Mục đích của một vòng theo dõi mã là theo dõi pha mã của một mã trong tín hiệu cụ thể. Đầu ra của vòng theo dõi mã là một bản sao mã được đồng chỉnh hoàn toàn. Vòng theo dõi mã trong máy thu GPS là một DLL. Sau DLL sẽ lấy tương quan tín hiệu đầu vào với ba bản sao của mã, như hình 4.13.
Đầu tiên phải chuyển đổi mã C/A về băng tần cơ sở. Sau đó tín hiệu được nhân với ba bản sao mã. Ba bản sao được tạo theo danh định với khoảng cách ±1/2 chip. Sau phép nhân thứ hai này, ba đầu ra được tích phân. Đầu ra của các phép tích phân là một giá trị số thể hiện tương quan giữa bản sao mã cụ thể với mã trong tín hiệu tới.
Hình 4.13. Sơ đồ khối mạch vòng theo dõi mã cơ bản
Hình 4.14. Tín hiệu trong theo dõi mã
Ba mã cục bộ được tạo và lấy tương quan với tín hiệu tới. a) Bản sao muộn có tương quan cao nhất nên pha mã phải được giảm, ví dụ như chuỗi mã phải được làm trễ. b) Mã đúng pha có tương quan cao nhất, mã sớm pha và muộn pha có cùng tương quan.
Ba đầu ra tương quan IE, IP, và IL sau đó được so sánh để tìm ra cái có tương quan cao nhất. Hình 4.14 mô tả một ví dụ của theo dõi mã. Một mã muộn pha có tương quan cao nhất, vậy pha mã phải được làm giảm. Đỉnh cao nhất được đặt tại bản sao đúng pha, và các bản sao sớm pha, muộn pha có tương quan giống nhau. Trong trường hợp này pha mã được theo dõi đúng.
DLL với ba bộ tương quan như trong hình 4.13 được tối ưu khi sóng mang cục bộ được khóa trong pha và tần số. Nhưng khi có một sai pha trên sóng mang cục bộ, tín hiệu sẽ bị nhiễu nhiều hơn, gây khó khăn cho DLL trong việc khóa mã. Do đó DLL trong máy thu GPS thường được thiết kế như hình 4.15.
Hình 4.15. Sơ đồ khối DLL với sáu bộ tương quan
Thiết kế trong hình 4.15 có ưu điểm là không phụ thuộc vào pha của sóng mang cục bộ. Nếu sóng mang cục bộ đồng pha với tín hiệu vào thì tất cả năng lượng sẽ đặt trên nhánh đồng pha. Ngược lại, nếu sóng mang cục bộ lệch pha với tín hiệu vào thì năng lượng sẽ được chuyển đổi giữa nhánh đồng pha và nhánh vuông pha.
Hình 4.16 minh họa cho trường hợp pha của bản sao sóng mang lệch so với pha của tín hiệu tới. Đồ thị phía trên chỉ ra đầu ra của ba bộ tương quan trong nhánh đồng pha và phía dưới chỉ đầu ra tương quan trong nhánh vuông pha của DLL với sáu bộ tương quan. Trường hợp này là một kết quả của các tần số khác nhau cho tín hiệu và các bản sao. Nó dẫn tới do sai pha luôn thay đổi (không đồng chỉnh). Có một vài lý do giải thích điều này, ví dụ, PLL có thể không được khóa.
Hình 4.16. Đầu ra của sáu bộ tương quan trong các nhánh đồng pha và vuông pha của vòng theo dõi
Độ lệch tần số dò sóng là 20 Hz và dải thông nhiễu PLL là 15 Hz (chỉ để minh họa).
Hình 4.17. Đầu ra của sáu bộ tương quan trong các nhánh đồng pha và vuông pha của vòng theo dõi. Sóng mang cục bộ đồng pha với tín hiệu vào.
Hình 4.17chỉ ra một trường hợp khi PLL ở trạng thái khóa. Vì bản sao sóng mang chính xác từ PLL nên trong hình 4.17 các bộ tương quan không thay đổi theo
thời gian. Đây không phải là trường hợp bản sao sóng mang không được hiệu chỉnh phù hợp với tần số và pha của tín hiệu tới.
Nếu việc thực hiện vòng theo dõi không phụ thuộc vào việc thực hiện của vòng khóa pha thì vòng theo dõi phải sử dụng cả hai nhánh đồng pha và vuông pha để theo dõi mã.