Nghiên cứu phương pháp tăng độ ổn định của hệ thống điện đơn giản bằng cách sa thải phụ tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Đinh Quốc Nam

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP
TĂNG ĐỘ ỔN ĐINH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
ĐƠN GIẢN BẰNG CÁCH SA THẢI PHỤ TẢI

Chuyên ngành : Hệ Thống Điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
T.S NGUYỄN THỊ NGUYỆT HẠNH

Hà Nội – 2012


 

LỜI NÓI ĐẦU
Trong khoảng 25 năm trở lại đây, truyền thông băng siêu rộng (UWB) được
quan tâm nghiên cứu rộng rãi, đặc biệt là các ứng dụng trong radar, thăm dò, các
thiết bị cầm tay và các ứng dụng trong quân sự. Với nhiều ưu điểm như độ phức tạp
thấp, giá thành rẻ, ít gây nhiễu cho các hệ thống khác, chống nhiễu và độ phân giải
thời gian cao,... các hệ thống truyền thông băng siêu rộng đang được tập trung phát
triển mạnh mẽ cho nhiều lĩnh vực khác nhau.
Bên cạnh đó, để đáp ứng yêu cầu về mã hóa thông tin và bảo mật trong thời đại

thông tin hiện nay, các hệ thống hỗn loạn với các ưu điểm của nó như giống nhiễu,
phổ rộng, nhạy với điều kiện đầu cũng đã được nghiên cứu trong khoảng 20 năm
gần đây. Lý thuyết hỗn loạn thu hút được sự quan tâm, nghiên cứu trong các lĩnh
vực khác nhau trong truyền thông như điều chế, mã hóa, bảo mật, trải phổ,... Trong
lĩnh vực điều chế tín hiệu, nhiều phương pháp điều chế sử dụng kỹ thuật hỗn loạn
đã được đề xuất. Trong đó, phương pháp điều chế vị trí xung hỗn loạn (CPPM) là
một trong những phương pháp hiệu quả trong việc làm giảm tác động của nhiễu và
méo trên kênh truyền.
Dựa trên những hướng phát triển này trong truyền thông băng siêu rộng và
truyền thông hỗn loạn, đề tài “Điều chế vị trí xung hỗn loạn” nhằm thiết kế một hệ
thống thu phát dùng phương pháp điều chế và giải điều chế CPPM với các chùm
xung hỗn loạn có băng tần siêu rộng thay vì các xung cực ngắn của truyền thông
UWB thông thường. Do đó, hệ thống vẫn đảm bảo được tính bảo mật với việc điều
chế CPPM, vừa tạo ra được tín hiệu có băng siêu rộng một cách dễ dàng hơn, khắc
phục được những nhược điểm liên quan đến xung cực ngắn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy hướng dẫn TS. Hoàng Mạnh Thắng đã
tận tình hướng dẫn và hỗ trợ nhóm nghiên cứu và cá nhân em và trong thời gian
thực hiện đề tài này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy Vũ Văn Yêm đã giúp
nhóm trong việc kiểm tra và đo đạc mạch cao tần. Cảm ơn các bạn Vũ Quang Hiển,
Dương Phú Thái và Phan Tấn Dũng trong nhóm đã tạo thuận lợi cho cá nhân em
trong quá trình hoàn thành đồ án.

1 


 

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Các hệ thống sử dụng kỹ thuật điều chế vị trí xung hỗn loạn (CPPM) đã được
nghiên cứu và sử dụng trong khoảng 10 năm gần đây. Để sử dụng cho truyền thông

băng siêu rộng UWB, các hệ thống CPPM có thể sử dụng các xung cực ngắn giống
như trong các hệ thống thông tin băng siêu rộng truyền thống. Tuy nhiên, việc này
đòi hỏi yêu cầu đồng bộ chặt chẽ về mặt thời gian. Với đặc điểm có phổ rộng và dễ
tạo, tín hiệu hỗn loạn hoàn toàn có thể thay thế được các xung cực ngắn trong hệ
thống CPPM để khắc phục nhược điểm trên.
Đồ án này đề cập tới việc sử dụng tín hiệu hỗn loạn có băng siêu rộng cho hệ
thống thu phát sử dụng kỹ thuật điều chế CPPM, trong đó cụ thế hóa thiết kế chi
tiết, mô phỏng hệ thống cũng như chế tạo thử nghiệm thiết bị trong thực tế.
Dựa trên các kết quả trên, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục hoàn thiện sản phẩm và
đánh giá chất lượng hệ thống.

2 


 

ABSTRACT
Chaotic Pulse Position Modulation (CPPM) Systems have been studied and
used for 10 years recently. To be suitable for ultra-wide band communications,
CPPM systems can employ very short pulses as used in traditional ultra-wide band
communication ones. However, this technique requires a strictly synchronization
between transmitter and receiver. With wide-band and easy-to-generate
characteristics, chaotic signal totally can replace very short pulses to overcome the
above disadvantages.
This thesis will describle utilization of ultra-wide band chaotic signal to CPPM
transceiver systems, which specifies details of design, simulation of system as well
as implementation of prototype device in reality
Based on these results, our research group is implemeting the real system and
then evaluating its performance.

3 


 

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................... 1 
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ............................................................................................................................ 2 
ABSTRACT ....................................................................................................................................... 3 
DANH SÁCH HÌNH VẼ ................................................................................................................... 7 
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ............................................................................................................ 11 
DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ................................................................. 12 
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 13 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG BĂNG SIÊU RỘNG (UWB) ...................... 15 
1.1 Cơ bản về truyền thông băng siêu rộng .................................................................................. 15 
1.1.1 Giới thiệu ........................................................................................................................ 15 
1.1.2 Ưu điểm của UWB .......................................................................................................... 15 
1.2 Các quy định về UWB ........................................................................................................... 17 
1.2.1 Quy định UWB ở Mỹ ...................................................................................................... 17 
1.2.2 Quy định ở châu Âu ........................................................................................................ 18 
1.3 Mô hình kênh UWB ............................................................................................................... 21 
1.3.1 Mô hình kênh vô tuyến UWB ......................................................................................... 21 
1.3.2 Mô hình suy hao .............................................................................................................. 23 
1.4 Sơ đồ điều chế ........................................................................................................................ 24 
1.4.1 Sơ đồ xung radio ............................................................................................................. 24 
1.4.2 Sơ đồ đa sóng mang ........................................................................................................ 26 
1.4.3 Điều chế dữ liệu .............................................................................................................. 30 
1.4.4 Trải phổ ........................................................................................................................... 33 
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG HỖN LOẠN................................................ 41 
2.1 Tổng quan về hỗn loạn ........................................................................................................... 41 

2.1.1 Giới thiệu ........................................................................................................................ 41 
2.1.2 Ứng dụng hỗn loạn vào truyền thông .............................................................................. 42 
2.2 Một số hệ thống hỗn loạn điển hình ....................................................................................... 44 
4 


 
2.2.1 Hệ thống Lorenz .............................................................................................................. 44 
2.2.2 Hệ thống Rossler ............................................................................................................. 44 
2.2.3 Mạch Chua ...................................................................................................................... 45 
2.2.4 Mạch dao động Colpitts .................................................................................................. 47 
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TẠO TÍN HIỆU HỖN LOẠN BĂNG SIÊU RỘNG .................... 49 
3.1. Phát tín hiệu hỗn loạn băng siêu rộng dùng mạch Colpitts ................................................... 49 
3.1.1. Bộ dao động Colpitts cải tiến ......................................................................................... 49 
3.1.2. Bộ dao động Colpitts hai tầng có hồi tiếp trễ. ................................................................ 52 
3.2. Phát tín hiệu hỗn loạn băng siêu rộng dùng bộ dao động 2.5 bậc tự do ................................ 55 
3.3. Phát tín hiệu hỗn loạn băng siêu rộng dùng bộ dao động khuếch đại vòng (RSOS - Ring
Structure Oscillation System) ...................................................................................................... 57 
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ DÙNG KỸ THUẬT HỖN
LOẠN .............................................................................................................................................. 60 
4.1 Các kỹ thuật điều chế và giải điều chế số hỗn loạn thông thường ......................................... 60 
4.1.1 Từ truyền thông thông thường tới truyền thông hỗn loạn ............................................... 60 
4.1.2 Phân loại các hệ thống thông tin hỗn loạn ...................................................................... 61 
4.1.3 Khóa dịch hỗn loạn (CSK) .............................................................................................. 62 
4.1.4 Khoá dịch hỗn loạn vi sai (DCSK) ................................................................................. 66 
4.1.5 Các hệ thống điều chế khác ............................................................................................. 68 
4.2 Phương pháp điều chế và giải điều chế vị trí xung hỗn loạn CPPM ...................................... 72 
4.2.1 Nguyên lý và hoạt động của CPPM ................................................................................ 72 
4.2.2 Đánh giá tỉ số lỗi bit (BER) của phương pháp CPPM .................................................... 74 
CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG ĐIỀU CHẾ VỊ TRÍ XUNG HỖN LOẠN (CPPM)

CHO TRUYỀN THÔNG BĂNG SIÊU RỘNG ............................................................................... 78 
5.1. Sơ đồ khối hệ thống .............................................................................................................. 78 
5.1.1. Sơ đồ khối tổng quát ...................................................................................................... 78 
5.1.2. Máy phát ........................................................................................................................ 79 
5.1.3. Máy thu .......................................................................................................................... 80 

5 


 
5.1.4. Khối mạch số ................................................................................................................. 81 
5.2. Mô phỏng hệ thống và kết quả .............................................................................................. 82 
5.2.1. Sơ đồ hệ thống ............................................................................................................... 82 
5.2.2. Phía phát ......................................................................................................................... 82 
5.2.3. Phía thu .......................................................................................................................... 86 
5.2.4. Kết quả mô phỏng và đánh giá ....................................................................................... 88 
5.3. Thiết kế chi tiết mạch điện thu phát ...................................................................................... 91 
5.3.1. Khối nguồn ..................................................................................................................... 92 
5.3.2. Mạch phát hỗn loạn cao tần ........................................................................................... 92 
5.3.3. Mạch thu ........................................................................................................................ 93 
5.3.4. Chuyển mạch antenna .................................................................................................... 97 
5.3.5. CPLD ............................................................................................................................. 98 
5.3.6. Vi điều khiển ................................................................................................................ 102 
5.3.7. Mạch điện triển khai thực tế ......................................................................................... 105 
5.4 Kết quả đo đạc và đánh giá .................................................................................................. 105 
5.4.1. Kết quả đo dạng tín hiệu cao tần .................................................................................. 105 
5.4.2. Đo đạc mạch điều chế trên CPLD ................................................................................ 107 
5.4.3. Đánh giá kết quả .......................................................................................................... 108 
5.4.4. Hướng phát triển .......................................................................................................... 109 
KẾT LUẬN .................................................................................................................................... 110 

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................. 111 

 
 

6 


 

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Dạng xung đơn chu kỳ trong miền thời gian (a) và miền tần số (b) ............... 25
Hình 1.2 Sơ đồ khối và phổ của hệ thống MC-CDMA ................................................. 27
Hình 1.3 Sơ đồ khối và phổ của hệ thống MC-DS-CDMA ........................................... 27
Hình 1.4 Sơ đồ khối và phổ của hệ thống MC-CDMA ................................................. 28
Hình 1.5 Nhóm phổ thứ nhất trong UWB đa băng ........................................................ 29
Hình 1.6 Nhóm phổ thứ hai trong UWB đa băng (so le với nhóm phổ thứ nhất) ......... 29
Hình 1.7 Dạng xung BPAM cho "1" và bit "0" ............................................................. 30
Hình 1.8 Dạng xung OOK cho bit "1" và bit "0"........................................................... 31
Hình 1.9 Dạng xung PPM cho bit "1" và bit "0" ........................................................... 32
Hình 1.10 Minh họa dạng xung cho điều chế PSM ....................................................... 33
Hình 1.11 Phổ của chuỗi xung không dùng (a) và có dùng kỹ thuật ngẫu nhiên hóa ... 34
Hình 1.12 Kỹ thuật điều chế trí xung nhảy thời gian (TH-PPM) .................................. 35
Hình 1.13 Khái niệm hệ thống nhảy thời gian ............................................................... 35
Hình 1.14 Cửa sổ thời gian của một bit dữ liệu truyền trong điều chế BPAM trải phổ
nhảy thời gian ................................................................................................................. 36
Hình 1.15 Cửa sổ thời gian của một bit dữ liệu truyền đi trong điều chế PPM trải phổ
nhảy thời gian ................................................................................................................. 37
Hình 1.16 Cửa sổ thời gian của một bit dữ liệu truyền đi trong điều chế PSM trải phổ
nhảy thời gian ................................................................................................................. 37

Hình 1.17 Khái niệm hệ thống UWB trải phổ dãy trực tiếp .......................................... 38
Hình 1.18 Cửa sổ thời gian của một bit dữ liệu truyền đi trong điều chế BPAM trải phổ
dãy trực tiếp.................................................................................................................... 38
Hình 1.19 Cửa sổ thời gian của một bit dữ liệu truyền đi trong điều chế OOK trải phổ
dãy trực tiếp.................................................................................................................... 39
Hình 1.20 Cửa sổ thời gian của một bit dữ liệu truyền đi trong điều chế PSM trải phổ
dãy trực tiếp.................................................................................................................... 39
Hình 2.1 Trạng thái hỗn loạn của hệ thống Lorenz theo thời gian (a) và quỹ đạo pha
của chúng (b) .................................................................................................................. 44
Hình 2.2 Trạng thái hỗn loạn của hệ thống Rossler theo thời gian (a) và quỹ đạo pha
của chúng (b) .................................................................................................................. 45
Hình 2.3 Sơ đồ mạch Chua ............................................................................................ 45
7 


 

Hình 2.4 Đặc tuyến I-V của Chua Diode ....................................................................... 46
Hình 2.5 Trạng thái hỗn loạn của mạch Chua ............................................................... 46
Hình 2.6 Sơ đồ mạch dao động Colpitts ........................................................................ 47
Hình 2.7 Trạng thái hỗn loạn của mạch dao động Colpitts ........................................... 48
Hình 3.1 Sơ đồ mạch bộ dao động Colpitts chuẩn (a) và cải tiến (b) ............................ 50
Hình 3.2 Dạng sóng mô phỏng (a) và quỹ đạo pha (b) của bộ dao động Colpitts cải tiến
........................................................................................................................................ 51
Hình 3.3 Phổ tín hiệu của bộ dao động Colpitts cải tiến ................................................ 52
Hình 3.4 Sơ đồ mạch bộ dao động Colpitts hai tầng ..................................................... 52
Hình 3.5 Sơ đồ mạch bộ dao động Colpitts hai tầng có trễ ........................................... 53
Hình 3.6 Quỹ đạo pha của bộ dao động Colpitts hai tầng có trễ ................................... 54
Hình 3.7 Dạng sóng mô phỏng và phổ tín hiệu của bộ dao động Colpitts hai tầng có trễ
........................................................................................................................................ 55

Hình 3.8 Sơ đồ mạch dao động 2.5 bậc tự do ................................................................ 55
Hình 3.9 Sơ đồ phân nhánh (a) và quỹ đạo pha vBE

vA (b)(c) của bộ dao động 2.5

bậc tự do ......................................................................................................................... 57
Hình 3.10 Tín hiệu hỗn loạn của bộ dao động 2.5 bậc tự do trong miền thời gian (a) và
miền tần số (b)................................................................................................................ 57
Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ khuếch đại vòng RSOS ................................................... 58
Hình 3.12 Phổ công suất của tín hiệu đầu ra (mô phỏng) với giá trị nguồn khác nhau . 59
Hình 3.13 Phổ công suất của tín hiệu đầu ra của mạch thực nghiệm ............................ 59
Hình 4.1 Sơ đồ khối thông tin số CSK .......................................................................... 63
Hình 4.2 Sơ đồ khối bộ giải điều chế CSK dựa trên đánh giá sai số đồng bộ ............... 63
Hình 4.3 Sơ đồ khối bộ giải điều chế CSK dựa trên sự tương quan .............................. 64
Hình 4.4 Bộ điều chế CSK dùng năng lượng bit ........................................................... 65
Hình 4.5 Bộ giải điều chế CSK dùng năng lượng bit .................................................... 65
Hình 4.6 Bộ điều chế DCSK .......................................................................................... 66
Hình 4.7 Bộ giải điều chế DCSK ................................................................................... 67
Hình 4.8 Sơ đồ khối DCSK điều tần .............................................................................. 68
Hình 4.9 Sơ đồ hệ thống khóa dịch trễ tương quan CDSK............................................ 69
Hình 4.10 Hệ thống CSK đối xứng: (a) Bộ điều chế; (b) Bộ giải điều chế ................... 70
Hình 4.11 Hệ thống CSK cầu phương ........................................................................... 72
8 


 

Hình 4.12 Minh họa phương pháp tách bit thông tin CPPM ......................................... 75
Hình 4.13 Xác suất lỗi của các hệ thống BPSK lý tưởng, FSK không đồng bộ và PPM
lý tưởng so sánh với hệ thống CPPM ............................................................................ 77

Hình 5.1 Sơ đồ khối phía phát ....................................................................................... 78
Hình 5.2 Sơ đồ khối phía thu ......................................................................................... 78
Hình 5.3 Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................................ 79
Hình 5.4 Sơ đồ khối chi tiết hệ thống ............................................................................ 79
Hình 5.5 Dạng tín hiệu xung kích và chùm xung hỗn loạn UWB tương ứng ............... 80
Hình 5.6 Sơ đồ khối máy thu ......................................................................................... 81
Hình 5.7 Sơ đồ khối khối mạch số ................................................................................. 81
Hình 5.8 Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều chế và giải điều chế vị trí xung hỗn loạn cho
truyền thông băng siêu rộng ........................................................................................... 82
Hình 5.9 Sơ đồ mô phỏng phía phát .............................................................................. 82
Hình 5.10 Sơ đồ mô phỏng khối điều chế vị trí xung hỗn loạn ..................................... 83
Hình 5.11 Sơ đồ chi tiết mô phỏng bộ phát tín hiệu hỗn loạn phía phát ....................... 84
Hình 5.12 Sơ đồ chi tiết mô phỏng bộ dao động Colpitts cải tiến ................................. 85
Hình 5.13 Sơ đồ chi tiết mô phỏng bộ dao động 2.5 bậc tự do...................................... 86
Hình 5.14 Sơ đồ khối mô phỏng phía thu ...................................................................... 86
Hình 5.15 Sơ đồ mô phỏng khối tách biên và so sánh ngưỡng...................................... 87
Hình 5.16 Sơ đồ mô phỏng khối giải điều chế vị trí xung hỗn loạn .............................. 87
Hình 5.17 Sơ đồ chi tiết mô phỏng hàm phi tuyến hỗn loạn phía thu ........................... 88
Hình 5.18 Kết quả mô phỏng phía phát khi dùng bộ dao động Colpitts cải tiến ........... 88
Hình 5.19 Kết quả mô phỏng phía phát khi dùng bộ dao động 2.5 bậc tự do ............... 89
Hình 5.20 Kết quả mô phỏng sau bộ tách biên và so sánh ngưỡng khi dùng bộ dao động
Colpitts ........................................................................................................................... 89
Hình 5.21 Kết quả mô phỏng sau bộ tách biên và so sánh ngưỡng khi dùng bộ dao động
2.5 bậc tự do ................................................................................................................... 90
Hình 5.22 Kết quả mô phỏng sau bộ giải điều chế CPPM ở phía thu ........................... 90
Hình 5.23 Sơ đồ mạch nguyên lý của bộ thu phát ......................................................... 91
Hình 5.24 Sơ đồ chân ADP3303 .................................................................................... 92
Hình 5.25 Tạo nguồn nuôi 1.8V cho CPLD .................................................................. 92 
Hình 5.26 Sơ đồ mạch phát tín hiệu hỗn loạn dùng trong bộ thu phát PPS-40 ............. 93
9 

 

Hình 5.27 Sơ đồ chân của LNA MGA-86576 ............................................................... 94
Hình 5.28 Sơ đồ mạch thử nghiệm của MGA-86576 .................................................... 94
Hình 5.29 Cổng logic đảo dùng IRF7307 để điều khiển cấp nguồn cho LNA .............. 94
Hình 5.30 Sơ đồ mạch của AD8317 .............................................................................. 95
Hình 5.31 Quan hệ giữa công suất tín hiệu vào (dBm), sai số (dB) và điện áp đầu ra
(V): (a) Đặc tuyến thường gặp, (b) Đặc tuyến khi hoạt động ở tần số 3.6GHz ............. 95
Hình 5.32 Sơ đồ khối DAC 5300 ................................................................................... 96
Hình 5.33 Sơ đồ chân của AD5300 ............................................................................... 96 
Hình 5.34 Biểu đồ thời gian chế độ ghi nối tiếp của AD5300 ....................................... 96
Hình 5.35 Nội dung 16 bit cần truyền cho DAC ........................................................... 96
Hình 5.36 Sơ đồ chân bộ so sánh ngưỡng TLV3502 ..................................................... 97
Hình 5.37 Sơ đồ chân của HMC536MS8G ................................................................... 97
Hình 5.38 Mạch nguyên lý phần chuyển mạch .............................................................. 98
Hình 5.39 Sơ đồ khối module điều chế ở mạch phát trên CPLD................................... 99
Hình 5.40 Sơ đồ khối mạch thu gồm CPLD, DAC và MCU ......................................... 99
Hình 5.41 Sơ đồ FSM của FIFO_controller và bảng chuyển trạng thái tương ứng..... 101
Hình 5.42 Sơ đồ mạch tổng hợp khối tentmap tạo hỗn loạn........................................ 101
Hình 5.43 Sơ đồ mạch tổng hợp khối điều chế CPPM ................................................ 101
Hình 5.44 Sơ đồ tổng hợp mạch khối giải điều chế CPPM ......................................... 102
Hình 5.45 Sơ đồ khối chương trình trong vi điều khiển .............................................. 103
Hình 5.46 Lưu đồ thuật toán điều khiển của vi điều khiển: a) phía phát, b) phía thu 104
Hình 5.47 Mạch điện mạch thu phát PPS-40 trong thực tế: a) mặt trên gồm các khối
tạo hỗn loạn, antenna, CPLD, LNA, tách biên và so sánh; b) mặt dưới gồm vi điều
khiển và mạch nguồn; c) Mạch thu phát sau khi gắn mạch sensor ngoài .................... 105
Hình 5.48. Tín hiệu chùm xung cao tần hỗn loạn tại: a) mạch phát b) mạch thu ...... 106
Hình 5.49 Dạng phổ của tín hiệu hỗn loạn UWB phát đi ............................................ 106

Hình 5.50 Dạng xung tín hiệu sau khôi phục............................................................... 107
Hình 5.51 Chương trình LabView kiểm tra mạch điều chế/giải điều chế CPPM....... 108 

10 


 

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Giới hạn phát xạ của FCC cho các ứng dụng truyền thông UWB trong nhà
và ngoài trời ..............................................................................................................17
Bảng 1.2 Giới hạn phát xạ của ITU cho các ứng dụng truyền thông UWB trong nhà
và ngoài trời ..............................................................................................................18
Bảng 4.1 Bảng phân loại các hệ thống thông tin hỗn loạn........................................61
Bảng 5.1 Điện trở hiệu chỉnh Rtadj của AD8317 .....................................................95
Bảng 5.2 Bảng chân lý của chuyển mạch HMC536MS8G.......................................97
Bảng 5.3 Số phần tử logic của các họ CPLD ............................................................98
Bảng 5.4 Số cổng I/O của các họ CPLD ...................................................................99

11 


 

DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ASK

Amplitude Shift Keying

Khóa dịch biên độ

BER

Bit Error Ratio

Tỉ số lỗi bit

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

COOK

Chaotic On-Off Keying

Khóa đóng mở hỗn loạn

CPPM

Chaotic Pulse Position Modulation

Điều chế vị trí xung hỗn loạn

CSK

Chaotic Shift Keying

Khóa dịch hỗn loạn

DAC

Digital-to-Analog Converter

Bộ chuyển đổi số-tương tự

DCSK

Differential Chaos Shift Keying

Khóa dịch hỗn loạn vi sai

EIRP
FCC
IEEE
ITU

Equivalent Isotropically Radiated
Power
Federal Communications

Công suất phát xạ đẳng hướng
Ủy ban truyền thông liên bang

Commission
Institute of Electrical and

Viện kỹ sư điện và điện tử

Electronics Engineers
International Telecommunication
Union

Liên minh Viễn thông Quốc tế

LNA

Low-Noise Amplifier

Bộ khuếch đại tạp âm thấp

OOK

On-Off Keying

Khóa đóng mở

PAM

Pulse Amplitude Modulation

Điều chế biên độ xung

PPM

Pulse Position Modulation

Điều chế vị trí xung

PSM

Pulse Shape Modulation

Điều chế dạng xung

RSOS

Ring-Structure Oscillation System

SNR

Signal-to-Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

UWB

Ultra-Wide Band

Băng siêu rộng

12 

Hệ thống dao động cấu trúc
vòng


 

PHẦN MỞ ĐẦU
Đồ án trình bày về việc thực hiện phương pháp điều chế và giải điều chế vị trí
xung hỗn loạn CPPM cho truyền thông băng siêu rộng UWB. Để thực hiện đề tài, ta
có thể sử dụng các xung cực ngắn nhằm tạo ra phổ rộng cho phương pháp điều chế
và giải điều chế vị trí xung hỗn loạn CPPM. Tuy nhiên, kỹ thuật này có hạn chế là
yêu cầu đồng bộ chặt chẽ giữa phía phát và phía thu. Vì vậy, một kỹ thuật khác
dùng tín hiệu hỗn loạn có băng siêu rộng cho phương pháp điều chế và giải điều chế
CPPM sẽ được trình bày trong đồ án này. Kỹ thuật này vừa tận dụng được tính chất
phổ siêu rộng và dễ dàng tạo ra của tín hiệu hỗn loạn, vừa có được tính bảo mật cho
cho việc truyền thông do sử dụng phương pháp điều chế CPPM.
Mục tiêu đặt ra trong quá trình thực hiện đồ án là:
- Tìm hiểu các hệ thống truyền thông băng siêu rộng và các hệ thống truyền
thông dùng kỹ thuật hỗn loạn.
- Xây dựng sơ đồ khối hệ thống thu phát sử dụng phương pháp điều chế và
giải điều chế CPPM cho truyền thông băng siêu rộng.
- Mô phỏng hệ thống thu phát trên Matlab và đánh giá kết quả.
- Thiết kế chi tiết thống thu phát để có thể xây dựng hệ thống thật.
- Chế tạo thử nghiệm hệ thống trên thực tế.

Đồ án được chia làm 5 chương như sau:
 Chương 1: Tổng quan về truyền thông băng siêu rộng
Chương này trình bày các kiến thức tổng quan về truyền thông băng siêu rộng,
bao gồm: khái niệm, các quy định về truyền thông băng siêu rộng, mô hình kênh và
các sơ đồ điều chế thường dùng trong truyền thông băng siêu rộng thông thường.
 Chương 2: Tổng quan về truyền thông hỗn loạn
Trong chương này, các kiến thức tổng quan về truyền thông hỗn loạn được trình
bày bao gồm khái niệm, các ứng dụng trong truyền thông và một số hệ thống hỗn
loạn cơ bản. Chương này cung cấp những nền tảng cơ bản trước khi đi sâu vào các
phương pháp điều chế hỗn loạn ở chương 4.

13 


 

 Chương 3: Phương pháp tạo tín hiệu hỗn loạn băng siêu rộng
Chương này trình bày các phương pháp tạo ra tín hiệu hỗn loạn có băng siêu
rộng, thỏa mãn các định nghĩa và quy định đã nêu ở chương 1. Các phương pháp
gồm có dùng bộ dao động Colpitts có sửa đổi, dùng bộ dao động 2.5 bậc tự do và bộ
khuếch đại vòng.
 Chương 4: Phương pháp điều chế và giải điều chế số dùng kỹ thuật hỗn loạn
Chương này tập trung vào các phương pháp điều chế và giải điều chế số dùng
kỹ thuật hỗn loạn, đặc biệt nhấn mạnh vào phương pháp điều chế và giải điều chế vị
trí xung hỗn loạn CPPM được dùng trong hệ thống thu phát đề xuất ở chương 5.
 Chương 5: Hệ thống truyền thông điều chế vị trí xung hỗn loạn (CPPM) cho
truyền thông băng siêu rộng
Chương này trình các kết quả của việc thực hiện đồ án, bao gồm: sơ đồ khối hệ
thống thu phát, thiết kế chi tiết cho hệ thống thật và mô phỏng hệ thống và kết quả
trên Matlab. Từ những kết quả này, chương 5 sẽ đề cập tới việc chế tạo thử nghiệm

thiết bị thu phát UWB như vậy trong thực tế đồng thời kết luận về tính khả thi,
hướng phát triển tiếp theo.

14 


 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG BĂNG SIÊU RỘNG
(UWB)
Chương này trình bày tổng quan về truyền thông băng siêu rộng bao gồm: các
định nghĩa, quy định về truyền thông băng siêu rộng (phần 1.2), ưu điểm của truyền
thông băng siêu rộng (phần 1.1), mô hình kênh băng siêu rộng (phần 1.3) và các sơ
đồ điều chế trong truyền thông băng siêu rộng (phần 1.4) [1]. Những kiến thức cơ
bản này sẽ được áp dụng trong các chương sau của đồ án.
1.1 Cơ bản về truyền thông băng siêu rộng
1.1.1 Giới thiệu
Các hệ thống thông tin UWB như radio xung và radar xung đều dùng những
xung cực ngắn để truyền đi, từ đó có phổ siêu rộng. Đặc tính giống nhiễu của tín
hiệu UWB làm cho nó khó bị chặn và phát hiện trong quá trình truyền đi. Do mật độ
phổ công suất thấp, tín hiệu UWB tạo ra rất ít nhiễu với các hệ thống radio băng hẹp
đang hoạt động.
Tín hiệu radio xung điều chế thời gian được xem như truyền tin băng tần cơ sở
không sóng mang. Đặc tính không sóng mang này đặc trưng cho hệ thống radio
xung và radar xung, khác với các hệ thống băng hẹp và hệ thống đa sóng mang trải
phổ dãy trực tiếp – cũng được coi là một kỹ thuật băng rộng hoặc siêu rộng. Các tín
hiệu nhỏ nhảy tần nhanh hoặc tín hiệu hình sin suy giảm theo hàm mũ cũng có thể
tạo ra được tín hiệu UWB.
1.1.2 Ưu điểm của UWB
UWB có nhiều ưu điểm thu hút sự quan tâm nhất là các ứng dụng truyền thông

thương mại:
‐ Độ phức tạp thấp, giá thành rẻ
‐ Tín hiệu giống nhiễu
‐ Chịu được hiện tượng đa đường ngay cả trong trường hợp rất xấu, chịu được
can nhiễu
‐ Độ phân giải trong miền thời gian tốt cho các ứng dụng định vị và giám sát

15 


 

Độ phức tạp thấp và giá thành rẻ của hệ thống UWB xuất phát từ đặc tính của
tín hiệu băng tần cơ sở. Không giống như các hệ thống vô tuyến thông thường, bộ
phát UWB tạo ra một xung cực ngắn trong miền thời gian và tín hiệu này được
truyền mà không cần nâng tần và khuếch đại. Quá trình ngược lại cũng không cần
phải hạ tần ở máy thu. Điều này nghĩa là không cần bộ dao động nội ở máy thu, loại
bỏ được các trễ phức hợp và các vòng khóa pha. Bởi vậy, các hệ thống UWB có thể
thực hiện bằng các IC giá rẻ, công suất thấp.
Do mật độ năng lượng thấp và đặc tính giả ngẫu nhiên (pseudo-random) của tín
hiệu truyền đi nên tín hiệu UWB có tính giống nhiễu, khiến cho việc dò được thông
tin là rất khó. Hơn nữa, truyền thông băng UWB không can nhiễu nhiều đến các hệ
thống thông tin hiện tại.
Do đặc tính băng thông rộng của tín hiệu được truyền, ta có thể đạt được độ
phân giải đa đường rất cao. Băng thông rộng cho phép và yêu cầu phân tập tần số
lớn cùng với truyền thông tin rời rạc làm cho tín hiệu băng siêu rộng điều chế thời
gian (TM-UWB) chịu được tốt hiện tượng đa đường và hiện tượng can nhiễu/nhiễu.
Các hệ thống TM-UWB cho phép xác suất bị chặn thấp (LPI) và xác suất bị phát
hiện thấp (LPD). Bởi vậy, các hệ thống này phù hợp với các ứng dụng trong quân
sự và các ứng dụng bảo mật.

Các xung rất ngắn trong miền thời gian được dùng trong hệ thống UWB cho
phép định thời một cách chính xác hơn nhiều so với GPS và các hệ thống vô tuyến
khác. Cùng với đặc tính xuyên thấu vật liệu tốt, các tín hiệu TM-UWB cho phép
khả năng thực hiện các ứng dụng radar tầm ngắn như các hoạt động cứu nạn, phòng
chống tội phạm cũng như trong việc trắc địa và công nghiệp khai khoáng. Tuy tín
hiệu UWB không cung cấp tính định vị chính xác và tính xuyên thấu vật liệu cùng
một lúc nhưng các dạng sóng UWB cho kết quả tốt hơn so với các hệ thống thông
tin vô tuyến thông thường.

16 


 

1.2 Các quy định về UWB
1.2.1 Quy định UWB ở Mỹ
Khi công nghệ UWB được đề xuất cho các ứng dụng dân dụng, không có một
định nghĩa nào cho tín hiệu UWB. Sau đó cơ quan DARPA của Bộ Quốc phòng Mỹ
cung cấp định nghĩa đầu tiên cho tín hiệu UWB dựa trên băng thông phân đoạn
của tín hiệu đó. Định nghĩa này cho rằng một tín hiệu được gọi là tín hiệu UWB nếu
của nó lớn hơn 0.25 với:
2
là tần số giới hạn dưới và

với

(1.1)

là tần số giới hạn trên tại điểm -3dB trong phổ

tín hiệu.
Định nghĩa hiện nay đã giảm giới hạn của

xuống còn 0.2 với

được định

nghĩa như trên. Hơn nữa, ủy ban truyền thông liên bang FCC cũng quy định tín hiệu
UWB là tín hiệu với động rộng phổ lớn hơn hoặc bằng 500 MHz. Trong công thức
trên,

và

lần lượt là giới hạn trên và giới hạn dưới của băng thông -10dB.

Bảng 1.1 Giới hạn phát xạ của FCC cho các ứng dụng truyền thông UWB trong nhà
và ngoài trời
Tần số (MHz)

Trong nhà

Ngoài trời

EIRP (dBm)

EIRP (dBm)

960-1610

-75.3

-75.3

1610-1990

-53.3

-63.3

1990-3100

-51.3

-61.3

3100-10600

-41.3

-41.3

Trên 10600

-51.3

-61.3

Tháng 2, 2002, FCC quy định giới hạn phát xạ cho tín hiệu UWB và cũng cho
phép công nghệ UWB được thương mại hóa. FCC đưa ra 4 nhóm tần số khác nhau
cho các ứng dụng UWB cùng với các giới hạn phát xạ cho từng nhóm. Các giới hạn

17 


 

này cho các ứng dụng truyền thông trong nhà và ngoài trời được chỉ ra trong bảng
1.1 [1].
1.2.2 Quy định ở châu Âu
Ở châu Âu, do đợi thêm các nghiên cứu về ảnh hưởng của hệ thống UWB lên
các hệ thống đang hoạt động để đảm bảo rằng công nghệ mới này phải ít hoặc
không gây hại cho các hệ thống hiện tại, nên các tổ chức ở châu Âu đưa ra các quy
định muộn hơn ở Mỹ và chịu ảnh hưởng từ các quy định của FCC nhưng không kế
thừa y hệt mà có một số sửa đổi. Các giới hạn của ITU (ITU 2002) cho các ứng
dụng trong nhà và ngoài trời được xác định theo các công thức trong bảng 1.2 [1].
Bảng 1.2 Giới hạn phát xạ của ITU cho các ứng dụng truyền thông UWB trong nhà
và ngoài trời
Dải tần số (GHz)
3.1
Trong nhà

Ngoài trời

3.1

10.6

10.6

51.3

87log /3.1

-41.3

51.3

87log 10.6/

61.3

87log /3.1

-41.3

61.3

87log 10.6/

1.2.2.1 IEEE 802.15.3a
Tổ chức IEEE đưa ra chuẩn 802.15.3 để định nghĩa khái niệm lớp vật lý mới
cho các ứng dụng tốc độ cao trong phạm vi ngắn [1]. Chuẩn lớp vật lý này được đưa
ra cho những nhóm nghiên cứu muốn dùng ứng dụng tốc độ dữ liệu cao. Với tốc độ
dữ liệu tối thiểu là 110

trong khoảng 10 , chuẩn này dùng cho các đường

truyền đa phương tiện, video,... Chuẩn này cũng bao gồm các phân tích mô hình
kênh truyền vô tuyến sử dụng cho việc đánh giá hệ thống UWB.
Các đặc điểm chính của chuẩn này như sau:

- Tồn tại đồng thời với các chuẩn lớp vật lý IEEE 802 đã có
- Tốc độ dữ liệu trên 100

với các ứng dụng thương mại

- Chống đa đường một cách mạnh mẽ
18 


 

- Nhận biết vị trí
- Sử dụng dải phổ chưa đăng ký cho mạng cá nhân không dây tốc độ cao
1.2.2.2 IEEE 802.15.4a
Tổ chức IEEE đưa ra chuẩn 802.15.4a để định nghĩa khái niệm lớp vật lý mới
cho các ứng dụng tốc độ dữ liệu thấp sử dụng công nghệ băng siêu rộng tại giao
diện vô tuyến [2]. Chuẩn này dùng cho các ứng dụng mới yêu cầu lưu lượng dữ liệu
trung bình, tiết kiệm năng lượng như các mạng cá nhân không dây, mạng cảm biến
không dây,...
Tốc độ truyền trong khoảng 10

là khoảng 250

. Tốc độ truyền thấp giúp

tiết kiệm công suất tiêu thụ cho hệ thống. Một đặc điểm quan trọng khác của chuẩn
802.15.4a là giúp cho việc sản xuất và hoạt động với chi phí rất thấp, công nghệ đơn
giản mà không làm mất tính linh hoạt và tổng quát của hệ thống.
Một đặc điểm quan trọng khác là sự phù hợp với truyền thông thời gian thực
bằng cách đảm bảo dự trữ khe thời gian, tránh xung đột bằng CSMA/CA tích hợp

hỗ trợ cho truyền thông bảo mật. Thiết bị cũng có phần chức năng quản lý công suất
như chất lượng đường truyền, tách năng lượng.
 Kiến trúc giao thức của chuẩn 802.15.4 [3]
Các thiết bị trao đổi thông tin với nhau qua một mạng không dây đơn giản.
Định nghĩa các lớp mạng dựa trên mô hình OSI. Các lớp thấp được định nghĩa theo
chuẩn này, tương tác với các lớp cao hơn sử dụng một lớp con điều khiển đường
logic IEEE 802.2 truy nhập lớp MAC qua một lớp con hội tụ.
Lớp vật lý cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu cũng như giao diện tới các thực thể
quản lý lớp vật lý mà truy nhập các chức năng quản lý các lớp và duy trì các thông
tin liên quan tới mạng cá nhân. Do đó, lớp vật lý quản lý bộ thu phát cao tần và thực
hiện các chức năng chọn kênh truyền và quản lý công suất tín hiệu. Các thiết bị
dùng chuẩn 802.15.4 có thể sử dụng 3 băng tần để hoạt động như sau:
- 868.0

868.6

: châu Âu, cho phép truyền một kênh thông tin (chuẩn

2003, 2006)

19 


 

- 902

928

: Bắc Mỹ, cho phép truyền 10 kênh thông tin (2003), mở rộng

tới 13 kênh thông tin (2006)
- 2400

2483.5

: cả thế giới, cho phép lên tới 16 kênh thông tin

(2003,2006)
Phiên bản 2003 của chuẩn 802.15.4 định nghĩa hai lớp vật lý dựa trên các kỹ
thuật trải phổ dãy trực tiếp: một hoạt động ở dải 868/915
và 40

, một hoạt động ở dải 2450

với tốc độ 250

với tốc độ 20
.

Phiên bản 2006 của chuẩn 802.15.4 cải thiện tốc độ dữ liệu của dải 868/
915

lên tới 100

và 250

. Hơn nữa, phiên bản này còn định nghĩa

bốn lớp vật lý tùy thuộc vào phương pháp điều chế được sử dụng. Ba lớp trong đó

được dùng cho kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp: ở dải 868/915
pháp BPSK hoặc O-QPSK, ở dải 2045
còn lại ở dải 868/915

sử dụng phương

sử dụng phương pháp O-QPSK. Lớp

sử dụng phương pháp điều chế kết hợp BPSK và ASK

(kỹ thuật trải phổ dãy song song). Ta có thể chuyển đổi giữa hai dải tần hoạt động
868

và 915

.

Tháng 8/2007, chuẩn 802.15.4a ra đời mở rộng bốn lớp vật lý trong phiên bản
2006 thành sáu lớp bằng việc thêm hai lớp vật lý sử dụng kỹ thuật trải phổ băng
siêu rộng và sử dụng kỹ thuật trải phổ dùng tín hiệu nhỏ nhảy tần. Lớp vật lý cho kỹ
thuật trải phổ băng siêu rộng được phân cấp 3 dải tần số: từ 250
khoảng từ 3

đến 5

, khoảng từ 6

đến 10

tới 750

,

. Lớp vật lý cho kỹ thuật

trải phổ tín hiệu nhỏ nhảy tần được phân cấp phổ ở dải 2450

.

Lớp MAC cho phép truyền các khung bản tin MAC thông qua kênh truyền vật
lý. Bên cạnh dịch vụ dữ liệu, nó còn đưa ra các giao diện quản lý và quản lý việc
truy nhập kênh truyền của chính nó và dẫn đường. Nó còn điều khiển xác nhận
khung, đảm bảo các khe thời gian và xử lý các liên nốt mạng.

20 


 

1.3 Mô hình kênh UWB
1.3.1 Mô hình kênh vô tuyến UWB
1.3.1.1 Mô hình Saleh-Valenzuela sửa đổi
Trong năm 2002-2003, chuẩn IEEE 802.15.3 sử dụng mô hình SalehValenzuela (SV) sửa đổi như một mô hình UWB tham chiếu [1]. Mô hình giá trị
thực dựa trên các đo đạc thực nghiện ban đầu được thực hiện trong môi trường
trong nhà năm 1987 (Saleh-Valenzuela, 1987). Do hiện tượng kết chùm (clustering)
quan sát được tại các dữ liệu kênh UWB trong nhà đo được, mô hình đề xuất bởi
IEEE 802.15 kế thừa từ mô hình Saleh-Valenzuela sử dụng hàm phân phối logchuẩn thay cho hàm phân phối Rayleight ban đầu cho độ tăng ích của tín hiệu đa
đường. Giả sử hiện tượng fading là độc lập cho mỗi chùm (cluster) cũng như độc
lập cho mỗi đường trong một chùm. Trong mô hình SV, cả thời gian đến của đường
và chùm được mô hình hóa một cách độc lập bằng tiến trình Poisson. Pha của đáp

ứng xung của kênh truyền có thể bằng 0 hoặc π. Bởi vậy, mô hình này không chứa
thành phần ảo.
Biểu thức giải tích dưới đây được trình bày bởi Foerster (2003), ông đã giới
thiệu đặc tính của kênh truyền một cách chi tiết và cũng cung cấp hàm Matlab để
thực hiện kênh truyền. Theo Foerster, đáp ứng xung của kênh truyền đa đường rời
rạc về thời gian có dạng:
∑
với

,

là các hệ số tăng ích đa đường,

thành phần đa tia thứ

∑

,

(1.2)

,

là các trễ của cluster thứ ,

so với thời gian đến của cluster thứ

là

,

là trễ của

. Hiệu ứng che

khuất (shadowing effect) tuân theo phân phối log-chuẩn và được ký hiệu là
lần thực hiện thứ .
Mô hình Saleh-Valenzuela sửa đổi sử dụng các tham số như sau:
= thời gian đến của tia đầu tiên trong cluster thứ
,

= trễ giữa tia thứ

trong cluster thứ so với thời đến của tia đầu tiên,

Λ = tốc độ cluster đến
21 

cho


 

= tốc độ tia đến trong một cluster
Giả sử rằng

0, phân phối thời gian cluster đến được biểu diễn như sau:

,

|

Λ exp

Λ

,

λ

,

0

(1.3)

Phân phối thời gian tia đến như sau:
|

λ exp

0

(1.4)

Các hệ số kênh được định nghĩa bởi:
,

,

,

20 log 10
10

,

với

~

0,

~

và

0,

~

,

/

,

,

,

(1.5)

,

là độc lập và tương ứng lần lượt với fading trên

mỗi cluster và tia.
,

Ω

,

Γ

,

(1.6)
với Ω là năng lượng trung bình của tia đầu tiên của culster đầu tiên, và

,

thuộc

tập {-1,+1} với xác suất ngang nhau thể hiện sự đảo cực tín hiệu khi bị phản xạ.

,

được tính bởi:
Ω

/Γ

,

,

/

(1.7)

Các biến số trong các phương trình trên biểu diễn fading của cluster thứ ,
fading của tia thứ

trong cluster thứ ,

,

và

.

Do hiệu ứng che khuất theo phân phối log-chuẩn của năng lượng tổng đa đường
thể hiện bằng biến

nên tổng năng lượng chứa trong

cho mỗi lần thực hiện.

,

được chuẩn hóa đơn vị

tuân theo phân phối log-chuẩn như sau:
20 log 10

~

0,

Mô hình này sử dụng các tham số kênh truyền sau làm đầu ra:
22 

(1.8)


 

 Giá trị trung bình và phương sai của trễ
 Số thành phần đa đường
 Đặc tính suy giảm công suất
Ngoài tốc độ đến của tia và cluster, Λ và , mô hình này còn dùng hệ số suy
giảm cluster và tia lần lượt là Γ và , độ lệch chuẩn theo

cho fading log-chuẩn
,

của cluster, của tia và của hiệu ứng che khuất lần lượt là

và

.

1.3.1.2 Các mô hình khác
Ngoài mô hình kênh ở phần trước, với kênh tĩnh trong nhà, ta có thể sử dụng
mô hình fading Rice với hàm phân phối của biên độ tín hiệu fading
exp
với

là độ lệch chuẩn và

,

0

như sau [4]:
(1.9)

là hàm Bessel loại 1 sửa đổi bậc 0. Tham số không tập

trung được tính như sau:
|
với

|

(1.10)

là biên độ phức trung bình.
Hệ số

của một tín hiệu fading Rice được định nghĩa như sau:

(1.11)
Kênh fading Rayleigh là một trường hợp đặc biệt của kênh Rice với

0.

Người ta đã chỉ ra rằng, kênh fading Rice có thể coi như là kênh fading Rayleigh
với

5

.

1.3.2 Mô hình suy hao
Suy hao trong truyền thông băng siêu rộng cũng giống như suy hao truyền nói
chung, tức là suy hao tỉ lệ thuận với khoảng cách truyền như sau:
~
Hay tính theo

:
23 

(1.12)

 

10 log
với

là khoảng cách truyền tìn hiệu,

(1.13)

là khoảng cách tham chiếu và

phụ thuộc môi trường. Trong không gian tự do,

là hằng số

2.

1.4 Sơ đồ điều chế
1.4.1 Sơ đồ xung radio
1.4.1.1 Xung radio UWB
Truyền thông băng siêu rộng UWB điều chế thời gian dựa trên việc truyền liên
tục các xung Gaussian cực ngắn hoặc các dạng sóng khác như trên hình 1.1(a). Mỗi
xung có phổ siêu rộng như hình 1.1(b) [1]. Cách truyền này không yêu cầu điều chế
sóng mang khi xung truyền tốt trên kênh vô tuyến. Kỹ thuật này xử lý như xử lý với
tín hiệu băng tần cơ sở và được gọi là kỹ thuật xung radio.
Một ký tự truyền đi được trải trên N chu kỳ đơn để đạt được độ tăng ích xử lý
dùng để chống nhiễu và giao thoa. Độ tăng ích xử lý tính theo
10 log

là:

(1.14)

Dạng sóng một chu kỳ đơn có thể là bất cứ hàm số nào thỏa mãn các quy định,
yêu cầu về phổ của FCC. Các dạng xung thường dung bao gồm xung Gaussian,
xung Laplacian, xung Rayleigh hoặc xung Hermitian. Điều chế dữ liệu thường dùng
là điều chế vị trí xung PPM. Điều biên xung (PAM) cũng đã được nghiên cứu sử
dụng trong truyền thông UWB.
Không giống như các hệ thống trải phổ, xung không cần phải chiếm hết toàn bộ
chu kỳ. Điều này nghĩa là thời gian phát xung (duty cycle) là rất nhỏ so với chu kỳ
phát xung. Máy thu chỉ cần nghe kênh truyền trong một phần nhỏ của khoảng thời
gian giữa các xung. Bởi vậy, ảnh hưởng của nguồn nhiễu liên tục sẽ giảm đi và chỉ
gây nhiễu trong thời gian máy thu đang tách một xung. Điều này dẫn tới độ tăng
tích xử lý theo nghĩa khả năng giảm ảnh hưởng do giao thoa của hệ thống trải phổ.
Độ tăng ích xử lý do độ rộng xung ngắn là:
10 log

24 

,

(1.15)