Luận văn nghiên cứu hệ thống vô tuyến cấu hình mềm sdrs và Ứng dụng trong việc chế tạo thiết bị thông tin vô tuyến sóng ngắn sóng cực ngắn

® Chương 2 giới thiêu một số phần chức năng cơ bản trong một hệ thông vô tuyển câu hình mềm, như: bộ chuyển đổi tương tự sốADC, bô tự động điều chỉnh hệ số khuếch đạiAGC, bộ điều hưởng a

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAL HOC BACH KHOA HA NOL

LAM VIET HUY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU HỆ THÓNG VÕ TUYẾN CẤU HỈNH MÈM (SDRs}

VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC CHẾ TẠO THIẾT BỊ

THONG TIN VO TUYEN SONG NGẮN, SÓNG CỰC

Chuyên ngành : 220 LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THÔNG ĐIỀU KHIỂN

Mã số: 2012BDLDK-K104

Người hướng dẫn khoa học : PŒ&?SKH TRẤN HOÀI LINH

Hà Nội, 2014

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI

Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TSKH.TRẦN HOÀI LINH

Bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp — ViệnĐiện- Trường Đại học

Bách Khoa Hà Nội

Cán bộ phản biện 2

Luân văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HOI DONG CHAM LUAN VAN THAC SĨ TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI

Ngày tháng năm 2014

Trang 3

LOI CAM BOAN

Tôi xin cam đoan:

Những kết quả nghiên cứu được trinh bảy trong luận văn là hoàn toản trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và

pháp luật Việt Nam Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

TÁC GIÁ LUẬN VĂN

Lâm Viết Huy

Trang 4

người Một trong những ứng dụng sát thực nhất của kỹ thuật điện tử là xử lý tín hiệu

số cho các thiết bị trong hệ thông viên thông dân sự vả quân sự

Với phát triển của công nghệ điện tử số mà đỉnh cao là sự ra đời của công nghệ ASIC/FPGA, các loại chíp DSP chuyên dụng đã mở ra khả năng thiết kế, chế tạo các thiết bị điện tử công nghệ cao Trên cơ sở đỏ các máy thu phát vô tuyên điện

thế hệ số đã xuất hiện vả nhận được sự quan tâm đặc biệt của các kỹ sư thiết kế ra

đa, viên thông, điện từ bởi rất nhiều lý do như: có thể lập trình lại, độ chỉnh xác cao, gia thanh ré, dé dang trong khai thác sử dụng, Với câu hình phản cứng và khả

năng tích hợp rắt lớn của của các IC họ FPGA, DSP cho phép xây dựng các hệ

máy thu phát vô tuyến điện với hai đặc tỉnh vượt trội đỏ là dài tân rộng và có cầu hình mềm Thiết bị vô tuyển số đã lần lượt xuât hiện trong nhiều hệ thống khác

nhau: thu giám sát, thu định hướng, xử lý tin hiệu radar, mạng đi động, mạng thông,

tin về tình Chính vì những ưu điểm của hệ thống vô tuyến cấu hình mềm

(Software Defined Radio - SDR) nên tôi chọn luận văn cao học là: Nghiên cứu hệ

thống vô tuyển cẩu hình mêm (SDRs) và ứng dụng trong việc chế tạo thiết bị

thông tin vô tuyển sóng ngắn, sóng cực ngăn

2 Mục đích của đề tài

Mục tiêu đặt ra là tìm hiểu nguyên ly của SDR và đưa ra sơ đồ thiết kế tổng

thể của một máy liên lạc võ tuyến sóng ngắn sóng cực ngắn, sau đỏ đưa ra giải

pháp lựa chọn và thực thi trên phần cứng

Trang 5

Mở đâu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Luận văn đã tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết và các giải pháp kỹ thuật,

các ứng dụng của hệ thông vô tuyến cấu hình mềm, xây dựng các chỉ tiêu kỹ thuật

và tham gia nghiên cứu che tao san phâm

Ket qua đạt được là nhờ sự giúp đỡ tân tình của thấy giáo PGS TSKH Trân

Hoài Linh, củng nhóm nghiên cửu thuộc Trung tâm Kỹ thuật Thông tin Công nghệ

cao (Bộ Tư lệnh Thông tin liên lạc) đã tạo điều kiện giúp đỡ, hướng đẫn vả cung,

cấp tải liêu, sơ đô, hình vẽ cũng như thiết bị Đây lả một đề tài lớn nằm trong,

chương trình hợp tác của Trung tâm Kỹ thuật Thông tin Công nghệ cao (Bộ Tư lệnh Thông tin liên lac) ma trong đỏ bản thân tôi là một thành viên tham gia vả đóng góp

ở mức độ thiết kế một số mạch in, lập trình điêu khiến ghép nói các module, giao diện người — máy, điều khiến quả trình điều hưởng anten(ATU), lập trình module

AGC va tham gia hoc hỏi cũng như hỗ trợ trong các công việc khác của đề tải Tuy nhiên trong khuôn khổ của luận văn, để đâm bảo tính toàn ven và thông nhất,

không làm mắt tính tông quan, tôi xin trình bảy đây đủ các thành phản của thiệt bị thông tin sóng ngắn theo công nghệ vô tuyên câu hình mềm và tập trung hơn vảo

các lĩnh vực mình tham gia Tôi xin trân trọng cảm ơn các Thây, các Cô, các bạn đã

tạo điều kiên thuận lợi, cỏ những ÿ kiến đóng gỏp quý bảu trong quá trình thực hiện

luận văn

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Trong việc chế tạo máy vô tuyên theo phương thức truyền thông, nhiều đơn vị

đã tiền hảnh nghiên cửu thực hiện Trong đỏ cỏ đơn vị đã tiền hành nghiên cứu thiết

kế máy thu phát thông tin vô tuyên nhưng hầu hết những nghiên cứu này vẫn thiết

kế theo câu hình cứng truyền thông hoặc chỉ là nghiên cửu cải tiền các khối chức

năng như tông hợp tân số, khuếch đại công suất

Luận văn tập trung nghiên cứu chẻ tạo thiết bị thông tin vô tuyển câu hình mềm có thể lập trình lại, độ chính xác cao, giá thành rẻ, dé dang trong khai thac sit

Trang 6

Mở đâu

dụng Ngày nay, với câu hình phân cửng va khả năng tich hợp rất lớn của của các

IC như FPGA, DSP cho phép xây dưng các hệ máy thu phát với hai đặc tỉnh vượt

trội so với thiết bị tương tự đó là: đải tân rộng và có cầu hình mềm

Lĩnh vực áp dụng chính: Thông tin quân sự, thay thế các máy vô tuyển truyền

thống công kênh và it tỉnh năng, khả năng bảo mật thấp

5 Các nội dung chính của luận văn

Luận văn được chia làm 4 chương và phân kết luận, trong, đó:

© Chương Ì giới thiêu tổng quan vẻ vô tuyên câu hình mêm, đặc biệt nhân mạnh vẻ khả năng công nghệ cho phép phát triển các thiết bị vô tuyển có cầu hình mềm ngày càng trở nên rộng rãi và nêu rõ các ưu điểm của vô

tuyên câu hình mềm so với các thiết kế máy vô tuyên truyền thống

® Chương 2 giới thiêu một số phần chức năng cơ bản trong một hệ thông vô tuyển câu hình mềm, như: bộ chuyển đổi tương tự số(ADC), bô tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại(AGC), bộ điều hưởng anten(ATU), các phương pháp điều chẻ, giải điều ché don biên, phương pháp lọc và thay đổi tân số lay mâu, tạo đao động chuẩn, trộn số, đỏng bộ nhảy tân

« Chương 3 tập trung vảo thiết kế máy vô tuyển, đưa ra sơ đỏ tổng thẻ của

máy vô tuyên câu hình mềm, phân chia các khỏi chức năng như đã trình bảy trong chương 2, đi vảo thiết kế cụ thể các chức năng và bám sát theo yêu

cầu tham số thiết bị đất ra để lựa chọn phản cứng cũng như công cụ phát

triển

phục vụ trong quả trinh chẽ tạo thiết bị

Trang 7

Chương 1: Tổng quan về vô tuyễn cầu hình mễm

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE VO TUYẾN CÁU

HINH MEM

1.1 Khai quat về vô tuyến cầu hình mềm và ứng dụng

1.1.1 Giới thiệu tổng quan SDR so với công nghệ truyền thống

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ trong các lĩnh vực điên tử, công nghệ thông tin, các giải pháp về công nghệ và thiết kẻ hệ thống Lĩnh vực truyền thông, thông tin liên lạc cũng có những bước phát triển

mạnh mẽ mở ra những hướng mới mang tính cách mạng Các hệ thông vô tuyển cau

hình mềm là một trong những thảnh tựu đó

Với sự phát triển của các bộ xử lí tin hiệu số - DSPs (Digital Signal Processor), các công cụ thiết kế lập trình trên các ngôn ngữ bậc cao cho phép mở ra

sự phát triển của các hệ thống vô tuyến cỏ cầu hình mềm thực tế Khả năng xử li,

tốc độ của hệ thông được nâng lên trong khi giảm nhỏ rất nhiều kích thước và khối lượng của thiết bị đo các linh kiện có độ tích hợp cao Đa số các phản xử lí tin hiệu

co thẻ được xây dựng trên một bo mạch mảng công lập trình được dạng trường

(FPGA - Field-Programmable Gate Array) Su tich hợp cao giúp mang lại hiệu quả

thiết kế cao hơn, nhanh hơn Làm cho thiết bị tuy thêm các chức năng mới nhưng lại

có kích thước nhỏ gọn, linh hoạt Tăng khả năng thay thẻ vả lắp lẫn nhau Điêu đó

mang lại cả hiệu quả kinh tế và hiệu quả sử dụng cho thiết bị vô tuyến cấu hình mềm

Phân mềm hệ thống cỏ chức năng xử li tin hiệu chung từ phần băng gốc Sau

đó qua chuyển đổi tir dang sé - tuong tu (DAC - Digital-to-Analog Converter) sang

Trang 8

trung gian như giải pháp máy thu trước đây, sau đó tin hiệu số được đưa vả bộ xử lý

để tiên hành các thuật toán xử lý tiếp theo

Hiện nay, công nghệ đã cho phép chề tạo các bô chuyên đổi ADC vả DAC tốc

độ cao nên có thể không càn sử dụng đến tàn số trung tần Câu trúc thiết bị khi đó

rat đơn giản, thiết bi sẽ không sử dụng tần só trung tân (Zero-IE) tức là điều chế trực

tiếp từ tín hiệu băng gốc lên băng tân công tác đến hàng tram MHz va nguoc lai chuyên trực tiếp tín hiệu hàng trăm MHz vẻ tin hiệu giải điều chế băng góc Phỏ tín

hiệu được biểu diễn như hình 1.1

Hinh 1.1: Sur chuyén phé tin hiéu khi khéng sit dung tan sé trung tan

1.1.2 Các kiến trúc thiết bị vô tuyến

a) Kiến trúc hệ thống vô tuyến cầu hình cứng truyền thống

Khi SDR chưa ra đời, các máy vỏ tuyển phần cửng truyền thông thường có

kiến trúc như trình bảy trên hình 1.2

De [> Modutstor [>>

Trang 9

Các máy vô tuyến loại nảy có kích thước lớn và chức năng cô định, tuy nhiên

hoạt động của nó khá bên bỉ Một vân đẻ đặt ra là tham số của các phân tử linh kiện

khả bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và điều kiện thời tiết, môi trường Bất kì một sự thay

đổi nảo trong tân số hoạt động đỏi hỏi sự thay thẻ vật li, các thạch anh xác định tần

số hoạt động của máy vô tuyển Thiết kế này đã ra đời từ khoảng những năm 1930

Tại máy thu tần số thu từ anten được chuyên xuống tần số trung gian bởi bộ

trộn hoặc nhân tin hiệu đầu vào với một bộ đao động nội đầu tiên LOI Tín hiệu tần

số trung gian được loc va sau đó được trộn xuống băng tần cơ bản bởi bộ dao động, thử 2 LO2 Tín hiệu điều chẻ băng gốc được giải điều chế đề thu được thông tin va

quả trình biển đổi ngược với máy phát Số bước chuyên đổi phụ thuộc vào tân số

lam việc RF và theo lý thuyết có thê thêm bước đây tần số lên cao nằm ngoài dải tan lam việc Máy thu vô tuyến đổi tân tương tự đã trải qua một giai đoạn rất thành công Nó được sử dụng nhiều trong thiết bị vô tuyển và sẽ được kéo dài cho đến

một số những năm tới đây

b) Cầu trúc vô tuyển câu hình mêm đôi tần tực tiếp (Zero-IF)

Khả năng vẻ công nghệ hiện nay cho phép chê tạo các bộ chuyên đổi ADC vả DAC tóc độ cao nên các máy võ tuyên sóng ngắn vả một phần dai song ngan co thé

không sử dụng tân số trung gian mà thực hiện chuyên trực tiếp từ tín hiệu tân số vô tuyển xuống thành tin hiệu băng gốc Với cấu trúc nảy bộ dao động LO và các bộ

lọc sẽ được thực hiện ngay trên các mạch tích hợp cao như FPGA phối hợp với DSP

như cầu trúc trên hình 1.3

——>*| Le L> `>—+[ADc|>+DbE đề Mạch phỏi

Trang 10

Do mức độ tích hợp cao nên kích thước va khối lượng giảm, đồng thời cho phép hạn chế sử dụng các linh kiên rời rạc khó kiểm soát hết các tham số tạp ký sinh cũng là một ưu điểm của câu trúc nảy

e) Cầu trúc vô tuyến cầu hình mềm sử dụng tân số trung tan

Câu trúc hệ thông vô tuyển cầu hình mềm cỏ thẻ thực hiện theo cách vẫn sử dụng tần số trung tần Ở tần số rất cao, tin hiệu sau quả trình trộn tân và lọc mới được xử lý, giải điều chế theo dạng số trên các vi mach FPGA, DSP Nhờ sử dụng tân số trung tan mả các yêu cầu được giảm nhẹ cho phần xử lý tin hiệu và các bộ chuyên đổi ADC vả DAC Câu trúc nảy thường áp dụng cho các thiết bị tần số cao

như vô tuyển VHE, vi-ba, trạm góc cho thông tin di động

Hình 1.4: Cầu trúc vô tyễn cấu hình mềm sử dụng tân sổ trung tần

Như trên đã trình bảy, trong câu trúc của một thiết bị vô tuyên cầu hình mềm

thi phan chuyển đổi ADC, DAC có vai trò quan trọng, yêu cầu đổi với chúng không

chỉ là tốc độ chuyên đổi mà phải có độ chính xác, sai số do lượng tử hoá hay xấp xỉ

hoá phải ở mức cho phép Ngoài sử dụng các bộ xử lí tin hiệu số DSP thì cầu trúc

cơ bản của một thiết bị vô tuyển cầu hình mềm cỏn cỏ các phân chức năng quan

trọng khác như: các mạch cao tân phải đảm bảo độ tuyến tính trên một dải tàn rộng,

chuyển chế độ nhanh và khuếch đại công suất cho nhiều sóng mang khác nhau, cho

các dang tin hiệu khác nhau, các bộ trộn tần lên/xuông số hoá: (DUC - Digital Up Converters, DDC- Digital Down Converter), cac bộ lọc số, các mạch cân bằng

cũng cân phải được thiết kế để đảm bão yêu câu hoạt động trên dải tân rộng với sự

đa dạng của chế độ công tác

Trang 11

Sự tích hợp cao giúp mang lại hiệu quả thiết kế cao hơn, nhanh hon Lam cho

thiết bị tuy thêm các chức năng mới nhưng lại có kích thước nhỏ gọn, linh hoạt

Tăng khả năng thay thể và lắp lần nhau Điều đó mang lại cả hiệu quả kinh tế và

hiệu quả sử dụng cho thiết bị vô tuyển cầu hình mềm

1.2 Ứng dụng của vô tuyến có cấu hình mềm

1.2.1 Ứng dụng vô tuyến cấu hình mềm trong thông tin quân sự

Võ tuyến cau hình mềm nhận được sự quan tâm của quân đội Mỹ từ những, năm 90 với sự ra đời của dòng máy SpeakEasy mà đã tập trung tích hợp vai chuan

vô tuyển quân sự trong một thiết bị Tuy nhiên với nhu cầu tăng cao trong lĩnh vực

truyền thông đa phương tiện vả các yêu cầu cao hơn vẻ kết nổi giữa các quân binh

chủng trong quân đội mả bộ quốc phòng Mỹ đã cho ra đời chương trinh Joint

Tactical Radio System (JTRS) vao nim 1997 với nhiệm vụ xây dựng hệ thống vô

tuyên liên hợp trên nền tang công nghệ vô tuyển mềm (Software Radio - SR)

V6 tuyén cau hình mềm thực sự đem lại sự hiệu quả khi thiết bị vô tuyến hoạt

động trong các điều kiện khắc nghiệt và luôn thay đổi như môi trường có nhiều, tạp

âm hay điều kiên môi trường truyền sóng phức tạp Vô tuyên câu hình mềm còn hỗ

trợ bảo mật thông tin, cho phép để đảng thay đổi dạng tín hiệu công tác, dạng điều

chế, đải tần, tốc độ dữ liệu, dạng mã hoá tiếng nói, kết nói hệ thông định vị toàn câu GPS (Giobal Positioning Sysfem), cung cấp các bản đồ chiến trường số, các thông

tin trong quả trình chiến đâu mả không can phải lắp đặt, thay đổi nhiều vẻ phân

cứng Khi can thay đổi dạng, loại chế độ công tác chỉ cân thay đổi chương trình phần mềm và như vậy sẽ đem lại sự hiệu quả về mặt thời gian trên cơ sở một khung

phần cứng đã được thiết kế sẵn Nếu bị thất lạc thiết bị thì ngay cả khi đối phương,

có gắng thử xâm nhập, lợi dụng cũng rất khó vì câu hình máy không nằm trên phan cứng mà lại do các phần mẻm xác định (phan mem nay khi được nạp vào máy là

file dịch, đã được mã hóa va bao mat)

Trang 12

_—-

Với những đặc điểm nêu trên, vô tuyến câu hình mềm thực sự cỏ ưu điểm

trong thông tin quân sự, đó là: tỉnh an toàn của thông tin, mã hoá bảo mật, sử dụng,

linh hoạt, tích hợp nhiều chức năng và chế độ công tác, khả năng kết nối với máy

tính và các mạng thông tin liên lạc khác nhau Ngoài ra, vô tuyến câu hình mềm cỏn

cho phép người dùng tỏ chức mạng thông tin lớn cho cả hệ thống, trong đỏ bao gồm nhiều loại phương tiện thông tin, hình thức thông tin cho các loại hình tác chiên

khác nhau

Ưu thể quan trọng của vô tuyên cau hình mềm trong thông tin quân sự đó lả các chức năng của thiết bị được thực hiện bằng các chương trình phần mềm dựa trên các thuật toán khác nhau Khi đó, kich thước của thiết bị nhỏ gọn đi rất nhiều,

các thiết bị cảm tay sẽ van có day đủ chức năng cơ bản Đơn giản, gọn nhẹ cho

người chiến sỹ nhưng vẫn đảm bảo chức năng liên lạc không chỉ với đồng đôi, các

đơn vị chiến thuật khác mả còn có khả năng liên lạc với các đơn vị ở các hình thức

tác chiến khác nhau đo có băng tan hoạt động rông và sử dụng nhiều đạng điều chế song mang khác nhau Ví dụ, thiết bị AN/PRC-152 (hãng HARRIS/Mỹÿ) có băng tan hoạt động từ 30MHz đến 512MHz, thiết bị M3TR (hãng R&8/Đức) cỏ băng tân từ 1,5MHz dén 5I2MHz Ngoài ra, thiết bị vô tuyến câu hình mềm thường kết câu dạng khỏi, có khả năng lắp lân trong một hệ thông tich hợp Như vậy, trong các hệ

thống thông tin liên lạc vả truyền tin cấp chiến thuật, phục vụ trực tiếp cho các nhiệm vụ thường xuyên va trong các tỉnh huồng khẩn cấp, trong các điều kiện tác

chiên phức tạp, càn có thiết bị thiết kế nhỏ gọn, tính cơ động cao, hoạt động tin cậy,

ổn định và tốc độ lớn là lẽ tất yêu

1.2.2 Ứng dụng của vô tuyến cấu hình mềm trong thông tin vô tuyến dân sự

Ta xem xét một hệ thông thông tin vô tuyển điển hình là hệ thông di đông mặt

đất Do sự cạnh tranh của các nhà sản xuất thiết bị hay các nhà cung cấp dịch vụ di

động, bất cứ một hệ thông hay một dịch vụ nảo đề được chấp nhân phải thể hiện được ưu điểm vượt trội trong khi giá chỉ phí phải hợp lý Ví dụ, khi muốn thay thẻ các hệ thống cũ, nàng cap, mở rộng thêm các địch vụ hoặc áp dụng các tiêu chuẩn

Trang 13

mới mà thay đổi toản bộ phân cứng thì sẽ rát tốn kẻm và lãng phí Theo tỉnh toán, nêu muốn thay thẻ hệ thông GSM lên 3G ở châu Âu phải tồn hơn 200 tỉ đôla Tuy nhiên, với hệ thông GSM trên được tô chức theo phương án hệ thông vô tuyên cau

hình mềm mức chi phí sẽ giảm đi rất nhiều Đông thời, võ tuyến cầu hình mẻm cỏn

cho phép đưa vào sử dụng các địch vụ đường truyền riêng, kênh truyền riêng đảm

bảo an toàn cho khách hàng

Việc tích hợp nhiều dịch vụ trên một thiết bị vô tuyển đem lai loi ich khong

chỉ cho các nhà sản xuất, kinh doanh mả còn đem lại sự tiện lợi lớn cho người sử

dụng Công nghệ chẻ tạo thiết bị vô tuyến câu hình mềm cho phép người dùng chỉ cân mang một thiết bị mà vẫn có thể dùng nhiều chức năng khác nhau

1.3 Các ưu điểm của hệ thống vô tuyến có cấu hình mềm

Như vậy, có thê tông kết các ưu điểm của hệ thông vô tuyển có câu hình mềm

SDR như sau

e- Gọn nhẹ vả tiết kiệm năng lượng,

e- Đơn giản trong sản xuất (it phải hiệu chỉnh),

Nang cap dé dang

Với nhiều ứng dụng quan trọng trong liên lạc, SDR thực sự đã mang lại một bước đột phá mới trong công nghệ thông tin vô tuyến No mang lại lợi nhuận nhiều

hơn khi kéo dài thời gian sử dụng của phân cứng, tăng cường các dịch vụ trong hệ thống, dễ đàng hơn cho các nhà sản xuất trong việc bảo vệ bản quyền thương mại sản phẩm, giảm giả thành chế tạo, rút ngắn thời gian sản xuất thiết bị, thuận tiện trong kết nối hoặc thay thế các thiết bị SDR tạo điều kiện thuận lợi hơn trong cả quá trình thiết

nhau của hệ thông thông tin vỏ tuyên nỏi chung và lĩnh vục thông tin liên lạc trong

é, chế tạo triên khai và sử dụng, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác

quân sự nói riêng

Trang 14

~10-Chương 1: Tổng quan vẻ vô tuyển cầu hình mém

Khi người kỹ sư muốn thiết kế một máy vô tuyên mới thi họ sẽ nghĩ tới công, nghệ SDR hay các công nghệ truyền thông? Tất nhiên trả lời cho câu hỏi này phụ thuộc vào sự ứng dụng vô tuyển của người thiết kể, yêu cầu vẻ tính linh hoạt, yêu

câu vẻ sự tiêu thụ công suất, kích thước, câu trúc, chức năng vả không tốn nhiều

kinh phí để thiết kế một sản phan mới, Tuy nhiên với những ưu điểm vượt trội như

đã phân tích trên thi str lua chon SDR sé due quan tam hon,

Với su phat trién ctia cae bd DSP, cac céng cu thiét kế lập trình trên các ngôn

ngữ bậc cao cho phép mở ra sự phát triển của các hệ thông SDR thực tế Khả năng,

xử lí, te độ của hệ thông được nâng lên trong khi giảm nhỏ rất nhiều kích thước và

khỏi lượng của thiết bị do các linh kiên cỏ đô tích hợp cao Đa số các phần xử li tin

hiệu có thê được xây dung trên linh kiện FPGA, sự tích hợp này mang lại hiệu quả kinh tế thiết kế cao hơn, thời gian thiết kế nhanh hơn Sản phẩm thiết kế tuy có nhiều chức năng nhưng lại có kích thước nhỏ gọn, linh hoạt, để đàng thay thể và lắp lân nhau trong một hệ thông Điều đỏ mang lại cả hiệu quả kinh tế vả hiệu quả sử dung cho thiết bị vô tuyển câu hình mềm SDR trong điều kiện nên kinh tế thể giới đang suy thoái vả tác chiến quân sự ngày càng đi theo xu hưởng tác chiến công nghệ cao

Trang 15

-11-Chương 2: Giới thiệu một số phân chức năng cơ bản trong hệ théng SDRs

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MỘT SÓ PHÀN CHỨC

NĂNG CƠ BẢN TRONG HỆ THÓNG SDRs

2.1 Bộ chuyển đổi tương tự - số ADC

Trong máy thu vô tuyển bộ biển đổi ADC thực hiện biến đổi tín hiệu vô tuyến

từ đầu vào ăng ten hoặc tin hiệu trung tần ở đạng tương tự sang dạng tin hiệu số

Tin hiệu số sau biên đổi ADC được chuyên hạ tần số vả giải điều chế bởi các bộ xử

lý tin hiệu số như DSP, FPGA,

Sự lựa chọn đúng đắn các bộ ADC đóng một vai trỏ quan trọng trong thiết kẻ máy thu vô tuyến câu hình mềm Việc lựa chọn nảy sẽ ảnh hưởng quyết định đến chất lượng chung của hệ thống vi nó sẽ ảnh hưởng đến các tham số: độ nhạy, độ chọn lọc Việc đánh giá khả năng số hóa của một hệ thông máy thu vô tuyển có thể

được xác định thông qua vị trí của khâu ADC so với ăng ten Tuy nhiên việc đặt

khâu ADC sát sau ăng ten phải đảm bảo được các yêu cau sau:

ứng được cho các tín hiệu băng rộng

«Số bịt lượng tử hóa phải lớn để đáp ứng dải động rộng

©- Độ sai lệch đồng hỗ của bộ chuyển đổi phải nhỏ

Đổi với các máy thông tin vô tuyên nói chung và đặc biệt là các máy vô tuyến

cầu hình mềm, yêu câu thu với dải rộng là một yêu cầu thiết yêu Điều nảy cho phép

thiết bị có thể hoạt đông được ở nhiều dạng đữ liệu, nhiều băng tân hay nhiều che

độ khác nhau Nhược điểm của làm việc dải rộng là thiết bị phải xử lý tin hiệu mong muốn với sự hiện điện của nhiêu, có thể là ngay nhiều kênh lân cận Yêu câu vẻ đải động rộng của bộ ADC là rất quan trọng, đề thây được vai trò của yêu câu dài động,

ta xét vi dụ: yêu câu đối với máy thu HF/VHF là phải khôi phục được một tin hiệu

~48<

Trang 16

Chương 2: Giới thiệu một số phân chức năng cơ bản trong hệ théng SDRs

mong muốn ở tân số fs với mức tin hiệu -107đBm với sự hiện diện của nhiều do các

may phat khác có mức tin hiệu lớn nhật -13dBm thì dải động tương ứng yêu cầu nhỏ nhất là 94dB Hình 2.1 minh họa quả trình lấy mẫu tín hiệu dải rộng của bộ

bien doi ADC

Hình 2.1: Dái động của bộ biển đồiADC đài rong

Việc kết hợp giữa ADC dải rộng với các bộ khuech dai tap âm thập cho phép thực hiện được mô hình máy thu số HF/VHE đổi tản trực tiếp như trên hình 2.2

Ï 20-0) —„| 80 +

‘Suyhas LOC iia “ADC

Hình 2.2: Sơ dé may thu v6 tuyén nhiéu kénh doi tin trực tiếp dài tần HF/VHE

Do có rất nhiều may phat lam việc trong dai HF/VHF nén công suất tin hiệu tổng cộng đầu vao Ang ten cỏ thẻ rất lớn, bộ suy hao biến đổi có tác dụng làm suy hao toàn bộ tín hiệu thu được từ ăng ten để đảm bảo tín hiệu đầu vào bộ biển đổi số

hóa nằm trong dãi làm việc của ADC Trường hợp tín hiệu thu tử ăng ten nhỏ, một

bộ khuếch đại với tạp âm thấp được sử dụng đề nâng cao hiệu suất mạch khuếch đại

một bộ lọc băng thông hoặc thông thấp đặt sau ăng ten được dùng để loại bỏ bớt các thành phần tín hiệu không mong muốn Bộ khuếch đại thường được dùng là khuếch

Trang 17

dai dai réng (dai tần số), hệ số khuếch đại thường từ 15đB đến 20dB, Trong một số

ứng dụng bộ khuếch đại tạp âm thap (LNA - Low-Noise Amplifier) c6 thé thay déi được hệ số khuéch đại đề bù đắp tác động của đầu vảo, do đó cho phép mở rộng độ

phân giải của ADC

Vi du với một bộ biên đổi tương tu sang sé ADC độ phân giải 14bit làm việc

tại tốc độ lây mâu 150MHz có đải động thực tế là 87dB và mức tín hiệu lớn nhất

cho phép vào bộ biến đổi ADC là 0đBm thì mức tín hiệu vô tuyến tương tự từ ăng ten co thé đưa vào biến déi ADC sé 1a tir -87dBm dén 0 dBm, khi co thêm bộ

khuếch đại tạp âm thập với hệ s6 khuéch dai 20dB thi dai tín hiệu được xử lý sẽ được mỡ rộng xuống mức -107đBm và tất cả các tin hiệu và nhiễu nằm trong dai

tân làm việc có mức -107đBm đến 0đBm sẽ được số hóa và tiếp tục xử lý tiếp theo

như trộn, lọc, giải điều chế ở các khối chức năng phỉa sau của máy thu

Như vậy với sự kết hợp với LNA vả bộ suy hao cho phép ADC tmg dụng hiệu

quả trong không chỉ trong máy thu đổi tân trực tiếp HE/VHE mả cỏn có thẻ dùng, cho biến đổi trung tần cho các thiết bị làm việc ở tân số rất cao mả vẫn đảm bảo các

chỉ tiêu vẻ độ nhạy, độ chọn lọc cho máy thu Việc sử dụng ADC dải rộng làm giảm

được nhiều hệ số khuếch đại so với máy thu truyền thông (khoảng 20đB so với

110đB) nên sẽ giảm được nhiễu tạp bên trong máy và các hải sinh ra qua các bội

trộn tương tự, ngoài ra mô hình nảy cho phép thiết bị thu được nhiều kênh vô tuyến

cùng lúc Thiết kế nảy đã và đang được áp dụng rộng rãi cho các thiết kế vô tuyển

hiện nay

14

Trang 18

-Chương 2: Giới thiệu một số phân chức năng cơ bản trong hệ théng SDRs

2.2 Bộ tự động điều chinh hé s6 khuéch dai (Automatic Gain Control -

AGC)

Bat ky một hệ thông thông tin vô tuyến nào, ngoải các khối chức năng như

điều chế, giải điều chế tín hiệu thì bộ tư động điều chỉnh hệ số khuếch đại (Automatic Gain Control - 4GC) cho tuyên thu cũng rất cần thiết Bộ điều chỉnh hệ

số khuếch đại làm cho tin hiệu đầu vào với biên độ thay đổi nhưng đầu ra luôn được

duy trì ở mức tương đổi ôn định Đặc biệt hiện nay nhiều tiền bộ trong thiết kể và chế tạo chất bán dẫn được đặt ra và đã trở thành hiện thực trong những năm qua cho

phép thay đôi nhanh chóng cho kỹ thuật thiết kế vỏ tuyến Những thay đôi nay lam

giảm kich thước, giảm chủ phí, giảm độ phức tạp vả thời gian sản xuất bằng cách sử

dụng thành phân kỹ thuật số đề thay thế các thành phân tương tự một cách tin cậy

và chính xác Sự phát triển của bộ biên đổi tin hiệu tương tự thành tin hiệu số

(ADC) cỏ khả năng lấy mẫu cao hơn vải chục MHz cho tới GHz đã khơi lại ý tưởng

may thu số sóng ngắn đải rộng, Điều này cho phép ta có thể đặt ADC “gần” ăng-ten

hơn và loại bỏ sự cần thiết của một số bộ trộn, bộ khuếch đại làm cho cỏ thể thực

hiện một máy thu đa kênh, sử dụng nhiều bộ tỏ hợp tân số và bộ trộn cau phương,

chuyên đổi trực tiếp xuống băng góc Giải pháp này hiện nay được áp dụng nhieu va vai trò của bộ tự động điêu chỉnh hệ số khuếch đại trong máy thu trong hệ thống

máy vô tuyên có câu hình mềm là rất quan trọng

AGC số thường thực hiện điều chỉnh tin hiệu ở âm tần Cũng như bộ AGC

tương tự, AGC số về cơ bản đều sử dụng cơ chế phản hỏi, khi mức tin hiệu âm tan

dau ra được so sánh với một mức tham chiêu (là mức tín hiệu mong muốn), nêu mức tín hiệu đầu ra quá cao hoặc quá thập, nó sẽ được điều chỉnh đẻ được gần với

mức tham chiều Thời gian điêu chỉnh phải hợp lý, nếu điều chỉnh quả nhanh đối

với hệ thông không phát liên tục ví dụ máy liên lạc đơn công sóng ngắn/sóng cực ngắn khi không có tín hiệu thu thi tạp âm sẽ được khuếch đại rất lớn, nêu điều chỉnh

qua cham thi sẽ không đáp ứng được sự biên thiên trong điều kiện hoạt động thực tế

của thiết bị

.

Trang 19

2.3 Điều hưởng anten (ATU - Antenna Tuning Unit)

Độ điều hưởng anten (ATU) thực hiện kết nói giữa bộ thu phát vô tuyên va

anten dé nang cao hiệu suất truyền công suất giữa chúng bằng cách phối hợp trở

kháng của thiết bị với anten Bộ điều hướng anten phối hợp giữa bô thu phát có trở kháng có định (thường là 50©) với trở kháng tải (giá trị không biết trước, có thẻ

phức hoặc thâm chi khỏng tương thich) Sự mat phối hợp nảy luôn xảy ra khi sử

dụng một anten không công hưởng (có chiêu đài điện so với bước sỏng tín hiệu

không đạt được trở kháng thuân trở) Bộ ATU cho phép sử dụng anten trong dải tân

số rộng Anten thêm bộ phối hợp thi không hiệu quả bằng anten tự công hưởng vi

có các ton hao trên đường dây cung cấp bởi tỷ số sóng đứng SWR và các tén hao trong bản thân ATU mặc dù nỏ cũng cỏ một số lợi ich khác ATU chỉ đơn giản là

một bộ phổi hợp anten vi nó có khả năng thay đổi tần số cộng hưởng của anten

ngoài trời

Đổi với hệ thông được thiết kế cần hoạt động trên một dải tân rộng, bộ khuếch đại công suất hoạt động trên dải tần từ 2MHz đến 80MHz có thể được thiết kế chỉ gồm các bán dân và sử dụng một loạt các biên áp dai dộng lõi ferit Cách thiết kế nay có ưu điểm là không yêu cầu bắt kỳ sự điều chỉnh nào khi tân số hoạt động thay đổi Kiểu thiết kế nảy cũng có thể được sử dụng đề phỏi hợp giữa anten với đường truyền dân Nhược điểm của nó là không cho phép sự tỉnh chỉnh

Thiết kế ATU băng hẹp sử dụng các biến áp được tạo thảnh bởi một phần tư

bước sóng của đường truyền không phối hợp, nêu một phần tu bước song cia cable đồng truc 75 Q được nồi tới tải 50 © thì tỷ số sóng đứng SWR trong một phần tư

bước sóng 75 Q của đường truyền có thể được tính là 75Q/50Q=1,5, mét phan

tư bước sóng của đường truyền sẽ biến đổi trở kháng không phối hợp thành 112,5 ©

(75G-1,S=112,5©)

Mach điện tương đương của đoạn dây truyền thông sử dụng thành phân cảm

kháng và dưng kháng tập trung như hình 2.4

= 16

Trang 20

ATU có thể được kết nói giữa đường dây cung cấp và anten đẻ giảm thiểu ton hao

hoặc giữa đường dây cung cấp và bộ thu phát vô tuyên Tuy nhiên, tỷ số sóng đứng,

trong đường dây cung cấp phải lưu ý trong câu hình thứ 2 này

Trong một số trường hợp néu ty số sóng đứng cao thi không han no gay ra ton hao lớn Ví dụ: một anten với tỷ số sỏng đứng SWR (ví dụ 4:1) nếu được cấu hình

phủ hợp với một ATU có thể chỉ cỏ vải phan tram tồn hao thêm vảo (so với anten

cộng hưởng hoàn toàn)

2.4 Phương pháp điều chế và giải điều chế tín hiệu đơn biên

Với dai sóng ngắn, dạng điều chế tin hiệu điều chế chủ yếu là điều chế đơn

bién (SSB - Single-SideBand), vì vậy nội dung nghiên cửu của để tai tập trung

nghiên cứu dạng điều chê này Đề điều chế SSB, có các phương pháp chính sau

Trang 21

Phổ băng tần dưới Phổ băng tần trên

Hình 2.6: Phổ tín hiệu của quả trình điều chế đơn biên

Phương pháp nảy thường được thực hiện với các mạch điều chế tương tự

Trong thiết kế số, một khó khăn lớn là thiết kể mạch lọc ở tân số cao,

Trang 22

2.4.3 Phuong phap Waever

Tín hiệu thoại đầu vào được hạn băng có dai tan 0 dén B Hz va tan so trung

tâm là B/2, trước tiên nó được trộn vuông góc với tân só f1 = B/2 Khi đó một biên phổ tín hiệu sẽ được dịch vẻ tần số 0 Hz, khi qua bộ lọc thông thấp có tần số cắt là

B/2 thành phân có biên tân tại tân số 0 Hz được bộ lọc cho qua hoàn toàn Khi đó

tín hiéu I,Q thu được sau khi lọc là hai tin hiệu lệch pha nhau một góc 900 Tín hiệu

băng gốc được đưa lên tần số sỏng mang bởi bộ trộn TQ thử 2 vả bộ cộng/trừ

toán tôi ưu đề dùng chung các tải nguyên hệ thông thỉ phương pháp điều chế này là

lựa chọn hợp lý

Trang 23

Hình 2 10: Mô hình số của phương pháp điều chế lfeaver

So với mô hình tương tự, ta cần chia hệ thông làm 2 phan Phan tin hiệu Audio

được xử lý với tần số lẫy mẫu thấp Phần trung tân cân tốc độ lây mẫu cao Dé bao

dam tỉnh đồng bộ của hệ thống (tân số lây mâu âm tân thấp, tân số lây mâu trung tân cao) ta cân chuyên đổi tốc độ lẫy mẫu giữa hai phân Vì vậy trong mô hình số

cac bé loc ting mau (CIC - Cascaded Integrator Comb) va giam mau (Decimation)

được thêm vào

2.5 Phương pháp lọc và thay đổi tần số lấy mẫu DDC-DUC

Trong thiết bị SDR sử dụng phổ biến các bộ chuyên đổi nâng/hạ tàn s6 DUC

và DDC DDC dùng đề chuyển phỏ tín hiệu trực tiếp từ phần cao tân về tần số băng,

gốc còn DUC cỏ chức năng ngược lại Đó là một cầu trúc có tính linh hoạt cao với

khả năng lập trình đề thay đổi các tham số hoạt động, mang lại hiệu quả hoạt động

ổn định cao hơn với tác động của nhiệt độ hay các tác đông ngoại cảnh

Với câu trúc một thiết bị vô tuyến truyền thống, câu hình cứng thì từ tần số băng gốc de dua lên băng tân công tác thường qua nhiều khâu trộn lọc Khi do can

sử dụng một loạt các phân tử có tham số phân tán Trong quá trình hoạt động gây

ảnh hưởng nhiều lẫn nhau và chịu nhiêu tác đông của các nhân tổ bên ngoài Nhưng khi thực hiện bằng các bộ chuyên đổi trực tiếp sẽ không chỉ giảm số bước trung

gian, hạn chế các hiện tượng bức xa ảnh hưởng lẫn nhau, giảm tiêu thụ nguồn và

cho độ ôn định cao hơn

Trang 24

Ngược lại, các máy phát nêu thực hiện xử lý tín hiệu sau khi đã nâng tín hiệu lên tân số cao sẽ phải xử lý một lượng mẫu tin hiệu rất lớn Giải pháp DUC đó là thực hiện bằng các bô lọc nội suy có tác dụng nâng số lượng mẫu tín hiệu lên Khi

đỏ các phần tính toản, xử lý sẽ được giảm nhẹ gảnh nặng hoạt động Ở các khối

phía sau cỏ thể xử dụng các bộ xử lý tin hiệu số đa tốc độ đề có thể thực hiện qua

trình xử lý tín hiệu một các thuận lợi hơn Các thành phần DUC, DDC củng với

ADC, DAC và các bộ xử lý tin hiệu số DSP tạo thành cách thành phan chủ yêu

trong câu trúc một thiết bị vô tuyến số tốc độ cao, đải tân rộng cầu hình mềm

2.5.1 Chuyển ha tan sé DDC

Chức năng chỉnh là chuyên đổi tin hiệu IF/RF với băng thông hữu hạn xuống,

băng gốc, nguyên tắc xây dựng bộ DDC dựa trên máy thu ngoại sai tương tự

¢ Chon ra dai tan quan tam

¢ Chuyen dai tan quan tâm vẻ băng gốc hoặc IF cé tan số sóng mang thấp

=›9f'<

Trang 25

2.5.2 Chuyển đổi tần số lên DUC

Do tín hiệu băng gốc ban đầu thường được lây mâu ở tần số thấp nên trong DUC thi tin hiệu số được lọc bằng các bộ lọc số nội suy đề tăng số lượng mẫu tin

hiệu lên tức là có tốc độ lây mẫu lớn hơn Sau đó tin hiệu được điều chế trên một tín hiệu đao động sinh ra từ bộ tổng hợp tần sé truc tiep DDS (Direct Digital

Synthesizer)

Tin hiệu RE được chia làm 2 nhánh lệch pha 907:

Hinh 2.12: Chuyển đổi trực tiếp tin hiệu băng géc lén tan sé vé tuyén

Trang 26

Hinh 2.14: Diéu ché don biên

Các khéi chinh dé xay dung DDC-DUC:

* NCO: té hop tan sé sé truc tiép (DDS)

2.6 Tạo dao động chuẩn (NCO - Numerically Controlled Oscillator)

Bộ tô hợp tân số (DDS) hay bé dao động điều khiên số (NCO) lả thành phan quan trọng trong hệ thống thông tin số Trước đây phương pháp tỏ hợp tần số trực

tiếp DDS ít được sử dụng nhưng hiện nay được sử dụng phổ biển trong các thiết bị thông tin đòi hôi độ chính xác tần sỏ cao, tốc đô thay đổi tần số nhanh như trong, chế độ nhảy tân, ôn định với tác động của nhiệt độ và các tác động khác Những bộ

tổ hợp câu phương được sử dụng cho các bộ chuyên đổi tăng — giảm tân só lây mau,

thực hiện nhiều loại sơ đồ điều chế và giải điều chế gm PSK (Phase-Shift Keying -

khóa dịch pha), FSK (khoa dich tan - Frequency Shift Keying) Mot phương pháp chung tạo dao động trong các sơ đỏ điêu chế vả giải điều chế số là những gia trị của

đường hình sin thực và phức được lưu trong bảng lookup Một khâu tích phân được

=9Ø8.<

Trang 27

dùng tạo ra giả trị tích lũy pha thích hợp để ảnh xạ vào bang lookup để có được

dạng tín hiệu đầu ra mong muốn

Các thành phần cơ bản của khỏi DDS:

trong bảng Lookup, bảng Lookup lưu giữ các giá trị của dạng tín hiệu muốn

tao ra, da s6 dang tin hiệu được tạo ra lả sin/cos Kích thước bang Lookup được xác định bởi số mâu và độ rông bịt của các mẫu

$1 COS

+

ok aR|

Hinh 2.15: Cau trúc của DDS

Tân số ra được xác định bởi:

đa = Sout @1)

trong đó: M - giá trị từ điều khiển, N - độ rộng bịt của bộ tích lũy pha

Ưu điểm của DDS

«Từ điều khiển cỏ thể được lập trình tần số có thẻ lên đến gần fs/2 (Nyquist)

Ưu điểm của phương pháp tổ hợp tần số trực tiếp:

+: <

Trang 28

nên có thê thực hiện phối hợp tốt trong các hệ thông số phức tạp và ngay cả

cho các thiết bị tương tự

¢ Thue hién té hop tân số trực tiếp cho phép thiết kế các thiết bị hoạt đông có khả năng nhảy tan Neu thực hiện bằng các phương pháp tổ hợp tân số khác

sử dụng các vòng khoá pha thì tốc đỏ chậm và không ồn định do phải liên tục thay đôi tân số ra trong một dải tân rộng

Nhược điểm của phương pháp tô hợp tàn số: Yêu cầu tàn số hoạt động của hệ

thống phải lớn hơn hai lần tân số ra mong muốn Khi sử dụng cho các hệ thống,

tương tự can phải dùng thêm các bộ chuyển đổi DAC, khi đó sẽ bị ảnh hưởng bởi sai số lượng tử và tốc độ của các bộ DAC gây ra nhiễu tạp ở đầu ra Trong các mô đun DUC và DDC ta chỉ cần sử dụng khối NCO để tạo ra chuỗi tín hiệu sử: và cos nên không phải sử dụng DAC đề chuyên tín hiệu từ miễn số sang miền tương tự nên

không gặp phải vấn đẻ này

2.7 Trộn số

Khác với bộ trộn tương tự tạo ra nhiều thành phan tần số không mong muốn,

bộ trộn số được coi gan như lý tưởng vì chỉ tạo ra 2 tín hiệu đầu ra: tin hiệu tần số

tổng và hiệu

Dich tan qua bộ trộn số: Tại đầu ra bộ trộn tin hiệu dải rộng tần số cao từ dau

vào ADC đã được chuyển dich xuống ving tan sé DC Điều này tương tự với bộ

trộn tương tự, vì tin hiệu đầu vào RE đã được giảm xuống tan số IF (tần số trung

gian)

= 25+

Trang 29

0Hz

2.8 Bộ lọc răng lược — tích phân nối tầng CIC

‘CIC Magnitude Response B=7 N4JM=1

hạn (TR) Bộ lọc CIC không yêu cầu các bộ nhân mà sử dụng một só lượng hạn

chế vùng nhớ Bởi vậy bộ lọc CIC hiệu quả hơn những bộ lọc FTR trong một số ứng,

Trang 30

dụng nhất định CIC thường sử dụng trong các hệ thóng đa tóc độ với hệ số chuyên

đổi tân số lẫy mẫu lớn như bộ biến đổi xuống số (DDC), bộ biển đổi lên số (DUC)

trong các hệ thông thông tin

Bộ lọc CIC cơ bản không sử dụng các bộ nhân mà chỉ gồm các bộ cộng, trừ và

các thanh ghi, bởi vậy cỏ thẻ thực hiện hiệu quả những bộ lọc đa tốc độ sử dụng cau

trúc bé loc CIC

«Rất có hiệu quả trong việc thực hiện lọc thông thấp băng hẹp

tăng mẫu hoặc giảm mẫu

Hình 2.18: Cấu trúc cita bé loc CIC giảm mẫu và tăng mẫu

Lọc CIC cho phép thay đổi tần số lây mâu rất lớn (§ đến 16.383 lân), được cau tạo từ các bộ cộng, bộ trừ và các thanh ghi nên tốn rất it tài nguyên của phần cứng,

FPFEA Bộ lọc CIC có 3 tham số chính:

ø Khâu giữ chậm vi phân M (1 hoặc 2)

OF =

Trang 31

2.9 Khối loc FIR

Bộ lọc ETR là bộ lọc đáp ứng xung hữu hạn, bên cạnh đức tỉnh phần ứng xung

tôn tại hữu hạn, một đặc tính quan trọng khác của bộ lọc FTR là pha tuyến tính Cầu

trúc của một bộ loc FIR được biểu diễn trong hình 2.19

Hình 2 19: Câu trúc bộ lọc FIR

Từ câu trúc này, ta có thê mô tả hàm truyền của nó trong miền Z như sau:

chống nghe trộm và ghép kênh phan chia theo ma V6 tuyén FH có thể được coi

như một vô tuyên truyền thông tân số linh hoạt trong đó tần số sóng mang thay đổi

tại một khe thời gian được gọi là 1 hop NÑỏ sử dụng chuối giả ngẫu nhiên được biết

cho cả máy phát và thu, để xác định và điều khiển nhảy tấn của tần số sỏng mang,

= 98+

Trang 32

Nhằm thực hiện giải nhảy tân ở phía thu, nó cần tạo ra bản sao bên trong chuỗi

PN trong may thu dé déng bộ nó với với một máy phát Việc đồng bộ hóa là nhiệm

vụ khó khăn nhất trong thiết kể máy thu FH Nhin chung, quả trình đồng bộ được

thực hiện theo hai bước: Thu mã, đó là quá trình liên kết thô đưa hai chuỗi PN vào

trong khoảng thời gian hop, va theo dõi mã, lả một quả trinh tinh chỉnh va duy tri

đồng bộ Sự đồng bộ thu được bởi một thủ tục khởi động trước khi truyền tin Ngoài

ra cũng cân một quả tỉnh đồng bộ lại nêu đồng bộ bị mắt trong quả trình truyền

Các yêu cầu can thiết của quả trính đồng bộ lả: thu nhanh chong va tin cay, khả năng chống giám sát và gây nhiều điện tử, suy giảm nhỏ của các tham số hệ thống (phạm vị, chất lượng, giữ chậm ) Luận văn trình bày thực hiện tính toán của

sơ đồ đồng bộ mới dựa trên đồng hỏ thời gian thực No phủ hợp với vô tuyển nhảy

tân cham lam việc trong chế độ push-to-talk, trong đỏ quả trình đồng bộ phải được hoàn thành trước khi truyền dữ liệu

Kết luận chương 2

Chương 2 đã trình bày khái quát vẻ câu trúc cơ bản của một thiết bị võ tuyên

cỏ câu hình mềm vả các khối chức năng cơ bản nhất của hệ thông như trộn số, tô hop tan số, các bộ lọc Đồng thời cấu trúc và chức năng của bộ chuyền hạ tần số

DDC, bộ chuyên đổi tân số lên DUC cũng đã được chỉ ra Thiết kể cụ thể và các

tham số cho vả điều khiên cho từng thành phân sẽ được trình bày trong chương tiếp

theo

=›28:<

Trang 33

Chương 3: Thiết kế mảy vô tuyên

Chương 3: THIẾT KÉẺ MÁY VÔ TUYẾN

3.1 Tham số và sơ đồ cầu trúc của thiết bị

3.1.1 Tham số của thiết bị

Luận văn thực hiện thiết kế chẻ tạo vả thử nghiệm thiết bị thông tin vô tuyên

sóng ngắn nhảy ứng dụng trong liên lạc quân sự

Thiết bị thu phát vô tuyên dai tan HF công suất nhỏ làm việc trong dãi tần 1.5-

30MHz Thiết bị có khả năng thu — phát tín hiệu thoại, bảo với các dạng sóng SSB,

CW

Các tham số thiết kế

Dài tân công tác:

Chẻ độ làm việc:

D6 chon loc lan ean (SSB):

Độ nhạy máy thu:

<IuV 110dB

Dieu ché SSB: (0,3 — 3)kHz

4-6W SWR <2

Trang 34

3.1.2 Sơ đồ khối của thiết bị

Thiết bị máy vô tuyển được thiết kế với sơ đỏ khỏi tổng thể như trên hình 3.1

+ Mạch âm tân L, ch cao tản Khuếch đại Lọc thông L, | nà huệng

Trang 35

-31-Chương 3: Thiết kế mảy vô tuyên

3.2 Thiết kế các khối chức năng

3.2.2 Khối xử lý tín hiệu RE/LF

a) Thiết kế phần cứng

Mạch xử lý tin hiệu đâm bảo thực hiện được các chức năng chính:

¢ Khuéch dai va xr ly tin hiéu am tan

«Các yêu câu vẻ điện, trở kháng tương đương với bảng mạch

Với các tính năng và chỉ tiêu kỹ thuật đẻ ra, thiết kế sử dụng FPGA Spartan 6 lam IC xử lý chỉnh IC biến đổi ADC, DAC 24bit song song tóc độ lấy mẫu lên tới

250MHz Thạch anh tạo dao động chuẩn cho hệ thông là 1S0MHz

Trang 36

Hình 3.3: Bảng mạch LE/RF được lắp ráp b) Thiết kế phần mềm

bL Bộ tô hợp tàn số (DDS - Direct Digital Synthesizer)

Chỉ tiêu và các tham số: Yêu cầu bộ dao động tạo ra các mâu tín hiệu số

chuẩn, gồm 2 tín hiệu hình sin lệch pha nhau 90 độ

œ Tân số tín hiệu can tao ra: 1.5+30MHz (lién tục với độ phân giải 1Hz); 1,5kHz, 1.5-30MHz lả tần số sóng mang của thiết bị, 1.5kHz là tàn số cần

cho so dé diéu ché/giai diéu che SSB Tirmé diéu khién tan so: 32 bit

¢ Kich thude bang ROM: 1024 bytes

« Với dao động chuẩn 1,5kKHz được cô định về số mẫu và không có điều

khiển

2293's.

Trang 37

Hinh 3.5: Phé tan sé song mang 10,24MHz trén may phan tich pho

b2 Thiết ké bd loc FIR

Câu trúc bộ lọc được thiết kế:

Trang 38

Data In rer

Loop s.() MAC

Hình 3.7: Dée tuyén ctia bé loc FIR théng thap tan sé céit 2.4kH=

Hảm truyền của bộ lọc thu được bằng mét thanh ghi dich và một vong lặp mả

trong đỏ các hệ số bộ lọc được nhân với các giá trị của thanh ghi dịch Tổng của các tích này xác định giá trị đầu ra lọc,

" mâu

Loe CIC là trường hợp đặc biệt của bộ lọc pha tuyển tính đáp ứng xung hữu

han (FIR) Bộ loc CIC không yêu cầu các bộ nhân mà sử dụng một số lượng hạn

chế vùng nhở Bởi vậy bộ lọc CIC hiệu quả hơn những bộ lọc FTR trong một số ứng,

dụng nhất định CIC thường sử dụng trong các hệ thông đa tốc độ với hệ số chuyên

đổi tần số lầy mâu lớn như bộ biên đổi xuống só (DDC), bộ biến đổi lên số (DUC) trong các hệ thống thông tin

Tiêu đề	Nghiên cứu hệ thống vô tuyến cấu hình mềm sdrs và ứng dụng trong việc chế tạo thiết bị thông tin vô tuyến sóng ngắn sóng cực ngắn
Tác giả	Lâm Viết Huy
Người hướng dẫn	PGS.TSKH.Trần Hoài Linh
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện tử
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	3,87 MB