Mô phỏng quá trình xử lý tín hiệu điều pha nhị phân

ứng dụng chơng trình Matlab-simulink Mô trình xử lý tín hiệu điều pha nhị phân Nguyễn Trung Kiên, Phạm Quang Hng Mở đầu Tín hiệu cấu trúc mã Barker tín hiệu cấu trúc mã M hai dạng tín hiệu điều pha nhị phân đợc sử dụng rộng rãi thiết bị vô tuyến điện tử nhờ đặc tính u việt Đây dạng tín hiệu xung rộng (x) bao gồm N xung liên tiếp có độ rộng (x1= x/N) tần số mang (0) pha ban đầu (n) nhận giá trị rời rạc thay đổi theo quy luật mã nhị phân Trên sở ứng dụng chơng trình Matlab-Simulink, viết giới thiệu phơng pháp xây dựng sơ đồ mô trình tạo xử lý lọc nén hai loại tín hiệu Tạo lọc nén tín hiệu điều pha theo m Barker a Quá trình tạo tín hiệu Chúng ta tạo tín hiệu mã Baker với độ dài N bất kỳ, để minh hoạ xem xét tín hiệu mã Barker_7 Tín hiệu mã Barker, độ dài N = với cấu trúc {Cn} ={+ + + - - + -} đợc tạo từ sơ đồ nh mô tả hình (a) Thụ động (b) Chủ động Hình Sơ đồ máy phát tín hiệu mã Barker_7 mô hình tạo tín hiệu theo phơng pháp thụ động (hình 1a), máy phát (Tx_G) tạo xung đơn vô tuyến độ rộng x1, tần số mang 0, điều chế xung (Tx_M) tạo dãy phần tử mã Barker, độ rộng phần tử tgc= x1 độ rộng xung phát x=7x1 mô hình máy phát tín hiệu theo phơng pháp chủ động (hình 1b), tạo mã (Barker.7_Gen) tạo dãy phần tử mã Barker với thời gian chirp Tc= x1, tín hiệu đợc dùng để điều chế pha dao động cao tần đợc tạo từ tạo dạng sóng (Sine_Wave) Kết mô trình tạo tín hiệu mã Barker_7 đợc thể hình Hình Dạng tín hiệu mã Barker_7 (quan sát chu kỳ xung phát) b Quá trình nén tín hiệu Quá trình lọc nén tín hiệu mã Barker đợc thực dựa nguyên tắc: hệ thống giữ chậm thực vai trò lọc phối hợp với đặc tính xung phản ảnh gơng {C-n} tín hiệu đầu vào {Cn} Để xem xét đến ảnh hởng nhiễu tạp trình thu xử lý, nguồn nhiễu tạp đợc từ phát tạp (Noise_Gen) đợc đặt vào kênh truyền tín hiệu theo mô hình đề xuất nh hình Hình Mô hình kênh truyền sóng với có mặt nhiễu tạp Cuối xây dựng đợc mô hình mô hệ thống tạo xử lý lọc nén tín hiệu mã Barker nh hình Kết mô đợc thể hình Hình Mô hình hệ thống tạo lọc nén tín hiệu cấu trúc mã Barker_7 (a) Lý tởng (b) Có nhiễu tác động Hình Kết lọc nén tín hiệu cấu trúc mã Barker_7 c Nhận xét - Tín hiệu đầu có đỉnh xuất thời điểm t = x, có biên độ tăng N=7 lần so với biên độ tín hiệu đầu vào Độ rộng tín hiệu (đỉnh chính) x/N, tức tín hiệu vào bị nén với hệ số nén N - Biên độ đỉnh phụ (6 đỉnh) 1/N cực đại - Thành phần nhiễu tạp, tính ngẫu nhiên biên độ, tần số, pha nên qua lọc đợc cộng ngẫu nhiên, theo lý thuyết phơng sai tạp đầu lọc tăng N lần Các thành phần tín hiệu có ích đợc cộng đồng pha, công suất tín hiệu tăng N lần tỷ số tín/tạp đầu lọc tăng N lần Các kết luận cho chuỗi mã Barker thực mô Tạo lọc nén tín hiệu điều pha theo m M a Tạo chuỗi M Đầu tiên, xây dựng sơ đồ mạch ghi dịch (hình 6) để tạo chuỗi M từ đa thức sinh bậc 4, g(x) = x4 + x3 + Đầu mạch ghi dịch nhận đợc chuỗi M có chu kỳ N = 24 - = 15: c = 101011110001001 Hình Sơ đồ mạch tạo chuỗi M, độ dài N=15 b Quá trình tạo lọc nén tín hiệu Máy phát tín hiệu mã M (khối M Code Sig_Gen hình 7) có hai chế độ: phát liên tục (C.M mode) phát xung (P.M mode) Trong chế độ phát xung, mã điều chế (đợc tạo từ chuỗi M qua biến đổi: +1 -1) đợc đa qua khối (C.P_M) đợc điều chế xung vuông độ rộng NTc, chu kỳ 2NTc Việc lọc nén tín hiệu mã M đợc thực dựa hệ thống dây giữ chậm nhiều đầu đóng vai trò lọc phối hợp với đặc tính xung phản ảnh gơng tín hiệu đầu vào Tín hiệu đầu tơng tự tín hiệu đầu lọc tối u máy thu Từ chuỗi: c = 101011110001001, ta có mã điều chế: {Cn} = {- + - + - - - - + + + - + + -} Cần tạo lọc có đặc tính xung phản ảnh gơng tín hiệu đầu vào{Cn}: {C-n} = {- + + - + + + - - - - + - + -} Cấu trúc thực hệ thống dây giữ chậm 15 đầu với 14 phần tử giữ chậm giống hệt nhau, thời gian giữ chậm phần tử thời gian chirp, Tgc=Tc= x1(độ rộng xung con) Hình Mô hình cấu trúc hệ thống tạo lọc nén tín hiệu mã M (a) Tín hiệu mã M liên tục (b) Tín hiệu xung mã M Hình Kết lọc nén tín hiệu xung mã M Nh xây dựng đợc mô hình mô trình tạo lọc nén tín hiệu mã M nh hình Kết mô bao gồm tín hiệu mã M điều chế (tín hiệu vào lọc nén) tín hiệu lọc nén thể hình nhận đợc tiến hành quan sát khoảng thời gian chu kỳ xung phát, tơng đơng với hai chu kỳ chuỗi M (tqs = 2NTc = 30s) c Đánh giá so sánh với trình tạo lọc nén tín hiệu Barker * Giống nhau: - Đỉnh cực đại tín hiệu đầu lọc nén xuất thời điểm t =x, có biên độ N lần so với biên độ tín hiệu đầu vào (N=15) - Độ rộng tín hiệu đầu lọc (ứng với đỉnh chính) x/N = x1, tức đợc nén N lần ** Điểm khác: Biên độ đỉnh phụ hàm tự tơng quan tín hiệu không Do hoán vị theo chu trình phần tử dãy giới hạn chu kỳ dẫn tới không búp sóng phụ Tuy nhiên, kết nghiên cứu rằng, mức tăng búp sóng phụ cực đại đạt giá trị gần N , tỷ số mức điện áp đỉnh phụ so với đỉnh gần / N Các yếu tố ảnh hởng đến hiệu lọc nén Sử dụng mô hình khảo sát nh hình để thấy đợc ảnh hởng vài yếu tố tác động lên trình lọc nén tín hiệu Các yếu tố phải kể đến tác động nhiễu, thăng giáng biên độ thay đổi thời gian giữ chậm khâu Sự tác động nhiễu: Khi tín hiệu đầu vào hỗn hợp cộng tín hiệu có ích nhiễu tạp đầu lọc nhận đợc lợng tăng tỷ số tín/tạp N thành phần tín hiệu có ích đợc phát nhiễu Chuỗi phức tạp (càng dài) cho độ lợi xử lý tín hiệu cao, khả chống nhiễu tốt Sự thăng giáng biên độ xung tín hiệu: Sự thăng giáng biên độ tín hiệu đầu vào tỷ số tín/tạp đầu lọc nhận giá trị khác N, nhiên khác biệt không đáng kể Sự thay đổi thời gian giữ chậm khâu: Các kết khảo sát cho thấy có ổn định thời gian giữ chậm khâu có tác động đến hiệu hiệu lọc nén Đặc biệt sai lệch cỡ 5%.tgc suy giảm biên độ đỉnh gia tăng đỉnh phụ rõ rệt Chúng ta minh hoạ ảnh hởng nh hình 10, sai lệnh cỡ 1% ảnh hởng không rõ ràng nhng sai lệnh 5% tín hiệu đầu bị méo lớn Hình Mô hình khảo sát tác động yếu tố lên trình lọc nén tín hiệu Hình 10 Tín hiệu đầu lọc có ổn định thời gian Kết luận Phơng pháp mô cho nhìn trực quan để nghiên cứu trình xử lý tín hiệu Mặc dù ví dụ đa ví dụ đơn giản hàng loạt vấn đề phức tạp cần đợc giải Trên thực tế, có nhiều yếu tố đồng thời tác động lên trình xử lý tín hiệu làm giảm chất lợng hệ thống Sự tác động yếu tố ổn định làm giảm hiệu xử lý cụ thể giảm tỷ số tín/tạp đầu lọc nén gây méo dạng tín hiệu làm mát tín hiệu có ích / Tài liệu tham khảo: [1] Nguyễn Đức Luyện (2003), Cơ sở thống kê rađa, NXB Quân đội [2] Hoàng Thọ Tu (2003), Cơ sở xây dựng đài rađa cảnh giới, HVKTQS, Hà Nội [3] Hoàng Thọ Tu (2005), Lý thuyết tín hiệu rađa phơng pháp xử lý, Tài liệu dùng cho học viên cao học, HVKTQS, Hà Nội [4] Nguyễn Phạm Anh Dũng (2000), Lý thuyết trải phổ ứng dụng, NXB Bu điện, Hà Nội [5] Nguyễn Quốc Trung (1999), Xử lý tín hiệu lọc số, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Robert H,Morelos-Zaragoza(2002), The Art of Error Correcting Coding, SONY Computer Science Laboratories, Inc JAPAN [7] Merril I.Skolic (1990), Radar Handbook Second Edition, Mc.Graw-Hill [8] Peyton Z.Peebles (1998), Radar Principles, New York, John Wiley & Sons [9] Bassem R.Mahafza, Ph.D (2000), Radar Systems Analysis and Design Using Matlab, Chapman & Hall/CRC_ A CRC Press company Boca Raton London New York Washington, DC ... Hình Mô hình cấu trúc hệ thống tạo lọc nén tín hiệu mã M (a) Tín hiệu mã M liên tục (b) Tín hiệu xung mã M Hình Kết lọc nén tín hiệu xung mã M Nh xây dựng đợc mô hình mô trình tạo lọc nén tín hiệu. .. tạp Cuối xây dựng đợc mô hình mô hệ thống tạo xử lý lọc nén tín hiệu mã Barker nh hình Kết mô đợc thể hình Hình Mô hình hệ thống tạo lọc nén tín hiệu cấu trúc mã Barker_7 (a) Lý tởng (b) Có nhiễu... Khi tín hiệu đầu vào hỗn hợp cộng tín hiệu có ích nhiễu tạp đầu lọc nhận đợc lợng tăng tỷ số tín/ tạp N thành phần tín hiệu có ích đợc phát nhiễu Chuỗi phức tạp (càng dài) cho độ lợi xử lý tín hiệu