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

Ứng dụng xử lí tín hiệu cho truyền thông Ultra-Wideband HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG I Giáo viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Phi Hùng Ks. Bùi Văn Phú Sinh viên thực hiện : Vũ Thanh Tùng Đề tài Nội dung Phần I : Tổng quan về hệ thống UWB Phần II : Truyền thông UWB Phần III : Đánh giá về hệ thống UWB Phần I: Tổng quan về hệ thống UWB Định nghĩa tín hiệu UWB Các thuộc tính của tín hiệu UWB Các lĩnh vực ứng dụng UWB là gì? Theo FCC UWB được định nghĩa: Tỉ số băng tần: Băng tần tối thiểu là 500MHz Tạo, 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-domain LÞch sö ph¸t triÓn c«ng nghÖ UWB 2002 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 tiªn 1990 §¸nh gi¸ c«ng nghÖ UWB 1986 HÖ thèng truyÒn th«ng UWB dùa trªn xung ng¾n ®­îc ®­a ra bëi Ross vµ Fontana 1978 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 Sperry Cuèi 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 GHz Xung 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 ứng Các đặc tính của tín hiệu UWB Thời gian [ns] Tần số [GHz] Thời gian [ns] Tần số [GHz] 1. Tốc độ cao 2. Không cần các thiết bị trung tần: Kích cỡ thiết bị nhỏ Giá thành thiết bị thấp Giảm công suất tiêu thụ 3. 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 phép Các đặc tính của tín hiệu UWB Các ưu điểm của UWB Các đặc tính của tín hiệu UWB ● Biểu thức Shannon Tốc độ dữ liệu cao Các đặc tính của tín hiệu UWB Môi trường truyền Đặc tính chống đa đường Chồng lấn Không chồng lấn Các đặc tính của tín hiệu UWB Hiện tượng chồng lấn xảy ra khi: Phạm vi hoạt động nhỏ: chỉ thực sự hiệu quả trong phạm vi 10 m Xử lí tạp âm và nhiễu phức tạp Chưa có sự thống nhất giữa các tiêu chuẩn Đồng bộ khó khăn Các đặc tính của tín hiệu UWB Các nhược điểm và thách thức của UWB Các lĩnh vực ứng dụng Các 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 WPAN Phần II: Truyền thông UWB Các phương pháp điều chế Kĩ thuật đa truy nhập Bộ thu phát Các phương pháp điều chế Điều chế vị trí xung (PPM) 1 0 Thời gian Tp 0 Thời gian Tp 1 Các phương pháp điều chế Vị trí danh định Vị trí thực tế Điều chế vị trí xung (PPM) Các phương pháp điều chế So sánh các phương pháp điều chế Các phương pháp điều chế Đa 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 nhập Kĩ 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.SF Kĩ thuật đa truy nhập Đa truy nhập nhảy thời gian (TH-CDMA) PAM PPM PSM Mẫu tín hiệu Kĩ thuật đa truy nhập Đa truy nhập trải chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) Các xung được phát liên tục Hệ số trải phổ: SF=Tf/Tmomo Kĩ 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 UWB Không có các khối biến đổi tần số Phần IV: Đánh giá hệ thống UWB Nhiễu qua lại giữa hệ thống UWB và các hệ thống vô tuyến khác So sánh với hệ thống băng rộng khác Dung lượng của hệ thống UWB Các mạng nội hạt không dây (WLAN) Bluetooth GPS Các hệ thống thông tin di động tổ ong Nhiễu qua lại giữa hệ thống UWBvà các hệ thống không dây khác Nhiễu qua lại giữa hệ thống UWB và các hệ thống không dây khác Mặt nạ phổ công suất Nhiễu 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 mét Nhiễu 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 UWB Không sử dụng dải tần hoạt động của WLAN: OFDM UWB. Loại bỏ nhiễu ở phía thu: sử dụng bộ lọc Nhiễu qua lại giữa hệ thống UWB và các hệ thống không dây khác So sánh với một số hệ thống băng rộng khác Cấp phát cho mỗi phương pháp một băng tần 3.2 MHz Truyền dẫn ở tốc độ 3.125 Mb/s So sánh công nghệ UWB với các các kĩ thuật FHSS và DSSS Dung lượng của hệ thống Khi số người dùng nhỏ hơn 10 thì dung lượng kênh đảm bảo do nhiễu đa truy nhập thấp Mô phỏng với xung chữ nhật Kết luận Tìm hiểu kĩ về công nghệ UWB Phân 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 án Chưa 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 án Lời 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!