Cấu trúc mới trong bản tin dẫn đường của hệ thống GLONASS (Phần 1)

Image Content

Alexander Povalyaev

Các nhà khoa học Nga hiện đang đề xuất khuôn dạng mới cho cấu trúc tín hiệu đa truy cập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) để phát truyền tín hiệu trên tần số mới L3 của các vệ tinh dẫn đường GLONASS. Khi được chấp thuận và triển khai trên các vệ tinh GLONASS thuộc chương trình hiện đại hoá, đây sẽ là những đóng góp quan trọng trong việc phối hợp hoạt động, thậm chí trao đổi thông tin giữa các tín hiệu GNSS trong không gian. Khuôn dạng bản tin mềm dẻo mới này cũng cho phép nâng cấp một cách dễ dàng hơn, các bản tin dẫn đường trong tương lai khi có yêu cầu.

Bản tin dẫn đường NM (Navigation Message) đã được phát triển và sử dụng trong suốt thời gian dài trước đây bởi cả hai hệ thống vệ tinh định vị GPS và GLONASS, NM cũng là hợp phần cố định của các hệ thống vệ tinh định vị GNSS. Cấu trúc thông thường của NM bao gồm các trang (Pages) hay còn được gọi là các khung cấu trúc (Frames), dưới đó là các khung con (Subframes) và cuối cùng là các ký tự (Words). Mặc dù NM có kết cấu rất đơn giản, nhưng lại có tính bảo toàn rất cao. Khả năng duy nhất để có thể nâng cấp các bản tin dẫn đường đó là hạn chế sử dụng các khung con đã được xác lập để dự phòng trước đây. Việc tăng số lượng khung và khung con như vậy lại gây ảnh hưởng tới chức năng truyền phát bản tin dẫn đường của hệ thống. Chính vì thế, số lượng nhỏ nhoi còn lại của hệ thống khung dự phòng đã từng gây ra nhiều khó khăn cho việc nâng cấp cấu trúc bản tin dẫn đường của hệ thống.

Những vấn đề nêu trên được mô tả một cách rõ ràng hơn trong hai hình dưới đây. Hình 1 thể hiện cấu trúc bản tin dẫn đường của hệ thống vệ tinh GPS Hoa Kỳ với siêu khung (Superframes) và các khung con dự phòng (Backup subframes) là các ô có chấm tròn màu đen ở giữa. Chúng ta có thể nhìn thấy rõ ràng từ 125 khung con trong cấu trúc bản tin dẫn đường của GPS ứng với chu trình 12.5 phút, chỉ còn lại có 14 khung con (hơn con số 11%) được xác lập làm hợp phần dự phòng.

 

Hình 1 – Hợp phần dự phòng trong bộ siêu khung bản tin dẫn đường hệ thống GPS

Hình 2 thể hiện cấu trúc bản tin dẫn đường của hệ thống vệ tinh GLONASS. Các khung dự phòng được chỉ dấu bằng số lượng bit và thể hiện trong hình vẽ bằng các trường không trải nền. Trong phần siêu khung của GLONASS tương ứng với chu trình 2.5 phút, số lượng bit còn lại dành cho dự phòng chỉ còn chiếm khoảng 3% mà thôi.

Hình 2 – Cấu trúc bản tin dẫn đường của hệ thống vệ tinh GLONASS

Nếu giả sử khối số liệu được phát truyền đi trong các lời giải dẫn đường của cả GLONASS và GPS là tương đương, chúng ta có thể nhận thấy tỷ lệ truyền dẫn số liệu trong hệ thống GLONASS lớn hơn gấp năm lần so với GPS. Điều này giải thích tại sao tỷ lệ dự phòng dành cho các bản tin dẫn đường của hệ thống GPS lại cao hơn của GLONASS. Bên cạnh con số hạn chế là 11% số lượng khung con được duy trì làm dự phòng, hệ thống trường dự phòng trong siêu khung của GPS cũng đảm bảo phát truyền lịch cho 32 vệ tinh, mặc dù số lượng vệ tinh trên quỹ đạo của hệ thống GPS luôn là con số nhỏ hơn 32. Hệ quả là kênh truyền phát các bản tin dẫn đường trong hệ thống GPS đã được sử dụng một cách không hiệu quả.

Đối với hệ thống GLONASS, tình trạng hiện thời có khác hơn. Bản tin dẫn đường chỉ bao gồm khoảng 3% số bit dự phòng và hệ thống trường dự phòng trong siêu khung của GLONASS chỉ đảm bảo phát truyền lịch cho 24 vệ tinh. Điều này gia tăng một cách đáng kể tính hiệu quả của kênh truyền phát bản tin dẫn đường nếu so sánh với GPS, nhưng cũng vẫn gây ra những vấn đề lớn trong quá trình thực hiện bất kỳ một bước xử lý nào nhằm nâng cấp hệ thống.

Trong những trường hợp như vậy, nâng cấp toàn diện hay nâng cấp một phần chỉ nên thực hiện khi được cung cấp năng lực dự phòng tương đương, điều này cũng có nghĩa rằng các thiết bị của người sử dụng được sản xuất trước đây cần phải được duy trì tính tương thích với hệ thống sau khi được nâng cấp. Khi tổng hợp các bản tin dẫn đường trong khuôn dạng cố định, các cấu trúc bị giới hạn một cách triệt để bao gồm các khung (Frames), khung con (Subframes) và các ký tự (Words) nhằm đảm bảo được nguyên tắc tương thích với các thiết bị thế hệ trước, điều này cho thấy rõ hơn khả năng nâng cấp chỉ có thể thực hiện nhanh và kịp thời nếu chúng ta sử dụng đúng khung dự phòng của hệ thống với số lượng phù hợp, bởi nếu tất cả sự điều chỉnh này không được thực hiện trên hệ thống khung dự phòng, sẽ gây ra nhiều vấn đề đối với các thiết bị của người sử dụng được sản xuất trong thời gian trước. Từ luận điểm này, có thể nhận thấy rõ hơn rằng các hệ thống định vị dẫn đường vệ tinh như GPS và GLONASS rất cần có hệ thống khung dự phòng với số lượng lớn hơn.

Những khó khăn – Qua ví dụ trên đây, chúng ta thấy rõ hơn những vấn đề sẽ phát sinh trong quá trình xử lý nâng cấp hệ thống GLONASS, mục tiêu của quá trình nâng cấp là tăng số lượng vệ tinh GLONASS lên con số 30. Việc nâng cấp lên con số 30 vệ tinh nhằm đảm bảo loại bỏ những khu vực mà chỉ số suy giảm độ chính xác DOP, gây ra bởi đồ hình hệ thống của trùm vệ tinh GLONASS chưa thực sự tối ưu. Nhưng để phù hợp với quy định tương thích các hệ thống thiết bị của người sử dụng, rất cần phải xác lập lịch của 6 vệ tinh sẽ được đặt vào các siêu khung bit dự phòng. Tuy nhiên số lượng bit dự phòng trong hệ thống siêu khung của GLONASS (như trong Hình 2) còn quá ít và chỉ đủ để đặt cho lịch của 1 vệ tinh mà thôi. Trong trường hợp nâng cấp này, lịch của vệ tinh cơ bản thứ nhất trong số 24 vệ tinh sẽ được phát truyền trong thang thời gian của một siêu khung, tương đương với 2.5 phút, và lịch của 6 vệ tinh tiếp theo sẽ được phát truyền dựa trên các hàng dự phòng nằm trong thang thời gian của sáu siêu khung khác, tương đương với 2.5 x 6 = 15 phút.

(Còn tiếp)

Khi cần thêm thông tin chi tiết, Quý vị có thể liên hệ với chúng tôi qua địa chỉ thư điện tử:  

info@anthi.com.vn