Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất

Thiết bị thu tín hiệu GPS dân sự trên một phương tiện hải dương.

Hệ thống Định vị Toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh.
Tuy được quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí, bất kể quốc tịch nào.
Các nước trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ, dự tính sẽ bắt đầu hoạt động năm 2014.

Phân loại
Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.
Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện. Được biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng.
Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS. Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo. Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh.
Ban đầu, GPS và GLONASS đều được phát triển cho mục đích quân sự, nên mặc dù chúng dùng được cho dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác. Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó. Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự.
GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng trong dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS nhưng phải tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu và phần mềm nhúng hỗ trợ.

Sự hoạt động của GPS

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.

Độ chính xác của GPS

Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng. Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khóa vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì kết nối bền vững, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng. Trạng thái của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét.
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét. Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS. Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét. Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này. Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu. Để thu được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ.

Các thành phần của GPS

GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần không gian, kiểm soát và sử dụng. Không quân Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát. Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ không gian, và các máy thu GPS sử dụng các tín hiệu này để tính toán vị trí trong không gian 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) và thời gian hiện tại.

Phần không gian

Phần không gian gồm 24 vệ tinh (21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km. Chúng chuyển động ổn định vá quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ. Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào.
Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời. Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời. Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.

Phần kiểm soát

Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác. Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên trái đất. Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm. Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm. Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh. Ngoài ra, còn một trạm kiểm soát trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt.
Trạm trung tâm cũng có thể truy cập từ các ăng-ten mặt đất của U.S. Air Force Satellite Control Network (AFSCN) và các trạm quan sát NGA (National Geospatial-Intelligence Agency). Các đường bay của vệ tinh được ghi nhận bởi các trạm quan sát chuyên dụng của Không quân Hoa Kỳ đặt ở Hawaii, Kwajalein, Đảo Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado và Cape Canaveral, cùng với các trạm quan sát NGA được vận hành ở Anh, Argentina, Ecuador, Bahrain, Úc và Washington DC. Thông tin đường bay của vệ tinh đi được gởi đến Air Force Space Command's MCS ở Schriever Air Force Base 25 km đông đông nam của Colorado Springs, do 2nd Space Operations Squadron (2 SOPS) của U.S. Air Force vận hành. Sau đó 2 SOPS liên lạc thường xuyên với mỗi vệ tinh GPS thông qua việc cập nhật định vị sử dụng các ăng-ten mặt đất chuyên dụng hoặc dùng chung (AFSCN)(các ăng-ten GPS mặt đất chuyên dụng được đặt ở Kwajalein, đảo Ascension, Diego Garcia, và Cape Canaveral). Các thông tin cập nhật này đồng bộ hóa với các đồng hồ nguyên tử đặt trên vệ tinh trong vòng một vài phần tỉ giây cho mỗi vệ tinh, và hiệu chỉnh lịch thiên văn của mô hình quỹ đạo bên trong mỗi vệ tinh. Việc cập nhật được tạo ra bở bộ lọc Kalman sử dụng các tín hiệu/thông tin từ các trạm quan sát trên mặt đất, thông tin thời tiết không gian, và các dữ liệu khác.

Phần sử dụng

Phần sử dụng là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị này.
Dưới đây là một số thông tin đáng chú ý về các vệ tinh GPS (còn gọi là NAVSTAR, tên gọi chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):

• Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978.
• Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994.
• Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm.
• Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 feet (5 m) với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²).
• Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts.

Tín hiệu GPS

Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải L1 và L2. (dải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz). GPS dân sự dùng tần số L1 1575.42 MHz trong dải UHF. Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà.
L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudo random), đó là mã Protected (P) và mã Coarse/Acquisition (C/A). Mỗi một vệ tinh có một mã truyền dẫn nhất định, cho phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu. Mục đích của các mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS.
Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và dữ liệu lịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào. Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào.
Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.
Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại. Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra vị trí.

Nguồn lỗi của tín hiệu GPS

Những yếu tố có thể làm giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hưởng tới chính xác bao gồm:

• Giữ chậm của tầng đối lưu và tầng ion – Tín hiệu vệ tinh bị chậm đi khi xuyên qua tầng khí quyển.
• Tín hiệu đi nhiều đường – Điều này xảy ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước khi tới máy thu.
• Lỗi đồng hồ máy thu – Đồng hồ có trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS.
• Lỗi quỹ đạo – Cũng được biết như lỗi thiên văn, do vệ tinh thông báo vị trí không chính xác.
• Số lượng vệ tinh nhìn thấy – Càng nhiều quả vệ tinh được máy thu GPS nhìn thấy thì càng chính xác. Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử hoặc đôi khi thậm chí tán lá dầy có thể chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị hoặc không định vị được. Nói chung máy thu GPS không làm việc trong nhà, dưới nước hoặc dưới đất.
• Che khuất về hình học – Điều này liên quan tới vị trí tương đối của các vệ tinh ở thời điểm bất kì. Phân bố vệ tinh lí tưởng là khi các quả vệ tinh ở vị trí tạo các góc rộng với nhau. Phân bố xấu xảy ra khi các quả vệ tinh ở trên một đường thẳng hoặc cụm thành nhóm.
• Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh – Là sự làm giảm tín hiệu cố ý do sự áp đặt của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân sự dùng tín hiệu GPS chính xác cao. Chính phủ Mỹ đã ngừng việc này từ tháng 5 năm 2000, làm tăng đáng kể độ chính xác của máy thu GPS dân sự. (Tuy nhiên biện pháp này hoàn toàn có thể được sử dụng lại trong những điều kiện cụ thể để đảm bảo gậy ông không đập lưng ông. Chính điều này là tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đường và định vị dân sự.)

Ứng dụng GPS

Dân dụng

Quản lý và điều hành xe

1. Giám sát quản lý vận tải, theo dõi vị trí, tốc độ, hướng di chuyển,… 2. Giám sát mại vụ, giám sát vận tải hành khách,.. 3. Chống trộm cho ứng dụng thuê xe tự lái, theo dõi lộ trình của đoàn xe 4. Liên lạc, theo dõi định vị cho các ứng dụng giao hàng GPS có nhiều ứng dụng mạnh mẽ trong quản lý xe ô tô, đặc biệt là các loại xe như: Xe taxi, xe tải, xe công trình, xe bus, xe khách, xe tự lái. Với nhiều tính năng như:

• Giám sát lộ trình đường đi của phương tiện theo thời gian thực: vận tốc, hướng di chuyển và trạng thái tắt/mở máy, quá tốc độ của xe….
• Xác định vị trí xe chính xác ở từng góc đường ( vị trí xe được thể hiện nháp nháy trên bản đồ), xác định vận tốc và thời gian xe dừng hay đang chạy, biết được lộ trình hiện tại xe đang đi (real time)
• Lưu trữ lộ trình từng xe và hiển thị lại lộ trình của từng xe trên cùng một màn hình
• Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc tùy chọn
• Quản lý theo dõi một hay nhiều xe tại mỗi thời điểm
• Báo cáo cước phí và tổng số km của từng xe (ngày/tháng)
• Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn
• Chức năng chống trộm

Khảo sát trắc địa, môi trường

Các hạn chế trong ứng dụng dân dụng

Chính phủ Hoa Kỳ kiểm soát vệc xuất khẩu một số máy thu dân dụng. Tất cả máy thu GPS có khả năng hoạt động ở độ cao trên 18 kilômét (11 mi) và 515 mét trên giây (1.690 ft/s) được phân loại vào nhóm vũ khí theo đó cần phải có phép sử dụng của Bộ ngoại giao Hoa Kỳ. Những hạn chế này nhắm mục đích ngăn ngừa việc sử dụng các máy thu trong tên lửa đạn đạo, trừ việc sử dụng trong tên lửa hành trình do độ cao và tốc độ của các loại này tương tự như các máy bay.

Quy định pháp lý tại Việt Nam về GPS

• Nghị định 91/2009/NĐ-CP về thiết bị giám sát hành trình xe.
• Thông tư 14/2010/TT-BGTGT về dùng GPS giám sát hoạt động vận tải.

Các thiết bị ứng dụng GPS

Bài chi tiết: Máy thu GPS

Trong quân sự

• Vũ khí hạt nhân
• Bom thông minh JDAM
• Tên lửa không đối đất
• Tên lửa tấn công đất liền
• Tên lửa hành trình
• Tên lửa đất đối đất
• Máy bay huấn luyện Mikoyan MiG-AT của Nga

Các hệ thống định vị khác

Các hệ thống định vị vệ tinh khác được sử dụng ở một số nơi bao gồm:

• Galileo – hệ thống toàn cầu do EU và các quốc gia đối tác khác phát triển, dự kiến đưa vào sử dụng năm 2014.
• Beidou (Bắc Đẩu) – là hệ thống riêng của CHDNND Trung Hoa phát triển, phủ ở châu Á và tây Thái Bình Dương
• COMPASS – Hệ thống toàn cầu của CHDNND Trung Hoa, dự kiến đưa vào sử dụng năm 2020
• GLONASS – Hệ thống địa vị toàn cầu của Nga.
• IRNSS – Hệ thống định vị khu vực của Ấn Độ, dự kiến đưa vào sử dụng năm 2012, phủ Ấn Độ và bắc Ấn Độ Dương
• QZSS – Hệ thống định vị khu vực của Nhật Bản, phủ châu Á và châu Đại Dương.

Nguồn http://vi.wikipedia.org

Read more »

Giao thức DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector)

Đây là một giao thức định tuyến dựa trên thuật toán Bellman-Ford.
Các nút trong mạng sẽ trao đổi lẫn nhau để lấy được thông tin toàn mạng và các bảng từ một nút sẽ kiểu thế này.


For example the routing table of Node A in this network is

Destination	Next Hop	Number of Hops	Sequence Number	Install Time
A	A	0	A 46	001000
B	B	1	B 36	001200
C	B	2	C 28	001500

Bảng định tuyến này sẽ được cập nhật giữa các nút kề nhau theo chu kỳ hoặc theo sự kiện, trao đổi thế nào thì các bạn xem Bellman-Ford nhé, đại thể là từng nút sẽ chạy giải thuật Bellman để lấy được thông tin toàn bộ nút trong mạng.

Ưu điểm:

• Có sẵn bảng thì thiết lập tuyến sẽ nhanh
• Đơn giản

Nhược:

• Mỗi nút phải lưu một bảng nên nói chung là tốn bộ nhớ
• Thông tin cập nhật cần nhiều
• Một nút cập nhật thì phải chờ các nút khác gửi về mình

Read more »

Âm Học

Khái niệm

Khi ta gõ trống, gảy đàn, thổi sáo hay mở miệng ra nói chuyện, tai ta sẽ nghe và cảm nhận được âm thanh phát ra. Vật tạo ra âm thanh được gọi là nguồn phát âm, hay nguồn âm. Âm thanh (sound) là dao động cơ lan truyền trong môi trường và tai ta cảm nhận được. Âm thanh nói riêng và các dao động cơ nói chung không lan truyền qua chân không vì không có gì để truyền sóng.
Âm thanh là phương tiện trao đổi thông tin, liên lạc với nhau (communication media) phổ biến nhất của con người, bên cạnh phương tiện hình ảnh.
Như vậy nghiên cứu âm thanh có hai mặt: Đặc trưng vật lý (lý tính) và đặc trưng sinh học.

• Vật lý khách quan: nguồn tạo ra âm thanh, tính chất lan truyền, đặc tính âm thanh...
• Kiểu sóng: Trong không khí, âm thanh là dao động sóng dọc, nghĩa là dao động truyền đi do sự giãn nở của không khí.
• Các tính chất vật lý của sóng âm thanh khi lan truyền: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ.
• Vận tốc lan truyền âm thanh: thay đổi theo môi trường, nhiệt độ, áp suất ... Trong không khí, nhiệt độ 20oC, ở độ cao mặt nước biển thì vận tốc lan truyền âm thanh là 343m/s, tương đương 1235 Km/h.

Đặc tính sinh học của âm thanh: độ to tỉ lệ với logarit của cường độ âm thanh, ngưỡng đau tai, dải tần số nghe được và không nghe được (siêu âm, hạ âm)... và âm sắc

Biểu diễn tín hiệu âm thanh theo thời gian và theo tần số

Thông thường người ta dùng hàm toán học x(t) để biểu diễn tín hiệu âm thanh.
t: thời gian. x là biên độ biến thiên hay có sách gọi là ly dộ.
Như vậy ta có thể biểu diễn x(t) bằng đồ thị theo thời gian.
Giả sử x(t) = A.sinΩ_ot= A.sin 2πF_ot.

Phổ tín hiệu là cách biểu diễn các thành phần cấu tạo nên x(t) theo tần số. Với tín hiệu sin nói trên, đồ thị phổ là một vạch có cao độ là A tại điểm tần số Fo. Ta nói đó là phổ vạch.
Sau này chúng ta học chuỗi Fourier của x(t) tuần hoàn sẽ thấy đó chính là Phổ vạch.
Trong thực tế với x(t) bất kỳ, ngẫu nhiên, không tuần hoàn, người ta sẽ dùng tích phân Fourier để tính toán Phổ tín hiệu. Khi đó ta có Phổ liên tục X(Ω).
Phổ tín hiệu không phải là gì mới mẻ. Trong thực tế chúng ta đã bắt gặp nhiều nhưng ít để ý:
1. Quang phổ: là phổ ánh sáng. Khi cho ánh sáng qua lăng kính, ta thu được quang phổ, bao gồm nhiều mầu đơn sắc khác nhau. Như vậy ánh sáng trắng là do nhiều ánh sáng có mầu khác nhau tổ hợp lại thành. Quang phổ là phổ liên tục. Ánh sáng đơn sắc (của một mầu nào đó) tương ứng với 1 tần số nhất định.
2. Khi nghe nhạc trên các máy nghe, trên máy tính dùng phần mềm, ta đều thấy Phổ âm thanh, là đồ thị theo tần số. Mỗi khi nhạc thay đổi, đồ thị phổ thay đổi. Khi tiếng trống nổi lên, các vạch bên trái vọt lên, thể hiện tiếng trống là tiếng có tần số thấp, hay tiếng trầm.
Lưu ý quan trọng: Khi nghiên cứu âm thanh hay dao động sóng nói chung, người ta thường giả định dùng một sóng đơn (tức sóng có 1 tần số nhất định). Trong khi thực tế, âm thanh hay sóng nào đó như sóng ánh sáng là sóng bao gồm nhiều tần số khác nhau. Từ đó mới phát sinh ra khái niệm dải tần, phổ tín hiệu.

Các Loại Âm Thanh

Những dao động cơ mà con người nghe được gọi âm thanh (sound).
Âm thanh có thể biểu diễn theo thời gian, song cũng có thể biểu diễn theo tần số do có thể phân tích một tín hiệu âm thanh thành tổ hợp các thành phần tần số khác nhau (Chuỗi Fourier, tích phân Fourier). Hoặc nói một cách đơn giản thực tiễn hơn, một âm thanh có thể là tổ hợp từ nhiều đơn âm, từ nhiều nhạc cụ, mà mỗi cái có một tần số dao động nhất định.
Dải tần số nghe được là từ 20 Hz - 20000 Hz. Siêu âm là âm dao động ngoài 20000 Hz. Hạ âm là các âm dao động dưới 20 Hz. Tai người không nghe được siêu âm và hạ âm.

• Tiếng nói (voice, speech) là âm thanh phát ra từ miệng người, được truyền đi trong không khí đến tai người nghe . Dải tần số của tiếng nói đủ nghe rõ là từ 300 Hz đến 3500 Hz, là dải tần tiêu chuẩn áp dụng cho điện thoại. Còn dải tần tiếng nói có chất lượng cao có thể là từ 200 Hz-7000 Hz, áp dụng cho các ampli hội trường.

• Âm nhạc (music) là âm thanh phát ra từ các nhạc cụ. Dải tần số của âm nhạc là từ 20 Hz đến 15000 Hz.

• Tiếng kêu là âm thanh phát ra từ mồm động vật. Tiếng của Cá Heo (dolphins) là một loại âm thanh trong dảy tần số 1-164 kHz, của Con Dơi (bats) 20 - 115 kHz, của Cá Voi (whale) 30-8000 Hz. (Cần xác minh lại số liệu).

• Tiếng động là âm thanh phát ra từ sự va chạm giữa các vật. Thí dụ tiếng va chạm của 2 cái cốc, tiếng va chạm của cánh cửa, tiếng sách rơi.

• Tiếng ồn (noise) là những âm không mong muốn.

Nhìn chung lại, xét về phương diện tín hiệu và sự cảm thụ của tai người, có hai loại âm:

• tuần hoàn bao gồm tiếng nói, âm nhạc...
• không tuần hoàn như tín hiệu tạp nhiễu, một số phụ âm tắc xát như sh, s.

Đơn vị đo âm thanh

Người ta thấy rằng con người cảm nhận độ to của âm thanh không tỉ lệ thuận với cường độ âm thanh mà theo hàm số mũ.
Bel = 10lg P2/P1. (Phát âm là Ben)
decibel = 20lg I2/I1 (Phát âm là Đề xi ben)
Trước mắt có thể tham khảo Decibel bên trang tiếng Anh.

Phân tích thực nghiệm tín hiệu tiếng nói và nốt nhạc

Sau đây là hình tín hiệu thu được qua microphone vào máy tính của nguyên âm A của tác giả


và phổ của tín hiệu này (Lưu ý: trục hoành là trục tần số). Trục đo tần số là 10.000Hz.

Nhìn vào hình vẽ tín hiệu, ta thấy rõ nguyên âm A là một hàm tuần hoàn, chu kì To xấp xỉ = 10ms, Fo=100 Hz. Song bên trong một chu kì To, ta vẫn nhìn thấy dao động ở tần số cao hơn. Nhìn vào đồ thị phổ tín hiệu, ta thấy phổ vạch, khoảng cách giữa hai vạch bằng Fo=1/To. Bên cạnh đó bạn có thể nhìn thấy các đỉnh cộng hưởng, các formants.
Qua đồ thị phổ tín hiệu nguyên âm A, ta cũng còn thấy rõ dải phổ tín hiệu không vượt quá 4000 Hz, tức là ngoài 4000 Hz, năng lượng được coi bằng 0.
Nếu đo phổ với trục đo tần số tập trung vào khoảng 0-5.000Hz, ta sẽ thấy rõ hơn các vạch phổ rời rạc, cách nhau Fo.


Và tín hiệu của một nốt nhạc violon:


và phổ của tín hiệu này.

Phân tích và nhận xét: Tín hiệu nhạc cũng có dạng tuần hoàn, chu kỳ To=1,65 ms, Fo=609 Hz. Đồ thị phổ thể hiện rất rõ phổ vạch, với vạch cơ bản và các hoạ âm (các tần số hài). Phổ vạch nói lên tín hiệu nốt nhạc này được tổ hợp từ nhiều tín hiệu điều hoà có tần số là Fo, 2Fo, 3Fo... Mỗi vạch tương ứng với một dao động điều hoà nhất định.
Tiếng sáo và phổ của nó. Ta thấy tần số dao động cơ bản rất rõ và nổi trội hơn các hoạ âm, hay các tần số hài, nghĩa là âm này mang tính đơn âm khá rõ. Một nhận xét nữa là các hài bậc chẵn khá nhỏ. Bạn hãy giải thích tại sao sau khi đọc sách giáo khoa vật lý.


Tiếng trống cơm và phổ của nó. Ta thấy tần số dao động cơ bản rất rõ. Nghĩa là khá đơn âm. Fo cỡ khoảng 200 Hz, To cỡ khoảng 5 ms.

Tiếng nói

Tiếng nói là âm thanh phát ra từ miệng (người). Nghiên cứu tiếng nói gồm: Bộ máy phát âm của con người. Thụ cảm âm thanh của tai người. Phân loại tiếng nói.
Bộ máy phát âm của con người gồm:

• Phổi đóng vai trò là cái bơm không khí, tạo năng lượng hình thành âm.

• Đôi dây thanh (vocal fold, vocal cord)là hai cơ thịt ở trong cuống họng, có hai đầu dính nhau, còn hai đầu dao động với tần số cơ bản là Fo, tiếng Anh gọi là pitch, fundamental frequency. Fo của nam giới nằm trong khoảng 100-200 Hz, của nữ giới là 300-400 Hz, của trẻ em là 500-600 Hz.

Muốn xem đôi dây thanh hoạt động ra sao (để có khái niệm), hãy vào trang web xem hình video rất hay: http://www.entusa.com/larynx_video_html/normal_larynx_wmv1.htm
Hình ảnh đôi dây thanh ở vị trí đóng lại và vị trí mở ra:

• Thanh quản và vòm miệng: đóng vai như là hốc cộng hưởng, tạo ra sự phân biệt tần số khi tín hiệu dao động từ đôi dây thanh phát ra. Đáp ứng tần số của hốc công hưởng này có nhiều đỉnh cộng hưởng khác nhau được gọi là các formant.

• Miệng đóng vai trò phát tán âm thanh ra ngoài.

• Lưỡi thay đổi để tạo ra tần số formant khác nhau.

• Các âm khác nhau là do vị trí tương đối của formants.

Phân loại tiếng nói theo thanh:

• Âm hữu thanh (voiced, tiếng Pháp là voisé) là âm khi phát ra có sự dao động của đôi dây thanh, nên nó tuần hoàn với tần số Fo. Vì vậy phổ của nguyên âm là phổ vạch, khoảng cách giữa các vạch bằng chính Fo.
• Âm vô thanh (unvoiced, tiếng Pháp là non voisé) phát ra khi đôi dây thanh không dao động. Thí dụ phần cuối của phát âm English, chữ sh cho ra âm xát. Phổ tín hiệu có dạng là nhiễu trắng, phổ phân bổ đều.

Phân loại tiếng nói:

• Nguyên âm (vowel) là âm phát ra có thể kéo dài. Tất cả nguyên âm đều là âm hữu thanh, nghĩa là tuần hoàn và khá ổn định trong một đoạn thời gian vài chục ms.
• Phụ âm (consonant) là âm chỉ phát ra một nhát, không kéo dài được. Có phụ âm hữu thanh và phụ âm vô thanh.

Thanh điệu của tiếng Việt tương ứng với các dấu: không dấu, huyền, hỏi, ngã, sắc, nặng khi viết. Phân tích máy móc cho thấy thanh điệu là sự thay đổi Fo, tần số cơ bản pitch, trong quá trình phát âm các nguyên âm và tai người cảm nhận được. Tiếng Việt có 6 thanh thể hiện sự phong phú và độc đáo, trong khi tiếng Trung quốc có 4 thanh. Tuy nhiên cư dân một số vùng ở Việt Nam có thể không phân biệt dấu ? và dấu ~ nên hay viết sai chính tả.
Giọng bổng (high voiced pitch, hay high pitched) hay giọng trầm (low voiced pitch) là Fo cao hay thấp. Như vậy Fo đóng vai trò rất quan trọng trong cảm nhận, trong thụ cảm âm thanh của con người.
Tiếng bổng hay tiếng trầm tương ứng với dải tần số cao hay thấp. Trong thợc tế người ta dùng loa trầm là loa loa bass hay loa sub woofer, loa tép hay loa bổng tương ứng với loa thích ứng phát các âm trong vùng tần số cao, treble.
Ứng dụng của siêu âm:
Sóng siêu âm có đặc điểm là ít suy giảm dưới nước.

• Sonar: là thiết bị truyền tin, liên lạc dưới biển, sử dụng sóng siêu âm.

Sóng siêu âm được dùng để làm sạch trong môi trường nước. - Máy dò y tế: Máy quét thai nhi, máy quét tim... - Máy dò cá, máy đo độ sâu.

Ứng Dụng trong liên lạc

Âm thanh lan truyền trong không khí và suy giảm rất nhanh nên không thể truyền đi xa được.
Để truyền âm thanh đi xa, người ta phải nhờ sóng điện từ vì sóng điện từ suy giảm rất ít trong không khí.
(Dưới nước, người at lại phải dùng sóng siêu âm làm sóng mang vì sóng điện từ lại suy giảm rất nhiều trong môi trường nước).
Vậy làm thế nào để nhờ ? Có nhiều cách như điều biên AM (Amplitude Modulation) và điều tần FM (Frequency Modulation). Song tất cả AM, FM đều nhờ vào việc phát đi một tần số sóng hình sin f_mang, được gọi là sóng mang, A sin ω_ot. Giả sử tín hiệu âm tần là sinΩ_ot. Ở đây chỉ là giả định một tần số Ω để dễ tính toán, thuyết minh còn trong thực tế nó là cả một tổ hợp tuyến tính nhiều tần số khác nhau. Lưu ý cách dùng kí hiệu Ω để chỉ tín hiệu âm tần, ω chỉ tín hiệu sóng mang. Tần số sóng mang phải lớn hơn nhiều tần số tín hiệu âm tần.
Điều biên là dùng tín hiệu âm tần làm thay đổi biên độ sóng mang. A.cos ω_ot sẽ thành:
A.cosΩ_ot. cosω_ot = A/2.[cos(ω_o-Ω_o)t + cos(ω_o+Ω_o)t]

Chuỗi Fourier

Định lý về chuỗi Fourier: Tín hiệu x(t) liên tục và tuần hoàn với chu kì T, có thể phân tích thành tổ hợp các thành phần Σ sin n2πF_ot= sin nΩ_ot và cos n2πF_ot= cos nΩ_ot như sau:

Các hệ số a và b được tính như sau:

Nếu vẽ theo trục tần số, tức đồ thị là các vạch của : và :, tương ứng là nΩ_o hoặc n F_o. Ta nói: Dao động tuần hoàn có phổ là phổ vạch.
Áp dụng: Trong âm thanh, người ta phân ra hai loại: Hữu thanh và vô thanh. Âm hữu thanh là âm dao động tuần hoàn với chu kì To. Âm vô thanh thì ngược lại, là các tín hiệu ngẫu nhiên, không tuần hoàn.
Như vậy khi ta phát âm các nguyên âm, là các dao động tuần hoàn, nên ta có thể khai triển thành chuỗi Fourier.

Âm thoa - Tuning fork

Là dụng cụ có hình vẽ bên, dùng để tạo ra âm thanh dạng hình sin để làm chuẩn, thường là nốt La, fo=f=440 Hz.

Bạn có thể mua âm thoa ở cổng nhạc viện. Bạn có thể tự làm lấy âm thoa đơn giản bằng cách uốn đoạn dây đồng thành hình chữ U. Vấn đề là làm thế nào biết và chứng minh dạng sóng dao động là hình sin và tần số dao động của âm thoa ?
Chúng tôi sẽ trình bầy trong phần thực nghiệm.

Những điều dễ nhầm lẫn và hiểu sai

Dải tần và phổ tín hiệu âm thanh: Dải tần được đo bằng tần số giới hạn dưới F_min và tần số giới hạn trên F_max của tín hiệu âm thanh có thể có được, nghĩa là có năng lượng tín hiệu tại tần số giới hạn đó khác không. Trong khi phổ của tín hiệu (spectre) là đồ thị biểu diễn tín hiệu theo tần số. Thông thường đồ thị khi vẽ ra nằm từ F_min đến F_max.
Dải thông (band width): Các thiết bị khuếch đại hay một hệ thống xử lý âm thanh thường có độ khuếch đại khác nhau đối với các dải tần khác nhau. Thiết bị khuếch đại thường chỉ khuếch đại trong một dải tần từ Fmin đến Fmax, gọi là dải thông. Để đảm bảo chất lượng khuếch đại cho mọi tần số tín hiệu âm thanh thì dài thông phải bao trùm lên dải tần tín hiệu, bao trùm lên dải phổ tín hiệu .
Tần số (frequency) và tần số cơ bản (pitch hay fundamental frequency): Khi tín hiệu là tuần hoàn với chu kì T_o, như tín hiệu âm nhạc, như tín hiệu nguyên âm, thì về cơ bản, thành phần tần số F_o=1/T_o là chủ yếu, song còn có các vạch năng lượng tại tần số nFo. (Xem hình đồ thị ở trên, nhất là tín hiệu thí dụ của violon). Fo được gọi là tần số cơ bản, hay pitch. Với tín hiệu điều hoà sin thì pitch=tần số dao động riêng Fo. Nếu tín hiệu tuần hoàn nói chung thì F_o là tần số cơ bản, pitch, và trên trục tần số, còn có các thành phần hài nF_o.
Đơn âm (dao động điều hoà một tần số nhất định) và hợp âm (tổ hợp của nhiều âm, của cả dàn nhạc). Khi nghiên cứu các tính chất vật lý, người ta hay thí nghiệm với đơn âm. Còn trong thực tế người ta nghe thấy là hợp âm.

Nén âm thanh

Bình thường tiếng nói có tần số giới hạn trên của dải tần F_max = 3400 Hz. Người ta lấy tròn là 4000 Hz. Theo định lý Shanon, tần số lấy mẫu sẽ là Fs=2F_max = 8000 Hz. Mỗi mẫu tín hiệu được mã hoá tối thiểu là 8 bit. Vậy mỗi giây cần 8000x8=64000 bit = 64 Kbps.
Nếu âm nhạc thì phải mã hoá với tần số lấy mẫu là Fs=2Fmax = 2x15000 Hz = 30000 Hz. Mỗi mẫu tín hiệu được mã hoá có 16 bit, hoặc cao hơn là 24 bit. Vậy mỗi giây cần truyền đi tín hiệu là 30000 x 16 bit = 480.000 bit/s = 480 Kbps.
Đấy là một kênh tín hiệu. Nếu là stereo thì nhân 2 lên ...
Nhiều nghiên cứu mã hoá tín hiệu âm thanh để nén tín hiệu, tức là làm sao dung lượng tín hiệu nhỏ đi mà không làm giảm chất lượng. Thí dụ nghe nhạc MP3. MP3 là một loại nén tín hiệu âm thanh.

Nguồn http://vi.wikibooks.org/wiki/%C3%82m_H%E1%BB%8Dc

Read more »

X quang/ Tia X

Hình ảnh chụp X quang tay người đeo nhẫn, chụp bởi Röntgen

Tia X hay X quang hay tia Röntgen là một dạng của sóng điện từ, nó có bước sóng trong khoảng từ 0,01 đến 10 nanômét tương ứng với dãy tần số từ 30 Petahertz đến 30 Exahertz và năng lượng từ 120 eV đến 120 keV. Bước sóng của nó ngắn hơn tia tử ngoại nhưng dài hơn tia Gamma.

Tia X có khả năng xuyên qua nhiều vật chất nên thường được dùng trong chụp ảnh y tế, nghiên cứu tinh thể, kiểm tra hành lý hành khách trong ngành hàng không. Tuy nhiên tia X có khả năng gây ion hóa hoặc các phản ứng có thể nguy hiểm cho sức khỏe con người, do đó bước sóng, cường độ và thời gian chụp ảnh y tế luôn được điều chỉnh cẩn thận để tránh tác hại cho sức khỏe. Tia X cũng được phát ra bởi các thiên thể trong vũ trụ, do đó nhiều máy chụp ảnh trong thiên văn học cũng hoạt động trong phổ tia X.

Sử dụng trong Y tế

Từ khi Wilhelm Conrad Röntgen phát hiện ra tia X có thể chẩn đoán cấu trúc xương, tia X được phát triển để sử dụng cho chụp hình y tế. Khoa tia X là một lĩnh vực chuyên biệt trong y tế sử dụng ảnh tia X và các kĩ thuật khác để chẩn đoán hình ảnh.

Việc sử dụng tia X đặc biệt hữu dụng trong việc xác định bệnh lý về xương, nhưng có thể giúp ích dò ra các bệnh tật về phần mềm. Một vài ví dụ đáng chú ý như là khảo sát ngực, có thể dùng để chẩn đoán bệnh về phổi như là viêm phổi, ung thư phổi hay phù nề phổi, và khảo sát vùng bụng, có thể dò ra sự tắc ruột (tắc ống thực quản), tràn khí (từ lủng nội tạng), tràn dịch (trong các khoang bụng). Trong vài trường hợp, sử dụng tia X gây tranh cãi, như là sỏi mật (ít khi cản tia X) hay sỏi thận (thường thấy nhưng không phải luôn luôn). Hơn nữa, các tư thế chụp tia X truyền thống ít sử dụng trong việc họa hình các phần mềm như não hay cơ. Việc họa hình được thay thế cho phần mềm bằng kĩ thuật chụp hình tính toán quanh trục (computed axial tomography, CAT hay CT scanning) họa hình bằng chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) hay siêu âm.

Ảnh chụp tia X một hộp sọ người

Tia X còn được sử dụng trong kỹ thuật "thời gian thực", như là khám định thành mạch máu hay nghiên cứu độ tương phản của lỗ hổng trong nội tạng (là chất lỏng cản quang trong các ống ruột lớn hay nhỏ) sử dụng dụng cụ nhìn trang bị huỳnh quang. Các giải phẫu thành mạch máu, như các sự can thiệp y tế của hệ thống động mạch, dựa chủ yếu vào các máy đo nhạy với tia X để định vị các thương tổn tiềm tàng có thể chữa trị.

Xạ trị tia X, một sự can thiệp y tế, hiện nay dùng chuyên biệt cho ung thư, dùng các tia X có năng lượng mạnh.

Read more »

Siêu âm là gì?

Siêu âm là một phương pháp khảo sát hình ảnh học bằng cách cho một phần của cơ thể tiếp xúc với sóng âm có tần số cao để tạo ra hình ảnh bên trong cơ thể. Siêu âm không sử dụng các phóng xạ ion hóa (như X quang). Do hình ảnh siêu âm được ghi nhận theo thời gian thực nên nó có thể cho thấy hình ảnh cấu trúc và sự chuyển động của các bộ phận bên trong cơ thể kể cả hình ảnh dòng máu đang chảy trong các mạch máu.

Siêu âm là một khảo sát y học không xâm lấn (không gây chảy máu) giúp cho các bác sĩ có thể chẩn đoán và điều trị bệnh.

Siêu âm quy ước tạo ra những hình ảnh các lát cắt mỏng và phẳng của cơ thể. Những tiến bộ trong kỹ thuật siêu âm bao gồm siêu âm 3 chiều (siêu âm 3D) có khả năng tái tạo lại dữ liệu thu nhận được từ sóng âm thành hình ảnh 3 chiều. Siêu âm 4 chiều (siêu âm 4D) là siêu âm 3 chiều có ghi nhận sự chuyển động.

Siêu âm Doppler cũng có thể là một phần của quá trình khám siêu âm.

Siêu âm Doppler là một kỹ thuật siêu âm đặc biệt giúp đánh giá dòng máu chảy trong các mạch máu, bao gồm các động mạch và tĩnh mạch chính của cơ thể ở bụng, cánh tay, chân, và cổ.

Có 3 loại siêu âm Doppler:

• Siêu âm Doppler màu: dùng máy vi tính để chuyển giá trị Doppler thành một chuỗi các màu sắc để diễn tả tốc độ và hướng đi của dòng máu chảy bên trong các mạch máu.
• Siêu âm Doppler năng lượng là một kỹ thuật mới nhạy cảm hơn siêu âm Doppler màu và có khả năng cung cấp thông tin chi tiết hơn về dòng máu, đặc biệt là ở những dòng máu nhỏ. Tuy nhiên, siêu âm năng lượng không giúp cho các bác sĩ xác định được hướng đi của dòng máu mà thông tin này có thể trở nên quan trọng trong một số trường hợp.
• Siêu âm phổ. Thay vì biểu diễn giá trị Doppler theo dạng trực quan, siêu âm Doppler phổ biểu diễn đại lượng dòng máu dưới dạng biểu đồ dưới dạng khoảng cách đi được trong mỗi đơn vị thời gian.

Những công dụng phổ biến của siêu âm

Siêu âm giúp chẩn đoán được nhiều loại bệnh khác nhau và tiếp cận được những tổn thương của các cơ quan khi bị bệnh.

Siêu âm giúp các bác sĩ đánh giá được những triệu chứng:

• Đau
• Sưng, phù nề
• Nhiễm trùng

Siêu âm là cách hữu ích để kiểm tra nhiều cơ quan bên trong cơ thể, bao gồm (nhưng không chỉ giới hạn trong) những cơ quan sau:

Tim và các mạch máu, bao gồm động mạch chủ bụng và những nhánh chính của nó.

• Gan
• Túi mật
• Lách
• Tụy
• Thận
• Bàng quang
• Tử cung, buồng trứng và trẻ chưa sinh (thai nhi) ở những thai phụ.
• Mắt
• Tuyến giáp và tuyến cận giáp
• Bìu (tinh hoàn)

Siêu âm cũng được dùng để:

• Hướng dẫn thực hiện các thủ thuật như sinh thiết bằng kim, là thủ thuật đưa kim vào để lấy một mẫu tế bào từ một khu vực bất thường của cơ thể để đem đến phòng thí nghiệm kiểm tra.
• Thể hiện hình ảnh của vú để hướng dẫn sinh thiết ung thư vú
• Chẩn đoán nhiều loại bệnh tim và khảo sát những tổn thương sau một cơn đau tim hoặc một bệnh khác.

Siêu âm Doppler giúp các bác sĩ quan sát và đánh giá:

• Sự tắc nghẽn của dòng máu (chẳng hạn như huyết khối).
• Hẹp các mạch máu (có thể gây ra do mảng vữa).
• Những khối u và dị tật bẩm sinh

Với những thông tin về tốc độ và thể tích của dòng máu thu được từ hình ảnh siêu âm Doppler, các bác sĩ thường có thể xác định được bệnh nhân có đủ điều kiện để thực hiện thủ thuật (chẳng hạn như tạo hình mạch máu) hay không.

Chuẩn bị

Bạn nên mặc đồ thoải mái, quần áo lỏng khi khám. Bạn có thể sẽ cần phải cởi bỏ hết tất cả quần áo và trang sức nằm trong khu vực được khảo sát ra ngoài.

Bạn cũng có thể được yêu cầu mặc áo choàng khi thực hiện thủ thuật.

Những sự chuẩn bị khác tùy thuộc vào từng loại siêu âm. Đối với một số loại siêu âm, bác sĩ có thể yêu cầu bạn không ăn hoặc uống trong vòng 12 giờ trước khi khám. Đối với một số loại khác bạn sẽ được yêu cầu uống khoảng 5 ly nước trong vòng 2 giờ trước khi khám và không đi tiểu để bàng quang chứa đầy nước khi khám.

Hình dạng của thiết bị

Máy siêu âm bao gồm bộ điều khiển gồm có máy vi tính và nguồn điện, màn hình và đầu dò được dùng để scan cơ thể và các mạch máu. Đầu dò là một thiết bị nhỏ cầm tay tương tự như chiếc microphone, được nối với máy bằng một sợi dây. Đầu dò sẽ phát sóng âm có tần số cao vào cơ thể rồi sau đó lắng nghe sóng dội lại từ các mô trong cơ thể. Nguyên lý hoạt động của nó tương tự như thiết bị phát hiện tàu ngầm được dùng ở các tàu thuyền hoặc tàu ngầm trên biển.

Máy siêu âm

Đầu dò siêu âm

Hình ảnh siêu âm sẽ được hiển thị ngay lập tức ở màn hình kế bên tương tự như màn hình vi tính hoặc màn hình TV. Hình ảnh được tạo ra dựa vào biện độ (độ mạnh), tần số, và thời gian tín hiệu âm quay trở về đầu dò từ cơ thể người bệnh.

Nguyên tắc hoạt động

Siêu âm dựa trên cùng một nguyên tắc hoạt động của hệ thống định vị ở loài dơi, các tàu thuyền. Khi sóng âm va vào một vật thể, nó sẽ bị dội trở lại, hoặc phản âm trở lại. Bằng cách đo những sóng dội này, người ta có thể xác định được độ xa cũng như kích thước, hình dạng và mật độ (vật thể có tính chất rắn, hay chứa đầy dịch, hoặc cả hai) của vật thể.

Trong siêu âm, đầu dò vừa phát sóng âm vừa ghi nhận sóng dội trở lại. Khi đầu dò được ấn vào da, nó sẽ truyền những xung nhỏ của các sóng âm có tần số cao không nghe được đi vào cơ thể. Khi sóng âm dội lại từ các nội tạng bên trong cơ thể, dịch và mô, một microphone rất nhạy cảm của đầu dò sẽ ghi nhận lại những thay đổi nhỏ trong cao độ và hướng  của âm. Những tín hiệu sóng này sẽ được đo đạc ngay lập tức và thể hiện bằng máy vi tính bằng cách tạo ra những hình ảnh theo thời gian thực ở màn hình. Một hoặc nhiều khung hình sẽ được chụp lại làm hình tĩnh.

Siêu âm Doppler, một ứng dụng đặc biệt của siêu âm, dùng để đo hướng và vận tốc của các tế bào máu khi chúng di chuyển trong mạch máu. Sự chuyển động của các tế bào máu gây ra sự thay đổi về cao độ của sóng âm phản hồi lại (được gọi là hiệu ứng Doppler). Máy vi tính sẽ thu thập và xử lý những sóng âm này để tạo ra biểu đồ hoặc hình màu thể hiện dòng chảy của máu trong các mạch máu.

Cách thực hiện

Trong hầu hết các cuộc khám siêu âm, bệnh nhân sẽ được yêu cầu nằm ngửa trên bàn khám.

Một chất gel trong suốt sẽ được bôi lên vùng cơ thể cần khảo sát để giúp đầu dò tiếp xúc chắc chắn với cơ thể và hạn chế không khí chen vào giữa đầu dò và da bệnh nhân. Sau đó bác sĩ siêu âm sẽ ấn đầu dò vào da bệnh nhân và quét nó về phía sau và ra trước trên những vùng cơ thể được khám.

Siêu âm Doppler cũng được thực hiện trên cùng một loại đầu dò.

Khi quá trình khám kết thúc, bệnh nhân sẽ được yêu cầu mặc lại quần áo và ngồi đợi bác sĩ nghiên cứu hình ảnh siêu âm. Tuy nhiên, các bác sĩ siêu âm thường có thể nghiên cứu các hình ảnh siêu âm trong thời gian thực và bệnh nhân có thể ra về ngay lập tức.

Trong một số kiểu siêu âm, đầu dò sẽ được đưa vào các lỗ tự nhiên của cơ thể. Những khảo sát này bao gồm:

• Siêu âm tim qua ngã thực quản: đầu dò sẽ được đưa vào thực quản để khảo sát hình ảnh của tim.
• Siêu âm qua ngã trực tràng: đầu dò sẽ được đưa vào trực tràng của bệnh nhân nam để quan sát tiền liệt tuyến.
• Siêu âm qua ngã âm đạo: đầu dò sẽ được đưa và âm đạo của bệnh nhân nữ để quan sát tử cung và buồng trứng. Cách khám này chỉ được thực hiện khi có sự đồng ý của bệnh nhân.

Hầu hết những đợt khám siêu âm sẽ hoàn thành trong khoảng từ 30 phút đến 1 giờ.

Những gì bệnh nhân sẽ cảm thấy trong lúc siêu âm và sau khi siêu âm

Hầu hết các thủ thuật siêu âm đều không đau, nhanh chóng và dễ dàng.

Sau khi bạn nằm trên giường theo đúng tư thế, bác sĩ sẽ bôi một ít gel ấm lên da và đặt đầu dò lên cơ thể, di chuyển nó ra sau và ra trước trên khu vực được khám cho đến khi ghi nhận được hình ảnh mong muốn. Thường không có sự khó chịu nào khi bác sĩ ấn đầu dò lên vùng cơ thể được khám.

Nếu siêu âm ở khu vực nhạy cảm, bạn có thể cảm thấy áp lực hoặc bị đau nhẹ do đầu dò.

Những khảo sát siêu âm cần phải đưa đầu dò vào những lỗ tự nhiên của cơ thể có thể gây ra một chút khó chịu.

Nếu được siêu âm Doppler, bạn sẽ có thể thật sự nghe thấy những âm thanh như mạch đập thay đổi cao độ khi dòng máu đang được theo dõi và đo đạc.

Sau khi siêu âm, gel sẽ được lau sạch khỏi cơ thể bệnh nhân.

Sau khi siêu âm, bạn có thể quay trở lại những sinh hoạt hằng ngày của mình.

Ai sẽ phân tích kết quả siêu âm

Các bác sĩ thuộc chuyên khoa chẩn đoán hình ảnh, là những bác sĩ được đào tạo để quan sát và phân tích các khảo sát hình ảnh học, sẽ là người phân tích hình ảnh và gửi kết quả đến các bác sĩ trực tiếp điều trị cho bạn. Trong một số trường hợp, các bác sĩ chẩn đoán hình ảnh sẽ thảo luận kết quả với bạn khi kết thục cuộc khám.

Những ích lợi và nguy cơ của siêu âm

Ích lợi

• Hầu hết các phương pháp siêu âm đều không xâm lấn (không dùng kim cũng như không cần phải tiêm thuốc) và thường không gây đau.
• Siêu âm được sử dụng rộng rãi, dễ dàng và ít tốn kém hơn những phương tiện hình ảnh khác.
• Siêu âm không dùng tia xạ ion hóa
• Siêu âm có thể cho thấy hình ảnh rõ ràng của các mô mềm vốn thể hiện không tốt trên hình X quang.
• Siêu âm không gây ra những vấn đề nào về sức khỏe và có thể thực hiện lập đi lập lại ở mức độ cần thiết.
• Siêu âm là phương pháp khảo sát hình ảnh ưa thích để chẩn đoán và theo dõi ở những phụ nữ mang thai và thai nhi.
• Siêu âm cung cấp hình ảnh theo thời gian thực nên trở thành một công cụ tốt để hướng dẫn cho các thủ thuật xâm lấn tối thiểu chẳng hạn như tiêm cortisone, sinh thiết bằng kim, dùng kim hút các dịch trong khớp hoặc ở những nơi khác trên cơ thể.

Nguy cơ

• Đối với siêu âm chẩn đoán cơ bản thì vẫn chưa tìm thấy những tác dụng có hại của nó trên con người.

Những giới hạn của siêu âm chẩn đoán

Sóng siêu âm bị cản trở bởi hơi hoặc không khí, do đó siêu âm không phải là phương tiện chẩn đoán hình ảnh lý tưởng cho ruột và những cơ quan bị ruột che khuất. Trong hầu hết các trường hợp, khảo sát với barium, CT scan, và MRI là những phương pháp được lựa chon ở tình huống này.

Sóng siêu âm không đi qua được không khí, do đó khảo sát dạ dày, ruột non, và ruột già có thể bị giới hạn. Khí ở ruột non có thể ngăn không quan sát được những cấu trúc nằm sâu hơn như tụy và động mạch chủ. Những bệnh nhân có khổ người lớn siêu âm khó khăn hơn do các mô làm suy giảm (làm yếu đi) sóng âm khi nó đi sâu hơn vào cơ thể.

Sóng âm khó xuyên thấu được xương và do đó chỉ có thể nhìn thấy được mặt ngoài của các cấu trúc xương chứ không nhìn được những gì nằm bên trong. Để quan sát được những cấu trúc bên trong của xương và một số khớp, các bác sĩ thường dùng một phương tiện chẩn đoán hình ảnh khác, chẳng hạn như MRI.

Theo RadiologyInfo - Y học NET dịch

Read more »

Phát triển thành công cảm biến nhận dạng tĩnh mạch lòng bàn tay mỏng và nhỏ nhất thế giới

Nguyên lý hoạt động hệ thống nhận dạng tĩnh mạch lòng bàn tay

Phòng Thí Nghiệm của công ty Fujitsu, Fujitsu Laboratories, vừa thông báo họ đã đạt được những tiến triển đáng kể trong việc phát triển cảm biến nhận dạng tĩnh mạch lòng bàn tay mỏng và nhẹ nhất thế giới. Bằng cách thiết kế lại hoàn toàn hệ thống quang học với các cảm biến hình ảnh mới và thành phần quang học khác, Fujitsu Laboratories đã thành công trong việc thu nhỏ độ dày của cảm biến mới xuống còn 5mm và thể tích cũng giảm đi 80% so với thế hệ trước.

Vậy cảm biến nhận dạng tĩnh mạch lòng bàn tay là gì? Nguyên lý hoạt động ra sao? Có thể định nghĩa sơ lược cảm biến nhận dạng tĩnh mạch lòng bàn tay là loại cảm biến có tác dụng dò quét và chụp ảnh bản đồ các mạch máu trong lòng bàn tay sau đó lưu chúng lại để đối chiếu nhận dạng. Để xác thực, đầu tiên người sử dụng đặt úp lòng bàn tay lại, một thiết bị quét sẽ phát xạ ánh sáng trong phổ hồng ngoại, các hemoglobin trong mạch máu ở lòng bàn tay hấp thụ các tia hồng ngoại và tia sáng phản xạ ngược lại lên cảm biến hình ảnh để tạo nên bản đồ các mạch máu của lòng bàn tay. Sau đó hình ảnh gốc của bản đồ này sẽ được lưu lại trong cơ sở dữ liệu để so sánh với các hình ảnh sau này, tương tự như hệ thống nhận dạng vân tay.

Mẫu máy quét tĩnh mạch lòng bàn tay của Fujitsu

Trong bài viết được đăng trên trang chủ công ty, Fujitsu Laboratories cho biết cảm biến mới có hiệu năng nhận dạng ngang bằng trong khi độ dày lại chỉ bằng một nửa so với các công nghệ hiện tại. Đặc điểm này cho phép cảm biến thế hệ mới có thể dễ dàng tích hợp trong các thiết bị di động như máy tính bảng hay điện thoại. Hệ quả là công nghệ nhận dạng mới này sẽ ngày càng phổ dụng hơn trong đời sống hàng ngày.

Trong những năm gần đây, để ngăn chặn rò rỉ thông tin và gian lận tại các công ty và tổ chức tài chính, công nghệ nhận dạng sinh trắc học dựa trên các thông tin sinh học của con người đã được đưa vào sử dụng và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống, điển hình là công nghệ nhận dạng vân tay đang rất phổ biến trên thế giới. Tuy nhiên, các công nghệ hiện tại bộc lộ khá nhiều yếu kém và hàng rào bảo mật của chúng không khó để vượt qua.

Trước tình hình đó, Fujitsu Laboratories đã phát triển một công nghệ nhận dạng sinh trắc học dựa trên bản đồ các mạch máu trong lòng bàn tay. Cách tiếp cận mới này cho khả năng nhận dạng chính xác hơn, độ bảo mật cao hơn, và khó bị làm giả hơn so với các phương pháp truyền thống. Bên cạnh đó thao tác xác thực cũng vô cùng đơn giản: bạn chỉ việc đặt tay lên trên thiết bị mà không cần phải chạm, thế là xong. Công nghệ mới này đã được Fujitsu thương mại hóa dưới tên “hệ thống nhận diện tĩnh mạch lòng bàn tay không cần chạm PalmSecure”. Tháng 5 năm ngoái, hãng cũng đã phát triển thành công và bán ra thị trường một mẫu cảm biến nhỏ và mỏng hơn so với các đối thủ của mình.

Mẫu cảm biến Fujitsu giới thiệu năm 2011

Thông thường, để có thể tạo nên một cảm biến nhận diện tĩnh mạch lòng bàn tay có tốc độ nhanh và sử dụng đơn giản đòi hỏi phải có một cảm biến hình ảnh hiệu suất cao với diện tích quang học lớn. Yêu cầu này cản trở việc thu nhỏ và do đó chúng ta khó có thể tích hợp cảm biến lên máy tính bảng hay điện thoại di động. Thêm vào đó, các dữ liệu do cảm biến mới thu nhận có thể sẽ có khác biệt lớn so với thế hệ hiện tại khiến cho vấn đề bất tương thích xảy ra, từ đó gây khó khăn cho việc xây dựng hệ thống nhận diện sử dụng chung dữ liệu cũ và mới.

Điểm đặc biệt nhất trong phát kiến của Fujitsu là họ đã sử dụng cảm biến hình ảnh compact giá rẻ thường thấy trong thiết bị di động hay webcam. Nhờ đó, chi phí và kích thước của toàn bộ hệ thống nhận dạng đã giảm xuống. Để hình ảnh thu nhận được bởi cảm biến có thể được áp dụng cho quá trình nhận dạng, đội ngũ nhân viên làm việc tại Fujitsu Laboratories đã cất công sáng tạo nên một kỹ thuật hiệu chỉnh hình ảnh mới cho phép họ vượt qua được trở ngại này.

Khó khăn do vấn đề bất tương thích cũng được Fujitsu giải quyết tận gốc bằng các thấu kính góc rộng có độ méo thấp và một hệ thống ánh sáng khuếch tán. Qua hệ thấu kính, trường cảm thụ sẽ tương đương với các cảm biến hiện tại. Trong khi dưới tác dụng của hệ thống ánh sáng khuếch tán, cường độ ánh sáng được phân bố đồng đều lên trên bề mặt cảm biến. Kết quả là dữ liệu mới hoàn toàn tương thích với các dữ liệu cũ.

Mẫu cảm biến mới

So sánh với mẫu cảm biến bán ra năm ngoái, cảm biến mới có thể tích giảm đi 80% trong khi độ dày chỉ còn 5mm, kích thước tương đương với các cảm biến vân tay hiện nay. Thêm vào đó nhờ khả năng tương thích với các dữ liệu của các cảm biến thế hệ cũ, tiềm năng tích hợp công nghệ mới này vào các hệ thống nhận dạng sẽ là rất lớn. Tất nhiên, còn nhiều việc Fujitsu phải làm để đưa công nghệ này đến gần hơn với cuộc sống. Tuy nhiên, có thể thấy một tương lai trong đó các máy tính bảng, điện thoại, laptop được trang bị cảm biến nhận dạng tĩnh mạch lòng bàn tay PalmSecure đang ngày càng đến gần hơn bao giờ hết sau phát kiến này của Fujitsu.

Cảm biến cũ và mới của Fujitsu

Nguồn: Fujitsu lấy ở trang tinhte

Read more »

Thuật toán tìm đường Bellman Ford

Giống Dijkstra, đây là thuật toán tìm đường ngắn nhất nhưng đại thể là có ưu điểm hơn là giải quyết được đồ thị chu trình âm nhưng nhược điểm là đôi khi nó quét lại cả các nút đã quét nên hiệu suất không cao bằng. Ở viễn thông thì không biết có trường hợp nào đường đi nào có giá trị âm nên mình cũng khó đánh giá.
Cái kia mỗi lần quét thì thêm vào 1 giá trị nhỏ nhất vào tập hợp các đường đã biết, lần sau không phải quét nữa còn cái này cứ quét đại trà với vòng lặp bằng số đỉnh thì dừng.

Theo wiki

Thuật toán Bellman-Ford là một thuật toán tính các đường đi ngắn nhất nguồn đơn trong một đồ thị có hướng có trọng số (trong đó một số cung có thể có trọng số âm). Thuật toán Dijkstra giải cùng bài toán này với thời gian chạy thấp hơn, nhưng lại đòi hỏi trọng số của các cung phải có giá trị không âm. Do đó, thuật toán Bellman-Ford thường chỉ được dùng khi có các cung với trọng số âm.
Thuật toán Bellman Ford chạy trong thời gian O(V·E), trong đó V là số đỉnh và E là số cung của đồ thị.

Nội dung thuật toán

function BellmanFord(danh_sách_đỉnh, danh_sách_cung, nguồn)
   // hàm yêu cầu đồ thị đưa vào dưới dạng một danh sách đỉnh, một danh sách cung
   // hàm tính các giá trị khoảng_cách và đỉnh_liền_trước của các đỉnh, 
   // sao cho các giá trị đỉnh_liền_trước sẽ lưu lại các đường đi ngắn nhất.

   // bước 1: khởi tạo đồ thị
   for each v in danh_sách_đỉnh:
       if v is nguồn then khoảng_cách(v) := 0
       else khoảng_cách(v) := vô cùng
       đỉnh_liền_trước(v) := null
   
   // bước 2: kết nạp cạnh
   for i from 1 to size(danh_sách_đỉnh):       
       for each (u,v) in danh_sách_cung:
           if khoảng_cách(v) > khoảng_cách(u) + trọng_số(u,v) :
               khoảng_cách(v) := khoảng_cách(u) + trọng_số(u,v)
               đỉnh_liền_trước(v) := u

   // bước 3: kiểm tra chu trình âm
   for each (u,v) in danh_sách_cung:
       if khoảng_cách(v) > khoảng_cách(u) + trọng_số(u,v) :
           error "Đồ thị chứa chu trình âm"

Chứng minh tính đúng đắn

Tính đúng đắn của thuật toán có thể được chứng minh bằng quy nạp. Thuật toán có thể được phát biểu chính xác theo kiểu quy nạp như sau:
Bổ đề. Sau i lần lặp vòng for:

1. Nếu Khoảng_cách(u) không có giá trị vô cùng lớn, thì nó bằng độ dài của một đường đi nào đó từ s tới u;
2. Nếu có một đường đi từ s tới u qua nhiều nhất i cung, thì Khoảng_cách(u) có giá trị không vượt quá độ dài của đường đi ngắn nhất từ s tới u qua tối đa i cung.

Chứng minh.
Trường hợp cơ bản: Xét i=0 và thời điểm trước khi vòng for được chạy lần đầu tiên. Khi đó, với đỉnh nguồn khoảng_cách(nguồn) = 0, điều này đúng. Đối với các đỉnh u khác, khoảng_cách(u) = vô cùng, điều này cũng đúng vì không có đường đi nào từ nguồn đến u qua 0 cung.
Trường hợp quy nạp:
Chứng minh câu 1. Xét thời điểm khi khoảng cách tới một đỉnh được cập nhật bởi công thức khoảng_cách(v) := khoảng_cách(u) + trọng_số(u,v). Theo giả thiết quy nạp, khoảng_cách(u) là độ dài của một đường đi nào đó từ nguồn tới u. Do đó, khoảng_cách(u) + trọng_số(u,v) là độ dài của đường đi từ nguồn tới u rồi tới v.
Chứng minh câu 2: Xét đường đi ngắn nhất từ nguồn tới u qua tối đa i cung. Giả sử v là đỉnh liền ngay trước u trên đường đi này. Khi đó, phần đường đi từ nguồn tới v là đường đi ngắn nhất từ nguồn tới v qua tối đa i-1 cung. Theo giả thuyết quy nạp, khoảng_cách(v) sau i-1 vòng lặp không vượt quá độ dài đường đi này. Do đó, trọng_số(v,u) + khoảng_cách(v) có giá trị không vượt quá độ dài của đường đi từ s tới u. Trong lần lặp thứ i, khoảng_cách(u) được lấy giá trị nhỏ nhất của khoảng_cách(v) + trọng_số(v,u) với mọi v có thể. Do đó, sau i lần lặp, khoảng_cách(u) có giá trị không vượt quá độ dài đường đi ngắn nhất từ nguồn tới u qua tối đa i cung.
Khi i bằng số đỉnh của đồ thị, mỗi đường đi tìm được sẽ là đường đi ngắn nhất toàn cục, trừ khi đồ thị có chu trình âm. Nếu tồn tại chu trình âm mà từ đỉnh nguồn có thể đi đến được thì sẽ không tồn tại đường đi nhỏ nhất (vì mỗi lần đi quanh chu trình âm là một lần giảm trọng số của đường).

Ứng dụng trong định tuyến

Một biến thể phân tán của thuật toán Bellman-Ford được dùng trong các giao thức định tuyến vector khoảng cách, chẳng hạn giao thức RIP (Routing Information Protocol). Đây là biến thể phân tán vì nó liên quan đến các nút mạng (các thiết bị định tuyến) trong một hệ thống tự chủ (autonomous system), ví dụ một tập các mạng IP thuộc sở hữu của một nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP).
Thuật toán gồm các bước sau:

1. Mỗi nút tính khoảng cách giữa nó và tất cả các nút khác trong hệ thống tự chủ và lưu trữ thông tin này trong một bảng.
2. Mỗi nút gửi bảng thông tin của mình cho tất cả các nút lân cận.
3. Khi một nút nhận được các bảng thông tin từ các nút lân cận, nó tính các tuyến đường ngắn nhất tới tất cả các nút khác và cập nhật bảng thông tin của chính mình.

Nhược điểm chính của thuật toán Bellman-Ford trong cấu hình này là

• Không nhân rộng tốt
• Các thay đổi của tô-pô mạng không được ghi nhận nhanh do các cập nhật được lan truyền theo từng nút một.
• Đếm dần đến vô cùng (nếu liên kết hỏng hoặc nút mạng hỏng làm cho một nút bị tách khỏi một tập các nút khác, các nút này vẫn sẽ tiếp tục ước tính khoảng cách tới nút đó và tăng dần giá trị tính được, trong khi đó còn có thể xảy ra việc định tuyến thành vòng tròn)

Read more »

Thuật toán tìm đường Dijkstra

Đây là một thuật toán liên quan đến lý thuyết đồ thị, bản đồ, và trong viễn thông thì liên quan đến việc tìm đường ngắn nhất trong mạng. Code ví dụ trong cntt thì nhan nhản trên mạng, bạn nào học cntt mà cần thì tự search nhé.
Về cơ bản thì có thể diễn giải thế này :

• Từ nguồn tới chính nó thì có khoảng cách =0
• Từ các nút kề nguồn thì chọn nút có khoảng cách nhỏ nhất cập nhật vào danh sách đã tìm được đường kèm khoảng cách đến nguồn.
• Quét các nút còn lại , các nút này xem kề nút nào, nếu có kề các nút trong tập hợp danh sách đã biết được đường thì tính xem đường về đích là nhiêu, còn nếu không thì coi như bằng vô cùng. Sau đó trong các nút mới tìm được đường thì chọn nút có đường ngắn nhất cho vào danh sách.
• Cứ làm thế đến khi các nút đều vào danh sách đã tìm được đường thì thôi hoặc đến nút cần đến thì thôi

Ví dụ tí cho dễ hiểu, hình này mình chụp từ slide môn mạng viễn thông

• Theo đồ thị trên thì đến 1 có D3 gần nhất, lần quét đầu tiên cho D3 vào danh sách {1} -> {1,3} đó, các nút D5 D6 không liên hệ với tập hợp biết đường (hiện là {1}) nên cho là vô cùng.
• Tiếp với các nút còn lại thấy D2 liên hệ với D1 có khoảng cách là 3 là ngắn nhất, tống vào, danh sách tìm được đường thêm vào thành {1,2,3}.
• Quét tiếp, thấy D6 liên hệ với D3 có khoảng cách 1, D3 liên hệ nguồn có khoảng cách 2 -> D6 tới nguồn có khoảng cách là 3, ngắn nhất trong lần quét này, cập nhật tiếp. D6 chỉ cần lưu quãng đường và nút sẽ chuyển tiếp D3 thôi, vì khi đến D3, D3 sẽ có dữ liệu để đến đích rồi.
• Cứ thế đến hết.

Theo wiki :

Thuật toán Dijkstra, mang tên của nhà khoa học máy tính người Hà Lan Edsger Dijkstra, là một thuật toán giải quyết bài toán đường đi ngắn nhất nguồn đơn trong một đồ thị có hướng không có cạnh mang trọng số âm.

Bài toán
Cho một đồ thị có hướng G=(V,E), một hàm trọng số w: E → [0, ∞) và một đỉnh nguồn s. Cần tính toán được đường đi ngắn nhất từ đỉnh nguồn s đến mỗi đỉnh của đồ thị.
Ví dụ: Chúng ta dùng các đỉnh của đồ thị để mô hình các thành phố và các cạnh để mô hình các đường nối giữa chúng. Khi đó trọng số các cạnh có thể xem như độ dài của các con đường (và do đó là không âm). Chúng ta cần vận chuyển từ thành phố s đến thành phố t. Thuật toán Dijkstra sẽ giúp chỉ ra đường đi ngắn nhất chúng ta có thể đi.
Trọng số không âm của các cạnh của đồ thị mang tính tổng quát hơn khoảng cách hình học giữa hai đỉnh đầu mút của chúng. Ví dụ, với 3 đỉnh A, B, C đường đi A-B-C có thể ngắn hơn so với đường đi trực tiếp A-C.

Thuật toán
Thuật toán Dijkstra có thể mô tả như sau:
Ta quản lý một tập hợp động S. Ban đầu S={s}.
Với mỗi đỉnh v, chúng ta quản lý một nhãn d[v] là độ dài bé nhất trong các đường đi từ nguồn s đến một đỉnh u nào đó thuộc S, rồi đi theo cạnh nối u-v.
Trong các đỉnh ngoài S, chúng ta chọn đỉnh u có nhãn d[u] bé nhất, bổ sung vào tập S. Tập S được mở rộng thêm một đỉnh, khi đó chúng ta cần cập nhật lại các nhãn d cho phù hợp với định nghĩa.
Thuật toán kết thúc khi toàn bộ các đỉnh đã nằm trong tập S, hoặc nếu chỉ cần tìm đường đi ngắn nhất đến một đỉnh đích t, thì chúng ta dừng lại khi đỉnh t được bổ sung vào tập S.
Tính chất không âm của trọng số các cạnh liên quan chặt chẽ đến tính đúng đắn của thuật toán. Khi chứng minh tính đúng đắn của thuật toán, chúng ta phải dùng đến tính chất này.

Chứng minh
Ý tưởng của chứng minh như sau.
Chúng ta sẽ chỉ ra, khi một đỉnh v được bổ sung vào tập S, thì d[v] là giá trị của đường đi ngắn nhất từ nguồn s đến v.
Theo định nghĩa nhãn d, d[v] là giá trị của đường đi ngắn nhất trong các đường đi từ nguồn s, qua các đỉnh trong S, rồi theo một cạnh nối trực tiếp u-v đến v.
Giả sử tồn tại một đường đi từ s đến v có giá trị bé hơn d[v]. Như vậy trong đường đi, tồn tại đỉnh giữa s và v không thuộc S. Chọn w là đỉnh đầu tiên như vậy.
Đường đi của ta có dạng s - ... - w - ... - v. Nhưng do trọng số các cạnh không âm nên đoạn s - ... - w có độ dài không lớn hơn hơn toàn bộ đường đi, và do đó có giá trị bé hơn d[v]. Mặt khác, do cách chọn w của ta, nên độ dài của đoạn s - ... - w chính là d[w]. Như vậy d[w] < d[v], trái với cách chọn đỉnh v. Đây là điều mâu thuẫn. Vậy điều giả sử của ta là sai. Ta có điều phải chứng minh.

Read more »

MARCH (Media Access with Reduced Handshake)

Sự cải tiến bắt đầu từ MACA -> MACAW (nhiều bản tin quá) -> MACA-BI (yêu cầu ước lượng chính xác lưu lượng phát) -> cải tiến ra MARCH.
MARCH là giao thức dạng máy thu khởi đầu như MACA-BI nhưng MARCH này không cần phải ước lượng.
Ở lần truyền đầu tiên gói RTS được sử dụng chỉ trong gói đầu tiên. Từ gói thứ 2 trở đi chỉ dùng CTS .

Read more »

MACA-BI (MACA By Invitation)

Một loại MACA cải tiến khác ngoài MACAW
Ưu điểm của loại này là giảm số gói điều khiển hơn so với MACAW. Đặc điểm của nó là sẽ gửi tín hiệu RTR (ready to receive) cho máy phát kèm khoảng thời gian cho phép truyền.
Ở lớp thì mình học cái này chỉ lướt qua nên không biết nhiều lắm (trong vở chép 2 dòng), có 1 chú ý là hiệu suất phụ thuộc vào khả năng ước lượng của máy thu cho phép truyền.

Read more »

Hành trình mạng không dây: Từ Wi-Fi đến WiMax

Mạng không dây là một trong những bước tiến lớn nhất của ngành máy tính. Năm ngoái, hàng chục triệu thiết bị Wi-Fi đã được tiêu thụ và dự báo năm nay sẽ có khoảng 100 triệu người sử dụng. Con đường phát triển của công nghệ này từ quy mô hẹp ra phạm vi lớn thực ra mới chỉ bắt đầu cách đây 5 năm.

Sự khởi đầu

Năm 1985, Ủy ban liên lạc liên bang Mỹ FCC (cơ quan quản lý viễn thông của nước này), quyết định “mở cửa” một số băng tần của dải sóng không dây, cho phép sử dụng chúng mà không cần giấy phép của chính phủ. Đây là một điều khá bất thường vào thời điểm đó. Song, trước sự thuyết phục của các chuyên viên kỹ thuật, FCC đã đồng ý “thả” 3 dải sóng công nghiệp, khoa học và y tế cho giới kinh doanh viễn thông.

Ba dải sóng này, gọi là các “băng tần rác” (900 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz), được phân bổ cho các thiết bị sử dụng vào các mục đích ngoài liên lạc, chẳng hạn như lò nướng vi sóng sử dụng các sóng vô tuyến radio để đun nóng thức ăn. FCC đã đưa các băng tần này vào phục vụ mục đích liên lạc dựa trên cơ sở: bất cứ thiết bị nào sử dụng những dải sóng đó đều phải đi vòng để tránh ảnh hưởng của việc truy cập từ các thiết bị khác. Điều này được thực hiện bằng công nghệ gọi là phổ rộng (vốn được phát triển cho quân đội Mỹ sử dụng), có khả năng phát tín hiệu radio qua một vùng nhiều tần số, khác với phương pháp truyền thống là truyền trên một tần số đơn lẻ được xác định rõ.

Hợp nhất tiêu chí

Dấu mốc quan trọng cho Wi-Fi diễn ra vào năm 1985 khi tiến trình đi đến một chuẩn chung được khởi động. Trước đó, các nhà cung cấp thiết bị không dây dùng cho mạng LAN như Proxim và Symbol ở Mỹ đều phát triển những thiết sản phẩm độc quyền, tức là thiết bị của hãng này không thể liên lạc được với của hãng khác. Nhờ sự thành công của mạng hữu tuyến Ethernet, một số công ty bắt đầu nhận ra rằng việc xác lập một chuẩn không dây chung là rất quan trọng. Vì người tiêu dùng khi đó sẽ dễ dàng chấp nhận công nghệ mới nếu họ không còn bị bó hẹp trong sản phẩm và dịch vụ của một hãng cụ thể.

Năm 1988, công ty NCR, vì muốn sử dụng dải tần “rác” để liên thông các máy rút tiền qua kết nối không dây, đã yêu cầu một kỹ sư của họ có tên Victor Hayes tìm hiểu việc thiết lập chuẩn chung. Ông này cùng với chuyên gia Bruce Tuch của Trung tâm nghiên cứu Bell Labs đã tiếp cận với Tổ chức kỹ sư điện và điện tử IEEE, nơi mà một tiểu ban có tên 802.3 đã xác lập ra chuẩn mạng cục bộ Ethernet phổ biến hiện nay. Một tiểu ban mới có tên 802.11 đã ra đời và quá trình thương lượng hợp nhất các chuẩn bắt đầu.

Thị trường phân tán ở thời điểm đó đồng nghĩa với việc phải mất khá nhiều thời gian để các nhà cung cấp sản phẩm khác nhau đồng ý với những định nghĩa chuẩn và đề ra một tiêu chí mới với sự chấp thuận của ít nhất 75% thành viên tiểu ban. Cuối cùng, năm 1997, tiểu ban này đã phê chuẩn một bộ tiêu chí cơ bản, cho phép mức truyền dữ liệu 2 Mb/giây, sử dụng một trong 2 công nghệ dải tần rộng là frequency hopping (tránh nhiễu bằng cách chuyển đổi liên tục giữa các tần số radio, còn gọi là truyền chéo) hoặc direct-sequence transmission (phát tín hiệu trên một dài gồm nhiều tần số, còn gọi là truyền thẳng).

Chuẩn mới chính thức được ban hành năm 1997 và các kỹ sư ngay lập tức bắt đầu nghiên cứu một thiết bị mẫu tương thích với nó. Sau đó có 2 phiên bản chuẩn, 802.11b (hoạt động trên băng tần 2,4 GHz) và 802.11a (hoạt động trên băng tần 5,8 GHz), lần lượt được phê duyệt tháng 12 năm 1999 và tháng 1 năm 2000. Sau khi có chuẩn 802.11b, các công ty bắt đầu phát triển những thiết bị tương thích với nó. Tuy nhiên, bộ tiêu chí này quá dài và phức tạp với 400 trang tài liệu và vấn đề tương thích vẫn nổi cộm. Vì thế, vào tháng 8/1999, có 6 công ty bao gồm Intersil, 3Com, Nokia, Aironet (về sau được Cisco sáp nhập), Symbol và Lucent liên kết với nhau để tạo ra Liên minh tương thích Ethernet không dây WECA.

Tìm một tên gọi phù hợp

Mục tiêu hoạt động của tổ chức WECA là xác nhận sản phẩm của những nhà cung cấp phải tương thích thực sự với nhau. Tuy nhiên, các thuật ngữ như “tương thích WECA” hay “tuân thủ IEEE 802.11b” vẫn gây bối rối đối với cả cộng đồng. Công nghệ mới cần một cách gọi thuận tiện đối với người tiêu dùng. Các chuyên gia tư vấn đề xuất một số cái tên như “FlankSpeed” hay “DragonFly”. Nhưng cuối cùng được chấp nhận lại là cách gọi “Wi-Fi” vì nghe vừa có vẻ công nghệ chất lượng cao (hi-fi) và hơn nữa người tiêu dùng vốn quen với kiểu khái niệm như đầu đĩa CD của công ty nào thì cũng đều tương thích với bộ khuếch đại amplifier của hãng khác. Thế là cái tên Wi-Fi ra đời. Cách giải thích “Wi-Fi có nghĩa là wireless fidelity” về sau này người ta mới nghĩ ra. Gần đây, nhiều chuyên gia cũng đã viết bài khẳng định lại Wi-Fi thực ra chỉ là một cái tên đặt ra cho dễ gọi chứ chả có nghĩa gì ban đầu.

Đi vào cuộc sống

Như vậy là công nghệ kết nối cục bộ không dây đã được chuẩn hóa, có tên thống nhất và đã đến lúc cần một nhà vô địch để thúc đẩy nó trên thị trường. Wi-Fi đã tìm được Apple, nhà sản xuất máy tính nối tiếng với những phát minh cấp tiến. “Quả táo” tuyên bố nếu hãng Lucent có thể sản xuất một bộ điều hợp adapter với giá chưa đầy 100 USD thì họ có thể tích hợp một khe cắm Wi-Fi vào mọi chiếc máy tính xách tay. Lucent đáp ứng được điều này và vào tháng 7/1999, Apple công bố sự xuất hiện của Wi-Fi như một sự lựa chọn trên dòng máy iBook mới của họ, sử dụng thương hiệu AirPort. Điều này đã hoàn toàn làm thay đổi thị trường mạng không dây. Các nhà sản xuất máy tính khác lập tức ồ ạt làm theo. Wi-Fi nhanh chóng tiếp cận với người tiêu dùng gia đình trong bối cảnh chi tiêu cho công nghệ ở các doanh nghiệp đang bị hạn chế năm 2001.

Wi-Fi sau đó tiếp tục được thúc đẩy nhờ sự phổ biến mạnh mẽ của kết nối Internet băng rộng tốc độ cao trong các hộ gia đình và trở thành phương thức dễ nhất để cho phép nhiều máy tính chia sẻ một đường truy cập băng rộng. Khi công nghệ này phát triển rộng hơn, các điểm truy cập thu phí gọi là hotspot cũng bắt đầu xuất hiện ngày một nhiều ở nơi công cộng như cửa hàng, khách sạn, các quán café. Trong khi đó, Ủy ban liên lạc liên bang Mỹ FCC một lần nữa thay đổi các quy định của họ để cho phép một phiên bản mới của Wi-Fi có tên 802.11g ra đời, sử dụng kỹ thuật dải phổ rộng tiên tiến hơn gọi là truy cập đa phân tần trực giao OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing - còn gọi là ghép kênh chia tần số trực giao) và có thể đạt tốc độ lên tới 54 Mb/giây ở băng tần 2,4 Ghz.

Con đường phía trước

Những người ưa thích Wi-Fi tin rằng công nghệ này sẽ gạt ra lề hết những kỹ thuật kết nối không dây khác. Ví dụ, họ cho rằng các điểm truy cập hotspot sẽ cạnh tranh với các mạng điện thoại di động 3G vốn hứa hẹn khả năng truyền phát dữ liệu tốc độ cao. Tuy nhiên những suy luận như trên đã bị thổi phồng. Wi-Fi chỉ là một công nghệ sóng ngắn và sẽ không bao giờ có thể cung cấp được khả năng bao trùm rộng như mạng di động, nhất là khi các mạng này đang ngày một phát triển mạnh hơn về quy mô nhờ những dịch vụ chuyển vùng (roaming) và các thỏa thuận tính cước liên quốc gia.

Tuy nhiên, chỉ trong một vài năm nữa, thế hệ mạng đầu tiên dựa trên công nghệ mới WiMax, hay gọi theo tên kỹ thuật là 802.16, sẽ ra đời và trở nên phổ dụng. Như chính cái tên của mạng này cho thấy, WiMax chính là phiên bản phủ sóng diện rộng của Wi-Fi với thông lượng tối đa có thể lên đến 70 Mb/giây và tầm xa lên tới 50 km, so với 50 m của Wi-Fi hiện nay. Ngoài ra, trong khi Wi-Fi chỉ cho phép truy cập ở những nơi cố định có thiết bị hotspot (giống như các hộp điện thoại công cộng) thì WiMax có thể bao trùm cả một thành phố hoặc nhiều tỉnh thành giống như mạng điện thoại di động.

Ở thời điểm này, Wi-Fi là công nghệ mạng thống lĩnh trong các gia đình ở những nước phát triển. TV, đầu đĩa, đầu ghi và nhiều thiết bị điện tử gia dụng có khả năng dùng Wi-Fi đang xuất hiện ngày một nhiều. Điều đó cho phép người sử dụng truyền nội dung khắp các thiết bị trong nhà mà không cần dây dẫn. Điện thoại không dây sử dụng mạng Wi-Fi cũng đã có mặt ở các văn phòng nhưng về lâu dài, công nghệ truy cập không dây này có vẻ khó là kẻ chiến thắng trong cuộc đua đường dài trên các thiết bị này. Hiện nay, Wi-Fi tiêu tốn khá nhiều năng lượng của các thiết bị cầm tay và thậm chí ,chuẩn 802.11g không thể hỗ trợ ổn định cho hơn một đường phát video. Và thế là một chuẩn mới, có tên 802.15.3 hay còn gọi là WiMedia, đã được xúc tiến để trở thành chuẩn tầm ngắn cho mạng gia đình tốc độ cao, chủ yếu phục vụ thiết bị giải trí.

Quá trình phát triển của công nghệ Wi-Fi cũng đã cho thấy việc thống nhất cho ra một chuẩn chung có thể tạo nên một thị trường mới. Điều này càng được khẳng định thông qua quyết tâm của các công ty đang xúc tiến chuẩn WiMax. Trước đây các công nghệ mạng không dây tầm xa đều do các công ty lớn thao túng với những chuẩn bản quyền riêng và không cái nào được chấp nhận rộng rãi. Chính nhờ sự thành công của Wi-Fi mà những “người khổng lồ” giờ đây đã hợp lực với nhau để phát triển WiMax, một chuẩn phổ thông dễ tiếp cận đối với người tiêu dùng mà các hãng phát triển hy vọng sẽ giúp mở rộng thị trường và tăng doanh thu. Khó dự báo tương lai của Wi-Fi nhưng chắc chắn nó đã tạo nên một hướng đi cho nhiều công nghệ khác.

Nguồn http://vnexpress.net/gl/vi-tinh/2006/01/3b9e5ba6/

Read more »

PHÂN BIỆT WLAN VÀ LAN

WLANs cũng là một chuẩn trong hệ thống 802. Tuy nhiên việc truyền dữ liệu trong WLAN sử dụng sóng Radio. Trong mạng LAN, dữ liệu được truyền trong dây dẫn. Tuy nhiên đối với người dùng cuối thì giao diện sử dụng chúng là tương tự nhau. Cả WLAN và Wire LAN đều được định nghĩa dựa trên hai tầng Physical và Data Link (trong mô hình OSI). Các giao thức hay các ứng dụng đều có thể sử dụng trên nền tảng LAN và WLAN. Ví dụ như IP, IP Security (IPSec). Hay các ứng dụng như Web, FTP, Mail… Sự khác nhau giữa WLAN và LAN. - WLAN sử dụng sóng radio để truyền dữ liệu tại tầng Physcial. + WLAN sử dụng CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) còn LAN sử dụng công nghệ CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect). Collision Dectect không thể sử dụng trong mạng WLAN bởi thông tin đã truyền đi không thể lấy lại được do đó chúng không thể có tính năng Collision Detect được. Để đảm bảo gói tin truyền không bị xung đột mạng WLAN sử dụng công nghệ CSMA/CA. Trước khi truyền gửi tín hiệu Request To Send (RTS) và Clear To Send (CTS) để hạn chế xung đột xảy ra.


+ WLAN sử dụng định dạng cho Frame dữ liệu khác với mạng LAN. WLAN bắt buộc phải thêm thông tin Layer 2 Header vào gói tin. - Sử dụng Radio vào việc truyền thông tin sẽ chịu một số vấn đề mà khi sử dụng dây dẫn không mắc phải: + Việc kết nối sẽ chịu ảnh hưởng bởi khoảng cách, do phản xạ sóng nên đôi khi nguồn phát tín hiệu có thể bị thay đổi và có nhiều tín hiệu đến trước đến sau, một card mạng WLAN có thể kết nối tới nhiều mạng WLAN khác nhau. + Do sóng Radio có thể tìm thấy nên việc kết nối và bảo mật trên Wireless LAN cũng là vấn đề không nhỏ. - WLAN sử dụng cho người dùng thường xuyên phải di chuyển trong công ty. - WLAN sử dụng một giải tần sóng Radio nên có thể bị nhiễu nếu một sóng Radio khác có cùng tần số. Tương tự như cơ chế truy cập đường truyền CSMA/CD của mạng có dây (IEEE 802.3), Trong mạng IEEE 802.11 sử dụng cơ chế CSMA/CA. CA có nghĩa là Collition Avoidance khác với CD là Collition Detection trong mạng có dây. Nói như vậy không có nghĩa là CSMA/CD không có cơ chế phát hiện Collition như trong mạng có dây bởi vì đặc thù của thiết bị không dây là haft-duplex (Một khi nó đang nhận thì không thể truyền và nếu đang truyển thì không thể nhận). Trong CSMA/CA có 2 khái niệm là CSMA/CA và CSMA/CA based on MACA CSMA/CA: máy phát sẽ lắng nghe trên môi trường truyền, và khi môi trường truyền rỗi thì nó sẽ tiến hành gửi dữ liệu ra môi trường truyền, còn không nó sẽ sử dụng giải thuật backoff để tiếp tục chờ. Cơ chế này bị giới hạn bởi trường hợp hidden node. Giả sử, có 3 máy A,B,C máy B nằm trong range của A và range của C. Khi A gửi cho B thì C không nhận được tín hiệu trên môi trường truyền, và nếu C cũng gửi cho B thì xảy ra Collition.CSMA/CA based on MACA xuất hiện giải quyết node bằng cách trước khi một máy truyền dữ liệu thì nó sẽ lắng nghe đường truyền, và nếu đường truyền rỗi thì nó sẽ gửi frame RTS (request to send), trong trường hợp này, máy nhận sẽ đáp lại bằng frame CTS (Clear to send), những máy còn lại nếu nhận được 1 trong 2 frame trên thì sẽ tự động tạo ra NAV (Network allocation vector) để ngăn cản việc truyền dữ liệu. Cơ chế CSMA/CA còn được gọi chung là DCF (Distribute Coordination Function) là tiêu chí bắt buộc của chuẩn 802.11, còn có 1 cơ chế khác ít thông dụng hơn là PCF (Point Coordination Function), hiện nay có rất ít thiết bị hỗ trợ cơ chế này (Chỉ áp dụng cho mô hình infrastructure). PCF làm việc tương tự như cơ chế truy cập đường truyền của mạng Tokenring. Theo cơ chế này, PC ( Point Controller) tích hợp trong Access Point làm nhiệm vụ polling cho các station theo 1 schedule và chỉ có station nào được poll thì mới được phép truyền. Cơ chế này thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tính thời gian thực cao bởi vì nó sẽ làm cho các station tham gia vào mạng đều có cơ hội sử dụng môi trường truyền như nhau.

Nguồn http://www.mangbachkhoa.net/forum/showthread.php?t=9

Read more »

Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless (MACAW)

MACAW là sự mở rộng của MACA với trình tự thêm vào là RTS-CTS-DS-DATA-ACK.
DS (Data Sending):
nói với các nút lân cận máy phát nghe thấy RTS nhưng không thấy CTS của máy thu (do nút ẩn nút hiện).
DS để thông báo là RTS-CTS đã ok và đang truyền, do DS phát từ chính nút gửi RTS nên nút nào nghe được RTS thì cũng nghe được DS, còn nếu nút lân cận không nghe được CTS và không dùng DS này thì sẽ chẳng biết là truyền có được hay không.
Đấy chính là sự cải tiến.

Read more »

Truyền dẫn kênh chia sẻ

Ở đây nói đến là truyền dẫn trên kênh chia sẻ HS-DSCH trong HSDPA 3.5G

Không giống như WCDMA sử dụng mã trải phổ biến thiên để thay đổi tốc độ, HSDPA sử dụng mã trải phổ cố định SF= 16, việc thay đổi và phân bố tài nguyên mã dựa trên số lượng mã được cấp và phân quyền download trên bao nhiêu khe thời gian.
Việc huy động tài nguyên hệ thống cho một người sử dụng cao nhất có thể là cấp 15/16 mã và truyền trên mọi khe thời gian, khi đó hầu hết tài nguyên hệ thống có thể được cung cấp cho mội người, do đó mà HSDPA có thể đẩy tốc độ lên đến 14.4 Mbps. Sở dĩ không cung cấp cả 16 mã vì cần một lượng tài nguyên cho báo hiệu, điều khiển.

Read more »

Multiple Access with Collision Avoidance (MACA)

Đây là một giao thức MAC (media access control) cho mạng không dây để tránh được hiện tượng nút ẩn và nút hiện.

Ý tưởng là so với các loại giao thức MAC khác dùng cho mạng có dây chỉ truyền luôn, hỏng truyền lại hay là cảm nhận sóng mang rồi mới truyền thì trong môi trường vô tuyến phức tạp hơn, phải xin "cấp phép" trước rồi mới truyền.
Khi một nút muốn truyền, nó sẽ gửi tín hiệu yêu cầu gửi (RTS - Request to Send) với độ dài của khung cần gửi.
Nếu máy thu cho phép truyền nó sẽ gửi lại tín hiệu Clear To Send với độ dài khung nó cho phép nhận.

Các trạm xung quanh nghe được RTS thì sẽ không thu phát tín hiệu trong khoảng thời gian truyền cho đến khi truyền xong thì thôi (căn cứ theo độ dài trong CTS)

Các thủ tực khi gửi trong MACA giữa 2 trạm là :
A -> B : RTS
B -> A : CTS
A -> B : truyền data

Read more »

Thư viện mô phỏng CML (Coded Modulation Library) trong Matlab

Vừa bảo vệ đồ án xong, thấy các thày ok chấp nhận cái này (dù dùng mã nguồn mở và sửa 1 tí thôi chứ không hùng hục từ đầu như nhiều thằng khủng).
Nói chung thư viện này dùng để minh họa lý thuyết khá tốt.
Đây là những gì thư viện này hỗ trợ:

The toolbox contains support for the following:

• Rate 1/n convolutional codes with log-MAP, max-log-MAP, constant-log-MAP, and linear-log-MAP soft-in/soft-out SISO decoding, and Viterbi soft-in/hard-out decoding.
• Tail-biting convolutional codes.
• Two types of convolutional turbo codes (CTCs): (1) binary turbo codes with terminated trellises; (2) duo-binary tail-biting turbo codes.
• Block turbo codes (BTCs).
• Low density parity check (LDPC) codes, both decoding and encoding (encoding limited to certain types of LDPC codes).
• Puncturing and rate-matching to change the base code rate to a desired rate.
• log-MAP (APP) and Viterbi decoding of binary cyclic block codes (Golay, Hamming, etc).
• Arbitrary complex modulation formats: BPSK, QPSK, M-ary PSK, QAM, APSK, with SISO demodulation.
• FSK modulation with multiple tones, arbitrary modulation index (orthogonal or nonorthogonal), and either coherent or noncoherent demodulation.
• Iterative demodulation and decoding, i.e. bit interleaved coded modulation with iterative decoding (BICM-ID).
• Channel types: AWGN, fully-interleaved (ergodic) Rayleigh fading, or block Rayleigh fading.
• Monte Carlo computation of modulation constrained channel capacity (in AWGN and ergodic fading) and information outage probability (in block fading).
• Calculation of throughput of hybrid-ARQ systems.
• Generation of s-random (spread) interleaver and interleavers conforming to UMTS, LTE, cdma2000, CCSDS,  IEEE 802.16 and DVB-RCS standards.
• Ability to run on a grid computer using the Frontier Compute Engine

While the system is generic, the following standards are incorporated as examples:

• IEEE 802.16e (mobile WiMax) tail-biting convolutional code.
• IEEE 802.16e (mobile WiMax) convolutional turbo code (CTC).
• IEEE 802.16e (mobile WiMax) block turbo code (BTC).
• IEEE 802.16e (mobile WiMax) LDPC code.
• DVB-RCS turbo code. 
• DVB-S2 LDPC code.
• UMTS (WCDMA) turbo code.
• HSDPA hybrid-ARQ using a rate-matched UMTS turbo code and QPSK/16-QAM modulation.
• LTE turbo code.
• CCSDS turbo code.
• cdma2000 turbo code.

Nói chung thì sử dụng thư viện này khá là dễ, vào matlab, truy cập đến thư viện, chạy file cmlstartup để nó khởi động,  nếu là các thành phần có sẵn thì chỉ cần chạy ví dụ :

[sim_param, sim_state] = Cmlsimulate('HsdpaScenarios', [1 2 3 4]);
[sim_param, sim_state] = Cmlplot('HsdpaScenarios', [1 2 3 4]);

cái 1 2 3 4 là các trường hợp mô phỏng trong HSDPA với các tham số ở trong thư mục scenarios file HsdpaScenarios.

Các bạn khi down chương trình về thì vào thư mục documentation sẽ thấy có mấy file hướng dẫn.

Ngoài ra thì ở thư mục demo có 1 file hướng dẫn sử dụng thư viện để tính thông lượng HSDPA với các trường hợp, mình chỉnh sửa để nó mô phỏng với nhiều trường hợp và vẽ đồ thị với các trường hợp đó.

Chúc các bạn áp dụng thư viện tốt để phục vụ mục đích đồ án hay để minh họa lý thuyết nào đó mà không cần học quá nhiều về matlab

Link http://www.iterativesolutions.com/Matlab.htm

Read more »