(Luận văn) nghiên cứu chế tạo thiết bị trạm tích hợp kênh điều khiển trên sóng phát thanh

TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ TRÊN SÓNG PHÁT THANH

Hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh điều biên AM

Từ những năm 1980, nhiều tổ chức khoa học đã tiến hành nhiều thử nghiệm truyền dữ liệu trên sóng AM (AMDS - AM Data System) Các thử nghiệm cho thấy có thể truyền dẫn đồng thời dữ liệu tốc độ thấp với các tín hiệu phát thanh tần số thấp và tần số trung bình Tại đài BBC, một máy phát 198 kHz đã sử dụng điều chế pha của sóng mang để đạt đƣợc tốc độ truyền dữ liệu 50 b/s Một thử nghiệm sau đó tại Thụy Điển lại cho thấy vẫn có thể truyền đồng thời các luồng dữ liệu với tốc độ

200 b/s nhờ sử dụng điều chế pha ± 15° vào máy phát AM, với độ suy giảm chất lƣợng tín hiệu âm thanh khá nhỏ.

Cho tới năm 1986, nhiều thử nghiệm đã đƣợc tiến hành để tìm ra một phương pháp mã hóa băng gốc thích hợp sao cho phù hợp với các điều kiện lỗi bit của kênh AM trong các băng tần phát thanh tần số thấp, trung bình và cao.

Năm 1994, bên cạnh việc nhiều hệ thống thử nghiệm đã đƣợc thực hiện tại các đài phát thanh truyền hình ở Đức, Pháp, Hà Lan, và Vương quốc Anh, người ta cũng bắt đầu chú trọng đến việc ban hành các đặc tính kỹ thuật của các hệ thống truyền dữ liệu trên sóng AM, mà tổ chức tiên phong là EBU Tuy nhiên các đặc tính này chỉ liên quan đến việc mã hóa băng gốc cho việc phát quảng bá dữ liệu tại các tần số LF, MF và HF Đa số các thử nghiệm được tiến hành với phương thức điều chế sử dụng là điều chế pha, cho phép tốc độ bit tổng cộng là 200 b/s Ở Đức, một tổ chức chính phủ đã soạn thảo các đặc tính kỹ thuật của hệ thống AMDS và EBU đã sử dụng nó để mở rộng các đặc tính kỹ thuật của các hệ thống AMDS thời đó.

Ngoài ra, trong năm 1995, tổ công tác 10A của ITU-R đã chuẩn bị khuyến nghị ITU BS.706-1 cho AMDS Tuy nhiên, vấn đề lớn mà tất cả các tổ chức đều nhận thấy phương pháp điều chế được sử dụng là không tương thích với phát sóng đơn biên (SSB) - phương thức phát sóng sẽ ngày càng được sử dụng nhiều cho phát thanh truyền hình HF Ngoài ra, AMDS cũng không tương thích với hệ thống AM stereo, lúc đó đang đƣợc sử dụng tại Mỹ Vì hai lý do này mà hệ thống AMDS ngày càng ít đƣợc quan tâm nghiên cứu tiếp, và hiện nay thì hầu nhƣ không có máy thu phù hợp ngoại trừ một số mẫu máy thu đƣợc sử dụng cho thử nghiệm TMC, và DGPS tại các tần số LF và MF ở Đức. Đối với phát sóng HF, phương thức truyền sóng sử dụng một vài băng tần

HF khi truyền sóng ban ngày do các thay đổi về điều kiện truyền sóng trong tầng điện ly giữa ngày và đêm, AMDS chắc chắn sẽ đƣợc quan tâm chút ít nếu SSB không phải là một trở ngại Năm 1996, nhiều lựa chọn thay thế khác đã đƣợc nghiên cứu, ví dụ tại Mỹ là hệ thống RBDS và tại Hồng Kông là hệ thống ID logic.

Các tính năng của AMDS đƣợc mô tả trong đặc tính kỹ thật của EBU đều dựa theo ý tưởng về các tính năng của RDS, chẳng hạn như AF, DGPS, IH, RT, TDC, và TMC Trong số các tính năng mới có ATI, thông tin dò sóng cơ bản và chuyển mạch, thông tin lập lịch (SI và SIS), và thông tin thời gian (UTC) Thông tin

SI và SIS dựa trên tính năng EON của RDS cung cấp các dữ liệu đƣợc lập trình cho các máy thu có thể lưu trong bộ nhớ của chúng Tính năng này được thiết kế cho các ứng dụng HF mà việc thay đổi tần số và thay đổi chương trình có thể xảy ra trong mỗi khoảng thời gian từ 15 phút đến 1 giờ.

Năm 1996, vẫn có một số thử nghiệm trên dải tần LF, MF và HF cho các máy phát đặt tại châu Âu Đầu phát thanh Đức đã thử nghiệm TMC trên một máy phát LF phát tại 153 kHz Na Uy cũng tiến hành thử nghiệm DGPS trên 2 máy phát

MF có vùng phủ sóng là các khu vực ven biển, và Đức cũng tiến hành thử nghiệm hệ thống DGPS trên một máy phát 756 kHz.

Tính đến thời điểm này, có một số các mốc đánh dấu quan trọng sau đã hoàn hành:

+ Tháng 10/1994: Nhóm nghiên cứu của ITU 10 đã phát hành một báo cáo về phát thanh AM số.

+ Tháng 11/1994: Tại Berlin, Deutsche Telekom đã tiến hành thử nghiệm đầu tiên trên sóng MF, sử dụng SKYWAVE 2000 của Thomcast.

+ Tháng 2/1995: Một tổ chức của châu Âu đƣợc thành lập để tìm ra một cách tiếp cận hợp nhất.

+ Tháng 6/1996: EUREKA chấp nhận dự án mới EU 1559 phát thanh truyền hình kỹ thuật số (NADIB) với các thành viên tham gia gồm Deutsche Welle, đài phát thanh quốc tế pháp, Telefunken, Thomcast, Sony, Deutsche Telekom, Teracom và học viện Fraunhofer.

+ Tháng 12/1996: Bắt đầu phát thử nghiêm 1 giờ mỗi ngày trên sóng ngắn từ

+ Tháng 4/1997: Thành lập dự án hợp tác mới kỹ thuật số vô tuyến (DRM), với thành viên chủ trì là VOA (Voice of America) và mục đích là phát triển một hệ thống phát thanh kỹ thuật số sóng ngắn, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu, với các đặc tính của phát thanh quảng bá sóng ngắn tương tự hiện nay.

+ Năm 2010: Công ty cổ phần kỹ thuật số iBiquity đã tiến hành dự án thử nghiệm dịch vụ dữ liệu kỹ thuật số AM để tìm ra dịch vụ truyền dẫn dữ liệu Có thể cho phép các trạm phát thanh AM tương tự có thể cung cấp các dịch vụ dữ liệu tương tự như các chức năng của hệ thống RBDS trên sóng FM Dịch vụ dữ liệu kỹ thuật số AM đƣợc cấu trúc tương thích với phát quảng bá HD Radio IBOC trên sóng AM sao cho hiệu quả nhất về mặt kinh tế.

Nhìn vào tương lai của phát thanh quảng bá LF, MF và HF, dễ dàng nhận ra phát thanh AM tương tự sẽ sớm được thay thế bằng các hệ thống vô tuyến kỹ thuật số AM tại các dải tần số này Tất nhiên trong hệ thống mới đó sẽ chứa kênh truyền dữ liệu vô tuyến với các tính năng tương tự như các kênh truyền dữ liệu vô tuyến khác hiện đang đƣợc sử dụng bằng các công nghệ khác trên thế giới.

Hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh điều tần FM

Điều chế tần số hay được gọi là điều tần là một phương thức điều chế mà tần số của sóng mang tăng giảm theo tín hiệu âm tần và giới hạn tăng hay giảm này là +150KHz và -150KHz Bên cạnh đó, tần số sóng sẽ bị thay đổi phụ thuộc vào biên độ của thông tin nguồn nhƣ hình 1.1

Nhƣ vậy tần số sóng mang điều tần có dải thông là 300KHz và thay đổi theo biên độ của tín hiệu âm tần Sóng mang có biên độ không đổi với mạch điều chế tần số.

Hinh 1.2 Sơ đồ khối điều tần và khuếch đại công suất FM

- Một hệ thống máy phát FM thông thường gồm các khối chính như:

+ Khối khuếch đại công suất cao tần sử dụng đèn bán dẫn

Tín hiệu đƣợc truyền lần lƣợt từ khối phát đến khối điều chế, khối tiền kích,khối khuếch đại cao tần và điểm phát cuối cùng là tại anten Tại khối tiền kích, tín hiệu đƣợc khuếch đại vừa đủ khoảng 1-10W để đƣa vào khối khuếch đại cao tần.

Tại đây, tùy thuộc vào công suất của máy phát, tín hiệu đƣợc khuếch đại và truyền qua cáp dẫn sóng ra anten.

Nguyên lý phát âm thanh đa âm stereo FM sử dụng mach đa hợp phân tần đƣợc mô tả trong hình 1.3

Hình 1.3 Sơ đồ khối máy phát FM stereo sử dụng mạch đa hợp phân tần [1]

Quá trình phát : Hình 1.3 thực hiện kết hợp các kênh L, R với nhau để tạo thành những kênh L-R, L+R Kênh L-R đƣợc điều biên với tần số sóng mang phụ

38 kHz, để tạo ra kênh L-R có tần số từ 23 kHz đến 53 kHz Kênh L+R phải đƣợc làm lệch pha so với kênh L-R nhằm thuận tiện trong quá trình giải điều biên Sóng băng tần gốc 19 kHz truyền tốt hơn sóng mang phụ 38 kHz, vì sóng mang phụ 38 kHz rất khó tái tạo lại trong máy thu Tín hiệu dải gốc toàn phần đƣa vào máy phát

FM, tại đây nó đƣợc điều biên với sóng mang chính Phổ tần số FM dải gốc:

Hình 1.4 Phổ tần số FM dải gốc [1]

+ Phổ tần FM dải gốc bao gồm những kênh âm thanh từ 50 Hz đến 15 kHz. + Kênh âm thanh trái (L) + phải (R) gọi chung là kênh đa âm stereo L+R. + Kênh âm thanh trái (L) – (R): gọi chung là kênh đa âm stereo L-R.

+ Sóng mang phụ SCA đƣợc kết hợp với những dải biên của nó.

+ Kênh L+R đƣợc điều biên với sóng mang phụ 38 kHz để tạo thanh kênh L-

R Kênh L-R là dải biên kép đươc loại bỏ tín hiệu sóng mang và có dải thông từ 23 kHz đến 53 kHz, nó chỉ đƣợc sử dụng để truyền sóng FM stereo.

+ Dải tần sóng mang phụ nằm trên dải thông từ 60 kHz đến 74 kHz.

Những tín hiệu thông tin chứa trong dải kênh âm thanh đa ân stereo L+R và L-R thì đồng nhất với nhau ngoại trừ pha của chúng là khác nhau Sóng mang phụ đƣợc dải điều biên trong tất cả các máy thu FM mặc dù chỉ có những thiết bị SCA thật tốt mới giải điều biên đƣợc sóng mang phụ để tạo thành những tần số âm thanh. Với phương pháp truyền âm thanh đa âm stereo, độ di tần cực đại vẫn là 75 kHz (10%) đƣợc dành riêng cho truyền sóng mang phụ và 7,5 kHz khác dành riêng cho chủ sóng 19 kHz Trong thực tế phải giảm độ di tần đến tần số 60 kHz để máy thu đa âm stereo thu đƣợc những kênh đa âm stereo L+R và L-R Tuy nhiên những kênh đa âm stereo L-R, L+R không cần thiết phải giới hạn độ di tần đến tần số 30 kHz.

Công nghệ mã hóa DTMF, RDS

- Công nghệ mã hóa DTMF: Là hệ thống báo hiệu bằng cách sử dụng băng thoại tần số qua các trung tâm chuyển mạch để nhận tín hiệu giữa điện thoại và các thiết bị thông tin liên lạc khác DTMF đƣợc phát triển lần đầu tiên ở Hoa Kỳ Tại Việt Nam, công nghệ này đƣợc đặc biệt ứng dụng trong hệ thống truyền thanh không dây

Hình 1.5 Mã hóa đa tần DTMF [13]

Dùng công nghệ mã hóa đa tần DTMF trong hệ thống truyền thanh không dây còn nhiều hạn chế Do phải ngắt chương trình để chèn mã điều khiển nên khó đƣợc sử dụng rộng rãi.

- Công nghệ mã hóa RDS:

Hình 1.6 Mã hóa tín hiệu công nghệ RDS [3]

RDS là viết tắt của từ Radio Data System hay hệ thống dữ liệu qua sóng phát thanh Đây là giao thức chuẩn cho việc gửi thêm thông tin kỹ thuật số trên các chương trình phát thanh qua sóng FM Hệ thống RDS sẽ chuẩn hóa các thông tin đƣợc truyền đi và thông tin về đài phát thanh Ƣu điểm của công nghệ RDS này là phát mã liên tục trong khi chương trình đang phát mà không ảnh hưởng đến chương trình Hệ thống phát thanh FM sử dụng công nghệ RDS trên băng tần từ 54 MHz đến 108 MHz Với ƣu điểm này thì công nghệ RDS sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi trong hệ thống phát thanh FM tại Việt Nam.

Hệ thống RDS ( Radio Data System)

Chuẩn RDS đƣợc giới thiệu lần đầu tiên để phục vụ cho việc xử lý tín hiệu cho mã hóa RDS (ở các nước Châu Âu), chuẩn RBDS là phiên bản khác với tên gọi khác của RDS đƣợc cải biên để phù hợp với các yêu cầu ở Bắc Mỹ Hệ thống RDS ứng dụng tại các trạm phát sóng VHF/FM trong khoảng tần từ 87.5MHz tới 108.0 MHz và nó có thể mang thông tin được cả cho chương trình âm thanh đa âm (stereo) và đơn âm (mono) Trong khi vẫn phát các chương trình hiện tại mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng của chương trình đang phát Hệ thống này cho phép các trạm phát sóng truyền thêm hoặc điều khiển từ xa các loại thông tin thông qua các tín hiệu số đƣợc mã hóa, các tín hiệu này sau đó đƣợc nhận và hiển thị trên thiết bị thu tín hiệu.

Hình 1.7 Sơ đồ khối máy phát dùng bộ mã hóa RDS [3]

RDS có khởi nguồn tại Châu Âu, và cũng đƣợc phát triển tập trung đầu tiên tại đây Ý tưởng đầu tiên của RDS xuất phát từ nhà cung cấp dịch vụ truyền hình của Pháp (hiện là Đài truyền hình Pháp) Tại Đức, RDS đƣợc phát triển bởi trung tâm nghiên cứu phát thanh truyền hình công cộng IRT và nhà sản xuất đài thu thanh cho hãng xe Blaupunkt RDS ra đời từ một hệt thống kiểm soát giao thông công cộng (ARI) và sử dụng để truyền các thông tin về giao thông cùng với tín hiệu phát thanh quảng bá FM với tần số phụ 57kHz cho đến ngày nay.

Cùng với việc sóng mang phụ họat động tại các tần số hài của tín hiệu băng gốc, việc này sẽ giảm thiểu xuyên nhiễu gây ra cho các tín hiệu âm tần RDS hoạt động bằng cách chèn thêm dữ liệu số dữ liệu vào tín hiệu băng gốc đƣợc sử dụng để điều chế sóng mang tần số vô tuyến Phương thức này không làm nhiễu tín hiệu trong khi vẫn cho phép truyền dữ liệu tại tốc độ thích hợp

Các thử nghiệm nhận thấy sóng mang phụ có độ lệch tối thiểu là ±1 kHz. Việc lựa chọn sóng mang phụ rất quan trọng trong việc đáp ứng yêu cầu làm giảm thiểu nhiễu tín hiệu dữ liệu vào các kênh âm thanh ở các máy thu hiện nay Tuy nhiên dưới điều kiện truyền dẫn đa đường Tại mức này, không phát hiện thấy nhiễu từ kênh dữ liệu trong quá trình nghe đài Nhiễu ở các kênh âm thanh cũng sẽ tăng lên và thường được chọn ở mức ±2 kHz

Hình 1.8 Phổ của tín hiệu RDS và ARI [3]

Hình 1.8 mô tả chi tiết hơn phổ dữ liệu RDS trong hệ thống ARI Hình dạng của phổ tín hiệu RDS không ảnh hưởng gì tới các tín hiệu ARI Lược đồ điều chế mà RDS sử dụng là lƣợc đồ là lƣợc đồ từng đƣợc sử dụng tại Thụy Điển cho hệ thống MBS Hệ thống này sử dụng sóng mang phụ 57kHz sử dụng phương pháp mã hóa dữ liệu song pha và nén điều điều chế biên độ hai băng tần bên Tác dụng của loại mã hóa và điều chế này là tạo ra một phổ có dạng bậc thang, giúp tín hiệu ARI vẫn không bị ảnh hưởng bởi RDS Do đó, hai hệ thống có thể dễ dàng tồn tại cùng một lúc Việc này cũng giúp hệ thống tương thích với các tín hiệu chương trình âm thanh vì các thành phần có liên quan xung quanh tần số 57 kHz sẽ gây nhiễu xuyên kênh tại các máy thu sử dụng bộ giải mã dùng vòng khóa pha, một kỹ thuật giải điều chế thường được sử dụng ngày nay

Từ năm 2005, các tiêu chuẩn về RDS đƣợc phát triển thêm chức năng thay đổi tần số luân phiên và được xuất bản dưới sự bảo hộ của Ủy ban châu Âu cho các tiêu chuẩn kỹ thuật điện CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization) [3] Tiêu chuẩn CENELEC sau đó đƣợc thêm kênh hội thoại giao thông (Traffic Message Channel) Đến năm 2016, RDS đã đƣợc xuất bản rộng rãi trên toàn thế giới với tiêu chuẩn IEC 62106.

Tại Bắc Mỹ, ý tưởng phát triển hệ thống này được tiếp nhận và cộng đồng hệ thống âm thanh quốc gia Hoa Kỳ (US National Radio Systems Committee) đã phát hành phiên bản của riêng họ - RBDS (Radio Broadcast Data System) năm 2012 Cả

2 phiên bản RDS và RBDS đều truyền dữ liệu tại tốc độ 1187,5 bit/s trên sóng mang phụ 57 kHz, do đó có chính xác 48 chu kỳ của sóng mang trong mỗi bit dữ liệu.

Tuy nhiên hệ thống này ở Việt Nam hiện nay đang đƣợc nghiên cứu và ứng dụng dần trong đài phát thanh truyền hình trong cả nước Một trong những ứng dụng công nghệ RDS tại Việt Nam quan tâm là xây dựng hệ thống thiết bị tích hợp kênh điều khiển sử dụng sóng FM đƣợc phát triển dựa trên nền tảng công nghệ không dây nên có nhiều tính chất ƣu việt, đem lại sự tiện dụng và ổn định cho hệ thống phát thanh Hệ thống sử dụng đƣợc ở những nơi có địa hình phức tạp, có diện tích rộng như: đài phát thanh các xã, phường, trị trấn, huyện

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Đã trình bày tổng quan của hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh điều biên AM, hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh điều tần FM và các công nghệ mã hóa Đặc biệt nêu và phân tích rõ nguyên lý phát âm thanh đa âm stereo FM và sơ đồ khối máy phát FM đa âm stereo cần thiết để từ đó đi sâu vào nghiên cứu và ứng dụng công nghệ RDS cho việc chế tạo thiết bị tích hợp kênh điều khiển.

CÔNG NGHỆ RDS VÀ ỨNG DỤNG

Phương thức ghép kênh tín hiệu trong RDS

Hình 2.1 mô tả phổ ghép kênh của tín hiệu phát thanh FM đa âm stereo với mức tín hiệu RDS nhỏ có tần số trung tâm tại sóng mang phụ 57 kHz , đó là hài bậc

3 của tín hiệu băng gốc 19 kHz trong hệ thống điều chế âm thanh đa âm (stereo).

Hình 2.1 Phổ tín hiệu ghép kênh stereo băng gốc stereo với RDS [3]

Tín hiệu băng gốc bao gồm một số các thành phần Trước tiên là tín hiệu kênh đơn âm mono bao gồm thành phần phổ bên trái và bên phải (L+R) đƣợc truyền tại các tần số dưới 15 kHz Tín hiệu âm thanh đa âm stereo nằm trong dải tần số từ 23 đến 53 kHz Tín hiệu L- R sau đó đƣợc điều chế biên độ nhƣ là tín hiệu sóng mang đƣợc nén 2 biên tần bên tại tần số 38 kHz Tín hiệu băng gốc tại 19 kHz(nửa tần số của sóng mang phụ mang tín hiệu L- R) cũng đƣợc truyền và đƣợc sử dụng để bộ giải điều chế trong máy thu có thể tạo ra chính xác sóng mang phụ 38 kHz để giải mã tín hiệu L-R.

Thành phần tín hiệu L-R ở phía trên dải nghe thấy của tai người và do đó nó không bị làm suy giảm đi so với tín hiệu âm thanh đơn âm mono thông thường Khi thêm bất cứ thứ gì mới vào quá trình truyền dẫn, phải không làm suy giảm chất lƣợng của tín hiệu đài đang phát.

Thông tin RDS đƣợc đặt phía trên tín hiệu L-R, tại 2 dải biên tần bên của sóng mang phụ 57 kHz nhƣ thể hiện trên hình Tần số này gấp 3 lần tần số băng gốc Thông tin số được điều chế pha vào sóng mang phụ bằng phương pháp điều chế khóa dịch pha vuông góc BPSK.

Đặc tính điều chế của kênh dữ liệu (lớp vật lý)

2.2.1 Tần số sóng mang phụ

Khi phát ở chế độ âm thanh đa âm stereo, tần số sóng mang phụ mang tín hiệu số sẽ đƣợc khóa đến hài bậc 3 của tần số 19kHz, tức là 57 kHz Sai số tối đa cho phép là 19 kHz ± 2Hz, độ di tần tại tần số sóng mang phụ sẽ là 6 Hz.Khi phát ở chế độ âm thanh đơn âm mono, tần số của sóng mang phụ cũng là 57 kHz 6 Hz.

2.2.2 Pha của sóng mang phụ

Trong các chương trình phát sóng FM, pha của sóng mang phụ sẽ được khóa hoặc cùng pha hoặc vuông pha với tần số điều hòa thứ ba 19kHz (tín hiệu băng gốc) Sai pha cho phép trong khoảng ± 10°, đƣợc đo tại đầu vào bộ điều chế máy phát FM.

- Sơ đồ khối của bộ mã hóa RDS đƣợc thể hiện nhƣ trong hình 2.3:

Hình 2.3 Sơ đồ khối của bộ mã hóa RDS [5]

Từ hình 2.3 ta thấy tín hiệu dữ liệu đƣợc đƣa qua bộ mã hóa sau đó đƣợc điều chế bởi bộ tạo song pha Rồi điều chế sóng mang 57 kHz kết hợp với âm thanh trước khi đưa lên đường truyền vào máy phát khuếch đại phát ra ăng ten.

- Sơ đồ khối của bộ mã RDS đƣợc mô tả nhƣ hình 2.4:

Hình 2.4 Sơ đồ khối của bộ giải mã RDS [5]

Hình 2.4 mô tả sơ đồ bộ thu sử dụng bộ giải mã RDS, trong đó tín hiệu âm thanh đƣợc đƣa vào bộ giải mã âm thanh đa âm Một phần đƣợc đƣa qua bộ lọc để tách dữ liệu sóng mang 57kHz đƣa vào bộ giải mã để khôi phục lại bảng tin dữ liệu.

2.2.3 Mức của sóng mang phụ Độ lệch của sóng mang FM do sóng mang phụ không đƣợc điều chế từ 1 kHz đến 7.5 kHz Khi thiết lập mức nên đặt ở mức 2 kHz, vì với độ lệch này, mức của các băng tần bên của các sóng mang phụ tương ứng với nửa mức độ lệch đỉnh danh định của 2 kHz Các bộ giải mã hay giải điều chế cũng phải hoạt động tốt khi độ lệch của sóng mang thay đổi trong những giới hạn thời gian không bé hơn 10ms. Sai lệch tối đa cho phép là do sự tổng hợp tín hiệu đa kênh là ±75 kHz.

Sóng mang phụ đƣợc điều chế biên độ với tín hiệu dữ liệu đã đƣợc mã hóa 2 pha (BPSK) triệt sóng mang Phương pháp điều chế này ứng dụng từ phương pháp khóa dịch (BPSK) với độ lệch phase là ±90 o , sau đó sóng mang phụ sẽ bị nén lại.

- Dữ liệu nguồn tại máy phát đƣợc mã hóa vi sai theo luật sau:

Bảng 2.1 Luật mã hóa vi sai [5] Đầu ra trước Đầu vào mới Đầu ra mới

(thời điểm ti-1) (thời điểm ti) (thời điểm ti)

Bảng 2.1 mô tả luật mã hóa vi sai cụ thể với ti là thời điểm tùy ý, ti-1 là thời điểm sớm hơn một chu kỳ đồng hồ dữ liệu của đoạn tin nhắn, với tốc độ của đồng hồ dữ liệu của đoạn tin nhắn là 1187.5 Hz Khi mức dữ liệu đầu vào là "0" đầu ra vẫn không thay đổi nhƣng khi đầu vào xuất hiện "1" thì đầu ra sẽ thay đổi trạng thái của nó.

- Ở phía máy thu, dữ liệu lại đƣợc giải mã theo quá trình ngƣợc lại:

Bảng 2.2 Giải mã vi sai [5] Đầu vào trước Đầu vào mới Đầu ra mới

(thời điểm ti-1) (thời điểm ti) (thời điểm ti)

2.2.6 Dạng phổ của kênh dữ liệu

Công suất của tín hiệu dữ liệu tại tần số sóng mang 57 kHz và lân cận đƣợc tối thiểu hóa bằng cách mã hóa từng bit của dữ liệu nguồn bằng 1 ký tự song pha để tránh nhiễu xuyên âm trong vòng khóa pha của các bộ giải mã âm thanh đa âm stereo Sau đó cặp xung này đƣợc đƣa qua một bộ lọc thông thấp tạo dạng sóng

HT(f) có đáp tuyến biên độ nhƣ hình 2.5 để định dạng tín hiệu và hạn chế phổ Bộ lọc này có đặc tính sau [5]:

Hình 2.5 Đáp tuyến biên độ bộ lọc định dạng dữ liệu tại máy phát, máy thu [5]

Dạng phổ của tín hiệu dữ liệu vô tuyến đƣợc mã hóa song pha sẽ có dạng nhƣ hình 2.6.

Hình 2.6 Phổ của tín hiệu dữ liệu vô tuyến đƣợc mã hóa song pha [5]

Hình 2.7 Dạng sóng tín hiệu dữ liệu radio 57kHz [5]

Cấu trúc mã hóa băng gốc

Để máy thu có thể nhận đƣợc thông tin văn bản chính xác từ máy phát truyền đi thì việc đầu tiên là phải đảm bảo đồng bộ cấu trúc thông tin giữa máy phát và máy thu, từ yêu cầu đó ta đi tới thiết lập cấu trúc mã hóa cũng nhƣ là định dạng thông tin cho hệ thống Ngoài ra việc truyền sóng trong môi trường không khí ở mọi khoảng cách luôn luôn phát sinh những lỗi hay nhiễu tác động vào, vậy làm sao để giải quyết các vấn đề đặt ra đó Một vấn đề nữa là để tăng tính linh hoạt về chức năng của hệ thống thì chúng ta cần tích hợp những yêu cầu gì khi mã hóa hệ thốngRDS Trong phần này ta sẽ trình bày kỹ hơn về các cấu trúc và nguyên tắc này

+ Cấu trúc mã hóa băng gốc

+ Phát hiện và xử lý lỗi bit

Hình 2.8 Cấu trúc mã hóa băng gốc của hệ thống [5]

Cấu trúc mã hóa băng gốc sẽ bao gồm 4 khối để mang dữ liệu, có thể truyền dữ liệu 1187.5 b/s (bằng tần số sóng mang phụ mang dữ liệu chia cho 48, 57kHz/48) Mạch giải mã sẽ sử dụng tốc độ dữ liệu này để hoạt động đồng bộ, giảm các vấn đề giải mã sai tín hiệu tại các mạch giải mã Với tốc độ dữ liệu 1187.5 b/s thì mỗi giây sẽ có xấp xỉ 11.4 nhóm đƣợc truyền.

2.3.1 Phát hiện và sửa lỗi

Từ mã phát hiện và sửa lỗi đƣợc sử dụng để sửa lỗi và đồng bộ hóa, để có thể khôi phục dữ liệu dưới các điều kiện thu tín hiệu xảy ra hiện tượng nhiễu đa đường ở mức nặng Số lượng 10 bit kiểm tra là tương đối lớn nhưng nó rất quan trọng khi mức tín hiệu nhận được ở máy thu nhỏ, đặc biệt là đối với trường hợp các máy thu lắp trên xe hơi và máy thu di động Bit kiểm tra giúp bộ giải mã của máy thu có thể phát hiện và sửa lỗi, đồng thời cung cấp phương thức đồng bộ giữa tín hiệu thu với tín hiệu phát.

Từ kiểm tra ( ví dụ c´9, c´8, … c´0 trong hình 2.8) là tổng mô đun 2 của các giá trị sau:

+ Phần dƣ thu đƣợc sau khi nhân 16 bit của từ mã thông tin nhân với x 10 sau đó chia cho (theo mô đun 2) đa thức khởi tạo g(x);

+ Chuỗi nhị phân 10 bit d(x), đƣợc gọi là “từ mã”, với các giá trị khác nhau cho mỗi khối của nhóm. Điều trên sẽ đúng nếu đa thức khởi tạo g(x) bằng: g(x) = x 10 + x 8 + x 7 + x 5 + x 4 + x 3 + 1 [5]

Bảng 2.3 Các giá trị nhị phân của từ mã offset [5]

Từ mã Giá trị nhị phân offset d 9 d 8 d 7 d 6 d 5 d 4 d 3 d 2 d 1 d 0

Các từ mã đƣợc chọn sao cho nội dung của thanh ghi bù lại không giống nhƣ chùm lỗi xảy ra khi ngắn hơn hoặc bằng 5 bit khi xoay trong thanh ghi dịch chuyển đa thức Chỉ có 8 bít đầu (ví dụ từ d9 đến d2) là đƣợc sử dụng để xác định từ mã 2 bit còn lại (trên ví dụ là d1 và d0) đƣợc thiết lập ở mức logic 0.

Các từ mã đƣợc cộng (theo mô đun 2) với từ kiểm tra từ c9 đến c0 để tạo ra các bit kiểm tra từ c´9 đến c´0 Mục đích của việc cộng từ chỗ cộng từ mã là cung cấp hệ thống đồng bộ nhóm và đồng bộ khối tại máy thu của bộ giải mã Tại bộ giải mã, diễn ra quá trình biến đổi ngƣợc lại nên các thuộc tính phát hiện và sửa lỗi thông thường của mã kiểm tra tính dư vòng CRC cơ bản vẫn không bị ảnh hưởng.

Từ kiểm tra tạo ra sẽ đƣợc truyền tại cuối của khối mà nó bảo vệ.

- Mã phát hiện lỗi có khả năng kiểm tra các lỗi sau:

+ phát hiện tất cả các lỗi bit đơn và lỗi bít kép trong 1 khối;

+ phát hiện khoảng 99.8% các lỗi chùm có khoảng cách lớn hơn hoặc bằng

11 bit. Đây cũng là mã sửa lỗi chùm tối ƣu và có khả năng sửa bất cứ lỗi chùm đơn nào trong khoảng cách nhỏ hơn 5 bit.

Khi truyền từ kiểm tra, bit có trọng số lớn nhất (c9 ’

) cũng đƣợc truyền đầu tiên.

Giao thức thông tin giữa các bộ mã hóa

Để phục vụ cho việc truyền thông giữa các trạm phát thanh hoặc các nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu và các bộ mã hóa dữ liệu một cách nhất quán, EBU đã phát triển một tiêu chuẩn về giao thức gọi là giao thức truyền thông mã hóa toàn cầu UECP (Universal Encoder Communication Protocol) Giao thức này đƣợc khuyến nghị nên sử dụng cho một mạng truyền dữ liệu số trên sóng vô tuyến gồm một số máy phát và cần phối ghép dữ liệu từ các nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu khác nhau. Trong luận văn này, tôi cũng ứng dụng giao thức này để truyền thông tin giữa các bộ mã hóa.

2.4.1 Lý do các bộ mã hóa dữ liệu cần một giao thức truyền thông Để khai thác dịch vụ truyền dữ liệu số trên sóng vô tuyến, các nhà khai thác dịch vụ truyền thông cần lắp đặt các bộ mã hóa ở khu vực máy phát lân cận với các bộ mã hóa stereo của máy phát FM thông thường, nơi phát ra tín hiệu 19kHz mà bộ mã hóa dữ liệu sẽ sử dụng để đồng bộ hóa luồng dữ liệu số ở đầu ra của nó.

Có thể có 2 loại dịch vụ truyền tín hiệu số trên sóng vô tuyến:

+ Dịch vụ số liệu tĩnh: bộ mã hóa tự động phát ra tín hiệu gửi đi với mục đích đơn giản là để cung cấp thông tin (ví dụ nhƣ một danh sách các tần số thay thế cố định từ bộ nhớ trong) Các dịch vụ số liệu tĩnh sẽ phải thay đổi tùy theo từng thời điểm, phụ thuộc vào cấu hình mạng và loại chương trình phát thanh trực tiếp.

+ Dịch vụ số liệu động: cần cung cấp dữ liệu đầu vào cho bộ mã hóa để bộ mã hóa xử lý và phát đi tín hiệu Dịch vụ này đƣợc sử dụng khi dữ liệu dịch vụ số liên quan tới nội dung chương trình phát thanh đòi hỏi một mức độ điều khiển cao từ các phòng thu phát thanh trực tiếp Đối với các dịch vụ dữ liệu nhƣ truyền thông tin giao thông hay đài phát, lại đòi hỏi một mức độ kiểm soát cao từ các nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu tới bộ mã hóa dữ liệu (từ một máy phát thanh riêng hoặc từ một mạng các máy phát) Mặc dù rất đơn giản nhƣng với số lƣợng rất lớn các lệnh khác nhau sẽ đƣợc gửi đi từ các phòng máy và phòng thu hoặc nhà cung cấp dịch vụ qua một đường dẫn dữ liệu thích hợp tới bộ mã hóa dữ liệu Ví dụ, phòng máy và phòng thu có thể thay đổi trạng thái của TP, TA, và MS, … để phản ánh các trạng thái chương trình Các lệnh như vậy thường được phát ra từ các chức năng tự động để tránh sự can thiệp của các nhà khai thác Một nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng cùng một kệnh để truyền đồng thời nhiều loại thông báo, vì vậy mỗi lần chiết áp đƣợc mở thì cờ MS sẽ đƣợc thiết lập tình trạng “tốc độ” bằng “địa chỉ liên lạc” để gửi một lệnh thông qua một đường truyền dữ liệu.

Giao thức UECP có đặc tính kĩ thuật là đảm bảo khả năng tương thích điện và tiêu chuẩn kỹ thuật với các thiết bị Giao diện tới bộ mã hóa dữ liệu là loại giao diện nối tiếp dựa trên tiêu chuẩn EIA RS 232C (tương thích với V24/V28) Đây là một giao diện song công toàn phần với sự giúp đỡ của ổ cứng, có thể hoạt động với các modem.

Dữ liệu đƣợc truyền từ byte này sang byte khác bằng chế độ không đồng bộ. Tốc độ truyền dẫn có thể đƣợc thiết lập tại các giá trị tiêu chuẩn từ 75 đến 115,200 bps.

Dữ liệu cập nhật bao gồm một luồng các khung dữ liệu Một khung bao gồm một chuỗi các byte, đƣợc định giới bởi 2 byte dành riêng cho nó, là FE hex và FF hex, dùng để đánh dấu bắt đầu và kết thúc của khung Mỗi khung chứa một địa chỉ đích, xác định một nhóm các bộ mã hóa dữ liệu mà bản tin sẽ đƣợc gửi tới Một bộ cộng chuỗi sẽ gắn nhãn cho mỗi bản tin riêng Phần đầu của tin nhắn là một byte xác định độ dài của tin nhắn, và sau đó là có thể có tối đa là 255 bytes, cuối cùng là

2 byte chứa mã kiểm tra độ dƣ vòng CRC.

Các khung đƣợc xây dựng theo cấu trúc bảng 2.4 và hình 2.9, và sau đó đƣợc chèn thêm các byte trước khi truyền Trường kiểm tra gồm 2 byte (trước khi chèn byte), thể hiện kết quả của tính toán 16 bit kiểm tra độ dƣ vòng Đa thức đƣợc dùng để tạo ra CRC là đa thức CCITT ,

Bảng 2.4 Các thành phần của mỗi khung dữ liệu UECP [3]

Mô tả trường Viết tắt Độ dài trường

Bắt đầu STA 1 byte Địa chỉ ADD 2 byte

Bộ đếm chuỗi SQC 1 byte Độ dài trường tin nhắn MEL 1 byte

[ Tin nhắn ] [MSG] 0 đến 255 byte

Kiểm tra mã dƣ vòng CRC 2 byte

Kết thúc STP 1 byte Định dạng giao thức dữ liệu UECP đƣợc mô tả nhƣ hình 2.9:

Hình 2.9 Định dạng giao thức dữ liệu UECP gồm một chuỗi các byte [3]

Bảng 2.5 mô tả các thành phần có khung dữ liệu nếu có độ dài khác 0, sẽ bao gồm một hoặc nhiều thành phần của tin nhắn.

Bảng 2.5 Thành phần các khung dữ liệu UECP gồm chuỗi các byte [3]

Mô tả trường Viết tắt Độ dài trường

Mã phần tử tin nhắn MEC 1 byte

[Số bộ dữ liệu] [DSN] 0 1 byte

[Số dịch vụ chương trình] [PSN] 0 1 byte

[Độ dài dữ liệu phần tử [MEL] 0 1 byte tin nhắn]

[Dữ liệu phần tử tin nhắn] [MED] 0 đến 254 byte

Một trường tin nhắn hoàn chỉnh gồm các phần sau: MEC, [DSN], [PSN], [MEL], [MEC], [DSN], [PSN], [MEL], [MED]], một tin nhắn có nhiều thành phần có thể được gộp lại thành một trường tin nhắn, tạo nên một trường tin nhắn có độ dài tối đa là 255 bytes PSN cho phép một thành phần tin nhắn thực hiện một số dịch vụ với một hoặc nhiều bộ dữ liệu.

Các thành phần tin nhắn chứa một byte thể hiện độ dài đƣợc mã hóa nhƣ các byte Tin nhắn có nhiều lớp khác nhau, nhƣ các lệnh tin nhắn, các lệnh điều khiển và thiết lập đồng hồ, các lệnh từ xa và cấu hình Với các lệnh điều khiển từ xa có cấu hình cho phép lựa chọn chức năng khác nhau của các bộ mã hóa dữ liệu hoặc yêu cầu các tin nhắn từ bộ mã hóa dữ liệu trong trường hợp sử dụng chế độ truyền dẫn hai chiều.

Khi trong dãy xuất hiện một nhóm đặc biệt thì các dữ liệu nhóm đặc biệt sẽ đƣợc truyền Ngƣợc lại, khi trong dãy không xuất hiện dữ liệu nhóm đặc biệt nào thì dãy sẽ không tạo loại nhóm và các nhóm tiếp theo trong chuỗi sẽ đƣợc sử dụng.Tùy theo loại phần mềm bộ mã hóa, dữ liệu đƣợc truyền tới bộ mã hóa sử dụng cấu trúc lệnh đặc biệt và được lưu trữ trong bộ nhớ Bộ mã hóa dữ liệu cũng chỉ dẫn các loại nhóm sẽ đƣợc truyền dẫn và tốc độ truyền dẫn hợp lý cho mỗi loại nhóm đó.Điều này đƣợc thực hiện bằng một chuỗi các nhóm lệnh đƣợc bộ mã hóa xử lý.

Định dạng tin nhắn và xác định vị trí trong tin nhắn

Trong phần này tin nhắn đƣợc xác định định dạng và cấu trúc vị trí trong RDS dựa vào các nguyên tắc chủ yếu sau:

+ Kết hợp trộn lẫn các loại tin nhắn khác nhau trong một nhóm, đƣợc giữ ở mức tối thiểu và các tin nhắn có chu kì lặp lại không xác định Các tin nhắn đƣợc lưu trữ với dạng thông tin văn bản.

+ Các tin nhắn thường được đặt ở cùng một vị trí cố định trong nhóm Do đó có thể giải mã chúng mà không cần tham chiếu tới bất cứ phần nào của khối chứa thông tin.

+ Xác định vị trí chính xác các nội dung thông tin, chứa trong các khối không dành riêng để mang các thông tin có tốc độ lặp lại cao và trong mỗi nhóm, đều đƣợc định vị để xác định nội dung thông tin của các khối khác nhau.

- Hình 2.10 mô tả chi tiết các nhóm đƣợc định dạng:

Hình 2.10 Định dạng tin nhắn và xác định vị trí trong nhóm loại A [5]

Hình 2.11 Định dạng tin nhắn và xác định vị trí trong nhóm loại B [5]

Khối 1: Mã PI là mã xác định loại chương trình, được sử dụng để máy thu có thể phân biệt giữa các quốc gia, các khu vực mà chương trình sẽ được truyền đi, và mã của bản thân chương trình đó Mã này không được hiển thị trực tiếp và được gán cho từng chương trình đài phát riêng Ngoài ra mã này còn giúp máy thu dò tự động tần số thay thế trong trường hợp tín hiệu thu tại tần số đang dò yếu.

Khối 2: Trong khối này bao gồm các dữ liệu mã loại nhóm GTC có 4 bit đầu tiên của khối thứ 2 Để xác định kiểu nhóm đƣợc truyền, cũng có nghĩa là xác định ứng dụng của nhóm Có 16 kiểu nhóm đƣợc đánh số từ 0 đến 15 theo số nhị phân, từ A3 đến A0.

Khối thứ 3 và thứ 4: gồm 5 bit cá nhân của nhóm có chứa các dữ liệu đặc trưng của nhóm Với hai khối này thông thường các nhóm được dành riêng cho một ứng dụng đặc biệt hoặc kiểu tin nhắn kiểu văn bản vô tuyến để hiển thị các thông tin liên quan đến chương trình trên màn hình máy thu từ xa.

Hệ thống đồng bộ khối dữ liệu

Hình 2.12 là hệ thống đồng bộ khối thông thường, trong đó ranh giới của các khối đƣợc đánh dấu bằng các từ đồng bộ khối cố định Trong bộ giải mã, cần có một bộ cộng được định nhịp theo tốc độ bit và đếm theo mô đun kích thước khối. Với bộ cộng này đƣợc biểu diễn bằng một con lăn bằng sáp có rãnh và chu vi bằng khoảng cách giữa các dấu mốc trên đai Để đồng bộ hóa con lăn với đai, phải để con lăn trƣợt cho đến khi rãnh ăn khớp Khi đã đƣợc đồng bộ hóa thì con lăn và đai sẽ duy trì sự đồng bộ.

Hình 2.12 minh họa cơ cấu đồng bộ khối và nhóm kiểu “bánh đà” :

Hình 2.12 Hệ thống thông thường [3]

Hình 2.13 Mã tự đồng bộ hóa [3]

[a] mã quay vòng, mô hình thông thường, không thu được thông tin đồng bộ. [b] mã quay vòng cải tiến, thu được thông tin đồng bộ.

Về nguyên lý cơ bản của hệ thống đồng bộ khối đƣợc mô tả trong hình 2.13. Các từ mã nhận đƣợc đƣợc biểu diễn bằng một thanh răng có răng không đều, và bộ giải mã tại máy thu việc đồng bộ khối trước tiên thu được bằng cách thử nghiệm và báo lỗi, xử lý mỗi chuỗi 26 bit cho đến khi đạt đƣợc mô hình có đặc tính nhƣ dự kiến Các từ thêm vào bù lại khác nhau cho mỗi từ kiểm tra sẽ tạo ra các mô hình đặc tính khác nhau, có bốn từ mã kiểm tra khác nhau đƣợc sử dụng trong mỗi nhóm dữ liệu để xác định 4 khối tạo thành nhóm, nhƣ đƣợc thể hiện trong hình 2.14 Vì vậy, có thể thu đƣợc tất cả các thông tin đồng bộ nhóm cần thiết trong vòng độ dài 1 khối, và nó giúp cho việc thu thập dữ liệu nhanh chóng. Đó là sự mô tả về hệ thống đồng bộ nhóm và đồng bộ khối phức tạp Máy thu/bộ giải mã sẽ phát hiện đƣợc các điểm bắt đầu và kết thúc của các khối dữ liệu bằng cách bộ giải mã kiểm tra lỗi sẽ phát hiện ra việc trƣợt đồng bộ hóa khối Các khối trong mỗi nhóm đƣợc xác định bằng cách lựa chọn cẩn thận các từ nhị phân 10 bit đƣợc thêm vào các từ kiểm tra CRC.

Xử lý dữ liệu và thiết lập khung dữ liệu

- Phần này sẽ mô tả về :

+Thiết lập khung dữ liệu (Frame)

+ Phương pháp dữ liệu đầu vào (Tên PS)

+ Hiển thị dữ liệu và giao diện sử dụng

Thiết lập khung dữ liệu: Trong một “nhóm” tồn tại các đại lƣợng có thể thay đổi và các đại lượng cố định Vì vậy có thể cho phép người dùng có thể tùy chỉnh dữ liệu khi khởi động hệ thống Nhƣng rất khó để tùy chỉnh dữ liệu mà vẫn đảm bảo về yêu cầu của chuẩn RDS, và bất cứ sai sót nào xảy ra thì máy thu sẽ không thể nhân đƣợc tín hiệu nào cả Để tránh điều đó xảy ra thì các đại lƣợng cố định của các nhóm dữ liệu cầu được lưu giữ trong bộ nhớ chương trình Vì vậy người sử dụng chỉ cần cập nhật tên chương trình.

+ PI code : Hình 2.15 mô tả cấu trúc của PI

Hình 2.15 Cấu trúc của PI [3]

Các bit b15 đến bit12: Mã quốc gia: Các bit này đƣợc đặt giá trị tới 0x0C hay 0b1100.

Các bit b11 đến b8: Mã phủ vùng: Các bit này đƣợc đặt giá trị tới 0x0 hay 0b0000.

Các bit b7 đến b0: Số hiệu chương trình: Các bit này được đặt giá trị: 0x00. + Kiểu nhóm: Các bit này đƣợc thiết đặt 0x0 cho kiểu nhóm 0.

+ B0: Bit này đặt bằng 1 cho nhóm B.

+ TP: Bit này đặt bằng 0 (không phải chương trình giao thông).

+ PTY: Các bit này đặt bằng 0b0000 không dấu.

+ TA: Bit này đặt bằng 0.

+ M/S: Bit này đặt bằng 0 theo chuần RDS cho âm nhạc.

+ DI, C1, C0: Các bit này đƣợc đặt trong mỗi nhóm theo chuỗi, nguyên tắc: + Nhóm đầu tiên: 0b0(d3)00 cho PTY tĩnh.

+ Nhóm thứ hai: 0b0(d2)00 khi không bị nén dữ liệu.

+ Nhóm thứ 4: 0b0(d2)00 cho tín hiệu stereo.

+ Tên chương trình: mỗi nhóm sẽ truyền hai ký tự, bắt đầu với ký tự có trọng số lớn nhất VD: Hanoi thì [Ha] sẽ thuộc nhóm đầu tiên.

2.7.1 Các giới hạn về dung lượng truyền dữ liệu

Việc sử dụng các tính năng để đạt đƣợc sự dò sóng tự động, đặc biệt là khi máy thu di động, đòi hỏi chiêm dụng một phần dung lƣợng kênh đáng kể Một hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng vô tuyến sử dụng môt luồng dữ liệu 1187.5 bps và có thể lựa chọn khoảng 20 tính năng.

- Tính toán dung lƣợng truyền tín hiệu số: Vì tốc độ bit 1187.5 bps khá thấp nên dung lƣợng kênh tín hiệu số bị giới hạn 4 từ kiểm tra trong mỗi nhóm 104 bit chiếm tổng cộng 40 bits, và mỗi địa chỉ nhóm cần 5 bit, nên tốc độ bít hữu ích là: 1187.5 − (1187.5/104) × (40 + 5) = 673.7 bps

- Phân tích dung lƣợng RDS: Để phân tích việc sử dụng dung lƣợng kênh tín hiệu số cho mỗi tính năng, chúng đƣợc nhóm với nhau theo các tiêu chí tùy thuộc vào tác động của chúng với dung lƣợng kênh truyền tín hiệu số Đầu tiên, dung lƣợng cần thiết cho tất cả các tính năng có liên quan đến chương trình phát thanh được kiểm tra và phần dung lượng còn thừa lại cho các tính năng khác không liên quan đến chương trình nào sẽ đƣợc xác định.

Các tính năng liên quan đến chương trình có thể được chia như sau:

+ 5 tính năng đầu tiên là AF, PI, PS, và TP/TA đƣợc dùng chủ yếu cho quá trình thu tự động Thông tin EON là một tính năng bổ sung để tự động điều chỉnh đến các mạng có liên quan, và một nhóm các tính năng nhƣ CT, DI, MS, PIN, PTY, và PTYI yêu cầu cần một ít dung lƣợng RDS để thực hiện Trong đó PIN chỉ yêu cầu tỷ lệ lặp lại của 1 nhóm loại 1A mỗi phút, tuy nhiên khi đƣợc kết nối vói RP thì tỷ lệ này cần phải tăng lên. + Văn bản vô tuyến: Các tính năng không liên quan đến chương trình là IH,

+ AF, PI, PS, TP/TA: Các chương trình không liên quan đến chương trình là IH,

RP, TDC, và TMC đƣợc xác định dung lƣợng nhƣ bảng IN chỉ yêu cầu tỷ lệ lặp lại của 1 nhóm loại 1A mỗ

+ EON: N, PS, TP/TA: Các chương trình không liên quan đến chương trình là IH,

RP, TDC, và TMC đƣợc xác định dung lƣợng nhƣ bảng IN chỉ yêu cầu tỷ lệ lặp lại của 1 nhóm loại 1A mỗi phút.

+ PTY, MS, DI, PIN, CT: Các tính năng này đòi hỏi đài phát thanh tăng TDC, và

+ RT: văn bản vô tuyến chiếm 7,58%, dung lƣợng đài phát thanh.

Bảng 2.6 Phân tích dung lƣợng truyền dẫn cần thiết [3] Ứng dụng Tính Loại nhóm Tốc độ Số bit Số bit Phần Dung lƣợng năng chứa thông lặp lại trong trong trăm của truyền dẫn tin này nhóm mỗi mỗi 673.7 bit/s cần thiết nhỏ nhất nhóm giây mỗi giây

Tự động PS 0A 4.0 16 64.0 9.50 dò sóng AF 0A 4.0 16 64.0 9.50

Các thông tin từ các EON 14A(B) 1.5 37 55.5 8.24 56.59 mạng khác

Các tính PTY All 11.4 5 57.0 8.46 năng liên MS 0A 4.0 1 4.0 0.59 quan đến DI 0A 4.0 1 4.0 0.59 chương PIN 1A(B) 0.02/1.0* 0.74/37* 0.11/5 0.10 trình phát CT 4A 37** 34 5* 66.44/71.83* thanh 0.02 0.68

Văn bản RT 2A(B) 3.2*** 37 118.4 17.58 84/89.41* vô tuyến

Các tính RP 1A/4A/7A/13 năng TDC A không liên IH 5A(B) quan đến TMC 6A(B) chương 3A/8A trình phát thanh

+ Nếu sử dụng tính năng nhƣ đài phát thanh, tốc độ lặp lại tăng thêm 1 mỗi giây.

+ Mặc dù thực tế chỉ sử dụng 16 bit cho PIN, cần phải tính thêm 16 bít liên quan và 5 bit dự trữ cho phần dung lƣợng đƣợc sử dụng.

+ Theo chú thích tài liệu tham khảo [2] trong bảng 3.1 của CENELEC EN

50067:1998, mục 2.7.1: A, tổng cộng yêu cầu 16 nhóm loại 2A để truyền đoạn tin nhắn văn bản vô tuyến 64 ký tự, do đó để truyền tin nhắn này trong 5 giây, cần yêu cầu 3.2 nhóm loại 2A mỗi giây.

Trong chương 2 này đã đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết các nội dung liên quan về công nghệ RDS, hoạt hoạt động bằng cách chèn thêm dữ liệu số vào tín hiệu băng gốc đƣợc sử dụng để điều chế sóng mang tần số vô tuyến Từ việc nghiên cứu đó ta có thể thấy rằng một hệ thống RDS có thể ứng dụng chức năng vào việc điều khiển hoặc gửi nội dung từ đài phát.

Với hệ thống phát RDS bất kỳ nào cũng đều đƣợc nghiên cứu và phát triển dựa trên các hệ thống vật lý và nguyên lý đã nêu ở trên, mục đích là để đảm bảo sự đồng bộ hoạt động của các thiết bị theo chuẩn quốc tế cũng nhƣ đảm bảo sự thống nhất Dựa trên chuẩn đó chúng ta sẽ tiếp tục đi sâu vào nghiên cứu ứng dụng thực tế làm sao để thực hiện chế tạo bộ phát mã điều khiển và máy thu FM có bộ giải mã.

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ THIẾT BỊ TÍCH HỢP KÊNH ĐIỀU KHIỂN

Nghiên cứu chế tạo bộ phát mã điều khiển

Sơ đồ thiết bị tích hợp kênh điều khiển trong đài trạm phát đƣợc kết nối với hệ thống máy phát FM mô tả nhƣ trong hình 3.1.

Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị tích hợp kênh điều khiển trên sóng phát thanh

Tín hiệu âm thanh từ khối phát đƣợc đƣa qua khối mã hóa dữ liệu song pha, tác dụng của khối mã hóa này là tạo ra một phổ có dạng bậc thang giúp tín hiệu mã vùng không ảnh hưởng bới RDS Tại đây sóng mang phụ được được điều chế biên độ với tín hiệu dữ liệu đã được mã hóa 2 pha (BPSK) triệt sóng mang Phương pháp điều chế này ứng dụng từ phương pháp khóa dịch (BPSK) với độ lệch pha là ±90 o , sau đó sóng mang phụ sẽ bị nén lại và chuyển đổi từ xung vuông thành xung hình sin đƣa vào khối điều chế tần số FM rồi đƣa đến khối khuếch đại tại tại đây tín hiệu đƣợc khuếch đại thành tín hiệu cao tần truyền qua phi đơ phát ra ăng ten truyền sóng điện từ ra không gian.

3.1.1 Nghiên cứu chế tạo bộ mã hóa tín hiệu

Phần này sẽ trình bày thiết kế của một bộ mã hóa RDS hoàn thiện dựa trên nguyên lý và phân tích như đã trình bày ở các phần trước, các linh kiện và thuật toán phải đảo bảo tối ƣu thiết kế và hoạt động ổn định.

Dựa trên sơ đồ chuẩn RDS kết hợp phân tích các yếu tố phù hợp với điều kiện thực tiễn nhƣ giá thành, linh kiện có sẵn và loại máy phát ta có đƣợc sơ đồ thiết kế nhƣ sau:

Hình 3.2 Sơ đồ thiết kế khối mã hóa RDS

Gồm khối LCD và khối nút bấm thể hiện thông tin dữ liệu và cài đặt các thông số trực tiếp cho bộ mã hóa RDS Tín hiệu sau khi đƣợc xử lý sẽ tới bộ mã hóa, để bộ mã hóa hoạt động đồng bộ với tín hiệu thì cần một tín hiệu dao động clock Tần số sóng mang RDS là 57 kHz sẽ sử dụng tần số 1187,5 Hz từ bộ chia đếm xung 2 và sử dụng tần số 2375 Hz, mạch hoạt động khi có sự có mặt của xung 1187,5 Hz từ đó tín hiệu đƣợc chuyển tới bộ điều chế rồi đƣa ra máy phát.

3.1.2 Khối nguồn tạo tin nhắn dữ liệu vô tuyến

Bộ xử lý là thiết bị xử lý trung tâm của bộ mã hóa, để truy cập các thiết bị đầu vào và đầu ra , đồng hồ thời gian thực, và bộ nhớ Sau khi nghiên cứu nhiều loại các bộ vi xử lý thương mại sẵn có, tôi nghiên cứu đã lựa chọn chip PIC16F877 để kiểm soát dữ liệu Đây là một bộ vi xử lý 8 bit với bộ nhớ chương trình 8k và bộ nhớ dữ liệu EEPROM 256 byte, dung lƣợng này là đủ cho các ứng dụng.

Nó hoạt động với xung nhịp đồng hồ 20MHz Sử dụng bộ tạo dao động thạch anh để đảm bảo tốc độ đồng hồ và định thời gian chính xác Hình 3.3 thể hiện việc kiểm soát dữ liệu và giao diện người dùng của bộ mã hóa dữ liệu.

Khối nguồn tạo tin nhắn dữ liệu vô tuyến dựa trên nền tảng là bộ vi xử lý PIC16F877 và các nút ngắt điện Các điện trở 4,7 kOhm đƣợc sử dụng để hạn chế dòng điện trên các cổng của bộ vi xử lý khi các nút này đƣợc đẩy xuống hoặc khi tín hiệu 1187.5 cao Sử dụng thêm 3 pin tiểu (1.5V) để đảm bảo khối nguồn vẫn tiếp tục truyền dữ liệu khi bị mất kết nối trong khoảng một thời gian ngắn.

Hình 3.3 Đầu vào dữ liệu bộ mã hóa và giao diện người dùng

3.1.3 Phương pháp đầu vào dữ liệu cho PS

Với 8 ký tự mã ASCII cho tên chương trình thì dữ liệu có thể lấy thông qua

64 cổng hoặc là thông qua bàn phím nhấn kết nối thẳng tới vi điều khiển hoặc cũng có thể dùng bàn phím PS2 Để đơn giản thì nên chọn phương pháp phím nhấn PS2 sẽ khả thi hơn. Để thao tác đƣợc chính xác, nhanh chóng và dễ dàng thì ta nên sử dụng phím nhấn ngắt, với việc sử dụng phím nhấn ngắt thì ta có thể quyết định để thiết lập lại cài đặt trước đó hay không bằng các nút [YES] hay [NO] tương ứng sau đó nhấn nút [SET] để chọn, trường hợp không muốn sử dụng tên chương trình trước đó thì ta có thể thiết đặt tên mới bằng cách cuộn lên xuống (nhấn phím) để thiết đặt từng ký (từ [SPACE] tới [Z]), mỗi khi nhấn [SET] một ký tự sẽ được lưu vào EEPROM, công việc đƣợc lặp lại đến khi hoàn thành 8 ký tự, và sau khi ấn SET ở ký tự cuối cùng thì chương trình sẽ tự động thực hiện tính toán CRC

Mặc dù thiết lập đầu vào dữ liệu kiểu này sẽ mất thời gian nhƣng lại phù hợp với môi trường ở đài phát.

Hình 3.4 Giao diện ngoại vi của bộ mã hóa RDS Đoạn CODE đƣợc phát triển bởi nhóm lập trình của Công Ty Cổ Phần Phát Triển Công Nghệ Truyền Hình Và Viễn Thông Việt Nam nhƣ sau:

+ Đoạn CODE ở phần phụ lục “ B – Code khởi tạo dữ liệu” đƣợc thực thi cho việc chọn nút nhấn khởi tạo lại dữ liệu.

+ Đoạn CODE ở phần phụ lục “C – Lấy ký tự PS và lưu trữ vào EEPROM ” mô tả quá trình lấy ký tự PS và lưu trữ vào EEPROM của PIC.

3.1.4 Bộ mã hóa vi sai và bộ phát ký hiệu song pha

Bộ mã hóa vi sai: Tín hiệu sau khi đƣợc xử lý sẽ tới bộ mã hóa vi sai nhƣ trình bày ở sơ đồ nguyên lý hệ thống, cổng XOR thông dụng đƣợc chọn là 74LS86 thông dụng trên thị trường không yêu cầu dòng cao đồng thời sử dụng nguồn 5V, tương tự ta cũng chọn được mạch đa hài ổn định kép 74LS74 là DFF thông dụng. Hình 3.5 mô tả mô phỏng của bộ mã hóa vi sai, để bộ mã hóa vi sai hoạt động đồng bộ với tín hiệu dữ liệu thì tín hiệu tần số 1187.5 Hz đƣợc chọn làm xung nhịp.

Tới bộ mã hóa song pha

Từ bộ vi xử lý

Hình 3.5 Mã hóa vi sai

Bộ phát song pha: Nguồn phát ký tự song pha sẽ chuyển mỗi bit thành một cặp xung lẻ ngắn đặt cách nhau độ dài 1 bit, bit “1” chuyển thành cặp +-, bit “0” chuyển thành cặp -+ Những cặp xung này sẽ đƣợc đƣa qua bộ lọc thông thấp bậc 2 (với hàm truyền đƣợc xén dạng cos) Sự kết hợp giữa bộ lọc này với dạng phổ gốc của tín hiệu mã hóa song pha sẽ cho ra môt tín hiệu phổ có tần số tối đa gần 1 kHz và phần biên độ 0 sẽ giao động từ 0-2.4kHz.với hoạt động của các mạch đa hài ổn định kép luôn yêu cầu không tồn tại trễ pha hay trừ pha, do đó một vi điều khiển đƣợc sử dụng để bù pha, có thể phát hoặc trừ pha các xung dữ liệu, là PIC16F628A.

Vi xử lý sử dụng tần số dao động clock 2375 Hz từ bộ chia đếm xung 24, PIC hoạt động khi có sự có mặt của xung 1187.5 Hz Khi tần số dao động clock ở mức cao,PIC sẽ xem xét các dòng dữ liệu và dựa vào bảng 2.8 để quy định đầu ra tín hiệu Trong trường hợp tín hiệu đầu vào trước đó bằng 0 thì đầu vào hiện tại hợp lệ khi dao động clock ở mức cao PIC sẽ tạo ra các xung đầu ra trong khoảng thời gian ngắn, khoảng 51às, khi một cổng đầu ra ở mức cao, thỡ sau trễ xung bị kộo xuống. Khi xuất hiện xung âm, một trong những cổng PIC lên mức cao, nhƣng đầu ra âm đƣợc kết nối với một mạch khuếch đại đảo ngƣợc, sử dụng MC33171 Op-amp. Trường hợp các tín hiệu 2375 lên cao, 1187,5 xuống thấp thì các dữ liệu đầu vào được coi là bằng không Đầu ra có giá trị bù của đầu ra trước đó, theo bảng sau:

Bảng 3.1 Đầu ra khi mức tín hiệu dữ liệu 1187.5 Đầu vào N Đầu vào trước đó (N-1) Đầu ra N-(N-1)

Bảng 3.2 Đầu ra khi đầu vào tại 2375 là zeros Đầu vào N Đầu vào trước đó (N-1) Đầu ra N-(N-1)

- Phát tín hiệu song pha đƣợc thể hiện nhƣ hình 3.6:

Hình 3.6 PIC16F628A cho việc phát tín hiệu song pha

Sau đây là sơ đồ bộ khuếch đại đảo cho xung âm:

Hình 3.7 Bộ khuếch đại đảo

3.1.5 Bộ lọc định dạng, bộ phát tín hiệu 57kHz

Bộ lọc định dạng: Tín hiệu từ bộ phát ký tự song pha đƣợc đƣa qua một bộ lọc định dạng có hàm truyền đạt dạng cosine có tần số cắt 1187.5Hz Tụ C1nF,

Tới bộ Xung song điều chế pha

Hình 3.8 Bộ lọc định dạng tần số, chu kỳ xung rất chính xác vì vậy để đơn giản trong khâu tạo bộ định thời, vì xử lý đƣợc chon là PIC16F887 bộ timer 1 Ngoài ra bộ RDS còn yêu cầu các xung tỷ lệ 1/24, 1/48 tần số 57kHz, và yêu cầu chúng phải đồng pha, vì vậy với bộ timer

1 ta cũng có thể tạo đồng thời ba xung trên:

Tần số giao động chân D0 là: fD0WKhz → tD0= ms

50% chu kỳ xung nờn mức cao bằng mức thấp bằng: tD0/2 = ms = às Chọn tần số giao động của thạch anh là : fOSC (Mhz) do đó chu kỳ máy là: às

Nghiên cứu chế tạo máy thu FM có bộ giải mã

Sơ đồ khối thiết bị giải mã điều khiển RDS đƣợc mô tả nhƣ trong hình 3.28

Hình 3.28 Sơ đồ khối thiết bị giải mã điều khiển RDS [3]

Hình 3.28 mô tả khối thiết bị giải mã điều khiển RDS nhƣ sau: Tín hiệu ghép kênh từ bộ giải điều chế FM đƣợc đƣa vào bộ giải mã âm thanh đa âm Một phần tín hiệu đƣợc đƣa qua bộ lọc chọn tần số 57 kHz để khôi phục sóng mang 57 kHz. Tại đây, tín hiệu đƣợc đồng bộ và tiếp tục qua bộ lọc 2.4 kHz Sau đó bộ phát tín hiệu 1187,5 kHz tạo xung nhịp cho bộ giải mã vi sai hoạt động, sẽ thay đổi tín hiệu trong khoảng thời gian của mỗi bit nhƣng không trở về 0 Thay vào đó nó chuyển sang cực đối diện Việc phát hiện ra lỗi sai mất đồng bộ các khối do trƣợt mất 1 bit bằng cách sử dụng mã PI, mã này luôn luôn đƣợc bộ giải mã sửa lỗi nếu mất đồng bộ Từ đó, tín hiệu đƣợc đƣa đến bộ xử lý tín hiệu số.

3.2.1 Khối giải điều chế và khối lưu trữ

Hình 3.29 Module giải mã RDS FAE-381

Hình 3.29 mô tả mô đun giải mã FAE – 381 của hãng Mitsumi dùng cho bộ giải mã RDS, đƣợc tích hợp trong bộ giải mã dễ dàng giao tiếp với các khối thông qua chuẩn giao tiếp I2C với các đặc tính kĩ thuật trong bảng 3.6 dưới đây:

Bảng 3.6 Khối điều chế Tuner FAE-381 của hãng Mitsumi

Tên đặc tính Chỉ tiêu kỹ thuật

Dòng tiêu thụ FM 85mA max (không có tín hiệu)

AM 65mA max (không có tín hiệu)

Dải điều chỉnh FM 87.5~108MHz

Trở kháng vào FM 75Ω không cân bằng

Tần số IF trung tâm FM 10.7MHz

AM 450kHz Độ nhạy FM 18dBàV max (9dBàV typ.)

AM 60dB/m max (53dB/m typ.) Loại bỏ nhiễu ảnh FM 38dB min (đơn âm)

Loại bỏ IF FM 70dB min (đơn âm)

S/N FM 68dB min (đơn âm)

Mức tín hiệu ra FM 570mVr.m.s min.

AM 150mVr.m.s min. Độ cách ly FM 28dB min (15kHz L.P.F ON)

Bảng 3.7 mô tả sơ đồ chân sử dụng của module giải mã FAE-381:

Bảng 3.7 Sơ đồ chân FAE-381

Thiết Bị Đầu Cuối Bên Ngoài

- Mô đun FAE-381 có hai chức năng chính:

+ Chức năng rất quan trọng là giải mã dữ liệu RDS, để đảm bảo cho mô đun này hoạt động ổn định Cần cung cấp một nguồn ổn định, tránh để gần các linh kiện gây can nhiễu cho mô đun, ảnh hưởng đến chất lượng giải mã của thiết bị.

+ Tạo ra tín hiệu âm thanh đa âm và đơn âm từ việc lọc và giải mã FM.

- Khối lưu trữ thông tin: Cần bổ sung một khối lưu trữ EEPROM để lưu trữ thông tin cho thiết bị khi bị cắt nguồn đột ngột hoặc gặp sự cố phát sinh Khi đó, thiết bị sau khi được khởi động lại, thông tin đã được tự động lưu trữ vào bộ nhớ để người sử dụng không mất công cài đặt lại.

3.2.2 Khối điều khiển hiển thị và khối kết nối ngoại vi, đèn báo

- Khối điều khiển hiển thị: Đƣợc mô tả trong hình 3.30

Hình 3.30 Sơ đồ chân led 7 thanh

Tùy theo mục đích sử dụng, khối điều khiển hiển thị thông tin hoạt động của thiết bị và hiển thị thông tin để người sử dụng có thể cài đặt Khối điều khiển hiển thị sử dụng một cặp led 7 thanh và vi điều khiển Trong quá trình lập trình thiết bị,người lập trình cài đặt, lưu vào bộ nhớ các mã hiển thị sau đó vi điều khiển sẽ hiển thị các thông số lên thanh led.

Hình 3.31 Sơ đồ mạch logic của ULN

Bên cạnh đó, khối hiển thị còn sử dụng thêm khối chuyên dụng chính là mảng các transistor Darlington ULN 2003 Các transistor này bao gồm 7 cặp NPN Darlington có thể đƣợc đặt song song Dòng điện chung của một căp Darlington là 500mA và sử dụng các đi ốt chuyển mạch các tải cảm ứng.

Hình 3.32 Sơ đồ mạch của mỗi cặp Darlington

Mỗi cặp Darlington hoạt động trực tiếp CMOS dùng một điện trở 2.7kΩ Các đầu vào của nó có thể tương thích với nhiều loại logic khác nhau.

- Khối kết nối ngoại vi và đèn báo:

Thiết bị cần kết nối với một số ngoại vi nhƣ kết nối với ăng ten tiếp xúc tốt để thu tín hiệu Ngoài ta để đảm bảo kết nối nguồn và kết nối âm thanh ra loa thì thiết bị đƣợc gắn khe nhựa bắt vít cố định chắc chắn Tất cả các kết nối với ngoại vi đều rất dễ dàng sử dụng

3.2.3 Khối khuếch đại âm thanh, phím bấm và khối nguồn

- Sơ đồ mạch khuếch đại âm thanh của máy thu FM có bộ giải mã:

Hình 3.33 Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại âm thanh

Hình 3.33 tín hiệu âm thanh đa âm từ đầu vào L+R qua RV1, RV2 và 2 tụ C1, C2 tại đây tụ C1 và C2 có tác dụng chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua và chặn tín hiệu 1 chiều lại Sau đó tín hiệu đƣợc đƣa đến chân 5 và chân 6 của bộ khuếch đại thuật toán Sau khi tín hiệu được TDA2822 khuếch đại đưa tín hiệu ra 2 đường C3 và C4 rồi đƣa ra loa Nhƣ vậy thiết bị sử dụng IC TDA2822 gồm hai khối khuếch đại thuật toán độc lập khuếch đại tín hiệu đƣa ra loa với công suất phù hợp. Máy thu FM có bộ giải mã sử dụng mạch khuếch đại âm thanh IC TDA2822 là một ƣu điểm lớn do mạch đƣợc thiết kế nhỏ gọn công suất đạt yêu cầu.

Hình 3.34 Sơ đồ mạch in khối khuếch đại âm thanh

- Khối đóng cắt loa: Để đóng cắt loa tự động từ xa thì khối này có nhiệm vụ chính là nhân lệnh điều khiển từ vi điều khiển có chức năng thực hiện chuyển cho phép tín hiệu âm thanh ra loa hoặc không tùy thuộc vào lệnh điều khiển đƣợc điều khiển từ trạm phát Từ đó khi nhân đƣợc lệnh yêu cầu tắt hoặc bật vi điều khiển sẽ ngay lập tức thực hiện đóng cắt loa tự động Nhƣ vật khối này có chức năng rất đặc biệt cho phép các cụm thu thanh từ xa có khả năng tự hoạt động.

- Khối phím bấm: Khối phím bấm gồm phím tăng, giảm, chọn, thoát để cài đặt các thông số cho bộ thu Tùy thuộc vào người sử dụng cần cài đặt những thông số cần thiết. Tuy nhiên, đối với thiết bị sử dụng thời gian dài ít đƣợc bảo trì bảo dƣỡng, ở những khu nguồn điện chập chờn, mưa gió thì thiết bị ảnh hưởng nhiều cần phải cài đặt lại thông số thủ công Vậy khối phím bấm không thể thiếu cho bộ thu FM đƣợc nó giải quyết cho việc cài đặt lại thông số mà người sử dụng mong muốn.

- Hình 3.35 mô tả khối nguồn 5V DC cung cấp cho bộ giải mã:

Hình 3.35 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 5V cấp bộ giải mã

Mạch nguồn gồm biến áp cách ly có công dụng vừa tạo tính cách ly giữa mạch điện và nguồn điện AC, giữ an toàn cho mạch điện Dùng cầu nắn 4 đi ốt để chuyển đổi điện áp xoay chiều AC sang điện áp một chiều Tụ C51 dùng tụ hóa lớn làm kho chứa điện nó có công dụng giảm độ gợn sóng của biên độ điện áp, nâng cao mức biên độ điện áp DC ngõ ra lên gần bằng biên độ cực đại Ngoài ra còn làm kho chứa điện ổn định điều kiện cho tải Để có mức điện áp DC 5V có độ ổn định tốt,trong mạch dùng IC ổn áp 3 chân 7805 Với loại IC ổn áp tích cực, để tránh mạch điện trong IC không phát sinh hiện tƣợng dao động tự kích, ở ngõ ra dùng thêm tụ hóa C53 làm tụ lọc, dùng tụ lọc nhỏ C53 để lọc bỏ các tín hiệu nhiễu tần cao nhiễm vào đường nguồn Đèn led52 báo nguồn cho đầu ra 5V, như vậy có mạch ổn ápLM7805 điện áp cung cấp nguồn cho bộ giải mã hoạt động đƣợc ổn định hơn.

- Hình 3.36 sơ đồ nguồn 12V để nuôi cho khối giải điều chế FAE-381:

Hình 3.36 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 12V cấp giải điều chế FAE-381

Tương tự phần tích như hình 3.35, mạch nguồn cấp cho giải điều chế FAE-

381 sử dụng IC LM317 mạch nguồn gồm biến áp cách ly T1 có công dụng vừa tạo tính cách ly giữa mạch điện và nguồn điện AC, giữ an toàn cho mạch điện Dùng cầu nắn dòng 4 đi ốt để chuyển đổi điện áp xoay chiều AC sang điện áp một chiều.

Tụ 1000MF dùng tụ hóa lớn làm kho chứa điện, nó có công dụng giảm độ gợn sóng điện áp và nâng cao mức biên độ điện áp DC ngõ ra lên gần bằng biên độ cực đại. Ngoài ra còn làm kho chứa điện ổn định điều kiện cho tải Để có mức điện áp DC 12V có độ ổn định tốt, trong mạch dùng IC ổn áp 3 chân LM317 cho mạch.

3.2.4 Khối vi điều khiển trung tâm Ở đây sử dụng bộ vi điều khiển này có 128 byte RAM, 4K byte ROM trên chip, hai bộ định thời, một cổng nối tiếp và 4 cổng (độ rộng 8 bit) vào – ra tất cả đƣợc đặt trên một chip 8051 là một bộ xử lý 8 bit có nghĩa là CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit dữ liệu tại một thời điểm Dữ liệu lớn hơn 8 bit đƣợc chia ra thành các dự liệu 8 bit để xử lý 8051 đã trở lên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất và bán các dạng biến thể của 8051 Điều này dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của 8051 với các tốc độ khác nhau và dung lƣợng ROM trên chip khác nhau Mặc dù có nhiều biến thể khác nhau của 8051 về tốc độ và dung lƣợng nhớ ROM trên chip, nhƣng tất cả chúng đều tương thích với 8051 ban đầu về các lệnh Viết chương trình cho một phiên bản của

8051 thì nó cũng sẽ chạy với mọi phiên bản khác mà không phân biệt nó đƣợc sản xuất từ hãng nào.

- Kiến trúc cơ bản bên trong 8051 bao gồm các khối chức năng sau:

+ CPU (Central Processing Unit): đơn vị điều khiển trung tâm

+ Bộ nhớ chương trình ROM bao gồm 4 Kbyte

+ Bộ nhớ dữ liệu RAM bao gồm 128 byte

+ Hai bộ định thời/bộ đếm 16 bit thực hiện chức năng định thời và đếm

+Bộ giao diện nối tiếp (cổng nối tiếp)

+ Khối điều khiển ngắt với hai nguồn ngắt ngoài

Chip AT89C51 có hai chế độ lựa chọn tiết kiệm điện bằng phần mềm, chế độ không hoạt động sẽ tắt CPU trong khi một số bộ phận vẫn hoạt động ATC89C51 có

40 chân cụ thể nhƣ trong hình vẽ 3.38

Hình 3.37 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển trung tâm và hiển thị

Hình 3.38 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51 [12]

- Hình 3.38 mô tả các chân của vi điều khiển cụ thể nhƣ sau:

+ Chân 40 nối vào đường nguồn 5V, chân 20 cho nối mass, chân 18, 19 mắc thạch anh định tần.

+ Chân 31 thường được đặt mức điện áp cao, để xác định là mạch chỉ làm việc với bộ nhớ nội.

Thử nghiệm thiết bị

Trong phần này ta đi vào kiểm thử từng phần tính năng của sản phẩm rồi đến kiểm toàn bộ hệ thống Cụ thể theo nhƣ sau:

+ Kiểm thử phần cứng thiết bị

+ Kiểm thử phần cứng thiết bị toàn hệ thống

3.3.1 Kiểm thử phần mềm thiết bị Ở đây, mỗi khi lắp ráp xong phần cứng của bộ mã hóa và bộ thu giải mã thì tất cả sản phẩm đều đƣợc qua khâu kiểm thử chặt chẽ mới đƣa qua khâu hoàn thiện Kiểm thử phần mềm (kiểm tra, thử nghiệm) là một cuộc kiểm tra đƣợc tiến hành để cung cấp cho các bên liên quan thông tin về chất lƣợng của sản phẩm hoặc dịch vụ đƣợc kiểm thử Kiểm thử là một cách nhìn độc lập về phần mềm để từ đó cho phép đánh giá và thấu hiểu đƣợc những rủi ro trong quá trình triển khai phần mềm.

Trong kỹ thuật kiểm thử không chỉ giới hạn ở việc thực hiện một chương trình hoặc ứng dụng với mục đích đi tìm các lỗi phần mềm (bao gồm các lỗi và các thiếu sót) mà còn là một quá trình phê chuẩn và xác minh một chương trình nạp phần mềm cho sản phẩm nhằm:

+ Đáp ứng được mọi yêu cầu hướng dẫn khi thiết kế và phát triển phần mềm. + Thực hiện công việc đúng nhƣ kỳ vọng.

+ Có thể triển khai được với những đặc tính tương tự.

+ Và đáp ứng đƣợc mọi nhu cầu của yêu cầu kỹ thuật.

Tùy thuộc vào từng phương pháp, việc kiểm thử có thể được thực hiện bất cứ lúc nào trong quá trình phát triển phần mềm Theo truyền thống thì các nỗ lực kiểm thử đƣợc tiến hành sau khi các yêu cầu đƣợc xác định và việc lập trình đƣợc hoàn tất nhƣng trong thì việc kiểm thử đƣợc tiến hành liên tục trong suốt quá trình xây dựng phần mềm Như vậy, mỗi một phương pháp kiểm thử bị chi phối theo một quy trình phát triển phần mềm nhất định.

3.3.2 Kiểm thử phần cứng thiết bị

- Để tiến hành thử nghiệm phần cứng của sản phẩm ta thử nghiệm theo các bước cụ thể sau:

Bước 1: Thử nghiệm bộ phát mã điều khiển cho thiết bị phía thu dùng công nghệ RDS truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh FM Cụ thể tiến hành lắp đặt thử nghiệm cho tín hiệu vào bộ phát mã điều khiển và lắp đặt phía thu 1 vài cụm loa để thu thử ở khoảng cách gần rồi điều khiển tắt mở từ phía phát.

Bước 2: Trong quá trình thử nghiệm ở bộ phát mã điều khiển và phía thu ở khoảng cách gần trong thời gian dài ta thấy về phần nguồn ổn định đạt đủ công suất để nuôi mạch Thiết bị bộ phát và bộ thu linh kiện đều không sinh nhiệt cao trong thời gian dài.

Bước 3: Tiến hành kiểm thử bộ khuếch đại âm thanh ở máy thu FM có bộ giải mã đƣa tín hiệu âm thanh vào bộ khuếch đại sau đó dùng thiết bị đo kết quả thu đƣợc cụ thể nhƣ hình vẽ 3.42:

Hình 3.42 Tín hiệu đo đầu ra của bộ khuếch đại

Hình 3.42 tín hiệu đầu ra của bộ khuếch đại cho thấy tín hiệu đầu ra đạt dạng sóng phẳng không bị méo pha hay cắt biên độ của bộ thu Công suất âm thanh phát ra loa tốt đảm bảo về viêc thiết kế cho máy thu FM có bộ giải mã.

Bước 4: Kết luận sau khi thử nghiệm sản phẩm có khả năng hoạt động tốt, trong thời gian dài liên tục và đáp ứng đƣợc các yêu cầu cần thiết kế.

Hình 3.43 Hình ảnh sản phẩm chạy thử ở chế độ bình thường

Hình 3.44 Hình ảnh thiết bị dùng để phát sóng RDS thử nghiệm

Công nghệ RDS không chỉ nâng cao chất lượng hệ thống mà còn tăng cường tính chống nhiễu, đặc biệt khi bị một sóng cao tần khác cùng tần số mạnh hơn chèn vào, lập tức cụm thu sử dụng công nghệ RDS sẽ ngắt ngay trực tiếp mà không cần thời gian chờ như công nghệ DTMF, do đó người dân gần như không bị nghe các tiếng sôi, hú, rè.

+ Bộ thu thu sử dụng vi mạch xử lý kỹ thuật số, có độ nhạy và độ ổn định cao.

+ Bộ thu đƣợc trang bị bộ thu sóng (tuner) chất lƣợng cao, sử dụng mạch vòng khóa pha tạo tần số thu ổn định, độ nhạy cao.

+ Thiết lập nhóm dễ dàng.

+ Hiển thị các thông số hoạt động trên màn hình LCD và LED Giao diện thân thiện dễ sử dụng.

+ Nhận điều khiển từ xa với công nghệ mã hóa và giải mã liên tục RDS. + Khuyếch đại công suất sử dụng các IC công nghệ mới đạt hiệu suất cao. + Thay đổi tần số và điều chỉnh âm lƣợng đồng bộ cho cả hệ thống tại trung tâm.

+ Điều chỉnh âm lượng bằng phương pháp điện tử cho cả 2 chế độ tại chỗ và từ xa.

+ Tự động tắt tín hiệu ra loa khi không nhận đƣợc tín hiệu điều khiển.

+ Tự động mở khi có điện trở lại

+ Trường hợp mất điện ở bộ thu và có điện lại khi hệ thống đang hoạt động.

3.3.3 Kiểm thử phần cứng toàn hệ thống

Kiểm thử công suất của hệ thống máy phát thực tế đƣợc mô tả nhƣ trong hình 3.1.

Hình 3.45 Sơ đồ kết nối hệ thống máy phát FM có bộ mã hóa với máy đo thực tế

Tiến hành phát thử nghiệm ở tần số 77 MHz, máy phát FM 500W Khi ghép kết nối các khối với nhau từ khối phát tín hiệu âm thanh đƣa tín hiệu qua khối mã hóa của hệ thống Từ khối mã hóa này sau khi tín hiệu đƣợc xử lý mã hóa và chèn mã điều khiển tín hiệu đƣợc đƣa qua khối điều chế rồi đƣa đến máy phát Tín hiệu từ máy phát qua đồng hồ đo đi ra ăng ten phát Đồng hồ đo thực tế công suất phát thấy hệ thống hoạt động rất ổn định Đã kiểm tra bằng đồng hồ đo công suất loại chuyên dụng RF cho thấy máy phát tỷ lệ sóng phản xạ bằng không.

Hình 3.46 Kết quả đo đƣợc 500W thực tế phát dải tần số 77 MHz

Hình 3.47 Đồng hồ LCD hiển thị công suất phát thực tế máy phát FM500W

Hình 3.48 Kết quả đo dạng sóng FM RDS dải tần số 77 MHz - Oscilloscope Đánh giá hệ thống thiết bị trạm tích hợp kênh điều khiển trên sóng phát thanh bằng máy hiện sóng (Oscilloscope) là một dụng cụ đo trực quan trợ lực hữu ích cho thiết bị trạm tích hợp kênh điều khiển trên sóng phát thanh.

Máy hiện sóng có khả năng hiển thị các dạng tín hiệu, xung lên màn hình một cách trực quan, hơn nữa có những khu vực tín hiệu chỉ thể hiện dưới dạng xung. Đồng hồ đo volt không thể phát hiện đƣợc ở đó có tồn tại hay không mà chỉ có máy hiện sóng mới thể hiện đƣợc, tần số đo thử nghiệm 77MHz thu đƣợc kết quả dạng sóng chuẩn, không can nhiễu.

Hình 3.49 Kết quả đo tần số 77 MHz không di tần Đánh giá tần số thử nghiệm ở dải 77 MHz khi cho tín hiệu âm thanh đa âm stereo vào bộ giải mã đƣa vào mô đun điều chế FM Từ mô đun điều chế âm thanh đa âm stereo FM đƣợc kết nối tới máy đo tần số, đƣợc đo kiểm bằng loại máy đo tần số chuyên dụng cho ta thấy không có sự di tần, hệ thống hoạt động rất ổn định.

Vậy, thống kê thử nghiệm toàn hệ thống thiết bị trạm tích hợp kênh điều khiển trên sóng phát thanh đƣợc:

+ Về cự ly phát sóng từ 3 lên đến 30km

+ Giải tần FM thu phát tùy chọn: từ 50Mhz -> 470Mhz

+ Bảo mật: Hệ thống thu phát có bảo mật mã hóa, giảm thiểu nhiễu ngoài tác động

+ Chọn vùng: cho phép chọn vùng tùy chọn phát sóng, phát tùy chọn vùng nào theo yêu cầu.

+ Chọn vùng: cho phép chọn vùng tùy chọn phát sóng, phát tùy chọn vùng nào theo yêu cầu.

- Ƣu điểm so với hệ thống thông báo có dây:

+ Giá thành thấp hơn nhiều

+ Không sợ bị đứt dây cáp tín hiệu đến các điểm đặt loa (với hệ thống có dây việc đứt cáp là vấn đề rất lo ngại, vì việc tìm điểm đứt chỗ nào thì cả là một bài toán khó khăn trong việc quản lý).