Tốc độ mã PRN càngcao, ảnh hƣởng gây sai số của tín hiệu đa đƣờng càng giảm.Cùng với tốc độ mã PRN, phƣơng thức điều chế giúp ích rất nhiều cho tín hiệu định vịtrong việc hạn chế ảnh hƣởng của tín hiệu đa đƣờng đối với bộ thu GNSS.Lý do này chính làmột trong những cơ sở vững chắc cho việc đề
xuất các phƣơng thức điều chế mới cho các tínhiệu định vị mới.
Các nghiên cứu để tìm ra các giải pháp kỹ thuật xử lý tín hiệu tại bộ thu đối với sai số do truyền dẫn đa đƣờng đƣợc thực hiện theo nhiều hƣớng khác nhau. Về cơ bản, các giải pháp đó có thể đƣợc chia thành 3 hƣớng chủ yếu:
Giải pháp thực hiện trƣớc bộ thu ứng với miền cao tần của tín hiệu. Các giải pháp này bao gồm việc thiết kế anten của bộ thu định vị nhƣ anten Choke ring, hệ anten hay anten mảng.
Giải pháp thực hiện tại khối xử lý tín hiệu trong bộ thu
Các giải pháp này bao gồm các giải pháp dựa trên thay đổi cấu trúc vòng khóa pha (PLL), vòng khóa trễ (DLL); các giải pháp sử dụng tín hiệu tái tạo ở bộ thu khác dạng với tín hiệu thu đƣợc để thực hiện quá trình đồng bộ tín hiệu; các giải pháp sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến
Giải pháp sau quá trình xử lý tín hiệu – kỹ thuật hậu xử lý.
Trong các giải pháp trên, giải pháp đƣợc thực hiện tại khối xử lý tín hiệu của bộ thu có nhiều ƣu điểm hơn so với hai xu hƣớng còn lại nhƣ: tính linh động cao, dễ thực hiện, khối lƣợng tính toán không lớn, hiệu quả cao. Đặc biệt, các giải pháp này dễ dàng áp dụngđƣợc trong các bộ thu mềm SDR, một xu hƣớng thiết kế bộ thu GNSS phổ biến hiện nay trên thế giới và có chi phí rẻ hơn so với xu hƣớng thiết kế bộ thu cứng truyền thống.
Các giải pháp thực hiện tại trƣớc khi tín hiệu định vị đi vào bộ thu GNSS liên
quan đến việc thiết kế anten của bộ thu GNSS để có thể tránh thu phải các thànhphần tín hiệu đa đƣờng nhƣ sử dụng anten choke ring , hệ anten, sử dụng hệ anten hoặc sử dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu cho hệ anten nhƣ giải pháp beamforming .
43
Các giải pháp hậu xử lý đƣợc thực hiện sau khi bộ thu GNSS đã tính toán đƣợc giả khoảng cách. Còn các giải pháp xử lý tại khối trung tần là các giải pháp thực hiện tại các khối đồng bộ mã PRN và đồng bộ sóng mang. Các giải pháp thực hiện theo xu hƣớng này đƣợc triển khai khá phổ biến cả trong các bộ thu GNSS thƣơng mại cũng nhƣ là xu hƣớng nghiên cứu chính của nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới.Các giải pháp đƣợc thực hiện ở khối đồng bộ tín hiệu có nhiều ƣu điểm hơn so với hai xu hƣớng còn lại nhƣ: tính linh động cao, hiệu quả cao. Đặc biệt, các giải pháp này dễ dàng áp dụng đƣợc trong các bộ thu mềm SDR, một xu hƣớng thiết kế bộ thu GNSS phổ biến hiện nay trên thế giới và có chi phí rẻ hơn so với xu hƣớng thiết kế bộ thu cứng truyền thống.
Cấu trúc DLL điển hình trong bộ thu GNSS sử dụng 03 bộ tƣơng quan: Sớm, Muộn và Đúng với khoảng lệch sớm – muộn là 1 chip . Cấu trúc DLL này đã không giải quyết đƣợc những tác động của hiện tƣợng đa đƣờng. Để có thể giải quyết đƣợc vấn đề này, một cách tiếp cận của các giải pháp giảm nhiễu đa đƣờng đó là thu hẹp khoảng lệch sớm –muộn và đó là cơ sở của bộ tƣơng quan hẹp (NC). Trong cấu trúc NC, khoảng lệch sớm – muộn đƣợc thu hẹp từ 1 chip xuống chỉ
còn 0.1 chip . Việc triển khai giải pháp này rõ ràng rất đơn giản khi hầu nhƣ không thay đổi cấu trúc của DLL. Tuy nhiên, việc lựa chọn khoảng lệch sớm – muộn này phụ thuộc rất nhiều vào băng thông của bộ lọc khối đầu cuối cao tần.. Các bộ thu GNSS thƣơng mại sử dụng cấu trúc NC có δ= 0.05 chip÷0.2 chip.
Một xu hƣớng khác trong việc triển khai giải pháp giảm nhiễu đa đƣờng đƣợc đề xuất cho các bộ thu GNSS và đã đƣợc áp dụng khá rộng rãi trong các bộ thu GNSS thƣơng mại đó là giải pháp DDC. Trong giải pháp DDC, thay vì chỉ sử dụng ba bộ tƣơng quan nhƣ trong NC, số lƣợng bộ tƣơng quan của DLL tăng lên thành 05 bao gồm: hai bộ tƣơng quan Sớm ( E1,E2), một bộ tƣơng quan Đúng (P) và hai bộ tƣơng quan Muộn (L1,L2). Thông thƣờng, các bộ tƣơng quan trong cấu trúc DDC đƣợc bố trí sao cho khoảng lệch sớm – muộn của cặp tƣơng quan sớm – muộn phía ngoài (E2,L2), gấp đôi khoảng lệch sớm – muộn của cặp tƣơng quan sớm –
44
muộn phía trong (E1 ,L1). Với cấu trúc này, đầu ra của bộ so pha trong DLL của khối bám tín hiệu có thể đƣợc tạo ra theo nhiều cách khác nhau.
Với cách điều chỉnh cấu trúc của khối bám mã nhƣ vậy, giải pháp DDC có hiệu năng giảm nhiễu đa đƣờng tốt hơn khá nhiều so với giải pháp NC, đặc biệt với những trễ đa đƣờng trong khoảng từ trung bình đến dài (tín hiệu đa đƣờng có trễ tƣơng đối so với tín hiệu LOS từ 0.5 chip đến 1 chip ). Trên cơ sở giải pháp DDC, một số trƣờng hợp cụ thể của giải pháp này đƣợc đề xuất và triển khai trong các bộ thu GNSS thƣơng mại nhƣ giải pháp bộ tƣơng quan phân giải cao (HRC), giải phápbộ tƣơng quan Strobe, bộtƣơng quan Pulse Aperture (PAC).
Trên cơ sở của ý tƣởng nâng số lƣợng bộ tƣơng quan, một giải pháp về giảm nhiễu đa đƣờng khác cũng đã đƣợcđề xuất với tên gọi bộ đa tƣơng quan (MGD). Giải pháp MGD sử dụng số lƣợng cặp tƣơng quan là N (N≥1 ) để tạo ra hàm so pha trong DLL. Khi đó N đƣợc gọi là bậc của cấu trúc MGD. Các cặp tƣơng quan trong MGD đƣợc kết hợp một cách tuyến tính với nhau với việc sử dụng thích hợp các thông số: trọng số ứng với từng cặp tƣơng quan, khoảng lệch sớm – muộn.
Việc lựa chọn các trọng số và khoảng lệch sớm – muộn ảnh hƣởng rất nhiều đến chất lƣợng và hiệu năng của giải pháp MGD. Ngoài ra số lƣợng cặp tƣơng quan càng nhiều thì độ phức tạp của cấu trúc MGD càng tăng lên gây khó khăn trong việc thiết kế, chế tạo DLL. Bên cạnh đó, số lƣợng cặp tƣơng quan càng tăng thì việc lựa chọn tối ƣu các thông số cho bộ so pha trở nên khó khăn hơn. Trên đây là ba trong số rất nhiều các giải pháp về giảm nhiễu đa đƣờng đã đƣợc đề xuất vê mặt lý thuyết cũng nhƣ đã đƣợc triển khai trong thực tế trên các bộ thu GNSS thƣơng mại.
Bên cạnh đó, một cấu trúc dạng nhƣ DDC cũng đã đƣợc đề xuấtvới tên gọibộ
bám mã Early1/Early2 (E1/E2). Khác với giải pháp DDC, giải pháp này chỉ sử
dụng mộtcặp tƣơng quan Sớm, thay vì hai cặp tƣơng quan Sớm, Muộn. Mục đích
chính của giải phápnày đó là tìm một điểm bám mã ở trên hàm ACF sao cho điểm này không chịu tác động củacác tín hiệu đa đƣờng. Do đó, hai bộ tƣơng quan đƣợc sử dụng cho bộ so pha trong giải phápnày đều là dạng tƣơng quan Sớm. Lỗi do tín
45
hiệu đa đƣờng đƣợc tính toán dựa trên việc sosánh các đầu ra tƣơng quan Sớm khi chịu tác động của tín hiệu đa đƣờng với các đầu ra tƣơngquan Sớm trong trƣờng hợp không chịu tác động của tín hiệu đa đƣờng. Giải pháp này cànghiệu quả khi lựa chọn các bộ tƣơng quan Sớm có khoảng lệch so với bộ tƣơng quan Đúngcàng lớn càng tốt. Tuy nhiên, khi lựa chọn nhƣ vậy, giá trị đầu ra của các bộ tƣơng quan Sớmchịu tác động càng lớn của tạp âm nhiệt nên hiệu quả bị suy giảm. Giải pháp nàyrất hiệu quả với tín hiệu điều chế dạng BPSK (tín hiệu GPS C/A). Nhƣng với tín hiệu điều chếdạng BOCs(n,n),giải pháp này chỉ hiệu quả với tín hiệu đa đƣờng có trễ dài.
Một giải pháp khác cũng có cấu trúc khá giống cấu trúc của giải pháp DDC
đó là giải pháp Early/Late Slope (ELS) khi cũng sử dụng hai cặp tƣơng quan Sớm, Muộn giống nhƣ DDC. Tuy nhiên, trong khi ở DDC, khoảng lệch sớm – muộn đƣợc chọn lựa sao cho δ2=2δ1 thì ở giải pháp ELS, khoảng lệch sớm – muộn này đƣợc chọn tùy ý. Giải pháp này đã đƣợc sử dụng trong các bộ thu GPS của hãng NvAtel với tên gọi MET (Multipath Elimination Technology). Giải pháp này dựa trên việc xác định độ dốc giữa hai bộ tƣơng quan Sớm và độ dốc giữa hai bộ tƣơng quan Muộn. Trên cơ sở đó, sẽ tính toán đƣợc giá trị cần bù lại sai số do ảnh hƣởng của tín hiệu đa đƣờng. Tuy nhiên, hiệu năng của giải pháp ELS kém hơn so với giải pháp DDC khi áp dụng cho tín hiệu BPSK cũng nhƣ tín hiệu sin BOC(n,n).
Cùng chung xu hƣớng giải pháp giảm nhiễu đa đƣờng dựa trên độ dốc hàm ACF là giải pháp bộ ƣớc lƣợng đa đƣờng theo độ dốc (SBME). Giải pháp SBME
ƣớc lƣợng thông số đa đƣờng thông qua sử dụng hình dạng của hàm tƣơng quan lý tƣởng đƣợc chuẩn hóa. Các thông số đó đƣợc sử dụng để bù lại sai lệch do đa đƣờng cho DLL của cấu trúc NC. Để thực hiện đƣợc điều đó, SBME sử dụng thêm một bộ tƣơng quan Muộn để kết hợp với DLL của cấu trúc NC. Do đó, giải pháp SBME có hiệu năng giảm nhiễu đa đƣờng tốt hơn so với giải pháp NC.
Bảng sau liệt kê các giải pháp giảm nhiễu đa đƣờng dựa trên cấu trúc bộ
so pha trongDLL phân chia theo số lƣợng bộ tƣơng quan đƣợc sử dụng. So sánh các giải pháp đã chỉ ra ởtrên, giải pháp DDC có hiệu năng giảm nhiễu đa đƣờng tốt
46
nhất. Ngƣợc lại, giảipháp E1/E2 chịu tác động nhiều nhất của tín hiệu đa đƣờng (đặc biệt với các đa đƣờng có trễngắn và trung bình).
Bảng 2.2Phân loại các giải pháp giảm nhiễu đa đƣờng theo số lƣợng bộ tƣơng quan sử dụng trong bộ so pha của mạch vòng
DLL Số lƣợng bộ pha 3 bộ tƣơng quan 4 bộ tƣơng quan 5 bộ tƣơng quan 7 bộ tƣơng quan
Giải pháp giảm nhiễu đa đƣờng
NC, wEML, E1/E2 SBME
DDC (HRC, SC, PAC), ELS MGD
Bên cạnh các giải pháp giảm nhiễu đa đƣờng dựa trên cấu trúc DLL, còn một nhóm giảipháp giảm nhiễu đa đƣờng khác cũng đã đƣợc đề xuất dựa trên việc ƣớc lƣợng khả nănggiống nhất (ML). Đó là các giải pháp mạch vòng khóa trễ ƣớc lƣợng đa đƣờng (MEDLL) kỹ thuật ƣớc lƣợng đa đƣờng (MMT), giải thuật FIMLA, thuật toán khả nănggiống nhất với không gian tìm kiếm đƣợc giảm nhỏ (RSSML). Những giải pháp này thƣờng có đặc điểm việc tính toán rất phức tạp và rất khó triển khai trên các bộ thu GNSS dođòi hỏi số lƣợng bộ tƣơng quan lớn và xử lý với các đầu ra tƣơng quan dạng phức với khônggian tìm kiếm rộng để xác định đỉnh tƣơng quan.Vì vậy, các giải pháp giảm nhiễu đa đƣờng đƣợc nghiên cứu, đề xuất, triển khai trong đồ án thực hiện tại khối bám mã RN cùng với việc thay đổi cấu trúc của khối này do việcthực hiện ở khối này có hiệu quả khá cao trong việc giảm nhiễu đa đƣờng.