Biến đổi dạng thức DFT ứng dụng trong cảm nhận phổ vô tuyến nhận thức cho giám sát phổ tần

Bài viết phân tích và biến đổi dạng thức DFT để đáp ứng một yêu cầu thực tế về phân tích phổ băng rộng nhưng có số phép tính nhỏ hơn và độ phân dải mong muốn là kỹ thuật biến đổi Fourier rời rạc lựa chọn theo phân đoạn tần số- Selective Segment Discrete Fourier Transform (SS-DFT). Kết quả được mô phỏng cho thấy khả năng phát hiện với độ phân giải tần số cao hơn đáp ứng yêu cầu đặt ra.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Biến đổi dạng thức DFT ứng dụng trong cảm nhận phổ vô tuyến nhận thức cho giám sát phổ tần Nghiên cứu khoa học công nghệ BIẾN ĐỔI DẠNG THỨC DFT ỨNG DỤNG TRONG CẢM NHẬN PHỔ VÔ TUYẾN NHẬN THỨC CHO GIÁM SÁT PHỔ TẦN Trần Việt Hải1*, Bùi Ngọc Mỹ1. Tóm tắt: Khi giám sát phân tích phổ ứng dụng công nghệ vô tuyến nhận thức, chức năng cảm nhận phổ là một chức năng quan trọng nhất. Có rất nhiều kỹ thuật ứng dụng cho cảm nhận phổ trong đó khối DFT/FFT được sử dụng nhiều. Tuy nhiên, với yêu cầu cảm nhận phổ băng rộng, thời gian nhanh, độ chính xác cao, khung FFT trở nên rất lớn và tính toán không hiệu quả. Bài báo phân tích và biến đổi dạng thức DFT để đáp ứng một yêu cầu thực tế về phân tích phổ băng rộng nhưng có số phép tính nhỏ hơn và độ phân dải mong muốn là kỹ thuật biến đổi Fourier rời rạc lựa chọn theo phân đoạn tần số- Selective Segment Discrete Fourier Transform (SS-DFT). Kết quả được mô phỏng cho thấy khả năng phát hiện với độ phân giải tần số cao hơn đáp ứng yêu cầu đặt ra. Từ khóa: Giám sát phổ; Vô tuyến nhận thức; Biến đổi Fourier rời rạc DFT; FFT; WDFT. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ vô tuyến nhận thức (CR-cognitive radio) ra đời đã tạo ra sự đột phá mới cho lĩnh vực truyền thông vô tuyến cả về tư duy hệ thống cũng như các ứng dụng [1]. Trong suốt hai thập kỷ qua, CR đã truyền cảm hứng cho đông đảo các nhà nghiên cứu với rất nhiều kỹ thuật được đề xuất và ứng dụng. Giám sát phân tích phổ là một lĩnh vực quan trọng và việc ứng dụng các tiến bộ công nghệ của vô tuyến nhận thức là một xu hướng tất yếu, khả thi [6]. Trong vô tuyến nhận thức thì chức năng cảm nhận phổ là chức năng quan trọng nhất, chi phối các chức năng khác [5]. Các kỹ thuật cảm nhận phát hiện phổ được sử dụng phổ biến như phát hiện năng lượng, phát hiện tính năng dừng vòng, phát hiện bộ lọc phối hợp, phát hiện tương quan…[1], [5]. Trong các kỹ thuật cảm nhận phổ, khối DFT/FFT (Discrete Fourier Transform/ Fast Fourier Transform) được sử dụng phổ biến [1], [5]. Biến đổi Fourier nói chung và biến đổi Fourier rời rạc DFT nói riêng giữ một vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực xử lý tín hiệu, đặc biệt là xử lý tín hiệu số. Biến đổi Fourier cho phép chuyển các thông tin về tín hiệu trong miền thời gian sang mô tả ở miền tần số và ngược lại. DFT có nhiều tính chất hữu ích như tính chất tuyến tính, đối xứng, đồng đều, rất thuận lợi cho tính toán, ước lượng tham số phổ và nhiều lợi ích khác. Tuy nhiên, khi yêu cầu dải rộng đặt ra, số mẫu và số phép tính DFT tăng lên rất lớn, và nó khó dung hòa khả năng phân tích nhanh với độ chính xác và hiệu quả. Do đó, gần đây các nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu các dạng thức của biến đổi biến đổi Fourier. Trong cảm nhận phổ băng rộng có thể kể đến như cảm nhận phổ nén (CS – Compressive sensing)[1], phân tích FFT thưa (sFFT- spare Fast Fourier Transform) [4] và nhiều kỹ thuật khác. Khi đó, DFT/FFT sử dụng chủ yếu trong cảm nhận phổ băng hẹp. Một cách tiếp cận là triển khai biến đổi biến đổi Fourier không đều trên miền tần số và thời gian. Trong cách tiếp cận này, kỹ thuật biến đổi Fourier rời rạc biến dạng (WDFT - Warped DFT) trên miền tần số được Mitra-Makur đưa ra gần đây cho phép tập trung phân tích mật độ cao cho một vùng tần số nào đó [2], [3]. Tuy nhiên, WDFT là không tuyến tính, nên trong quan sát phân tích phổ không sử dụng được nhiều. Do đó, ta cần cách thức phân tích phổ tận dụng được tính chất tuyến tính như DFT nhưng lại đáp ứng được yêu cầu phân tích ở nhiều vùng tần số khác nhau, với số phép tính nhỏ hơn, nhanh nhẹn hơn. Trong mục 3, nhóm tác giả đề xuất dạng thức DFT mới là biến đổi Fourier rời rạc lựa Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 61  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử chọn theo phân đoạn tần số - SS-DFT để đáp ứng yêu cầu này. 2. KỸ THUẬT WARPED DFT Biến đổi WDFT [2], được đề xuất gần đây là một dạng của triển khai biến đổi Fourier rời rạc không tuyến tính. Ở đây, vị trí của các điểm tần số được sửa đổi bằng cách áp dụng phép chuyển đổi bộ lọc toàn băng (allpass) để làm cong trục tần số. Sau đó, các điểm cách đều nhau trên trục tần số biến dạng tương đương với các điểm cách nhau không đồng nhất trên trục tần số ban đầu. Bằng cách chọn các thông số cong phù hợp, chúng ta có thể đặt một số lượng mẫu tần số gần nhau để cung cấp độ phân giải cao hơn trong dải tần quan tâm mà không làm tăng độ dài của DFT [3]. Ta xem xét của một chuỗi N mẫu tín hiệu ( ), N được gọi là kích thước biến đổi. Công thức chung khi chuyển đổi rời rạc chuỗi ( ) sang miền tần số như sau: N 1 N 1 X [e jk ]   x( n).e  jk n  X ...