NGHIÊN cứu PHƯƠNG PHÁP SAN BẰNG tín HIỆU CHO UWB

MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH SÁCH BẢNG iii
DANH SÁCH HÌNH VẼ iv
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG I 2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG UWB 2
1.1 UWB-RT là gì? 2
1.2 Các tiêu chuẩn kĩ thuật 3
1.3 Ưu điểm 4
1.4 Ứng dụng 5
1.5 Nhược điểm 8
1.6 Hoạt động 8
1.7 Hướng phát triển 9
CHƯƠNG II 10
LIÊN LẠC BẰNG UWB 10
2.1 Giới thiệu chung 10
2.2 Các phương pháp điều chế UWB 11
2.2.1 Điều chế vị trí xung PPM 14
2.2.2 Điều chế pha nhị phân BPM 15
2.3 Các phương pháp điều chế khác 16
2.3.1 Điều chế xung trực giao 17
2.3.2 Điều chế biên xung 18
2.3.3 On-off keying 18
2.3.4 Tóm lược về các phương pháp điều chế UWB 19
2.4 Các chuỗi xung 19
2.4.1 Chuỗi xung Gauss 20
2.4.2 Mã kênh PN 21
2.4.3 Hệ thống UWB PPM nhảy thời gian 22
2.5 Máy phát UWB 23

2.6 Máy thu 25
2.6.1 Tách sóng 26
2.6.2 Tích hợp xung 27
2.6.3 Theo dấu 27
2.6.4 Máy thu Rake 27
2.7 Các kĩ thuật đa truy nhập trong UWB 28
2.7.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số 28
2.7.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian 28
2.7.3 Đa truy nhập phân chia theo mã 29
2.7.4 Hệ thống đa truy nhập xung trực giao 29
2.8 Dung lượng của các hệ thống UWB 31
2.9 So sánh của UWB với các hệ thống liên lạc băng rộng khác 34
2.9.1 CDMA 35
i
2.9.2 So sánh UWB với DSSS và FHSS 37
2.9.3 Ghép theo tần số trực giao 41
2.10 Nhiễu 45
2.10.1 Các mạng vùng nội hạt không dây 45
2.10.2 Bluetooth 47
2.10.3 GPS 48
2.10.4 Các hệ thống tế bào 49
2.11 Kết luận 50
CHƯƠNG III 51
KĨ THUẬT SAN BẰNG TRONG UWB 51
3.1 Giới thiệu 51
3.2 UWB-IR 52
3.2.1 MRC-RAKE 54
3.2.2 MMSE-RAKE 54
3.3 UWB-IR sử dụng MMSE-FDE 55
3.3.1 Tín hiệu phát dành cho UWB-IR sử dụng MMSE-FDE 55

3.3.2 Tín hiệu thu dành cho UWB-IR sử dụng MMSE-FDE 57
3.3.3 MMSE-FDE dành cho UWB-IR 58
3.4 DS-UWB sử dụng MMSE-FDE 58
3.5 Kết quả 60
3.6 Kết luận 65
KẾT LUẬN 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
ii
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Ưu, nhược điểm của từng phương pháp điều chế
Bảng 2.2: Các tham số chính của chuẩn IEEE 802.11a mạng vùng nội hạt
không dây OFDM
iii
DANH SÁCH HÌNH VẼ
STT Tên hình Trang
Hình 1.1 UWB so sánh với các hệ thống viễn thông khác 3
Hình 1.2 Băng tần hoạt động của UWB 3
Hình 1.3 Mạng vùng cá nhân không dây tốc độ cao
(HDR_WPAN)
5
Hình 1.4 Mạng vùng không dây thông minh (IWAN) 6
Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống UWB 8
Hình 1.6 Tín hiệu phát bởi máy phát PPM-TH-UWB 9
Hình 2.1 Mô hình chung của một hệ thống liên lạc 11
Hình 2.2 Các phương pháp điều chế dành cho liên lạc bằng UWB 12
Hình 2.3 So sánh phương pháp PPM và BPM 13
Hình 2.4 So sánh các kĩ thuật điều chế khác của liên lạc bằng
UWB
16
Hình 2.5 Đầu ra hệ thống điều chế xung nhị phân 22

Hình 2.6 Sơ đồ khối tổng quát của một máy phát UWB 23
Hình 2.7 Sơ đồ khối tổng quát của một máy thu UWB 24
Hình 2.8 Mẫu các xung đầu ra khi đầu vào là n=2 29
Hình 2.9 Quan hệ tần số-thời gian cho hai người dùng sử dụng
FHSS
34
Hình 2.10 Quan hệ tần số-thời gian cho hai người dùng sử dụng
DSSS
34
Hình 2.11 So sánh về BER của các hệ thống DSSS, FHSS, và
UWB trong trường hợp một người dùng
36
Hình 2.12 So sánh về BER của các hệ thống DSSS, FHSS, và
UWB trong trường hợp 30 người đồng thời hoạt động
37
Hình 2.13 So sánh về BER đối với số người dùng của các hệ thống
DSSS và UWB
38
Hình 2.14 Đồ thị biểu diễn 4 sóng mang con trực giao để tạo một
dấu OFDM
39
Hình 2.15 Sơ đồ khối của một máy phát OFDM tiêu biểu
(IEEE802.11a)
40
Hình 2.16 Sơ đồ khối của một máy thu OFDM tiêu biểu (IEEE
802.11a)
40
Hình 2.17 Băng tần sử dụng cùng với sự ảnh hưởng lẫn nhau của
UWB và các hệ thống không dây khác
41

iv
Hình 3.1 Mô hình máy phát dành cho UWB-IR 52
Hình 3.2 Mô hình máy thu RAKE dành cho UWB-IR 52
Hình 3.3 Mô hình máy phát dành cho UWB-IR với MMSE-FDE 53
Hình 3.4 Khối dữ liệu phát 53
Hình 3.5 Sóng phát dành cho UWB-IR 53
Hình 3.6 Mô hình máy thu dành cho UWB-IR với MMSE-FDE 54
Hình 3.7 Mô hình máy phát dành cho DS-UWB với MMSE-FDE 56
Hình 3.8 Sóng phát dành cho DS-UWB 57
Hình 3.9 Mô hình máy thu dành cho DS-UWB với MMSE-FDE 57
Hình 3.10 Kênh đa đường UWB : CM3 58
Hình 3.11 Kênh đa đường UWB : CM4 59
Hình 3.12 2BOK, Kênh đa đường UWB : CM3 60
Hình 3.13 16BOK, Kênh đa đường UWB : CM3 61
Hình 3.14 64BOK, Kênh đa đường UWB : CM3 61
Hình 3.15 2BOK, Kênh đa đường UWB : CM4 62
v
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
AWGN Additive White Gauss Noise
BER Bit Error Rate
BPM Binary Phase Modulation
CDMA Code Division Multiple Access
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum
FDMA Frequency Division Multiple Access
FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum
FDE Frequency Domain Equalization
IWAN Intelligent Wireless Area Network
LAN Local Area Network
MHP Modified Hermitian Pulse
MMSE Minimum Mean Square Error

MRC Maximal Ratio Combining
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OPM Orthogonal Pulse Modulation
OPPN Outdoor Peer to Peer Network
OOK On Off Keying
PPM Pulse Position Modulation
PAM Pulse Amplitude Modulation
PN Pseudo-random Noise
TDMA Time Division Multiple Access
SPIN Sensor Positioning and Identification Network
UWB Ultra Wide Band
WPAN Wireless Personal Area Network
vi
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay khi cuộc sống của con người ngày càng được cải thiện thì nhu cầu
sử dụng các thiết bị kĩ thuật hiện đại có nhiều tiện ích, dễ sử dụng ngày được
nâng cao, như là các công nghệ viễn thông thế hệ thứ 3, thứ 4 hay là các thiết
bị không dây có thể truyền dẫn với tốc độ cao và có khả năng chia sẻ ảnh số,
video, âm nhạc, dữ liệu…
Nhưng một vấn đề đặt ra là các hệ thống băng thông hẹp hiện đang sử
dụng không thể đáp ứng được các đòi hỏi kĩ thuật của các thiết bị hiện đại
trên, vì vậy trên thế giới người ta đã nghiên cứu và tìm ra được một công nghệ
mới có khả năng đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật cần thiết, đó là công nghệ
vô tuyến băng thông cực rộng UWB-RT (Ultra Wideband Radio
Technology). Hiện nay, vô tuyến UWB đang được quan tâm, tập trung nghiên
cứu trên thế giới. UWB đã được xem như một giải pháp truyền dữ liệu vô
tuyến băng rộng cho tương lai.
Mục đích của đồ án tốt nghiệp này là tìm hiểu công nghệ UWB, các
ứng dụng của nó. Nội dung chính của đồ án là nghiên cứu đánh giá các giải
pháp san bằng tín hiệu cho UWB khi làm việc trong môi trường pha-đinh

chọn lọc theo tần số.
1
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG UWB
1.1 UWB-RT là gì?
Công nghệ vô tuyến băng thông cực rộng UWB-RT là giải pháp liên kết
không dây giữa các hệ thống máy tính để bàn, máy tính xách tay, các thiết bị
cầm tay và các thiết bị điện tử tiêu dùng, mang lại khả năng kết nối dễ dàng
và trao đổi dữ liệu tốc độ cao thường được sử dụng trong văn phòng và ngôi
nhà kĩ thuật số.
Khi UWB nhập cuộc, giống như các công nghệ chủ đạo khác. UWB
nhắm mục tiêu vào những người sử dụng gia đình. UWB có thể kết nối các
thiết bị giải trí trong gia đình lại với nhau một cách hoàn hảo và có tốc độ kết
nối cao.
Đằng sau máy tính của bạn có rất nhiều dây dẫn đủ loại nào nào là dây
nối chuột, bàn phím, màn hình, kết nối USB Chúng thật phiền phức và
vướng víu. Các nhà cung cấp tin rằng: Một ngày nào đó, UWB sẽ thay thế
toàn bộ dây dẫn đằng sau chiếc PC của bạn. Không những thế, UWB sẽ tiến
tới truyền các tập tin lớn giữa các PC và các thiết bị di động như các máy phát
nhạc MP3 và máy ảnh số
So với các hệ thống viễn thông đang sử dụng như là mạng LAN không
dây, điện thoại di động thế hệ thứ 2, thứ 3 thì hệ thống UWB tiêu thụ công
suất ít hơn và có độ rộng băng tần lớn hơn rất nhiều, điều này được thể hiện
như trên Hình 1.1.
2
Hình 1.1: UWB so sánh với các hệ thống viễn thông khác
1.2 Các tiêu chuẩn kĩ thuật
Hệ thống UWB gồm các tiêu chuẩn kĩ thuật cơ bản sau :
• Băng tần: 3.1 ÷ 10.6 Ghz (tham khảo Hình 1.2)
• Tốc độ:

- Hiện nay: 252Mbps
- Tương lai: 480Mbps
• Công suất:
- Giới hạn công suất phát : -41.3dBm/Mhz
Hình 1.2: Băng tần hoạt động của UWB
3
1.3 Ưu điểm
Các nhà nghiên cứu và sản xuất tin tưởng rằng với các ưu điểm nổi bật về giá
cả, tốc độ, hiệu quả sử dụng phổ tần, công suất sử dụng…, công nghệ UWB
sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các dịch vụ có hiệu quả, đáp
ứng được yêu cầu của người sử dụng mà các hệ thống băng thông hẹp không
thể đáp ứng được.
• Do giá rẻ nên các hệ thống UWB có thể đáp ứng được mong muốn bán
được nhiều sản phẩm của các nhà sản suất và khả năng mua của người
tiêu dùng.
• Tốc độ cao của hệ thống UWB sẽ đem lại sự hài lòng cho người sử
dụng. Hiện nay UWB có thể truyền dữ liệu với tốc độ lên tới 252
Mbps. Và trong tương lai, khả năng có thể lên tới 480 Mbps trong
khoảng cách không quá xa. Do đó, ý tưởng truyền các tập tin lớn là
hoàn toàn có khả năng.
• Với công suất truyền thấp cỡ 1mW, hệ thống UWB có khả năng tiết
kiệm năng lượng và gây ra rất ít nhiễu trong các thiết bị khác trong
cùng phạm vi sử dụng.
• Do tài nguyên phổ tần là cực kì quí hiếm nên việc sử dụng phổ tần một
cách có hiệu quả là rất quan trọng. Hệ thống UWB có thể chia sẻ tối ưu
tài nguyên phổ tần đang được sử dụng mà không cần phải tìm ra một
băng tần mới nhưng không thích hợp. Với việc hoạt động trên tần số rất
cao cỡ GHz mà chưa có thiết bị vô tuyến nào cùng sử dụng nên các hệ
thống UWB không có khả năng gây nhiễu đến các thiết bị vô tuyến
khác.

• Cho phép người sử dụng có thể truy nhập dữ liệu với tốc độ cao một
cách dễ dàng, đơn giản ở mọi nơi, mọi lúc.
4
1.4 Ứng dụng
Từ nhiều năm trước đã có các ứng dụng viễn thông vô tuyến dựa trên công
nghệ UWB trong lĩnh vực quốc phòng, như là các ứng dụng radar hay các hệ
thống định vị.
Đến nay thì trên thế giới người ta đã đưa ra khá nhiều ứng dụng thương
mại khi sử dụng công nghệ UWB.
• Mạng vùng cá nhân không dây tốc độ cao (HDR_WPAN)
UWB với bước sóng ngắn rất thích hợp cho các mạng gia đình WPAN
(Wireless Personal Area Network). Tương lai các mạng không giây giữa
các thiết bị trong gia đình sẽ là UWB với khả năng chia sẻ ảnh số, âm
nhạc, video, dữ liệu, và tiếng nói Ví dụ: bạn có thể xem video trên PC
hoặc các thiết bị điện tử khác như máy quay video, máy phát DVD, HD-
TV (High-Definition Television) qua kết nối không dây UWB. Hiện tại,
UWB cho phép các thiết bị "nói chuyện" với nhau trong phạm vi 10m với
tốc độ là 100÷500 Mbps.
Hình 1.3: Mạng vùng cá nhân không dây tốc độ cao (HDR_WPAN)
Máy quay
Màn hình
DVD
Máy in
Desktop
Computer
Gateway
PDA
Âm thanh
TV
Máy tính

xách tay
Máy ảnh
số
Cầu nối
vô tuyến
Internet
Mạng
tế
bào
vùng
rộng
5
• Mạng vùng không dây thông minh (IWAN)
Mạng IWAN cho phép định vị chính xác các thiết bị có mật độ cao
trong nhà, văn phòng nhờ sự hỗ trợ của các dịch vụ nhận biết ngữ cảnh mà
các hệ thống băng thông hẹp không thể có được. Phạm vi bao phủ khoảng
30m, công suất rất thấp, giá thành rẻ tuy nhiên tốc độ không cao.
Hình 1.4: Mạng vùng không dây thông minh (IWAN)
• Mạng cảm ứng, nhận dạng, định vị (SPIN)
Mạng này phù hợp cho các kho hàng và các nhà máy công nghiệp bởi
nhiễu và môi trường truyền lan rất đặc trưng đưa tới các toà nhà. Khi môi
trường này tiếp tục thay đổi, các hệ thống thích nghi và đòi hỏi một số lớn
các liên kết tin cậy . Mạng SPIN dùng cho một mật độ rất cao các thiết bị
truyền tin có tốc độ thấp kết hợp với khả năng định vị chính xác. Các thiết
bị hoạt động từ khoảng cách trung bình tới khoảng cách dài và chúng hoạt
động giữa thiết bị cá nhân với trạm chủ theo kiểu chủ-tớ.
DVD
PC
Light
TV

Home
Controler
Fan
Motion
sensor
Temperature
sensor
Position
sensor
Position
sensor
Light
sensor
Position
sensor
Position
sensor
Wireless
bridge
Wide
area
cellular
network
(alarms,
remote
control)
6
• Mạng đồng cấp ngoài trời (OPPN)
Đây là mạng của các thiết bị UWB để triển khai ở vùng ngoài trời,
được sử dụng cho các thiết bị PDA và cho phép các kiot số có thể trao đổi

thông tin, download nhanh nhất các văn bản báo cáo, hình ảnh
Ngoài các ứng dụng trên, công nghệ UWB còn có thể cho phép truy
nhập Internet với tốc độ cao và được sử dụng trong các thiết bị USB không
dây, Bluetooth và các mạng ad hoc.
USB không dây áp dụng công nghệ UWB có thể đạt tới cùng một tốc
độ truyền dữ liệu 480 Mb/s. Thế nhưng tần số mà nó đòi hỏi ở PC hoặc
các thiết bị lại nhỏ hơn so với USB dùng cáp. Một điểm hơi bất tiện là
USB không dây sẽ chỉ đạt được tốc độ truyền tối đa 480 Mb/s khi thiết bị
cách máy tính trong vòng 2m. Từ khoảng cách 2m đến 15m, tốc độ truyền
giảm xuống còn 110 Mb/s. Nhưng các nhà nghiên cứu cho biết USB
không dây sẽ sớm đạt đến tốc độ 1Gb/s và thậm chí là nhanh hơn nữa.
UWB hỗ trợ Bluetooth hoạt động nhanh như cáp USB.Với công nghệ
này, chuẩn kết nối không dây phạm vi hẹp trong điện thoại di động và các
thiết bị khác sẽ tiến một bước mới về tốc độ truyền và dung lượng, cho
phép tải video có độ phân giải cao vào máy cầm tay. Hiện nay, Bluetooth
chỉ phù hợp với những thiết bị tốc độ thấp như tai nghe và bàn phím không
dây. UWB sẽ hỗ trợ truyền dữ liệu tương đương cáp USB và FireWire
trong phạm vi hơn 3 mét.
Mạng ad hoc không có cơ sở hạ tầng và nó bao gồm hàng loạt các thiết
bị di động, có thể thông tin với nhau mà không cần các bộ định tuyến cố
định, thậm chí là cả các trạm gốc. Mỗi nút di động có thể hoạt động như
một thiết bị và như một bộ định tuyến. Vì thế nó có thể tìm và duy trì một
tuyến thích hợp tới các nút khác trong mạng. Khi sử dụng công nghệ
UWB, hai thiết bị di động trong mạng có thể xác định chính xác khoảng
cách của chúng trong 10cm và thời gian giữ chậm của máy thu là rất nhỏ
7
(nhỏ hơn 1nano giây). Mạng ad hoc sử dụng công nghệ UWB là một ứng
dụng mới mà có thể khắc phục được nhược điểm chính của các giải pháp
multi-hop truyền thống như là hạn chế công suất, sự lan truyền đa đường
và vị trí của thiết bị di động.

1.5 Nhược điểm
Bên cạnh các ưu điểm thì công nghệ UWB vẫn còn tồn tại một số nhược điểm
không thể tránh khỏi:
• Mới chỉ sử dụng được trong phạm vi hẹp.
• Chưa có một tiêu chuẩn thống nhất giữa các nhà sản xuất với nhau.
1.6 Hoạt động
Khác với các hệ thống thông tin vô tuyến khác, hệ thống UWB không cần
phát các sóng có dạng hình sin mà máy phát UWB hoạt động bằng cách phát
đi hàng tỷ xung trong một dải tần số rộng hàng GHz (độ rộng băng tần phải
lớn hơn 20% tần số trung tâm hoặc ít nhất là 500 MHz). Máy thu UWB làm
việc bằng cách thu tất cả các xung phát đi và chọn lọc lấy những xung tương
hợp với nó. Hay nói cách khác, các hệ thống thông tin vô tuyến khác cần phải
nhân tín hiệu cần phát với sóng mang, sau đó khuếch đại nhằm đưa lên tín
hiệu cao tần để có thể phát đi xa, còn hệ thống UWB không cần sử dụng sóng
mang và khuếch đại mà nó sẽ truyền trực tiếp một chuỗi xung hẹp sau khi đã
điều chế tín hiệu cần truyền. Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống UWB
được thể hiện trên Hình 1.5.
MOD
DEMOD
Data Data
Hình 1.5: Sơ đồ khối hệ thống UWB
Máy phát Máy thu
8
Hình 1.6: Tín hiệu phát bởi máy phát PPM-TH-UWB
1.7 Hướng phát triển
Mục tiêu hàng đầu chính là tìm ra một chuẩn thống nhất giữa các nhà sản suất
với nhau và tiến tới mở rộng phạm vi làm việc của hệ thống. Các nhà nghiên
cứu dự báo UWB sẽ hoạt động như một loại lớp vận chuyển đa năng cho các
ứng dụng không dây phạm vi ngắn.Với những ưu điểm nổi bật chúng ta hoàn
toàn có thể tin tưởng rằng công nghệ UWB sẽ thực sự là một cách mạng

không dây trong khoảng cách ngắn.
9
CHƯƠNG II
LIÊN LẠC BẰNG UWB
Trong chương này chúng ta sẽ xem xét việc liên lạc không dây bằng UWB,
đặc biệt sẽ chú ý đến các phương pháp điều chế gồm phương pháp điều chế vị
trí xung PPM, phương pháp điều chế pha nhị phân, điều chế xung trực giao và
sự phối hợp của các phương pháp đó. Các dãy của các xung riêng rẽ trên các
luồng xung sẽ được giới thiệu. Việc thiết kế máy thu và việc tách xung cũng
sẽ được tìm hiểu.
Chúng ta đi từ môi trường một người sử dụng cho đến xem xét kỹ thuật
đa truy nhập của liên lạc bằng UWB và sẽ xem xét dung lượng của kênh
UWB không dây. Hiệu quả của UWB trên các phương pháp liên lạc không
dây đang có như là các chuẩn mạng vùng nội hạt không dây IEEE 802.11 và
Bluetooth sẽ được chỉ ra. Hàng loạt các phương pháp ngăn ngừa nhiễu từ các
hệ thống băng hẹp tới UWB cũng sẽ được nghiên cứu.
Cuối cùng, khám phá quan trọng dựa trên các giá trị và các khuyết
điểm liên quan của UWB như là phương pháp liên lạc với các kỹ thuật liên
lạc băng rộng khác như là CDMA, OFDM được tìm hiểu.
2.1 Giới thiệu chung
Liên lạc có thể được định nghĩa chung là truyền dẫn thông tin từ nguồn tin tới
nơi nhận. Trong chương này chúng ta định nghĩa việc liên lạc hẹp hơn bởi hạn
chế của chúng ta về liên lạc không dây của luồng dữ liệu số thông tin sử dụng
các xung cực ngắn. Chúng ta tập trung vào lớp vật lý trong các giao thức tổ
chức chuẩn quốc tế ISO.
10
Mô hình chung của một hệ thống liên lạc được thể hiện ở Hình 2.1. Có
ba yếu tố cơ bản được chỉ ra:
• Máy phát: có nhiệm vụ là nhóm dãy dữ liệu số thành các symbol, rồi
sắp xếp các symbol trên dạng sóng tương tự và sau đó phát chúng vào

không trung qua anten.
• Kênh truyền: miêu tả tác động của việc truyền qua khoảng không, bao
gồm cả việc phản xạ, làm méo các xung điện từ tác động lên các đối
tượng khác.
• Máy thu: thu tất cả các năng lượng điện từ từ anten, lấy tín hiệu cực
yếu, tạo lại dạng xung, rồi sắp xếp nó theo các dấu thích hợp và sau đó
tới dãy bit nhị phân.
Trong chương này chúng ta sẽ chỉ xem xét chi tiết đến cấu trúc máy phát
và máy thu, cụ thể là cơ sở các khía cạnh của việc liên lạc như là điều chế.
Hình 2.1: Mô hình chung của một hệ thống liên lạc
2.2 Các phương pháp điều chế UWB
Một xung UWB đơn lẻ không chứa đựng thông tin về chính nó, chúng ta phải
thêm thông tin số cho xung tương tự bằng cách điều chế.Trong các hệ thống
UWB có rất nhiều các phương pháp điều chế cơ bản và chúng ta sẽ nghiên
cứu các phương pháp thật chi tiết.
Bằng cách phân loại các phương pháp điều chế, chúng ta có hai kiểu cơ
bản của phương pháp điều chế dành cho liên lạc bằng UWB được thể hiện ở
Hình 2.2.

Máy phát Kênh truyền

Máy thu
11
Các kĩ thuật dựa vào thời gian Các kĩ thuật dựa vào hình dạng

Hình 2.2: Các phương pháp điều chế dành cho liên lạc bằng UWB
Phương pháp thông dụng nhất là phương pháp điều chế vị trí xung
(PPM), tức là mỗi xung được giữ chậm hoặc được gửi đi trước mức thời gian
không đổi. Vì vậy hệ thống liên lạc nhị phân đã được thiết lập về phía trước
hoặc về phía sau luân phiên theo thời gian. Hệ thống M-ary có thể được tạo ra

bằng sự chậm trễ thời gian riêng biệt của mỗi xung.
Phương pháp thông dụng khác của điều chế là đảo ngược xung, tức là
tạo xung bằng pha ngược nhau, phương pháp này được gọi là điều chế pha nhị
phân (BPM).Điều chế xung trực giao là một kĩ thuật điều chế đáng quan tâm,
phương pháp này cần phải có các dạng xung trục giao nhau được phát đi. Các
Điều chế vị
trí xung
(PPM)
Điều chế pha nhị phân (BPM)
On-off keying (OOK)
Điều chế biên xung (PAM)
Điều chế dạng xung tổng quát
( ,điều chế xung trực giao
OPM)
12
kĩ thuật khác được biết đến dành cho điều chế đều có thể sử dụng được. Ví
dụ:
• OOK là kĩ thuật điều chế mà sự có mặt hay vắng mặt của xung biểu thị
trạng thái số “0” hoặc “1” tương ứng.
• Điều chế biên xung (PAM) là kĩ thuật mà biên của các xung thay đổi để
bao hàm trạng thái số.
Trong tương lai, một số kĩ thuật điều chế truyền thống sẽ không còn
được sử dụng. Như là phương pháp điều tần (FM) rất khó áp dụng vào
UWB, do mỗi xung bao gồm nhiều phần tần số khiến cho rất khó để điều
chế. Chúng ta chú ý là không được nhầm lẫn với phương pháp phân chia
theo tần số (FDM), đây là kĩ thuật khác hoàn toàn, dùng để chia các kênh
liên lạc và đặt cơ sở cho các khối lớn hơn của tần số (được nghiên cứu
sau).Chúng ta bắt đầu tìm hiểu lần lượt các phương pháp điều chế khả thi.
Đầu tiên chúng ta tìm hiểu hai kĩ thuật thông dụng nhất là: PPM và BPM.
Một sự so sánh đơn giản giữa hai phương pháp được chỉ trên Hình 5.3.

Trong Hình 2.3a là dãy xung chưa được điều chế dùng để so sánh.Ví dụ
với phương pháp PPM, xung tương ứng với trạng thái “1”được giữ chậm
đúng lúc (xung hiện ra được di chuyển tới vị trí bên phải), xung tương ứng
với trạng thái “0” di chuyển tới vị trí bên trái (Hình 2.3b). Với phương
pháp BPM thì xung đảo tương ứng với trạng thái “0”, còn xung không đảo
tương ứng với trạng thái “1” (Hình 2.3c).
13
Hình 2.3: So sánh phương pháp PPM và BPM
2.2.1 Điều chế vị trí xung PPM
Thông số quan trọng của phương pháp điều chế vị trí xung là độ trễ của xung.
Bằng định nghĩa một xung cơ sở với dạng bất kì
( )p t
, chúng ta có thể điều chế
dữ liệu bằng thông số giữ chậm
i
τ
để tạo ra các xung
i
s
với thời gian
t
như
trong công thức (2.1)

i
s
=
( )
i
p t

τ
−
(2.1)
Ví dụ chúng ta lấy
1
τ
=
0.75−
,
2
τ
=
0.25−
,
3
τ
=
0.25
,
4
τ
=
0.75
để tạo ra một hệ
thống PPM 4-ary. Ta có 4 dạng xung sau

1
2
3
4

( 0.75)
( 0.25)
( 0.25)
( 0.75)
p t
p t
s p t
s p t
s
s
= +
= +
= −
= −
(2.2)
Ưu điểm chính của PPM xuất hiện từ sự đơn giản và không bị ràng
buộc của nó với độ trễ có thể điều khiển được. Mặt khác việc điều khiển thời
gian vô cùng tốt của hệ thống UWB là cần thiết để điều chế các xung chính
xác tới từng nano giây.
(a) Dãy xung chưa được điều chế
(b) PPM
(c) BPM
t
t
t
1 1 0 1 0
01011
14
2.2.2 Điều chế pha nhị phân BPM
Điều chế pha nhị phân BPM có thể được định nghĩa như là một dạng của điều

chế hình dạng. Vì pha của một hệ thống liên lạc có hình sin được gắn với sự
trễ của một sóng sin, việc dùng quá nhiều thuật ngữ pha trong UWB có thể bị
nhầm lẫn. Tuy nhiên việc sử dụng BPM đã trở nên thông dụng trong UWB, vì
vậy chúng ta tiếp tục sử dụng nó ở đây. Điều chế pha nhị phân được hiểu đơn
giản là sự đảo ngược của dạng xung riêng biệt, bởi vậy chúng ta đưa ra hàm
sau

( ),
i i
s p t
σ
=

1, 1
i
σ
= −
(2.3)
để tạo ra một hệ thống nhị phân đặt cơ sở cho việc đảo ngược xung cơ sở
( )p t
. Thông số
σ
thường được hiểu như là độ nặng xung, nhưng ở đây chúng ta
sẽ xem nó như là thông số hình dạng. Với một hệ thống nhị phân, hai hình
dạng xung tổng hợp
1
s
,
2
s

được định nghĩa đơn giản là
1
( )p ts =
và
2
( )p ts = −
.
Một trong các lí do sử dụng điều chế pha nhị phân, đặc biệt trong việc
so sánh với điều chế vị trí xung là độ lợi 3dB trong hiệu quả công suất. Đây
chỉ là chức năng của kiểu phương pháp điều chế. Điều chế pha nhị phân là
một phương pháp điều chế hoàn toàn đối lập.
Nếu PPM giữ chậm bằng một độ rộng xung, thì BPM có thể gửi gấp hai
lần số các xung và hai lần thông tin, vì vậy đạt được một hệ thống mà tất cả
mọi thứ khác trở nên ngang bằng, gấp hai lần tốc độ dữ liệu.
Cái lợi nữa của việc sử dụng BPM là giá trị trung bình của
σ
bằng
zero. Ngoài ra điều chế pha nhị phân trong UWB còn có hàng loạt lợi ích
khác:
• Nó đưa ra một tỉ lệ công suất yếu tới trung bình ít hơn 8 dB. Vì vậy,
việc dùng pha nhị phân không đòi hỏi các diod tunnel hay mạch khuếch
đại công suất. Thay vào đó nó có thể được lái trực tiếp từ IC CMOS có
tốc độ cao, điện áp thấp.
15
2.3 Các phương pháp điều chế khác
Các phương pháp khác đã được đề xuất mặc dù phương pháp PPM và BPM là
các phương pháp điều chế chính trong các hệ thống liên lạc UWB.
Việc so sánh các kĩ thuật điều chế khác của liên lạc bằng UWB được
thể hiện trong Hình 2.4.
Trong Hình 2.4(a) là chuỗi xung chưa được điều chế dùng để so sánh.

Một ví dụ của điều chế biên xung được đưa ra trong Hình 2.4(b), xung có
biên độ lớn tương ứng với mức “1” và xung có biên độ nhỏ hơn tương ứng
với mức “0”, trong khi ở Hình 2.4(c) phương pháp on-off keying điều chế dữ
liệu với sự có mặt của xung tuơng ứng mức “1” và xung không có mặt tương
ứng mức “0”. Hình 2.4(d) cho ví dụ về điều chế xung trực giao, xung
Hermitian thứ 3 đã sửa đổi tương ứng mức “1”, còn xung Hermitian thứ 2 đã
sửa đổi tương ứng mức “0”.
16
Hình 2.4: So sánh các kĩ thuật điều chế khác của liên lạc bằng UWB
2.3.1 Điều chế xung trực giao
Trong ba kĩ thuật điều chế không theo qui ước, điều chế xung trực giao
(OPM) có đặc tính là các xung trực giao với nhau. Thuận lợi của việc sử dụng
các xung trực giao không liên quan mật thiết tới việc điều chế nhưng liên
quan hơn đến phương pháp đa truy nhập.
Trong hệ thống liên lạc có hình sin băng thông hẹp, các hàm sin và cos
trực giao tạo thành cơ sở của thông tin liên lạc. Trong UWB chúng ta có thể
thiết kế các dạng xung khác nhau mà có đặc tính trực giao với nhau. Đáng tiếc
là một thông số dạng xung đơn giản
σ
là không đủ để mô tả tập hợp các xung
(a) Dãy xung chưa được điều chế
(b) PAM
(c) OOK
t
t
t
t
(d) OPM
1 1 10 0
11 1 00

1
1 0 01
17
mà chúng ta có thể gặp phải, và ở đây chúng ta xem mỗi xung trong tổng
1 2
.
i
p p p
được thiết kế là trực giao với nhau.
Ba kĩ thuật điều chế đã hiện diện trước là điều chế vị trí xung, điều chế
pha nhị phân và điều chế xung trực giao đã được đề xuất sử dụng trong thông
tin liên lạc băng thông cực rộng. Trong thời gian tới thì hai kĩ thuật điều chế
biên xung và OOK cũng được dùng trong UWB.
2.3.2 Điều chế biên xung
Điều chế biên xung (PAM) có thể tương ứng với hàm sau

( )
i i
s p t
σ
=

0
i
σ
>
(2.4)
thông số dạng xung
σ
lấy các giá trị dương lớn hơn 0.Ví dụ chúng ta lấy

1,2
i
σ
=
và thu được xung nhị phân
1 2
( ), 2 ( )s p t s p t= =
.
Về mặt tổng quát điều chế biên độ không được ưu tiên cho việc liên lạc
pham vi cực ngắn. Do là tín hiệu đã điều chế biên độ thì có biên độ nhỏ hơn,
do đó dễ mắc phải nhiễu, tạp âm hơn là biên độ rộng hơn tương ứng với nó.
Trong các hệ thống có hình sin, các hệ thống đã điều chế biên độ thường được
biểu thị bởi các yêu cầu độ rộng băng thông hẹp tương đối và không có hiệu
quả công suất. Vì vậy, lợi ích chính (độ rộng băng thông hẹp) có thể được
xem là trái với UWB, và trong phần lớn các ứng dụng UWB có hiệu quả công
suất cao.
2.3.3 On-off keying
OOK của UWB có thể được mô tả đặc điểm như một kiểu của điều chế hình
dạng xung mà thông số hình dạng
s
là 0 hoặc 1, như trong hàm 2.6

( )
i i
s p t
σ
=

0,1
i

σ
=
(2.6)
Ví dụ, xung “on” được tạo khi
1
i
σ
=
và xung “off” khi
0
i
σ
=
, vì vậy
1
( )s p t=

và
2
0s =
.
18
Khó khăn chính của OOK là sự có mặt của đa đường, trong đó sự dội
lại của các xung chính hay các xung khác làm nó khó xác định rõ xung không
có mặt. OOK là phương pháp điều chế nhị phân, tương tự như BPM, nhưng
nó không thể mở rộng tới phương pháp điều chế M-ary như là PPM, PAM và
OPM.
2.3.4 Tóm lược về các phương pháp điều chế UWB
Sau khi đã tìm hiểu về các phương pháp điều chế dành cho liên lạc bằng
UWB, chúng ta sẽ đưa ra ưu điểm, nhược điểm của từng phương pháp điều

chế như trong bảng sau:
Bảng 2.1: Ưu, nhược điểm của từng phương pháp điều chế
2.4 Các chuỗi xung
Trong phần này chúng ta xem xét tập hợp các xung được dùng cho việc điều
chế của thông tin số trên các dạng xung tương tự. Bây giờ chúng ta sẽ chú ý
tới các chuỗi xung mà sẽ có thể phát rất nhiều trong thông tin hơn là một xung
đơn lẻ. Một chuỗi xung chưa điều chế
( )s t
với một xung không đổi ở đầu ra
được viết là

( ) ( )
n
s t p t nT
∞
=−∞
= −
∑
(2.7)
T
là chu kỳ xung và
( )p t
là xung cơ sở.
Phương pháp
điều chế
Ưu điểm Nhược điểm
PPM
BPM
OPM
PAM

OOK
Đơn giản
Đơn giản, hiệu quả
Dùng cho đa truy nhập
Đơn giản
Đơn giản
Cần giải quyết tốt hơn về thời gian
Chỉ có nhị phân
Phức tạp
Có nhiễu
Chỉ có nhị phân, có nhiễu
19