyền thông. Trong trường hợp các hệ thống UWB điều này vẫn đúng. Xử lí tín hiệu cho hệ thống UWB vẫn đang được nghiên cứu, và là nội dung nóng bỏng và hấp dẫn. Một trong những yếu tố thú vị của hệ thống UWB là không sử dụng sóng mang, và tín hiệu hoàn toàn là băng gốc. Do đó có thể loại bỏ các thành phần như các bộ trộn sử dụng để hạ tần tín hiệu trước khi lấy mẫu. Nội dung của đồ án này là nghiên cứu về công nghệ truyền thông UWB qua đó phân tích hệ thống truyền thông UWB dưới quan điểm xử lí tín hiệu, với mục đích sử dụng công nghệ này cho truyền thông cự li ngắn tốc độ cao. 1.2 Các thuộc tính của hệ thống và tín hiệu UWB Phần này trình bày các đặc điểm cơ bản của hệ thống và tín hiệu UWB. Chi tiết của mỗi đặc điểm được trình bày trong các chương tiếp theo. Trước hết ta nghiên cứu mặt nạ phổ công suất được áp dụng cho UWB. 1.2.1 Mặt nạ phổ công suất Phổ của tín hiệu UWB là một trong những vấn đề chính gây tranh luận giữa ngành công nghiệp v
Luận văn liên quan