Công nghệ truyền thông ultra wideband

«ng suÊt lín h¬n ®­îc yªu cÇu ®Ó ph¸t c¸c xung cã biªn ®é cao h¬n. §èi víi c¸c hÖ thèng sin, c¸c hÖ thèng sö dông ®iÒu chÕ biªn ®é th­êng ®­îc ph©n biÖt víi c¸c hÖ thèng sö dông ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ gãc lµ yªu cÇu ®é réng b¨ng tÇn hÑp vµ kh«ng hiÖu qu¶ trong viÖc sö dông c«ng suÊt. Do vËy, ­u ®iÓm lín nhÊt (®é réng b¨ng tÇn hÑp) d­êng nh­ kh«ng cã ý nghÜa ®èi víi UWB, vµ hÇu hÕt c¸c øng dông UWB l¹i coi yÕu tè c«ng suÊt nh­ lµ mét vÊn ®Ò cèt yÕu. §ã còng lµ lý do t¹i sao mµ ®iÒu chÕ biªn ®é l¹i kh«ng ®­îc quan t©m ®Õn trong UWB. 2.4.3.3 On-Off keying On-Off keying (OOK) trong UWB cã thÓ ®­îc coi nh­ lµ mét d¹ng ®iÒu chÕ d¹ng xung trong ®ã tham sè d¹ng xung cã thÓ lµ 0 hoÆc 1 nh­ thÓ hiÖn trong ph­¬ng tr×nh (2-15). =0, 1 (2-15) Xung “on” ®­îc t¹o ra khi =1 vµ xung “off” khi =0; do ®ã s1=p(t) vµ s2=0. Khã kh¨n c¬ b¶n cña OOK lµ sù cã mÆt cña ®a ®­êng, trong ®ã c¸c tiÕng väng cña nh÷ng xung ban ®Çu hoÆc nh÷ng xung kh¸c khiÕn nã trë nªn khã kh¨n trong viÖc x¸c minh sù v¾ng mÆt cña mét xung. OOK còng lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ c¬ hai, t­¬ng tù nh­ BPM nh­ng nã kh«ng thÓ ®­îc më réng thµnh mét ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ M-ary nh­ PPM, PAM, OPM. X¸c suÊt lçi gièng nh­ tr­êng hîp PPM. Kh«ng gian tÝn hiÖu vµ x¸c lçi bÝt xem trong h×nh 2-10 vµ 2-11. 2.4.4 Tæng kÕt vÒ c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ Trong phÇn nµy chóng ta ®­a ra sù tæng hîp ®¸nh gi¸ vÒ c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ cho truyÒn th«ng UWB trong b¶ng 2.1. B¶ng nµy tæng hîp l¹i c¸c ­u ®iÓm vµ nh­îc ®iÓm cña tõng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®· nªu. H×nh 2-11 sÏ cho chóng ta thÊy BER cña mét sè ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ. Theo ®ã, x¸c suÊt lçi cña PPM còng kh«ng kh¸c g× so víi OOK, cao h¬n so víi BPM. Sau khi ®· ®­a ra nh÷ng ý kiÕn ®¸nh gi¸ vÒ ®iÓm m¹nh vµ ®iÓm yÕu cña tõng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ th× viÖc quyÕt ®Þnh mét ph­¬ng ph¸p kh¶ dông nhÊt lµ rÊt quan träng. XÐt mét c¸ch toµn diÖn th× PPM lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®­îc cã nhiÒu ­u ®iÓm h¬n c¶ mÆc dï ®ã kh«ng ph¶i lµ ph­¬ng ph¸p mµ hiÖu qu¶ vÒ c«ng suÊt lµ tèi ­u so víi BPM. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ¦u ®iÓm Nh­îc ®iÓm PPM §¬n gi¶n CÇn ®ång bé mét c¸ch chÝnh x¸c BPM §¬n gi¶n, tiÕt kiÖm c«ng suÊt ph¸t (®é lîi 3 dB) ChØ ®iÒu chÕ hai møc OPM Trùc giao cho ®a truy nhËp Phøc t¹p PAM §¬n gi¶n Kh¶ n¨ng chèng t¹p ©m kÐm, c«ng suÊt sö dông lín OOK §¬n gi¶n ChØ ®iÒu chÕ c¬ hai, kh¶ n¨ng chèng t¹p ©m kÐm B¶ng 2-1: Tæng hîp ­u nh­îc ®iÓm cña c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ H×nh 2-10: Kh«ng gian tÝn hiÖu cña OOK, PPMvµ BPM Cã ba lý do chÝnh dÉn ®Õn kÕt luËn trªn. Thø nhÊt, do ®a ®­êng lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y ra tÝnh mÊt æn ®Þnh vÒ mÆt thêi gian nh­ng PPM cã thÓ tËn dông ®Æc tÝnh nµy rÊt tèt ®Ó cã thÓ thÝch øng víi kªnh v« tuyÕn cã ph¶n x¹ vµ còng nh­ cã thuéc tÝnh vÒ phæ tÝn hiÖu rÊt tèt. Tr¸i l¹i, ®iÒu chÕ BPSK m· ho¸ d÷ liÖu cÇn ph¸t bëi cùc tÝnh xung nªn cã thÓ bÞ mÐo khi truyÒn trong kªnh v« tuyÕn cã ph¶n x¹ mét c¸ch dÔ dµng. Thø hai, do Philips ®ang lµm viÖc nh»m triÓn khai bé ®Þnh thêi chÝnh x¸c, ®ã lµ vÊn ®Ò then chèt ®Ó x©y dùng mét hÖ thèng thùc tÕ, cho nªn vÊn ®Ò ®Þnh thêi víi ®é chÝnh x¸c cao cã thÓ ®­îc gi¶i quyÕt ®¬n gi¶n h¬n. Lý do thø ba khiÕn cho PPM nhËn ®­îc nhiÒu sù quan t©m lµ do Time Domain Inc, mét trong nh÷ng c«ng ty ®Çu tiªn triÓn khai c¸c s¶n phÈm UWB mang tÝnh th­¬ng m¹i, còng ®· sö dông kü thuËt ®iÒu chÕ nµy. Time Domain Inc ®· chÕ t¹o thµnh c«ng mét sè chipset truyÒn th«ng UWB dùa trªn kü thuËt ®iÒu chÕ nµy, ®iÒu ®ã tù nã còng nãi lªn mét ®iÒu lµ PPM ®· ®­îc chÊp nhËn nh­ lµ mét ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®· tr­ëng thµnh. H×nh 2-10: X¸c xuÊt lçi theo lý thuyÕt ®èi víi OOK, PPM, vµ BPM §iÒu chÕ PPM c¬ hai sö dông c¸c chuçi dµi momocycle (®¬n chu kú) cho truyÒn th«ng, ®iÒu chÕ d÷ liÖu vµ nhËn d¹ng kªnh ®­îc thùc hiÖn bëi biÕn ®æi vÞ trÝ xung trong mçi khung. Khi ph¸t nh÷ng chuçi trªn, ®iÒu quan träng lµ ®Ó ®¶m b¶o r»ng tÝnh toµn vÑn phæ truyÒn dÉn vÉn kh«ng bÞ ¶nh h­ëng. Chuçi xung ®¬n chu kú Gaussian ®­îc ®iÒu chÕ bëi BPPM cã thÓ ®­îc m« t¶ nh­ sau: (2-16) trong ®ã Tf lµ chu kú khung. lµ vÞ trÝ ngÉu nhiªn cña xung trong mét khung, nã cã gi¸ trÞ trong kho¶ng (TPPM_shift, Tf-TPPM_shift). d lµ d÷ liÖu c¬ hai ®­îc ph¸t nhËn gi¸ trÞ lµ “0” (cã thÓ lµ “-1” còng kh«ng ¶nh h­ëng) hoÆc “1”. TPPM_shift lµ thêi gian trÔ hay hÖ sè dÞch vÞ trÝ theo thêi gian. VÞ trÝ cña xung tham kh¶o (referenced pulse) ®­îc cho bëi prandom(t). C¸c tham sè nµy thÓ xem trong h×nh 2-10. H×nh 2-10: C¸c xung vÞ trÝ ngÉu nhiªn víi ®iÒu chÕ BPPM H¬n n÷a, gi¸ trÞ cña Tf l¹i x¸c ®Þnh tèc ®é ký hiÖu. NÕu Tf lµ 100 ns th× tèc ®é ký hiÖu sÏ lµ 10 Mb/s. B»ng c¸ch gi¶m Tf , tèc ®é ký hiÖu cã thÓ t¨ng lªn nh­ng khi ®ã nhiÔu giao thoa ký hiÖu (ISI) còng t¨ng. KÕt qu¶ lµ gi¸ trÞ cña Tf kh«ng thÓ lùa chän qu¸ nhá trõ khi kho¶ng c¸ch gi÷a tr¹m ph¸t Tx vµ tr¹m thu Rx còng rÊt nhá. Thay v× thay ®æi tèc ®é ký hiÖu ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é truyÒn dÉn, chóng ta cã thÓ t¨ng tèc ®é d÷ liÖu b»ng c¸ch sö dông ®iÒu chÕ M-ary PPM. Do ®ã, nhiÒu bÝt th«ng tin h¬n cã thÓ ®­îc ph¸t ®i trong mét ký hiÖu. {} lµ mét chuçi m· gi¶ tËp ©m PN. §èi víi mét tuyÕn truyÒn th«ng, mét cÆp bé thu vµ bé ph¸t ph¶i ho¹t ®éng t¹i cïng mét m· gi¶ tËp ©m PN. Do ®ã bé thu sÏ biÕt ®­îc thêi ®iÓm ®Ó t¸ch d÷ liÖu (xung) ®óng dùa trªn m· PN, vµ c¸c bé thu kh¸c th× kh«ng biÕt ®­îc m· PN nµy nªn kh«ng thÓ thu lÊy ®­îc d÷ liÖu tõ tuyÕn truyÒn th«ng nµy. Chóng ta nhËn thÊy r»ng tr­íc ®ã cã mét xung ®­îc t¸ch chÝnh x¸c bëi bé thu th× c¸c xung tiÕp theo cã thÓ ®­îc b¸m chÆt bëi mét bé t­¬ng quan dùa trªn m· PN ®ã mét c¸ch dÔ dµng. Do vËy, ch×a kho¸ ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trong thiÕt kÕ bé thu lµ lµm sao chóng ta cã thÓ t¸ch ®óng vÞ trÝ cña xung vÒ thêi gian víi ®é chÝnh x¸c cÇn thiÕt. 2.4 Ph©n tÝch c«ng suÊt Theo ®Æc t¶ cña FCC, giíi h¹n c«ng suÊt cho vïng tÇn sè tõ 3.1 GHz ®Õn 10.6 GHz lµ -41.25 dBm/MHz. Do toµn bé b¨ng tÇn lµm viÖc lµ 7.5 GHz nªn giíi h¹n trªn cña c«ng suÊt truyÒn dÉn PTx trong hÖ thèng UWB cã thÓ ®­îc tÝnh to¸n nh­ sau: (2-17) Dùa trªn gi¸ trÞ c«ng suÊt ph¸t, chóng ta cã thÓ tÝnh to¸n c«ng suÊt thu ®­îc PRx t¹i bé thu UWB b»ng c¸ch sö dông m« h×nh kªnh. Mét m« h×nh kªnh UWB thùc tÕ ®· ®­îc ®Ò xuÊt bëi Philips Research Redhill dùa trªn c¸c ®o ®¹c kªnh. Theo ®ã, khi t¨ng kho¶ng c¸ch gi÷a Tx vµ Rx th× c«ng suÊt tÝn hiÖu UWB thu ®­îc sÏ bÞ gi¶m tuú theo m«i tr­êng truyÒn. §èi víi m«i tr­êng tÇm nh×n th¼ng (LOS): PRx e-1.9d PTx §èi víi m«i tr­êng tÇm nh×n bÞ che khuÊt (non-LOS): PRx e-3.4d PTx trong ®ã d lµ kho¶ng c¸ch gi÷a Tx vµ Rx tÝnh theo mÐt. Quü c«ng suÊt cña hÖ thèng UWB ®­îc thÓ hiÖn trong b¶ng 2-2 vµ xem thªm phô lôc B. B¨ng tÇn tÝn hiÖu UWB 7.5 GHz (3.1 GHz – 10.6 GHz) Giíi h¹n c«ng suÊt tÝn hiÖu theo FCC -41.25 dBm/MHz C«ng suÊt ph¸t tèi ®a -2.5 dBm (0.56 mw) Kho¶ng c¸ch gi÷a Tx vµ Rx 10 mÐt C«ng suÊt (sö dông m« h×nh LOS) -115.0341 dB C«ng suÊt t¹p ©m -98.2900 dB HÖ sè duty cycle 0.01 SNRinstantaneous 3.2559 dB B¶ng 2-2: Quü c«ng suÊt cña hÖ thèng UWB 2.5 Ph©n tÝch m«i tr­êng truyÒn dÉn vµ c¸c ¶nh h­ëng cña nã lªn tÝn hiÖu UWB 2.5.1 ¶nh h­ëng cña ®a ®­êng Nh­ ®· tr×nh bÇy trong phÇn ­u ®iÓm cña hÖ thèng UWB. Ta thÊy ®a ®­êng lµ mét vÊn ®Ò mµ mµ hÇu hÕt c¸c hÖ thèng truyÒn th«ng v« tuyÕn ®Òu gÆp ph¶i. Do anten thu thu c¶ tÝn hiÖu ®Õn trùc tiÕp vµ tÝn hiÖu bÞ ph¶n x¹ tõ bé ph¸t. NÕu mét xung UWB ®¬n (monocycle Gaussian) ®­îc ph¸t thi tÝn hiÖu thu ®­îc sÏ bao gåm mét tÝn hiÖu ®­êng th¼ng vµ c¸c tÝn hiÖu bÞ ph¶n x¹. TÝn hiÖu thu ®­îc r(t) víi gi¶ thiÕt kh«ng cã t¹p ©m cã thÓ ®­îc tr×nh bÇy: (2-18) trong ®ã <<<…<. Tham sè vµ an lÇn l­ît lµ ®é trÔ vµ biªn ®é cña thµnh phÇn ®a ®­êng thø n, trong ®ã vµ a1 t­îng tr­ng cho ®­êng ®Õn trùc tiÕp. D¹ng sãng s(t) x¸c ®Þnh xung ®¬n UWB thu ®­îc. L lµ sè l­îng ®­êng tÝn hiÖu. Nh­ chóng ta ®· biÕt, ®é réng xung cña s(t) th«ng th­êng nhá h¬n 200ps. Do ®ã, c¸c thµnh phÇn ®a ®­êng víi nh÷ng ®é trÔ kh¸c nhau lín h¬n ®é réng xung cã thÓ ®­îc t¸ch ra mét c¸ch v« h¹i. Chóng ta cã thÓ kÕt luËn r»ng hÖ thèng UWB cã kh¶ n¨ng chèng l¹i nhiÔu ®a ®­êng rÊt tèt. Tuy nhiªn, c¸c thµnh phÇn ®a ®­êng trÔ víi thêi gian dµi ans(t-) cã thÓ g©y ra vÊn ®Ò ISI ®Æc biÖt khi >Tf. §Ó ng¨n chÆn vÊn ®Ò ISI, Tf kh«ng thÓ ®­îc chän víi gi¸ trÞ qu¸ bÐ khi x©y dùng chuçi xung ph¸t. 2.5.2 C¸c ¶nh h­ëng cã liªn quan ®Õn chuyÓn ®éng gi÷a Tx vµ Rx Mét phßng b×nh th­êng cã thÓ ®­îc xem nh­ lµ m«i tr­êng ®a ®­êng mËt ®é cao, vµ mét vÊn ®Ò mµ chóng ta sÏ ph¶i ®èi mÆt lµ ¶nh h­ëng lªn kªnh truyÒn dÉn do dÞch chuyÓn c¸c ®èi t­îng. Tèc ®é chuyÓn ®éng cao nhÊt cña mét ®èi t­îng chuyÓn ®éng cã thÓ coi nh­ 2m/s, ®©y lµ mét gi¸ trÞ kh¸ hîp lý trong ®iÒu kiÖn mét c¨n phßng. B»ng mét phÐp ph©n tÝch h×nh häc ®¬n gi¶n chóng ta cã thÓ thÊy sù thay ®æi vÒ chiÒu dµi ®­êng g©y ra bëi mét ®èi t­îng chuyÓn ®éng víi tèc 2m/s nhá h¬n 4.10-7m. Do tèc ®é cña sãng ®iÖn tõ lµ 3.108 m/s nªn ®é dÞch thêi gian sÏ lµ 4.10-7/3.108, tøc lµ vµo kho¶ng 10-15 gi©y, hay 10-6ns. So víi ®é réng xung 0.1ns th× ®é dÞch thêi gian g©y ra do ®èi t­îng chuyÓn ®éng cã thÓ lê ®i trong mét kho¶ng thêi gian ng¾n. NÕu chóng ta quan s¸t hÖ thèng trong mét kho¶ng thêi gian dµi th× ®èi t­îng chuyÓn ®éng cã thÓ g©y ra vÊn ®Ò khãa trªn mét vµi ®­êng kh¶ dông bÞ mÊt t¹i phÝa thu. Do ®ã, mét kü thuËt dïng ®Ó b¸m ®­êng sÏ ®­îc giíi thiÖu trong phÇn tiÕp theo. 2.5.3 Kho¸ l¹i ®­êng kh¶ dông nhÊt NÕu kªnh truyÒn dÉn v« tuyÕn t¹o ra mét thay ®æi ®¸ng th× ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ ®­êng dÉn kh¶ dông ®· bÞ mÊt b¸m. Qu¸ tr×nh t¸ch xung cho kho¸ ®­êng dÉn ®óng cÇn ph¶i ®­îc thùc hiÖn l¹i. VÊn ®Ò ë ®©y lµ lµm sao ®Ó t¸ch ®­îc ®­êng m¹nh nhÊt nh­ng ®· mÊt kho¸. Mét gi¶i ph¸p hÊp dÉn ®· ®­îc ®Ò xuÊt, theo ®Ò xuÊt nµy th× viÖc thùc hiÖn t¸ch xung vµ qu¸ tr×nh gi¶i ®iÒu chÕ ph¶i ®­îc thùc hiÖn ®ång thêi víi qu¸ tr×nh t¸ch xung. Khi qu¸ tr×nh t¸ch xung nhËn thÊy ®­êng m¹nh nhÊt ®· bÞ dÞch qu¸ nhiÒu, vÝ nh­ v­ît qu¸ ng­ìng cho phÐp, nã sÏ b¾t ®Çu hiÖu chØnh th«ng tin ®Þnh thêi cña c¸c xung UWB ®Çu vµo ®Ó ®¶m b¶o r»ng xung lµm mÉu t¹i bé thu lu«n lu«n trïng khíp víi c¸c xung ®Çu vµo m¹nh nhÊt (®­êng dÉn kh¶ dông nhÊt). Sau ®ã, qu¸ tr×nh gi¶i ®iÒu chÕ sÏ lµm viÖc víi c¸c tÝn hiÖu mÉu míi, quan träng lµ vÉn d­íi sù theo dâi cña qu¸ tr×nh t¸ch xung. 2.6 Mét sè kü thuËt ®a truy nhËp Trong phÇn nµy, c¸c ph­¬ng ph¸p ®a truy nhËp truyÒn thèng còng ®­îc xem xÐt kh¶ n¨ng øng dông trong UWB. 2.6.1 §a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè trong UWB Mét kü thuËt ®a truy nhËp phæ biÕn trong truyÒn th«ng b¨ng hÑp lµ ph©n chia ng­êi dïng dùa trªn b¨ng tÇn sö dông. Kü thuËt nµy ®­îc gäi lµ ®a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè (FDMA). Mçi ng­êi dïng sö dông mét tÇn sè sãng mang kh¸c nhau ®Ó truyÒn vµ nhËn tÝn hiÖu. Trong UWB, kü thuËt FDM nµy ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch sö dông c¸c xung cã ®é réng b¨ng tÇn hÑp h¬n b¨ng tÇn tæng céng; tuy nhiªn, chóng vÉn lµ b¨ng tÇn rÊt réng. Cã thÓ ph©n biÖt kªnh b»ng c¸ch nh©n tÝn hiÖu (xung) víi mét sãng mang. 2.6.2 §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian Trong ®a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian(TDMA), mçi ng­êi dïng sö dông cïng m· vµ cïng b¨ng tÇn; tuy nhiªn, cÇn ph¶i cã mét ®é dÞch thêi gian ®Ó tr¸nh nhiÔu. Nãi chung, kü thuËt nµy yªu cÇu tÊt c¶ ng­êi dïng ph¶i ®­îc ®ång bé, ®ã kh«ng ph¶i lµ mét viÖc dÔ thùc hiÖn khi mµ sè ng­êi dïng t¨ng lªn. XÐt mét c¸ch toµn diÖn, kü thuËt nµy chØ ®­îc ¸p dông cho ®­êng xuèng (Tõ mét tr¹m gèc trung t©m) ®Õn ng­êi dïng di ®éng. 2.6.3 §a truy nhËp ph©n chia theo m· Mét kü thuËt ®a truy nhËp kh¶ dông trong UWB lµ g¸n cho mçi ng­êi dïng mét m· tr¶i phæ. Kü thuËt nµy ®­îc biÕt ®Õn víi c¸i tªn ®a truy nhËp ph©n chia theo m· (CDMA). VÒ c¬ b¶n cã thÓ ph©n chia thµnh ba ph­¬ng ph¸p thùc hiÖn CDMA: Nh¶y tÇn (FH: Frequency-Hopping): Lµm viÖc gièng nh­ FDMA nh­ng ®iÓm kh¸c nhau duy nhÊt lµ b¨ng tÇn sö dông ®­îc ph©n ®Þnh b»ng m· cho mçi sù truyÒn dÉn. Nh¶y thêi gian (TH: Time-Hopping): Kªnh ®­îc chia thµnh c¸c khe thêi gian nh­ trong TDMA, nh­ng dïng m· ®Ó x¸c ®Þnh khe thêi gian nµo ®­îc dïng cho mçi sù truyÒn dÉn. Chuçi trùc tiÕp (DS: Direct-Sequence): Tr­íc khi truyÒn dÉn th× luång d÷ liÖu ®­îc nh©n víi chuçi gi¶ t¹p ©m. T¹i phÝa thu th× viÖc t¸ch ng­êi dïng ra t¹i phÝa thu còng ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch nh©n luång tÝn hiÖu thu ®­îc víi cïng mét m· gi¶ tËp ©m mµ phÝa ph¸t ®· nh©n. Thao t¸c nµy ®­îc gäi lµ thao t¸c gi¶i tr¶i phæ. Vµ nh­ vËy cho phÐp ng­êi dïng mong ®îi thùc hiÖn gi¶i ®iÒu chÕ. §iÒu khiÓn tËp chung cña hÖ thèng, nh»m qu¶n lý qu¸ tr×nh ®a truy nhËp, th­êng kh«ng ®­îc mong ®îi ®èi víi c¸c øng dông cña UWB. Nªn viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng ph¶i nh»m vµo yªu cÇu lo¹i bá yÕu tè ®iÒu khiÓn tËp chung, v× nã lµ ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó cã c¸c ®¬n vÞ tù ®iÒu khiÓn cã thÓ ho¹t ®éng mµ kh«ng cÇn ph¶i hîp ®ång vÒ l­u l­îng. Ph­¬ng ph¸p truyÒn th«ng nµy th­êng ®­îc biÕt ®Õn víi tªn gäi lµ ad-hoc Networking. Do c¸c node kh«ng trùc tiÕp th«ng tin víi nhau nªn còng kh«ng cÇn ph¶i ®ång bé m¹ng do c¸c node cã thÓ trùc tiÕp liªn l¹c víi nhau. Nªn cÊu h×nh truyÒn th«ng qua m¹ng ad-hoc cña UWB ®­îc xem nh­ kh«ng ®ång bé. Tuy vËy, c¸c node kÕt nèi trùc tiÕp víi nhau hay víi mét node chung nµo ®ã th× vÉn ph¶i ®­îc ®ång bé vµ cã thÓ chia sÎ tèc ®é bit ®­îc cung cÊp bëi node chung ®ã. Lo¹i cÊu h×nh nµy ®­îc gäi lµ mét piconet. Node chung ®iÒu khiÓn l­u l­îng trong mét piconet theo ph­¬ng ph¸p TDMA, v× khi ®ã truyÒn th«ng ®· ®­îc ®ång bé. Bªn c¹nh ®ã mét sè piconet cã thÓ ho¹t ®éng dÞ bé trong cïng mét khu vùc. TiÕp theo, ®Ó cung cÊp d÷ liÖu ®Õn vµ tõ mét node cho tr­íc ®Õn node trung t©m, TDD th­êng ®­îc dïng v× lý do ®¬n gi¶n vµ do ®ång bé ®· ®­îc thiÕt lËp trong m¹ng. C¸c hÖ thèng FH-CDMA kh«ng ®­îc nghiªn cøu trong ®å ¸n nµy do hiÖu n¨ng cña nã kh«ng kh¸c so víi TH, nh­ng l¹i yªu cÇu hÖ thèng phøc t¹p h¬n ®Ó cã thÓ nh¶y gi÷a c¸c tÇn sè. PhÇn tiÕp theo sÏ xÐt chi tiÕt thªm vÒ c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ. 2.6.3.1 Time-Hopping Mçi mét khung cã kho¶ng thêi gian lµ Tf (xem thªm h×nh 2-10) ®­îc chia nhá thµnh Nh chip cã ®é réng Tc. Mçi ®èi t­îng sö dông (®­îc ký hiÖu lµ k) ®­îc g¸n mét mÉu dÞch thêi gi¶ tËp ©m , , ®­îc gäi lµ chuçi nh¶y thêi gian, nã cung cÊp mét ®é dÞch thêi bæ xung cho mçi xung trong chuçi xung. Xung thø n nhËn thªm mét ®é dÞch thêi lµ gi©y. Thêi gian bæ xung cho mçi xung ph¶i kh«ng ®­îc v­ît qu¸ thêi gian khung Tf. Víi kü thuËt ®iÒu chÕ sö dông lµ PPM, d÷ liÖu th«ng tin ®­îc mang ®i bëi ®é dÞch thêi . BiÓu thøc tÝn hiÖu cña ng­êi dïng thø k cã thÓ ®­îc viÕt nh­ sau: (2-19) trong ®ã p(t) lµ hµm xung c¬ së nh­ ®· tr×nh bÇy trong phÇn ®iÒu chÕ, gi¸ trÞ cña phô thuéc vµo bn (®ã lµ ®é dÞch thêi mµ ®iÒu chÕ PPM thªm vµo, nã dïng ®Ó m· ho¸ th«ng tin), x¸c ®Þnh ®é dÞch thêi bæ xung cho xung thø n bëi m· gi¶ tËp ©m ®­îc cÊp ph¸t cho ng­êi dïng k. 2.6.3.2 Chuçi trùc tiÕp Chuçi trùc tiÕp còng ®­îc dïng cho ®a truy nhËp trong hÖ thèng OOK vµ BPM. Trong hÖ thèng nµy, mçi ký hiÖu ®­îc t­îng tr­ng bëi mét sè l­îng xung, chóng ®­îc ®­îc ®iÒu chÕ biªn ®é xung bëi mét chuçi chip. C¸c ký hiÖu ®Çu vµo ®­îc ®iÒu chÕ hoÆc lµ biªn ®é hoÆc lµ vÞ trÝ t­¬ng øng cña mçi chuçi xung. §èi víi tÝn hiÖu c¬ hai, trong tr­êng hîp DSPAM hoÆc DSPPM, tÝn hiÖu cña ®èi t­îng sö dông thø k (k=1,…,K) cã thÓ ®­îc viÕt d­íi d¹ng sau: (2-20) trong ®ã, n lµ chØ sè thêi gian, p(t) lµ xung UWB c¬ b¶n, Tb lµ chu kú bÝt, Tc lµ chu kú chip, ak,i Î {-1, 1} lµ chip thø i cña ®èi t­îng sö dông thø k, Nc lµ sè l­îng chip ®­îc dïng ®Ó thÓ hiÖn mét ký hiÖu, lµ c¸c bit th«ng tin cña ®èi t­îng sö dông thø k. Nc – chuçi chip PN, , ®­îc sö dông ®Ó nhËn d¹ng ®èi t­îng sö dông thø k. Ph¶i ®¶m b¶o r»ng Tp nhá h¬n chu kú chip Tc vµ NcTc ph¶i nhá h¬n kho¶ng lÆp thu ký hiÖu tÇn sè. §èi víi hÖ thèng DS-PPM, bit th«ng tin “1” ®­îc t­îng tr­ng bëi mét khung c¸c xung kh«ng trÔ vµ bit “0” ®­îc thÓ hiÖn ®­îc thÓ hiÖn bëi cïng mét khung c¸c xung nh­ng víi ®é trÔ t t­¬ng øng víi thêi gian tham kh¶o. §Æt K lµ sè l­îng ng­êi sö dông trong hÖ thèng. Do ®ã ®­îc thiÕt lËp lµ 1 vµ bÝt th«ng tin cña ng­êi dïng thø k ®­îc mang bëi trong hÖ thèng nµy. §èi víi tÝn hiÖu DS-PAM, ®­îc thiÕt lËp lµ 1 vµ bit th«ng tin cña ®èi t­îng sö dông thø k ®­îc mang bëi . Ch­¬ng 3 Bé thu ph¸t UWB 3.1 KiÕn tróc tæng quan cña bé thu ph¸t UWB §Ó t×m hiÓu vÒ c¸c thµnh phÇn cña mét hÖ thèng truyÒn th«ng UWB, mét s¬ ®å khèi ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 3-1 trong tr­êng hîp K ng­êi dïng cã thÓ dïng chung tµi nguyªn phæ tÇn UWB. H×nh 3-1: KiÕn tróc tæng quan cña hÖ thèng UWB C¸c khèi ®iÓn h×nh cña bé thu ph¸t UWB bao gåm ®­îc thÓ hiÖn ë phÇn d­íi cña h×nh vÏ vµ vÒ phÝa bªn tr¸i lµ phÇn anten. Môc ®Ých cña anten lµ dïng ®Ó chuyÓn c¸c xung thµnh sãng ®iÖn tõ vµ ng­îc l¹i. Bªn c¹nh anten lµ phÇn RF tr­íc – sau ®­îc thÓ hiÖn. PhÇn nµy chÞu tr¸ch nhiÖm ®¶m b¶o khèi b¨ng gèc cã thÓ giao tiÕp ®­îc víi anten. PhÇn nµy bao gåm LNA vµ bé ®iÒu khiÓn ®é lîi tù ®éng AGC trong khèi thu. TiÕp theo lµ khèi b¨ng gèc t­¬ng tù ®­îc dïng trong bé ph¸t ®Ó t¹o ra c¸c xung vµ thùc hiÖn chuyÓn ®æi t­¬ng tù sang sè cÇn thiÕt trong bé thu. Lý do cã mét hép víi nÐt vÏ ®øt gi÷a phÇn t­¬ng tù vµ sè lµ do kh«ng cã sù râ rµng vÒ c¸ch thøc t­¬ng t¸c vµ c¸ch thøc xö lý tÝn hiÖu trong hai miÒn còng kh«ng ®­îc ph©n ®Þnh râ rµng. Mét c©u hái dÔ dµng ®­îc ®Æt ra lµ bé t­¬ng quan th­êng ®­îc dïng cho gi¶i ®iÒu chÕ nªn triÓn khai trªn miÒn t­¬ng tù hay sè. PhÇn kiÕn tróc bé thu sÏ tr×nh bÇy thªm ®Ó gi¶i quyÕt c©u hái nµy. Cuèi cïng, m· ho¸ vµ gi¶i m· ®­îc thùc hiÖn trong miÒn sè vµ ®­îc thùc hiÖn tr­íc khi lªn ®Õn c¸c líp cao h¬n. Qua mét sè ph©n tÝch s¬ l­îc vÒ bé thu ph¸t UWB, chóng ta cã thÓ dÔ dµng nhËn ra mét ®iÒu lµ ®é phøc t¹p chñ yÕu trong hÖ thèng UWB n»m ë bé thu. Do vËy phÇn tiÕp theo sÏ tr×nh bÇy chi tiÕt h¬n vÒ bé thu UWB. 3.2 KiÕn tróc bé thu UWB X©y dùng bé thu UWB lµ mét nhiÖm vô rÊt phøc t¹p, nã liªn quan ®Õn viÖc thiÕt kÕt thuËt to¸n thu UWB còng nh­ lµ triÓn khai m¹ch ®iÖn. Ch­¬ng nµy chñ yÕu tËp trung vµo kiÕn tróc bé thu UWB. 3.2.1 Bé thu t­¬ng quan (Bé läc thÝch øng) Tr­íc tiªn, kiÕn tróc tæng quan cña bé thu UWB ®­îc giíi thiÖu. Bé läc thÝch øng lµ m« h×nh bé thu tèi ­u. Bé läc thÝch øng cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch t­¬ng quan tÝn hiÖu ®Çu vµo víi tÝn hiÖu mong ®îi. (3-1) trong ®ã Stemplate(t) lµ xung mÉu ®· ®­îc biÕt tr­íc vµ r(t) lµ tÝn hiÖu vµo t¹i bé thu. H×nh 3-2: Bé thu t­¬ng quan (bé läc thÝch øng) cho UWB Bé läc thÝch øng cho tÝn hiÖu UWB ®­îc minh ho¹ trong h×nh 3-2. §èi víi tr­êng hîp tÝn hiÖu UWB ®­îc ®iÒu chÕ b»ng ph­¬ng ph¸p BPPM, xung mÉu Stemplate(t) ®­îc ®iÒu chØnh nh­ trong h×nh 3-2. Xung mÉu nµy cã thÓ ®­îc nghiªn cøu cïng víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ BPPM ®· tr×nh bÇy trong ch­¬ng 3. Nöa ®Çu tiªn cña xung mÉu sÏ t¹o ra mét kÕt qu¶ t­¬ng quan ©m víi xung thu ®­îc lµ “0”, vµ nöa thø sau cña mÉu xung sÏ t¹o ra kÕt qu¶ t­¬ng quan d­¬ng víi xung thu ®­îc lµ “1”. Do ®ã, tÝn hiÖu UWB cã thÓ ®­îc gi¶i ®iÒu chÕ b»ng xung mÉu BPPM nµy. Sau khi lÊy mÉu t¹i cuèi mçi khung, chuçi d÷ liÖu c¬ hai ®­îc t¹o ra, nã t­îng tr­ng cho d÷ liÖu ®­îc ph¸t ®· ®­îc gi¶i ®iÒu chÕ t¹i bé thu. cã thÓ ®­îc so s¸nh víi d÷ liÖu nèi tiÕp ®Çu vµo m(t) ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l­îng (BER vµ SNR) cña bé thu. 3.2.2 M¸y thu Rake T¸ch tÝn hiÖu trong mét m«i tr­êng ®a ®­êng lµ lý do ®Ó chóng ta sö dông m¸y thu Rake. Mét m¸y thu Rake ®iÓn h×nh bao gåm mét tËp bé t­¬ng quan, mçi bé t­¬ng quan t­¬ng øng víi mét ®é trÔ kh¸c nhau, ®Ó cho tÝn hiÖu ®a ®­êng cã thÓ ®­îc gi¶i ®iÒu chÕ. V× lý do ®ã, m¸y thu Rake ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c hÖ thèng tr¶i phæ, nã cho phÐp chèng l¹i ISI (g©y ra bëi truyÒn dÉn ®a ®­êng). VÝ dô, mét hÖ thèng CDMA truyÒn thèng sö dông m¸y thu Rake ®Ó t¨ng c­êng chÊt l­îng t¸ch. Trong c¸c hÖ thèng UWB, ý t­ëng kÕt hîp m¸y thu Rake còng cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó t¸ch tÝn hiÖu trong m«i tr­êng ®a ®­êng. V× chóng ta ®ang tËp trung vµo m«i tr­êng mét ng­êi dïng, nªn chØ mét bé t­¬ng quan ®­îc tÝch hîp víi m¸y thu Rake trong qu¸ tr×nh m« pháng. ViÖc triÓn khai kiÕn tróc m¸y thu Rake ë ®©y chñ yÕu v× môc ®Ých thu n¨ng l­îng tõ tÝn hiÖu ®a ®­êng. KiÕn tróc cña m¸y thu Rake ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 3-3 bªn d­íi. H×nh 3-3: KiÕn tróc m¸y thu Rake (5 fingers) víi mét bé t­¬ng quan So víi bé thu t­¬ng quan, bé thu sö dông m¸y thu Rake thu ®­îc tÝn hiÖu tõ nhiÒu ®­êng vµ bæ xung n¨ng l­îng tõ c¸c ®­êng thu ®­îc ®ã nªn ®¹t ®­îc mét tÝn hiÖu cã tÝnh t­¬ng quan tr­íc (pre-correlation) tèt h¬n. C¸c ®­êng (c¸c xung ®­îc thu tõ ®ã) ®­îc lùa chän bëi m¸y thu Rake ph¶i tèi ­u, ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ chóng ph¶i lµ nh÷ng ®­êng kh¶ dông nhÊt. (Lµm sao ®Ó x¸c ®Þnh ®­îc c¸c ®­êng kh¶ dông nhÊt thuéc qu¸ tr×nh t¸ch xung, trong ®å ¸n kh«ng ®Ò cËp). Kho¶ng c¸ch vÒ thêi gian tèi thiÓu gi÷a c¸c finger cña Rake ®­îc thiÕt lËp lµ 250ps nh­ lµ giíi h¹n vËt lý phï hîp cho phÇn cøng cña bé thu. Nh­ thÓ hiÖn trong h×nh 3-3, c¸c finger ®­îc triÓn khai theo nh÷ng ®­êng trÔ. NÕu c¸c ®­êng trÔ ®­îc thiÕt lËp chÝnh x¸c, 5 xung kh¶ dông nhÊt cã thÓ ®­îc lùa chän t¹i ®Çu ra cña ®­êng trÔ t¹i cïng mét thêi ®iÓm. N¨m tÝn hiÖu bÞ trÔ ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 3-4. H×nh 3-4: Th«ng tin v¾n t¾t cña c¸c tÝn hiÖu trong ®iÒu kiÖn kh«ng cã t¹p ©m trong m¸y thu Rake. TÝn hiÖu 1 lµ tÝn hiÖu bÞ trÔ ®Çu tiªn cña tÝn hiÖu UWB ®Çu vµo gèc; tÝn hiÖu 2 lµ mét phiªn b¶n trÔ cña tÝn hiÖu 1, vµ t­¬ng tù víi tÝn hiÖu 3,4,5; tÝn hiÖu 6 lµ tæng hîp cña 5 tÝn hiÖu trÔ ®ã (1,2,3,4,5). (Kh«ng t¹p ©m) C¸c mòi tªn cña “a, b, c, d vµ e” trong h×nh 3-4 t­îng tr­ng cho 5 ®­êng kh¶ dông nhÊt. Sau khi cho qua c¸c ®­êng trÔ trong m¸y thu Rake, 5 ®­êng nµy ®­îc lÊy tæng t¹i thêi ®iÓm t. N¨ng l­îng cña chóng cã thÓ ®­îc tÝch luü ®Ó t¹o ra mét xung UWB tèt h¬n, ®ã lµ mòi tªn “s” trong tÝn hiÖu 6. HiÖu n¨ng ®­îc c¶i thiÖn râ rµng h¬n bëi kiÕn tróc m¸y thu Rake ®­îc thÓ hiÖn râ rµng h¬n trong tr­êng hîp cã t¹p ©m (h×nh 3-5). Bëi v× thªm mét vµi ®­êng tÝn hiÖu cïng nhau nªn cã thÓ lÊy trung b×nh ¶nh h­ëng cña t¹p ©m. Do ®ã, SNR ®Çu ra trong cÊu tróc m¸y thu Rake ®­îc t¨ng lªn vµ hiÖu n¨n cña m¸y thu Rake còng tèt h¬n bé thu t­¬ng quan UWB ®¬n thuÇn. Cã thÓ thÊy r»ng m¸y thu Rake cã mét hiÖu n¨ng tèt trong m«i tr­êng ®a ®­êng, vµ cã thÓ gi¶m vÊn ®Ò ISI mét c¸ch ®¸ng kÓ. Nh­ng râ rµng lµ m¸y thu Rake yªu cÇu ®é chÝnh x¸c trong ®Þnh thêi cao h¬n, ®ã lµ thêi gian chÝnh x¸c cña c¸c xung ®Õn theo ®­êng kh¶ dông. Do xung UWB rÊt hÑp nªn yªu cÇu ®Þnh thêi lµ mét g¸nh nÆng thªm. Bëi vËy, nghiªn cøu vÒ ¶nh h­ëng ®Õn hiÖu n¨ng do lçi ®Þnh thêi lµ rÊt cÇn thiÕt trong khi thiÕt kÕ hÖ thèng UWB. H×nh 3-5: Th«ng tin v¾n t¾t vÒ tÝn hiÖu trong ®iÒu kiÖn cã t¹p ©m bÞ giíi h¹n b¨ng trong m¸y thu Rake. TÝn hiÖu 1 lµ tÝn hiÖu bÞ trÔ ®Çu tiªn cña tÝn hiÖu UWB ®Çu vµo ban ®Çu; tÝn hiÖu 2 lµ trÔ cña tÝn hiÖu 1, vµ theo quy t¾c t­¬ng tù ®èi víi tÝn hiÖu 3,4,5; tÝn hiÖu 6 lµ tæng hîp cña 5 tÝn hiÖu trÔ ®ã (1, 2, 3, 4, 5). 3.2.3 C¸c hÖ sè ®é lîi xö lý Cã hai hÖ sè ®é lîi SNR vÒ cÊu tróc m¸y thu Rake. Mét lµ ®é lîi xö lý do nhiÒu Rake finger vµ hÖ sè cßn l¹i lµ do bé läc thÝch øng. §èi víi bé thu sö dông m¸y thu Rake nh­ trong h×nh 3-3, sù kÕt hîp cña 5 xung kh¶ dông cã thÓ ®­îc sö dông nh­ lµ ®Çu vµo cña bé läc thÝch øng. NÕu 5 xung kh¶ dông nµy lµ gièng nhau vÒ biªn ®é vµ chóng tuyÖt ®èi kh«ng trång lÊn lªn bÊt kú xung thu ®­îc nµo, n¨ng l­îng cña xung m« pháng sÏ lµ 25 lÇn xung ®¬n vµ n¨ng l­îng t¹p ©m sÏ lµ lµ 5 lÇn xung ®¬n. Trong tr­êng hîp nµy, ®é lîi xö lý lªn SNR cã thÓ ®¹t ®­îc nh­ sau: = 10log(25/5)=7dB (3-2) Râ rµng lµ ®é lîi xö lý nµy sÏ lµ 0dB nÕu kh«ng cã Rake finger nµo ®­îc dïng. Bé läc thÝch øng còng cã ®é lîi xö lý lªn SNR, vµ ë ®©y chØ ®­a ra kÕt qu¶ cho môc ®Ých ®¸nh gi¸: (3-3) trong ®ã T lµ chu kú tÝn hiÖu t­¬ng quan vµ BW lµ b¨ng tÇn t¹p ©m ®­îc ®o. H¬n n÷a, chóng ta cã thÓ viÕt tiÕp ®é lîi xö lý cña bé läc thÝch øng nh­ sau: (3-4) Cuèi cïng, sù kÕt hîp cña hai hÖ sè ®é lîi nµy sÏ lµm t¨ng SNR t¹i ®Çu ra cña bé läc thÝch øng so víi SNR ®Çu vµo. 3.2.4 Th¶o luËn Trong tr­¬ng nµy, bé thu t­¬ng quan vµ bé thu sö dông m¸y thu Rake cho c¸c hÖ thèng UWB ®· ®­îc xem xÐt. Tuy nhiªn, cã mét sè vÊn ®Ò cÇn ®­îc nhÊn m¹nh l¹i. 3.2.4.1 Sè l­îng Rake finger VÒ lý thuyÕt, cµng nhiÒu Rake finger th× hiÖu n¨ng cµng ®­îc c¶i thiÖn do cã nhiÒu h¬n sè ®­êng tÝn hiÖu UWB ®­îc b¸m. Nh­ng trong thùc tÕ, nhiÒu ®­êng trÔ, phÇn chÝnh cña Rake finger, th× g©y tèn kÐm vµ còng cã thÓ lµm cho vÊn ®Ò lçi ®Þnh thêi trë nªn khã xö lý h¬n. Do ®ã, chóng ta kh«ng ®Ò nghÞ triÓn khai qu¸ nhiÒu Rake finger trong bé thu. Sè l­îng phï hîp cã thÓ ®¹t ®­îc dùa trªn sù ®o ®¹c kªnh ®Çy ®ñ. 3.2.4.2 Mét vµi vÊn ®Ò xung quanh thiÕt kÕ m¹ch sè vµ t­¬ng tù MÆc dï triÓn khai m¹ch ®iÖn kh«ng ph¶i lµ träng t©m cña ®å ¸n, nh­ng mét sè vÊn ®Ò liªn quan ®Õn m¹ch ®iÖn còng vÉn ®­îc quan t©m. Tr­íc tiªn, bé trén cã mét vai trß quan träng ®Ó t­¬ng quan tÝn hiÖu UWB ®Õn ®­îc khuyÕch ®¹i víi tÝn hiÖu mÉu. Do ®ã, nã ph¶i cã ®Æc ®iÓm ®Çu vµo b¨ng réng vµ tÝnh tuyÕn tÝnh tèt. H×nh 3-6: TriÓn khai analog cña bé thu UWB ViÖc thiÕt kÕ mét bé trén nh­ vËy víi mét yªu cÇu cao sÏ lµ mét thö th¸ch kh«ng nhá cho c¸c nhµ thiÕt kÕ. Mét vÊn ®Ò kh¸c lµ lµm sao ®Ó chia miÒn t­¬ng tù vµ miÒn sè trong bé thu UWB. Ngµy nay, tèc ®é cña ADC kh«ng ®ñ cao ®Ó t¹o ra d÷ liÖu UWB ®­îc lÊy mÉu t¹i tèc ®é lÊy mÉu yªu cÇu tèi thiÓu, nªn chóng ta kh«ng thÓ t¹o ra mét hÖ thèng toµn sè. Do ®ã, nhiÒu phÇn xö lý ph¶i thùc hiÖn trong miÒn t­¬ng tù, nh­ bé trén vµ bé tÝch ph©n, nh­ ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 3-6. Ch­¬ng 4 So s¸nh UWB víi c¸c hÖ thèng truyÒn th«ng b¨ng réng kh¸c Trong ch­¬ng nµy chóng ta sÏ th¶o luËn vÒ mét sè ®iÓm t­¬ng ®ång vµ sù kh¸c biÖt quan träng cña c¸c hÖ thèng truyÒn th«ng UWB, tr¶i phæ (SS), vµ ghÐp kªnh ph©n chia theo tÇn sè trùc giao (OFDM). MÆc dï ®©y chØ lµ sù th¶o luËn xÐt chØ ë møc ®é kh¸i qu¸t. Tr­íc hÕt chóng ta cã thÓ thÊy r»ng ph¹m vi øng dông cña UWB so víi tr¶i phæ trùc tiÕp vµ OFDM lµ kh¸c nhau. Sù kh¸c nhau chñ yÕu lµ kho¶ng c¸ch, rÊt nhiÒu c¸c øng dông mµ trong ®ã OFDM vµ tr¶i phæ trùc tiÕp th­êng ®­îc sö dông nh­ng nã l¹i kh«ng n»m trong ph¹m vi quan t©m cña UWB. Chóng ta cã thÓ lÊy mét sè vÝ dô, tr¶i phæ trùc tiÕp ®­îc dïng trong ®iÖn tho¹i di ®éng thÕ hÖ thø ba vµ c¸c dÞch vô d÷ liÖu. Tr¸i l¹i, OFDM l¹i ®ang ®­îc quan t©m trong c¸c hÖ thèng di ®éng thÕ hÖ thø t­. H¬n n÷a, OFDM còng ®­îc sö dông cho qu¶ng b¸ truyÒn h×nh sè, nh­ ISDB-T t¹i NhËt b¶n. Kü thuËt truyÒn th«ng UWB hiÖn t¹i kh«ng ®­îc sö dông cho c¸c øng dông kho¶ng c¸ch lín vµ øng dông ngoµi trêi. Tuy nhiªn, LAN kh«ng d©y cho c¸c øng dông trong nhµ ®ang thuéc ph¹m vi quan t©m cña UWB vµ do ®ã ta cã ®­îc mét c¬ héi tèt ®Ó thÊy ®­îc sù kh¸c biÖt cña UWB so víi c¸c c«ng nghÖ kh¸c mµ cã cïng mét ph¹m vi øng dông. Chóng ta sÏ lÇn l­ît kh¶o s¸t chi tiÕt h¬n. 4.1 CDMA Mét trong nh÷ng chuÈn truyÒn th«ng v« tuyÕn cho c¸c øng dông ngoµi trêi phæ biÕn nhÊt lµ IEEE 802.11b dïng cho m¹ng néi bé kh«ng d©y. Nã ho¹t ®éng t¹i b¨ng tÇn kh«ng cã ®¨ng ký 2.4 GHz. Trong 802.11b, c¸c kü thuËt tr¶i phæ ®­îc sö dông ®Ó thu tÝn hiÖu b¨ng hÑp vµ tr¶i réng phæ cña tÝn hiÖu ra toµn bé b¨ng tÇn kh¶ dông, môc ®Ých cña chÝnh lµ ®Ó triÖt nhiÔu tõ c¸c ng­êi dïng kh¸c hoÆc c¸c nguån t¹p ©m. B¨ng 2.4 GHz ®­îc biÕt ®Õn nh­ lµ b¨ng ISM, nã lµ tõ viÕt t¾t cña Industrial, Scientific, vµ Medical. Nh­ ®· tr×nh bÇy trong phÇn ®a truy nhËp, cã hai kü thuËt chÝnh ®Ó tr¶i phæ: tr¶i phæ dïng nhÈy tÇn (FHSS) vµ tr¶i phæ dïng chuçi trùc tiÕp (DSSS). Mét c¸i nh×n tæng quan vÒ quan hÖ trªn miÒn tÇn sè- thêi gian ®­îc thÓ hiÖn ®èi víi hai ph­¬ng ph¸p nµy trong h×nh 4-1 vµ 4-2. Trong h×nh 4-1 chóng ta cã thÓ thÊy r»ng hai ng­êi dïng chiÕm d÷ mét b¨ng tÇn hÑp trong mét thêi gian ng¾n. Cã 79 kªnh nh¶y tÇn trong chuÈn IEEE 802.11 vµ mçi kªnh cã ®é réng b¨ng lµ 1 MHz. Tr¸i l¹i, h×nh 4-2 l¹i cho thÊy r»ng mçi ®èi t­îng sö dông lu«n lu«n chiÕm dông toµn bé b¨ng tÇn kh¶ dông vµ c¸c ®èi t­îng sö dông kh¸c nhau th× ®­îc t¸ch ra bëi c¸c m· gi¶ tËp ©m (PN). Do ®ã, DSSS còng ®­îc gäi lµ ®a truy nhËp ph©n chia theo m· (CDMA). MÆc dï c¶ DSSS vµ FHSS ®­îc ®Æc t¶ nh­ lµ c¸c chuÈn trong WLAN 802.11, gÇn ®©y lµ IEEE 820.11b, nh­ng chØ cã DSSS lµ líp vËt lý ®­îc ®Þnh nghÜa. ChuÈn 802.11a ®Þnh nghÜa mét líp vËt lý OFDM (®­îc th¶o luËn sau.) H×nh 4-1: Quan hÖ trªn miÒn tÇn sè – thêi gian ®èi víi hai ®èi t­îng dïng sö dông tr¶i phæ nh¶y tÇn. 4.2 So s¸nh UWB víi DSSS vµ FHSS Trong phÇn nµy chóng ta sÏ nªu ra mét sè kÕt qu¶ so s¸nh cña ba kü thuËt ®iÒu chÕ sau: Tr¶i phæ chuçi trùc tiÕp (DSSS), tr¶i phæ dïng nh¶y tÇn (FHSS) vµ UWB. ThiÕt lËp ban ®Çu cho mçi ph­¬ng ph¸p nh»m chiÕm 3.2 MHz, ph¸t t¹i tèc ®é 3.125 Mbps, vµ hç trî 30 ®èi t­îng sö dông ®ång thêi. §èi víi mét hÖ thèng DSSS tØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu (SNR) cã thÓ ®­îc viÕt nh­ sau: (4-1) trong ®ã K lµ sè l­îng ®èi t­îng sö dông vµ N lµ sè l­îng chip trªn mét bit. TØ sè lçi bit (BER) cã thÓ ®­îc tÝnh to¸n tõ: (4-2) trong ®ã “erfc” lµ hµm lçi bï, nã ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ sau: (4-3) H×nh 4-2: Quan hÖ trªn miÒn tÇn sè – thêi gian ®èi víi hai ®èi t­îng dïng sö dông tr¶i phæ chuçi trùc tiÕp. Tr¸i l¹i BER ®èi víi FHSS cã thÓ ®­îc tÝnh to¸n nh­ sau: (4-4) trong ®ã k lµ sè l­îng khe nh¶y tÇn, M lµ sè l­îng ®èi t­îng sö dông, S lµ c«ng suÊt tÝn hiÖu, vµ N lµ c«ng suÊt t¹p ©m. Do ®ã, Si t­îng tr­ng cho c«ng suÊt tÝn hiÖu tõ c¸c ®èi t­îng sö dông g©y nhiÔu. §èi víi kÕt qu¶ UWB, SNR ®Çu ra trung b×nh cã thÓ ®­îc tÝnh to¸n b»ng c¸ch gi¶ thiÕt mét chuçi nh¶y thêi gian ngÉu nhiªn. §Æt sè l­îng ®èi t­îng sö dông tÝch cùc (active) lµ Nu. Vµ ta cã SNR lµ: (4-5) trong ®ã lµ ph­¬ng sai cña thµnh phÇn t¹p ©m bé thu t¹i chuçi xung ®Çu ra bé tÝch ph©n. Tham sè phô thuéc d¹ng sãng ®¬n chu kú mp vµ lµ ®­îc cho bëi (4-6) vµ (4-7) trong ®ã A1 lµ biªn ®é cña ®¬n chu kú, Tf lµ thêi gian khung ®­îc gi¶ sö lµ 10 ns, vµ Ns lµ sè l­îng xung UWB trªn mét ký hiÖu. KÕt qu¶ ®Çu tiªn nµy ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 4-3 cho tr­êng hîp mét ng­êi dïng theo ®ã chóng ta cã thÓ dÔ dµng thÊy r»ng tÊt c¶ ba ph­¬ng ph¸p ®Òu cã cïng mét ®­êng c«ng tØ sè lçi bÝt theo SNR. Khi 30 ®èi t­îng sö dông ph¸t ®ång thêi th× sù kh¸c biÖt ®· ®­îc thÓ hiÖn râ. §iÒu nµy ®­îc minh ho¹ trong h×nh 4-4. Mét phÇn ®­êng cong lçi cña nh¶y tÇn cã d¹ng th¼ng mÆc dï khi ®ã th× SNR vÉn t¨ng, ®ã lµ do sè l­îng ®èi t­îng sö dông qu¸ lín so víi sè l­îng khe tÇn sè kh¶ dông. Do vËy, hiÖn t­îng xung ®ét lu«n lu«n x¶y ra, g©y ra nhiÔu ngay c¶ khi SNR cao. H×nh 4-3: So s¸nh BER cña ba hÖ thèng DSSS, FHSS, vµ UWB trong tr­êng hîp mét ng­êi dïng. Mét c¸ch nh×n nhËn më réng cña h×nh 4-4 ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 4-5, trong ®ã thÓ hiÖn râ r»ng, vÒ mÆt lý thuyÕt víi c¸c ®iÒu kiÖn ®· ®­îc gi¶ thiÕt, DSSS cã chÊt l­îng tèt h¬n. Tuy nhiªn, ®é réng b¨ng chip ®­îc gi¶ sö cho DSSS lµ 0.37 ns, ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ c«ng viÖc xö lý tÝn hiÖu sÏ khã h¬n rÊt nhiÒu (vµ do ®ã chi phÝ trë nªn ®¨t ®á h¬n) so víi hÖ thèng UWB. H×nh 4-4: So s¸nh BER trong tr­êng hîp 30 ®èi t­îng sö dông ph¸t ®ång thêi. Sè l­îng ®èi t­îng sö dông H×nh 4-5: So s¸nh BER theo sè l­îng sö dông cho c¸c hÖ thèng UWB vµ DSSS V× vËy, chóng ta cã thÓ tæng kÕt b»ng c¸ch ph¸t biÓu r»ng víi mét hiÖu n¨ng t­¬ng tù nhau ®Òu cã thÓ ®¹t ®­îc bëi c¶ hai hÖ thèng b¨ng réng DSSS vµ UWB, víi giíi h¹n b¨ng tÇn gièng nhau cho tr­íc. Tuy nhiªn, xuÊt ph¸t tõ thùc tÕ, UWB kh¶ dông h¬n do nã cã thÓ triÓn khai dÔ dµng h¬n bëi chi phÝ thÊp h¬n (lý do chi phÝ thÊp nh­ ®· tr×nh bÇy trong phÇn nh÷ng ­u ®iÓm cña UWB). Khi ®é réng b¨ng t¨ng lªn th× g¸nh nÆng xö lý tÝn hiÖu trong c¸c hÖ thèng DSSS vµ FHSS còng t¨ng theo, khiÕn cho UWB cµng trë nªn hÊp dÉn h¬n. 4.3 GhÐp kªnh ph©n chia theo tÇn sè trùc giao GhÐp kªnh ph©n chia theo tÇn sè trùc giao (OFDM), ®«i khi cßn ®­îc gäi lµ ®iÒu chÕ ®a tone rêi r¹c (DMT), lµ mét kü thuËt truyÒn dÉn dùa trªn ý t­ëng cña ghÐp kªnh ph©n chia theo tÇn sè (FDM). HÇu hÕt chóng ta ®Òu ®· quen thuéc víi FDM nh­ trong c¸c øng dông cña ph¸t thanh vµ truyÒn h×nh: th«ng th­êng, mçi tr¹m gèc ®­îc thiÕt kÕ ®Ó ph¸t qu¶ng b¸ t¹i mét tÇn sè ®Æc biÖt hay cßn gäi lµ kªnh. Trong OFDM, mét bé ph¸t ®¬n ph¸t trªn nhiÒu tÇn sè trùc giao nhau (cã thÓ lªn ®Õn hµng ngh×n). Do c¸c tÇn sè qu¸ gÇn nhau nªn mçi mét b¨ng tÇn cho ph¸t tÝn hiÖu OFDM còng chØ lµ b¨ng tÇn tÝn hiÖu hÑp. KÕt hîp víi c¸c kü thuËt ®iÒu chÕ cao cÊp lªn mçi thµnh phÇn cã thÓ t¹o ra kh¶ n¨ng chèng nhiÔu tèt. OFDM gÇn nh­ lu«n lu«n ®­îc sö dông víi m· ho¸ kªnh-mét kü thuËt söa lçi-®Ó t¹o ra FDM trùc giao ®­îc m· ho¸ (COFDM). §ã lµ mét kü thuËt mµ khi triÓn khai sÏ lµ rÊt khã kh¨n, nh­ng ngµy nay nã còng ®ang ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c hÖ thèng viÔn th«ng sè khiÕn cho c«ng viÖc m· ho¸ vµ gi¶i m· tÝn hiÖu trªn trë nªn ®¬n gi¶n h¬n. HÖ thèng nµy còng ®­îc sö dông réng r·i trong ph¸t qu¶ng b¸ còng nh­ lµ c¸c d¹ng c«ng nghÖ m¹ng m¸y tÝnh. Nguyªn do chñ yÕu cho kh¶ n¨ng øng dông cña COFDM trong c¸c hÖ thèng ®· kÓ trªn lµ kh¶ n¨ng chèng ®a ®­êng, th­êng ®­îc biÕt ®Õn nh­ lµ “bãng ma” cña qu¶ng b¸ truyÒn h×nh t­¬ng tù. Víi c¸c ®Æc ®iÓm nµy, m« h×nh hÖ thèng UWB sö dông OFDM sÏ rÊt tèt trong viÖc trèng l¹i hiÖn t­îng ®a ®­êng, nh­ng khi triÓn khai sÏ gÆp nhiÒu khã kh¨n (xem thªm phÇn chuÈn ho¸, OFDM). 4.3.1 Mét sè ®Æc ®iÓm næi bËt cña OFDM Kh«ng cã b¨ng b¶o vÖ gi÷a c¸c sãng mang HiÖu suÊt sö dông phæ tèi ®a Trång lÊn gi÷a c¸c b¨ng ®­îc ®iÒu khiÓn §ång bé ho¸ vÒ thêi gian vµ tÇn sè cã ®é chÝnh x¸c cao 4.3.2 C¸c tr­êng hîp øng dông cña OFDM OFDM ®­îc sö dông trong nhiÒu hÖ thèng truyÒn th«ng nh­: ADSL, Wireless LAN, truyÒn h×nh vµ truyÒn thanh sè, UWB. 4.3.2.1 DSL OFDM ®­îc sö dông trong c¸c kÕt nèi ADSL theo chuÈn G.DMT (ITU G.922.1). Thùc tÕ COFDM kh«ng dÔ dµng g©y nhiÔu víi c¸c tÝn hiÖu kh¸c lµ lý do chÝnh mµ nã ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c øng dông nh­ modem ADSL trong ®ã c¸c d©y ®ång ®­îc sö dông ®Ó ®¹t ®­îc tèc ®é truyÒn dÉn cao h¬n. 4.3.2.2 WLAN OFDM ngµy nay ®ang ®­îc sö dông trong c¸c øng dông cña WLAN, bao gåm WiMAX vµ IEEE 802.11a/g. 4.3.2.3 TruyÒn h×nh vµ truyÒn thanh sè COFDM ngµy nay còng ®­îc sö dông réng r·i t¹i ch©u ©u vµ mét sè n¬i kh¸c trong ®ã chuÈn Eureka 147 DAB ®­îc chÊp nhËn cho ph¸t thanh qu¶ng b¸ sè, vµ còng cho c¶ TV sè trªn mÆt ®Êt trong chuÈn DVB-T. Mét trong nh÷ng lîi Ých chÝnh ®­îc cung cÊp bëi COFDM lµ kh¶ n¨ng chèng ®a ®­êng, vµ suy hao tÝn hiÖu trong ®iÒu kiÖn khÝ quyÓn, hoÆc chuyÓn ®éng cña vËt thÓ bay. 4.3.2.4 UWB Trong hÖ thèng UWB ®a b¨ng (MB) ®­îc ñng hé bëi WiMedia Alliance sö dông ghÐp kªnh OFDM vµ nã lµ mét trong nh÷ng giao diÖn v« tuyÕn cho UWB cã søc c¹nh tranh. §èi thñ trùc tiÕp cña UWB theo MB-OFDM chÝnh lµ DSSS (xem thªm phÇn chuÈn hãa). S¬ ®å chi tiÕt cña bé thu ph¸t OFDM ®­îc thÓ hiÖn trong phÇn phô lôc C. Ch­¬ng 5 Ph©n tÝch nhiÔu V× tÝn hiÖu UWB cã mét b¨ng tÇn rÊt réng nªn nã ho¹t ®éng nh­ lµ mét hÖ thèng phñ (overlay system) lªn c¸c hÖ thèng truyÒn th«ng v« tuyÕn kh¸c. H×nh 5-1 thÓ hiÖn mét sè hÖ thèng v« tuyÕn mµ UWB nhÊt thiÕt ph¶i cïng tån t¹i vµ do ®ã ph¶i chÊp nhËn nh÷ng trë ng¹i nhÊt ®Þnh. Nh÷ng vÊn ®Ò nµy cã thÓ ®­îc chia lµm hai m¶ng. Thø nhÊt, UWB ph¶i cã c¬ chÕ gi¶m nhiÔu hoÆc ph¶i cã kh¶ n¨ng ho¹t ®éng ®­îc d­íi sù cã mÆt cña nhiÔu. Thø hai, UWB kh«ng ®­îc t¹o ra nhiÔu lín ®èi víi c¸c ng­êi sö dông dÞch vô kh¸c. §Þnh nghÜa vÒ nhiÔu lín cßn ch­a râ rµng, nh­ng th«ng th­êng gi¸ trÞ nhiÔu nµy th­êng ph¶i nhá h¬n mét ng­ìng tèi ta cho phÐp hoÆc nhá h¬n nhiÔu tõ c¸c bé ph¸t n¨ng l­îng ®iÖn tõ v« h­íng. Chóng ta cã thÓ dÔ dµng thÊy r»ng mét trong nh÷ng lý do tr¸nh sö dông c¸c b¨ng tÇn thÊp lµ cã rÊt nhiÒu c¸c dÞch vô v« tuyÕn sö dông t¹i c¸c b¨ng nµy mµ UWB ph¶i ®èi mÆt. Nguån nhiÔu chÝnh cho c¸c hÖ thèng v« tuyÕn ngoµi trêi ho¹t ®éng trong kho¶ng 3 GHz vµ 10 GHz lµ c¸c m¹ng néi bé v« tuyÕn 5-GHz dùa trªn OFDM. 5.1 NhiÔu liªn quan ®Õn m¹ng WLAN Trong thêi kú ®Çu, quan t©m lín nhÊt vÒ UWB lµ liÖu nã cã g©y nhiÔu lªn c¸c hÖ thèng RF ®ang tån t¹i ®Ó cung cÊp c¸c dÞch vô thiÕt yÕu cho qu©n ®éi, hµng kh«ng, cøu ho¶, c¶nh s¸t, vµ gi¶i cøu hay kh«ng. V× lý do nµy, FCC dµnh kho¶ng 2 n¨m ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c ®Æc t¶ ®Ò xuÊt cho UWB vµ cuèi cïng ®· ®i ®Õn mét kÕt luËn r»ng, kh«ng cã nhiÔu ®¸ng kÓ tõ c¸c hÖ thèng UWB. KÕt luËn nµy ®­îc thùc hiÖn bëi mét nguyªn do chÝnh lµ giíi h¹n c«ng suÊt ph¸t cùc thÊp ®­îc ¸p dông cho hÖ thèng UWB. Tr¸i l¹i, c¸c thiÕt bÞ UWB cã c«ng suÊt thÊp l¹i ®ang ph¶i ®èi mÆt víi vÊn ®Ò nhiÔu tõ c¸c hÖ thèng v« tuyÕn kh¸c. Trong sè c¸c hÖ thèng ®ã, hÖ thèng WLAN 802.11a lµ mèi quan t©m chÝnh. Bëi v× nã cã mét c«ng suÊt ph¸t cao vµ b¨ng tÇn ho¹t ®éng cña nã (5.150-5.825 GHz) n»m trong b¨ng tÇn ho¹t ®éng ®­îc FCC chÊp thuËn cho c¸c hÖ thèng UWB. Do ®ã, mét kÕt qu¶ m« pháng ®­îc tr×nh bÇy trong phÇn nµy ®Ó nghiªn cøu vÊn ®Ò nhhiÔu tõ 802.11a ®Õn hÖ thèng UWB. 5.1.1 Nh×n l¹i tÝn hiÖu WLAN 802.11a ChuÈn 8023.11a chØ râ mét líp vËt lý OFDM, th«ng tin ®­îc t¸ch ra thµnh nhiÒu phÇn ®­îc ®iÒu chÕ bëi nhiÒu sãng mang. Theo chuÈn nµy, mét tÝn hiÖu 802.11a 20 MHz ®­îc x©y dùng bëi 64QAM cho viÖc m« pháng nhiÔu tõ hÖ thèng WLAN ®Õn UWB (h×nh 5-1). TØ sè gi÷a hiÖu ®iÖn thÕ ®Ønh vµ hiÖu ®iÖn thÕ RMS ®­îc quan s¸t lµ 3.2227, ®ã lµ ®iÒu quan träng ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu WLAN 5GHz víi mét møc c«ng suÊt râ rµng. H×nh 5-1: Mét tÝn hiÖu WLAN 802.11a vµ phæ cña nã (5.3 GHz, 64QAM) 5.1.2 Ph©n tÝch hiÖu n¨ng hÖ thèng UWB víi sù cã mÆt cña nhiÔu 802.11a Trong h×nh 5-2, kÕt qu¶ m« pháng hiÖu n¨ng cña bé thu UWB víi sù cã mÆt cña nhiÔu 802.11a ®­îc thÓ hiÖn. So víi m« pháng trong tr­êng hîp t¹p ©m bÞ giíi h¹n b¨ng tÇn (xem h×nh 4-5), ®èi víi hÖ thèng UWB, kh¶ n¨ng chèng l¹i nhiÔu tõ WLAN cña nã thùc tÕ cßn tèt h¬n kh¶ n¨ng chèng l¹i t¹p ©m nhiÖt. §iÒu nµy lµ do tÝn hiÖu WLAN lµ mét tÝn hiÖu nhiÔu b¨ng hÑp ®èi víi hÖ thèng UWB, vµ nã chØ bãp mÐo mét l­îng nhá tÇn sè cña tÝn hiÖu UWB. Nh­ng do th«ng th­êng th× tÝn hiÖu nhiÔu WLAN m¹nh h¬n nhiÒu so víi tÝn hiÖu t¹p ©m nhiÖt vÒ khÝa c¹nh n¨ng l­îng, vÊn ®Ò nhiÔu nµy nghiªm träng h¬n ¶nh h­ëng cña t¹p ©m nhiÖt lªn hÖ thèng UWB. 5.1.3 Gi¶i ph¸p cho vÊn ®Ò nhiÔu Nh­ ®· ®­îc thÓ hiÖn trong kÕt qu¶ m« pháng vµ ®­îc tr×nh bÇy ë trªn, tÝn hiÖu nhiÔu WLAN thùc sù lµ mét ®iÒu nguy hiÓm ®èi víi hÖ thèng UWB, vµ cÇn ph¶i cã gi¶i ph¸p ®Ó cho phÐp hÖ thèng UWB ho¹t ®éng cïng víi nguån nhiÔu WLAN 5 GHz. Mét gi¶i ph¸p kh¶ thi lµ sö dông bé läc ch¾n d¶i víi b¨ng ch¾n tõ 5.1-5.9 GHz lªn tÝn hiÖu UWB thu ®­îc. V× vËy, nÕu cã tÝn hiÖu nhiÔu WLAN 5 GHz trong tÝn hiÖu thu UWB th× nã cã thÓ khö bëi bé läc ch¾n d¶i. Nh­ng cã hai vÊn ®Ò chÝnh tån t¹i trong gi¶i ph¸p nµy: thø nhÊt lµ triÓn khai mét bé läc ch¾n d¶i tèt khã cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu tÇn sè cao; thø hai lµ bé läc ch¾n d¶i còng cã thÓ g©y mÐo tÝn hiÖu UWB vµ lµm gi¶m hiÖu n¨ng toµn hÖ thèng. Tuy vËy, trong tr­êng hîp cã mÆt cña nhiÔu WLAN 802.11a 5GHz th× bé läc nµy còng cã thÓ c¶i thiÖn ®¸ng kÓ hiÖu n¨ng cña hÖ thèng. Gi¶i ph¸p ®a b¨ng lµ mét ph­¬ng ph¸p kh¸c ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nhiÔu nµy. Theo ®Ô xuÊt nµy, phæ tÇn UWB kh«ng ®¨ng ký 7.5 GHz ®­îc chia ra thµnh c¸c b¨ng tÇn kh«ng trång lÊn , vµ mçi b¨ng cã ®é réng kho¶ng 500 ®Õn 700 MHz. D÷ liÖu cã thÓ ®­îc ph¸t th«ng qua tÊt c¶ c¸c b¨ng con hoÆc chØ mét sè trong ®ã. Trong tr­êng hîp cïng tån t¹i víi IEEE 802.11a th× mét hoÆc hai b¨ng UWB con t­¬ng øng (b¨ng bÞ nhiÔu) cã thÓ ®­îc lo¹i bá khái qu¸ tr×nh truyÒn dÉn ®Ó ®¶m b¶o kh«ng cã nhiÔu cña hÖ thèng 802.11a trong tÝn hiÖu UWB. 5.1.4 ¶nh h­ëng cña UWB lªn WLAN Theo [2], víi hÖ thèng WLAN cã tÇn sè trung t©m t¹i 5.2 GHz vµ hÖ thèng UWB cã tÇn sè trung t©m t¹i 4.2 GHz (xem h×nh 5-1) th× ¶nh h­ëng lªn hiÖu n¨ng nhiÔu lµ nhá nhÊt khi c«ng suÊt tÝn hiÖu cña WLAN 802.11a nhá h¬n c«ng suÊt tÝn hiÖu UWB 10 dB. H×nh 5-2: M« pháng quan hÖ SNR vµ BER víi nhiÔu tõ WLAN (t¹p ©m tù do) Ngoµi ra, sö dông hÖ thèng UWB ®a b¨ng cßn cã thÓ gióp h¹n chÕ ¶nh h­ëng cña UWB lªn WLAN. C¸c sãng mang cã tÇn sè trång lÊn lªn phæ 802.11a. Mét thÝ nghiÖm ®­îc thùc hiÖn nh»m x¸c ®Þnh hiÖu n¨ng cña m¹ng WLAN 802.11b d­íi ¶nh h­ëng cña c¸c tÝn hiÖu UWB c«ng suÊt lín, vµ kÕt qu¶ chi tiÕt kh«ng ®­îc nªu ra ë ®©y. Qua thÝ nghiÖm ta cã thÓ kÕt luËn, hÖ thèng 802.11b cã thÓ chÞu ¶nh h­ëng cña nhiÔu UWB t¹o ra bëi truyÒn dÉn víi c«ng suÊt lín vµ kho¶ng c¸ch ng¾n gi÷a bé ph¸t UWB vµ bé thu WLAN. ThiÕt lËp thÝ nghiÖm ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 5.2. H×nh 5-1: C¸c hÖ thèng v« tuyÕn kh¸c ho¹t ®éng ë cïng b¨ng tÇn víi UWB sÏ võa g©y nhiÔu cho vµ thu nhiÔu tõ nhau. Trong thÝ nghiÖm nµy, c¸c xung víi ®é réng 500 ps ®­îc t¹o ra tõ mét vµi bé ph¸t UWB. TÇn sè thu xung trong nh÷ng m« h×nh nµy ®­îc cè ®inh t¹i 87 MHz. TÇn sè trung t©m cña qu¸ trinh truyÒn dÉn lµ kho¶ng 1.8 GHz. §iÖn ¸p cña c¸c xung ®o ®­îc t¹i ®Çu ra cña b¶ng m¹ch xÊp xØ 300mV. C¸c anten ®¼ng h­íng ®­îc sö dông vµ cã EIRP lµ -2dBm ®Õn 3 dBm phô thuéc vµo tÇn sè lÆp thu xung. C¸c thiÕt lËp ban ®Çu nµy kh«ng t­¬ng thÝch víi quy ®Þnh cña FCC, v­ît qu¸ mÆt n¹ phæ cho truyÒn dÉn trong nhµ tíi 30 dB trong b¨ng 2.4 GHz. H×nh 5-2: ThiÕt lËp thÝ nghiÖm t×m nhiÔu tíi card WLAN tõ c¸c bé ph¸t UWB víi c«ng suÊt cao (theo IEEE 2003) C¸c ®o ®¹c vÒ th«ng l­îng ®· thÓ hiÖn mét ®iÒu kh«ng míi l¹: víi c¸c kho¶ng c¸ch nhá h¬n 30 cm, th«ng l­îng cña WLAN rít ®ét ngét khi 15 hoÆc nhiÒu h¬n bé ph¸t UWB víi c«ng suÊt lín ®­îc sö dông vµ nÕu kho¶ng c¸ch lín h¬n 40 cm th× sù ¶nh h­ëng cã thÓ bá qua. 5.2 Bluetooth Bµi viÕt “¶nh h­ëng cña tÝn hiÖu UWB lªn hiÖu n¨ng 802.11a vµ bluetooth” cña t¸c gi¶ M. H¨am¨al¨ainen, J. Saloranta, J. P. Makela, I. Opperman, and T. Pantana trong IEEE vµo th¸ng 11 n¨m 2003 ®· kÕt luËn r»ng kÕt nèi Bluetooth chÞu ¶nh h­ëng Ýt h¬n so víi kªnh 802.11b t­¬ng øng. Lý do lµ tÇn sè thu xung ®­îc sö dông cho c¸c bé ph¸t UWB ®· ®­îc cè ®Þnh, nã t¹o ra phæ ®­êng riªng biÖt. V× c¸c thiÕt bÞ Bluetooth cã kh¶ n¨ng theo dâi c¸c tr¹ng th¸i kªnh c¸ thÓ nªn c¸c kªnh “xÊu” cã thÓ ®­îc tr¸nh. ChØ cã mét sù sôt gi¶m th«ng l­îng tõ 530 kbps xuèng cßn xÊp xØ 490 kbps ®­îc ghi nhËn cho c¸c bé thu ph¸t ®Æt c¸ch nhau 10m, vµ kh«ng cã sù suy gi¶m th«ng l­îng nµo ®èi víi c¸c thiÕt bÞ Bluetooth c¸ch nhau 3 m. Nh÷ng kÕt qu¶ ®o nµy ®­îc thùc hiÖn trong khi c¸c thiÕt bÞ UWB ®­îc ®Æt c¸ch xa bé thu Bluetooth 15 cm. 5.3 GPS C¸c bé ph¸t UWB cã thÓ g©y ¶nh h­ëng ®Õn c¸c bé thu GPS ®¸ng kÓ vµ ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p vÒ truyÒn dÉn t¹i tÇn c¸c sè GPS. Do ®ã, FCC ®· g¸n mét giíi h¹n chÆt lªn møc ph¸t trong b¨ng tÇn GPS. N¨m 1999, U.S.DOT (bé giao th«ng vËn t¶i Hoa Kú) kÕt hîp víi ®¹i häc Standford nghiªn cøu kh¶ n¨ng t­¬ng thÝch cña UWB víi GPS vµ thùc thi mét sè kiÓm tra nh»m x¸c ®Þnh vÊn ®Ò nhiÔu. GPS ®ãng mét vai trß quan träng trong nhiÒu hÖ thèng th­¬ng m¹i, qu©n sù, vµ c«ng céng. VÝ dô, m¸y bay dùa trªn th«ng tin tõ GPS, hay c¸c ph­¬ng tiÖn ®i l¹i ®­îc trang bÞ hÖ thèng t×m ®­êng. §iÖn tho¹i di ®éng ®­îc trang bÞ c¸c bé thu GPS ®· ®­îc th­¬ng m¹i ho¸. §ã lµ ®iÒu ®· ®­îc dù ®o¸n tr­íc, c¸c hÖ thèng dùa trªn GPS vµ vÖ tinh sÏ t¨ng m¹nh trong t­¬ng lai. NhiÒu c¸c kiÓm tra ®­îc thùc hiÖn bëi ®¹i häc Standford ®· ®¸nh gi¸ ®­îc ¶nh h­ëng lªn ®é chÝnh x¸c vµ mÊt kho¸ cña bé thu GPS cho hµng kh«ng cao cÊp. Cã Ýt thÝ nghiÖm h¬n ®Ó x¸c ®Þnh ¶nh h­ëng cña UWB lªn hiÖu n¨ng mÊt kho¸ (loss-of-lock) ®èi víi hai bé thu kh¸c nhau: Mét bé thu cho hµng kh«ng vµ mét bé thu gi¸ thÊp cho th­¬ng m¹i. C¸c thÝ nghiÖm còng ®­îc thùc hiÖn ®Ó x¸c ®Þnh ¶nh h­ëng cña UWB lªn kh¶ n¨ng b¾t tÝn hiÖu cña bé thu GPS cao cÊp vµ bé thu GPS môc ®Ých tæng quan (general-purpose). Bé thu thø ba nµy ®· sö dông cïng mét phÇn cøng nh­ bé thu cho hµng kh«ng, nh­ng phÇn mÒm th× ®­îc thay ®æi ®Ó cho bé thu kh«ng tËn dông chiÕn thuËt b¾t sö dông cho m¸y bay. Chóng ta thÊy r»ng c¸c ®­êng phæ cã mÆt trong bÊt kú tÝn hiÖu UWB nµo lµm suy gi¶m tÝn hiÖu GPS ®¸ng kÓ. Suy hao 17 dB ®­îc ®o thÊy mµ kh«ng cÇn bÊt kú mét nç lùc nµo ®Ó ®Æt tÝn hiÖu UWB vµo c¸c ®­êng phæ nh¹y h¬n cña GPS. Cuèi cïng, c¸c tÝn hiÖu UWB víi PRF (tÇn sè thu xung) cao xuÊt hiÖn nh­ lµ nhiÔu b¨ng réng. Nh­ng nÕu nh­ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ cho UWB mµ kh«ng ®­îc lùa chän mét c¸ch kü cµng th× ¶nh h­ëng cña UWB sÏ m¹nh h¬n t¹p ©m tr¾ng. 5.4 C¸c hÖ thèng tæ ong So víi GPS vµ c¸c hÖ thèng truyÒn th«ng ngoµi trêi kh¸c th× ¶nh h­ëng cña hÖ thèng UWB v« tuyÕn lªn c¸c dÞch vô ®iÖn tho¹i di ®éng tæ ong kh«ng ®­îc ®Ò cËp kü trong khi nghiªn cøu. §iÒu nµy còng kh«ng cã g× lµ, xem l¹i h×nh 5-1, hÇu hÕt c¸c hÖ thèng ®iÖn tho¹i di ®éng th­êng r¬i vµo b¨ng 1GHz vµ do ®ã, kh«ng n»m trong b¨ng tÇn mµ UWB sö dông. B¨ng tæ ong 1.5 GHz ®­îc b¶o vÖ rÊt tèt bëi c¸c quy ®Þnh cña FCC. Tuy vËy, c¸c dÞch vô trong b¨ng 2 GHz sÏ bÞ ¶nh h­ëng ë mét cÊp ®é nµo ®ã. Nh­ng ®ã còng chØ lµ t¹i c¹nh cña b¨ng tÇn chÝnh UWB vµ kh«ng phæ biÕn nh­ c¸c dÞch vô triÓn khai trªn hÖ thèng tæ ong t¹i thêi ®iÓm hiÖn t¹i. Mét sè thÝ nghiÖm ®· ®­îc thùc hiÖn. ¶nh h­ëng cña hÖ thèng truyÒn th«ng UWB lªn b¨ng PCS 1.9 GHz ®· ®­îc kiÓm tra. KÕt qu¶ kiÓm tra cho thÊy kh«ng cã ¶nh h­ëng g× ®¸ng kÓ mµ UWB ®· g©y ra cho hÖ thèng tæ ong. Trong c¸c thÝ nghiÖm kiÓm tra, ®iÖn tho¹i di ®éng ®­îc ®Æt c¸ch anten ph¸t UWB 1.5 m, ®ã còng lµ mét kho¶ng c¸ch kh«ng ph¶i lín. Ch­¬ng 6 KÕt luËn C«ng nghÖ truyÒn th«ng UWB lµ mét c«ng nghÖ míi vµ hiÖn t¹i nhiÒu ph¹m vi øng dông cña nã vÉn ®ang cßn ®­îc nghiªn cøu trªn c¶ lý thuyÕt còng nh­ kiÓm nghiÖm trong thùc tÕ. Néi dung ®å ¸n ®· nªu vµ ph©n tÝch ®­îc nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n nhÊt liªn quan ®Õn c«ng nghÖ nµy. Ch­¬ng 1: Lµm râ ®­îc c¸c vÊn ®Ò nh­ chuÈn ho¸, c¸c øng dông, c¸c th¸ch thøc mµ c«ng nghÖ UWB ph¶i ®èi mÆt, c¸c ­u ®iÓm chÝnh cña hÖ thèng. Ch­¬ng 2: Lµm râ ®­îc nhiÒu vÊn ®Ò liªn quan ®Õn xö lý tÝn hiÖu trong UWB nh­ c¸c d¹ng xung sö dông trong UWB vµ sù lùa chän d¹ng thÝch hîp nhÊt trªn c¶ ph­¬ng diÖn lý thuyÕt vµ thùc tÕ, c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ vµ sù ®¸nh gi¸ so s¸nh cÇn thiÕt ®Ó cã thÓ lùa chän mét ph­¬ng ph¸p kh¶ dông nhÊt, ph©n tÝch ®­îc c¸c ¶nh h­ëng ®Õn truyÒn dÉn tÝn hiÖu UWB, c¸c kü thuËt ®a truy nhËp ®­îc sö dông vµ kh¶ n¨ng øng dông cña nã trong UWB, ph©n tÝch ®­îc vÊn ®Ò c«ng suÊt sö dông trong hÖ thèng nµy. Ch­¬ng 3: Nªu ®­îc kiÕn tróc tæng quan cña hÖ thèng UWB, cã sù ph©n tÝch nh­ng ch­a ®i s©u. Ch­¬ng nµy tËp chung chÝnh vµo c¸c vÊn ®Ò cã liªn quan dÕn bé thu tÝn hiÖu UWB (phÇn quan träng nhÊt trong hÖ thèng) ph©n tÝch ®­îc lo¹i bé thu th­êng ®­îc dïng trong hÖ thèng UWB (bé thu sö dông m¸y thu Rake), trong ®ã cã kÌm theo nh÷ng ®¸nh gi¸ vÒ mèt sè tham sè cña bé thu nh­ sè l­îng Rake finger. Trong ch­¬ng còng ®Ò cËp ®Õn vÊn ®Ò hÖ sè PG trong UWB, mét tham sè quan träng quyÕt ®Þnh kh¶ n¨ng lµm viÖc cña hÖ thèng trong ®iÒu kiÖn møc c«ng suÊt ph¸t thÊp do bÞ rµng buéc ®Ó gi¶m ¶nh h­ëng ®Õn c¸c hÖ thèng v« tuyÕn ®ang tån t¹i kh¸c. Ch­¬ng 4: So s¸nh UWB víi c¸c c«ng nghÖ b¨ng réng kh¸c nh­ CDMA, OFDM. Cã nh÷ng ®¸nh gi¸ vÒ tØ sè lçi bÝt cña UWB so víi c¸c hÖ thèng tr¶i phæ trùc tiÕp hiÖn t¹i. Nªu ®­îc c¸c ®Æc ®iÓm næi bËt cña OFDM, do ®ã ®Ó cã thÓ thÊy ®­îc kh¶ n¨ng øng dông cña OFDM trong UWB (sù kÕt hîp c«ng nghÖ). Ch­¬ng 5: Ph©n tÝch ®­îc nhiÔu tõ hÖ thèng UWB ®Õn c¸c hÖ thèng kh¸c, ®Æc biÖt lµ WLAN vµ còng cã xem xÐt ¶nh h­ëng tõ nh÷ng hÖ thèng kh¸c ®Õn viÖc truyÒn dÉn tÝn hiÖu UWB, chØ ra ®­îc mét sè gi¶i ph¸p cho vÊn ®Ò nhiÔu nµy. Trªn ®©y lµ nh÷ng vÊn ®Ò chÝnh mµ ®å ¸n ®· nghiªn cøu ®­îc vÒ c«ng nghÖ truyÒn th«ng UWB. §Ò tµi ch­a ®Ò cËp ®Õn c¸c vÊn ®Ò nh­: M« h×nh kªnh, dung l­îng hÖ thèng, anten sö dông trong UWB, ®ång bé ho¸… §ã lµ nh÷ng vÊn ®Ò mµ nÕu ®Ò mµ nÕu ph©n tÝch ®­îc kü sÏ lµ nh÷ng ®iÓm hÊp dÉn. §Ò tµi còng ch­a ph©n tÝch s©u ®­îc vÒ c¸c lo¹i bé thu tèi ­u cña thèng UWB, xu h­íng ph¸t triÓn chÝnh cña ®Ò tµi. Ch­¬ng 7 phô lôc 7.1 Phô lôc A V× chóng ta cã: (A-1) Chóng ta cã phæ n¨ng l­îng cña xung Gaussian ®¬n chu kú: (A-2) TÇn sè trung t©m fc ph¶i tho¶ m·n c«ng thøc: (A-3) Do ®ã, chóng ta chøng tá r»ng fc tØ lÖ víi nghÞch ®¶o cña t. B­íc tiÕp theo lµ x¸c ®Þnh ®é réng b¨ng 3dB cña phæ n¨ng l­îng xung ®¬n. TÇn sè 3dB f3dB ph¶i tho¶ m·n: (A-4) (A-5) Chóng ta gi¶ thiÕt f3dB=mfc vµ =1, nªn: (A-6) Dùa trªn h×nh 7-1, chóng ta cã ®­îc gi¸ trÞ cña m lµ 0.48 hoÆc 1.64, v× vËy ®é réng b¨ng -3dB cã thÓ ®­îc tÝnh nh­ sau: (A-7) H×nh 7-1: Minh ho¹ cho ph­¬ng tr×nh A-5 7.2 Phô lôc B C«ng suÊt tÝn hiÖu UWB ®­îc ph¸t tèi ®a theo ®Æc t¶ FCC lµ: PTx=-41.25dBm/MHz.7.5GHz=0.56 milliwatts=-32.5181dBW (B-1) Chóng ta gi¶ thiÕt kho¶ng c¸ch gi÷a anten thu vµ anten ph¸t lµ 10 mÐt, theo m« h×nh -1.9 LOS ®­îc ®Ò xuÊt bëi Phillips Research Redhill: PRx e-1.9d PTx (B-2) Chóng ta cã c«ng suÊt tÝn hiÖu UWB thu ®­îc: PRx_dB=10log(e-1.9)-32.5=-82.5160-32.5181=-115.0341 dBW (B-3) Dùa trªn gi¶ thiÕt t¹p ©m cña m¹ch ®iÖn lµ tõ t¹p c¸c ©m nhiÖt, c«ng suÊt t¹p ©m ®­îc ­íc tÝnh nh­ sau: PNoise_dB=10log(PNoise)+FLNA_dB =10log(k.T.B)+FLNA_dB =10log(k.298.11.4.109)+5 =-98.2900 dBW Trong ®ã k lµ h»ng sè Boltzmann, k=1.38x10-23J/K; T lµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña m¹ch ®iÖn, vÝ dô nh­ 298 K; B lµ ®é réng b¨ng cña xung UWB thu ®­îc; FLNA_dB lµ t¹p ©m cña LNA, vµ 5 dB ®­îc sö dông nh­ lµ mét gi¸ trÞ xÊp xØ. V× vËy, SNR cã thÓ ®­îc tÝnh to¸n dùa trªn c«ng suÊt tÝn hiÖu UWB thu ®­îc vµ c«ng suÊt t¹p ©m nhiÖt: SNR=PRx_dB-PNoise_dB=-115.0341-(-98.2900)=-16.7441 dB (B-5) 7.3 Phôc lôc C S¬ ®å khèi bé ph¸t tÝn hiÖu OFDM: S¬ ®å bé thu tÝn hiÖu OFDM: Tµi liÖu tham kh¶o 1. R. J. Fontana and S. Gunderson. Ultra-wideband precision asset location system. In UWBST 2002 IEEE Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies, May 2002. 2.John.Wiley.and.Sons.Ultra.Wideband.Signals.and.Systems.in.Communication.Engineering. 3. G. F. Ross. Transmission and reception system for generating and receiving base-band duration pulse signals without distortion for short base-band pulse communicaton system. U.S. Patent 3,728,632, April 1973. 4. Time Domain. 5. XtremeSpectrum. 6. T. W. Barrett. History of ultra wideband (UWB) radar & communications: Pioneers and innovators. In Proceedings of Progress in Electromagnetics Symposium 2000 (PIERS2000), July 2000. 7. C. L. Bennett and G. F. Ross. Time-domain electromagnetics and its applications. Proceedings of the IEEE, 66:299–318, March 1978. 8. J. Williams. The IEEE 802.11b security problem, part 1. IT Professional, pages 91–96, November 2001. 9. F. Ramirez-Mireles and R. A. Scholtz. Wireless multiple-access using SS timehopping and block waveform pulse position modulation, part 2: Multipleaccess performance. In Proceedings ISITA Symposium, October 1998. 10. M. Z. Win and R. A. Scholtz. Ultra-wide bandwidth time-hopping spread spectrum impulse radio for wireless multiple-access communication. IEEE Transactions on Communications, 48(4):679–691, April 2000. 11. D. G. Leeper. Wireless data blaster. Scienti.c American, May 2002.