HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THƠNG I Đề tài Ứng dụng xử lí tín hiệu cho truyền thông Ultra-Wideband Giáo viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Phi Hùng Ks Bùi Văn Phú Sinh viên thực : Vũ Thanh Tùng Nội dung Phần I : Tổng quan hệ thống UWB Phần II : Truyền thông UWB Phần III : Đánh giá hệ thống UWB Phần I: Tổng quan hệ thống UWB    Định nghĩa tín hiệu UWB Các thuộc tính tín hiệu UWB Các lĩnh vực ứng dụng UWB gì?  Theo FCC UWB định nghĩa: fH − fL  Tỉ số băng tần:2 ≥ 0.2 fH + fL  Băng tần tối thiểu 500MHz Tạo, thu phát xử lí xung có độ rộng cực nhỏ (cỡ ps)   Thuật ngữ khác:impulse radar, impulse radio,carrierless, carrier-free, base-band, time-domain Lịch sử phát triển công nghệ UWB 2002 Báo cáo quy định FCC cho hệ thống UWB 1998 Thông tin quy định FCC hệ thống UWB 1994 Các chương trình truyền thông UWB không phân loại 1990 Đánh giá công nghệ UWB 1986 Hệ thống truyền thông UWB dựa xung ngắn đưa Ross Fontana 1978 Ross số người khác lần trình bầy hệ thống truyền thông UWB 1965 Ross phát triển công nghệ UWB trung tâm nghiên cứu Sperry Cuối 1950 xuất nhu cầu phân tích đáp ứng xung sóng vi ba ( phòng thí nghiệm Lincoln, Sperry, ) 1893 Hert sư dơng bé ph¸t xung cho c¸c thÝ nghiƯm vËt lÝ Các đặc tính tín hiệu UWB  Mặt nạ phổ công suất FCC đưa  Tín hiệu UWB có phổ nằm phạm vi từ 3,1- đến 10,6GHz  Ptx (max)= -41,3 dBm/MHz hay 0,5 mW sử dụng toàn dải tần 7,5 GHz Các đặc tính tín hiệu UWB  Mẫu xung mật độ phổ tương ứng   Xung Gaussian :  −t  p (t ) = exp  ÷ 2π σ  2σ  Mật độ phổ công suất: ∑ 2x px d x p (t ) px (t ) = dt x ( f ) = (2π f ) exp(− (2πσ f ) ) Các đặc tính tín hiệu UWB  Chuỗi xung mật độ phổ tương ứng Thời gian [ns] Thời gian [ns] Tần số [GHz] Tần số [GHz] Các đặc tính tín hiệu UWB  Các ưu điểm UWB Tốc độ cao Không cần thiết bị trung tần:  Kích cỡ thiết bị nhỏ  Giá thành thiết bị thấp  Giảm công suất tiêu thụ Chống đa đường Đo đạc (định vị) truyền thông thời điểm Mở hướng sử dụng hiệu phổ tần mà khơng cần phải cấp phép Các đặc tính tín hiệu UWB  Tốc độ liệu cao S  ● Biểu thức Shannon C = B log 1 + ÷  N Chuẩn Tốc độ (Mb/s) UWB (khoảng cách cỡ m),USB 2.0 480 UWB (khoảng cách cỡ m) 200 UWB (khoảng cách cỡ 10 m) 110 Fast Ethernet 90 802.11a 54 802.11b 11 Ethernet 10 Bluetooth Kĩ thuật đa truy nhập  Đa truy nhập nhảy thời gian (TH-CDMA)  Truyền dẫn thực 1/SF thời gian  Hệ số trải phổ:SF=Tf/Tmono;  Độ lợi xử lí thu được: PG=N.SF Kĩ thuật đa truy nhập  Đa truy nhập nhảy thời gian (TH-CDMA)  Mẫu tín hiệu  PAM s (m) (t ) = ∞ ∑ N −1 w(t-kTd -jTf -(c w ) (m)Tc )d (m) ∑ j k k =−∞ j = (m) (t ) =  PPM s  PSM s (t ) = ∞ N −1 ∑ ∑ w(t-kT -jT -(c d k =−∞ j = (m) ∞ ∑ N −1 f w ) (m) Tc -δ d (m) ) j k w d(m) (t-kTd -jTf -(c w ) (m)Tc ) ∑ j k =−∞ j = k Kĩ thuật đa truy nhập  Đa truy nhập trải chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) Tf +1 +1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 Tc Các xung phát liên tục Hệ số trải phổ: SF=Tf/Tmomo Kĩ thuật đa truy nhập  Đa truy nhập trải chuỗi trực tiếp (DS-CDMA)  Mẫu tín hiệu  PAM s (t ) = (m) ∞ N −1 ∑ ∑ w(t-kT -jT )(c ) d k =−∞ j =  PSM s(m) = ∞ ∑ N −1 c (m) ( m ) p j k d w d( m ) (t − kTd − jTc )(c p )(jm ) ∑ k = −∞ j = dk Cấu trúc đơn giản thu phát UWB Gain A/D Digital Correlator Σ ∆T Control: DeMod RX Data Sync Clock + Code Generation Pulse Modulate  Khơng có khối biến đổi tần số TX Data Phần IV: Đánh giá hệ thống UWB    Nhiễu qua lại hệ thống UWB hệ thống vô tuyến khác So sánh với hệ thống băng rộng khác Dung lượng hệ thống UWB Nhiễu qua lại hệ thống UWB hệ thống không dây khác     Các mạng nội hạt không dây (WLAN) Bluetooth GPS Các hệ thống thông tin di động tổ ong Nhiễu qua lại hệ thống UWB hệ thống không dây khác  Mặt nạ phổ công suất Nhiễu qua lại hệ thống UWB hệ thống không dây khác  Nhiễu từ hệ thống UWB sang hệ thống khác:  Về mặt lí thuyết coi tạp âm từ khoảng cách 18 m bỏ qua Thực tế cho thấy có ảnh hưởng đáng kể phạm vi vài mét   Nhiễu từ hệ thống khác lên hệ thống UWB: có hệ thống WLAN 802.11a/HIPERLAN có khả gây nhiễu đáng kể có phổ tần nằm trung tâm phổ tần tín hiệu UWB chúng đặt gần Nhiễu qua lại hệ thống UWB hệ thống không dây khác  Phương pháp loại bỏ nhiễu hệ thống WLAN lên hệ thống UWB Không sử dụng dải tần hoạt động WLAN: OFDM UWB  Loại bỏ nhiễu phía thu: sử dụng lọc  So sánh với số hệ thống băng rộng khác  So sánh công nghệ UWB với các kĩ thuật FHSS DSSS   Cấp phát cho phương pháp băng tần 3.2 MHz Truyền dẫn tốc độ 3.125 Mb/s Dung lượng hệ thống Mô với xung chữ nhật p(t ) = Tp ≤ t ≤ Tp Khi số người dùng nhỏ 10 dung lượng kênh đảm bảo nhiễu đa truy nhập thấp Kết luận Kết đạt đồ án    Tìm hiểu kĩ cơng nghệ UWB Phân tích khía cạnh quan trọng hệ thống Xây dựng chương trình mơ ngun lí điều chế trải phổ Hạn chế đồ án  Chưa xem xét vấn đề thực quan trọng hệ thống lấy mẫu đồng phía thu, đặc điểm anten Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình ThS Nguyễn Phi Hùng Ks Bùi Văn Phú thầy cô mơn Vơ tuyến-Học viện cơng nghệ Bưu viễn thơng phịng Nghiên cứu Kĩ thuật Thơng tin Vô tuyến-Viện Khoa học Kĩ thuật Bưu điện tận tình giúp đỡ em hồn thành đồ án xin Chân thành cảm ơn! ... Các đặc tính tín hiệu UWB  Mơi trường truyền Các đặc tính tín hiệu UWB  Đặc tính chống đa đường Chồng lấn Không chồng lấn ∆ d t ≤Tp Hiện tượng chồng lấn xảy khi: ∆ = c Các đặc tính tín hiệu UWB... thống UWB Phần II : Truyền thông UWB Phần III : Đánh giá hệ thống UWB Phần I: Tổng quan hệ thống UWB    Định nghĩa tín hiệu UWB Các thuộc tính tín hiệu UWB Các lĩnh vực ứng dụng UWB gì?  Theo... ph¸t xung cho c¸c thÝ nghiƯm vËt lÝ Các đặc tính tín hiệu UWB  Mặt nạ phổ cơng suất FCC đưa  Tín hiệu UWB có phổ nằm phạm vi từ 3,1- đến 10,6GHz  Ptx (max)= -41,3 dBm/MHz hay 0,5 mW sử dụng tồn