24 Nhận xét

Qua kết quả mô phỏng cho thấy, hệ số tương quan giữa nhiễu rò và THHC rất nhỏ ( D  1 ), từ đó làm giảm sai số hiệu chuẩn và giảm mức yêu cầu cách ly cao giữa các tín hiệu trong hiệu chuẩn nội bộ Kết quả mô phỏng đã chứng minh rằng khi các mã OOK khác nhau thì mức cách ly yêu cầu trong hiệu chuẩn nội bộ giảm tương đương với hệ số tương quan rSOOK 1SOOK 2

( 20lg(1 / D) dBc) Điều này cho phép giảm nhiều khó khăn trong thiết kế cấu trúc và cơng nghệ các MĐTP

3 3 Kết luận chương

Chương 3 đã thực hiện giải quyết các vấn đề của nội dung nghiên cứu thứ hai đã trình bài tại mục 1 4, chương 1 Đó là đề xuất các giải pháp hình thành tập THHC đa điều chế giả trực giao nhằm giảm thiểu mức công suất nhiễu tổng hợp sau bộ tạo BSS và kết hợp với việc thay đổi cách thức phân phối

chúng tới từng MĐTP để giảm thiểu tác động của nhiễu rò lên đường hiệu chuẩn thu mong muốn, nâng cao chất lượng hiệu chuẩn nội kênh thu và giảm yêu cầu cách ly cao của các tín hiệu trong MĐTP Các kết quả chính thu được trong chương là:

1) Trên cơ sở mẫu THHC đa điều chế đã tổng hợp tại chương 1, phân tích và đánh giá định lượng mức cơng suất nhiễu khi “có”/ “khơng có” THHC tại bộ tạo BSS và tác động của nó đến hệ thống (ví dụ như chất lượng phát hiện mục tiêu trong ra đa) Từ đó, đề xuất hình thành tập THHC giả trực giao trên cơ sở điều biên ngẫu nhiên trên miền thời gian với mã OOK khác nhau cho từng kênh thu Giải pháp được thực hiện đơn giản, không gây phức tạp phần cứng, chi phí thấp và độ tin cậy cao Biểu thức (3 4) cùng với các kết quả tính tốn lý thuyết thể hiện trên hình 3 4, kết quả kiểm chứng bằng mơ phỏng thể hiện trên hình 3 6 với số lượng kênh thu K, hệ số điều chế D khác nhau đã khẳng định được tính đúng đắn của đề xuất

2) Phân tích và đánh giá tác động của nhiễu rò trong hiệu chuẩn nội, cho thấy nhiễu rò gây sai số lớn cho các phép đo và là thách thức lớn với yêu cầu hiệu chuẩn có độ chính xác cao Từ đó, đề xuất giải pháp thay đổi cách thức phân phối THHC giữa các kênh thu Biểu thức ước lượng hệ số tương quan giữa nhiễu rị và THHC (3 10) được kiểm chứng bằng mơ phỏng thể hiện trên hình 3 12, cùng với chất lượng hiệu chuẩn được nâng cao đáng kể thể hiện trên hình 3 14 đã minh chứng tính đúng đắn của đề xuất Từ đó cho thấy, giải pháp đề xuất giảm đáng kể yêu cầu khả năng cách ly cao của các tín hiệu trong các MĐTP, nó có ý nghĩa lớn trong việc thiết kế kỹ thuật và công nghệ

Từ các kết quả nghiên cứu giải quyết hai vấn đề quan trọng tại chương 2 và 3; việc tổng hợp các thuật tốn và chu trình hiệu chuẩn, đồng thời kiểm chứng các kết quả nghiên cứu trên thiết bị thực có ý nghĩa quan trọng Nội dung này sẽ được trình bày tại chương 4

Chương 4

TỔNG HỢP CÁC THUẬT TỐN VÀ CHU TRÌNH HIỆU CHUẨN NỘI THỜI GIAN THỰC KÊNH THU HỆ THỐNG AMPS

Những khía cạnh khác nhau của bài toán đo, ước lượng sai lệch và hiệu chuẩn nội TGT kênh thu hệ thống AMPS như: cấu trúc và tham số THHC; phân tích, đánh giá định lượng tác động qua lại giữa hoạt động của quá trình hình thành GĐH, q trình xử lý tín hiệu thu với hoạt động của hệ con hiệu chuẩn tích hợp đã được trình bày trong chương 2 và 3 Để hoàn thiện, vấn đề đặt ra là cần phải tổng hợp chúng thành các thuật tốn và chu trình hiệu chuẩn hồn chỉnh khi triển khai trên thiết bị thực, nhằm phản ánh tồn bộ tính mới đã được nghiên cứu của luận án

Việc kiểm tra, đánh giá các kết quả nghiên cứu theo cách tiếp cận đề xuất cũng sẽ được thực nghiệm trên mơ hình AMPS cỡ nhỏ gồm bốn MĐTP Tất cả những nội dung này sẽ được trình bày trong Chương 4 Các kết quả trình bày trong chương đã được cơng bố trong cơng trình [CT4] của tác giả 4 1 Tổng hợp thuật toán ước lượng tham số đo và chu trình hiệu chuẩn

Ước lượng tham số đo và hiệu chuẩn kênh thu được thực hiện hoàn toàn trên miền số ở khối “Đo và hiệu chuẩn” trên mảng xử lý trung tâm đã chỉ ra trên hình 2 1 Theo đó, tín hiệu trung tần IF sau khi được giải điều chế số ở khối DDC sẽ được đưa tới khối “Đo và hiệu chuẩn” có sơ đồ cấu trúc như trên hình 4 1

I / Q iHC I / Q i

Khối này được thiết kế một cách linh hoạt để ước lượng sai số và thực hiện các chu trình hiệu chuẩn tĩnh và hiệu chuẩn động, sẽ được trình bày chi tiết ở các mục dưới đây

4 1 1 Thuật toán ước lượng tham số đo

THHC đưa tới đầu vào kênh thu là tín hiệu RF được điều chế bởi mã BPSK và OOK Sau khi được chuyển phổ xuống tín hiệu phức băng gốc, hai mã này phải được đồng bộ chính xác theo thời gian bởi khối DDC khi THHC truyền qua kênh thu Kết quả được thể hiện trên hình 4 2

Hình 4 2 Minh họa THHC sau DDC đồng bộ với mã BPSK và OOK

Việc ước lượng các tham số pha và biên độ kênh thu được thực hiện trên THHC theo nguyên lý xử lý tương quan THHC sẽ được lấy mẫu đồng bộ với mã OOK; được tích lũy N xung có tương quan với mã pha BPSK Sau khi tích lũy đủ N xung, giá trị số phức sẽ được chốt và ước lượng pha/biên độ (phản ánh trung thực những sai lệch do các phần tử gây ra trên đường truyền của kênh thu) Dữ liệu của hai tham số này sẽ được sử dụng cho quá trình hiệu chuẩn tĩnh và hiệu chuẩn động (được trình bày ở mục sau) Sơ đồ khối mô-đun “Ước lượng tham số đo” thể hiện trên hình 4 3

Ri

“Bộ đệm và tích lũy N xung” trong thành phần của mô-đun “Ước lượng tham số đo” thể hiện trên hình 4 4 Theo lý thuyết xử lý tương quan, chuỗi mã BPSK C(n) được đồng bộ với chuỗi mẫu THHC, nên mô đun “Nhân tương quan” thực chất là phép đổi dấu theo chuỗi C(n) = ±1 để các mẫu THHC cùng dấu và đó chính là ngun lý làm việc của các mạch lọc nén tín hiệu theo thời gian trong ra đa [62] Như đã đề xuất, để đảm bảo chất lượng đo, cần phải có bộ phát hiện và loại bỏ các mẫu có tín hiệu thu về lớn Trong sơ đồ, “Bộ đệm và tích lũy N xung” được tích hợp thêm chức năng đó với mơ-đun “Phát hiện tín hiệu thu lớn” có sơ đồ ngun lý trên hình 4 5

1

Hình 4 4 Nguyên lý làm việc “Bộ đệm và tích lũy N xung”

Hình 4 5 Ngun lý mơ-đun “Phát hiện tín hiệu thu lớn”

Như trên hình 4 5, nguyên lý hoạt động của mơ-đun này như sau: Đầu vào là tín hiệu sau DDC, được chia làm hai nhánh cho hai mô đun “Đo công suất nội tạp” và “Đo công suất kênh thu” Công suất nội tạp tương đối ổn định nên thường được đo trong khoảng thời gian dài, với ra đa thường đo và lấy trung

bình ở cuối chu kỳ thu khi gần như khơng có tín hiệu thu Cịn cơng suất kênh thu cần được đo tức thời theo TGT để phát hiện ngay tín hiệu thu lớn, được thực hiện bằng cách lấy trung bình theo thời gian của bình phương biên độ tín hiệu I/Q đầu vào

Hình 4 6 Minh họa tín hiệu trong mơ-đun “Phát hiện tín hiệu thu lớn”

Khi cơng suất thu nhỏ hơn hs_nguong lần cơng suất nội tạp thì xung định cửa mới cho phép khối “Cộng tích lũy N xung” hoạt động Như đã phân tích, việc lựa chọn hệ số ngưỡng hs_nguong phụ thuộc vào yêu cầu thời gian và sai số hiệu chuẩn Hoạt động của mô-đun được minh họa bằng tín hiệu vào/ra

như trên hình 4 6 Tổng hợp từ các sơ đồ trên, ta có sơ đồ chức năng chi tiết của mô-đun “Ước lượng tham số đo” như trên hình 4 7

Ri

1

Hình 4 7 Sơ đồ chức năng chi tiết mô đun “Ước lượng tham số đo”

Từ những phân tích trên, lược đồ thuật tốn của mô đun “Ước lượng tham số đo” được tổng hợp và trình bày trên hình 4 8

S KT (n) DataTL DataTL S KT (n) | Ena1 k 0 , D a ta T L 0 DataTL 0 ' k 0, DataTL 0 ji -26' KT k 0 Ri

Hình 4 8 Lược đồ thuật tốn của mô-đun Ước lượng tham số đo

4 1 2 Xây dựng các chu trình hiệu chuẩn

Hiệu chuẩn một hệ thống AMP gồm hai giai đoạn: hiệu chuẩn tại nhà máy (hiệu chuẩn tĩnh) và hiệu chuẩn tại thực địa (hiệu chuẩn động) [5, 31] Trong [31], đã trình bày các bước cơ bản cho các hệ thống AMP nói chung Với hệ thống AMPS và theo giải pháp đo, hiệu chuẩn đã đề xuất, các bước hiệu chuẩn và cách thức cấp tín hiệu sẽ được trình bày cụ thể dưới đây Về nguyên lý, sử dụng giải pháp quét trường gần để thực hiện hiệu chuẩn tĩnh khi hệ thống được lắp ráp hồn chỉnh có độ chính xác cao nhất Tuy nhiên, ta có thể sử dụng giải pháp đo tham số ăng ten riêng, còn kênh thu được đo bằng cách cấp trực tiếp THHC tới đầu vào các MĐTP Trong luận án này, giải pháp đo thứ hai được lựa chọn để đơn giản hóa q trình đo kiểm, điều này hồn tồn

S KT KT(n) S (n)C (n)

'

S KT TL Data

không ảnh hưởng đến minh chứng hiệu quả của các giải pháp đề xuất Theo đó, tín hiệu đầu vào cấp cho các MĐTP được cấp qua bộ chia công suất 1: N

Sơ đồ kết nối cơ bản và các ký hiệu tham số của một số thành phần chính trong sơ đồ hiệu chuẩn thu thể hiện trên hình 4 9

Ri R j kir r kj ki ai a j kref k j kin

Hình 4 9 Sơ đồ kết nối của một số thành phần chính trong hiệu chuẩn

Một số thành phần cụ thể như sau:

- ‘Kênh thu’ thể hiện cho toàn bộ các thành phần cấu thành nên tuyến thu tính từ đầu vào MĐTP đến đầu ra bộ giải điều chế số trung tần DDC

- ‘Cơ cấu chuyển mạch’ thể hiện đường đi của THHC cấp vào MĐTP, qua các chuyển mạch CM và các đường dẫn trước khi vào mạch ghép định hướng

- Mô-đun ‘Ước lượng tham số’ để đo tham số như đã trình bày ở trên - Bộ ‘Chia cơng suất 1: N ’ để cấp tín hiệu vào cho các MĐTP thay cho phương pháp quét trường gần Ta coi đây như tín hiệu được cấp từ ăng ten Tương ứng với các thành phần là các hệ số có ký hiệu trên hình như sau:

kin : Tham số tín hiệu RF đầu vào cấp cho mạng phân phối tín hiệu

ki (i1 N ) : Tham số tồn bộ đường cấp THHC tính từ đầu vào mạng phân phối đến đầu vào kênh thu (bao gồm cả mạch ghép định hướng)

kir : Tham số kênh thu cũng chính là hàm truyền kênh thu

ai : Tham số bộ chia cơng suất 1: N cùng đường cáp dẫn tín hiệu, ta coi

như tín hiệu được cấp từ ăng ten

kref : Tham số tín hiệu đầu vào bộ chia cơng suất 1: N Sau đây ta đi vào từng chu trình hiệu chuẩn cụ thể

4 1 2 1 Chu trình hiệu chuẩn tĩnh

Trong chu trình này, mục đích là để xác định tất cả các tham số tĩnh, bao gồm: các đường cấp THHC ki (i1 N ) ; các tham số ăng ten cùng cáp dẫn

ai (i1 N ) Các tham số này khác nhau do các nguyên nhân như sai số chế tạo, lắp ráp, độ dài đường cấp v v Tuy nhiên, chúng được coi là ổn định theo thời gian Sau đó, các tham số này được ghi, lưu và sử dụng khi hiệu chuẩn động Sơ đồ chu trình hiệu chuẩn tĩnh được thể hiện trên hình 4 10

Ri R j kir r j ki ai a j kref k j kin

Hình 4 10 Sơ đồ kết nối khi hiệu chuẩn tĩnh

Chu trình hiệu chuẩn tĩnh thể hiện qua các bước đo, ước lượng hệ số hiệu chuẩn tĩnh như sau:

+ Bước 1: Đo các tham số kênh thu khi chỉ cấp tín hiệu tham chiếu tới đầu vào MĐTP qua bộ chia công suất 1: N , mô-đun “Ước lượng tham số đo” đo được các tham số sau:

Ri kref aikir , R j kref a jk r r r (4 1) (4 2) ij K Fij i j i i j jr ) R / R (a k ) / (a k j

+ Bước 2: Đo các tham số kênh thu khi chỉ cấp THHC theo đường hiệu chuẩn chuyên dụng, mô-đun “Ước lượng tham số đo” đo được các tham số sau đây:

Ri kinkikir , R j kink jk r r r

+ Bước 3: Ước lượng hệ số tĩnh

Từ hai biểu thức (4 2) và (4 4) ta tính được hệ số tĩnh K ij như sau:

Kij Fijr / Kij (aik j ) / (a jki )

(4 3) (4 4)

(4 5) Sau hiệu chuẩn tĩnh, với N kênh thu, ta thu được (N-1) hệ số tĩnh K1 j ( j2 N ) so với kênh chuẩn (kênh 1), các hệ số này được lưu vào bộ nhớ để bù khi hiệu chuẩn động:

K1 j ( j2N ) (a1k j ) / (a jk1) (4 6) Hệ số tĩnh K1 j ( j2 N ) thu được khi hiệu chuẩn hệ thống tại phịng thí

nghiệm, sau xuất xưởng, hoặc sau sửa chữa lớn Các hệ số này thể hiện mối quan hệ của các phần tử thụ động như các cáp nối, các chuyển mạch, các bộ chia công suất, các mạch ghép, các chấn tử ăng ten v v Các phần tử này được coi là có tham số khơng đổi và ổn định trong một thời gian dài Cần chú ý, khi có sự hỏng hóc hay thay thế các phần tử này thì quá trình hiệu chuẩn tĩnh phải được thực hiện lại từ đầu [31]

Từ những phân tích trên, có thể tổng hợp thành lược đồ thuật tốn tổng qt q trình đo, ước lượng các hệ số hiệu chuẩn tĩnh như trên hình 4 11

r

j

 R / R (k k ) / (k k

F1rj R j kref a j k r | j1 N F1rj | j2 N F r R1 / R j (a1k1 ) / (a j k r ) R j kink j k rj | j1 N K1rj | j2 N K1rj R1 / R j (k1k1r ) / (k j k rj ) K1 j ( j2 N ) r r 1 j 1 j K1 j ( j2 N )

Hình 4 11 Lược đồ thuật tốn tổng qt chu trình hiệu chuẩn tĩnh

4 1 2 2 Chu trình hiệu chuẩn động

Hiệu chuẩn động là để bù các sai số biên độ và pha của các linh kiện tích cực trong q trình hệ thống hoạt động THHC sẽ được cấp theo đường hiệu chuẩn chuyên dụng liên tục, song song cùng với q trình thu và xử lý tín hiệu Giả sử theo thời gian các hàm truyền của tuyến thu thay đổi, các tham số thay đổi ký hiệu thêm là dấu (’) Sơ đồ kết nối hệ thống như trên hình 4 12

Fijr ' Ri' k ir ' ki ai Fijr ' 'j k rj ' a j K ij k j kin

Hình 4 12 Sơ đồ kết nối khi hiệu chuẩn động

Chu trình hiệu chuẩn động được thể hiện qua các bước đo, ước lượng hệ số hiệu chuẩn động như sau:

Ăng ten …… DDCj DDCi j 1 j r j K1 j F / K (a1k j ) / (a j k1)

+ Bước 1: Cấp THHC cho các kênh thu chỉ theo đường hiệu chuẩn chuyên dụng, mô-đun “Ước lượng tham số đo” đo được các tham số sau:

'

r ' ' '

(4 7) (4 8) + Bước 2: Ước lượng hệ số hiệu chuẩn động Từ hai biểu thức (4 6) và (4 8) ta tính được hệ số hiệu chuẩn động Fijr ' như sau:

r ' r ' (4 9)

Như vậy, ta sẽ có được (N-1) hệ số hiệu chuẩn động Các hệ số này lấy kênh 1 làm kênh chuẩn, có dạng sau:

F r ( j2 N ) (a1k1 ' ) / (a jk r ' ) (4 10) + Bước 3: Tiến hành hiệu chuẩn các kênh thu

Hệ số F1rj '( j2 N ) được sử dụng để hiệu chuẩn các kênh thu khi hệ thống đang làm việc Gọi tín hiệu thu phức trước khi hiệu chuẩn là SDDCj ( j1 N ) , tín

HC

HC (4 11)

Sau bước này, tất cả tín hiệu các kênh thu được đồng bộ pha và biên độ theo kênh thu 1 trước khi đưa vào bộ tạo tổng hợp GĐH Thật vậy, ký hiệu

R 'j ( j2 N ) và R HC(j j2 N ) - tương ứng là các tham số tín hiệu trước và sau khi hiệu chuẩn Biến đổi theo biểu thức (4 11) ta có:

j