Luận án tiến sĩ về kỹ thuật đồng bộ và bù dịch tần Doppler cho truyền thông dưới nước sử dụng ...

Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu nghiên cứu kỹ thuật đồng bộ và bù dịch tần doppler cho truyền thông dưới nước sử dụng công nghệ ofdm, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý

• Tác giả: Đỗ Đình Hưng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quốc Khương
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Kỹ Thuật Đồng Bộ Và Bù Dịch Tần Doppler Trong Truyền Thông Dưới Nước Với Công Nghệ OFDM
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỤC LỤC
• DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ PPCPS
• 1.1.1. Định nghĩa và phân loại
• 1.1.2. Đặc tính của PPCPs
• 1.1.3. Sản xuất và sử dụng PPCPs
• 1.1.4. Nguồn thải PPCPs vào nguồn nước và các tác động của chúng
• 1.1.5. Hiện trạng ô nhiễm PPCPs trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.1.6. Các phương pháp phân tích PPCPs
• 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LƯU VỰC SÔNG CẦU
• 1.2.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội
• 1.2.2. Điều kiện khí hậu và thủy văn
• 1.2.3. Nhu cầu dùng nước
• 1.2.4. Sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên
• 1.3. KẾT LUẬN TỔNG QUAN
• 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Xác lập quy trình phân tích PPCPs
• 2.2.2. Đánh giá ô nhiễm PPCPs trong nước và trầm tích sông Cầu
• 2.2.3. Xác định các chất điển hình
• 2.2.4. Phương trình cân bằng vật chất
• 2.2.5. Đánh giá mức độ ảnh hưởng của PPCPs đến các sinh vật thủy sinh
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM PPCPS TRÊN SÔNG CẦU
• 3.1.1. PPCPs trong nước và trầm tích sông Cầu
• 3.1.2. Xác định các PPCPs điển hình trên lưu vực sông Cầu
• 3.2. CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU PHÂN TÍCH 04 PPCPS ĐIỂN HÌNH
• 3.2.1. Tối ưu hóa điều kiện định lượng PPCPs bằng LC-MS/MS
• 3.2.2. Đánh giá độ tin cậy kết quả phân tích đồng thời 4 chất PPCPs điển hình
• 3.3. ĐÁNH GIÁ SỰ CÓ MẶT CỦA CÁC PPCPS ĐIỂN HÌNH TRÊN SÔNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
• 3.3.1. Phân bố ô nhiễm PPCPs điển hình
• 3.3.2. Sự tích lũy PPCPs điển hình trong mẫu cột trầm tích khu vực sông Cầu
• 3.3.3. Ước tính tải lượng ô nhiễm PPCPs điển hình
• 3.3.4. Đánh giá ảnh hưởng của PPCPs đến một số sinh vật thủy sinh
• 3.3.4.1. Môi trường nước
• 3.3.4.2. Môi trường trầm tích
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

Tóm tắt

I. Giới thiệu đề tài

Trong những năm gần đây, truyền thông dưới nước đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong nhiều ứng dụng như thám hiểm đại dương và an ninh quốc phòng. Việt Nam với bờ biển dài và vùng hải phận rộng lớn, việc nghiên cứu và phát triển công nghệ truyền thông dưới nước là rất cần thiết. Tín hiệu sóng âm được ưu tiên sử dụng do ít bị suy hao hơn so với sóng điện từ. Tuy nhiên, môi trường dưới nước cũng gặp nhiều thách thức như dịch tần Doppler và nhiễu môi trường. Luận án này tập trung vào việc sử dụng công nghệ OFDM để cải thiện chất lượng tín hiệu trong truyền thông dưới nước.

1.1. Tình hình nghiên cứu

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng kỹ thuật OFDM có khả năng chống giao thoa đa đường tốt và hiệu quả sử dụng phổ cao. Tuy nhiên, tín hiệu OFDM rất nhạy cảm với sai lệch thời gian và tần số, đặc biệt trong môi trường dưới nước. Việc xác định chính xác điểm bắt đầu của tín hiệu và bù dịch tần Doppler là những vấn đề quan trọng cần giải quyết. Các phương pháp hiện tại thường không đáp ứng được yêu cầu tiết kiệm băng thông và hiệu quả trong môi trường nhiễu cao.

II. Kỹ thuật đồng bộ tín hiệu

Đồng bộ tín hiệu là một yếu tố quan trọng trong hệ thống OFDM. Các phương pháp đồng bộ hiện tại như Schmidl và Minn thường sử dụng chuỗi tín hiệu đặc biệt, điều này không phù hợp với yêu cầu tiết kiệm băng thông trong truyền thông dưới nước. Luận án đề xuất sử dụng khoảng bảo vệ GI để phát hiện điểm đồng bộ, giúp cải thiện hiệu quả sử dụng băng thông và chất lượng tín hiệu thu được. Việc áp dụng các thuật toán đồng bộ mới sẽ giúp giảm thiểu sai số và nâng cao độ chính xác trong việc nhận diện tín hiệu.

2.1. Các phương pháp đồng bộ

Các phương pháp đồng bộ hiện tại chủ yếu dựa vào việc sử dụng chuỗi tín hiệu đặc biệt, điều này có thể gây lãng phí băng thông. Luận án sẽ nghiên cứu và phát triển các thuật toán đồng bộ mới, sử dụng khoảng bảo vệ GI để phát hiện điểm đồng bộ cho khung dữ liệu. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm băng thông mà còn nâng cao chất lượng tín hiệu thu được trong môi trường dưới nước.

III. Bù dịch tần Doppler

Bù dịch tần Doppler là một thách thức lớn trong truyền thông dưới nước. Hiện tại, nhiều phương pháp bù dịch tần Doppler thường thực hiện sau khi đồng bộ, điều này có thể dẫn đến sai lệch lớn trong tín hiệu thu được. Luận án đề xuất một phương pháp bù dịch tần Doppler mới, sử dụng chuỗi tín hiệu hình sin để tính toán độ dịch tần trước khi đồng bộ. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm băng thông mà còn cải thiện độ chính xác trong việc xác định tần số Doppler.

3.1. Đặc điểm của hiện tượng Doppler

Hiện tượng Doppler gây ra sự thay đổi tần số của tín hiệu khi có sự chuyển động giữa bên phát và bên thu. Điều này ảnh hưởng lớn đến chất lượng tín hiệu thu được. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp bù dịch tần Doppler hiệu quả là rất cần thiết để cải thiện chất lượng tín hiệu trong truyền thông dưới nước. Luận án sẽ trình bày các phương pháp bù dịch tần Doppler mới, giúp nâng cao hiệu quả truyền thông.

IV. Ứng dụng và kết quả thực nghiệm

Luận án không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn thực hiện các thí nghiệm thực tế để kiểm chứng các phương pháp đã đề xuất. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng các phương pháp đồng bộ và bù dịch tần Doppler mới đã cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu thu được. Các mô hình hệ thống được đề xuất cho thấy khả năng hoạt động hiệu quả trong môi trường dưới nước, mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực này.

4.1. Kết quả thực nghiệm

Các thí nghiệm thực tế đã được thực hiện để kiểm chứng tính khả thi của các phương pháp đồng bộ và bù dịch tần Doppler. Kết quả cho thấy rằng các phương pháp này không chỉ cải thiện chất lượng tín hiệu mà còn tiết kiệm băng thông, đáp ứng tốt yêu cầu của truyền thông dưới nước. Những kết quả này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu và mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỤC LỤC MỤC LỤC . I DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT . IV DANH MỤC BẢNG BIỂU . VII DANH MỤC HÌNH VẼ . TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU . TỔNG QUAN VỀ PPCPS . Định nghĩa và phân loại . Đặc tính của PPCPs . Sản xuất và sử dụng PPCPs . Nguồn thải PPCPs vào nguồn nước và các tác động của chúng . Hiện trạng ô nhiễm PPCPs trên thế giới và ở Việt Nam . Các phương pháp phân tích PPCPs . GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LƯU VỰC SÔNG CẦU . Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội . Điều kiện khí hậu và thủy văn . Nhu cầu dùng nước . Sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên . KẾT LUẬN TỔNG QUAN. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN . PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . Xác lập quy trình phân tích PPCPs . Đánh giá ô nhiễm PPCPs trong nước và trầm tích sông Cầu . Xác định các chất điển hình . Phương trình cân bằng vật chất . Đánh giá mức độ ảnh hưởng của PPCPs đến các sinh vật thủy sinh . KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM PPCPS TRÊN SÔNG CẦU. PPCPs trong nước và trầm tích sông Cầu . Xác định các PPCPs điển hình trên lưu vực sông Cầu . CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU PHÂN TÍCH 04 PPCPS ĐIỂN HÌNH . Tối ưu hóa điều kiện định lượng PPCPs bằng LC-MS/MS . Đánh giá độ tin cậy kết quả phân tích đồng thời 4 chất PPCPs điển hình . ĐÁNH GIÁ SỰ CÓ MẶT CỦA CÁC PPCPS ĐIỂN HÌNH TRÊN SÔNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN . Phân bố ô nhiễm PPCPs điển hình . Sự tích lũy PPCPs điển hình trong mẫu cột trầm tích khu vực sông Cầu . Ước tính tải lượng ô nhiễm PPCPs điển hình . Đánh giá ảnh hưởng của PPCPs đến một số sinh vật thủy sinh . Môi trường nước. Môi trường trầm tích . 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 101 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .1 KẾT QUẢ ẢNH HƯỞNG CỦA F VÀ CE TỚI TÍN HIỆU THU NHẬN A . THUẬT TOÁN TÍNH TOÁN TỐI ƯU F VÀ CE CHO TỪNG CHẤT PHÂN TÍCH 115 PL2. PHÂN TÍCH PPCPS . PHÂN PHỐI DÒNG CHẢY THEO THÁNG CỦA SÔNG CẦU [133] . ĐẶC TÍNH HÓA LÝ NƯỚC SÔNG CẦU . ĐẶC TÍNH HÓA LÝ TRẦM TÍCH SÔNG CẦU . ĐẶC TÍNH HÓA LÝ CỦA 4 PPCPS ĐIỂN HÌNH Ở SÔNG CẦU . ẢNH ĐI LẤY MẪU HIỆN TRƯỜNG. ẢNH XỬ LÝ MẪU TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM . ẢNH PHÂN TÍCH MẪU BẰNG MÁY LC-MS/MS . THÔNG SỐ CHẠY MS TRONG QUÁ TRÌNH SÀNG LỌC. QUY TRÌNH PHÂN TÍCH ĐỒNG THỜI CAF, CIP, CBM VÀ SMX . SẮC KÝ ĐỒ CỦA 04 PPCPS ĐIỂN HÌNH . NGUYÊN LÝ CHIẾT SPE VÀ ASE . BẢN ĐỒ LẤY MẪU TỔNG THỂ . 144 iii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt 1. AF Assessment Factor Hệ số đánh giá Atmoѕpheric Preѕѕure Chemical 2. APCI Ion hóa hóa học áp suất khí quyển Ioniᴢation 3. ASE Accelerated Solvent Extraction Chiết gia tốc dung môi 4. CAF Caffeine Cafein 5. CAV Cell Accelerator Voltage Thế tăng tốc va chạm 6. CBM Carbamazepine Cacbamazepin 7. CE Collision Energy Năng lượng va chạm 8. CIP Ciprofloxacin Ciprofloxacin 9. CV Coefficient of Variation Hệ số biến thiên 10. DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan 11. EC50 Effective Concentration Nồng độ ảnh hưởng 50% 12. ECD Electron Capture Detector Đầu dò bẫy điện tử 13. ED Endocrine Disrupter Các chất gây rối loạn nội tiết 14. EMV Electron Multiplier Voltage Điện áp nhân điện tử 15. ERA Environmental Risk Assessment Đánh giá rủi ro môi trường 16. ESI Electroѕpraу Ioniᴢation Ion hóa tia điện 17. F Fragmentor Năng lượng phân mảnh 18. GC Gas Chromatography Sắc ký khí 19. GIT Gastrointestinal Thuốc tiêu hóa 20. GPC Gel permeation chromatography Sắc ký thẩm thấu gel 21. Kd Distribution coefficient Hệ số phân bố Organic carbon-water partition 22. KOC Hệ số phân bố hữu cơ – nước coefficient 23. KOW Octanol - water partition Hệ số phân bố octanol - nước iv STT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt 24. InI Influence Index Chỉ số ảnh hưởng 25. LC Liquid Chromatography Sắc ký lỏng 26. LC50 Lethal Concentration 50 Nồng độ gây tử vong 50% Liquid Chromatography 27. LC-FLD Sắc ký lỏng đầu dò huỳnh quang Fluorescence Detector Liquid Chromatography with 28. LC-MS Sắc ký lỏng ghép nối khối phổ Mass Spectrometry LC/MS/ Liquid Chromatography with 29. Sắc ký lỏng ghép hai lần khối phổ MS Tandem Mass Spectrometry 30. LD50 Lethal Dose 50 Liều lượng gây tử vong 50% 31. LLE Liquid Liquid Extraction Chiết pha lỏng 32. LOD Limit of Detection Giới hạn phát hiện 33. LOQ Limit of Quantitation Giới hạn định lượng 34. m/z Mass to charge ratio Tỷ số khối lượng trên điện tích 35. MAE Micrcowave-assisted Extraction Chiết xuất có hỗ trợ vi sóng Measured Environmental 36. MEC Nồng độ chất ô nhiễm đo được Concentration 37. MS Mass Spectrometry Khối phổ 38. MSPD Matrix solid-Phase Dispersion Phân tán ma trận pha rắn 39. MRM Multiple Reaction Monitoring Khảo sát đa ion chọn lọc No Observed Effect Nồng độ ảnh hưởng không quan 40. NOEC Concentration sát được Non-steroidal Thuốc chống viêm không chứa 41. NSAID Anti-inflammatory drugs steroid 42. PBT Persistent-Bioloaccumulative-Toxic Bền vững-Tích lũy sinh học-Độc tính 43. PEC Predicted Effect Concentration Nồng độ dự báo ảnh hưởng Pressurized Hot Water 44. PHWE Chiết nước nóng tăng áp Extraction v STT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt 45. PI Priority Index Chỉ số ưu tiên 46. PLE Pressurized Liquid Extraction Chiết lỏng có áp suất Predicted No-effect Nồng độ dự báo không ảnh 47. PNEC Concentration hưởng Pharmaceuticals and Personal Dược phẩm và các sản phẩm 48. PPCPs Care Products chăm sóc cá nhân 49. PSA Primary Secondary Amine Amine bậc một và hai 50. RQ Risk Quotient Hệ số rủi ro 51. R2 Correlation coefficients Hệ số tương quan 52. RSD Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tương đối 53. SD Standard Deviation Độ lệch chuẩn 54. SMX Sulfamethoxazole Sulfamethoxazole 55. SPME Solid Phase Microextraction Chiết vi phân đoạn pha rắn 56. SRM Selected Reaction Monitoring Quét phản ứng có chọn lọc 57. TDS Total Dissolved Solid Tổng chất rắn hòa tan 58. TOC Total Organic carbon Tổng carbon hữu cơ 59. TOF Time of Flight Thời gian bay 60. TSS Total Suspended Solid Tổng chất rắn lơ lửng 61. UAE Ultrasound-assisted Extraction Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm 62. WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế giới 63. WWTP Waste Water Trearment Plant Nhà máy xử lý nước thải vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Phân loại PPCPs [1, 23] . Tính chất lý hóa của một số chất điển hình PPCPs [24, 25]. Kết quả thống kê sơ bộ nguồn thải trên lưu vực sông Cầu [80]……. Các vị trí lấy mẫu dọc sông Cầu . Chương trình chạy pha động. Đánh giá rủi ro môi trường theo Hệ số rủi ro (RQ) . Đặc tính của các thành phần môi trường [87] . Nồng độ và tỉ lệ phát hiện của các PPCPs trong nước sông Cầu . Thông số khối phổ của các chất nghiên cứu. Giá trị tối ưu năng lượng phân mảnh F và năng lượng va chạm CE . Thông số của hệ khối phổ . Chế độ chạy pha động cho cột BEH . Bảng tổng hợp tín hiệu chất phân tích ở các nồng độ khác nhau . Độ chụm và độ đúng của phương pháp phân tích . So sánh giữa PPCPs điển hình ở Sông Cầu và các khu vực khác . Hệ số tương quan Pearson (R) giữa nồng độ PPCPs trong nước và trong các lớp trầm tích . Tương quan Pearson giữa thành phần hữu cơ và thành phần sét . Hệ số phân bố Kd giữa nước và trầm tích của PPCPs . Tải lượng PPCPs điển hình đổ vào Sông Cầu (Thái Nguyên) . Tính toán nồng độ dự báo không gây ảnh hưởng PNEC (ng/L) . 944 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Sự di chuyển của PPCPs trong môi trường [18] . Biểu đồ gia tăng chi phí cho việc mua dược phẩm ở Việt Nam [8] . Các nguồn phát tán PPCPs vào môi trường [43] . Các nồng độ được báo cáo của các PPCPs điển hình trong nước thải bởi nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau [60] . Nồng độ PPCPs khác nhau trong nước mặt (sông và suối) được báo cáo bởi nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau [60] . Sự biến đổi PPCPs được tìm thấy trong trầm tích ở các quốc gia khác nhau. Dữ liệu được tổng hợp bởi N. Tần suất phát hiện PPCPs trong môi trường nước ở Việt Nam trong những năm gần đây [11, 68] . Các kỹ thuật chiết tách được sử dụng gần đây [74] . Sự phân bố số lượng nghiên cứu theo phương pháp làm sạch [74] . So sánh xu hướng sử dụng máy phân tích PPCPs [74] . Bản đồ Sông Cầu . Khung logic nghiên cứu . Sắc đồ khối phổ ion mẹ của CBM. Sự ảnh hưởng của F(a) và CE (b) lên tín hiệu ion hóa CBM . Vị trí lấy mẫu dọc sông Cầu 2015 . Vị trí lấy mẫu nước và trầm tích sông Cầu tại TP. Quy trình xử lý mẫu nước . Các thiết bị hỗ trợ tách và làm giàu chất phân tích . Quy trình xử lý mẫu trầm tích . Sự hiện diện của các PPCPs trong nước sông Cầu (n=23). Sự hiện diện của các PPCPs trong trầm tích Sông Cầu (n=8). Sự phân bố PPCPs theo không gian và thời gian . Chỉ số ảnh hưởng InI của các chất PPCPs. Sắc đồ khối phổ Ion mẹ của CAF. Sắc đồ khối phổ Ion con của CAF . Ảnh hưởng nhiệt độ dòng khí lên tín hiệu peak . Sự ảnh hưởng của tỉ lệ pha động đến thời gian lưu và tín hiệu . Tối ưu hóa tách các chất bằng cột Plus C18. Kết quả phân tách các chất bằng cột BEH . Ảnh hưởng thể tích bơm mẫu tới diện tích tín hiệu thu nhận. Ảnh hưởng thể tích bơm mẫu tới tín hiệu thu nhận (50 ppb) . Phương trình đường chuẩn của CIP, CBM, SMX và CAF . Biến đổi nồng độ PPCPs theo không gian (mùa khô) . Biến thiên tỉ lệ các PPCPs nghiên cứu trong nguồn nước sông Cầu . Biến thiên nồng độ PPCPs trên dòng chính sông Cầu . Mối quan hệ nồng độ PPCPs ở mùa mưa và mùa khô (n=13) . Hệ số tương quan giữa nồng độ các PPCPs trong nước sông Cầu (n=13) . Mối liên hệ giữa PPCPs với các thông số chất lượng nước (n=13) . Sự biến thiên nồng độ PPCPs . Tỉ lệ thành phần của 4 PPCPs nghiên cứu trong trầm tích sông cầu . Ảnh hưởng của TOC (%) và thành phần sét (S) lên nồng độ PPCPs (mùa khô, n=22) . Lưu lượng các dòng nhánh đổ vào Sông Cầu (Thái Nguyên) . Thương số rủi ro RQ ở hai mùa mưa và khô . Hệ số nguy hại trong các sông ở Trung Quốc [18] . RQtt trong môi trường trầm tích sông Cầu.