BÀI BÁO CÁO THU PHÁT VÔ TUYẾN: Bộ thu không dây: Kiến trúc và loại bỏ hình ảnh

HỌC VIÊN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI BÁO CÁO THU PHÁT VÔ TUYẾN Giảng viên: Nguyễn Viết Đảm Họ tên sinh viên: Nguyễn Mạnh Cường Mã sinh viên: B18DCVT041 Lớp D18CQVT01-B Hà Nội, 28 tháng 11 năm 2021 Chương 2: Bộ thu không dây: Kiến trúc loại bỏ hình ảnh 2.1 Giới thiệu Ngay Armstrong phát minh kiến trúc máy thu heterodyne cách tám thập kỷ [1], việc loại bỏ hình ảnh lên vấn đề quan trọng thiết kế máy thu vơ tuyến Vấn đề hình ảnh phát sinh từ thực tế nhiễu vô tuyến tần số hình ảnh bị chuyển đổi xuống tần số trung gian (IF) tín hiệu mong muốn làm hỏng tín hiệu Phương pháp truyền thống để loại bỏ nhiễu hình ảnh sử dụng lọc thông dải yếu tố chất lượng cao (Q-factor) trước trộn RF Lúc tất thành phần điện rời rạc, lọc loại bỏ hình ảnh Hiện tại, phần lớn số linh kiện ghép lại với thành mạch tích hợp nhỏ, khơng có lọc loại bỏ hình ảnh Đối với tích hợp máy thu mức cao, cách tiếp cận không ưa chuộng Cách tiếp cận thứ hai để loại bỏ hình ảnh sử dụng trộn phức tạp, trộn loại bỏ hình ảnh, nguyên tắc không cần lọc Máy thu loại bao gồm máy thu Harley Weaver Tuy nhiên, tương tự thực tế lỗi mạch, chủ yếu cân kênh Q, thu cung cấp hiệu suất loại bỏ hình ảnh khơng đủ Chúng ta thảo luận chi tiết vấn đề Hầu máy thu đại sử dụng sơ đồ điều chế / giải điều chế cầu phương Chúng bắt đầu chương cách giải thích lý lược đồ điều chế cầu phương sử dụng, đặc biệt hệ thống truyền thơng kỹ thuật số sau chúng tơi trình bày kiến trúc máy thu variolls bao gồm máy thu heterodyne, homodyne, loại bỏ hình ảnh IF thấp tập trung vào vấn đề từ chối hình ảnh chúng Cuối cùng, khái niệm radio phần mềm khơng có vấn đề hình ảnh thảo luận ngắn gọn 2.2 Tại sử dụng điều chế cầu phương? Tín hiệu vơ tuyến vật lý ln tín hiệu thực Nhưng máy thu đại thường giải điều chế tín hiệu thành thành phần pha (1) thành phần vng góc (Q) Hình 2.1 Giải điều chế cầu phương thực trộn I / Q sử dụng hai dao động cục có tần số lệch pha 90 ° Các thành phần Q tín hiệu giải điều chế độc lập trực giao với Chúng mang thông tin khác Một thay đổi mà khơng ảnh hưởng đến Hình 2.1: Bộ giải điều chế Q Đầu tiên, băng thông tín hiệu đầu vào bị nghi ngờ hai đầu số hóa Điểm giải thích miền thời gian miền tần số Trong miền thời gian, tần số lấy mẫu fs., người ta phải lấy hai mẫu chu kỳ tần số đầu vào cao để đáp ứng lý thuyết lấy mẫu Nyquist; đó, tần số cao fs/2 Nếu có kênh Q, hai mẫu thu thập; đó, tần số cao mở rộng đến fs Trong miền tần số, đầu vào có thực có thành phần tần số dương âm, tần số cao mà khơng có mơ hồ fs / Đối với liệu phức tạp, có tần số âm ar dương phạm vi rõ rang mở rộng ta fs Thứ hai, điều chế kỹ thuật số dễ thực với điều chế I/Q Hầu hết điều chế kỹ thuật số ánh xạ liệu ta số điểm rời rạc mặt phẳng I/Q Chúng gọi điểm chịm [2] Khi tín hiệu di chuyển từ điểm sang điểm khác, điều chế biên độ pha đồng thời thường dẫn đến kết Để thực điều với điều chế biên độ điều chế pha khó phức tạp Điều xảy với điều biến pha thơng thường Tín hiệu có thể, bản, vòng tròn gốc hướng mãi, đòi hỏi khả chuyển pha vơ hạn Ngồi ra, dễ dàng điều chế biên độ pha đồng thời với điều chế I/Q Các tín hiệu điều khiển I Q bị giới hạn, quấn pha vơ hạn cách phân pha tín hiệu I Q 2.3 Máy thu Heterodyne Máy thu Heterodyne Armstrong phát minh vào năm 1918 [1] Nó thường cho người nhận lựa chọn Giống 98% máy thu sử dụng kiến trúc [3] Ví dụ tìm thấy [4, 5, 6, 7] Hình 2.2 cho thấy máy thu dị thể IF đơn lẻ chia thành hai giai đoạn Giai đoạn bao gồm song công, khuếch đại tiếng ồn thấp (LNA), lọc loại bỏ hình ảnh RF (bộ lọc thơng dải RF) trộn RF với cục bộ dao động Giai đoạn thứ hai bao gồm lọc chọn kênh (bộ lọc thông dải IF), điều khiển độ lợi tự động (AGC) giải điều chế I Q Hình 2.1 Trong số này, lọc thông dải RF IF thường lọc chip, giống lọc gốm ar gốm sóng âm bề mặt (SAW) [8, 9, 10] Hình 2.2: Một kiến trúc máy thu heterodyne điển hình Hình 2.3 hiển thị phổ tần số điểm không giống máy thu heterodyne Đầu tiên, tín hiệu đầu vào trộn RF chuyển sang tần số thấp fIF, sau qua lọc chọn kênh để loại bỏ nhiễu lân cận Cuối cùng, tín hiệu chọn kênh giải điều chế thành thành phần Q băng tần sở Lưu ý phổ đầu không đối xứng chất phức tạp Hình 2.3: Phổ tần số điểm khác máy thu heterodyne Vì tần số trung tâm thấp, nên lọc chọn kênh có yêu cầu thoải mái nhiều so với thực giai đoạn RF Ví dụ, tần số trung gian 10 MHz khoảng cách kênh 200 kHz, Qfactor 50 yêu cầu cho lọc Do đó, dễ dàng thu độ chọn lọc tốt Một ưu điểm khác IF thấp không khớp Q giải điều chế vng góc dễ dàng kiểm soát Tần số trung gian thấp yêu cầu lọc chọn kênh thoải mái Nhưng điều làm tăng khó khăn để loại bỏ nhiễu ảnh Để hiểu vấn đề này, giả sử tín hiệu RF COS ( RFt) tín hiệu LO COS ( RFt), WRF - WLO = WIF Nhân hai tín hiệu cho kết Tín hiệu mong muốn chuyển đổi thành IF Nhân LO với COS ( Wimg = WLO - WIF gọi tần số hình ảnh, thu được: imgt), Kết thành phần đầu có IF tín hiệu mong muốn EfIect gọi cưa hình ảnh Trong số trường hợp đặc biệt, nhiễu hình ảnh bí danh bị tách khỏi tín hiệu mong muốn thông qua việc lựa chọn cẩn thận tần số trung gian Một ví dụ điển hình máy thu FM phát sóng tiêu chuẩn Trong máy thu vậy, IF 10,7 MHz đảm bảo kênh hình ảnh nằm băng tần FM rộng 20 MHz Do đó, dị phân biệt tần số có xu hướng từ chối tín hiệu hình ảnh cho khơng phải tín hiệu FM Tuy nhiên, nhìn chung tín hiệu hình ảnh khơng thể phân biệt với tín hiệu mong muốn phải loại bỏ trước bị chuyển hướng xuống Theo truyền thống, điều thực lọc loại bỏ hình ảnh RF chip Bộ lọc loại bỏ hình ảnh có tần số trung tâm tắt RF phải loại bỏ hình ảnh khoảng cách 2fIF Nó rõ ràng việc giảm tần số trung gian thắt chặt yêu cầu lọc loại bỏ hình ảnh Vì vậy, có đánh đổi việc lựa chọn tần số trung gian Trong trường hợp tần số đầu vào cao, ví dụ 900 MHz GSM, nhiều giai đoạn IF thường áp dụng để giải tình trạng khó xử [11, 12, 13, 14] với chi phí nhiều phần cứng hơn, bao gồm nhiều hình ảnh off-chip -các lọc từ chối Tích hợp nguyên khối lọc loại bỏ hình ảnh thu hút ngày nhiều ý gần Bằng cách tích hợp nguyên khối, lọc SAW đắt tiền loại bỏ Hơn nữa, LNA không cần truyền tải 50 n trộn không cần phải thể trở kháng đầu vào 50 n Điều giải phóng nhiều khơng gian để tối ưu hóa điện tiêu thụ, số tiếng ồn (NF), độ lợi thông số thiết kế quan trọng khác LNA trộn Mặc dù khơng thể tích hợp BPF Q cao, bạn sử dụng lọc notch Trong [15, 16], bể LC chip khai thác để đặt rãnh tần số hình ảnh Trong [17], lọc rãnh CMOS không cuộn cảm đề xuất Các thơng số hoạt động lọc khía liệt kê Bảng 2.1 so sánh với thông số lọc RF SAW thương mại cho máy thu di động GSM Từ bảng này, thấy lọc notch có hiệu suất tốt việc loại bỏ hình ảnh, có nhược điểm NF, độ tuyến tính cơng suất tiêu thụ (trong lọc khơng có cuộn cảm) Một nhược điểm khác lọc notch cần phải điều chỉnh tần số Các ưu điểm máy thu heterodyne tóm tắt sau: (1) tính chọn lọc tốt; (2) yêu cầu lọc lựa chọn kênh thấp; (3) Phần bù DC vài giai đoạn loại bỏ BPF; (4) Sự không khớp I-Q xảy tần số thấp dễ kiểm soát sửa chữa Hạn chế cần có lọc từ chối hình ảnh Q cao Điều làm cho khó để đạt tích hợp đầy đủ 2.4 Máy thu từ chối hình ảnh Như đề cập đầu chương này, cách tiếp cận thứ hai để loại bỏ hình ảnh sử dụng trộn phức tạp, Bộ trộn loại bỏ hình ảnh cách gọi truyền thống Máy thu sử dụng trộn loại bỏ hình ảnh gọi loại bỏ hình ảnh người nhận Ưu điểm máy thu từ chối hình ảnh chúng khơng cần lọc loại bỏ hình ảnh Khơng có lọc loại bỏ hình ảnh, trung gian tần số đặt thấp cân yêu cầu lọc loại bỏ hình ảnh lọc chọn kênh thảo luận phần trước khơng cịn Do đó, thơng thường, đạt cách chọn lọc tốt nhờ lọc tích hợp với hệ số Q từ 10 đến 20 Các nguyên tắc hoạt động hạn chế thực tế hai thu loại bỏ hình ảnh truyền thống, cụ thể thu Hartley Weaver, thảo luận 2.4.1 Kiến trúc Hartley Kiến trúc đề xuất Hartley [19] vào năm 1928 Hình 2.4 cho thấy sơ đồ khối máy thu Nó bao gồm hai trộn phù hợp, pha 90o chuyển số, cặp LO lệch pha 90 ° cộng Một giải điều chế I / Q Hình 2.1 thêm vào cuối để tạo đầu băng tần sở cầu phương Hình 2.4: Nguyên lý máy thu từ chối ảnh Hartley Hình 2.4 cho thấy phổ tần số điểm khác máy thu Hartley Ở đây, tín hiệu cầu phương xác định để xác định tín hiệu pha 90o dịch pha xác định để dịch pha trước Trong miền tần số, dịch pha 90o tương ứng với việc nhân phổ tần số dương âm với j -j tương ứng Và hoạt động trộn tương ứng để chuyển đổi phổ đầu vào với phổ LO Trong Hình 2.4, WLO