Đang tải... (xem toàn văn)
Công nghệ truyền thông ultra wideband
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lụcMục lụcThuật ngữ viết tắt iLời nói đầu 1Chơng 1 3Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB .31.1 Tổng quan về các hệ thống truyền thông vô tuyến 31.1.1 3G và WLAN 31.1.2 Hỗ trợ tốc độ truyền dẫn cao hơn-UWB .41.2 Lịch sử của UWB .51.3 Ưu điểm của hệ thống UWB .71.3.1 Tiềm năng cho một tốc độ bit dữ liệu cao 71.3.2 Xác suất bị ngăn chặn thấp 71.3.3 Khả năng chống đa đờng .71.3.4 Độ phức tạp của bộ thu. 81.3.5 Mật độ phổ công suất phát cực thấp 81.4 Thách thức đối với UWB .111.5 Chuẩn hoá 121.6 Các ứng dụng của UWB 141.6.1 Truyền thông và cảm biến .151.6.1.1 Tốc độ dữ liệu thấp .151.6.1.1.1 Kết nối vô tuyến ngoại vi PC .171.6.1.1.2 Kết nối đa phơng tiện vô tuyến cho các thiết bị CE .181.6.1.1.3 Thay thế cáp và truy nhập mạng đối với các thiết bị máy tính di động .191.6.1.1.4 Các kết nối ad-hoc giữa các thiết bị sử dụng UWB 201.6.1.1.5 Mạng cảm biến 201.6.1.2 Tốc độ dữ liệu cao 221.6.2 Định vị và bám 231.6.2.1 Định vị 231.6.2.2 Bám 231.6.3 Radar 24Chơng 2 26Phân tích tín hiệu UWB 262.1 Định nghĩa tín hiệu UWB 262.2 Các dạng xung đơn chu kỳ .262.2.1 Xung đơn chu kỳ Gaussian 262.2.2 Xung Raised Cosin 272.2.3 Lựa chọn dạng xung 282.3 Dãy xung và chuỗi giả tạp âm 282.4 Các phơng pháp điều chế trong UWB .312.4.1 Điều chế vị trí xung .322.4.2 Điều pha hai mức BPM (hay điều chế đối cực- Antipodal Modulation) 342.4.3 Các phơng pháp điều chế khác 362.4.3.1 Điều chế xung trực giao 362.4.3.2 Điều chế biên độ xung 38Dơng Ngô Quý, D01VT Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục2.4.3.3 On-Off keying 382.4.4 Tổng kết về các phơng pháp điều chế 382.4 Phân tích công suất .412.5 Phân tích môi trờng truyền dẫn và các ảnh hởng của nó lên tín hiệu UWB .422.5.1 ảnh hởng của đa đờng .422.5.2 Các ảnh hởng có liên quan đến chuyển động giữa Tx và Rx .432.5.3 Khoá lại đờng khả dụng nhất .432.6 Một số kỹ thuật đa truy nhập .432.6.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số trong UWB .432.6.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian .442.6.3 Đa truy nhập phân chia theo mã .442.6.3.1 Time-Hopping 452.6.3.2 Chuỗi trực tiếp 45Chơng 3 47Bộ thu phát UWB 473.1 Kiến trúc tổng quan của bộ thu phát UWB 473.2 Kiến trúc bộ thu UWB .483.2.1 Bộ thu tơng quan (Bộ lọc thích ứng) 483.2.2 Máy thu Rake 483.2.3 Các hệ số độ lợi xử lý 513.2.4 Thảo luận .523.2.4.1 Số lợng Rake finger 523.2.4.2 Một vài vấn đề xung quanh thiết kế mạch số và tơng tự 52Chơng 4 54So sánh UWB với các hệ thống truyền thông băng rộng khác544.1 CDMA 544.2 So sánh UWB với DSSS và FHSS .554.3 Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao .594.3.1 Một số đặc điểm nổi bật của OFDM .594.3.2 Các trờng hợp ứng dụng của OFDM 594.3.2.1 DSL 594.3.2.2 WLAN 604.3.2.3 Truyền hình và truyền thanh số 604.3.2.4 UWB 60Chơng 5 61Phân tích nhiễu 615.1 Nhiễu liên quan đến mạng WLAN .615.1.1 Nhìn lại tín hiệu WLAN 802.11a 615.1.2 Phân tích hiệu năng hệ thống UWB với sự có mặt của nhiễu 802.11a .625.1.3 Giải pháp cho vấn đề nhiễu 625.1.4 ảnh hởng của UWB lên WLAN .635.2 Bluetooth 655.3 GPS 665.4 Các hệ thống tổ ong 66Chơng 6 68Dơng Ngô Quý, D01VT Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lụcKết luận .68Chơng 7 69phụ lục 697.1 Phụ lục A .697.2 Phụ lục B 707.3 Phục lục C 71Tài liệu tham khảo 72Dơng Ngô Quý, D01VT Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt Thuật ngữ viết tắtViết tắt Tiếng anh Tiếng việt3G Third Generation Thế hệ thứ baADC Analog- to- Disgital Converter Bộ chuyển đổi tơng tự sang sốAGC Automatic Gain Control Điều khiển độ lợi tự độngAWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gaussian trắng cộngBER Bit Error Rate Tỉ số lỗi bítBPM Bi-Phase Modulation Điều chế pha cơ haiCATV Cable Television or Community Antenna TelevisionTruyền hình cáp hay truyền hình anten cộng đồngCE Consummer Equipment Thiết bị ngời dùngCMOS Complementary Metal-oxide-Semiconductor Bán dẫn ôxít kim loại bổ xungDS-CDMADirect Sequence-CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã - chuỗi trực tiếpDSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu sốDVD Digital Video Disc, Digital Versatile Disc DVDEDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Tốc độ số liệu tăng cờng để phát triển GSMFCC Federal Communications Commission Uỷ ban truyền thông liên bangFDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gianFDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần sốFH Frequency Hopping Nhảy tầnFHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ dùng nhảy tầnGPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chungGPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầuGSM Global System for Mobile Communications Hệ thống toàn cầu cho Dơng Ngô Quý, D01VTi Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt truyền thông di độngHDTV High-Definition Television Tivi có độ phân giải caoIP Internet Protocol Giao thức InternetISI InterSymbol Interference Nhiễu giao thoa ký hiệuLCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏngLNA Low Noise Amplifier Bộ khuyếch đại tạp âm thấpLOS Line-of-Sight Tầm nhìn thẳngMAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập ph-ơng tiệnMAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhậpMB-OFDMMultiband-OFDM Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao - đa băngMPEG Moving Picture Experts Group Nhóm các chuyên gia về ảnh độngOFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giaoOOK On-Off Keying Khoá On-OffPAM Pulse Amplitude Modulation Điều chế biên độ xungPAN Personal Area Network Mạng khu vực cá nhânPDA Personal Digital Assistants Trợ giúp số cá nhânPN Pseudo Noise Giả tạp âmPPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xungPSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suấtQoS Quality of Service Chất lợng dịch vụSNR Signal- to - Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âmSS Spread Spectrum Trải phổSTB Set-Top Box Hộp kết nối từ nguồn nội dung đến TiviSVGA Super Video Graphics Array Mảng đồ hoạ Video cấp caoTDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gianTH Time Hopping Nhảy thời gianTHSS Time Hopping Spread Spectrum Trải phổ dùng nhảy thời gianUMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầuDơng Ngô Quý, D01VTii Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt USB Universal Serial Bus Bus nối tiếp toàn cầuUWB Ultra WideBand Băng tần siêu rộngVGA Video Graphics Array Mảng đồ hoạ VideoWCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộngWLAN Wireless Local Area Network Mạng nội bộ không dâyWPAN Wireless PAN Mạng nội bộ cá nhân không dâyWUSB Wireless USB Bus nối tiếp toàn cầu vô tuyếnXVGA eXtended Video Graphics Array Mảng đồ hoạ Video mở rộngDơng Ngô Quý, D01VTiii Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầuLời nói đầuNgày nay, công nghệ truyền thông vô tuyến đang phát triển với tốc độ rất nhanh trên toàn thế giới, và các lĩnh vực của nó cũng đang thay đổi mạnh mẽ do sự xuất hiện của các chuẩn mới từ sự phát triển nhanh chóng về các dịch vụ thông tin của Internet, nh là: các ứng dụng đa phơng tiện bao gồm: MP3, truyền dữ liệu băng thông rộng trong một số dịch vụ video đặc biệt. Một vài hệ thống vô tuyến đã tồn tại hoặc đang còn đợc phát triển (3G và WLAN) đợc thiết kế để hỗ trợ loại dịch vụ đa phơng tiện này và truyền dẫn video chất lợng thấp. Nhu cầu truyền thông dữ liệu với tốc độ bít lớn hơn qua mạng vô tuyến đã xuất hiện, nó xuất phát từ việc sử dụng thiết bị điện tử trong nhà và ngoại vi máy tính sao cho tiện lợi nhất. Các công nghệ vô tuyến nh Bluetooth, hồng ngoại,, cha đáp ứng đợc yêu cầu về tốc độ truyền dữ liệu của các ứng dụng video với tốc độ lớn. Công nghệ truyền thông UWB ra đời nhằm thoả mãn các yêu cầu về truyền dẫn dữ liệu với tốc độ lớn, do đó nó có thể tạo ra một b-ớc đột biến trong lĩnh vực truyền thông với khoảng cách nhỏ bởi một loạt các ứng dụng thú vị đã đợc đề xuất. Ngoài ra, một lý do quan trọng làm xuất hiện công nghệ UWB là yêu cầu hoạt động với độ chính xác cao của các radar trong quân sự. Các xung UWB có những tính năng đặc biệt tốt cho những ứng dụng radar này. Xuất phát từ tính hấp dẫn này mà em quyết định chọn công nghệ UWB làm đối tợng nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp đại học của mình. Nhng do sự hạn chế về thời gian, nên trọng tâm của đề tài là nghiên cứu khía cạnh ứng dụng công nghệ UWB trong lĩnh vực truyền thông, do vậy đồ án tốt nghiệp mà em chọn là:công nghệ truyền thông ultra widebandNội dung của đề tài tập chung vào các vấn đề cơ bản đợc phân ra thành từng chơng với những nội dung chính nh sau:Chơng 1: Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB.Chơng 2: Phân tích tín hiệu UWB Chơng 3: Bộ thu phát tín hiệu UWB. Trong đó tập chung chính vào vấn đề bộ thu tín hiệu UWB.Chơng 4: So sánh UWB với các công nghệ truyền thông vô tuyến băng rộng khác.Chơng 5: Phân tích nhiễu. Chơng 6: Kết luận.Chơng 7: Phụ lục.Đồ án đã làm rõ đợc các vấn đề cơ bản liên quan đến công nghệ truyền thông này.Do còn nhiều hạn chế về mặt nhận thức, và nội dung của đồ án cũng cần sự hiểu biết sâu rộng về nhiều vấn đề của viễn thông, nên chắc chắn đồ án còn nhiều điểm cần đợc Dơng Ngô Quý, D01VT1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầuchỉnh sửa. Em xin chân thành cảm ơn tất cả những ý kiến đóng góp từ phía các thầy cô, bạn bè và tất cả những ai quan tâm đến công nghệ này để đồ án có thể tiếp tục đợc phát triển hoàn thiện. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Nguyễn Phi Hùng đã tạo mọi điều kiện và tận tình hớng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Viễn Thông I, Trung tâm đào tạo Bu chính viễn thông I đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và ngời thân - những ngời đã luôn giúp đỡ, cổ vũ và kịp thời động viên tôi trong suốt thời gian qua.Xin chân thành cảm ơn !Hà Tây, ngày .tháng năm 2005 Sinh viên Dơng Ngô QuýDơng Ngô Quý, D01VT2 [...]...Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng 1 Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB Chơng 1 Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB 1.1 Tổng quan về các hệ thống truyền thông vô tuyến Hình vẽ 1-1dới đây cho thấy một quá trình phát triển của công nghệ truyền thông vô tuyến Hình 1-1: Tổng quan về các hệ thống truyền thông vô tuyến Theo hình vẽ này, chúng ta có thể dễ dàng nhận ra rằng xu... công nghệ mới đã xuất hiện UWB 802.11 Thông lợng dữ liệu theo khoảng cách Dơng Ngô Quý, D01VT 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng 1 Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB Hình 1-3: Thông lợng dữ liệu WLAN theo khoảng cách Hình 1-4: So sánh tốc độ bit giữa các hệ thống truyền thông vô tuyến 1.2 Lịch sử của UWB Lý thuyết truyền thông hiện đại xuất phát từ những nỗ lực của những nhà nghiên cứu truyền thông, ... 1 Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB Hình 1-13: Tổng quan về các ứng dụng mà UWB có thể cung cấp 1.6.1 Truyền thông và cảm biến Các ứng dụng trong truyền thông tạo ra một số cơ hội thú vị nhất trong thị trờng khách hàng Khả năng ứng dụng của UWB trong truyền thông là vô cùng rộng lớn, theo đó hệ thống truyền thông có thể đợc cải thiện, tăng cờng,nâng cấp Các ứng dụng trong truyền thông có thể đợc... nghiệp Đại học Chơng 1 Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB Hình 1-8: Mức công suất phát của tín hiệu UWB và tín hiệu băng hẹp cũ 1.4 Thách thức đối với UWB Trong khi UWB có nhiều lý do khiến nó trở thành một công nghệ hữu ích và hấp dẫn cho truyền thông trong tơng lai và nhiều ứng dụng khác thì cũng còn một số thử thách cần phải vợt qua để có thể trở thành công nghệ phổ biến và có mặt ở khắp nơi... thiết kế truyền dẫn khoảng đánh lửa của Marconi và Hertz vào cuối những năm 1890 Nói một cách đơn giản hơn, hệ thống truyền thông vô tuyến đầu tiên đã dựa trên UWB Do những hạn chế về công nghệ, nên truyền thông băng hẹp đợc quan tâm nhiều hơn UWB Khá giống với trải phổ hay đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA), UWB theo con đờng tơng tự nh vậy với việc thiết kế ban đầu dành cho radar và truyền thông. .. Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB Nh vậy, nguồn gốc của UWB không phải là một điều mới mẻ, nhng UWB xuất hiện với mục đích chủ yếu là để sử dụng lại phổ tần rộng lớn (3.1-10.6 GHz) đã đợc FCC cấp phát 1.3 Ưu điểm của hệ thống UWB Mặc dù truyền thông dựa trên xung là một trong những phơng pháp truyền tin cổ điển nhất sử dụng sóng điện từ, nó không đợc coi nh là một phơng tiện truyền thông mãi cho... Đại học Chơng 1 Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB Hình 1-19: Các radar chống chộm, tránh xung đột và đo độ cao chính xác Cuối cùng, để kết thúc phần ứng dụng của UWB, chúng ta sẽ tìm hiểu một mảng khá ngạc nhiên, UWB thông qua dây (UWB over wires) Công nghệ UWB có thể hoạt động thông qua dây dẫn và cáp Điều này có thể làm tăng gấp đôi băng tần khả dụng cho hệ thống truyền hình cáp (CATV) mà không... mở rộng đợc yêu cầu Một lần nữa, UWB có thể đợc dùng để truyền tải thông tin cảm biến không cần dây, nhng cũng có thể thực hiện chức năng nh là một bộ cảm biến hơi thở, nhịp tim, và trong một số trờng hợp, cho xử lý ảnh y học Dơng Ngô Quý, D01VT 21 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng 1 Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB Hình 1-18: Phối hợp công nghệ tạo ra một kịch bản hấp dẫn Một mạng cảm biến UWB... thống truyền thông băng hẹp khác, hoạt động trong chế độ giới hạn băng tần, UWB hoạt động trong chế độ giới hạn công suất (xem hình 1-9) Do đó, công suất tín hiệu UWB trong bất kỳ kênh băng hẹp đơn nào cũng rất nhỏ và nhiễu tới các thiết bị nh đầu cuối 802.11a và điện thoại di động 3G có thể bỏ qua về mặt nguyên lý Dơng Ngô Quý, D01VT 9 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng 1 Tổng quan về công nghệ truyền thông. .. and Play (UPnP*), khiến cho UWB trở thành một giải pháp công nghệ băng rộng tạo ra WPAN tốc độ cao, giá thành thấp, và công suất tiêu thụ thấp Dơng Ngô Quý, D01VT 16 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chơng 1 Tổng quan về công nghệ truyền thông UWB Hình 1-14: Sự hội tụ của các loại thiết bị Công nghệ UWB có thể tích cực một dải rộng lớn các ứng dụng cho WPAN, có thể liệt kê một số ứng dụng chính ở dới đây: Thay . cứu khía cạnh ứng dụng công nghệ UWB trong lĩnh vực truyền thông, do vậy đồ án tốt nghiệp mà em chọn là :công nghệ truyền thông ultra widebandNội dung của. về công nghệ truyền thông UWB Chơng 1Tổng quan về công nghệ truyền
