Cấu trúc tín hiệu DVB-T và khả năng ứng dụng trong kỹ thuật định vị nguyễn Quang Tuấn NCS chuyên ngnh Thông tin - Điều khiển giao thông Đại học Giao thông Tây Nam Trung quốc Tóm tắt: Mục đích của bi báo l đề xuất một phơng pháp định vị mới bổ sung cho hệ thống định vị GPS truyền thống. Phơng pháp ny có thể áp dụng với các thiết bị truyền phát không dây nh điện thoại di động, máy tính xách tay, các thiết bị giám sát, tìm kiếm, cứu hộ hoạt động trong môi trờng di động hoặc cố định nhng không đủ điều kiện thu tín hiệu từ vệ tính GPS, đặc biệt l môi trờng trong nh hoặc bị che khuất ở các đô thị, thnh phố lớn Trong khi đó tại những môi trờng ny lại có thể thu đợc tín hiệu của các hệ thống truyền hình với cờng độ mạnh v số lợng kênh dịch vụ phong phú. Bi báo đi sâu vo giới thiệu nguyên lý cơ bản của hệ thống GPS v phân tích nguyên lý cấu trúc tín hiệu truyền hình số DVB-T từ đó đa ra khả năng ứng dụng của tín hiệu DVB-T trong tính toán định vị m vẫn đảm bảo các tham số nh độ chính xác v tính linh hoạt. Trên cơ sở đó kết hợp với hệ thống GPS thnh một hệ thống hon chỉnh hơn, hoạt động đợc trong mọi điều kiện môi trờng. Summary: The aim of the article is to propose a new positioning (radiolocating) method besides the GPS traditrional positioning system. The method can be applied to wireless brocasting devices such as cellphones, laptops, seaching, life-guarding ones working in mobile or fix environments in which they can not pick up signal from GPS satellite especialy indoor environment or shadowed ones in urban areas, big cities, whereares, in those environment picking up the signal of televising system with high intensity and various sevice channel. The article goes in to details to introduce basic principle of GPS system and analyse the principle of DVB-T digital televising signal structure, from which it raises the applicapility of DVB-T signal in positioning amputation and remains guarantecing parameters like accuracy and flexibility. On that basic, in cooperation with GPS system, it makes a more integrated system which can work in all the environments. CT 2 I. Giới thiệu chung Trớc nhu cầu dịch vụ định vị ngày một gia tăng và đợc ứng dụng hiệu quả trong nền kinh tế quốc dân. Cụ thể nh các hệ quản lý giao thông thông minh, du lịch, dẫn đờng, giám sát, các dịch vụ cá nhân Khái niệm hệ thống định vị toàn cầu trở nên quen thuộc và phổ cập ở khắp nơi trên thế giới, giá thành các thiết bị các nhân ngày càng giảm khiến bất kỳ ai có nhu cầu cũng có thể sử dụng, hiện nay loại máy thu 12 kênh đơn giản chỉ có giá cỡ (50-100) USD. Thêm vào đó các hệ thống định vị GPS cũng ngày càng hoàn thiện hơn cả về cấu trúc lới vệ tinh, tuổi thọ, cấu trúc bản tin Hiện nay trên thế giới có một số hệ thống GPS chính là LORAN- C (dùng ở châu Âu); GLONASS (của Nga) và GPS của Mỹ. Nhng mạnh và phổ thông hơn cả là hệ thống GPS của Mỹ với hệ thống đang dùng đợc gọi là GPS II (thế hệ thứ 2). Đồng thời chính phủ Mỹ đã và đang đặt hàng hãng LOCKHEET nghiên cứu và đa vào sử dụng GPS III với một cuộc cách mạng trong cấu trúc và tổ chức thông tin, qua đó khắc phục một số nhợc điểm còn tồn tại của các hệ thống GPS đã có trong những năm qua, đó là nhiều khi máy thu chỉ nhìn thấy một hoặc hơn một vệ tinh trong khi tối thiểu phải thấy bốn vệ tinh thì số liệu tính toán mới đủ độ tin cậy. Với GPS III thì chỉ cần nhìn thấy một vệ tinh GPS là đủ (đây chính là mục tiêu xây dựng GPS III). Nhng trong thực tế và trong thời gian dài tới vẫn cha có một hệ GPS nào có thể cho số liệu định vị chính xác khi đối tợng định vị hoàn toàn bị che khuất và không nhìn thấy bất kỳ một vệ tinh GPS nào theo cả nghĩa đen và nghĩa bóng. Nh vậy cần phải có một hệ thống nữa để khắc phục vấn đề này. Đây không phải là vấn đề mới, đã từ lâu các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và đa ra nhiều giải pháp công nghệ nh kết hợp hệ thống đạo hàng và GPS (GPS và INS); hệ thống GPS và mạng điện thoại di động (GPS và GMS hay GPS và WCDMA); hệ thống GPS và mạng thông tin riêng Nhng tất cả các phơng án này đều có các nhợc điểm riêng hoặc có kết cấu mạng phức tạp, hoặc có giá thành cao, hoặc yêu cầu cấp băng tần riêng Trong khi đó hiện nay một hệ thống truyền hình mới đã và đang đợc đa vào khai thác và ngày một phát triển mạnh, đặc biệt là ở các nớc có trình độ công nghệ cao, đó là hệ thống truyền hình kỹ thuật số (DTV Digital Television). Tại Bắc Mỹ chính thức đa vào quảng bá năm 1998 với hệ DTV theo tiêu chuẩn ATSC , điều chế tín hiệu theo phơng pháp vết 8 mức 8 VSB; châu Âu với DVB T tín hiệu đợc điều chế theo phơng pháp chia tần trực giao OFDM; Nhật bản cũng có hệ thống riêng ISDB T. Tuy nguyên lý điều chế tín hiệu truyền hình số của các hệ có khác nhau và có các u thế nhất định nhng đều có đặc trng chung là chúng đều đợc cài các mã đồng bộ trong quá trình điều chế nhằm mục đích đồng bộ phát thu, loại trừ hiệu ứng đa đờng, chống giao thoa đồng kênh Vậy còn có thể sử dụng tín hiệu mã xung đồng bộ của DTV vào mục đích định vị hay không? Về lý thuyết có thể trả lời ngay là đợc. Đây cũng chính là mục đích của bài báo và để đơn giản hoá vấn đề chúng ta cần đề cập tới mã đồng bộ của DTB-T. CT 2 II. Nguyên lý v phơng trình cơ bản của hệ định vị ton cầu GPS Ngay từ những năm 50 của thế kỷ 20, tại phòng thí nghiệm vật lý ứng dụng của trờng đại học John Hopkins đã phát hiện ra khả năng sử dụng vệ tinh để định vị các vật đang chuyển động (và đạo hàng). Vào năm 1964 hệ thống vệ tinh nhân tạo có quỹ đạo theo kinh tuyến trái đất đã thực hiện thành công việc tạo ra hệ thống định vị và đạo hàng cho tàu bè trên biển (gọi là hệ thống Transit) và từ đó mở ra các dịch vụ định vị dân dụng, nhng hệ thống này vẫn còn nhiều thiếu sót. Tiếp bớc hệ thống này có nhiều hệ thống tơng tự khác của châu Âu và đặc biệt là nớc Nga xô viết với hệ thống Tsiscada cũng hoạt động theo nguyên tắc tơng tự. Vào tháng 12 năm 1973 một hệ thống định vị vệ tinh mới đợc thực hiện, đó là hệ thống định vị toàn cầu vệ tinh đạo hàng theo cự ly và thời gian (Navigation Satellite with Timing and Ranging Global Positing System) gọi tắt là NAVSTAR/GPS, hiện nay vẫn gọi là GPS. Trải qua hơn 20 năm nỗ lực nghiên cứu phát triển với chi phí khoảng 20 tỷ USD, tới năm 1994 hệ thống này đã chính thức đợc đa vào sử dụng. Với khả năng cung cấp các thông tin định vị bất cứ lúc nào ở bất kỳ đâu trên trái đất với độ chính xác cao, chống can nhiễu tốt trên cơ sở toạ độ ba chiều với thời gian thực và các thông tin thời gian khác Song song với GPS cũng có các hệ thống định vị tơng tự nh hệ thống Galileo ở châu Âu, GLONASS ở Nga (Global Navigation Satellite System) với nguyên lý tơng tự, chỉ khác nhau bởi các thông số hệ thống nh vị trí, số lợng chùm vệ tinh Trong phạm vi bài báo chúng ta chỉ đề cập tới kết cấu và hoạt động của một hệ thống đại diện đó là hệ thống định vị toàn cầu GPS. 1. Kết cấu cơ bản hệ thống GPS GPS thực chất là lợi dụng vệ tinh nh là đài phát đạo hàng của hệ thống định vị vô tuyến điện. Hệ thống này do ba bộ phận cơ bản hợp thành (hình 1): bộ phận không gian (chùm vệ tinh), bộ phận khống chế mặt đất (các trạm giám sát, hiệu chỉnh quỹ đạo, thời gian tại mặt đất), thiết bị thu định vị (máy thu). Bộ phận điều khiển mặt đất gồm 5 trạm phân bố trên ba đại dơng, trong đó trạm chủ dựa trên nền hệ thống điều khiển không gian Falcol của không quân Mỹ đặt tại Colorado Springs (bang Colorado). Mục đích của bộ phận điều khiển là hiển thị hoạt động của các vệ tinh, xác định quỹ đạo của chúng, xử lý các đồng hồ nguyên tử, truyền các thông điệp cần phổ biến lên các vệ tinh. Các trạm giám sát là các trạm thu tín hiệu vô tuyến không ngời có nhiệm vụ liên tục bám sát các vệ tinh, thu các tần số 2200 2300 MHz, thu thập các thông tin khí tợng và tầng điện ly, sau mỗi giãn cách 15 phút lại cung cấp cho trạm chủ một bản tin dữ liệu giám trắc hoàn chỉnh. Trạm điều khiển chính là trung tâm xử lý mọi dữ liệu, trên cơ sở toàn bộ dữ liệu của trạm giám trắc tự động sẽ tính ra lịch hằng tinh của mỗi vệ tinh, số trị số cần hiệu chỉnh đồng hồ, dữ liệu trạng thái và các dữ liệu khí quyển, ấn định phơng thức biên tập cho điện văn đạo hàng vệ tinh, sau đó phát đến các trạm hiệu chỉnh mặt đất sau mỗi khoảng cách 8 giờ, 3 trạm này sẽ phát tới các vệ tinh một điện văn đạo hàng, tần số kênh phát lên là 1750 1850 MHz. Bộ phận khống chế mặt đất có sơ đồ khối nh hình 1. CT 2 Hình 1. Sơ đồ khối hệ thống GPS Chùm vệ tinh GPS gồm 21 chiếc công tác và 3 cái dự bị tạo thành 24 vệ tinh phân bố đều trong một không gian nghiêng (tính góc nghiêng so với xích đạo) 55 0 và chia làm 6 mặt phẳng quỹ đạo, do đó xích kinh của các mặt phẳng quỹ đạo cách nhau 60 0 , mỗi mặt phẳng quỹ đạo sẽ phân bố 4 vệ tinh. Các quỹ đạo có thể coi là hình tròn, góc lệch tâm coi bằng 0, bán kính lớn của quỹ đạo khoảng 26609 km, độ cao bình quân với mặt địa cầu khoảng 20200 km. Hình 4 mô tả các vệ tinh và quỹ đạo bố trí quanh địa cầu. Cách bố trí nh vậy có thể đạt độ quan sát cực đại ở mọi vị trí trên địa cầu, tại mọi thời điểm trong ngày (có góc lấp khoảng 5 0 ) đều có thể quan sát đợc 4-9 vệ tinh. Xử lý dữ liệu Máy thu Điều chế, giải điều chế Đ ồng hồ chuẩn Thiết bị cảm ứng khí tợng Quan trắc lịch hằng tinh và thời gian Biên tập điện văn đạo hàng Tính toán sai số Bộ KĐ công suất Thiết bị phát lệnh Kho dữ liệu, bộ lu trữ và thiết bị ngoại vi Điều chế, giải điều chế Xử lý dữ liệu Vệ tinh GPS Vệ tinh GPS Mỗi vệ tinh có trọng lợng 845 kg, thiết kế tuổi thọ 15 năm. Năng lợng cấp cho vệ tinh là năng lợng pin mặt trời với điện áp 28 V, công suất 400-500 W, chu kỳ một vòng quanh trái đất là 718 phút (tơng đơng 12 giờ hằng tinh), nh vậy không trùng vận tốc quay của địa cầu, tại vệ tinh trang bị bộ ổn định tần số có độ chính xác 10 -13 , với 2 đồng hồ rubi và 2 đồng hồ cesium, dùng bộ dao động nguyên tử tạo ra tần số f 0 = 10.23 MHz tiêu chuẩn. Tín hiệu GPS đợc tạo ra từ bội tần hoặc phân tần tần số tiêu chuẩn. Phân bố các chòm vệ tinh nh hình 2. Hình 2. Phân bố các chòm vệ tinh GPS 2. Tín hiệu GPS Thành phần tín hiệu GPS bao gồm tải tần, mã đo khoảng cách và điện văn đạo hàng (mã dữ liệu). Vệ tinh dùng băng 2 với 2 tần số: a. Tải tần L1: f L1 = f 0 * 154 = 1575.42 MHz; bớc sóng (= 19.03 cm); b. Tải tần L2: f L2 = f 0 * 120 = 1227.6 MHz; bớc sóng (= 24.42 cm); Hai tần số phát xuống từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly sẽ phát sinh trễ thời gian. Đây là vấn đề cần giải quyết trong hệ thống GPS. CT 2 Mã đo xa của vệ tinh cũng bao gồm 2 mã, đó là mã P và mã C/A, điện văn đạo hàng thì đợc điều chế theo phơng pháp PSK ở tải tần. Sử dụng tín hiệu GPS công suất yếu mà có thể thu đợc độ tin cậy cao, đồng thời máy thu có thể nhận biết và bám sát đợc 24 vệ tinh. Mã C/A và mã P là 2 loại mã giả ngẫu nhiên đợc tạo ra tại vệ tinh, có khả năng chống nhiễu và bảo mật cao. c. Mã đo xa C/A (Coarse/Aquistion code) có tần số bằng 1/10 tần số cơ bản (1.023 MHz), chu kỳ mã là 1 ms, mỗi vệ tinh phát mã C/A là không giống nhau, do vậy có thể cùng lúc máy thu có thể nhận đợc các mã C/A không giống nhau, độ chính xác của mã C/A tơng đối thấp (độ chính xác dân dụng và chỉ đợc điều chế trên tần số L1). d. Mã đo xa P (Precise code) có tần số chính là tần số cơ bản 10.23 MHz, mã P có độ chính xác cao, mật mã và kết cấu không công khai, chỉ cung cấp cho các thiết bị quân sự sử dụng, nó đồng thời đợc điều chế ở cả tần số L1 và L2, tạo thành tín hiệu mã L1P và L2P. Độ chính xác cỡ 10m, sau khi xử lý có thể đạt độ chính xác 1 m, độ chính xác đo tốc độ cỡ 0.1 m/s; sai số thời gian cỡ 100 ms. e. Điện văn đạo hàng: bao gồm lịch hằng tinh, thời gian GPS, tham số đặc tính vệ tinh và trạng thái hệ thống Điện văn có hai cách điều chế, tần số mã cỡ 50 bps điều chế trên cả L1, L2. Quá trình hợp thành của tín hiệu GPS nh dạng sóng, tần số tổ hợp nh hình 3. Mã P Mã C/A Mã đạo hàng Dải tần L Tần số cơ bản f 0 (10.23MHz) L1 1575.42 MHz L2 1227.6 MHz Mã C/A 1.023 MHz Mã P 10.23 MHz Mã P 10.23 MHz 50bps Mã dữ liệu (điện văn đạo hàng hoặc mã P) Hình 3. Quá trình hợp thnh tín hiệu GPS Từ vệ tinh phát xuống mặt đất tín hiệu GPS hoàn chỉnh bao gồm L1C/A, L1P, L2P gồm 3 tín hiệu, dĩ nhiên điện văn đạo hàng cũng đồng thời đợc phát theo, vậy vệ tinh là thiết bị chủ động và các máy thu là bị động, do đó hệ GPS có thể ứng dụng với lợng máy thu coi nh không hạn chế. 3. Phơng trình định vị: Máy thu thu đợc tín hiệu vệ tinh thông qua xử lý, có thể xác định đợc lịch hằng tinh, từ đó biết chính xác vị trí không gian của vệ tinh phát (x i , y i , z i ), bản thân trong máy thu cũng trang bị đồng hồ dùng dao động thạch anh (gọi tắt là đồng hồ thu), thời gian tín hiệu tới gọi là T, đồng hồ vệ tinh và đồng hồ thu là các đồng hồ độc lập nên không đồng bộ với nhau, sự sai khác giữa hai đồng hồ ký hiệu là T, có thể thấy thời gian tơng ứng là: T = + T, trong đó là khoảng thời gian tín hiệu đi từ vệ tinh tới máy thu, với tốc độ của sóng điện từ trờng trong không gian tơng đơng vận tốc truyền ánh sáng C, từ đó có thể xác định khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu. CT 2 t.C'Rt.C.CT.CR + = + = = (1) trong đó: R - khoảng cách giữa máy thu và vệ tinh; R - cự ly có cộng thêm sai số thời gian nên gọi là cự ly dài. Với toạ độ không gian 3 chiều, chỉ cần biết vị trí của 3 vệ tinh trong không gian vũ trụ (x i , y i , z i ) là có thể xác định đợc khoảng cách giả R i (i = 1, 2, 3) từ đó tính ra toạ độ của máy thu x, y, z (kinh độ, vĩ độ, cao độ). Nhng vẫn còn phải loại trừ sai số không đồng bộ đồng hồ giữa các vệ tinh và máy thu, điều này rất ảnh hởng tới độ chính xác của định vị, do đó việc xác định giá trị sai số T là việc cần thiết, nếu một máy thu tại bất kỳ thời điểm nào cũng thu đợc tín hiệu từ 4 vệ tinh thì có thể giải quyết đợc vấn đề này vì chúng ta thấy rõ trong hệ phơng trình xác định toạ độ máy thu có 4 ẩn số, lúc này hệ phơng trình sẽ có dạng: ()()() t.CzzyyxxR 2 1 2 1 2 11 +++= ()()() t.CzzyyxxR 2 2 2 2 2 22 +++= ()()() t.CzzyyxxR 2 3 2 3 2 33 +++= (2) ()()() t.CzzyyxxR 2 4 2 4 2 44 +++= trong đó x i , y i , z i là toạ độ của các vệ tinh (i = 1 4) Để giải hệ phơng trình này thông thờng dùng phơng pháp bình phơng tối thiểu hoặc dùng lọc Kalman đó giải. Từ giá trị x, y, z tìm đợc có thể xác định toạ độ tức thời của máy thu thông qua phép vi phân vị trí t z , t y , t x . IV. Cấu trúc tín hiệu DVB-T Hình 4. Cấu trúc tín hiệu DVB-T Trên cơ sở nguyên tắc có thể nói, tín hiệu phát DVB-T dựa trên tín hiệu gốc là tín hiệu đã đợc xử lý theo chuẩn MPEG-2, thông qua các khâu xử lí bổ sung nh: dồn kênh chuyển tải thích nghi, mã hóa đầu ra, chèn mã xoắn,mã hóa lân cận, điều chế và ánh xạ, phát sóng dồn kênh chia tần trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) OFDM, độ rộng băng tần thay đổi trong khoảng 6, 7 hoặc 8 MHz, tín hiệu này có thể phát trên kênh VHF hoặc UHF. Đặc biệt trong quá trình phát tín hiệu DVB-T có thể chọn 2 kiểu điều chế đó là chế độ 2K dùng cho kênh phát đơn và mạng SFN (Single Frequency Network) dạng nhỏ có giới hạn khoảng cách, chế độ 8K thì có thể dùng cho mạng SFN dạng nhỏ hay lớn không giới hạn khoảng cách. CT 2 Nh vậy gói tín hiệu cơ bản, quá trình mã hóa và chèn mã bảo vệ (Reed-Solomon) có thể biểu diễn theo hình 4. Chúng ta có thể thấy cứ mỗi gói tín hiệu MPEG-2 cơ bản gồm 187 byte dữ liệu và 1 byte tín hiệu đồng bộ. Đây là điều kiện cơ bản để lợi dụng tín hiệu DVB-T khi dùng trong mục đích định vị. Sau khi gia công tín hiệu phát đợc tổ chức thành các trang OFDM. Thời gian tồn tại mỗi trang gọi là T F và bao gồm 68 biểu tợng OFDM. Bốn trang hợp lại thành một siêu trang (super- frame). Mỗi biểu tợng đợc tạo thành bởi một tập K = 6817 sóng mang trong 8K và K = 1705 sóng mang trong 2K và đợc phát ra trong khoảng thời gian T giây. Nó bao gồm hai phần: Phần sử dụng chiếm thời gian T u và giãn cách bảo vệ với thời gian . Giãn cách bảo vệ bao gồm một chu kì liên tục của phần sử dụng và đợc gài trớc đó. Các biểu tợng trong một trang OFDM đợc đánh số từ 0 tới 67.Toàn bộ biểu tợng gồm có dữ liệu và thông tin tham chiếu. Khi tín hiệu OFDM bao gồm nhiều sóng mang - điều chế tách biệt, mỗi biểu tợng sẽ cần tính tới việc bị nhân trong ô, tơng ứng với việc mang điều chế trên một sóng mang trong một biểu tợng. Việc cộng dữ liệu phát một trang OFDM bao gồm: - Các ô chủ sóng phân tán; - Các sóng mang chủ liên tục; - Các sóng mang TPS. Các sóng chủ có thể sử dụng cho việc đồng bộ trang, đồng bộ tần số, đồng bộ thời gian, đánh giá kênh, nhận dạng chế độ phát và cũng có thể dùng theo dõi nhiễu pha. Các sóng mang đợc danh mục hoá bởi k [K min ; K max ] và tách ra với K min = 0; K max = 1704 trong chế độ 2K, K max = 6816 trong chế độ 8K. Không gian giữa các sóng mang kế cận là 1/T u , trong khi không gian giữa các sóng mang K min và K max đợc tách ra bởi (K-1)/T u . Số lợng giá trị của các tham số trong OFDM với trờng hợp 2K và 8K đợc trình bày trong bảng 4 và 5 cho kênh 8 MHz. Giá trị của các tham số liên quan đến thời gian đợc cấp theo bội số của chu kì cơ bản T và tính bằng microgiây. Chu kì cơ bản T là 7/64 s với kênh 8 MHz.1/8 s với kênh 7 MHz và 7/48 s với kênh 6 MHz. CT 2 Phơng trình tín hiệu phát sau khi điều chế có dạng: ì= == = 0m 67 0l max K min Kk k,l,mk,l,m t c f2j )t(ceRe)t(s (3) trong đó: m,l,k (t) = () ss s T.m.68 s T.lt Tu 'k 2j T).lm.68l(tT).m.68l( 0 e +++ trong đó: k - số sóng mang; l - số biểu tợng OFDM; m - số trang phát; K - số các sóng mang đợc phát; T s - thời gian tồn tại biểu tợng; T u - nghịch đảo của không gian sóng mang; - thời gian tồn tại của giãn cách bảo vệ; f c - tần số phát trung tâm của tín hiệu RF; k- danh mục sóng mang liên quan tới tần số phát trung tâm, k = k - (K min + K max )/2; cm, o, k - biểu tợng phức cho sóng mang k của biểu tợng dữ liệu số 1 trong số trang m; c, m, l, k - biểu tợng phức cho sóng mang k của biểu tợng dữ liệu số 2 trong số trang m; c, m, 67, k - biểu tợng phức cho sóng mang k của biểu tợng dữ liệu số 68 trong số trang m. Để thực hiện tính toán định vị các thiết bị thu sẽ thu tín hiệu phát và tiến hành giải điều chế, nhận dạng các đỉnh xung đồng bộ liên quan,khai triển thời gian các vấn đề cụ thể này sẽ đợc trình bày trong các bài viết khác. Trong phạm vi bài viết này chúng ta chỉ tập trung giới thiệu về mặt nguyên lý chung xây dựng hệ thống. V. Nguyên lý định vị của hệ thống định vị sử dụng tín hiệu đồng bộ DVB-T Dựa trên các xung đồng bộ gói của gói tín hiệu cơ sở, về lý thuyết thì máy thu có thể xác định thời điểm các đỉnh xung đồng bộ tới thông qua khai triển thời gian. Đồng thời theo hệ phơng trình cơ bản của phép định vị toàn cầu, chỉ cần máy thu thu đợc tín hiệu của ít nhất 3 đài phát là có thể xác định đợc toạ độ bản thân, các tín hiệu của đài phát truyền hình có u điểm là cờng độ mạnh, không chịu ảnh hởng của hiệu ứng Doppler, không bị trễ do xuyên qua tầng điện ly và băng thông hẹp (đối với hệ thống DVB-T thông thờng nằm trong khoảng 6,7 hoặc 8 MHz).Do đó trong các điều kiện bị che khuất nh trong nhà hoặc giữa các khu nhà cao tầng thì vẫn có thể nhận đợc tín hiệu từ các đài phát truyền hình với mức độ chấp nhận đợc. Tuy nhiên do bản thân đồng hồ của đài phát lẫn đồng hồ của thiết bị thu cũng không thật chính xác do đó cần bổ sung cho hệ thống một trạm hiệu chỉnh có thiết bị chuẩn thời gian chính xác, sai số của hệ thống phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của đồng hồ trạm hiệu chỉnh (yêu cầu trạm hiệu chỉnh trang bị đồng hồ đồng bộ Cesium với sai số 10 -13 ). Trạm hiệu chỉnh có nhiệm vụ thu các tín hiệu từ đài phát truyền hình, đa ra giá trị hiệu chuẩn thời gian, sau đó phát tới các máy thu, căn cứ vào thông tin hiệu chỉnh, các máy thu có thể trực tiếp tính toán vị trí toạ độ của mình, hoặc gửi tín hiệu tới trạm hiệu chỉnh, tại đây sẽ tiến hành tính toán xác định vị trí của máy thu. Phơng pháp này còn có u điểm là vị trí các đài phát truyền hình là cố định, có thể lu trong bộ nhớ của các máy thu, đơn giản hoá quá trình tính toán cho các thiết bi tính. Về lý thuyết lúc này hệ phơng trình xác định toạ độ có dạng: CT 2 1 2 1 2 1 2 11 t.C)cz()vy()kx(R +++= 2 2 2 2 2 2 22 t.C)cz()vy()kx(R +++= (4) 3 2 3 2 3 2 33 t.C)cz()vy()kx(R +++= trong đó: R 1 , R 2 , R 3 - khoảng cách từ máy thu (MT) tới đài phát có sai số do không đồng bộ đồng hồ, đợc xác định bằng khoảng thời gian xung truyền từ đài phát tới MT và phép đo giả cự ly; x, y, z - toạ độ MT; k, v, c là kinh độ, vĩ độ, cao độ của các đài phát (đã đợc biết trớc); (t i với i = 1, 2, 3 - sai số đồng bộ đồng hồ của MT với các đài phát, đợc xác định thông qua tín hiệu chuẩn từ trạm hiệu chỉnh. Lúc này có thể dùng các phơng pháp giải phơng trình nh các máy định vị thông thờng để tiến hành tính toán vị trí của MT. Mô hình hệ thống đợc biểu diễn nh hình 5. Đ ài phát TH s ố Đài phát TH số Đài phát TH số Máy thu Trạm hiệu chuẩn CT 2 Hình 5. Mô tả hệ thống định vị dùng tín hiệu truyền hình số Để thực hiện tính toán định vị chính xác trên thực tế còn cần giải quyết một số vấn đề kỹ thuật khác nh chống hiệu ứng đa đờng (thông qua cấu trúc tín hiệu DVB-T), lựa chọn đỉnh xung lớn nhất (cấu trúc thiết bị thu), xác định sai số trong các điều kiện môi trờng khác nhau (ví dụ sai số ngang HDOP), cấu trúc và phơng pháp xử lí của trạm hiệu chuẩn hệ thống cũng nh máy thu Trong phạm vi của bài báo chỉ hạn chế xây dựng phơng án lí thuyết cho hệ thống, các vấn đề cụ thể hơn sẽ đợc đề cập trong các bài sau. Vi. Kết luận Nh trên đã phân tích, chúng ta có thể lợi dụng các hệ thống thông tin khác nhau dùng trong việc thiết lập một hệ thống định vị, với điều kiện phải bổ sung thêm khả năng đồng bộ thời gian hoặc xác định độ lệch thời gian giữa các thiết bị phát và thu. ở đây chúng ta lựa chọn hệ thống truyền hình số DVB-T vì đây là hệ thống quảng bá có công suất phát mạnh có độ rộng băng tần hợp lý (với DVB-T nằm trong khoảng 6 ~ 8 MHz), trong tơng lai các đài phát số sẽ dần thay thế các đài phát tơng tự do có nhiều u điểm nổi trội. Chính nhờ các u điểm của truyền hình số mà có thể cho tín hiệu có độ trung thực cho phép ở những nơi có địa hình che khuất nh điều kiện đô thị có nhiều nhà cao tầng, đờng phố hẹp có các hàng cây cao hai bên hoặc trong nhà nhng vẫn có thể thực hiện định vị các máy thu. Tài liệu tham khảo [1] "ATSC Digital Television Standard With Ammendment no.1" ATSC. ATSC Document A/53, Sep.1995. [2] "Digital Video Broadcasting(DVB), Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Digital Terrestrial Television" European Broadcasting Union, ETSI EN 300 744 v1.3.1, Jan.2001. CT 2 [3] J. G. Proakis, "Digital Communications", 3rd ed, McGraw-Hill,1995. [4] A. J. Van Dierendonk, "GPS Receivers" Global Positioning System: Theory and Applications,1995 [5] T. G. Manickam,R. J. Vaccaro and D. W. Tufts,"A least-squares algorithm for multipath time-delay estimation", IEEE Trans. Signal Processing, vol 42, Nov.1994. [6] L. Q. Yu "GPS weixing daohang dingwei yuanli yu fangfa" kexue chu ban she.2003. [7] G.Yan "Jiaotong kongzhi gongcheng gaiyao" xinan jiaotong daxue. 2003. [8] Dr. Frank van Diggelen. Global Inc "Indoor GPS theory & Implementation" IEEE Position, Location &Navigation Symposium, 2002 [9] Matthew Rabinovitz, Jame. J. Spilker "A New Positioning System Using TV Synchronization Signals" IEEE Transactions on broadcasting, Vol.51, No.1, March 2005. [10] Ollie Luba, Larry Boyd and Art Gower, Lockheed-Martin Corporation "GPSIII System Operation Cocepts" IEEE 2004. [11] Kris Maine, Paul Anderson and Frank Bayuk, Tha Aerospace Corporation "Communication Architecture for GPSIII" Aerospace Conference Proceeding, IEEE 2004. [12] Michael Wright, Dion Stallings and Dr. Derrek Dunn, Electronic and Computer Technology, North Carolina Agricultural and Technical State University "The Effectiveness of Global Positioning System Electronic Navigation" Proceeding IEEE Southeast Con 2003Ă . Cấu trúc tín hiệu DVB-T và khả năng ứng dụng trong kỹ thuật định vị nguyễn Quang Tuấn NCS chuyên ngnh Thông tin - Điều khiển. cấu trúc tín hiệu truyền hình số DVB-T từ đó đa ra khả năng ứng dụng của tín hiệu DVB-T trong tính toán định vị m vẫn đảm bảo các tham số nh độ chính xác v tính linh hoạt. Trên cơ sở đó kết. giải quyết một số vấn đề kỹ thuật khác nh chống hiệu ứng đa đờng (thông qua cấu trúc tín hiệu DVB-T) , lựa chọn đỉnh xung lớn nhất (cấu trúc thiết bị thu), xác định sai số trong các điều kiện môi