Đề tài Ứng dụng xử lí tín hiệu cho truyền thông Ultra-Wideband (Slide)

Ứng dụng xử lí tín hiệu cho truyền thông Ultra-Wideband HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGKHOA VIỄN THÔNG I Giáo viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Phi Hùng Ks. Bùi Văn Phú Sinh viên thực hiện : Vũ Thanh TùngĐề tàiNội dungPhần I : Tổng quan về hệ thống UWBPhần II : Truyền thông UWBPhần III : Đánh giá về hệ thống UWBPhần I: Tổng quan về hệ thống UWBĐịnh nghĩa tín hiệu UWBCác thuộc tính của tín hiệu UWBCác lĩnh vực ứng dụngUWB là gì?Theo FCC UWB được định nghĩa: Tỉ số băng tần: Băng tần tối thiểu là 500MHzTạo, thu phát và xử lí các xung có độ rộng cực nhỏ (cỡ ps)Thuật ngữ khác:impulse radar, impulse radio,carrier-less, carrier-free, base-band, time-domainLÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ UWB2002 B¸o c¸o vµ quy ®Þnh ®Çu tiªn cña FCC cho c¸c hÖ thèng UWB 1998 Th«ng tin quy ®Þnh cña FCC ®èi víi c¸c hÖ thèng UWB 1994 C¸c ch­¬ng tr×nh truyÒn th«ng UWB kh«ng ph©n lo¹i ®Çu tiªn1990 §¸nh gi¸ c«ng nghÖ UWB 1986 HÖ thèng truyÒn th«ng UWB dùa trªn xung ng¾n ®­îc ®­a ra bëi Ross vµ Fontana1978 Ross vµ mét sè ng­êi kh¸c lÇn ®Çu tiªn tr×nh bÇy vÒ hÖ thèng truyÒn th«ng UWB 1965 Ross ph¸t triÓn c«ng nghÖ UWB t¹i trung t©m nghiªn cøu SperryCuèi 1950 xuÊt hiÖn nhu cÇu ph©n tÝch ®¸p øng xung cña sãng vi ba ( t¹i phßng thÝ nghiÖm Lincoln, Sperry, )1893 Hert sö dông bé ph¸t xung cho c¸c thÝ nghiÖm vËt lÝ.Các đặc tính của tín hiệu UWB Mặt nạ phổ công suất do FCC đưa ra Tín hiệu UWB có phổ nằm trong phạm vi từ 3,1- đến 10,6-GHz. Ptx (max)= -41,3 dBm/MHz hay 0,5 mW nếu sử dụng toàn bộ dải tần 7,5 GHzXung Gaussian : Mật độ phổ công suất: Mẫu xung và mật độ phổ tương ứng Các đặc tính của tín hiệu UWB Chuỗi xung và mật độ phổ tương ứngCác đặc tính của tín hiệu UWBThời gian [ns]Tần số [GHz]Thời gian [ns]Tần số [GHz]1. Tốc độ cao2. Không cần các thiết bị trung tần: Kích cỡ thiết bị nhỏGiá thành thiết bị thấpGiảm công suất tiêu thụ3. Chống đa đường 4. Đo đạc (định vị) và truyền thông trong cùng một thời điểm.5. Mở ra một hướng sử dụng hiệu phổ tần mà không cần phải cấp phépCác đặc tính của tín hiệu UWB Các ưu điểm của UWBChuẩnTốc độ (Mb/s)UWB (khoảng cách cỡ 1 m),USB 2.0 480UWB (khoảng cách cỡ 4 m)200UWB (khoảng cách cỡ 10 m)110Fast Ethernet90802.11a54802.11b11Ethernet10Bluetooth1Các đặc tính của tín hiệu UWB● Biểu thức Shannon Tốc độ dữ liệu caoCác đặc tính của tín hiệu UWB Môi trường truyền Đặc tính chống đa đườngChồng lấnKhông chồng lấnCác đặc tính của tín hiệu UWBHiện tượng chồng lấn xảy ra khi: Phạm vi hoạt động nhỏ: chỉ thực sự hiệu quả trong phạm vi 10 mXử lí tạp âm và nhiễu phức tạpChưa có sự thống nhất giữa các tiêu chuẩnĐồng bộ khó khănCác đặc tính của tín hiệu UWB Các nhược điểm và thách thức của UWBCác lĩnh vực ứng dụngCác mạng WPAN (Wireless Personal Area Network) Mạng cảm biến (sensor network) Các hệ thống chụp ảnh Các hệ thống rada Các lĩnh vực ứng dụng Các mạng WPANPhần II: Truyền thông UWBCác phương pháp điều chếKĩ thuật đa truy nhậpBộ thu phátCác phương pháp điều chế Điều chế vị trí xung (PPM) 10Thời gianTp0Thời gianTp 1Các phương pháp điều chếVị trí danh địnhVị trí thực tế Điều chế vị trí xung (PPM)Xung Gauss bậc tối ưu20.29268330.24390240.21951250.195122Các phương pháp điều chế So sánh các phương pháp điều chếPhương pháp điều chếƯu điểmNhược điểmPPMĐơn giảnCần xử lí thời gian chính xácBPSKĐơn giản, hiệu quảChỉ điều chế nhị phânPSMĐa truy nhập trực giaoPhức tạpPAMĐơn giản Ảnh hưởng bởi tạp âmOOKĐơn giảnChỉ điều chế nhị phân, ảnh hưởng nhiều bởi tạp âmCác phương pháp điều chếĐa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Nhảy tần (FH) Nhảy thời gian (TH) Trải phổ trực tiếp (DS)Kĩ thuật đa truy nhậpKĩ thuật đa truy nhập Đa truy nhập nhảy thời gian (TH-CDMA) Truyền dẫn thực hiện trong 1/SF thời gian Hệ số trải phổ:SF=Tf/Tmono; Độ lợi xử lí thu được: PG=N.SFKĩ thuật đa truy nhập Đa truy nhập nhảy thời gian (TH-CDMA)PAM PPM PSM Mẫu tín hiệuKĩ thuật đa truy nhập Đa truy nhập trải chuỗi trực tiếp (DS-CDMA)Các xung được phát liên tụcHệ số trải phổ: SF=Tf/TmomoKĩ thuật đa truy nhập Mẫu tín hiệu PAM PSM Đa truy nhập trải chuỗi trực tiếp (DS-CDMA)Cấu trúc đơn giản bộ thu phát UWBKhông có các khối biến đổi tần sốA/DGainDigitalCorrelatorClock + Code GenerationSDTControl:DeModSyncModulateRXDataTXDataPulsePhần IV: Đánh giá hệ thống UWBNhiễu qua lại giữa hệ thống UWB và các hệ thống vô tuyến khácSo sánh với hệ thống băng rộng khác Dung lượng của hệ thống UWBCác mạng nội hạt không dây (WLAN)BluetoothGPSCác hệ thống thông tin di động tổ ongNhiễu qua lại giữa hệ thống UWBvà các hệ thống không dây khácNhiễu qua lại giữa hệ thống UWB và các hệ thống không dây khác Mặt nạ phổ công suấtNhiễu từ hệ thống UWB sang các hệ thống khác:Nhiễu qua lại giữa hệ thống UWB và các hệ thống không dây khác Về mặt lí thuyết có thể coi như tạp âm nền từ khoảng cách 18 m và có thể bỏ qua Thực tế cho thấy chỉ có ảnh hưởng đáng kể trong phạm vi vài métNhiễu từ các hệ thống khác lên hệ thống UWB: chỉ có các hệ thống WLAN 802.11a/HIPERLAN có khả năng gây nhiễu đáng kể do có phổ tần nằm ở trung tâm phổ tần của tín hiệu UWB khi chúng được đặt gần nhau. Phương pháp loại bỏ nhiễu giữa hệ thống WLAN lên hệ thống UWBKhông sử dụng dải tần hoạt động của WLAN: OFDM UWB.Loại bỏ nhiễu ở phía thu: sử dụng bộ lọcNhiễu qua lại giữa hệ thống UWB và các hệ thống không dây khácSo sánh với một số hệ thống băng rộng khácCấp phát cho mỗi phương pháp một băng tần 3.2 MHzTruyền dẫn ở tốc độ 3.125 Mb/s So sánh công nghệ UWB với các các kĩ thuật FHSS và DSSSDung lượng của hệ thống Khi số người dùng nhỏ hơn 10 thì dung lượng kênh đảm bảo do nhiễu đa truy nhập thấpMô phỏng với xung chữ nhật Kết luậnTìm hiểu kĩ về công nghệ UWBPhân tích các khía cạnh quan trọng của hệ thống Xây dựng chương trình mô phỏng nguyên lí điều chế trải phổ Kết quả đạt được của đồ ánChưa xem xét được các vấn đề thực sự quan trọng của hệ thống như lấy mẫu và đồng bộ ở phía thu, đặc điểm của anten Hạn chế của đồ ánLời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của ThS. Nguyễn Phi Hùng và Ks. Bùi Văn Phú và các thầy cô trong bộ môn Vô tuyến-Học viện công nghệ Bưu chính viễn thông và phòng Nghiên cứu Kĩ thuật Thông tin Vô tuyến-Viện Khoa học Kĩ thuật Bưu điện đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.xin Ch©n thµnh c¶m ¬n!