Tín hiệu vệ tinh GPS (1)

Tín hiệu vệ tinh GPS

1. Tần số và điều chế2. Mức công suất3. Hàm tự tương quan và mật độ phổ công suất4. Hàm tương quan chéo & hiệu năng CDMA5. Định dạng bản tin GPS

Tổng quan về tín hiệu GPS Vệ tinh GPS truyền tín hiệu định vị trên 2 tần số: Tần số sơ cấp L1 (1.575,42 MHz) Tần số thứ cấp L2 (1.227,6 MHz)

Tín hiệu được điều chế DSSS bao gồm: Sóng mang Mã trải phổ PRN (duy nhất với mỗi vệ tinh) Bản tin định vị

Tất cả các vệ tinh GPS truyền tín hiệu CDMA ở cùngmột tần số sóng mang.

Vệ tinh GPS truyền tín hiệu định vị trên 2 tần số: Tần số sơ cấp L1 (1.575,42 MHz) Tần số thứ cấp L2 (1.227,6 MHz)

Tín hiệu được điều chế DSSS bao gồm: Sóng mang Mã trải phổ PRN (duy nhất với mỗi vệ tinh) Bản tin định vị

Tất cả các vệ tinh GPS truyền tín hiệu CDMA ở cùngmột tần số sóng mang.

Tổng quan về tín hiệu GPS Để bám tín hiệu của một vệ tinh cùng trong tầm nhìn với

nhiều vệ tinh khác, bộ thu GPS phải phát lặp lại bản saocủa: Dãy PRN của vệ tinh đó Tín hiệu sóng mang với Doppler

Máy thu 2 tần số cho phép đo trễ tầng điện ly bởi trễ nàycó quan hệ với hệ số vi sai giữa 2 tần số sóng mang củatín hiệu đo TOA.

Trong khi đó, máy thu 1 tần số phải ước lượng trễ tầngđiện ly bằng các tham số mô hình được phát quảng bátrong bản tin định vị.

Để bám tín hiệu của một vệ tinh cùng trong tầm nhìn vớinhiều vệ tinh khác, bộ thu GPS phải phát lặp lại bản saocủa: Dãy PRN của vệ tinh đó Tín hiệu sóng mang với Doppler

Máy thu 2 tần số cho phép đo trễ tầng điện ly bởi trễ nàycó quan hệ với hệ số vi sai giữa 2 tần số sóng mang củatín hiệu đo TOA.

Trong khi đó, máy thu 1 tần số phải ước lượng trễ tầngđiện ly bằng các tham số mô hình được phát quảng bátrong bản tin định vị.

1. Tần số và điều chế

1. Tần số và điều chế Tần số cơ bản ƒo = 10,23MHz Tần số L1 = 154 ƒo

Tần số L2 = 120 ƒo

Có 2 mã PRN là mã C/A và mã P Mã C/A: tốc độ chíp 1,023x106 chips/s (ƒo/10) Mã P: tốc độ chíp 10,23x106 chips/s (ƒo), được mật

mã hóa với mã P => mã P(Y) Bản tin định vị có tốc độ 50 bps, được cộng modulo 2

với mã trải phổ trước khi điều chế. Điều chế BPSK được sử dụng. Pha sóng mang được dịch 90o trước khi điều chế với mã

C/A và data.

Tần số cơ bản ƒo = 10,23MHz Tần số L1 = 154 ƒo

Tần số L2 = 120 ƒo

Có 2 mã PRN là mã C/A và mã P Mã C/A: tốc độ chíp 1,023x106 chips/s (ƒo/10) Mã P: tốc độ chíp 10,23x106 chips/s (ƒo), được mật

mã hóa với mã P => mã P(Y) Bản tin định vị có tốc độ 50 bps, được cộng modulo 2

với mã trải phổ trước khi điều chế. Điều chế BPSK được sử dụng. Pha sóng mang được dịch 90o trước khi điều chế với mã

C/A và data.

(a) Sóng mang L1(pha 0o)

(b) Sóng mang L1(pha 90o)

(c) P(Y) XOR data(d) C/A XOR data(e) P(Y) XOR data

điều chế vớisóng mang L1pha 0o

(f) C/A XOR datađiều chế vớisóng mang L1pha 90o

(g) Tín hiệu L1tổng hợp

(a) Sóng mang L1(pha 0o)

(b) Sóng mang L1(pha 90o)

(c) P(Y) XOR data(d) C/A XOR data(e) P(Y) XOR data

điều chế vớisóng mang L1pha 0o

(f) C/A XOR datađiều chế vớisóng mang L1pha 90o

(g) Tín hiệu L1tổng hợp


Bộ tạo mã GPS

Bộ tạo mã C/A

Bộ tạo mã P Mã P của GPS là dãy

PRN tạo bởi 4 thanhghi dịch 12-bit X1A,X1B, X2A, X2B.

X2 được đưa vàothanh ghi dịch trễ đểđược X2i (số nhịp trễtương ứng với PRNcủa mỗi vệ tinh)

Mã P của vệ tinh i sẽ là

1 1 1

2 2 2

X X A X B

X X A X B

= ⊕= ⊕

Mã P của GPS là dãyPRN tạo bởi 4 thanhghi dịch 12-bit X1A,X1B, X2A, X2B.

X2 được đưa vàothanh ghi dịch trễ đểđược X2i (số nhịp trễtương ứng với PRNcủa mỗi vệ tinh)

Mã P của vệ tinh i sẽ là

1 2Pi X X i= ⊕



Các đa thức sinh của bộ tạo mã GPS

1. Tần số và điều chế Chu kỳ tự nhiên của cả 2 thanh ghi bị cắt ngắn Chu kỳ tự nhiên: 4095 chips Chu kỳ X1A và X2A: 4092 chips Chu kỳ X1B và X2B: 4093 chips Các thanh ghi sẽ reset khi sau 4092 hay 4093 chips Thiết kế như vậy nhằm đảm bảo pha vượt trước của

thanh ghi X1A với X1B, tương tự với X2A và X2B. Cũng có pha vượt trước giữa cặp thanh ghi X2A/X2B

so với X1A/X1B. Sử dụng bộ đếm chia 37 làm cho phavượt trước là 37 chips cho mỗi chu kỳ giữa X1 và X2và như vậy chu kỳ X2 dài hơn X1 là 37 chips.

Chu kỳ tự nhiên của cả 2 thanh ghi bị cắt ngắn Chu kỳ tự nhiên: 4095 chips Chu kỳ X1A và X2A: 4092 chips Chu kỳ X1B và X2B: 4093 chips Các thanh ghi sẽ reset khi sau 4092 hay 4093 chips Thiết kế như vậy nhằm đảm bảo pha vượt trước của

thanh ghi X1A với X1B, tương tự với X2A và X2B. Cũng có pha vượt trước giữa cặp thanh ghi X2A/X2B

so với X1A/X1B. Sử dụng bộ đếm chia 37 làm cho phavượt trước là 37 chips cho mỗi chu kỳ giữa X1 và X2và như vậy chu kỳ X2 dài hơn X1 là 37 chips.

1. Tần số và điều chếChi tiết pha vượt trước như sau: Chu kỳ X1 được định nghĩa là 3750 chu kỳ X1A, tương

đương 3750 x 4092 = 15.345.000 chips, ~1,5 giây. Sau 3749 chu kỳ của X1B, mỗi chu kỳ 4093 chips,

tương đương 3749 x 4093 = 15.344.657 chips. Để đồng bộ với X1A, X1B phải dừng và chờ 343 chips

(cho đến hết chu kỳ 1,5s) Như vậy, X1 có chu kỳ là 15.345.000 chips. Tương tự với X2A và X2B, chỉ khác khi kết thúc

15.345.000 chips, cả 2 thanh ghi cùng dừng và chờ 37chips tới khi bắt đầu của tuần. Như vậy, các thanh ghi X2 có chu kỳ 15.345.037

chips, hơn 37 chips so với X1.

Chi tiết pha vượt trước như sau: Chu kỳ X1 được định nghĩa là 3750 chu kỳ X1A, tương

đương 3750 x 4092 = 15.345.000 chips, ~1,5 giây. Sau 3749 chu kỳ của X1B, mỗi chu kỳ 4093 chips,

tương đương 3749 x 4093 = 15.344.657 chips. Để đồng bộ với X1A, X1B phải dừng và chờ 343 chips

(cho đến hết chu kỳ 1,5s) Như vậy, X1 có chu kỳ là 15.345.000 chips. Tương tự với X2A và X2B, chỉ khác khi kết thúc

15.345.000 chips, cả 2 thanh ghi cùng dừng và chờ 37chips tới khi bắt đầu của tuần. Như vậy, các thanh ghi X2 có chu kỳ 15.345.037

chips, hơn 37 chips so với X1.

1. Tần số và điều chế• Lưu ý rằng, nếu trong trường hợp không thực hiện

reset vào cuối mỗi tuần, dãy P = XOR(X1, X2) sẽ cóđộ dài là 15.345.000 x 15.345.037 = 2,3547 x 1014

chips. Tốc độ chip là 10.23 x 106, dãy sẽ có chu kỳ là266,41 ngày hay 38,058 tuần.

• Tuy nhiên do cắt ngắn tại cuối tuần, mỗi vệ tinh chỉ sửdụng đoạn mã của 1 tuần nên có 38 đoạn riêng biệt sửdụng cho mỗi vệ tinh.

• Vậy độ dài của mã P đã cắt ngắn 7-ngày là 6,1871 x1012 chips.

• Tương ứng với mã C/A, 37 mã được định nghĩa và sửdụng.

• Mã P thứ 38 được dùng làm mã test cho máy thu GPS

• Lưu ý rằng, nếu trong trường hợp không thực hiệnreset vào cuối mỗi tuần, dãy P = XOR(X1, X2) sẽ cóđộ dài là 15.345.000 x 15.345.037 = 2,3547 x 1014

chips. Tốc độ chip là 10.23 x 106, dãy sẽ có chu kỳ là266,41 ngày hay 38,058 tuần.

• Tuy nhiên do cắt ngắn tại cuối tuần, mỗi vệ tinh chỉ sửdụng đoạn mã của 1 tuần nên có 38 đoạn riêng biệt sửdụng cho mỗi vệ tinh.

• Vậy độ dài của mã P đã cắt ngắn 7-ngày là 6,1871 x1012 chips.

• Tương ứng với mã C/A, 37 mã được định nghĩa và sửdụng.

• Mã P thứ 38 được dùng làm mã test cho máy thu GPS

2. Mức công suất• Mức công suất tín hiệu thu tối thiểu của 3 tín hiệu GPS, tính

theo dBW, như sau:

• Sử dụng ăng-ten RHCP, phân cực tuyến tính, tăng ích 3-dB

• Mức công suất tín hiệu thu tối thiểu của 3 tín hiệu GPS, tínhtheo dBW, như sau:

• Sử dụng ăng-ten RHCP, phân cực tuyến tính, tăng ích 3-dB

2. Mức công suất

2. Mức công suấtVí dụ:• Tín hiệu L1 C/A, công suất yêu cầu là:

-158.5 – 3.0 + 184 + 0.5 + 3.4 = 26.8 dbW• Nếu Ăng-ten vệ tinh L1 có tăng ích tối thiểu là 13.4dB trong

trường hợp góc nhìn 14.3o thì công suất máy phát tối thiểucho mã C/A là

• Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, công suất tối thiểu đưa tớiăng-ten phát của vệ tinh phải đạt:• L1: 32.9W• L2: 6.6W

Ví dụ:• Tín hiệu L1 C/A, công suất yêu cầu là:

-158.5 – 3.0 + 184 + 0.5 + 3.4 = 26.8 dbW• Nếu Ăng-ten vệ tinh L1 có tăng ích tối thiểu là 13.4dB trong

trường hợp góc nhìn 14.3o thì công suất máy phát tối thiểucho mã C/A là

• Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, công suất tối thiểu đưa tớiăng-ten phát của vệ tinh phải đạt:• L1: 32.9W• L2: 6.6W

( )110log 26.8 13.4 /10 21.9W− − =

3. Hàm tự tương quan và mật độ phổ công suất

Tính tự tương quan của các mã PRN trong GPS là cơsở của quá trình giải điều chế. Mật độ phổ công suất của mã PRN xác định băng

thông yêu cầu để truyền và nhận các tín hiệu trải phổ. Các mã PRN có hàm tương quan dạng tam giác lặp lại

theo chu kỳ, dạng phổ gần giống dãy giả ngẫu nhiênđộ dài cực đại (Maximum Length sequences). Mã PRN không thực sự là dãy giả ngẫu nhiên độ dài

cực đại bởi vì:• Tính tương quan chéo của dãy ML không tốt đối với GPS• Khoảng thời gian xử lý trong máy thu GPS rất ngắn (1- 5ms)

nên làm tăng xác suất tìm kiếm sai đỉnh hàm tương quan.

Tính tự tương quan của các mã PRN trong GPS là cơsở của quá trình giải điều chế. Mật độ phổ công suất của mã PRN xác định băng

thông yêu cầu để truyền và nhận các tín hiệu trải phổ. Các mã PRN có hàm tương quan dạng tam giác lặp lại

theo chu kỳ, dạng phổ gần giống dãy giả ngẫu nhiênđộ dài cực đại (Maximum Length sequences). Mã PRN không thực sự là dãy giả ngẫu nhiên độ dài

cực đại bởi vì:• Tính tương quan chéo của dãy ML không tốt đối với GPS• Khoảng thời gian xử lý trong máy thu GPS rất ngắn (1- 5ms)

nên làm tăng xác suất tìm kiếm sai đỉnh hàm tương quan.


Hàm tự tương quan của tín hiệu GPS C/A như sau

3. Hàm tự tương quan và mật độ phổ công suất Hàm tự tương quan của mã C/A 1023 chips hay 1ms

có dạng tam giác như sau:

Có những thay đổi nhỏ ở khoảng giữa hai đỉnh tươngquan so với mức 1/1023 của dãy ML 10-bit. Chính sự thay đổi này gây ra sự thay đổi trên đường

bao phổ dạng sinc2(x)

3. Hàm tự tương quan và mật độ phổ công suất Đường bao phổ của dãy ML chính là đường sinc2(x)

chỉ trừ thành phần tần số 0 như với mã C/A thì có thayđổi nhỏ.

Đường bao phổ của dãy ML chính là đường sinc2(x)chỉ trừ thành phần tần số 0 như với mã C/A thì có thayđổi nhỏ.


Hàm tự tương quan của tín hiệu GPS mã P như sau

3. Hàm tự tương quan và mật độ phổ công suất Mã P cũng không phải dãy ML. Tuy nhiên, do chu kỳ mã dài, tốc độ chip cao nên hàm tự tương

quan trông lý tưởng hơn.


3. Hàm tự tương quan và mật độ phổ công suất Khi mã GPS kết hợp với số liệu 50bps có ảnh hưởng

không đáng kể tới hàm tự tương quan và phổ côngsuất. Giả thiết dãy PRN được điều chế BPSK với sóng

mang, phổ công suất như sau:

Khi mã GPS kết hợp với số liệu 50bps có ảnh hưởngkhông đáng kể tới hàm tự tương quan và phổ côngsuất. Giả thiết dãy PRN được điều chế BPSK với sóng

mang, phổ công suất như sau:


Phổ công suất của mã L1 P(Y) và C/A từ bộ phát tín hiệu GPS


Phổ công suất của mã L2 P(Y) từ bộ phát tín hiệu GPS


Phổ công suất của mã L1 C/A từ bộ phát tín hiệu GPS

4. Hàm tương quan chéo và hiệu năng CDMA

Kỹ thuật CDMA: điều chế và giải điều chế trong GPSdựa trên việc sử dụng PRN khác nhau nhưng cùngtốc độ chip và tần số sóng mang trên mỗi vệ tinh.

Đối với máy thu GPS, để bám vệ tinh, bản sao mãPRN phải được dịch pha để tương quan với PRNphát bởi vệ tinh.

Mỗi mã PRN phải tương quan chéo cực tiểu với PRNcủa vệ tinh khác với bất kỳ pha hay dịch Doppler nàotrong 1 chu kỳ mã.

Kỹ thuật CDMA: điều chế và giải điều chế trong GPSdựa trên việc sử dụng PRN khác nhau nhưng cùngtốc độ chip và tần số sóng mang trên mỗi vệ tinh.

Đối với máy thu GPS, để bám vệ tinh, bản sao mãPRN phải được dịch pha để tương quan với PRNphát bởi vệ tinh.

Mỗi mã PRN phải tương quan chéo cực tiểu với PRNcủa vệ tinh khác với bất kỳ pha hay dịch Doppler nàotrong 1 chu kỳ mã.


Hàm tương quan chéo lý tưởng của mã GPS đượcđịnh nghĩa như sau:

Phương trình trên cho thấy dạng sóng PRN của vệtinh i không tương quan với bất kỳ PRN của vệ tinhkhác với dịch pha τ bất kỳ. Thực tế, điều này là không thể bởi không thể có một

vệ tinh đạt được tự tương quan zero ngoài khoảngthời gian tương quan của nó.

Hàm tương quan chéo lý tưởng của mã GPS đượcđịnh nghĩa như sau:

Phương trình trên cho thấy dạng sóng PRN của vệtinh i không tương quan với bất kỳ PRN của vệ tinhkhác với dịch pha τ bất kỳ. Thực tế, điều này là không thể bởi không thể có một

vệ tinh đạt được tự tương quan zero ngoài khoảngthời gian tương quan của nó.

4. Hàm tương quan chéo và hiệu năng CDMA Kỹ thuật CDMA chỉ khả thi khi tương quan chéo giữa

tất cả các PRN đạt được mức độ nhất định. Với mã P(Y),o Độ dài mã 6,1871x1012 chips (1-week period)o Tốc độ chip 10,23Mchip/s

Nên mức tương quan chéo là -127dB so với đỉnh tươngquan. Với mã C/Ao Độ dài mã 1023 chips (1-ms period)o Tốc độ chip 1,023Mchip/s

Nên mức tương quan chéo chỉ khoảng -24dB so với đỉnhtương quan khi Doppler = 0 giữa 2 mã bất kỳ, trườnghợp xấu nhất có thể là -21.1dB.

Kỹ thuật CDMA chỉ khả thi khi tương quan chéo giữatất cả các PRN đạt được mức độ nhất định. Với mã P(Y),o Độ dài mã 6,1871x1012 chips (1-week period)o Tốc độ chip 10,23Mchip/s

Nên mức tương quan chéo là -127dB so với đỉnh tươngquan. Với mã C/Ao Độ dài mã 1023 chips (1-ms period)o Tốc độ chip 1,023Mchip/s

Nên mức tương quan chéo chỉ khoảng -24dB so với đỉnhtương quan khi Doppler = 0 giữa 2 mã bất kỳ, trườnghợp xấu nhất có thể là -21.1dB.



5. Định dạng bản tin định vị Cả mã P(Y) và mã C/A đều được điều chế với dòng

số liệu 50bps.

Số liệu này cung cấp cho NSD thông tin cần thiết đểtính toán chính xác vị trí của mỗi vệ tinh trong tầmnhìn và thời gian truyền của mỗi tín hiệu định vị.

Bản tin định vị được truyền trong 5 khung con, mỗikhung con 300 bits bao gồm 10 từ mã 30-bit.

6 bit cuối của mỗi từ mã dùng cho kiểm tra chẵn lẻ(parity check với mã Hamming) để máy thu NSD cóthể phát hiện lỗi bit khi giải điều chế.

Cả mã P(Y) và mã C/A đều được điều chế với dòngsố liệu 50bps.

Số liệu này cung cấp cho NSD thông tin cần thiết đểtính toán chính xác vị trí của mỗi vệ tinh trong tầmnhìn và thời gian truyền của mỗi tín hiệu định vị.

Bản tin định vị được truyền trong 5 khung con, mỗikhung con 300 bits bao gồm 10 từ mã 30-bit.

6 bit cuối của mỗi từ mã dùng cho kiểm tra chẵn lẻ(parity check với mã Hamming) để máy thu NSD cóthể phát hiện lỗi bit khi giải điều chế.

5. Định dạng bản tin định vị

Mỗi 5 khung con được truyền bắt đầu từ khung 1. Khung con 4 và 5 bao gồm 25 trang (page). Bit 1-60 của mỗi khung con là số liệu telemetry (TLM)

và HOW (Handover word). TLM = 10001011 (8-bit) => fixed preamble để máy thu

NSD xác định đầu khung con. TLM cũng bao gồm 14 bits số liệu dùng cho NSD

được ủy quyền.

Mỗi 5 khung con được truyền bắt đầu từ khung 1. Khung con 4 và 5 bao gồm 25 trang (page). Bit 1-60 của mỗi khung con là số liệu telemetry (TLM)

và HOW (Handover word). TLM = 10001011 (8-bit) => fixed preamble để máy thu

NSD xác định đầu khung con. TLM cũng bao gồm 14 bits số liệu dùng cho NSD

được ủy quyền.

5. Định dạng bản tin định vị

HOW : cho phép máy thu NSD chuyển giao từ bámmã C/A sang bám mã P(Y), cung cấp GPS time-of-week (TOW) dưới dạng modulo 6 giây tương ứng vớiranh giới của khung tiếp theo. HOW cũng cung cấp 2 bit cờ

o 1 chỉ thị kích hoạt antispoofingo 1 dùng cho cảnh báo (chất lượng tín hiệu rất tồi)

HOW : cho phép máy thu NSD chuyển giao từ bámmã C/A sang bám mã P(Y), cung cấp GPS time-of-week (TOW) dưới dạng modulo 6 giây tương ứng vớiranh giới của khung tiếp theo. HOW cũng cung cấp 2 bit cờ

o 1 chỉ thị kích hoạt antispoofingo 1 dùng cho cảnh báo (chất lượng tín hiệu rất tồi)

5. Định dạng bản tin định vị Khung con 1 cung cấp số tuần GPS, là số của tuần

modulo 1024, tính từ January 5, 1980, lần chuyển đầutiên là August 22, 1999, lần chuyển tiếp theo là April2019. Khung con 1 chứa thông tin hiệu chỉnh đồng hồ vệ

tinh: af0, af1, af2 và thời gian của đồng hồ toc. Các thamsố này quan trọng trong đo chính xác khoảng cáchbởi nó cho phép đồng bộ thời gian giữa tín hiệutruyền từ vệ tinh và thời gian hệ thống. Khung con 2 và 3 cung cấp thông tin về quỹ đạo vệ

tinh (các thành phần Keplerian), cho phép xác địnhchính xác vị trí của vệ tinh. Các thông tin này cập nhậtmỗi 4 giờ.

Khung con 1 cung cấp số tuần GPS, là số của tuầnmodulo 1024, tính từ January 5, 1980, lần chuyển đầutiên là August 22, 1999, lần chuyển tiếp theo là April2019. Khung con 1 chứa thông tin hiệu chỉnh đồng hồ vệ

tinh: af0, af1, af2 và thời gian của đồng hồ toc. Các thamsố này quan trọng trong đo chính xác khoảng cáchbởi nó cho phép đồng bộ thời gian giữa tín hiệutruyền từ vệ tinh và thời gian hệ thống. Khung con 2 và 3 cung cấp thông tin về quỹ đạo vệ

tinh (các thành phần Keplerian), cho phép xác địnhchính xác vị trí của vệ tinh. Các thông tin này cập nhậtmỗi 4 giờ.

5. Định dạng bản tin định vị Trang 2-5 và 7-10 của khung con 4, trang 1-24 của khung

con 5 chứa thông tin almanac cho phép máy thu NSD xácđịnh tương đối vị trí vệ tinh. Các thông tin này hỗ trợ nhậnbiết tín hiệu. Trang 13 của khung con 4 chứa các tham số hiệu chỉnh

đo khoảng cách. Trang 18 của khung con 4 chứa thông tin hiệu chỉnh lỗi

tầng điện ly cho máy thu đơn tần và thông số về quan hệthời gian UTC và thời gian GPS. Trang 25 của khung con 4 và 5 cung cấp thông tin về cấu

hình và trạng thái (sức khỏe) của các vệ tinh từ 1-32. Có một số trang của khung con 4-5 để dự phòng.

Trang 2-5 và 7-10 của khung con 4, trang 1-24 của khungcon 5 chứa thông tin almanac cho phép máy thu NSD xácđịnh tương đối vị trí vệ tinh. Các thông tin này hỗ trợ nhậnbiết tín hiệu. Trang 13 của khung con 4 chứa các tham số hiệu chỉnh

đo khoảng cách. Trang 18 của khung con 4 chứa thông tin hiệu chỉnh lỗi

tầng điện ly cho máy thu đơn tần và thông số về quan hệthời gian UTC và thời gian GPS. Trang 25 của khung con 4 và 5 cung cấp thông tin về cấu

hình và trạng thái (sức khỏe) của các vệ tinh từ 1-32. Có một số trang của khung con 4-5 để dự phòng.

Các tín hiệu GPS mớiCác tín hiệu GPS

Các tín hiệu mới (modernized)

Bổ sung thêm:Hai tín hiệu dân sự mới: L2C và L5Tín hiệu quân sự mới: mã M

Các tín hiệu GPS mớiTín hiệu dân sự L2C: phát quảng bá bởi vệ tinh

thế hệ Block IIR-M và IIF Tín hiệu L2C có phổ công suất tương tự mã C/A,

băng thông 2,046MHz, mức tín hiệu tối thiểu ở máythu là -160dBW,

Tuy nhiên L2C có nhiều điểm khác biệt. L2C sử dụng 2 PRN cho mỗi vệ tinh;Mã PRN thứ nhất gọi là CM (civil moderate) có chu kỳ

10230 chips;Mã PRN thứ 2 gọi là CL (civil long) dài hơn nhiều CM

với chu kỳ 767250 chips

Tín hiệu dân sự L2C: phát quảng bá bởi vệ tinhthế hệ Block IIR-M và IIF Tín hiệu L2C có phổ công suất tương tự mã C/A,

băng thông 2,046MHz, mức tín hiệu tối thiểu ở máythu là -160dBW,

Tuy nhiên L2C có nhiều điểm khác biệt. L2C sử dụng 2 PRN cho mỗi vệ tinh;Mã PRN thứ nhất gọi là CM (civil moderate) có chu kỳ

10230 chips;Mã PRN thứ 2 gọi là CL (civil long) dài hơn nhiều CM

với chu kỳ 767250 chips

Các tín hiệu GPS mới

Tạo tín hiệu L2C băng cơ sở

Các tín hiệu GPS mới Cách tạo tín hiệu L2CMã CM được điều chế với dòng số liệu 50-baud (25

bps & mã 7 FEC tỷ số 1:2) => nhằm dễ dàng hơntrong giải điều chế tín hiệu trong môi trường khôngthuận lợi.

Mã CM có số liệu ghép kênh với mã CL (không có sốliệu) làm tăng khả năng bám tín hiệu GPS => đây làđiểm nổi bật của tín hiệu GPS mới.

Ghép kênh mã CM và CL:2 x 511.5 k-chip/s = 1.023 Mchip/s

Tạo ra tín hiệu có phổ giống mã C/A nhưng có độ dàimã lớn hơn nên khả năng “chống” nhiễu tốt hơn.

Cách tạo tín hiệu L2CMã CM được điều chế với dòng số liệu 50-baud (25

bps & mã 7 FEC tỷ số 1:2) => nhằm dễ dàng hơntrong giải điều chế tín hiệu trong môi trường khôngthuận lợi.

Mã CM có số liệu ghép kênh với mã CL (không có sốliệu) làm tăng khả năng bám tín hiệu GPS => đây làđiểm nổi bật của tín hiệu GPS mới.

Ghép kênh mã CM và CL:2 x 511.5 k-chip/s = 1.023 Mchip/s

Tạo ra tín hiệu có phổ giống mã C/A nhưng có độ dàimã lớn hơn nên khả năng “chống” nhiễu tốt hơn.

Các tín hiệu GPS mới Tạo mã CM và CL

Sử dụng thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính 27 khâu,mỗi khâu 1-bit.

Mã được phát với giá trị khởi tạo khác nhau tươngứng với mỗi vệ tinh

Thanh ghi reset cứ sau 10230 chips cho mã CM và767250 chips cho CL.

Tạo mã CM và CL

Sử dụng thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính 27 khâu,mỗi khâu 1-bit.

Mã được phát với giá trị khởi tạo khác nhau tươngứng với mỗi vệ tinh

Thanh ghi reset cứ sau 10230 chips cho mã CM và767250 chips cho CL.

Các tín hiệu GPS mớiTín hiệu L5: phát quảng bá bởi vệ tinh Block IIF,

mức tín hiệu thu khoảng -154,9dBW Điều chế QPSK kết hợp 2 thành phần I5(in-phase) và

Q5(quadraphase); I5 được điều chế với số liệu 50bps, số liệu này được mã

hóa FEC giống như với L2C, nên tốc độ symbol là 100baud;

Mã PRN tốc độ 10,023MHz được sử dụng cả cho I5 vàQ5, dẫn đến chu kỳ mã là 1ms;

Tín hiệu L5: phát quảng bá bởi vệ tinh Block IIF,mức tín hiệu thu khoảng -154,9dBW

Điều chế QPSK kết hợp 2 thành phần I5(in-phase) vàQ5(quadraphase);

I5 được điều chế với số liệu 50bps, số liệu này được mãhóa FEC giống như với L2C, nên tốc độ symbol là 100baud;

Mã PRN tốc độ 10,023MHz được sử dụng cả cho I5 vàQ5, dẫn đến chu kỳ mã là 1ms;

Tạo tín hiệu L5

Các tín hiệu GPS mới Mã đồng bộ Neuman-Hofman (NH) được điều

chế I5 và Q5 lên tốc độ 1-kbaud. Với I5, mã NH 10-symbol (0000110101) được

phát trong thời gian 10ms và lặp lại; Với Q5, mã NH 20-symbol

(00000100110101001110) được sử dụng; Cứ mỗi 1ms, bit của mã NH được cộng modulo-

2 với chip của mã PRN

Mã đồng bộ Neuman-Hofman (NH) được điềuchế I5 và Q5 lên tốc độ 1-kbaud.

Với I5, mã NH 10-symbol (0000110101) đượcphát trong thời gian 10ms và lặp lại;

Với Q5, mã NH 20-symbol(00000100110101001110) được sử dụng;

Cứ mỗi 1ms, bit của mã NH được cộng modulo-2 với chip của mã PRN

Tạo mã PRN I5 và Q5

Các tín hiệu GPS mớiTín hiệu quân sự Mã M: Phát quảng bá bởi vệ

tinh thế hệ Block IIR-M, mức tín hiệu khoảng -158dBW trên L1. Từ thế hệ Block III trở đi, tínhiệu mã M sẽ được phát công suất cao hơn ởmột số vùng địa lý giới hạn, mức công suất vàokhoảng -138dBW.

Được thiết kế dùng riêng cho quân sự, nhằmthay thế mã P(Y). Trong quá trình chuyển đổi,máy thu quân sự có thể dùng kết hợp mã P(Y),mã M và mã C/A. Thiết bị thu như vậy gọi làYMCA.

Tín hiệu quân sự Mã M: Phát quảng bá bởi vệtinh thế hệ Block IIR-M, mức tín hiệu khoảng -158dBW trên L1. Từ thế hệ Block III trở đi, tínhiệu mã M sẽ được phát công suất cao hơn ởmột số vùng địa lý giới hạn, mức công suất vàokhoảng -138dBW.

Được thiết kế dùng riêng cho quân sự, nhằmthay thế mã P(Y). Trong quá trình chuyển đổi,máy thu quân sự có thể dùng kết hợp mã P(Y),mã M và mã C/A. Thiết bị thu như vậy gọi làYMCA.

M Code tăng cường bảo mật và có phổtách biệt hẳn khỏi tín hiệu dân dụng đểtránh bị nhiễu, tăng khả năng chống nhiễu.

M Code được tăng cường hiệu quả bámtín hiệu và giải điều chế số liệu so với mãC/A và mã P(Y).

Tín hiệu M Code dùng điều chế BOC(Binary Offset Carrier) để phân tách phổ.

Tín hiệu M Code dùng BOCs(10,5).

Các tín hiệu GPS mới M Code tăng cường bảo mật và có phổ

tách biệt hẳn khỏi tín hiệu dân dụng đểtránh bị nhiễu, tăng khả năng chống nhiễu.

M Code được tăng cường hiệu quả bámtín hiệu và giải điều chế số liệu so với mãC/A và mã P(Y).

Tín hiệu M Code dùng điều chế BOC(Binary Offset Carrier) để phân tách phổ.

Tín hiệu M Code dùng BOCs(10,5).

Các tín hiệu GPS mới

Tín hiệu M Code dùng BOCs(10,5): 10 x 1,023MHz: tần số sóng mang phụ 5 x 1,023Mhz: tốc độ chip của bộ phát mã M Code

Documents

Tín hiệu vệ tinh GPS (1)