Đồ án Nghiên cứu xây dựng kênh thông tin điều khiển vô tuyến cho máy bay không người lái cấp chiến thuật

Những năm gần đây, phương tiện bay không người lái (UAV-Unmanned Aerial Vehicle) đã nổi lên như một phương tiện chiến tranh thế hệ mới, có nhiều khả năng ưu việt hơn hẳn các phương tiện truyền thống khác. Do đó, việc đầu tư nghiên cứu theo cả hướng chế tạo và ứng dụng UAV đang là vấn đề được nhiều nước trên thế giới quan tâm và theo đuổi. Kết quả là hàng loạt UAV đã được ra đời với rất nhiều chủng loại, tính năng và ứng dụng khác nhau. Trong các ứng dụng phục vụ mục đích quân sự, UAV thực sự đã trở thành một phương tiện quan trọng, không những trong tác chiến đường không mà còn trong toàn bộ các hoạt động trên chiến trường. Chúng đảm đương rất nhiều nhiệm vụ như: do thám, trinh sát đối phương, giám sát chiến trường, chuyển tiếp thông tin, trinh sát điện tử. thậm chí là phương tiện tấn công trực tiếp. Trong các ứng dụng phục vụ mục đích dân sự, UAV được sử dụng để giám sát bờ biển, biên giới, chống buôn lậu và xâm nhập trái phép, phát hiện cháy rừng, chống khai thác rừng, nghiên cứu môi trường, trong công tác cứu hộ cứu nạn. Những ứng dụng của UAV trong dân sự ngày càng mở rộng và thu được những kết quả tích cực. Ở nước ta, việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng UAV tuy mới bắt đầu trong những năm gần đây, nhưng đã thu được nhiều kết quả đáng mừng. Tuy nhiên, những kết quả đó mới chỉ là cơ sở, những bước đi ban đầu của cả một chặng đường nghiên cứu, và phát triển đầy khó khăn tiếp theo. Do vậy, cần thiết phải có những đầu tư nghiên cứu mang tính cơ bản, từng bước xây dựng các định hướng nghiên cứu chuyên sâu, nhằm tạo ra tiền đề phát triển bền vững cho nền công nghiệp UAV ở nước ta. Một trong những vấn đề đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc nghiên cứu UAV hiện nay là kênh thông tin điều khiển vô tuyến. Các hệ thống thông tin điều khiển truyền thống hiện nay, xuất phát từ các máy bay thể thao, đã không bảo đảm cự ly liên lạc, khả năng chống nhiễu, chống tạo giả trước những nhu cầu phát triển, ứng dụng ngày càng cao của UAV ở nước ta, nhất là cho các mục đích an ninh quốc phòng. Đồ án “Nghiên cứu xây dựng hệ thống thông tin điều khiển vô tuyến cho máy bay không người lái cấp chiến thuật” được đặt ra với mục đích khắc phục được các khuyết điểm của hệ thống thông tin điều khiển truyền thống. Đồng thời, hy vọng rằng đây cũng là bước nghiên cứu cơ bản ban đầu, tạo tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo trong điều khiển UAV. Để thực hiện mục tiêu này, đồ án sẽ nghiên cứu một số vấn đề cơ bản về hệ thống thông tin trải phổ, kỹ thuật mã hóa chống nhiễu, khí động học bay. Trên cơ sở đó đưa ra phương án thiết kế, chế tạo một hệ thống thông tin điều khiển khả thi trên hệ Onchip AVR, phù hợp với yêu cầu đặt ra cũng như khả năng thực tiễn. Cấu trúc của đồ án chia làm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về UAV Chương 2: Kỹ thuật trải phổ nhảy tần và mã hóa cho kênh thông tin điều khiển UAV Chương 3: Xây dựng kênh thông tin điều khiển vô tuyến cho UAV cấp chiến thuật

doc28 trang | Chia sẻ: tuandn | Ngày: 03/05/2013 | Lượt xem: 2095 | Lượt tải: 7download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Nghiên cứu xây dựng kênh thông tin điều khiển vô tuyến cho máy bay không người lái cấp chiến thuật, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY TẦN VÀ MÃ HOÁ CHO KÊNH THÔNG TIN ĐIỀU KHIỂN UAV Để đáp ứng được những yêu cầu đặt ra đối với kênh thông tin điều khiển vô tuyến cho UAV đã trình bày trong chương 1, một số cơ sở kỹ thuật như: kỹ thuật trải phổ, kỹ thuật mã hóa chống nhiễu, khí động học máy bay... sẽ được nghiên cứu trong chương 2. Đây là những cơ sở hết sức quan trọng để xây dựng kênh thông tin điều khiển vô tuyến cho UAV cấp chiến thuật. 2.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ NHẢY TẦN 2.1.1 Khái niệm hệ thống thông tin trải phổ Kỹ thuật trải phổ (SS – Spread Spectrum) đã đi qua quãng đường phát triển lâu dài. Được biết đến lần đầu từ trước chiến tranh Thế giới lần thứ II, đồng thời cả ở Đức và Mỹ, vào thời gian đó nó là hoạt động tối mật. Từ sau thế chiến lần thứ 2, những cải tiến cho kỹ thuật trải phổ lần lượt được đưa ra, đáng chú ý nhất là sự kết hợp với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access). Khoảng 20 năm trở lại đây, những ứng dụng trong thương mại và quân sự của kỹ thuật trải phổ đang thu hút được nhiều sự chú ý đáng kể. Kỹ thuật này đang được sử dụng hoặc đề xuất sử dụng trong nhiều hệ thống ứng dụng mới như là WLAN (Wireless Local Area Network), các hệ thống điều khiển kênh vô tuyến, hệ thống định vị toàn cầu (GPS – Global Positioning System)... Trên hình 2.1 là sơ đồ khối chức năng của hệ thống thông tin trải phổ điển hình. Nguồn tín hiệu có thể là số hoặc tương tự, nếu nguồn là tương tự thì đầu tiên tín hiệu được số hoá bằng bộ biến đổi tuơng tự/số (Analog to Digital A/D). Bộ nén dữ liệu loại bỏ hoặc giảm bớt độ dư thông tin trong nguồn số. Sau đó tín hiệu được đưa vào bộ mã hoá sửa sai, đưa thêm độ dư mã hoá vào nhằm mục đích phát hiện và sửa các sai có thể phát sinh khi truyền qua kênh tần số vô tuyến (RF – Radio Frequency). Tiếp đó phổ tín hiệu được trải ra trên dải thông mong muốn nhờ một khâu nhân với tín hiệu giả ngẫu nhiên (PN – Pseudo Noise). Sau đó bộ điều chế có tác dụng dịch phổ đến dải tần công tác.  Hình 2.1 Sơ đồ khối chức năng hệ thống trải phổ Tín hiệu sau khi điều chế được khuyếch đại và gửi qua kênh truyền RF. Kênh truyền này gây ra một số tác động xấu cho tín hiệu như: nhiễu, suy hao công suất tín hiệu. Tại đầu thu, máy thu sẽ tái tạo lại tín hiệu gốc bằng cách làm ngược lại các quá trình sử dụng ở máy phát, nghĩa là tín hiệu thu được giải điều chế, giải trải phổ, giải mã và giải nén để nhận được tín hiệu số. Nếu nguồn là tương tự thì tín hiệu số được được biến đổi thành tương tự nhờ bộ biến đổi số/tương tự D/A. Điểm khác nhau cơ bản giữa một hệ thống thông tin số thông thường và hệ thống thông tin trải phổ là ở chức năng trải phổ và giải trải phổ. Một hệ thống thông tin số được coi là hệ thống trải phổ nếu đáp ứng được các yêu cầu sau: Tín hiệu phát chiếm dải thông lớn hơn nhều dải thông tối thiểu cần thiết để truyền tin tức. Sự mở rộng dải thông được thực hiện nhờ một mã không phụ thuộc vào dữ liệu. Ban đầu kỹ thuật trải phổ được dùng trong quân sự do tính chất tín hiệu giống như tạp âm của nó, đó là do ta dùng mã giả ngẫu nhiên để mã hoá tin tức, ta mong muốn mã này càng ngẫu nhiên càng tốt. Tuy nhiên máy thu cần phải biết được đó là mã nào để đồng bộ với mã phát đi để giải mã tin tức, do đó mã giả ngẫu nhiên phải là tất định. Một phần đặc biệt quan trọng của các hệ thống thông tin trải phổ là việc đồng bộ dãy PN, tức là máy thu phải có khả năng tạo ra tín hiệu (dãy PN) là bản sao (và đồng bộ) với tín hiệu PN thu được. Máy thu biết tín hiệu PN là gì nhưng không biết pha của tín hiệu này khi nó đến máy thu. Đồng bộ dãy PN thường có hai bước, bước thứ nhất thường gọi là bắt (đồng bộ thô hoặc đồng bộ sơ bộ), là bước điều chỉnh độ lệch pha của tín hiệu PN tới và tín hiệu PN tại chỗ đến nằm trong một khoảng nào đó cỡ một bit hoặc nhỏ hơn. Bước thứ hai thường gọi là bám (đồng bộ tinh), thực hiện việc điều chỉnh tinh để đưa sai lệch này tiến tới 0. Để thực hiện đồng bộ thô, máy thu sẽ thực hiện tìm kiếm trên một tập các pha, và chọn ra pha có tương quan lớn nhất với tín hiệu PN thu được. Khi đó mạch bám (đồng bộ tinh) mới bắt đầu hoạt động và cố gắng làm cho sai lệch giữa hai tín hiệu PN tiến tới 0 nhờ vào vòng hồi tiếp nào đó. Có 2 kỹ thuật trải phổ cơ bản là: Kỹ thuật trải phổ Dãy trực tiếp (Direct Sequence – DS) và kỹ thuật trải phổ nhảy tần (Frequency Hopping – FH). Hệ thống DS/SS đạt được trải phổ nhờ nhân nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên. Hệ thống FH/SS đạt được trải phổ bằng cách nhảy tần số sóng mang của nó trên một tập hợp lớn các tần số, mẫu nhảy tần là giả ngẫu nhiên. Đi liền với 2 hệ thống trải phổ này là hai loại điều chế số PSK và FSK. Điều chế PSK nói chung được sử dụng với trải phổ dãy trực tiếp DS và thích hợp cho các ứng dụng trong đó sự kết hợp về pha tín hiệu giữa tín hiệu phát và tín hiệu thu có thể duy trì được trên một khoảng thời gian bao trùm vài khoảng symbol (hay bit). Còn điều chế FSK nói chung được sử dụng cùng với trải phổ nhảy tần và thích hợp cho các ứng dụng trong đó sự kết hợp pha sóng mang không thể duy trì được do đặc tính truyền dẫn của kênh truyền tin biến đổi theo thời gian. 2.1.2 Hệ thống trải phổ trực tiếp Xét việc truyền dẫn một dãy thông tin nhị phân bằng điều chế PSK như trên hình 2.2. Tốc độ của thông tin là R bit trong một giây, độ rộng một bit sẽ là Tb = 1/R giây. Độ rộng băng kênh có sẵn là Bc (Hz), chú ý là Bc >> R. Tại bộ điều chế, độ rộng băng của tín hiệu thông tin được trải rộng ra thành W=Bc (Hz) nhờ dịch pha của sóng mang một cách giả ngẫu nhiên với tốc độ W lần trong một giây theo mẫu tín hiệu tạo ra của bộ tạo chuỗi PN. Tín hiệu đã điều chế có được được gọi là tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp (DS - Direct Sequence).  Hình 2.2 Sơ đồ khối máy phát DS/SS-PSK  Hình 2.3 Sự tạo thành tín hiệu trải phổ DS. (a) Tín hiệu PN, (b) Tín hiệu dữ liệu, (c) Tín hiệu tích Tín hiệu băng gốc mang thông tin được ký hiệu là ((t) và biểu diễn được theo chông thức:  (2.1) trong đó {an=} còn gT(t) là một xung chữ nhật có độ dai Tb. Tín hiệu này được nhân với tín hiệu đến từ bộ tạo chuỗi PN mà nó có thể biểu diễn được theo:  (2.2) trong đó {cn} biểu thị chuỗi mã PN nhị phân gồm các dấu mã , còn p(t) là một xung chữ nhật có độ dài Tc, như minh hoạ trên hình 2.3. Thuật toán nhân này thực hiện việc trải độ rộng băng tín hiệu mang thông tin trở thành độ rộng băng rộng hơn chiếm bởi tín hiệu của bộ tạo PN.  Hình 2.4 Tích chập phổ của (a) tín hiệu dữ liệu và (b) tín hiệu mã PN Tín hiệu tích ((t)c(t),được sử dụng để điều chế biên độ sóng mang Accos2(fct và do vậy tạo nên tín hiệu điều chế hai biên có sóng mang được nén (DSB-SC : Double SideBand – Supressed Carrier) có dạng:  (2.3) Mặt khác do ((t)c(t) =(1 với mọi t nên dẫn đến tín hiệu phát được điều chế sóng mang cũng có thể biểu diễn được theo dạng:  (2.4) Trong đó ((t)=0 khi ((t)c(t) =1 và ((t)=( khi ((t)c(t) = -1 Xung chữ nhật p(t) thường được gọi là một chip và độ dài thời gian của nó Tc, đượng gọi là khoảng chip. Đại lượng nghịch đảo 1/Tc được gọi là tốc độ chip và tương ứng (gần đúng) với độ rộng băng W phát đi. Tỷ lệ giữa khoảng bit Tb với khoảng chip Tc thường được chọn là một số nguyên trong các các hệ thống trải phổ thực tế. Hình 2.5 Sơ đồ khối máy thu DS/SS-PSK Tại đầu thu, từ tín hiệu thu được người ta tiến hành đồng bộ dãy PN, và tái tạo sóng mang. Sau đó tín hiệu nhận được nhân với một bản sao của dạng sóng c(t) tạo ra bởi bộ tạo chuỗi mã PN ở máy thu được đồng bộ với mã PN có trong tín hiệu thu được. Thao tác này được gọi là giải trải phổ, do tác động của việc nhân c(t) tại máy thu sẽ huỷ bỏ tác động trải ở phần phát. Như thế, chúng ta có:  (2.5) do c2(t) =1 với mọi t. Tín hiệu nhận được từ thao tác giải trải phổ  chiếm một độ rộng băng (gần đúng) là R Hz, đó cũng là độ rộng băng của tín hiệu mang thông tin. Do đó, đối với tín hiệu đã giải trải phổ thì bộ điều chế chỉ đơn thuần là một bộ tính tương quan chéo hay một bộ lọc phối hợp truyền thống. Chú ý rằng quá trình giải trải phổ đối với tín hiệu lại là quá trình trải phổ với nhiễu, mặt khác do độ rộng của bộ giải điều chế trùng với độ rộng băng tín hiệu đã giải trải, tạp nhiễu cộng gây nhiễu tín hiệu tại bộ giải điều chế chỉ là tạp âm rơi vào trong độ rộng băng thông tin của tín hiệu thu được. Khi đó các nhiễu tạp này được loại bỏ một cách dễ dàng bằng các bộ so ngưỡng. 2.1.3 Hệ thống trải phổ nhảy tần Trong hệ thống trải phổ nhảy tần (FH), độ rộng băng kênh có sẵn W được chia nhỏ thành một số lớn các khe tần số không lấn lên nhau. Trong bất kỳ khoảng thời gian truyền tin nào, tín hiệu truyền đi đều chiếm một (hay nhiều hơn một) khe tần số nói trên.  Hình 2.6 Ví dụ của một mẫu nhảy tần FH Việc chọn khe (hay các khe) tần số nào trong mỗi một khoảng thời gian truyền tín hiệu được thực hiện một cách giả ngẫu nhiên theo tín hiệu lối ra của bộ tạo chuỗi PN. Lưu ý rằng ở đây dãy PN không nhất thiết phải là dãy (1. Khác với dãy PN trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp, ở hệ thống trải phổ nhảy tần dãy PN chỉ dùng để điểu khiển, cụ thể là để xác định mẫu nhảy tần. Có hai loại hệ thống trải phổ nhảy tần cơ bản được phân định tuỳ theo tương quan giữa tốc độ nhảy tần và tốc độ dữ liệu. Hệ thống nhảy tần nhanh có ít nhất một lần nhảy trên một bít dữ liệu, còn hệ thống nhảy tần chậm thì ngược lại, có không nhiều hơn một lần nhảy trên một bit dữ liệu. Hình 2.7 Sơ đồ khối máy phát hệ thống FH/SS-FSK Trên hình 2.7 là sơ đồ khối cơ bản của máy phát hệ thống trải phổ nhảy tần sử dụng điều chế BFSK. Trước tiên tín hiệu FSK nhị phân x(t) được tạo nên từ dữ liệu, trong mỗi bit x(t) có một trong hai tần số: f( và f(+(f, tương ứng với bit dữ liệu 0 và bit dữ liệu 1. Cụ thể như sau:  Tín hiệu này trộn với tín hiệu y(t) từ bộ tổ hợp tần số. Trong đó tần số của y(t) thay đổi cứ mỗi Th giây theo các giá trị của j bit từ bộ tạo dãy PN. Bộ trộn tần tạo nên các tần số tổng và hiệu, một trong chúng bị lọc bỏ bởi bộ lọc băng thông dải rộng BPF. Tại lối ra của bộ tổ hợp tần số tại lần nhảy thứ có thể viết như sau:  (2.7) Trong đó  là số nguyên chẵn, fg là tần số không đổi, còn (t là pha. Giả sử rằng tần số lối ra của bộ trộn được lọc bởi BPF khi đó tín hiệu lối ra của BPF trong lần nhảy thứ  sẽ là:  Ở đây  là giá trị giữ liệu trong khoảng . Ta nhận thấy rằng tần số phát là  khi  và bằng khi . Do đó các tần số phát có thể sẽ là  với J=2j+1, suy ra tổng cộng có J tần số nhảy. Cũng cần lưu ý rằng pha sóng mang  có thể thay đổi từ lần nhảy này đến lần nhảy khác bởi bộ tổ hợp tần số rất khó có thể huy trì pha như nhau với tất cả các tần số.  Hình 2.8 Sơ đồ khối máy thu FH/SS-FSK Trên hình 2.8 là sơ đồ khối của máy thu tín hiệu trải phổ nhảy tần. Tín hiệu tới đầu tiên được lọc bởi bộ lọc BPF băng rông có dải thông bao trùm dải tín hiệu, tức là xấp xỉ từ f0+0.5(f đến f0+(J-0.5)(f Hz. Trên hình cũng biểu biễn hệ thống khôi phục định thời symbol và đồng bộ dãy PN. Lưu ý là không cần khôi phục pha sóng mang vì máy thu dùng giải điều chế không kết hợp. Lý do cơ bản vì ở tần số nhảy cao máy thu khó bám theo pha sóng mang thay đổi trong mỗi lần nhảy. Bộ tạo dãy PN tại chỗ tạo nên dãy PN đồng bộ với dãy tới. Trong lần nhảy thứ , tín hiệu ra của bộ tổ hợp tần số là:  (2.8) Bỏ qua tạp âm, tín hiệu đi vào BPF sẽ là: (2.9) Số hạng tần số cao được lọc bỏ bởi BPF dải hẹp và chỉ còn lại số hạng thứ 2. Nhắc lại rằng f0=fg+f( , do đó tín hiệu đi vào bộ giải điều chế FSK là:  (2.10) Trong đó chứa f( hoặc f(+(f . Vì  như nhau với mỗi độ dài bit T giây nên tín hiệu w(t) chứa cùng tần số trong mỗi độ dài bit. Khi đó bộ giải điều chế FSK phát hiện tần số chứa trong mỗi T giây và tạo nên lối ra nhị phân “0” hoặc “1”. 2.1.4 Lợi ích và khả năng sử dụng thông tin trải phổ nhảy tần Hệ thống thông tin điều khiển UAV cần đạt được những yêu cầu về cự ly liên lạc, khả năng chống nhiễu, khả năng chống tạo giả....Trước những yêu cầu đó hệ thống trải phổ nhảy tần có nhiều ưu điểm có thể đáp ứng ở một mức độ nào đó. Có khả năng chống lại nhiễu cố ý hoặc không cố ý: Do tần số tín hiệu phát thay đổi liên tục, tần số nào được chọn do mã giả ngẫu nhiên quyết định. Do đó hệ thống thông tin trải phổ có khả năng chống nhiễu cố ý, chống nhiễu xung... Tuy nhiên khả năng chống nhiễu toàn băng hay một phần băng của hệ thống thông tin trải phổ là không tốt. Có khả năng giảm nhẹ ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler: do mỗi tần số nhảy không gắn liền với nhau mà có một khoảng bảo vệ. Có khả năng loại bỏ hoặc giảm nhẹ ảnh hưởng của truyền lan đa đường: Nhờ tần số liên lạc liên tục thay đổi, nên một tần số nếu xảy ra hiện tiện fading cũng không ảnh hưởng nhiều đến khả năng liên lạc. Có khả năng bảo mật: nhờ sử dụng các mã trải phổ giả ngẫu nhiên, nên hệ thống trải phổ nhảy tần có khả năng bảo mật. Nhờ những ưu điểm trên các hệ thống ứng dụng kỹ thuật trải phổ nhảy tần được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong quân sự. Có thể kể ra ở đây những ứng dụng của kỹ thuật trải phổ nhảy tần như trong các điện đài quân sự thế hệ mới, hay trong công nghệ Bluetooh .... Cũng nhờ những ưu điểm trên, kỹ thuật trải phổ nhảy tần có khả năng đáp ứng được các yêu cầu đặt ra đối với hệ thống thông tin điều khiển cho UAV cấp chiến thuật. Kết hợp với nhiều điều kiện khác như thiết bị, mức giá... thì trong điều kiện hiện nay, việc chọn kỹ thuật trải phổ nhảy tần để xây dựng kênh thông tin điều khiển vô tuyến cho UAV cấp chiến thuật là hết sức hợp lý. 2.2 KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU VÀ MÃ HOÁ CHO KÊNH THÔNG TIN Kênh thông tin điều khiển vô tuyến cho UAV cấp chiến thuật mà ta đang tìm cách xây dựng về bản chất là một hệ thống thông tin số có nhiệm vụ truyền các thông tin điều khiển đã được số hóa từ trạm điều khiển mặt đất lên máy bay qua kênh truyền vô tuyến. Do đó việc tìm hiểu về kỹ thuật truyền số liệu vô tuyến và các kỹ thuật mã hóa chống nhiễu nhằm đảm bảo độ chính xác cho thông tin là hết sức cần thiết. 2.2.1 Kỹ thuật truyền số liệu qua kênh vô tuyến Thông tin liên lạc đóng vai trò hết sức quan trọng trong cuộc sống, hầu hết chúng ta luôn gắn liền với một vài dạng trao đổi thông tin nào đó. Có nhiều dạng khác nhau về thông tin liên lạc trong đó truyền số liệu là một phần đặc biệt trong toàn bộ lĩnh vực thông tin. Trong đó dữ liệu là dạng biểu diễn thông tin sử dụng mã nhị phân, như vậy nói cách khác một hệ thống truyền số liệu có thể được hiểu là một hệ thống thông tin số. Hình 2.9 là sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số điển hình.  Hình 2.9 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin số điển hình Chức năng của các khối như sau: Tạo khuôn dạng tín hiệu, thực hiện biến đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạng tin tức liên tục hay số thành chuỗi bit nhị phân. Mã hoá nguồn và giải mã nguồn tín hiệu, thực hiện việc nén hoặc giải nén tin nhằm giảm tốc độ bit để giảm phổ chiếm của tín hiệu số. Mã và giải mã mật, thực hiện mã và giải mã chuỗi bit theo một mã khoá xác định nhằm bảo mật tin tức. Mã và giải mã kênh nhằm chống nhiễu và các tác động xấu khác trên đường truyền dẫn. Ghép – phân kênh, nhằm thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khác nhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn. Điều chế và giải điều chế số. Trải và giải trải phổ, nhằm chống nhiễu (cố ý hoặc không cố ý), và bảo mật thông tin. Đa truy nhập, cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để sử dụng theo nhu cầu. Đồng bộ, bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang. Khi tín hiệu truyền qua môi trường truyền dẫn, sẽ ít nhiều bị các tác động làm cho sai lạc. Đặc biệt với môi trường truyền dẫn vô tuyến thì các tác động lại càng lớn, các tác động này sinh ra bởi tính chất đặc biệt của kênh thông tin vô tuyến so với các môi trường truyền dẫn khác. Cụ thể, kênh thông tin vô tuyến có độ suy hao rất lớn, thường đạt từ 140dB đến 160dB, điều này dẫn tới việc phải tăng công xuất phát, và khuyếch đại tín hiệu tại đầu thu. Tuy nhiên độ suy hao của kênh vô tuyến lại thay đổi trong một phạm vi rất rộng và thay đổi theo các tham số của khí quyển do đó việc duy trì mức tín hiệu ra không đổi là hết sức khó khăn. Ngoài ra kênh thông tin vô tuyến về mặt vật lý là chung cho mọi phương tiện thông tin vô tuyến đang tồn tại, do vậy việc gây nhiễu lẫn nhau giữa các hệ thống là không thể tránh khỏi. Để giảm nhẹ ảnh hưởng này, người ta hạn chế phổ của tín hiệu phát, chính điều này một phần nào đó cũng gây méo tín hiệu phát đi. Bên cạnh đó còn có các nguồn nhiễu khác là các quá trình tự nhiên như sự phóng điện cơn giông trong khí quyển, bức xạ vô tuyến mặt trời...hay các nguồn nhiễu công nghiệp, sinh hoạt. Đa số các nguồn nhiễu công nghiệp và sinh hoạt là các nguồn nhiễu dải rộng, bao trùm hết các dải tần. Chính những nguyên nhân trên làm cho việc truyền số liệu trở thành một vấn đề hết sức khó khăn, đặc biệt là với những hệ thống đòi hỏi tính chính xác cao như kênh thông tin điều khiển UAV. Mặc dù vậy, hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển, nhiều kỹ thuật mới được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng. Việc xây dựng các hệ thống truyền số liệu vô tuyến với độ chính xác cao là hoàn toàn thực tế. Trong đó kỹ thuật trải phổ nhảy tần đã phần nào đó khắc phục được những ảnh hưởng của kênh truyền vô tuyến, và mang lại nhiều lợi ích cao khi xây dựng hệ thống như: công xuất thấp, cự ly liên lạc xa, tốc độ truyền dữ liệu cao... Bên cạnh đó việc áp dụng các kỹ thuật mã hóa chống nhiễu là yêu cầu không thể thiếu trong mọi hệ thống truyền số liệu, việc áp dụng các kỹ thuật mã hóa sẽ tăng độ tin cậy của thông tin lên một cách đáng kể. 2.2.2 Kỹ thuật mã hoá chống nhiễu Như đã nói ở trên, khi truyền tín hiệu, nhiễu tạp thường xuyên có mặt trên đường truyền sẽ làm sai lệch tín hiệu, làm dãy bit thu được không hoàn toàn giống dãy bit phát. Phát hiện và loại bỏ các sai lỗi luôn là vấn đề cơ bản và quan trọng trong truyền số liệu. Để thực hiện, trong các hệ thống truyền số liệu nói chung, dữ liệu trước khi được đóng gói truyền đi, được gắn thêm một thông tin dư thừa (redundancy check) được gọi là các bit kiểm tra (check bits) hay chuỗi bit kiểm tra khung (FCS – Frame Check Sequence). Việc tính toán các bit kiểm tra này được thực hiện bằng một số thuật toán xác định và thống nhất trong hệ thống. Phía thu cũng tính toán các bít kiểm tra từ dữ liệu thu và so sánh với chuỗi bit kiểm tra FCS thu được để xác định tính toàn vẹn của dữ liệu.  Hình 2.10 Khung dữ liệu có chứa chuỗi bit kiểm tra Có nhiều phương pháp tạo thông tin dư thừa (redundancy check): Phương pháp lặp (Repetition): Dữ liệu phát đi được chia làm nhiều khối, mỗi khối được phát lặp lại một số lần xác định. Đầu thu sẽ nhận và tách các khối dữ liệu, sau đó so sánh và quyết định khối dữ liệu đúng (quyết định theo đa số). Phương pháp này đơn giản nhưng tỏ ra kém hiệu quả do hiệu xuất sử dụng kênh truyền thấp nên rất ít được dùng. Phương pháp mã chẵn lẻ (Parity): Dữ liệu truyền đi được chia làm nhiều khối con, mỗi khối được gắn thêm 1 bit kiểm tra (Parity bit), bit kiểm tra này được xác định tùy theo số bit 1 trong khối là chẵn hay lẻ. Đầu thu chỉ việc tách riêng phần dữ liệu của khối con, tính lại tính chẵn lẻ và so sánh với bit được đính kèm. Phương pháp này cũng rất đơn giản, nhưng hạn chế là chỉ phát hiện được một số lẻ lỗi trong khối con. Phương pháp kiểm tra tổng (Checksum): Tổng kiểm tra của 1 bản tin là tổng số học của các từ mã của bản tin, được gắn vào bản tin trước khi truyền đi. Checksum có thể thực hiện theo 3 cách: Theo bit chẵn lẻ: là từ mã được ghép từ các bit chẵn lẻ của từng khối dữ liệu. Theo các con số (digit) kiểm tra, thực hiện bằng cách thực hiện một số phép toán thập phân của các con số trong bản tin. Kiểm tra dư thừa chiều dọc (LRC – Longitudinal Redundancy Check): Bản tin được chia làm các khối con, từ mã kiểm tra được tính bằng phép tổng module 2 của các từ mã trong khối và đính kèm với khối dữ liệu trước khi truyền đi. Phương pháp mã CRC (Cyclic Redundancy Check): Từ mã kiểm tra chính là phần dư của phép chia đa thức (biểu diễn dã

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • doc07_Chuong_2.doc
  • doc01_Bia chinh.doc
  • doc02_bia phu.doc
  • doc03_nhiem vu do an.doc
  • doc04_vtat_mucluc_bang_hinhve.doc
  • doc05_Mo_dau.doc
  • doc06_Chuong _1.doc
  • doc08_Chuong_3S.doc
  • doc09_Ketluan.doc
  • doc10_Tai lieu tham khao.doc
  • doc11_phuluc.doc