báo cáo tốt nghiệp thiết bị viba số RMD 904

Hai luồng số liệu này được đưa vào hai bộ trộn cân bằng với tần số sóng mang trung tần IF 220MHz điều chế 2PSK của hai nhánh, được đưa vào bộ cộng kết hợp hai tín hiệu của hai bộ trộn sẽ

BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT VIBA SỐ

Đề tài: Thiết bị viba số RMD 904

Giảng viên: Phạm Văn Ngọc Lớp: Kỹ thuật viba số N05 Nhóm thực hiện: 1 Trần Văn Bốn

2 Phạm Hồng Hiên

3 Diệp Thu Huyền

4 Lê Xuân Hòa

5 Nguyễn Mạnh Linh

6 Đặng Thanh Luân

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2012

MỤC LỤC

THIẾT BỊ VIBA SỐ RMD 904

1 Giới thiệu chung RMD 904

Hãng AWA sản xuất các hệ thống viba số làm việc ở các băng tần 900MHz, 1500MHz và 1800MHz Các thiết bị và tuyến viba số của hãng này sử dụng phương thức điều chế pha vuông góc QPSK Hệ thống cho phép truyền dẫn các luồng 2Mb/s, 2×2Mb/s

và 4×2Mb/s sử dụng mã đường HDB3 ở mức công suất +37dBm (5Wat).Cấu trúc Modul của thiết bị cho phép dễ dàng bảo quản và sửa chữa.Các thiết bị viba số này có thể được sử dụng để tổ chức các tuyến đơn hay nhiều trạm cho thông tin đường trục hoặc đường nhánh Có thể tổ chức chúng theo cấu hình truyền dẫn không dự phòng với một máy phát và máy thu ở từng phía Cũng có thể tổ chức chúng ở dạng truyền dẫn có

dự phòng để đạt được độ tin cậy cao hơn Tồn tại các phương thức dự phòng sau đây thiết bị: Dự phòng ấm, dự phòng nóng, phân tập tần số, phân tập không gian.Ở trạm có dự phòng khi xẩy ra sự cố thì máy thu và máy phát dự phòng được chuyển mạch bảo vệ (Protecttion Switch) chuyển vào chế độ công tác

Thiết bị viba số RMD-904 được sản xuất bởi AWA để sử dụng trong các hệ thống viba số làm việc ở các băng tần hẹp từ 820 MHz - 960 MHz RMD 904 là thiết bị viba số đầu tiên được đưa vào lắp đặt khai thác trên mạng truyền dẫn viba số ở nước ta Hiện nay thì hầu hết các tỉnh, huyện trong cả nước đều đang sử dụng, khai thác thiết bị này

Hình 1: Sơ đồ khối thiết bị thu phát RMD 904

2 Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống RMD 904

 Dung lượng: 60 kênh thoại (2×2Mb/s)

 Băng tần vô tuyến: 820 MHz– 960 MHz

 Công suất ra ở chỗ đấu anten: +37 dBm

 Ngưỡng thu: -90 dBm

 Điều chế tín hiệu số: OQPSK

 Đầu vào số liệu: HDB3 2,048 Mbit/s, 75Ω không cân bằng

 Điều chế kênh nghiệp vụ: FM

 Di tần kênh nghiệp vụ: 15kHz

 Đáp tuyến tần số kênh nghiệp vụ 300÷2200 Hz : +2dB ÷ 3 dB

 Mức vào kênh nghiệp vụ (600Ω): 0dBm

 Mức ra kênh nghiệp vụ (600Ω): 0dBm

 Tỉ số tín hiệu / tạp âm: >40dB (dBm op/chặng)

 Tần số tone gọi: 2,0 kHz

 Điều chế kênh giám sát: FM

 Di tần kênh giám sát: 5 kHz/tone

 Đáp tuyến tần số kênh giám sát 2,7 kHz – 5,0 kHz : + 2 dB ÷3dB

 Mức vào kênh giám sát (600Ω):-10dBm

 Mức ra kênh giám sát (600Ω):-10dBm

 Nguồn cung cấp: Điện áp một chiều DC : -24 V hoặc -48 V

 Công suất tiêu thụ toàn bộ trên một máy đầu cuối:

 Hệ thống vi ba có các phương pháp dự phòng:

 Dự phòng ấm (warm standby)

 Dự phòng nóng (hot standby)

 Phân tập tần số (frequency diverity)

 Phân tập không gian (space diversity)

 Để thực hiện bảo vệ, trạm viba có dự phòng được lắp bộ chuyển mạch bảo vệ (protection switch)

 Thiết bị thu phát làm việc với phiđơ là cáp đồng trục trở kháng 50Ω

 Tùy theo điều kiện thực tế yêu cầu, thiết bị viba làm việc với anten parabol đường kính: 0,9m; 1,2m; 1,8m; 2,4m

3 Điều chế trong thiết bị vi ba số RMD 904

Máy thu phát viba số sử dụng kiểu điều chế số OQPSK điều chế pha 4 trạng thái

mã hóa trực tiếp (Offset Quadrature Phase Shif Keying)

Bộ điều chế OQPSK được gọi là điều chế pha cầu phương Mỗi một luồng số liệu được xử lý bằng mạch điều khiển, hạn chế mức và đi qua bộ lọc thông thấp Hai luồng số liệu này được đưa vào hai bộ trộn cân bằng với tần số sóng mang trung tần IF 220MHz điều chế 2PSK của hai nhánh, được đưa vào bộ cộng kết hợp hai tín hiệu của hai bộ trộn

sẽ tạo được ra tín hiệu OQPSK Tín hiệu sóng mang tần số 220MHz được lấy từ bộ dao

động thạch anh 73,333MHz và được nhân ba (bội tần bậc 3)

Bộ chuyển đổi mã từ đơn cực sang lưỡng cực (mã NRZ) với biên độ ±0,7V do hai Doide trong mạch 9V4 (9V3) với cả hai luồng số hiệu A và luồng số hiệu B Sau đó các luồng số này đi qua mạng RC để giảm chậm các sườn xung sao cho tỷ số đấy có thể điều chỉnh thật bằng nhau ở đầu ra của bộ biến đổi mã

Hai tín hiệu sóng mang 220MHz được cân bằng bằng cách điều chỉnh mức 1 chiều (DC) trong 2 bộ trộn được sử dụng điều chỉnh bù trong bộ khuếch đại 9N2 và 9N3.

Tức là lần lượt điều chỉnh các chiết áp 9R57 và 9R58. Đồng thới một trong hai tín hiệu

sóng mang 220MHz được đưa qua bộ lệch pha 90º sau đó mới được đưa vào bộ điều chế pha: 2PSK Tín hiệu ra của mỗi bộ điều khiển 2PSK có tần số 220MHz và pha lệch nhau 90º rồi tiếp tục đưa qua bộ tổng hợp (trộn hai sóng mang có điều chế này với nhau) Đầu

ra của nó sẽ thu được tín hiệu sóng mang IF 220MHz và có điều chế pha cầu phương OQPSK đưa qua bộ khuếch đại tuyến tính tín hiệu sóng mang này được khuếch đại về biên độ điện áp để đưa sang bộ trộn nâng tần

4 Máy phát RMD 904

Hình 2:Sơ đồ khối máy phát RMD 904

Máy phát RMD 904 gồm các khối chính:

 Khối xử lý băng tần cơ sở phát TxBB (Transmitter Base Band)

 Khối kích thích (Exciter)

 Khối khuếch đại công suất phát PA: Power Amplifier

 Khối hiển thị máy phát Tx Dislay

Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát RMD 904:

 Công suất ra: +37dBm

 Trở kháng ra: 50Ω

 Độ ổn định tần số: +15ppm

 Bước nhảy tần số: 100KHz

 Nhiễu phát ra: <-60dBc

 Công suất tiêu thụ:

 Khi công suất ra 5W: 51W

 Khi công suất ra 1W: 31W

Trên cơ sở các khối chức năng, máy phát RMD 904 lần lượt thực hiện: nhận hai luồng số 2048Kb/s mã HDB3 ghép thành luồng 4,245Mb/s, ngẫu nhiên hóa, biến đổi nối tiếp thành song song, mã hóa vi sai điều chế vào sóng mang trung tần IF phát 220MHz theo phương pháp OQPSK, trộn nâng tần thành tín hiệu RF trong giải tần phát, khuếch đại tín hiệu RF đạt mức công suất phát 5W (37dBm) Xử lý tín hiệu kênh nghiệp vụ và kênh giám sát tạo thành tín hiệu băng tần cơ sở phụ 5KHz điều tần vào sóng mang RF

trước khi trộn nâng tần tín hiệu IF phát 220MHz Giám sát, xử lý, biến đổi các tín hiệu để tạo ra các tín hiệu thể hiện sự cố, mức tín hiệu điều khiển hiển thị

4.1 Khối xử lý băng tần cơ sở phát TxBaseband

Khối được chia thành các thành phần chức năng: xử lý băng tần cơ sở chính (số),

xử lý băng tần cơ sở phụ (tương tự), cấp nguồn một chiều, mạch khuếch đại logarit và các mạch hiển thị cảnh báo

Nguyên lý hoạt động: Khối thực hiện nhận 2 luồng 2048Kb/s mã HDB3 từ tổng đài hoặc máy ghép kênh hoặc các thiết bị khác đến ghép thành một luồng 4,245Mb/s mã NRZ, sau đó được ngẫu nhiên hoá, chia thành 2 luồng 2,1225 Mb/s, được mã hoá vi sai trước khi đưa đến khối điều chế Tín hiệu kênh nghiệp vụ, kênh giám sát được ghép thành tín hiệu băng tần cơ sở phụ 5KHz đưa đến điều tần vào sóng mang RF

Hình 3: Khối băng tần cơ sở phát

4.1.1 Khối băng tần cơ sở phát chính

Nhiệm vụ chính của khối băng tần cơ sở phát chính gồm:

 Khôi phục CLK từ luồng số HDB3 vào

 Biến đổi luồng số từ mã HDB3 thành mã NRZ

 Ghép hai luồng số 2048 kb/s (mã HDB3) thành luồng số 4,245 Mb/s (mã NRZ) bao gồm các bit dữ liệu,các bit từ đồng bộ khung truyền (pairty), các bit định tuyến (nếu có), các bit kênh nghiệp vụ số (nếu có)

 Ngẫu nhiên hóa luồng số 4,245 Mb/s biến đổi nối tiếp thành song song và mã hóa

vi sai chia thành 2 luồng 2,1225Mb/s Mục đích chính của ngẫu nhiên hóa:

- Để truyền đồng hồ cho đồng bộ phía thu

- Để tránh phổ vạch dẫn đến khóa nhầm pha phía thu

- Để giảm nhiễu giữa các máy vi ba hoạt động gần tần số

 Chèn AIS (Alarm Indication Signal) trong trường hợp các luồng số vào bị sự cố thì mạch giám sát cảnh báo tạo ra tín hiệu cảnh báo đưa đến điều khiển hiển thị đồng thời cho phép bộ dao động AIS 2048KHz chèn vào luồng số bị sự cố đó Nếu

bộ ghép kênh (hai luồng 2048Kb/s thành 4,245Mb/s) bị sự cố thì cũng tạo ra tín hiệu cảnh báo sự cố ghép kênh đi đến điều khiển hiển thị cảnh báo đồng thời mạch dao động AIS 4,245MHz chèn tín hiệu AIS vào luồng4,245Mb/s

 Ngoài ra còn có mạch hội chuẩn để đưa ra các hiển thị cảnh báo hay giao tiếp với mạng quản lý

4.1.2 Khối băng tần cơ sở phụ phát

Khối chức năng xử lý, kết hợp các đầu vào tín hiệu tương tự tần số thấp thành tín hiệu băng tần cơ sở phụ xử lý tiếng nói và các đầu ra tai nghe

 Các tín hiệu ra:

- Đầu ra tín hiệu băng tần cơ sở phụ đưa tới khối kích thích để điều tần sóng mang RF

- Đầu ra tín hiệu tiếng nói đã được xử lý đưa tới giao diện bên ngoài

- Đầu ra tiếng nói kênh nghiệp vụ đưa tới tổ hợp Handset (thiết bị cầm tay)

 Các tín hiệu vào:

- Đầu vào micro, nhận tiếng nói từ ống nói tổ hợp đưa tới mạch khuyếch đại và lọc thông thấp 2KHz để có biên độ đủ lớn

- Đầu vào tiếng nói, hai mạch sẵn sàng nhận tín hiệu thoại từ máy thu bên cạnh và một để nhận tiếng thoại từ máy phát bên cạnh (trạm chuyển tiếp)

- Đầu vào tín hiệu tone gọi 2KHz (tín hiệu báo gọi cho kênh nghiệp vụ), tín hiệu này chỉ được tạo ra khi người vận hành ấn nút Call trước máy phát

- Đầu vào tín hiệu kênh giám sát (2,7 -5 KHz), có hai đầu vào một để nhận thông tin từ máy thu bên cạnh một để nhận thông tin từ thiết bị giám sát

Hình 4: Khối băng tần cơ sở phụ

4.1.3 Bộ khuếch đại logarit và mạch cảnh báo

Các yêu cầu về chỉ thị trạng thái và sự cố của hệ thống đều được xử lý rồi đưa ra hiển thị trước mặt máy Một mạch giám sát sự cố phần phát sẽ thực hiện việc giám sát các

sự cố :

+ Sự có số liệu vào

+ Sự cố mức công suất phát

+ Sự cố tổng hợp tần số

+ Sự cố ghép kênh

Để giám sát xác định mức công suất phát một mạch điện được thiết kế trích năng lượng sóng cao tần tại đầu ra khối khuyếch đại công suất sau đó thực hiện: nắn, khuyếch đại logarit rồi kích hoạt làm sáng một trong 20 vạch ở thanh LED ngang trên mặt máy Phạm vi cho phép hiển thị mức công suất phát từ +30 đến +37dBm Mức thường dùng khoảng 32 đến 34dBm

Mạch logic cảnh báo thường trực giám sát các tín hiệu trong máy phát và một số tín hiệu điều khiển từ chuyển mạch bảo vệ Khi các thông số tín hiệu tại điểm giám sát vượt quá một giá trị ngưỡng thì mạch sẽ tạo ra 1 mức logic kích hoạt các đèn cảnh báo tương ứng

Giả sử với:

+ Mạch giám sát số liệu vào DATA IN: Thường trực giám sát các luồng số HDB3 vào, nếu một trong hai luồng bị sự cố thì tạo ra tín hiệu kích thích đèn DATA IN sáng

+ Mạch giám sát mức tín hiệu RF LEVEL: Thường trực giám sát mức tín hiệu RF phát tại đầu ra khối khuyếch đại công suất khi mức công suất phát hiện thời nhỏ hơn mức công suất danh định 3dB thì tạo tín hiệu logic kích hoạy đèn cảnh báo RF LEVEL phía trước mặt máy phát

4.1.4 Bộ cấp nguồn một chiều

Khối nguồn máy phát có thể làm việc với điện áp vào là -24VDC hoặc -48VDC

Bộ nguồn có mạch bảo vệ chống đấu ngược điện áp một chiều, mạch bảo vệ quá áp, mạch bảo vệ quá dòng, mạch chống nhiễu do làm việc ở chế độ xung Nguồn này thực hiện biến đổi và ổn áp theo nguyên lý điều chế độ rộng xung

Hình 5: Sơ đồ khối cấp nguồn

Các điện áp vào:

 Đối với điện áp vào -24VDC, mạch làm việc với giải điện áp vào từ - 20V đến -30V, dương nguồn nối đất

 Đối với điện áp vào -48VDC, mạch làm việc với giải điện áp vào từ - 40V đến -60V , dương nguồn nối đất

Các điện áp ra:

 ± 5v cung cấp cho các vi mạch số toàn máy

 +10v cấp điện cho các transistor khuyếch đại điện áp

 +20v cấp điện cho các transitor khuyếch đại công suất phát

 +36v cấp điện cho mạch tổ hợp tần số, điều khiển varicap

4.2 Khối kích thích

Nguyên lý hoạt động: Thực hiện điều chế hai luồng số liệu sau khi đã được mã hoá

vi sai vào sóng mang trung tần 220MHz theo phương pháp điều chế OQPSK Sau đó tín hiệu IF phát được trộn nâng tần với tần số sóng mang RF nằm trong băng tần công tác Sóng mang RF sử dụng để trộn nâng tần được tạo ra từ một bộ dao động điều khiển điện

áp VCO và vòng điều khiển tổng hợp tần số Tín hiệu sau khi trộn nâng tần được lọc, khuyếch đại và khống chế mức +8dBm đưa tới khối khuyếch đại công suất.Tín hiệu băng tần cơ sở phụ 5KHz gồm tín hiệu kênh nghiệp vụ, tín hiệu kênh giám sát, tín hiệu tone được truyền đi bằng cách điều tần vào sóng mang cao tần RF với độ di tần cực đại 15KHz trước khi tới bộ trộn nâng tần tín hiệu IF 220MHz Kết quả đầu ra của bộ trộn nâng tần tín hiệu RF phát chứa các thông tin của luồng số từ tổng đài hoặc các thiết bị khác và các thông tin nghiệp vụ

Hình 6: Khối kích thích

Modul kích thích gồm ba khối chức năng chính:

- Khối điều chế OQPSK

- Khối trộn nâng tần

- Khối tổng hợp tần số

4.2.1 Khối điều chế OQPSK

Điều chế OQPSK bao gồm việc tạo ra hai luồng số đồng pha (ký hiệu I) và vuông pha (ký hiệu Q) ở bộ biến đổi nối tiếp vào song song và sau đó lấy hai luồng số liệu lệch pha 900 này điều chế cho hai sóng mang trung tần có pha lệch nhau 90°.Quá trình này được thực hiện ở hai bộ trộn cân bằng Đầu ra của hai bộ trộn cân bằng được kết hợp nhau

và điều chỉnh mức để tạo ra một tín hiệu duy nhất IF phát Kết quả ta được tín hiệu vô tuyến có pha dịch theo "sự lập mã" của hai dòng số điều chế

Cụ thể : Giả sử từ một luồng số sau khi biến đổi từ nối tiếp vào song song ta nhận được hai luồng số liệu độc lập S1 và S2 Ở một thời điểm bất kỳ cặp cặp bit của S1 và S2 có thể trình bầy một trong 4 trạng thái (00, 01, 11.10) Vậy khi lấy mẫu S1 và S2 đồng thời ở các thời điểm từ t1 đến t4 ta có thể trình bầy 4 mã bằng 4 trạng thái tương ứng với 4 góc pha của sóng mang được điều chế như sau:

4.2.2 Bộ tổng hợp tần số

Nguyên lý hoạt động: Bộ tổng hợp tần số làm việc trên cơ sở vòng khoá pha Nó cho phép thay đổi tần số phát với bước nhảy 100KHz bằng cách thiết lập

hệ số chia cho bộ chia khả lập trình bởi các chuyển mạch BCD Trước hết tần số dao động VCO được đưa qua hai bộ chia 4 (thành bộ chia 16) tạo thành mẫu tần

số từ 75 - 82MHz Sau đó mẫu tần số này đựơc chia một lần nữa nhờ bộ chia định thang ECL (chia 10 hoặc chia 11) được tần số là 7,5 - 8,2 MHz Tín hiệu này được đưa đến bộ chia vạn năng khả lập trình Số chia của bộ chia này có thể lập trình được bằng 4 chuyển mạch BCD Tần số nhận được sau khi chia đưa tới bộ so sánh Các sai lệch về tần số và pha được khuếch đại và lọc rồi đưa tới varicap của

bộ VCO để điều chỉnh lại tần số của bộ dao động VCO cho đến khi không còn sai lệch

Hình 7: Sơ đồ bộ tổng hợp tần số

4.3 Khối khuếch đại công suất

Nguyên lý làm việc: Khối khuếch đại công suất bao gồm 4 tầng khuếch đại tuyến tính siêu cao tần dùng Transistor lưỡng cực để đảm bảo khuếch đại công suất từ +8dBm lên mức (30 - 37dBm) theo yêu cầu Hệ số khuếch đại của hai tầng khuếch đại cuối có thể điều khiển được bằng chiết áp Định thiên cho 4 tầng khuyếch đại công suất bằng tấm định thiên riêng Khối còn thực hiện cách li giữa máy phát và phiđơ anten bằng một bộ cách sóng Nhờ bộ cách sóng này mà đảm bảo tránh hiện tượng phản xạ sóng khi hở tải Trích một phần sóng cao tần để tạo tín hiệu ALC điều khiển các tầng khuyếch đại trong khối kích thích đảm bảo mức tín hiệu vào +8dBm

Do định thiên cho các tầng khuyếch đại công suất bằng tấm định thiên riêng dùng các Transistor như một nguồn dòng ổn định mà công suất ra của máy phát được ổn định cao

Tín hiệu đầu vào nối tới khối kích thích bằng đầu nối loại SMB Tín hiệu ra nối qua bộ cách sóng bằng các đầu nối dạng SMA trở kháng 50Ω

Hình 8: Sơ đồ khối khuếch đại công suất

4.4 Khối hiển thị

Tấm hiển thị được lắp ráp ở mặt trước máy phát Tấm có ba đèn LED cảnh báo màu đỏ và một bộ hiển thị 20 vạch LED để chỉ thị các mức công suất phát hiện thời Khối

có nhiệm vụ nhận tất cả các tín hiệu chỉ thị về trạng thái làm việc của hệ thống truyền dẫn điều khiển các đèn cảnh báo tương ứng sáng Máy được thiết kế hiển thị trạng thái sự cố tín hiệu phần phát và hiển thị mức công suất phát

5 Máy thu RMD 904

Máy thu vi ba số RMD-904 có nhiệm vụ thu sóng mang siêu cao tần đã điều chế ở phía phát, để xử lý và giải điều chế để khôi phục lại các tín hiệu số và tín hiệu tương tự

đã được điều chế Tín hiệu số là 2 luồng số 2Mb/s HDB3 để chuyển tới các thiết bị thông tin khác Tín hiệu tương tự của băng tần cơ sở phụ gồm âm thoại kênh nghiệp vụ tone báo hiệu và tín hiệu kênh giám sát

Hình 9: Sơ đồ khối máy thu RMD 904

Máy thu RMD-904 gồm có 4 khối chính:

- Modul biến đổi hạ tần - Convertor Modul

- Modul trung tần - IF Modul

- Tấm mạch băng tần cơ sở thu - RxBaseBand

- Tấm mạch hiển thị (Rx Display)

Một số chỉ tiêu kĩ thuật được đưa ra cho phần thu của thiết bị viba số RMD- 904 như sau: