Tải bản đầy đủ

Khảo sát tính thời gian thực trong hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
---------o0o---------

BÁO CÁO
HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC
Chủ đề: Khảo sát tính thời gian thực trong
hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn

Giáo viên hướng dẫn
Học viên thực hiện

PGS. TS. Đỗ Trọng Tuấn

Hà Nội - 2018


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................3
1. Tổng quan về Hệ thống thời gian thực.........................................................................4
1.1.


Khái niệm về Hệ thống thời gian thực...................................................................4

1.1.1.

Định nghĩa về Hệ thống..................................................................................4

1.1.2.

Thời gian đáp ứng của một hệ thống...............................................................5

1.1.3.

Hệ thống thời gian thực..................................................................................5

1.2.

Phân loại hệ thống thời gian thực..........................................................................7

1.2.1.

Hệ thống thời gian thực mềm..........................................................................7

1.2.2.

Hệ thống thời gian thực cứng..........................................................................8

1.2.3.

Hệ thống thời gian thực sụn............................................................................9

1.3.

Ứng dụng của hệ thống thời gian thực.................................................................10

2. Khảo sát tính thời gian thực của Hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn..................10
2.1.

Tổng quan về Hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn.........................................10


2.1.1.

Thông tin vô truyến sóng ngắn là gì?............................................................10

2.1.2.

Các phương thức lan truyền sóng ngắn.........................................................10

2.1.3.

Đặc điểm kênh thông tin vô tuyến sóng ngắn...............................................13

2.1.4.

Hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn.........................................................14

2.2.

Khảo sát tính thời gian thực của Hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn............15

2.2.1.

Tại bộ chuyển đổi tương tự - số ADC...........................................................16

2.2.2.

Tại Vocoder...................................................................................................17

2.2.3.

Tại Modem...................................................................................................18

2.2.4.

Tại máy thông tin vô tuyến sóng ngắn và trên đường truyền........................18

3. Kết luận......................................................................................................................19

1


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Định nghĩa Hệ thống.............................................................................................5
Hình 2: Hệ thống thời gian thực mềm.................................................................................8
Hình 3: Hệ thống thời gian thực cứng................................................................................8
Hình 4: Hệ thống thời gian thực sụn...................................................................................9
Hình 5: Các phương thức lan truyền sóng........................................................................11
Hình 6: Sóng không gian và chân trời vô tuyến................................................................12
Hình 7: Hiện tượng ống sóng............................................................................................12
Hình 8: Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn..................................................14
Hình 9: Mô hình tiến trình bên phát.................................................................................16
Hình 10: Đồ thị thời gian ADC.........................................................................................16

DANH MỤC BẢNG BIỂ

Bảng 1: Các bit nén sử dụng trong LPC10.......................................................................17

2


LỜI MỞ ĐẦU
Lĩnh vực Hệ thống điều khiển theo thời gian thực đang là một xu hướng nghiên
cứu trong khoa học ứng dụng. Nhiều thành quả quan trọng trong vấn đề thời gian
thực đang được kế thừa rộng rãi như dây chuyền sản xuất tự động, điều khiển tự
động, truyền thông,… Trong đó truyền thông trong thông tin vô tuyến sóng ngắn
cũng được chú ý để xây dựng và phát triển các thiết bị phục vụ trong quân sự, tàu
cá hải đảo.
Bài báo cáo xin trình bày một cách tổng quan về Hệ thống thời gian thực. Khái
niệm và phân loại các hệ thông thời gian thực cùng những ứng dụng của nó. Qua đó
khảo sát tính thời gian thực được sử dụng trong Hệ thống thông tin vô tuyến sóng
ngắn.

3


1. Tổng quan về Hệ thống thời gian thực
1.1. Khái niệm về Hệ thống thời gian thực
Phần cứng của máy tính giải quyết vấn đề bằng cách thực hiện lặp đi lặp lại các
câu lệnh qua ngôn ngữ máy – đó là phần mềm. Phần mềm thì thường phân loại là:
chương trình hệ thống và chương trình ứng dụng.
Các chương trình hệ thống bao gồm phần mềm giao tiếp với phần cứng máy
tính cơ bản, chẳng hạn như trình điều khiển thiết bị, bộ xử lý gián đoạn, trình lập
lịch nhiệm vụ và các chương trình khác nhau hoạt động như một công cụ cho việc
phát triển hoặc phân tích các chương trình ứng dụng. Những công cụ phần mềm
này bao gồm trình biên dịch, dịch các chương trình ngôn ngữ bậc cao sang mã
assembly; chương trình dịch mã sẽ chuyển đổi mã assembly thành một định dạng
nhị phân đặc biệt gọi là mã máy. Các chương trình ứng dụng là các chương trình
viết để giải quyết các vấn đề cụ thể. Có một điểm đáng được quan tâm trong thiết
kế hệ thống là tính thời gian thực của hệ thống.
1.1.1. Định nghĩa về Hệ thống
Khái niệm thế nào là một “hệ thống” là rất quan trọng trong kỹ thuật phần mềm
nói riêng và tất cả các kỹ thuật nói chung.
Một hệ thống là một ánh xạ của một tập hợp các đầu vào thành một tập hợp các
đầu ra.
Không cần quan tâm đến các chi tiết bên trong hệ thống, phần mang chức năng
ánh xạ giữa đầu vào và đầu ra có thể coi là một hộp đen với một hoặc nhiều đầu
vào đi vào, và có một hoặc nhiều đầu ra đi ra khỏi hộp đen.

4


Hình 1: Định nghĩa Hệ thống
Vernon liệt kê ra 5 thuộc tính chung của bất kỳ “hệ thống” nào:
- Một hệ thống là một tập hợp các thành phần kết nối với nhau một cách có tổ
chức.
- Một hệ thống sẽ bị thay đổi về cơ bản nếu thêm vào hoặc bớt đi một thành
phần nào đó
- Nó phải có mục đích
- Nó có một mức độ cố định
- Nó có lợi ích riêng.
Khi hệ thống thực hiện chức năng, có một khoảng thời gian trễ giữa thời điểm
bắt đầu có đầu vào và thời điểm xuất hiện đầu ra. Đó gọi là thời gian đáp ứng.
1.1.2. Thời gian đáp ứng của một hệ thống
Định nghĩa thời gian đáp ứng: là khoảng thời gian từ khi có tập hợp các đầu
vào đi vào hệ thống đến lúc tất cả các đầu ra đi ra khỏi hệ thống.
Thời gian đáp ứng nhanh hay đúng thời điểm phụ thuộc vào đặc điểm và mục
đích cụ thể của hệ thống.
Các định nghĩa trên miêu tả đầy đủ thế nào là một Hệ thống thời gian thực
1.1.3. Hệ thống thời gian thực
5


Định nghĩa Hệ thống thời gian thực (I): Một hệ thống thời gian thực là một hệ
thống máy tính phải đáp ứng được ràng buộc về thời gian đáp ứng, nếu không sẽ
gây ra hậu quả nghiêm trọng, bao gồm cả thất bại.
Thất bại ở đây có thể hiểu là “không có khả năng thực hiện được chức năng cơ
bản của nó”. Một hệ thống thất bại là một hệ thống không thể đáp ứng được một
hoặc các yêu cầu đã được đặt ra trong mô tả yêu cầu của nó.
Do định nghĩa về thất bại như trên nên có những tiêu chuẩn nghiêm ngặt về các
tiêu chí hoạt động của hệ thống, trong đó những ràng buộc về thời gian bắt đầu
được chú trọng.
Định nghĩa Hệ thống thời gian thực (II): Một hệ thống thời gian thực là hệ
thống mà tính đúng đắn của nó dựa trên sự chính xác của đầu ra và tính kịp thời của
nó.
Trong bất kỳ trường hợp nào, nếu không cần sự đảm bảo về mặt thời gian thì
mọi hệ thống đều trở thành hệ thống thời gian thực.
Hệ thống thời gian thực thường là các hệ thống phản ứng hoặc hệ thống nhúng.
Hệ thống phản ứng là các hệ thống thực hiện một kế hoạch nhiệm vụ nào đó
qua sự tương tác với môi trường. Ví dụ như hệ thống điều khiển khai hỏa tương tác
với các nút nhấn được sử dụng bởi phi công.
Hệ thống nhúng là hệ thống gồm một hoặc nhiều máy tính (hoặc bộ xử lý) có
vai trò là trung tâm trong các chức năng của hệ thống. Ví dụ một chiếc ô tô hiện đại
có chứa nhiều bộ xử lý nhúng điều khiển việc bung túi khí, phanh, điều hòa không
khí, phun nhiên liệu, … Ngày nay nhiều đồ gia dụng, như lò vi sóng, lò sưởi, ti vi,
máy giặt đều chứa máy tính nhúng.
Trong thực tế, có nhiều hệ thống phản ứng thời gian thực đòi hỏi nhiệm vụ trả
lời kích thích trong một khoảng thời gian một giây, trong khi việc đo đạc và xác
6


định các kích thích đó chỉ diễn ra trong vài mili giây, có một khoảng cách rất lớn
giữa một giây và một vài mili giây, nhưng hệ thống đó vẫn đảm bảo được chức
năng nhiệm vụ của nó. Điều đó chứng tỏ, một hệ thống không phải là xử lý công
việc ngay lập tức, ngay tức thì mới được gọi là hệ thống thời gian thực, nó đơn
giản là chỉ cần xử lý được công việc trong một khoảng thời gian thích hợp.
1.2. Phân loại hệ thống thời gian thực
Khi nào là một hệ thống thời gian thực? Có thể nói rằng, bất cứ một hệ thống
nào cũng có thể là hệ thống thời gian thực nếu yêu cầu về thời gian thực thi được
bỏ qua hoặc làm cho bớt quan trọng hơn. Ví dụ như hệ thống trả lương nhân viên,
nếu bỏ qua yêu cầu cần phải trả lương trong vòng 2 ngày, thì hệ thống này có thể
đáp ứng trả lương trong vòng 1 tuần hoặc 1 tháng, tùy tình hình kinh tế của công ty,
điều này gây ảnh hưởng đến nhân viên công ty, nhưng không đến mức độ công ty
phá sản do không thể trả lương, nên vẫn được chấp nhận… Hầu hết những hệ thống
này được gọi là hệ thống thời gian thực mềm
1.2.1. Hệ thống thời gian thực mềm
Định nghĩa Hệ thống thời gian thực mềm (Soft real-time system): là một hệ
thống thời gian thực mà chất lượng của nó bị giảm do không đáp ứng được ràng
buộc về mặt thời gian thực thi, nhưng không đến mức nghiêm trọng. Thường thì
những thiệt hại khi hệ thống không đáp ứng được là nhỏ, không đáng kể. Ví dụ như
hệ thống stream video/audio, hệ thống mạng, hệ thống kiểm soát đóng mở cửa trên
ô tô, hệ thống điều hòa nhiệt độ dân dụng,…

7


Hình 2: Hệ thống thời gian thực mềm
Đồ thị trên biểu diễn sự tương quan giữa chất lượng dịch vụ và thời gian thực
thi của một hệ thống thời gian thực mềm, với trục tung là chất lượng dịch vụ, trục
hoành là thời gian thực thi của hệ thống. Có thể thấy nếu thời gian thực thi vượt
quá mốc Deadline, thì chất lượng dịch vụ chỉ giảm xuống đến mức nào đấy trong
một khoảng thời gian cho phép, chứ không thất bại ngay từ mốc deadline.
1.2.2. Hệ thống thời gian thực cứng
Ngược lại với hệ thống thời gian thực mềm, Hệ thống thời gian thực cứng
(Hard real-time system): là các hệ thống nếu không đáp ứng được những ràng
buộc về mặt thời gian sẽ dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, thất bại hoàn toàn

Hình 3: Hệ thống thời gian thực cứng
Trên đồ thị này, chất lượng dịch vụ giảm về 0 nếu như thời gian thực thi của hệ
thống không được đáp ứng trước Deadline. Có thể nói hệ thống sẽ sụp đổ nếu như
không đáp ứng được ràng buộc về mặt thời gian. Ví dụ như Hệ thống làm mát cho
8


nhà máy điện hạt nhân, hệ thống túi khí an toàn trên oto, hệ thống xạ trị tự động, hệ
thống báo cháy tự động,…
1.2.3. Hệ thống thời gian thực sụn
Định nghĩa về Hệ thống thời gian thực sụn (Firm Real - Time System): là hệ
thống mà nếu xảy ra một đáp ứng về mặt thời gian không được đảm bảo thì hệ
thống chưa bị sụp đổ, nhưng nếu có thêm một vài ràng buộc thời gian nữa không
được đáp ứng sẽ dẫn đến kết quả hệ thống sẽ sụp đổ hoàn toàn. Ví dụ như hệ thống
rút tiền tự động, nếu chỉ xảy ra một trường hợp thời gian rút tiền bị kéo dài, không
được đáp ứng thì sẽ hậu quả không đáng kể, nhưng nếu như xảy ra nhiều trường
hợp như vậy, hoặc là thời gian đáp ứng liên tục không được đáp ứng thì việc kinh
doanh sẽ bị khủng hoảng và ngân hàng có thể sụp đổ.

Hình 4: Hệ thống thời gian thực sụn
Trên thực tế, mọi hệ thống thời gian thực nào cũng có thể được mô tả như một
hệ thống mềm, cứng, hoặc sụn bằng cách xây dựng một kịch bản nhẹ nhàng hoặc
khủng hoảng. Vì vậy sự xác định cẩn thận các yêu cầu của hệ thống là chìa khóa để
thiết lập, để đặt ra các khoảng thời gian kỳ vọng của đáp ứng. Trong bất kỳ trường
hợp nào, mục tiêu chính của kỹ thuật hệ thống thời gian thực là tìm ra phương pháp
để chuyển đổi một deadline cứng thành mềm, hoặc sụn.

9


1.3. Ứng dụng của hệ thống thời gian thực
Trong những năm gần đây, các hệ thống điều khiển theo thời gian thực là một
trong những lĩnh vực thu hút nhiều sự chú ý trong giới khoa học nghiên cứu về
khoa học máy tính. Trong đó, vấn đề điều hành thời gian thực và vấn đề lập lịch là
đặc biệt quan trọng.
Một số ứng dụng quan trọng của hệ thống thời gian thực đã và đang được ứng
dụng rộng rãi hiện nay là các dây chuyền sản xuất tự động, robot, điều khiển không
lưu, điều khiển các thí nghiệm tự động, truyền thông, điều khiển trong quân sự...
2. Khảo sát tính thời gian thực của Hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn
2.1. Tổng quan về Hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn
2.1.1. Thông tin vô truyến sóng ngắn là gì?
Thông tin vô tuyến sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn.
Phương pháp thông tin là: phía phát bức xạ các tín hiệu thông tin bằng sóng điện từ,
phía thu nhận sóng điện từ phía phát qua không gian và tách lấy tín hiệu gốc.
Vô tuyến sóng ngắn sử dụng dải tần số phía trên của MF (tần số trung bình) và
toàn bộ dải tần HF (tần số cao) thuộc phổ vô tuyến, từ 1.800 đến 30.000 Hz. Vào
thuở ban đầu của thông tin vô tuyến, vô tuyến sóng ngắn thường bị coi là không
hữu dụng, tuy nhiên cơ chế truyền lan của sóng vô tuyến trong khí quyển Trái đất
giúp tầm liên lạc đạt xa nhất có thể. Vô tuyến sóng ngắn được sử dụng cho phát
thanh, thông tin liên lạc tầm xa với tàu biển và máy bay; hay giúp những khu vực
hiểm trở như vùng núi, hải đảo có thể tiếp cận các dịch vụ thông tin không dây hay
vô tuyến khác.
2.1.2. Các phương thức lan truyền sóng ngắn
Các sóng bức xạ từ điểm phát có thể đến được các điểm thu theo những đường
khác nhau. Các sóng truyền lan dọc theo bề mặt quả đất gọi là sóng đất hay sóng bề
mặt; các sóng đi tới các lớp riêng biệt của tầng ion và phản xạ lại gọi là sóng điện
10


ly hay sóng trời; và sóng không gian (gồm sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt
đất)

Hình 5: Các phương thức lan truyền sóng
- Sự lan truyền sóng đất
Sóng đất là sóng truyền lan dọc theo bề mặt trái đất, do đó còn được gọi là sóng
bề mặt. Sóng đất là sóng phân cực đứng bởi vì điện trường trong sóng phân cực
ngang sẽ song song với bề mặt trái đất, và các sóng như thế sẽ bị ngắn mạch bởi sự
dẫn điện của đất.
Sóng đất lan truyền tốt nhất trên bề mặt là chất dẫn điện tốt như nước muối, và
truyền kém trên vùng sa mạc khô cằn. Tổn hao sóng đất tăng nhanh theo tần số, vì
thế sóng đất nói chung hạn chế ở các tần số thấp hơn 2 MHz. Sóng đất được dùng
rộng rãi cho liên lạc tàu thủy - tàu thủy và tàu thủy - bờ. Sóng đất được dùng tại các
tần số thấp đến 15 kHz.
- Sự lan truyền sóng trong không gian

11


Gồm sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt đất, truyền trong vài kilomet tầng
dưới của khí quyển. Sóng trực tiếp lan truyền theo đường thẳng giữa các anten phát
và thu, còn gọi sóng nhìn thẳng (LOS: Line-Of-Sight).

Hình 6: Sóng không gian và chân trời vô tuyến
Trường hợp đặc biệt gọi là truyền lan trong ống sóng xảy ra khi mật độ đạt mức
sao cho các sóng điện từ bị bẫy giữa tầng này và bề mặt trái đất. Các lớp khí quyển
hoạt động như ống dẫn sóng và các sóng điện từ có thể lan truyền rất xa vòng theo
độ cong trái đất và trong ống

Hình 7: Hiện tượng ống sóng
- Sự lan truyền sóng trời
Các sóng điện từ có hướng bức xạ cao hơn đường chân trời (tạo thành góc khá
lớn so với mặt đất) được gọi là sóng trời. Sóng trời được phản xạ hoặc khúc xạ về
trái đất từ tầng điện ly, vì thế còn gọi là sóng điện ly. Tầng điện ly là vùng không
gian nằm cách mặt đất chừng 50 km đến 400 km.
12


2.1.3. Đặc điểm kênh thông tin vô tuyến sóng ngắn
- Cự ly liên lạc: Với sóng đất và công suất không lớn lắm, cự ly liên lạc không
vượt quá vài chục kilomet vì sóng đất bị hấp thụ mạnh trong đất (tăng theo
tần số). Sóng điện ly do phản xạ một hoặc nhiều lần từ tầng điện ly có thể lan
truyền xa tuỳ ý. Sóng này bị hấp thụ yếu bởi các lớp D và E, phản xạ tốt bởi
các lớp trên (chủ yếu là F2 cao 300 ÷ 500 Km)
- Dung lượng tần số: Rất lớn do đó đảm bảo sự làm việc đồng thời của số
lượng lớn các máy thu phát vô tuyến.
- Anten: Với kích thước nhỏ vẫn có hiệu quả khá cao và hoàn toàn áp dụng
được cho các đối tượng cơ động.
- Thông tin vô tuyến bằng các sóng điện ly có thể thực hiện được nếu các tần
số sử dụng nằm thấp hơn các giá trị cực đại xác định bởi mức độ ion hoá của
các lớp phản xạ đối với mỗi cự ly liên lạc. Ngoài ra thông tin chỉ có thể có
nếu công suất máy phát với hệ số khuếch đại của các anten được sử dụng bảo
đảm cường độ trường cần thiết tại điểm thu với sự hấp thụ năng lượng đã cho
ở trong tầng ion. Điều kiện đầu hạn chế giới hạn trên của tần số sử dụng,
điều kiện sau - giới hạn dưới. Vì vậy thông tin sóng ngắn bằng sóng điện ly
chỉ có trong một khoảng tần số nhất định. Bề rộng của khoảng này phụ thuộc
vào tầng điện ly, nghĩa là phụ thuộc vào thời gian của một ngày đêm, vào
mùa, vào chu trình hoạt động của mặt trời. Cho nên việc dự báo trạng thái
của tầng điện ly là vô cùng quan trọng đối với thông tin liên lạc sử dụng sóng
trời.
- Các bão từ và bão ion có thể ảnh hưởng đáng kể đến trạng thái thông tin sóng
ngắn. Đây là các nhiễu loạn của tầng điện ly và của từ trường quả đất dưới
tác động của các dòng hạt điện tích do mặt trời phun ra. Các dòng hạt này
thường phá huỷ lớp phản xạ cơ bản F2. Các nhiễu loạn tầng ion xảy ra có
chu kỳ và liên quan đến thời gian mặt trời quay quanh trục của mình (27
ngày đêm).

13


- Các vụ nổ hạt nhân do con người thực hiện trong khí quyển có thể gây ra sự
ion hoá nhân tạo tầng khí quyển và kéo theo sự ảnh hưởng tình trạng thông
tin sóng ngắn.
2.1.4. Hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn
Hệ thống thông tin nói chung dùng để truyền tin. Tin có thể là liên tục (tiếng nói,
âm nhạc) hoặc rời rạc (văn bản, dữ liệu số). Trong hệ thống thông tin, tin được biến
đổi thành tín hiệu phù hợp với kênh thông tin.
Người ta quy ước gọi tập hợp các phương tiện kỹ thuật dùng để truyền tin từ
nguồn đến người nhận tin là đường thông tin. Các phương tiện này bao gồm thiết bị
phát, kênh thông tin và thiết bị thu. Đường thông tin cùng với nguồn và người nhận
tạo thành hệ thống thông tin.
Ta xét một mô hình của hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn với chức năng
thoại số.
Mô hình gồm hai bên, bên phát và bên thu có cấu tạo tương tự nhau. Mỗi bên
gồm Mic-Loa, Thiết bị thoại số và máy thông tin vô tuyến điện HF được mô tả như
hình dưới đây:

Hình 8: Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn
Ở bên phát:
- Tín hiệu tiếng nói được Mic chuyển đổi thành tín hiệu âm tần đi vào Thiết bị
thoại số.

14


- Tín hiệu âm tần là tín hiệu tương tự, đi qua bộ ADC 16-bit của Thiết bị thoại
số trở thành tín hiệu số. Thông thường ADC là một bộ phận của bộ nén
Vocoder.
- Vocoder là bộ nén tham số chỉ dung để nén tín hiệu tiếng nói. Chức năng của
bộ nén là trích ra và nén các thông số quan trọng nhất của tiếng nói. Trong
mô hình này sử dụng bộ nén Vocoder LPC10 sẽ được trình bày trong phần
tiếp theo.
- Tín hiệu số sau nén khi qua Vocoder sẽ được đưa vào Modem để điều chế tín
hiệu sau nén lên băng tần cơ sở và đưa vào máy thông tin vô tuyến điện sóng
ngắn.
- Máy thông tin vô tuyến điện sóng ngắn có chức năng đưa tín hiệu từ băng tần
cơ sở lên cao tần và tạo ra công suất phát cao tần phù hợp với công tác của
hệ thống.
Ở bên thu:
- Tín hiệu cao tần được máy thông tin vô tuyến điện thu được từ tần số làm
việc thích hợp. Sau đó máy thông tin biến đổi tín hiệu cao tần thành tín hiệu
băng tần cơ sở rồi đưa vào thiết bị thoại số.
- Tín hiệu này được đưa qua Modem để giải điều chế thành tín hiệu số
- Tín hiệu số này lần được qua Vocoder để giải nén và qua DAC để trở thành
tín hiệu âm tần tương tự.
- Tín hiệu âm tần được đưa vào Loa để biến đổi thành tín hiệu âm thanh nghe
được.
2.2. Khảo sát tính thời gian thực của Hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn
Như đã đề cập ở các nội dung trước, Hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn có
đặc điểm là môi trường truyền sóng rất không ổn định, chất lượng đường truyền
phụ thuộc vào môi trường truyền và hoạt động của tầng điện ly. Vì vậy các tiến
trình trong hệ thống sẽ phải đáp ứng những ràng buộc về thời gian để đảm bảo cho
hệ thống hoạt động đúng và ổn định.
Ta xem xét tính thời gian thực của mỗi tiến trình trong hệ thống
15


Hình 9: Mô hình tiến trình bên phát
2.2.1. Tại bộ chuyển đổi tương tự - số ADC
Nguồn xung nhịp cung cấp cho bộ chuyển đổi được lấy từ CPU, nhưng ADC
cũng có giới hạn tần số cho phép làm việc. Nếu hai tần số không đồng bộ thì kết
quả ADC từ đầu ra sẽ không chính xác, dẫn đến hệ thống làm việc lỗi.

Hình 10: Đồ thị thời gian ADC
Vì vậy tính thời gian thực trên bộ chuyển đổi là thời gian thực cứng, nếu
không đáp ứng được điều kiện thời gian nhảy xung hay tần số làm việc thì hệ
thống sẽ lỗi.

16


2.2.2. Tại Vocoder
Ở đây ta xét bộ nén thoại tham số LPC10. Mỗi khung dữ liệu của LPC được
tạo thành từ đoạn dữ liệu âm thanh trong khoảng thời gian 22.5 ms, trong đó gồm
180 mẫu với tốc độ lấy mẫu là 8,000 mẫu/giây. Sau quá trình phân tích, tính toán ra
các đặc trưng, đoạn dữ liệu này sẽ được mã hóa bằng 54 bit rồi truyền đi, với tốc độ
dữ liệu 54 bit/22,5 ms tương đương 2400 bit/1 giây.
Bảng 1: Các bit nén sử dụng trong LPC10
Thành phần

Số bit nén

Phương pháp nén

Đồng bộ khung

1 bit

Pitch và voicing

7 bit

Dùng bảng mã tìm kiếm

Cường độ (Gain)

5 bit

Tìm kiếm bảng nhị phân

A1

5 bit

A2

5 bit

Mã LARs (Log Area
Ratio)

A3

5 bit

A4

5 bit

A5

4 bit

A6

4 bit

A7

4 bit

A8

4 bit

A9

3 bit

A10

2 bit

Nén tuyến tính

Tổng cộng
54 bit
Vậy tốc độ làm việc của LPC10 là 2400 bit/s. Đồng nghĩa với việc chất lượng
đường truyền phải đảm bảo hệ thống làm việc được ở tốc độ này. Với những
phương thức truyền tin hiện đại thì 2400 bit/s là một tốc độ hoàn toàn có khả năng
đạt được, nhưng ở truyền tin sóng ngắn thì đây là một tốc độ “lý tưởng” cho việc
truyền thoại, không dễ để đạt được tốc độ này bằng phương thức lan truyền sóng
trời vì phụ thuộc rất nhiều vào môi trường truyền sóng.
17


Thực tế thì việc thất lạc một vài mẫu trong phiên liên lạc là rất bình thường.
Thất lạc một mẫu có nghĩa là bị mất 22.5ms trong một câu nói. Tuy nhiên thời gian
kéo dài của một âm nói lớn hơn 22.5ms khá nhiều, nên việc mất một hay hai mẫu
không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng cuộc gọi.
Trong trường hợp kênh xấu, việc đảm bảo tốc độ làm việc 2400 bit/s là rất khó
khan, khi đó số lượng mẫu bị thất lạc sẽ nhiều hơn, ảnh hưởng lớn đến chất lượng
cuộc gọi, đến một mức nào đó hệ thống không thể làm việc, việc liên lạc bị gián
đoạn.
Vì vậy tính thời gian thực trên bộ nén Vocoder là tính thời gian thực sụn.
2.2.3. Tại Modem
Tại đây thực hiện nhiều tiến trình để xử lý tín hiệu số: Chèn Interleave, mã sửa
lỗi FEC, điều chế và giải điều chế sóng mang để chuyển đổi tín hiệu số thành tín
hiệu băng tần cơ sở và ngược lại.
Những tiến trình này được xử lý tuần tự vì vậy nếu một tiến trình trong đó
không đáp ứng được về mặt thời gian sẽ dẫn đến Modem không hoạt động được
đúng chức năng, và hệ thống sẽ bị lỗi.
Vì vậy có thể xét tính thời gian thực tại Modem thuộc loại thời gian thực cứng.
2.2.4. Tại máy thông tin vô tuyến sóng ngắn và trên đường truyền
Máy thông tin vô tuyến sóng ngắn có chức năng biến đổi tín hiệu từ băng tần
cơ sở lên cao tần và ngược lại. Tín hiệu sẽ được truyền trong môi trường truyền tin
sóng ngắn với tần số làm việc thích hợp.
Thực tế thì đây là tiến trình quyết định khả năng làm việc của Hệ thống thông
tin vô tuyến sóng ngắn. Nếu tiến trình không đáp ứng được về mặt thời gian, trong
khoảng thời gian cho phép máy thông tin không thể thu đủ tín hiệu cần thiết thì bên
nhận sẽ không thể thu được gói tin, hệ thống sẽ lỗi. Xét trong mô hình truyền thoại
số, chỉ khi tiến trình này không thể đảm bảo được trong một thời gian dài hơn một
phiên làm việc, liên lạc giữa hai bên không thể thực hiện thì coi là hệ thống lỗi.
18


Có thể coi tính thời gian thực tại tiến trình này là loại thời gian thực sụn.
3. Kết luận
Bài báo cáo đã trình bày sơ lược về Hệ thống thời gian thực cùng những đặc
điểm quan trọng của nó, khảo sát tính thời gian thực các tiến trình trong một mô
hình Hệ thống thông tin vô tuyến sóng ngắn. Từ đó thấy được tầm quan trọng của
tính thời gian thực trong từng đối tượng của hệ thống.

19


TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Real-time Systems - A/Prof. Dr. Do Trong Tuan
- Real-Time Systems Design and Analysis: Tools for the Practitioner, Fourth
Edition
- https://en.wikipedia.org/wiki/Shortwave_radio

20



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×