Thuật ngữ viết tắt
Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt
3G Third Generation Thế hệ thứ ba
ADC Analog- to- Disgital Converter Bộ chuyển đổi tương tự
sang số
AGC Automatic Gain Control Điều khiển độ lợi tự
động
AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gaussian trắng
cộng
BER Bit Error Rate Tỉ số lỗi bít
BPM Bi-Phase Modulation Điều chế pha cơ hai
CATV Cable Television or Community
Antenna Television
Truyền hình cáp hay
truyền hình anten cộng
đồng
CE Consummer Equipment Thiết bị người dùng
CMOS Complementary Metal-oxide-
Semiconductor
Bán dẫn ôxít kim loại
bổ xung
DS-
CDMA
Direct Sequence-CDMA Đa truy nhập phân chia
theo mã - chuỗi trực
tiếp
DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số
DVD Digital Video Disc, Digital Versatile
Disc
DVD
EDGE Enhanced Data Rates for GSM

MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập
MB-
OFDM
Multiband-OFDM Ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao -
đa băng
MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm các chuyên gia
về ảnh động
OFDM Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao
OOK On-Off Keying Khoá On-Off
PAM Pulse Amplitude Modulation Điều chế biên độ xung
PAN Personal Area Network Mạng khu vực cá nhân
PDA Personal Digital Assistants Trợ giúp số cá nhân
PN Pseudo Noise Giả tạp âm
PPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung
PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
SNR Signal- to - Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp
âm
SS Spread Spectrum Trải phổ
STB Set-Top Box Hộp kết nối từ nguồn
nội dung đến Tivi
SVGA Super Video Graphics Array Mảng đồ hoạ Video cấp
cao
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia
theo thời gian
TH Time Hopping Nhảy thời gian

cầu truyền thông dữ liệu với tốc độ bít lớn hơn qua mạng vô tuyến đã xuất hiện,
nó xuất phát từ việc sử dụng thiết bị điện tử trong nhà và ngoại vi máy tính sao
cho tiện lợi nhất. Các công nghệ vô tuyến như Bluetooth, hồng ngoại,…, chưa
đáp ứng được yêu cầu về tốc độ truyền dữ liệu của các ứng dụng video với tốc
độ lớn. Công nghệ truyền thông UWB ra đời nhằm thoả mãn các yêu cầu về
truyền dẫn dữ liệu với tốc độ lớn, do đó nó có thể tạo ra một bước đột biến trong
lĩnh vực truyền thông với khoảng cách nhỏ bởi một loạt các ứng dụng thú vị đã
được đề xuất. Ngoài ra, một lý do quan trọng làm xuất hiện công nghệ UWB là
yêu cầu hoạt động với độ chính xác cao của các radar trong quân sự. Các xung
UWB có những tính năng đặc biệt tốt cho những ứng dụng radar này. Xuất phát
từ tính hấp dẫn này mà em quyết định chọn công nghệ UWB làm đối tượng
nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp đại học của mình. Nhưng do sự hạn chế về
thời gian, nên trọng tâm của đề tài là nghiên cứu khía cạnh ứng dụng công nghệ
UWB trong lĩnh vực truyền thông, do vậy đồ án tốt nghiệp mà em chọn là:
“công nghệ truyền thông ultra wideband”
Nội dung của đề tài tập chung vào các vấn đề cơ bản được phân ra thành từng
chương với những nội dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB.
Chương 2: Phân tích tín hiệu UWB
Chương 3: Bộ thu phát tín hiệu UWB. Trong đó tập chung chính vào vấn đề bộ
thu tín hiệu UWB.
1
Chương 4: So sánh UWB với các công nghệ truyền thông vô tuyến băng rộng
khác.
Chương 5: Phân tích nhiễu.
Chương 6: Kết luận.
Chương 7: Phụ lục.
Đồ án đã làm rõ được các vấn đề cơ bản liên quan đến công nghệ truyền thông
này.
Do còn nhiều hạn chế về mặt nhận thức, và nội dung của đồ án cũng cần sự hiểu

1-3). Ví dụ: các sản phẩm Wi-Fi (802.11b) đã sẵn sàng trên thị trường cung cấp
cho người dùng tốc độ dữ liệu lên đến 11 Mbps về lý thuyết và độ phủ sóng lên
đến 100 mét. Trong tương lai WLAN có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên dến 54
Mbps theo lý thuyết (802.11a/g), và giao thức MAC mới được thiết kế có làm
cho hệ thống hỗ trợ mạng ad-hoc, dịch vụ được đồng bộ hoá, và thích ứng liên
kết động với điều khiển QoS. Do vậy, toàn bộ hệ thống WLAN có thể trở thành
một nền tảng tốt cho truyền dẫn video.
1.1.2 Hỗ trợ tốc độ truyền dẫn cao hơn-UWB
Trong các hệ thống sau này, tốc độ dữ liệu ngày càng được đẩy (xem hình
1-4) lên và các ứng dụng trong truyền thông vô tuyến ngày càng quan trọng.
Tuy nhiên, khoảng cách giữa nhu cầu về tốc dộ truyền dẫn và tốc độ dữ liệu có
thể đáp ứng vẫn tồn tại. Trong bảng 1-1, cho ta thấy chúng ta cần các tuyến hơn
100 Mbps mới có thể đáp ứng truyền dẫn luồng dữ liệu MPEG-2, đó là yêu cầu
4
mới cho mạng gia đình hay mạng khu vực cá nhân (PAN). Trong khi đó, các hệ
thống đang tồn tại như 3G hay WLAN không thể đáp ứng được yêu cầu này. Do
đó, một công nghệ mới đã xuất hiện – UWB.
802.11 Thông lượng dữ liệu theo khoảng cách
Hình 1-3: Thông lượng dữ liệu WLAN theo khoảng cách
Hình 1-4: So sánh tốc độ bit giữa các hệ thống truyền thông vô tuyến
1.2 Lịch sử của UWB
Lý thuyết truyền thông hiện đại xuất phát từ những nỗ lực của những nhà
nghiên cứu truyền thông, họ muốn hiểu công việc mình đang làm trong một điều
kiện khái quát nhất. Giới hạn của hệ thống truyền thông vô tuyến số phụ thuộc
5
chủ yếu vào bốn quy luật cơ bản và các lý thuyết nền tảng, lần lượt tương ứng
với: Maxwell và Hertz, Shannon, Moore, và Metcalfe. Quy luật đầu tiên là quy
luật tự nhiên, trong khi hai quy luật cuối cùng là quy luật hoạt động. Thứ tự của
chuỗi những quy luật theo đúng thời điểm khám phá và tầm quan trọng của
chúng. Khi mà lĩnh vực truyền thông vô tuyến đã trưởng thành, những mối quan

tuyến, nhưng UWB cũng đã trải qua hơn 40 năm phát triển công nghệ. Nền tảng
lớp vật lý cho truyền dẫn xung UWB đã được thiết lập bởi Sommerfeld một thế
kỷ trước (1901) khi ông muốn ngăn chặn sự tán xạ của xung trong miền thời
6
gian bằng cách dùng một cái nêm dẫn hoàn hảo. Trong thực tế, có người đã cho
rằng UWB xuất phát từ thiết kế truyền dẫn khoảng đánh lửa của Marconi và
Hertz vào cuối những năm 1890. Nói một cách đơn giản hơn, hệ thống truyền
thông vô tuyến đầu tiên đã dựa trên UWB. Do những hạn chế về công nghệ, nên
truyền thông băng hẹp được quan tâm nhiều hơn UWB. Khá giống với trải phổ
hay đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA), UWB theo con đường tương tự
như vậy với việc thiết kế ban đầu dành cho radar và truyền thông trong quân đội.
Sau khi phát triển mạnh từ 1994, thời điểm mà các hoạt động nghiên cứu
không còn là điều bí mật, UWB có được đà phát triển mạnh vào năm 1998.
Những mối quan tâm đến UWB chỉ được “châm ngòi” từ khi FCC phát hành
một báo cáo và quy định vào tháng 2 năm 2002 về việc cho phép triển khai
mang tính thương mại với yêu cầu mặt nạ phổ (xem 1.4) cho cả các ứng dụng
trong nhà và ngoài trời.
Như vậy, nguồn gốc của UWB không phải là một điều mới mẻ, nhưng
UWB xuất hiện với mục đích chủ yếu là để sử dụng lại phổ tần rộng lớn (3.1-
10.6 GHz) đã được FCC cấp phát.
1.3 Ưu điểm của hệ thống UWB
Mặc dù truyền thông dựa trên xung là một trong những phương pháp
truyền tin cổ điển nhất sử dụng sóng điện từ, nó không được coi như là một
phương tiện truyền thông mãi cho đến thời gian gần đây. Một vài đặc điểm của
hệ thống này có thể được nhấn mạnh, mặc dù trong đó có một số đặc điểm giống
như các hệ thống băng rộng phổ biến đã tồn tại (như CDMA hoặc OFDM):
1.3.1 Tiềm năng cho một tốc độ bit dữ liệu cao
Giới hạn của Shannon chỉ ra rằng dung lượng tối đa có thể đạt được trong
một kênh với tạp âm Gaussian trắng cộng (AWGN) cùng với SNR và độ rộng
băng W là:

Các xung UWB đủ hẹp sao cho hai tiếng vọng liên tiếp không xung đột và
có thể được nhận dạng tiếp theo là được thêm vào các ký hiệu tương ứng. Nếu
như các xung có độ rộng 1 ns, để xảy ra xung đột, hai tiếng vọng phải có đường
đi mà độ lệch về khoảng cách dưới 30 cm. Nếu như xung chỉ có độ rộng 0.2 ns
thì các đường này chỉ cách nhau 6 cm. Xác suất của sự xuất hiện này trong môi
trường trong nhà thì nhỏ hơn nhiều so với trường hợp tín hiệu băng hẹp. Hình 1-
7 minh hoạ cho điều này trong trường hợp các xung là đơn chu kỳ. Lưu ý rằng
đa đường được tách và phân biệt một cách dễ dàng, một máy thu RAKE được
triển khai đơn giản để tận dụng ưu điểm đó. Xem thêm phần 2.5.1.
8
1.3.4 Độ phức tạp của bộ thu.
Lời khẳng định này dựa trên một thực tế rằng UWB được phát minh như
là các hệ thống băng gốc. Một ADC có thể được đặt ngay sau bộ khuyếch đại
tạp âm thâp (LNA) và phần sau của hệ thống có thể được hoạt động trên miền
tín hiệu số. Không cần vòng khoá pha hay tần số. Sau khi FCC đưa ra một số
quy định thì điều này không còn hoàn toàn đúng vì loại tín hiệu được phép sử
dụng có một phổ tần bắt đầu tại 3.1 GHz. Có thể nói rằng phương pháp đơn giản
nhất để thực hiện giải điều chế loại tín hiệu này là sử dụng một bộ nhân tần,
hoặc là trong miền tương tự hoặc trong miền số.
1.3.5 Mật độ phổ công suất phát cực thấp
Do độ rộng băng tần của tín hiệu UWB lớn hơn nhiều độ rộng băng của
hệ thống truyền thông vô tuyến cũ, một dung lượng kênh cao hơn có thể đạt
được thậm trí trong cả môi trường mà SNR thấp. Cũng theo lý thuyết của
Shannon:
( )
SNRWC
+=
1log
2
(1.2)

và có mặt ở khắp nơi.
Có lẽ vấn điều dễ thấy nhất là vấn đề điều khiển. Truyền thông vô tuyến
luôn luôn phải quy định sao cho tránh được nhiễu từ các người dùng khác nhau
trên cùng một phổ tần. Vì UWB chiếm một băng tần rất rộng nên có nhiều đối
tượng sử dụng mà phổ tần của nó sẽ bị ảnh hưởng và cũng cần đảm bảo rằng
UWB sẽ không gây nhiễu đến các hệ thống truyền thông vô tuyến đã tồn tại.
Trong nhiều trường hợp, các đối tượng sử dụng này phải trả tiền để có được
quyền sử dụng riêng phổ tần.
Một thử thách khác là việc thống nhất chuẩn hoá cho hoạt động kết hợp
giữa các thiết bị UWB. Tại thời điểm hiện tại, chưa có sự thống nhất rõ ràng và
khả năng của một vài chuẩn UWB đang cạnh tranh vẫn còn là điều rất được
mong đợi (xem thêm 1.5).
Ngoài ra còn rất nhiều các vấn đề về kỹ thuật và triển khai. Một số vấn đề
về mặt kỹ thuật có thể kể đến như: khả năng cùng tồn tại với các hệ thống truyền
thông cũ, tạo ra tín hiệu UWB với độ rộng xung rất hẹp, thu tín hiệu đa đường,
12
nhiễu giao thoa ký hiệu đặc biệt trong môi trường tầm nhìn bị che khuất (non-
line-of-sight), các bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) tốc độ lấy mẫu cao, và
đồng bộ hoá. Lời hứa về các thiết bị giá thành thấp còn đó, nhưng độ phức tạp
tăng lên do phải giải quyết vấn đề nhiễu và hoạt động với công suất thấp có thể
sẽ đẩy giá thành lên tương tự như các thiết bị vô tuyến hiện tại.
Hình 1-9: Mặt nạ phổ được đưa ra bởi FCC cho các hệ thống UWB trong nhà
1.5 Chuẩn hoá
Nhóm tác nhiệm IEEE 802.15.3a, nghiên cứu nhằm tìm ra lớp vật lý PAN
thế hệ kế tiếp, đang coi UWB là một giải pháp tốt nhất cho lớp vật lý. Mặc dù
nhiều đề xuất được đưa ra, hai trong số đó là DS-CDMA và MB-OFDM, chúng
đang là những ứng cử viên đầy hứa hẹn và vẫn tiếp tục ganh đua nhằm đạt được
sự chấp thuận từ phía uỷ ban chuẩn hoá.
Đề xuất DS-CDMA, được đưa ra bởi Freescale ( trước kia là Xtreme
Spectrum) và kết hợp với các công ty khác, chia toàn bộ phổ tần được cấp phát

Hình 1-12: Kế hoạch phân chia băng tần của đề xuất MB-OFDM.
1.6 Các ứng dụng của UWB
UWB xuất hiện cùng với một tiềm năng to lớn về một tập các ứng dụng
rộng rãi, hấp dẫn, như thể hiện trong hình 1-13.
Về cơ bản, các ứng dụng này có thể được chia thành 3 nhóm:
• Truyền thông và cảm biến
• Định vị và theo dõi
• Radar
Hình 1-13: Tổng quan về các ứng dụng mà UWB có thể cung cấp.
1.6.1 Truyền thông và cảm biến
Các ứng dụng trong truyền thông tạo ra một số cơ hội thú vị nhất trong thị
trường khách hàng. Khả năng ứng dụng của UWB trong truyền thông là vô cùng
rộng lớn, theo đó hệ thống truyền thông có thể được cải thiện, tăng cường,nâng
16
cấp. Các ứng dụng trong truyền thông có thể được chia ra làm hai khu vực - tốc
độ dữ liệu thấp và cao. Cả hai đều yêu cầu công suất thấp và dung lượng cao,
chúng là các biểu tượng cho chất lượng của UWB.
1.6.1.1 Tốc độ dữ liệu thấp
Các thiết bị tốc độ dữ liệu thấp xung quanh chúng ta trong thế giới công nghệ -
nhưng chúng thường được nối bởi dây dẫn hoặc cáp. Chúng ta sử dụng các thiết
bị này để nhập dữ liệu vào hoặc lấy dữ liệu từ các máy tính, để phát hiện những
kẻ đột nhập vào nhà, và để cho vô vàn mục đích khác. Theo cách thức có hiệu
quả, các thiết bị dữ liệu tốc độ thấp có thể là không dây, nhưng giải pháp trên thị
trường ngày nay bị ràng buộc bởi nhiễu tầm nhìn thẳng với các thiết bị khác, các
vấn đề công suất, ngoài ra các vấn đề khác thì không quan trọng lắm trong việc
đạt được một thoả hiệp hoàn hảo. UWB không bị giới hạn bởi tầm nhìn thẳng
đột ngột như là ánh sáng hồng ngoại, vì chiều dài sóng lớn khi so sánh và có thể
uốn cong hoặc truyền xuyên qua các đối tượng mà không gặp trở ngại gì về kết
nối. Nó cũng bị ảnh hưởng bởi các bóng và nhiễu của ánh sáng có liên quan
khác nhưng ít hơn trường hợp ánh sáng hồng ngoại. Vì UWB hoạt động ở mức

video chất lượng cao đồng thời. Công nghệ UWB cung cấp một thông lượng
như đã được yêu cầu bởi thế hệ kế tiếp của các thiết bị đã hội tụ. Ngoài ra với sự
hỗ trợ của các hãng công nghiệp lớn, như WIMedia Alliance, sẽ đảm bảo chắc
chắn sự hoạt động tương tác qua tập các giao thức, bao gồm IEEE 1394, USB,
và Universal Plug and Play (UPnP*), khiến cho UWB trở thành một giải pháp
công nghệ băng rộng tạo ra WPAN tốc độ cao, giá thành thấp, và công suất tiêu
thụ thấp.
18
Hình 1-14: Sự hội tụ của các loại thiết bị
Công nghệ UWB có thể tích cực một dải rộng lớn các ứng dụng cho WPAN, có
thể liệt kê một số ứng dụng chính ở dưới đây:
 Thay thế cáp giữa các thiết bị CE đa phương tiện, như máy ảnh số, máy
chạy MP3 xách tay, bởi kết nối vô tuyến.
 Tạo ra kết nối WUSB cho các PC và ngoại vi PC, bao gồm máy in, máy
quét, và các thiết bị lưu trữ ngoài khác.
 Thay thế cáp trong các thiết bị sử dụng công nghệ Bluetooth thế hệ kế
tiếp, như điện thoại tổ ong 3G, cũng như là kết nối dựa trên IP/UpnP cho
thế hệ các thiết bị di động PC/CE dựa trên IP kế tiếp.
 Tạo ra ad-hoc có kết nối vô tuyến tốc độ bit cao cho các CE, PC và các
thiết bị di động.
1.6.1.1.1 Kết nối vô tuyến ngoại vi PC
Đối với kết nối vô tuyến thiết bị ngoại vi PC, công nghệ UWB có thể đưa
hiệu năng và độ tiện lợi như đã từng thấy trong USB sang một mức độ tiếp theo.
Hiện tại, USB hữu tuyến có một thị phần đáng kể như là sự lựa chọn cáp kết nối
cho nền tảng PC (hình 1-15). Nhưng cáp cũng chỉ có thể được sử dụng theo
phương thức này. Công nghệ Bluetooth đã giải quyết vấn đề này ở một mức độ
19
nhất định, ngoại trừ vấn đề giới hạn về hiệu năng và hoạt động tương tác. Một
giải pháp WUSB sử dụng UWB cung cấp cho đối tượng sử dụng có quyền hy
vọng về USB không cần dùng cáp. Điều đó đã giải thoát kết nối USB, UWB đã

tin xuất hiện khi người dùng bấm nút Play.
Đặc điểm Lợi ích
Thông lượng tốc độ cao Nhanh, truyền với chất lượng cao
Tiêu thụ công suất thấp Tuổi thọ bin của các thiết bị cầm
tay dài
Thiết bị vô tuyến được chuẩn hoá,
dựa trên Silicon
Giá rẻ
Tuỳ chọn kết nối hữu tuyến Tiện lợi và linh động
Bảng 1-2: Các đặc điểm và lợi ích của UWB trong môi trường PC và giải trí
Các thiết bị CE xách tay, như máy quay số, máy ảnh số, bộ chạy MP3, và
bộ chạy video cá nhân được mong đợi sẽ tạo ra một thị trường chính của UWB
thời kỳ đầu.
1.6.1.1.3 Thay thế cáp và truy nhập mạng đối với các thiết bị máy tính di
động
Đối với những người sử dụng nhiều loại thiết bị di động, quản lý cáp có
thể là một sự bất tiện lớn nhất là khi các thiết bị này cần phải kết nối với nhau.
21
Nhiều thiết bị, như là thiết bị trợ giúp cá nhân số, kết nối thông qua cổng USB,
nhưng các thiết bị khác, như điện thoại tổ ong 3G, có thể yêu cầu một bộ đấu nối
đặc biệt hoặc một bộ thích ứng cho cáp USB. Công nghệ UWB cho phép các
thiết bị này vận hành cùng nhau-không cần cáp-ngay khi chúng đặt gần nhau.
UWB cũng có thể được sử dụng để tạo ra truy nhập mạng công suất thấp, tốc độ
cao trong các khu vực hotspot.
Vùng phủ Internet Hotspot đang tạo ra một điểm hấp dẫn về một thị
trường rộng mở cho truy nhập Internet băng thông rộng đối với các thiết bị máy
tính di động tại một vùng xa xôi. Ngày nay, hai công nghệ đang tạo ra những
Hotspot là: WLAN 802.11a/b/g và WPAN dựa trên công nghệ Bluetooth. Cả hai
đều có những giới hạn về đánh địa chỉ cho các nhu cầu hỗn hợp về kết nối băng
thông rộng: dung lượng không gian cao nhằm phục vụ nhiều người trong một