MỤC LỤC
Bảng các từ viết tắt i
Danh sách hình vẽ iii
Danh sách bảng v
LỜI NÓI ĐẦU vi
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1
1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG VIỄN THÔNG
1
1.2 THỰC TRẠNG CỦA MẠNG VIỄN THÔNG TRONG NƯỚC VÀ QUỐC TẾ 6
1.3 NHỮNG HẠN CHẾ CỦA HỆ THỐNG VIỄN THÔNG NGÀY NAY 15
1.4 NHỮNG XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MỚI 17
1.5 SỰ RA ĐỜI CỦA CÔNG NGHỆ UWB 18
1.6 SO SÁNH CÔNG NGHỆ UWB VỚI CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG BĂNG
THÔNG RỘNG KHÁC 20
1.6.1Công nghệ UWB và công nghệ CDMA 20
1.6.2Công nghệ UWB với các phương pháp điều chế DSSS và FHSS 22
1.6.3Công nghệ UWB và ghép theo tần số trực giao OFDM 26
1.7 TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG I 29
CHƯƠNG II: KHÁI QUÁT VỀ UWB 30
2.1 UWB LÀ GÌ 30
2.2 KHÁI QUÁT VỀ UWB 30
2.3 CÔNG NGHỆ CỦA UWB 33
2.3.1Tín hiệu trong UWB 34
2.3.2Phương thức liên lạc không dây bằng UWB 37
2.3.3Các phương pháp điều chế được sử dụng trong UWB 39
2.3.3.1Phương pháp điều chế vị trí xung PPM 42
2.3.3.2Phương pháp điều chế pha nhị phân BPM 42
2.3.3.3Một số phương pháp điều chế khác 44
2.3.3.4Tóm lược về các phương pháp điều chế trong UWB 46
2.3.4Chuỗi xung 47
2.3.4.1Chuỗi xung Gaussian 48

3.2.4Phương pháp đa truy cập xung trực giao OPMA 76
3.2.4 Phương pháp đa truy cập xung trực giao OPMA 76
3.3 DUNG LƯỢNG CỦA CÁC HỆ THỐNG UWB 78
3.4 NHIỄU TRONG UWB 81
3.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHỐNG NHIỄU 82
3.6 ƯU ĐIỂM CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY CẬP 86
3.7 NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY CẬP 87
3.8 CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC 88
3.9 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 89
3.10 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN 89
3.11 TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG III 90
KẾT LUẬN 92
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 93
b
Bảng các từ viết tắt
Các từ
viết tắt
Tên tiếng anh Nghĩa tiếng việt
- 3G
- BPM
- BER
- CDMA
- CEPT
- DCS
- DCTS
- DSSS
- FDMA
- GSM
- IEEE
- IMT

Tỷ lệ lỗi bit
Đa truy cập phân chia
theo mã
Hội nghị Châu Âu về
bưu điện và viễn thông
Mạng tế bào số
Hệ thống không dây số
Trải phổ chuỗi trực
tiếp
Đa truy nhập phân chia
theo tần số
Thông tin di động toàn
cầu
Tổ chức các kỹ sư điện
và điện tử quốc tế
Viễn thông di động
quốc tế
Mạng đa dịch số
Nhiễu xuyên dấu
Liên minh viễn thông
quốc tế
Mạng cục bộ
i
- MAI
- MHP
- MUI
- OFDM
- OOK
- OPM
- PAM

Xung Hermitian đã
điều chỉnh
Nhiễu đa người dùng
Ghép theo tần số trực
giao
Điều chế phím bặt-tắt
Điều chế xung trực
giao
Điều chế biên độ xung
Mạng vùng cá nhân
Mạng vô tuyến di động
mặt đất công cộng
- Giả nhiễu
- Nhiễu giả ngẫu
nhiên
Điều chế vị trí xung
Mạng chuyển mạch
điện thoại công cộng
Tần số Radio
Tỷ lệ tín trên tạp
Đa truy nhập phân chia
theo thời gian
Băng thông cực rộng
Mạng diện rộng
ii
Danh sách hình vẽ
1.1
1.2
1.3
1.4

Đồ thị biểu diễn 4 sóng mang con trực giao để tạo một
dấu OFDM.
Sơ đồ khối của một máy phát OFDM tiêu biểu (IEEE
802.11a).
Sơ đồ khối của một máy thu OFDM tiêu biểu (IEEE
802.11a).
Băng tần hoạt động của UWB
Mối quan hệ giữa độ rộng băng tần và công suất của các
hệ thống viễn thông.
5
8
11
12
15
16
18
21
22
24
25
26
27
28
28
33
34
iii
2.3
2.4
2.5

Sơ đồ khối tổng quát của một máy phát UWB.
Sơ đồ khối tổng quát của một máy thu UWB.
Dải tần hoạt động của một số hệ thống.
Mạng vùng cá nhân không dây tốc độ cao HDR-WLAN.
Mạng vùng không dây thông minh IWAN.
Mạng cảm ứng, nhận dạng, định vị SPIN.
Mạng đồng cấp ngoài trời OPPN.
Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA.
Đa truy cập phân chia theo thời gian.
Đa truy cập phân chia theo mã CDMA.
Xung trực giao đầu ra.
Nhiễu xuyên dấu ISI.
Trải phổ DS-UWB.
Sơ đồ cấu trúc triệt nhiễu lặp.
Mô hình hệ thống đa truy cập.
35
36
37
38
40
41
46
49
51
52
54
58
67
68
69

dải băng tần đó.
Và một giải pháp được đưa ra là công nghệ UWB, với việc hoạt động trên
dải tần cao từ 3,1 GHz đến 10,6 GHz đã mở ra một hướng phát triển mới cho
ngành viễn thông. Với dải tần rất rộng lên đến 7,5 GHz, sẽ rất thuận lợi cho
việc phát triển các mạng viễn thông mới vì nó không cần phải tranh chấp tần
số với các mạng viễn thông truyền thống.
Công nghệ UWB hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng trong cuộc sống, đặc
biệt là các ứng dụng trong phạm vi hẹp như các mạng cá nhân, gia đình…
Trong phạm vị của đồ án này, ta chỉ đi vào nghiên cứu các phương pháp đa
truy cập trong UWB. Tìm hiểu các ưu, nhược điểm của chúng và đưa ra
những biện pháp khắc phục những hạn chế đó. Tìm hiểu những ứng dụng
trong cuộc sống và các hướng phát triển của công nghệ UWB.
Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Trần Xuân Nam,
người đã trực tiếp hướng dẫn em nghiên cứu về công nghệ UWB. Sự tận tình
chỉ bảo của thầy cũng như những tài liệu tham khảo do thầy cung cấp đã giúp
em hoàn thành tốt đồ án này.

vi
CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN
THÔNG
1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG
VIỄN THÔNG
Việc trao đổi thông tin trong xã hội loài người là rất quan trọng và cần thiết để
củng cố mối quan hệ cũng như phát triển duy trì nền văn minh nhân loại. Từ
xa xưa con người đã tìm cách trao đổi thông tin với nhau, buổi ban đầu của
nền văn minh, con người chỉ có thể giao tiếp trực tiếp với nhau bằng tiếng nói
và bằng những cử chỉ thân thể ở những khoảng cách gần. Nhưng do nhu cầu
cần phải truyền thông tin đi xa mà tiếng nói người không thể truyền đi xa
được nên con người đã nghĩ ra các phương thức khác để truyền thông tin như
là dùng ngọn lửa, các tín hiệu cờ, tù và, kèn và trống…và đặc biệt khi chữ viết

thiết bị phát thì đặt trong phòng người trợ lý là Thomas Willson ngay bên
cạnh, hai thiết bị được nối với nhau bằng một hệ thống dây dẫn. Khi Willson
làm rung thanh thép mỏng thì ở phía đầu thu bên kia Bell đã nhận được tín
hiệu âm thanh là những tiếng leng keng của thanh thép mỏng và ông nhận ra
rằng khi thanh thép mỏng dao động phía trên nam châm sẽ tạo các dòng điện
chạy qua dây dẫn và chính nó đã làm cho thanh thép trong phòng ông rung lên
tạo ra những âm thanh leng keng
Năm 1876 tổng đài điện thoại đầu tiên trên thế giới được thiết lập sau khi
chiếc điện thoại đầu tiên của A.G.Bell ra đời. Từ đó mạng điện thoại cố định
liên tục phát triển không ngừng nhờ vào những tiến bộ của nền khoa học và
tri thức nhân loại.
Khi đó những chiếc điện thoại chỉ có thể cố định và được nối với nhau
bằng các hệ thống dây dẫn thông qua tổng đài, tuy các thí nghiệm của nhà bác
học người Ý Marconi Guglielmo đã cho thấy là thông tin vô tuyến có thể thực
hiện giữa các máy thu phát ở xa nhau và di động nhưng mãi đến năm 1928 hệ
thống vô tuyến truyền thanh mới được thiết lập, ban đầu chỉ dùng cho cảnh
2
sát. Đến năm 1933 sở cảnh sát Bayone, New Jersey mới thiết lập được một hệ
thống thoại vô tuyến di động tương đối hoàn chỉnh đầu tiên trên thế giới.
Tuy nhiên khi đó những thiết bị điện thoại di động rất cồng kềnh, nặng
hàng chục kilogram, đầy tạp âm và rất tốn nguồn do dùng các đèn điện tử tiêu
thụ nguồn lớn. Công tác trong dải thấp của băng VHF, các thiết bị này liên lạc
được với khoảng cách vài chục dặm. Do các đặc tính truyền dẫn sóng vô
tuyến dẫn đến tín hiệu thu được là một tổ hợp nhiều thành phần của tín hiệu
đã được phát đi, khác nhau cả về biên độ, pha và độ trễ. Tổng vecto của các
tín hiệu này làm cho đường bao tín hiệu thu được bị thăng giáng mạnh và
nhanh làm cho chất lượng đàm thoại kém, mặt khác băng tần có thể sử dụng
cho thông tin vô tuyến luôn khan hiếm. Các băng sóng trung và dài đã được
sử dụng cho phát thanh trong khi các băng tần số thấp và cao (LF-Low
Frequency và HF-High Frequency) thì bị chiếm bởi các dịnh vụ thông tin

mới khác như thư tiếng nói, truyền số liệu, truyền fax, truyền các tin ngắn…
Thông tin di động đã và đang phát triển hết sức mạnh mẽ trên phạm vi toàn
thế giới, càng ngày càng tiến tới chia sẻ thị trường và thay thế từng mảng các
dịnh vụ thông tin cố định.
Từ năm 1997, liên minh viễn thông quốc tế ITU (International
Telecommunication Union) đã xây dựng tiêu chuẩn chung cho thông tin di
động thế hệ thứ ba (3G: 3
nd
Generation) trong dự án IMT-2000 (International
Mobile Telecommunication-2000). Mục đích của IMT-2000 là xây dựng tiêu
chuẩn chung nhất cho các hệ thống thông tin di động toàn cầu, phục vụ nhiều
loại hình dịch vụ với tốc độ tối đa lên tới 2Mb/s.
Cho dù mạng viễn thông phát triển theo nhiều hướng khác nhau và theo
những nhu cầu khác nhau của người sử dụng nhưng về cơ bản chúng vẫn có
điểm chung giống nhau kể cả hệ thống thông tin vô tuyến và hữu tuyến, di
động và cố định. Và chúng được mô phỏng như sau:
4
Hình 1.1: Cấu tạo của mạng lưới viễn thông.
Trong đó, nguồn thông tin: con người hay máy sẽ phát ra thông tin cần
truyền đi. Thông tin phát ra được phân loại thành tiếng nói, mã và hình ảnh
(ký tự, ký hiệu và hình ảnh).
Thiết bị truyền: bộ phận hay thiết bị có nhiệm vụ chuyển thông tin phát đi
thành các tín hiệu để truyền đi qua các đường truyền dẫn.
Đường truyền dẫn: một phương tiện để truyền các tín hiệu từ thiết truyền
đến thiết bị nhận, bao gồm các loại cáp đồng trục, cáp quang, không gian…
và các hướng sóng được sử dụng rộng rãi cho mục đích này. Tín hiệu truyền
trên đường truyền bị ảnh hưởng bởi các tạp âm và nhiễu.
Thiết bị nhận: là một bộ phận hay thiết bị dùng để biến đổi các tín hiệu
nhận được về dạng ban đầu.
Người sử dụng: là con người hay máy nhận thông tin từ các thiết bị nhận.

đã giúp cho mạng lưới các hệ thống viễn thông phát triển mạnh mẽ và rộng
khắp. Đáp ứng được nhu cầu cao của người sử dụng, mang lại nhiều tiện ích
cho đời sống của nhân loại.
Hiện nay trên thế giới đã triển khai các mạng di động thế hệ 3G và đang
tiến hành thử nghiệm mạng di động thế hệ 4G, sử dụng công nghệ tiên tiến
như hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile
communications) và ba loại đa truy cập là: đa truy cập phân chia theo tần số
FDMA (Frequency Division Multiple Access), đa truy cập phân chia theo
thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) và đa truy cập phân chia
theo mã CDMA (Code Division Multiple Access). Với các cách thức đa truy
cập khác nhau thì sẽ có những mặt tích cực và tiêu cực khác nhau, cụ thể là:
 Với phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số FDMA: mỗi một
thuê bao truy cập mạng bằng một tần số. Băng tần chung W được chia thành
N kênh vô tuyến, mỗi thuê bao truy cập và liên lạc trên kênh con trong suốt
thời gian liên lạc. Ưu điểm là thiết bị đơn giản, yêu cầu về đồng bộ không quá
cao, bên cạnh đó là các nhược điểm như thiết bị trạm gốc cồng kềnh do có
bao nhiêu kênh (tần số sóng mang kênh con) thì tại trạm gốc phải có bấy
nhiêu máy thu-phát.
 Với phương pháp đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA: các thuê
bao sử dụng chung một tần số song luân phiên về mặt thời gian. Ưu điểm của
phương pháp này là trạm gốc đơn giản do với một tần số chỉ cần một máy
thu-phát phục vụ được nhiều người truy cập (phân biệt nhau về mặt thời
gian). Tuy nhược điểm của nó lại là cần sự động bộ rất ngặt nghèo của cả hệ
thống.
6
 Với phương pháp đa truy cập phân chia theo mã CDMA: các thuê bao
dùng chung một tần số trong suốt thời gian liên lạc, phân biệt nhau nhờ sử
dụng mã trải phổ khác nhau do đó hầu như không gây nhiễu lẫn nhau. Ưu
điểm là hiểu quả sử dụng phổ cao, có khả năng chuyển vùng mềm và đơn giản
trong kế hoạch phân bổ tần số, khả năng chống nhiễu và bảo mật cao, thiết bị

GSM mới chính thức có cấu hình tiêu chuẩn của hệ thống căn cứ theo các yêu
cầu về hiệu quả phổ, chất lượng âm thanh, giá thành máy di động, giá trạm cố
định, tính tiện lợi khi mang xách, khả năng phục vụ các dịch vụ mới và khả
năng cùng hoạt động với các hệ thống hiện hành.
Khởi nguồn của hệ thống GSM là mạng vô tuyến tế bào gồm các trạm gốc
BS (Base Station) đặt giữa các tế bào được bố trí thành mạng hình tổ ong
Hình 1.2.
Hình 1.2: Cấu trúc tổ ong của mạng vô tuyến tế bào.
Các băng sóng đường lên, đường xuống có độ rộng
W
được chia thành các
phần
c
B
và mỗi dải con
c
B
được gán cho một tế bào,
N
tế bào lân cận nhau
4.
1
2
5
7
6
3
4.
1
2

6
3
4.
1
2
5
7
6
3
4.
1
2
5
7
6
3
4.
1
2
5
7
6
3
R
Các tế bào
(cell)
Trạm gốc
(BS)
D
Khoảng cách tái

D/N. Cả ba loại đa truy cập FDMA, TDMA, CDMA do Pháp và Đức đề xuất
và bảy sơ đồ điều chế được thử nghiệm trong các loại hệ thống này, với tốc
độ truyền từ 20 Kb/s tới 8 Mb/s.
Các mô tả chi tiết về GSM được trình bày rõ trong 13 tập khuyến nghị của
GSM, được thông qua vào tháng tư năm 1988 và từ đó tới nay liên tục được
bổ sung và phát triển. Sau một thời gian thử nghiệm, từ năm 1991 mạng GSM
đã được sử dụng tại châu Âu và tại rất nhiều nước khác trên thế giới. So với
một số hệ thống thông tin vô tuyến di động tế bào TDMA thế hệ thứ hai khác
9
như IS – 54 của Mỹ hay hệ thống tương tự như thế ở Nhật Bản… thì GSM là
một hệ thống hoàn thiện hơn cả với tham vọng lớn hơn nhiều (đó là tham
vọng vươn tới một hệ thống chuẩn cho toàn cầu). Các mô tả cơ bản của GSM
(cho tới năm 1992) như sau:
 Băng sóng: 890
÷
915 Mhz (đường lên – uplink),
và 935
÷
960 Mhz (đường xuống – downlink).
Các băng sóng song công này phân bố cho hai dải phòng vệ, mỗi dải rộng
200 Khz, và 124 cặp kênh vô tuyến (lên và xuống) mỗi kênh rộng 200 Khz.
Khoảng cách giữa các sóng mang vô tuyến là 200 Khz.
 Loại song công: FDD (Frequency Division Duplex – Song công phân
chia theo tần số) đường lên và xuống trên hai tần số thuộc hai băng riêng biệt
với khoảng cách giữa hai sóng mang lên và xuống của một kênh là 45 Mhz.
Tần số sóng mang trên hai băng sóng đối với kênh song công thứ
n
được xác
định theo công thức:
( )

tiếng nói.
 Tốc độ truyền: tốc độ tín thoại chưa mã hoá kênh là 13 kb/s, tốc độ
tín thoại của một khe thời gian (một kênh) là 22,8 kb/s, tốc độ số liệu của cả 8
khe thời gian (gồm tín thoại, tín hiệu đồng bộ, chuỗi dò kênh…) khoảng 271
kb/s.
 Điều chế: điều chế tần số dịch pha cực tiểu Gauss GMSK (Gaussian
Minimum Shift Keying) có đường bao không đổi,
0,3BT =
(Bandwidth
Bitinterval), nhờ đó suy giảm giữa 2 sóng mang lân cận là 18dB và hơn 50 dB
đối với các kênh xa hơn. Độ rộng phổ tín hiệu băng gốc của một kênh vô
tuyến (gồm 8 khe thời gian với tốc độ tổng cộng 271 kb/s) là khoảng 50 kHz.
 San bằng: phải giải quyết được các trải giữ chậm tới
16 s µ
.
50 bít cực
quan trọng
132 bít tương đối
quan trọng
78 bít không
quan trọng50
3
132
4
78
78 bít không
được mã

HLR
AUC
ADC
OMC
MSC
VLR
EIR
TE MT BTS
BSCBTS
TE MT BTS
MS
MS
MS BS
Um
Um
Um
Um
A- bit
A- bit
A
12
Trong đó: MS (Mobile Station): trạm di động
MT (Mobile Termination): đầu cuối di động;
TE (Terminal Equipment): thiết bị đầu cuối;
Um: giao diện vô tuyến giữa trạm gốc và trạm di động;
A: giao diện giữa BS – MSC ;
A-bit: giao diện giữa BTS – BSC;
BS (Base Station): trạm gốc cố định;
BSS (Base Station System): hệ thống trạm gốc;
BTS (Base Transceiver Station): trạm thu – phát gốc;

(roaming) quốc tế trên một diện rất rộng trên toàn cầu nên TDMA được sử
dụng rộng rãi hơn so với CDMA. Tuy nhiên theo đánh giá của các nhà
chuyên môn thì cùng với sự phát triển cả về mặt số lượng và chất lượng của
các thuê bao và các nhu cầu liên lạc đa dịch vụ tăng lên rất lớn thì công nghệ
CDMA sẽ thay thế công nghệ TDMA, và hiện nay công nghệ CDMA đã được
lựa chọn sử dụng trong nhiều tiêu chuẩn thông tin di động 3G như W –
CDMA, hay cdma2000…
 Hình 1.55 mô tả sơ đồ khối của hệ thống CDMA do Qualcomm
đưa ra.
Một số khái niệm về CDMA:
Mã Walsh được tạo ra từ ma trận Hadamard, các tổ hợp mã Walsh đều trực
giao nhau, và được sử dụng để phân kênh đường xuống
Các kênh trong hệ thống CDMA:
Kênh pilot: được sử dụng cho đồng chỉnh tần số, sử dụng mã Walsh số 0.
Kênh đồng bộ: được sử dụng cho đồng bộ đồng hồ (clock), sử dụng mã
Walsh số 32.
Các kênh paging và traffic (lưu lượng): sử dụng 62 mã Walsh còn lại, trong
đó kênh paging được sử dụng để thông báo thông tin về hệ thống và đáp tín
hiệu truy cập của MS
14
Hình 1.5: Sơ đồ khối hệ thống CDMA của Qualcomm.
1.3 NHỮNG HẠN CHẾ CỦA HỆ THỐNG VIỄN THÔNG NGÀY NAY
Do cách thức truyền thông tin của hệ thống viễn thông mà nó có những hạn
chế khó khắc phục thậm chí là không thể khắc phục. Hầu hết các hệ thống
viễn thông ngay nay đều sử dụng phương pháp tạo sóng mang để tải tín hiệu
mang thông tin đi xa (hình 1.6).
Bộ tạo
PN dài
Kết hợp
tính

j
W
32
W
0
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Mặt nạ
Kênh lưu lượng
Mặt nạ
Kênh paging
Kênh
lưu
lượng
Kênh
paging
Kênh
đồng bộ
15

T/bị
thu
sóng mang
T/hiệu
mang
tin
sóng mang
nhiễu
+
T/hiệu
mang
tin
16
1.4 NHỮNG XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MỚI
Xu thế phát triển của ngành viễn thông là tìm ra các giải pháp công nghệ kỹ
thuật mới, những mô hình hệ thống mới nhằm đáp ứng được những yêu cầu
khắt khe của con nguời:
Hướng thứ nhất: là cố gắng mở rộng băng tần lên phía tần số cao để có thể
tận dụng được nguồn tài nguyên vốn có, tăng hiệu quả sử dụng phổ cũng như
tái sử dụng tần số trong một số trường hợp nhất định
Hướng thứ hai: chú trọng đến tốc độ truyền thông tin, nghiên cứu những
công nghệ mới và đưa vào những ứng dụng giúp tăng tốc độ truyền tin, cải
thiện chất lượng đường truyền, tăng tốc độ xử lý thông tin ở các thiết bị đầu
cuối.
Hướng thứ ba: đặc biệt quan tâm tới việc tích hợp nhiều ứng dụng vào
trong cùng một dịch vụ cung cấp, chú tâm vào tìm kiếm những công nghệ
mới giúp cho việc hiện thực hoá mạng viễn thông truyền thông đa phương
tiện với ý nghĩa đích thực của nó và hướng tới một mạng viễn thông đáp ứng
tất cả những nhu cầu vui chơi, giải trí cũng như làm việc.
Hướng thứ tư: cố gắng trung hoà được cả 3 xu hướng trên vào một hệ