Toán t ửTeager - Kaiser (TK) là m t trong nh ng toán t phi tuyộ ữ ử ến đƣợc s ử dụng để đo lƣờng năng lƣợng v t lý t c th i c a m t h ậ ứ ờ ủ ộ ệ thống. Có m t s ộ ố ƣu điểm c a vi c s d ng toán t phi tuyủ ệ ử ụ ử ến này nhƣ hiệu quả, đơn giản và kh ả năng xác định
năng lƣợng t c thứ ời. Do đó, mộ ố ứt s ng dụng đƣợc dùng cho x lý tín hi u, x lý ử ệ ử âm thanh,.. . Trong b ộthu GNSS, ng b hóa mã TK d a trên d a trên nguyên tđồ ộ ự ự ắc việc khai thác năng lƣợng tín hi u b ng cách s d ng toán t ệ ằ ử ụ ử TK. Đầu ra của khối thực hi n toán t TK có th th hi n ệ ử ể ể ệ trễ ủ ấ ả các đƣờng kênh (đƣờ c a t t c ng truy n ề thẳng và các thành phần đa đƣờng). Định nghĩa của kh i th c hi n toán t TK trong ố ự ệ ử trƣờng h p liên tợ ục nhƣ:
Trong đó x(t) là thực, ẋ ẍ, tƣơng ứng là đạo hàm b c nh t và b c hai c a x(t). ậ ấ ậ ủ
Trong trƣờng h p r i rợ ờ ạc, đầu ra c a kh i th c hi n toán t TK trong m t tín hi u ủ ố ự ệ ử ộ ệ rời rạc thực x (n) đƣợc cho b i công thở ức:
Đáp ứng đầu ra c a kh i TK th hi n v trí củ ố ể ệ ị ủa các đỉnh tƣơng quan của hàm ACF. Việc xem xét, đánh giá các đỉnh tƣơng quan dựa trên đầu ra c a toán t ủ ử TK d ễ dàng hơn việc xem xét tr c ti p hàm ACF.ự ế Trong trƣờng h p có s tham gia cợ ự ủa thành ph n tín hiầ ệu đa đƣờng, đáp ứng đầu ra củabộ TK th hiể ện đƣợc thời gian đến c a các thành ph n tín hiủ ầ ệu LOS cũng nhƣ thành phần đađƣờng. Trong đó, thành ph n LOS ng vầ ứ ới đỉnh l n nh t cớ ấ ủa đáp ứng TK, đỉnh nh ỏ hơn ứngv i thành phớ ần đa đƣờng. Do đó, giải pháp s d ng toán t ử ụ ử TK xác định khá rõ ràng các đỉnhc a ủ hàm tƣơng quan trong cảtrƣờng h p không có hay có thành ph n tín hiợ ầ ệu đa đƣờng. 3.2.2.TK-AsPeCT
Theophƣơng pháp TK AsPeCT- , các AsPeCT k t hế ợp với kh i thố ực hiện toán t Tử K để có đƣợc một hàm tƣơng quan tổng h p m i. Trong bài báo này, ợ ớ khối thực hi n toán t ệ ử TK quy ƣớc đƣợc cải tiến v i ớ
Khi áp d ng toán t ụ ử TK cho các hàm tƣơng quan dạng không k t h p, hàm ế ợ tƣơng quan tổng h p mợ ới có độ ộ r ng của đỉnh chính hẹp hơn khá nhiều. Khi đó, các hàm tƣơng quan TK-AsPeCT đƣợc biến đổi thành:
Trong trƣờng h p r i r c, công th c trên tr thành: ợ ờ ạ ứ ở
3.3. K t qu mô phế ả ỏng
3.3.1.Các đặc tính của kết quả mô phỏng của bộ so pha Giả ử ộ ọc có băng thông s b l là vô h n. ạ
Hiệu năng hoạt động c a giủ ải pháp đƣợc đề xuất đƣợc so sánh v i các gi i ớ ả pháp khác nhƣgiải pháp truyền th ng s d ng hàm ACF, gi i pháp AsPECT và gi i ố ử ụ ả ả phápTK- AsPeCT.
Hình d ng cạ ủa hàm tƣơng quan của TK-AsPeCT cùng v AsPeCT và hàm ới ACF c a tín hi u sin BOCủ ệ (n, n)đƣợc minh h a trong hình 3.6. Trong các mô ph ng, ọ ỏ k = 1.4 và = 1. T hình này, có th β ừ ta ể đƣợc quan sát th y rấ ằng đỉnh chính c a TK-ủ AsPeCT hẹp hơn so với AsPeCT và và hàm ACF c a tín hi u ủ ệ sine BOC(n, n). Tƣơng tự nhƣ hàm tƣơng quanAsPeCT, không có đỉnh ph không mong mu n ụ ố trong hàm tƣơng quan TK-AsPeCT.
Hình 3.6. Hàm tƣơng quan ACF của tín hi u sin BOC(n.n); AsPeCT và TK-AsPeCT ệ
không có b l c ộ ọ
Đối v i các tín hi u cosin BOC(n, n), v i gi ớ ệ ớ ả định tƣơng tự cho các mô phỏng, 03 hàm tƣơng quan đƣợc thểhiện trong hình 3.7.
Nhƣ đã minh hoạ trong hình này, các đỉnh chính c a TK-AsPeCT v n là h p ủ ẫ ẹ hơn so với AsPeCT và cosine BOC(n, n) ACF. Tƣơng tự nhƣ AsPeCT, cùng và đỉnh chính, có 02 đỉnh phụ, và do đó sự nh m l n không th lo i b hoàn toàn. Tuy ầ ẫ ể ạ ỏ nhiên, s ố lƣợng các đỉnh ph c a TK-AsPeCT vụ ủ ẫn còn ít hơn so với hàm ACF của tín hi u cosine BOC(n, n). ệ Đặc bi t, so v i các AsPeCT, tệ ớ ỷ s gi a công su t cố ữ ấ ủa đỉnh ph ụ và đỉnh chính là nh ỏ hơn nhiều . Do đó, nguy cơ lựa chọn cao điểm sai là nh ỏ hơn.
Hình 3.7. Hàm tƣơng quan ACF của tín hi u cosinBOC (n.n); AsPeCT và TK-ệ
AsPeCT không có b l c. ộ ọ
Trong b thu GNSS truy n th ng, các vòng l p mã theo dõi là m t M ch ộ ề ố ặ ộ ạ vòng khóa tr ễ DLL, nơi mà bộ so sánh tr mã (b so pha mã) có vai trò r t quan ễ ộ ấ trọng và quyế ịnh đết đ n chất lƣợng c a DLL . Khi s d ng m t bủ ử ụ ộ ộ so pha d ng hi u ạ ệ bình phƣơng 2 tƣơng quan EMLP theo dõi vòng lặp, đầu ra c a b ủ ộ so pha mã đƣợc cho bởi công thức:
Với τlà i di n cho các pha mã ( ) s khác bi t giđạ ệ trễ ự ệ ữa b ộ thu và nơi tạo ra tín hi u ệ BOC và là kho ng cách S m- Mu n trong δ ả ớ ộ chip.
Vùng ổn định là miền xung quanh điểm l ch 0 c a b so pha sao cho ệ ủ ộ trong miền đó khi sai số đầ u vào b ộ so pha không đổi dấu thì đáp ứng c a b so pha ủ ộ cũngkhông đổ ấu. Điều này đồng nghĩa bộ so pha có đáp ứi d ng phù h p v i sai s ợ ớ ố đầu vào và h it v ộ ụ ề điểm l ch 0. Vùng tuy n tính là vùng ệ ế xung quanh điểm l ch 0 ệ sao cho đáp ứngc a b so pha t l thu n v i sai s v pha ủ ộ ỉ ệ ậ ớ ố ề ở đầu vào. Điều này đồng nghĩa bộ so pha có đápứng hoàn h o v i sai s u vào và không t o ra hiả ớ ố đầ ạ ện tƣợng d ch chuyị ển sai số. Đây là mộttham s quyố ết định đến hiệu năng hoạ đột ng c a b ủ ộ so pha. Vùng tuy n tính càng rế ộng đồngnghĩa vớ ộ so pha có đáp ứi b ng chính xác với sai số ớ ở đầu vào và nhƣ vậ l n y DLL càng cóhiệu năng hoạt động tốt hơn.
Hình 3.8 mô t các hình d ng c a l i ra các b so pha ng vả ạ ủ ố ộ ứ ới phƣơng pháp truy n th ng sin BOC(n,n); AsPeCT và TK-ề ố AsPeCT. Và hình d ng c a l i ra các ạ ủ ố b so pha ng vộ ứ ới phƣơng pháp truyền th ng cosin BOC(n,n); AsPeCT và TK-ố AsPeCT đƣợc th hiể ện ở hình 3.9. Trong c hai mô ph ng, các c u trúc b ả ỏ ấ ộ tƣơng quan trong DLL là tƣơng quan ẹh p v i kho ng ớ ả cách Sớm-Muộn δ= 0,1 chips và b ộ lọc có băng thông vô hạn. Rõ ràng, so với các phƣơng pháp truyền thống, phƣơng pháp TKAsPeCT không có điểm khóa sai đối v i sine BOC(n, n) .Công su t xuớ ấ ất hi n cệ ủa điểm khóa sai i vđố ới cosineBOC (n, n) đƣợc giảm đáng kể. Hơn nữa, thú v ị là lƣu ý rằng vùng tuy n tính b so pha ế ộ là nhƣ nhau cho 03 phƣơng pháp. Tuy nhiên, vùng ổn định của bộso pha với phƣơng pháp TK-AsPeCT là giảm nhẹ.
Hình 3.9. TK-AsPeCT S-curve cho cosin BOC(n.n)
3.3.2.Ảnh hƣởng của hiệu ứng đa đƣờng.
Đƣờng bao lỗi đa đƣờng (MEE) là m t trong nhộ ững phƣơng pháp đơn giản nhất để đánh giá ảnh hƣởng c a hiủ ện tƣợng đa đƣờng đối v i quá trình bám mã ớ PRN c a b ủ ộ thu GNSS. Phƣơng pháp MEE xem xét trƣờng h p b ợ ộ thu GNSS đƣợc đặt trong môi trƣờng ch có m t thành ph n tín hiỉ ộ ầ ệu đa đƣờng bên c nh thành ph n ạ ầ tín hiệu LOS. Để đơn giản hơn nữa, biên độ tƣơng đố ủi c a thành phần đa đƣờng so v i thành phớ ần LOS duy trì không đổi trong suốt quá trình đánh giá tác động của hiện tƣợng đa đƣờng. Hơn nữa, giá tr ị biên độ này là nhƣ nhau vớ ấ ả các đội t t c trễ khác nhau c a thành phủ ần đa đƣờng, đồng thời độ ệ l ch pha c a tín hiủ ệu đa đƣờng ở t t c ấ ả các độ trễ khác nhau đều gi ng nhau: hoố ặc đồng pha v i thành ph n LOS ớ ầ hoặc ngƣợc pha v i thành ph n LOS. ớ ầ Việc tính toán đƣờng bao lỗi trung bình tƣơng
đƣơng với việc tìm ra điểm c t 0 cắ ủa đáp ứng b ộ so pha vì đây là điểm khóa ổn định của DLL. Do tác động c a thành phủ ần đa đƣờng, điểm c t 0 này không còn nắ ằm ở điểm l ch n a. S sai khác giệ ữ ự ữa điểm cắt 0 và điểm l ch t o ra sai s ệ ạ ố do đa đƣờng trong bám mã.MEE trình bày tác động c a hiủ ện tƣợng đa đƣờng thông qua biên độ tƣơng đối không đổi ho c h ng s ặ ằ ố SMR (thƣờng là SMR= 0.5 ho c -6 dB) cho t t ặ ấ c ả các đƣờng tr (tín hiễ ệu đa đƣờng đƣợc xem xét thay đổ ừ 0 đếi t n 1.2 chipsso với các tín hi u LOS)ệ . Các đƣờng bao lỗi đƣợc tính toán bằng cách xác định vùng giao nhau c a các b so pha DLL. ủ ộ
Các k qu ết ả đƣợc minh h a trong hình 3.10 và 3.11 cho sin BOC (n, n) và ọ cosin BOC (n, n), tƣơng ứng v i TK-AsPeCT, ớ AsPeCT và phƣơng pháp truyền thống.
Hình 3.10. MEE cho các tín hi u truy n thệ ề ống sin BOC(n,n), AsPeCT và TK-
Hình 3.11. MEE cho các tín hi u truy n th ng cosin BOC(n,n), AsPeCT và TK-ệ ề ố
AsPeCT
T quan sát hình v , có th nh n th y, hiừ ẽ ể ậ ấ ệu năng giảm nhiễu đa đƣờng của giải pháp đề xu t tấ ốt hơn so với hai gi i pháp còn l i khi xét v i c hai dả ạ ớ ả ạng điều chế tín hiệu. Do đặc tính của hàm tƣơng quan tổng hợp có biên độ ấ r t nh ỏ khi độ ễ tr mã l n nên khi tín hiớ ệu đa đƣờng có tr l n, s ễ ớ ự tác động làm bi n dế ạng đỉnh chính hàm tƣơng quan và thay đổi giá tr u ra các b ị đầ ộ tƣơng quan không xảy ra. Điều này giảm ảnh hƣởng c a tín hiủ ệu đa đƣờng đến độ chính xác bám mã.
Bên cạnh đó, đƣờng bao RAE cũng đƣợc s dử ụng để so sánh, đánh giá hiệu năng giảm nhiễu đa đƣờng c a các gi i pháp. ủ ả Trong phƣơng pháp RAE, chỉ nh ng ữ giá tr tuyị ệt đố ủa đƣời c ng bao mới đƣợc xem xét và tổng tích lũy của chúng đƣợc s dử ụng để tính lỗi trung bình. Phƣơng pháp RAE tính giá trị trung bình c a MEE ủ khi pha c a tín hiủ ệu đa đƣờng đồng pha và ngƣợc pha v i tín hi u LOS. Các giớ ệ ải
pháp ho c d ng tín hiặ ạ ệu đƣợc g i là có kh ọ ả năng giảm nhiễu đa đƣờng t t n u có ố ế RAE ti n t i 0 nhanh theo chiế ớ ều độ trễ mã PRN tăng lên. Trong s các gi i pháp ố ả đƣợc xem xét, giải pháp đề xuất có đƣờng bao RAE t t nh t vố ấ ới các đặc điểm: giá trị sai s cố ực đại nhỏ và ti n v 0 nhanh nh t. Nhế ề ấ ững đặc điểm này có th y gi i pháp ấ ả đề xu t v t ng th có hiấ ề ổ ể ệu năng giảm nhiễu đa đƣờng t t nh t. Hình. 12 và Hình. ố ấ 13 hi n th ể ị các RAE tƣơng ứng với sineBOC (n, n) và cosin BOC(n, n) với tín hi u ệ TK-AsPeCT, AsPeCT, và phƣơng pháp truyền th ng. ố
Hình 3.12. RAE tƣơng ứng v i sine BOC (n, n) v i tín hi u TK-AsPeCT, AsPeCT, và ớ ớ ệ
Hình 3.13. RAE tƣơng ứng v i cosin BOC(n, n) v i tín hi u TK-AsPeCT, AsPeCT, ớ ớ ệ và phƣơng pháp truyền th ngố .
Những k t quế ả trên đây một lần n a khữ ẳng định hi u qu c a giệ ả ủ ải pháp đề xuất trong việc nâng cao hiệu năng bám mã cho bộ thu GNSS dƣới tác động của hiện tƣợng đa đƣờng.
3.4. Kết luận chƣơng 3
M t gi i pháp tránh bám mã nh m áp d ng cho tín hiộ ả ầ ụ ệu điều ch cosin ế BOC(n,n) đã đƣợc nghiên cứu, đề xuất và đánh giá. Giải pháp này d a trên k t hự ế ợp gi a hàm ACF c a tín hiữ ủ ệu cosin BOC (n,n) và hàm tƣơng quan BOC – PRN (tƣơng quan giữa tín hi u BOC và mã gi ngệ ả ẫu nhiên PRN). Hàm tƣơng quan tổng hợp đạt đƣợc đã loạ ỏ đƣợc 04 đỉi b nh ph cụ ủa hàm ACF. Đồng thời, độ ộng đỉ r nh chính của hàm ACF tín hi u cosin BOC (n,n) vệ ẫn đƣợc duy trì.
Toán t ử phân tích năng lƣợng Teager – Kaiser (TK) cũng đã đƣợ ực l a chọn để nghiên c u và xây d ng m t giứ ự ộ ải pháp để nâng cao độ chính xác cho quá trình bám mã trong các b thu GNSS. Vi c k t h p toán t TK v i gi i pháp lo i b ộ ệ ế ợ ử ớ ả ạ ỏ đỉnh ph hàm ACF giúp t o ra m t gi i pháp tránh bám nh m m i có th ụ ạ ộ ả ầ ớ ể đƣợc áp d ng ụ cho tín hiệu điều ch sin BOC ế (n,n) cũng nhƣ cosin BOC (n,n). Giải pháp này cũng đạt đƣợc tiêu chí v kh c ph c kh ề ắ ụ ả năng bám nhầm c a mủ ạch vòng và duy trì đƣợc những ƣu điểm c a d ng tín hiủ ạ ệu điều ch BOC. M c dù hi u su t cế ặ ệ ấ ủa phƣơng pháp này đƣợc ki n ngh là nh y c m vế ị ạ ả ới đa đƣờng ng n tr , nó vắ ễ ẫn nhanh hơn so với phƣơng pháp truyền th ng. ố
K T LU N Ế Ậ
H ệ thống định v s d ng v tinh GNSS ngày càng có r t nhiị ử ụ ệ ấ ều ứng d ng ụ trong các lĩnh vực trong cu c s ng.Nhộ ố ằm đáp ứng ngày càng tốt hơn nữa v ch t ề ấ lƣợng d ch v mà h th ng cung c p tị ụ ệ ố ấ ới ngƣờ ử ụng cũng nhƣ tậi s d n d ng s phát ụ ự triển c a các công ngh , k thu t vi n thông hiủ ệ ỹ ậ ễ ện đại, các h ệthống định v ị đã không ng ng phát tri n thông qua s hiừ ể ự ện đại hóa c a h ủ ệthống hi n t i là GPS và s ệ ạ ự triển khai cung c p d ch v c a các h th ng mấ ị ụ ủ ệ ố ới nhƣ Galileo và GLONASS.Trong đó, các tín hi u c a h ệ ủ ệthống GPS và Galileo s dử ụng phƣơng thức đa truy cập CDMA, các tín hi u c a h ệ ủ ệ thống GLONASS s dử ụng phƣơng thức đa truy cập FDMA. Trong tƣơng lai không xa, nhằm tri n khai s k t h p liên h th ng gi a các h ể ự ế ợ ệ ố ữ ệ thống GNSS, GLONASS s ẽtriển khai phƣơng thức CDMA cho các tín hiệu định v ị mới. Hầu h t các h ế ệthống GNSS tri n khai s dể ử ụng phƣơng thức điều ch BOC cho ế các tín hiệu định v mị ới trong giai đoạn phát tri n và hiể ện đại hóa. Trên khía cạnh k t h p gi a các h ế ợ ữ ệthống GNSS, các h ệthống GNSS chia s các t n s sóng mang ẻ ầ ố để truy n phát các tín hiề ệu định v . N i dung c a ị ộ ủ đồ án đã tập trung gi i quy t ả ế nh ng tác nhân gây sai s nh m c i thi n ữ ố ằ ả ệ chất lƣợng, nâng cao độ chính xác c a các ủ b ộ thu GNSS, đặc bi t khi các h ệ ệ thống GNSSđang trong giai đoạn phát tri n và ể hiện đại hóa v i vi c b sung thêm nhi u tín hiớ ệ ổ ề ệu định v m Hai vị ới. ấn đề đƣợ ậc t p trung nghiên c u là nhiứ ễu đa đƣờng và hiện tƣợng sai lệch đồng b khi b thu GNSS ộ ộ hoạ ột đ ng v i các tín hiớ ệu định v dị ạng điều ch ếBOC.
Bài nghiên cứu đã trình bày các nội dung bao g m: ồ
Chƣơng 1 giới thi u t ng quát v khái niệ ổ ề ệm, đặc điểm, tác h i c a hiạ ủ ện tƣợng đa đƣờng và tín hi u phi tuyệ ến.
Hiện tƣợng đa đƣờng (Multipath) là hiện tƣợng khi mà tín hiệu đƣợc phát đi b ph n x trên các b m v t ị ả ạ ề ặt ậ thể ạ t o ra nhiều đƣờng tín hi u gi a tr m g c và thiệ ữ ạ ố ết b u cu i s d ng. K t qu là tín hiị đầ ố ử ụ ế ả ệu đến các thi t b u cu i s d ng là t ng ế ị đầ ố ử ụ ổ h p c a tín hi u g c và tín hi u ph n x . Dợ ủ ệ ố ệ ả ạ ẫn đế ở máy thu, ta thu đƣợ ấn c r t nhi u ề
phiên b n khác nhau c a tín hiả ủ ệu phát. Điều này ảnh hƣởng đến chất lƣợng c a h ủ ệ thống thông tin vô tuy n. ế
Hiện tƣợng phi tuy n là hiế ện tƣợng tín hi u b méo do các tác nhân phi tuy n ệ ị ế gây ra. Hiện tƣợng phi tuy n trong vi n thông có th x y ra t i hai quá trình: quá ế ễ ể ả ạ trình truyền thông tin và quá trình nh n thông tin. H th ng phi tuy n có th t o ra ậ ệ ố ế ể ạ các hành vi có tính ph c tứ ạp trong đó có điểm r nhánh, s h n lo n, sóng hài và ẽ ự ỗ ạ sóng hài ph mà không th s n xu t ho c phân tích ụ ể ả ấ ặ đƣợc bằng phƣơng pháp tuyến