12
CHƯƠNG 5: BĂNG SIÊU RỘNG UWB 5.1 Giới thiệu về băng siêu rộng UWB 5.1.1 Định nghĩa: UWB mô tả các hệ thống truyền dẫn trải phổ tới 500 MHz hay tỉ số băng tần lớn hơn 20%. (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 =(f H +f L )/2 với f H tần số cao với công suất thấp hơn 10 dB so với tần số có công suất cực đại, và f L là tần số thấp với công suất thấp hơn 10 dB so với tần số có công suất cực đại. 5.1.2 Các ưu điểm của UWB Các ưu điểm của UWB có thể tổng kết là: 1. Tốc độ cao 2. Giá thành thiết bị thấp 3. Chống đa đường 4. Đo đạc (định vị) và truyền thông trong cùng một thời điểm Tốc độ cao cho phép đưa ra các ứng dụng và các thiết bị mới mà hiện tại chưa có. Tốc độ lớn hơn 100 Mb/s đã đạt được và có khả năng vượt qua tốc độ trên ở khoảng cách ngắn. Biểu thức Shannon được biểu diễn: 1

chuong 5 - Bang sieu rong UWB.doc

Embed Size (px)

Citation preview

Thut ng vit tt

CHNG 5: BNG SIU RNG UWB5.1 Gii thiu v bng siu rng UWB

5.1.1 nh ngha:

UWB m t cc h thng truyn dn tri ph ti 500 MHz hay t s bng tn ln hn 20%. (1.1)

Trong B:=fH-fL ch bng tn 10 dB ca h thng, v tn s trung tm h thng UWB vi fc=(fH+fL)/2 vi fH l tn s cao vi cng sut thp hn 10 dB so vi tn s c cng sut cc i, v fL l tn s thp vi cng sut thp hn 10 dB so vi tn s c cng sut cc i.

5.1.2 Cc u im ca UWB

Cc u im ca UWB c th tng kt l:1. Tc cao

2. Gi thnh thit b thp3. Chng a ng

4. o c (nh v) v truyn thng trong cng mt thi im Tc cao cho php a ra cc ng dng v cc thit b mi m hin ti cha c. Tc ln hn 100 Mb/s t c v c kh nng vt qua tc trn khong cch ngn.

Biu thc Shannon c biu din:

(1.2)

Trong C l dung lng ti a ca knh, vi n v [b/s]; B l bng tn knh [Hz]; S l cng sut tn hiu [W] v N l cng sut tp m [W].

Biu thc ny ni cho thy c ba cch c th lm tng dung lng knh. C th tng bng tn, tng cng sut tn hiu hay gim tp m. C th thy rng dung lng knh tng tuyn tnh vi bng tn B nhng ch theo hm loga vi cng sut tn hiu S. Knh UWB c bng tn rt ln v thc t c th hy sinh (tng) rng bng tn gim cng sut pht v nhiu n cc ngun v tuyn khc. Qua biu thc Shannon c th thy cc h thng UWB c kh nng cung cp tc rt cao cho cc h thng truyn thng khng dy. .5.2 Cc phng php iu ch trong truyn thng UWB5.2.1 Gii thiu chung: Trong h thng UWB, cc dy xung tn s cao ng vai tr sng mng.

Mt xung UWB n bn thn n khng cha thng tin. Chng ta cn a thng tin s vo cc xung, bng cc phng php iu ch. Trong cc h thng UWB c mt vi phng php iu ch c bn. Ta phn loi phng php iu ch thnh hai loi c bn. Chng c ch ra trong hnh 3.1 l cc k thut da trn thi gian v da trn dng xung. Phng php iu ch ph bin nht trong l thuyt v UWB l iu ch v tr xung (PPM) trong mi xung c tr c iu chnh lch so vi v tr truyn dn danh nh mt khong thi gian chnh xc. Do , c th thit lp h thng truyn thng nh phn bng cch dch cc xung chnh xc ln pha trc hoc v pha sau. Mt khc, bng vic xc nh cc tr xc nh cho mi xung, c th to h thng iu ch M trng thi.

Hnh 3.1: Phn loi cc phng php iu ch trong truyn thng UWB

Mt phng php iu ch ph bin khc l o xung: l, to mt xung vi pha ngc li. y l phng php iu ch pha hai trng thi (BPSK). Mt k thut iu ch th v l iu ch xung trc giao, n yu cu cc dng xung c bit c to ra trc giao vi nhau. c cc phng php ni ting khc. V d, kho bt tt (OOK) l k thut trong s c mt hay vng mt biu th thng tin s l 1 hay 0 tng ng. iu ch bin xung (PAM) l mt k thut trong bin ca xung khc nhau mang thng tin. Mt vi k thut iu ch truyn thng khng thch hp vi truyn thng UWB. V d, phng php iu tn (FM) kh p dng cho UWB bi v mi xung mang rt nhiu thnh phn tn s lm n rt kh iu ch. Ch rng khng nn nhm vi ghp knh phn chia theo thi gian (FDM-frequency division multiplexing) l k thut hon ton khc phn bit cc knh truyn thng da vo cc khong tn s ln.

Hnh 3.2 Minh ho PPM v BPSK trong truyn thng UWB

Chng ta hy kim tra cc k thut iu ch ln lt c th: Th nht, chng ta kim tra hai k thut ph bin nht: PPM v BPSK. Mt so snh n gin ca hai phng php c ch ra trn hnh 3.2. Trong hnh 3.2(a) a ra mt chui xung khng iu ch so snh. Mt v d cho PPM, xung biu din thng tin 1 c pht cc khong thi gian c xc nh bng chu k lp xung. Xung biu din thng tin 0 c pht tr so vi v tr thng thng ny mt khong nh nh trong hnh 3.2(b). Vi BPSK xung o biu din bit 0 trong khi xung khng o biu din bit 1. iu ny c minh ho trong hnh 3.2(c)5.2.2 iu ch v tr xung (PPM)

Xt trng hp iu ch nh phn, trong khi bit 0 c biu din bi mt xung thi im quy nh, bit 1 c tr mt khong thi gian tng i so vi thi im quy nh (bit 0).

V mt ton hc c th biu din tn hiu l :

(3.1)

Trong wtr(t) l dng xung v: (3.2)

Gi tr ca c th chn thu thuc vo c im t tng quan ca xung. Hm t tng quan ca xung c th nh ngha

(3.3)

Hnh 3.3: Cc dng xung PPM vi cc bit 1 v 0

Chng hn khi chng ta mun ci thin PPM chun vi cc tn hiu trc giao, gi tr ti u ca gi tr(chng ta gi l ) l gi tr tho mn

(3.4)

Hnh 3.3 ch ra trng hp c bit trong bit d liu 1 c pht thi im tr so vi thi im danh nh mt lng , trong quy nh bit 0 c pht thi im danh nh. 5.2.3 iu ch dng xung (PSM)Trong truyn thng sng dng sin bng hp, cc hm sin v cos trc giao to nn tng cho truyn sng. Trong UWB chng ta to cc dng xung c c tnh trc giao vi nhau. iu ch dng xung (PSM) s dng cc dng xung khc nhau trc giao biu din bit 0 v 1. Gi s s dng hai dng xung trc giao iu ch tn hiu. Xung pht i c th biu din l:

(3.6)

Trong

v v biu din hai dng xung khc nhau.Hai dng xung v c gi l trc giao nu chng tho mn:

(3.7)

5.2.4 iu ch bin xung

iu ch bin xung (PAM) cho UWB c th biu din trong biu thc

(3.8)

Trong tham s dng xungc gi tr dng. V d chng ta t v c tp hp xung nh phn s1=p(t), s2=2p(t).Ni chung, iu ch bin xung l phng php khng c a dng trong truyn thng khong cch cc ngn. Ni chung, nhng l do ch yu bao gm thc t l tn hiu iu ch bin c bin nh hn thng b nh hng bi tp m nhiu hn so vi tn hiu c bin ln. Hn na, cng sut cn thit pht xung cng ln vi xung c bin cng ln, trong khi cng sut pht rt gii hn trong h thng UWB

.Hnh 3.5: PAM, PSM v OOK trong truyn thng UWB

5.2.5 Kho bt- tt

Kho bt tt (OOK) vi UWB c th coi thuc loi iu ch dng xung trong tham s dng xung l 0 hoc 1, c ch ra trn biu thc (3.9)

(3.9)

V d, xung bt c to ra khi v xung tt c to ra khi ; qua , s1=p(t) v s2=0. Kh khn ch yu ca OOK l s xut hin ca hin tng a ng, cc thnh phn a ng n b thu gy kh khn cho vic xc nh s vng mt ca mt xung tng ng vi bit 0. Kha bt tt thng l phng php iu ch nh phn, tng t nh BPSK, nhng khng th m rng thnh iu ch M trng thi nh PPM, PAM, v PSM.5.3 Cc k thut a truy nhp p dng trong UWB5.3.1 Nhy thi gian (TH) Nhy thi gian (TH) thc hin a truy nhp bng cch chia knh thnh khe thi gian khng chng ln nh hnh 3.10.

Hnh 3.10: Chia cc knh thnh cc khe thi gian khng chng ln

Nhng ngi dng c cho php s dng khe thi gian gn cho h bng m nhy thi gian ring. Vic ng b yu cu nghim ngt. Ni cch khc, nu cc ngi dng khng ng b, xung t c th xy ra, chng ln hai khe thi gian khi tham chiu thi gian ca cc ngi dng l khc nhau. Truyn dn ch din ra trong 1/SF phn ca thi gian v cng sut pht trong mi khe thi gian cho trc phi ln hn SF ln cng sut pht trung bnh. Do y l bng chng v li ch so vi h thng khng tri ph s dng mi xung trn mt bit, li x l l PG=Ns.SF. iu ny ng l v cng sut tn hiu thu mch quyt nh tng ln mt lng SF so vi cng sut trung bnh trn knh, trong khi cng sut tp m thu c l tng ng.

5.3.2 Tri ph trc tip (DS)

i lp vi TH trong truyn dn ch c thc hin trong 1/SF thi gian, cc xung c pht lin tc trong h thng tri ph trc tip (DS). Cc tn hiu pht c m ho bng cch nhn chng vi m lng cc c di , pha thu c th phn bit cc tn hiu n t cc ngi dng khc nhau.

5.4 B pht v b thu UWB5.4.1 B pht S khi b pht UWB tng qut c ch ra trn hnh 3.10. Th nht, d liu c to bi cc ng dng tch bit tng vt l ca b pht. Cc ng dng c th l thu bao e-mail hoc duyt web trong mt my tnh c nhn, ng dng lch trong thit b PDA, hoc d liu s t my chi DVD.

Hnh 3.9 S khi thu pht UWB chung

Phng php iu ch c s dng iu ch nh phn c th chuyn cc bit vo k hiu, vi mi k hiu biu din nhiu bt. Cc k hiu ny c nh x ti mt dng xung. Cc dng xung c to ra bi b to xung. Cn thit c mch nh thi chnh xc gi cc xung ra tng khong yu cu. Nu PPM th cn nh thi cn chnh xc hn, thng nh hn mt rng xung.

y l mu b thu pht cc k n gin, n b qua phng php sa li trc, n phc v mc ch m t cc b thu pht tng i n gin. 5.4.2 B thu

Khi nim c bn

S khi b thu UWB tng qut c ch ra trong hnh 3.14. B thu thc hin hot ng ngc li vi b pht khi phc d liu v a d liu n bt c ng dng back end no cn n.C hai khc bit ch yu gia b thu v b pht. iu th nht l chc chn phn ln b thu s cn mt b khuych i nng cng sut ca cc tn hiu rt yu thu c. Th na l b thu phi thc hin chc nng d v bt tn hiu xc nh cc xung cn thit trong s cc xung thu c v sau tip tc bm nhng xung ny iu chnh s mt cn i xung ng h ca b thu v b pht.

Hnh 3.14: S khi chung ca b thu UWBCc my thu ci tin u thu thc hin tch sng c th s dng cc b thu ci tin nh b thu ti u (optimal receiver), b thu Rake, b thu gii tng quan (decorrelator receiver), b thu tuyn tnh cc tiu li trung bnh bnh phng (LMMSE receiver) v b thu LMMSE thch ng (adaptive LMMSE receiver). 8

_1191239424.unknown

_1191914241.unknown

_1192087469.vsdK thut da trn thi gian

iu ch v tr xung (PPM)

iu ch pha hai trng thi (BPSK)

Kho bt tt (OOK)

iu ch bin xung (PAM)

iu ch dng xung (PSM)

K thut da trn dng xung

_1192087999.vsdBit 0

Bit 1

Thi gian

_1192089980.unknown

_1192104784.vsd1

2

3

4

1

2

Tf

Tmono

t

Truyn dn

_1192087815.vsd

_1191930002.unknown

_1191930213.unknown

_1191929907.unknown

_1191260124.unknown

_1191260830.unknown

_1191630181.vsdD liu c ngha c to ra bi cc ng dng

a cc bit vo k hiu

Logic-nh x k hiu vo xung-Cc mch nh thi v,v

B to xung

Lung bit d liu

Back end

Front end

_1191758537.vsd

_1191630568.vsdD liu c ngha c to ra bi cc ng dng

Bin i k hiu thnh bt

Logic-Bt xung-Bm-nh x ngc xung vo k hiu

B to xung

Lung bit d liu

Back end

Front end

_1191260839.unknown

_1191260136.unknown

_1191239492.unknown

_1191239504.unknown

_1191239444.unknown

_1190356951.unknown

_1190357119.unknown

_1191222440.unknown

_1191222457.unknown

_1190382146.unknown

_1190402730.unknown

_1190357106.unknown

_1190316360.unknown

_1190356468.unknown

_1190316325.unknown

_1190274657.unknown