Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
Vũ Thanh Tùng D2001VT
i
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
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
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
Vũ Thanh Tùng D2001VT
ii
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
4.4 Các trường hợp ứng dụng UWB ...................................................................... 66
4.4.1 Hoạt động ở khoảng cách r
max
<1m .......................................................... 67
4.4.2 Hoạt động ở khoảng cách r
max
<10 m ....................................................... 69
4.4.3 Hoạt động ở khoảng cách từ trung bình đến lớn với r
max
<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
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình, bảng
Vũ Thanh Tùng D2001VT
iii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Mặt nạ phổ do FCC áp đặt cho các hệ thống truyền thông UWB ............... 7
Vũ Thanh Tùng D2001VT
iv
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
50
β
=
©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
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
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
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
Vũ Thanh Tùng D2001VT
1
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
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%.
0.2
H L
c
f f
f
η
−
= ≥
(1.1)
Trong đó B:=f
H
-f
L
chỉ băng tần 10 dB của hệ thống, và tần số trung tâm hệ
thống UWB với f
c
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
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
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan về hệ thống UWB
Vũ Thanh Tùng D2001VT
6
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
Hình 1.1: Mặt nạ phổ do FCC áp đặt cho các hệ thống truyền thông UWB
Các hệ thống UWB chiếm băng tần rất rộng và gây nhiễu tới các người dùng
hiện tại. Để giữ nhiễu ở mức tối thiểu FCC và các nhóm chuẩn hoá khác định
nghĩa các mặt nạ phổ cho các ứng dụng khác nhau với công suất phát được phép ở
mỗi dải tần số khác nhau. Trong hình 1.1 chỉ ra mặt nạ phổ của FCC cho các hệ
thống UWB trong nhà. Băng tần lớn liên tục 7.5 GHz nằm giữa tần số 3.1 GHz và
10.6 GHz ở công suất phát tối đa cho phép là -41.3 dBm/MHz.
Lí do chính của công suất đầu ra cho phép vô cùng nhỏ ở các băng tần 0.96
GHz-1.61 GHz là do các nhóm đại diện cho các loại hình dịch vụ hiện tại, như
thông tin di động, hệ thống định vị toàn cầu (GPS), và các ứng dụng trong quốc
phòng gây áp lực để tránh gây nhiễu lên các dịch vụ đó. Công suất cho phép -41.3
dBm/MHz là khá thấp so với ảnh hưởng nhiễu thực tế hệ thống UWB có thể gây ra
và nhiều nhóm chuẩn hoá hi vọng đạt được công suất phát cao hơn.
1.2.1 Mẫu xung
Dạng xung cơ bản được sử dụng trong UWB thường được gọi là monocycle
(đơn chu trình) vì nó chỉ có một chu kì và có thể là bất kì hàm nào thoả mãn yêu
cầu về mặt nạ phổ. Các dạng xung phổ biến là các xung Gaussian, Laplacian,
Rayleigh và Hermittian ,v,v thường sử dụng các dạng đạo hàm của xung Gaussian.
Lí do để sử dụng xung Gaussian là các kĩ thuật sử dụng để tạo các xung Gaussian
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan về hệ thống UWB
Vũ Thanh Tùng D2001VT
8
là tương đối đơn giản và chúng có phổ tần khá phù hợp với mặt nạ phổ. Trong nội
dung đồ án này tôi chỉ nghiên cứu hệ thống và phân tích hệ thống sử dụng xung
Gaussian (bao gồm xung Gaussian và các đạo hàm của nó).
Monocycle p
x
(t) được giả thiết là đạo hàm bậc x của xung Gaussian p(t):
là phương sai của xung Gaussian. Mật độ phổ công suất (PSD)
của xung Gaussian là:
2
2
2
( ) ( ) ( )exp( 2 ) exp( (2 ) )
P
f P f p t j ft f
π πσ
∞
−∞
= = − = −
∑
∫
(1.5)
Với P(f) là biến đổi Fourier của p(t). PSD của monocycle p
x
(t) nhận được là :
2
( ) (2 ) ( )
x
x
p p
f f f
π
=
∑ ∑
(1.6)
−∞
≥
∫
∫
(1.7)
Trong hình 1.2 các monocycle p
x
(t) với x=0,1,2 và độ rộng xung p
w
=0.9 ns
được chỉ ra đồng thời với mật độ phổ công suất tương ứng và có thể thấy sự thay
đổi phổ của monocycle phụ thuộc vào bậc của đạo hàm. Nếu ứng dụng khác với
một tiêu chuẩn khác thì giới hạn chiếm 99.9% công suất trong đồ án có thể phải
thay đổi cho phù hợp với những tiêu chuẩn này.
Bây giờ coi như độ rộng xung đã biết, số lượng mẫu trên một xung có thể
được xác định. Đây là điều quan trọng để biểu diễn tín hiệu số để sử dụng trong sử
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan về hệ thống UWB
Vũ Thanh Tùng D2001VT
9
lí tín hiệu số và mô phỏng. Đối với p
2
(t), thường sử dụng trong lí thuyết mô phỏng,
có thể biểu diễn bởi 10 mẫu trên một xung, nếu có chênh lệch cỡ 50 dB nằm giữa
cực đại PSD và ở một nửa PSD cực đại thì tốc độ lấy mẫu đó là hiệu quả.
Hình 1.2: Các monoycle p
x
(t) với x=0…2 với PW=0.9 ns và các dạng phổ mật độ công
suất của chúng
Mạch đơn giản tạo xung Gaussian doublet được trình bày trên hình 1.3. Phát xung
trực tiếp đến anten các thành phần xung bị lọc tuỳ thuộc vào các đặc tính của anten.
Quá trình lọc này có thể mô hình như là quá trình đạo hàm [8]. Ảnh hưởng tương
tự cũng xảy ra ở anten thu. Ở đây tôi chỉ mô hình kênh là trễ và giả thiết xung được
khuyếch đại ở phía thu.
1.2.2 Chuỗi xung
Một xung bản thân nó không thể truyền nhiều thông tin. Thông tin hay dữ
liệu cần được điều chế vào một chuỗi các xung được gọi là một chuỗi xung như
hình 1.5 minh hoạ. Khi các xung được phát ở các khoảng thời gian lặp lại, thường
được gọi là độ lặp xung hay tỉ lệ thời gian chiếm, phổ thu được sẽ bao gồm các
đỉnh phổ ở các tần số ứng với độ lặp đó. Những tần số này là bội số của nghịch đảo
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan về hệ thống UWB
Vũ Thanh Tùng D2001VT
11
của tốc độ lặp xung. Các đường công suất đỉnh này gọi là các đường răng lược bởi
vì nó trông giống một chiếc lược. Xem hình 1.6 (a).
Hình 1.5: Chuỗi xung UWB
Các đỉnh xung giới hạn công suất phát đáng kể. Một phương pháp tạo dạng
phổ giống tạp âm là làm “nhoè phổ” tín hiệu bằng việc thêm vào một độ dịch ngẫu
nhiên vào mỗi xung: hoặc làm trễ xung hoặc phát xung trước một khoảng nhỏ so
với thời điểm phát xung thông thường (thời điểm danh định). Dạng phổ thu được
từ sử dụng dịch ngẫu nhiên được chỉ ra trên hình 1.6 (b) và có thể so sánh với hình
1.6 (a) thấy rằng các đường răng lược đã được làm giảm đi rất rõ rệt. Chúng ta sẽ
thấy ở chương sau, việc tạo trễ này không hoàn toàn ngẫu nhiên nhưng lặp theo mã
giả ngẫu nhiên đã biết (PN)
1.2.3 Đa đường
Mục này sẽ xem xét ảnh hưởng của hiện tượng đa đường, đặc biệt trong kênh
vô tuyến trong nhà. Do bề rộng xung cực nhỏ, nếu các xung được xử lí trong miền
một kí hiệu. Mặt khác năng lượng từ các thành phần đa đường lại có thể cộng lại
trong một bộ thu Rake. Hình 1.8 và 1.9 mô tả các xung không chồng lấn và chồng
lấn tương ứng.
Hình 1.7: Mô hình đa đường điển hình trong nhà, xung phát bị phản xạ bởi các vật
thể trong nhà tạo ra các phiên bản của xung ở bộ thu với cường độ, độ trễ khác nhau
Từ biểu thức:
.d c t∆ = ∆
. Trong đó
d∆
,
t∆
là chênh lệch quãng đường, thời
gian đến bộ thu giữa hai thành phần đa đường tương ứng. Để hai thành phần đa
đường không chồng lấn nhau thì
w
t p∆ ≥
. Do đó khoảng thời gian tách biệt cần
thiết giữa các đường để tránh hiện tượng chồng lấn giảm khi độ rộng xung giảm đi.
Đây là lí do độ rộng xung càng nhỏ càng tốt đặc biệt trong môi trường trong nhà.
Một phương pháp khác để giảm nhiễu đa đường là giảm thời gian chiếm dụng
(duty cycle) của xung. Bằng cách phát những xung với khoảng thời gian lớn hơn
độ trễ đa đường lớn nhất, những phản xạ không mong muốn có thể bị loại bỏ dễ
dàng ở đầu thu. Cách này rõ ràng là không hiệu quả và tạo ra giới hạn tốc độ
truyền dẫn dữ liệu tối đa đối với một hệ thống với phương pháp điều chế cho trước.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan về hệ thống UWB
Vũ Thanh Tùng D2001VT
14
Bộ phát UWB đơn giản nhất chỉ bao gồm bộ tích phân xung, mạch định thời, và
một anten.
Bảng 1.1: So sánh tốc độ của UWB với các chuẩn không dây cũng như có dây
Chuẩn Tốc độ (Mb/s)
UWB, USB 2.0 480
UWB (khoảng cách cỡ 4 m), 1394a (4.5 m) 200
UWB (khoảng cách cỡ 10 m) 110
Fast Ethernet 90
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan về hệ thống UWB
Vũ Thanh Tùng D2001VT
16
802.11a 54
802.11b 11
Ethernet 10
Bluetooth 1
Công suất tiêu thụ thấp
Với thiết kế hợp lí thiết bị UWB có công suất tiêu thụ tương đối thấp. Công
suất tiêu thụ mục tiêu của các chip UWB là nhỏ hơn 100 mW. Bảng 1.2 đưa ra số
liệu của về công suất tiêu thụ của các chip truyền thông di động khác
Bảng 1.2: Công suất tiêu thụ của UWB và các chip truyền thông di động khác
Chip ứng dụng Công suất tiêu thụ (mW)
802.11a 1500-2000
LSI 1394 tốc độ 400 Mb/s 700
MPU 32 bit RISC di động 200
Bộ ADC camera số 150
UWB (mục tiêu) 100
Bảng hiển thị màu TFT trong thiết bị di động 75
theo dõi tình trạng ô nhiễm; hoặc di động, nếu được trang bị cho binh lính, lính cứu
hoả, hoặc robot trong quân đội và trong giải quyết các tình trạng khẩn cấp.Yêu cầu
quan trọng cho mạng cảm biến vận hành trong các điều kiện khó khăn trên là giá
thành rẻ, tiêu tốn ít năng lượng, và đa chức năng. Các hệ thống truyền thông UWB
tốc độ cao cho phép thu thập, phân phối và trao đổi một lượng lớn thông tin cảm
biến trong thời gian ngắn. Đặc biệt, năng lượng là rất hạn chế trong mạng cảm biến
so với các mạng WPAN bởi khó khăn trong việc nạp lại acqui cho các thiết bị cảm
biến. Các nghiên cứu chỉ ra áp dụng công nghệ UWB cho mạng cảm biến đáp ứng
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan về hệ thống UWB
Vũ Thanh Tùng D2001VT
18
những yêu cầu về năng lượng và giá thành. Hơn nữa, có thể khai thác khả năng
định vị chính xác của UWB đặc biệt tại những nơi GPS chưa được sử dụng.
♦ Các hệ thống chụp ảnh: Khác với các hệ thống rada thông thường nhiệm
vụ chủ yếu là xác định các nguồn phát xạ, các xung rada UWB định vị ở khoảng
cách nhỏ hơn. Tín hiệu phản xạ từ vật thể cần định vị không chỉ thay đổi về biên
độ, thời gian mà còn thay đổi cả về dạng xung. Kết quả là tín hiệu UWB có độ
nhạy cao hơn nhiều so với các tín hiệu rada thông thường. Đặc tính này đã được áp
dụng cho các hệ thống rada. Mặt khác do các thành phần tần số thấp của tín hiệu
UWB có khả năng đâm xuyên nên có thể mở rộng với các ứng dụng khác như chụp
ảnh xuyên tường, lòng đất, và đại dương; hay các thiết bị chẩn đoán y tế, giám sát
đường biên giới.
♦ Các hệ thống rada giao thông: Cảm biến dựa trên UWB có khả năng cải
thiện vấn đề của các sensor chuyển động ở khoảng cách ngắn. Dựa vào khả năng
định vị có độ chính xác cao của UWB, có thể xây dựng các hệ thống điều khiển
giao thông và tránh tai nạn thông minh. Các hệ thống này có thể cải thiện hoạt
động của các túi khí bảo hiểm trong phương tiện giao thông và hỗ trợ điều khiển
giao thông cũng như tự thay đổi chế độ hoạt động phù hợp tình trạng giao thông.
Kĩ thuật UWB còn có thể tích hợp vào các hệ thống giải trí và dẫn đường trong
[GHz]
Truyền
thông
cầm tay
[GHz]
Chụp ảnh
tần thấp
[GHz]
Chụp ảnh
tần cao
[GHz]
Chụp ảnh
tần trung
bình
[GHz]
Rada
giao
thông
[GHz]
[3.1,10.6] [3.1,10.6] <0.960 [3.1,10.6] [1.99,10.6] [22,29]
Copyright: Tài liệu đại học ©