Thông tin trong cự li ngắn đảm bảo và bí mật qua việc thiết kế máy thông tin nội bộ truyền trong điện lưới

Đồ án tốt nghiệp Nh đà biết, năm gần phát triển công nghệ viễn thông, tin học dẫn đến bùng nổ thông tin cha lúc có nhu cầu thông tin lại lớn nh Nhu cầu thông tin có nơi, lúc, xuất phát từ nhu cầu tự nhiên ngời muốn giao tiếp hoà nhập với môi trờng xung quanh Thông tin ngày trở lên đa dạng phong phú nh : lời nói, hình ảnh, số liệu Trong loại thông tin thông tin lời nói thông tin thiếu đời sống ngời Với việc giải nhu cầu thông tin, nguời ta đa nhiều kĩ thuật,công nghệ khác khác để thoả mÃn nhu cầu Đợc động viên khuyến khích thầy Đinh Hữu Thanh, để nắm vững khẳng định kiến thức mà thầy đà truyền đạt cho em kì đầu chuyên ngành, phạm vi đồ án em đề cập đến vấn đề thông tin khía cạnh nhỏ thông tin cự li ngắn đảm bảo bí mật qua việc thiết kế máy thông tin nội truyền điện lới Đợc bảo tận tình thầy cộng với giúp đỡ bạn bè nhng thời gian trình độ có hạn Hơn nữa, em phải tập trung vào việc lắp ráp mạch thực tế nên tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đợc ý kiến nhận xét thầy cô bạn bè để đồ án em đợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 15 tháng năm 2002 Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Lớp ĐTVT1-K42 Đồ án tốt nghiệp Mục lục Phần 1: Lí thuyết chung Trang Chương Các hệ thông tin nội bé 1.1.Kh¸i niƯm chung 1.2.Hệ thống thông tin truyền tín hiệu âm tần 1.3.Hệ thông thông tin nội sử dụng tổng đài 1.4.HƯ thèng th«ng tin nội ghép kênh theo tần 13 số 16 Chương Các phương pháp điều chế giải điều 16 chế 22 2.1.Kh¸i 27 niƯm 27 27 2.2.Điều tần 29 (FM) 30 2.2.1.§iỊu chÕ .36 40 2.2.2.Giải điều 41 chế 43 2.3.Điều biên (AM) 44 46 2.3.1.§iỊu chÕ 49 51 2.3.2.Giải điều 52 chế 52 4.§iỊu chÕ xung 52 (PCM) 53 2.4.1.Kh¸i 53 niÖm 2.4.2.Nguyªn 54 lÝ 54 2.4.2.1.LÊy 54 mÉu 55 2.4.2.2L­ìng tư 57 2.4.2.3.M· 59 ho¸ 60 2.4.2.4.TruyÒn 62 dÉn Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Lớp ĐTVT1-K42 62 2.4.2.5.Giải điều 62 chế 64 Chưong Các phương pháp ghép 65 7.1 Khối khuếch đại công 71 suất 71 71 7.1 Khèi vµo 71 71 Đồ án tốt nghiệp 72 7.1 Khèi h¹n 75 chÕ 71 75 7.1.10 Khèi nguån 72 75 76 7.2 Nguyên lí hoạt động cđa 80 m¸y 75 84 Các chế độ 89 phát 75 90 2 ChÕ ®é 91 thu 75 Ch­¬ng ThiÕt kÕ tÝnh to¸n chi tiÕt 94 Mạch khuếch đại 94 Micro 76 95 Mạch vào 95 .8097 3.Mạch khuyếch công 97 suất 84 97 4.Mach chän 98 tÇn 89 99 Mạch điều chế giải điều 99 chế 90 M¹ch khuếch đại âm tần 91 Phần 3: Thực nghiệm kết Chương 9.Thiết kế lắp ráp mạch ThiÕt kÕ m¹ch IN 94 Lắp ráp vµ vËn hµnh 95 NhËn xÐt 95 Chương 10.Những đề xuất cải tiến 10.1.Các tiêu 97 10.2.Các phương án cải tiến 97 10.3.Nâng số lượng kênh th«ng tin 98 10.3.1.Phương án thực .99 10.3.2.Tính toán chi tiết mạch vào .99 Sinh viªn thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Lớp ĐTVT1-K42 Đồ án tốt nghiệp PhầnI: Lí thuyết chung Chơng Các hệ thống thông tin nội I.1 khái niệm hệ thống Thông tin nội Và việc ghép kênh Để đáp ứng nhu cầu thông tin ngời từ xa xa đà ngời đà tìm cách trao đổi thông tin với nhng mức độ đơn giản Ngày với phát triển ngành khoa học khác đà tạo điều kiện đời hệ thống thông tin nhằm phục vụ cho nhu cầu khác ngời Các nội dung thông tin cần trao đổi ngày phong phú đa dạng nh: tiếng nói, hình ảnh, truyền số liệu, Để truyền đợc thông tin ngời ta phải xây dựng hệ thống thông tin khác để truyền thông tin đó.Trong hệ thống thông tin ngời ta xây dựng loạt cách thức, qui tắc, để xử lí truyền tín hiệu đối tợng hƯ thèng cã thĨ th«ng tin cho HiƯn nớc ta việc trao đổi thông tin chủ yếu diễn mạng thông tin công cộng nhà nớc hay công ty lớn quản lí Đặc điểm hệ thống cho phép trao Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Lớp ĐTVT1-K42 Đồ án tốt nghiệp đổi với số lợng lớn thông tin, khoảng cách khác nhau, với đa dạng loại thông tin Ta gọi hệ thống thông tin công cộng Tuy nhiên thực tế tồn nhu cầu khác thông tin khác ®ã lµ trao ®ỉi mét cù li hĐp, sè lợng thông tin nhỏ hoạt động độc lập giao tiếp với mạng thông tin công cộng.Việc quản lí hệ thống ngời tham gia hệ thống định.Để đáp ứng nhu cầu ngời ta đa khái niệm hệ thống thông tin nội Cũng tơng tự nh hệ thông tin khác, hệ thống thông tin nội ngời ta xây dựng phơng pháp để xử lí truyền tín hiệu, nghĩa làm để tín hiệu truyền bên thu nhận đợc với hiệu định Vì dới chơng xin trình bày lý thuyết chung phơng pháp điều chế ,tách sóng vấn đề ghép kênh tín hiệu hệ thống thông tin HƯ thèng th«ng tin néi bé trun tÝn hiệu âm tần Trớc để truyền thông tin nội ngời ta thờng sử dụng phơng pháp truyền trực tiếp tín hiệu âm tần qua đờng dây dẫn tới đối tợng cần thông tin Đây mô hình hệ thống thông tin lạc hậu Trong máy thông tin làm nhiệm vụ đơn khuếch đại tín hiệu âm tần cần truyền Nh thiết bị phát thiết bị nhận phải có đờng dây dẫn riêng, bên thu nhận trực tiếp khuếch đại tín hiệu thu đợc Hệ A Khuyếc h đại âm tần Dây dẫn Khuyếc h đại âm tần B Hinh 1.1a: Quá trình A truyền sang B A Khuyếc h đại âm tần Dây dẫn Khuyếc h đại âm tân B Hình1.1 b: Quá trình B truyền sang A Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Lớp ĐTVT1-K42 Đồ án tốt nghiệp thống đơn giản, dễ lắp đặt Trong hình minh hoạ trình thông tin A B Tuy nhiên hệ thống có nhiều hạn chế: - Công suất phát phải lớn - Cự li thông tin không cao, để nâng cao cự li thông tin cần phải dùng nhiều khuếch đại, cần công suất phải lớn, hệ thống trở nên cồng kềnh, phức tạp, mà cự li thông tin không cải thiện đợc bao suy hao việc truyền trực tiếp tín hiệu âm tần đờng dây dẫn lớn - Chất lợng thông tin không cao ảnh hởng nhiều nhiễu tạp âm - Hạn chế số kênh thông tin Mỗi đôi dây đợc dùng để trao đổi thông tin hai đối tợng cố định Muốn tăng kênh thông tin phải tăng số đờng đây, điều tốn Do có nhiều nhợc điểm nên hệ thống thông tin nội hầu nh không đợc sử dụng 1.3 Hệ thống thông tin sử dụng tổng đài Đây mô hình hệ thống thông tin đại Dới hình minh hoạ mô hình hệ thống này: Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Lớp ĐTVT1-K42 Đồ án tốt nghiệp Tổng đài Hình 1.2: Mô hình tổng đài nội Phần hệ thống tổng đài điện thoại nội có dung lợng nhỏ hay gọi máy mẹ Các đối tợng thông tin hệ máy mẹ đợc nối với tổng đài nội đôi dây dẫn riêng Số lợng máy hệ lớn lên đến hàng trăm máy có tốc độ xử lí tơng đối cao Tổng đài nội quản lí hoạt động thông tin hệ, máy muốn liên lạc với phải thức động tác quay số, tổng đài xử lí để truy cập tới đối tợng cần thông tin Trong số trờng hợp tổng đài nội đợc nối với mạng điện thoại công cộng nh cần thiết máy liên lạc đợc với máy điện thoại bên ngợc lại máy điện thoại bên liên lạc đợc với máy hệ thống nội Tuỳ theo mô hình mức độ đại mà tổng đài nội tự động hoàn toàn bán tự động Nếu bán tự động phải có ngời trực tổng đài để thực việc trao đổi thông tin Với u điểm mô hình hệ thống thông tin nội sử dụng tổng đài nội đợc ứng dụng thực tế Đặc biệt thuận tiện sử dụng tổng đài nội quan Tuy nhiên hệ sử dụng thiết bị đại nên giá thành cao 1.4 Hệ thống thông tin nội phân đờng theo tần số Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Lớp ĐTVT1-K42 Đồ án tốt nghiệp Hệ thông tin hoạt động theo nguyên lí FDM Mỗi máy thông tin phát tần số khác Nói cách khác đối tợng thông tin đợc qui định địa tần số định, muốn liên lạc đối tợng thông tin phát tần số địa đối tợng cần liên lạc Để tăng chất lợng cự li thông tin nơi phát ngời ta thực việc điều chế tín hiệu âm tần tần số phát Bên thu muốn nhận đợc phải có tần số thu trùng với tần số phát (tơng ứng với việc đà xác định đợc địa chỉ) tín hiệu đợc giải điều chế để lấy tín hiệu âm tần ban đầu Hệ thống sử dụng đờng truyền dây dẫn riêng nối máy phát sóng vô tuyến nhng phơng pháp tốt lợi dụng đờng dây điện lới để làm đờng truyền dẫn tÝn hiƯu Do sư dơng kÜ tht FDM nªn sè đờng thông tin bị hạn chế dải điều tần dẫn tới số lợng đối tợng thông tin lớn đợc Tuy nhiên hệ sử dụng thiết bị đơn giản gọn nhẹ, giá thành rẻ thích hợp với ®iỊu kiƯn níc ta hiƯn A, B, C, D A, B, C, D A, B, C, D FA FB FC A, B, C, D FD H×nh 1.3: Sơ dồ hệ thống thông tin nội phân đường theo tần số Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Lớp ĐTVT1-K42 Đồ án tốt nghiệp Chơng Các Phơng Pháp điều chế giải điều chế (Modulation And Demodulation) 2.1.Khái niệm Điều chế trình ghi tin tức vào tín hiệu dao động cao tần nhờ biến đổi số thông số (ví dụ nh: biên độ, pha, tần số, độ rộng xung, ) dao động cao tần theo tin tức Nh thông qua trình điều chế, tin tức miền tần số thấp đợc chuyển lên miền tần số cao để truyền xa, miền tần số cao tránh đợc nhiễu mà tránh suy hao lợng Trong trình tin tức gọi tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi tải tin, dao động cao tần mang tin tức gọi dao động cao tần đà điều chế Thông thờng tải tin điều hoà Dới ta xét với loại tải tin này, ta có điều pha, điều tần điều biên, điều tần điều pha đợc gọi điều góc Giải điều chế gọi tách sóng trình tìm lại tín hiệu điều chế Tín hiệu sau tách sóng phải giống tín hiệu điều chế ban đầu Thùc tÕ tÝn hiƯu ®iỊu chÕ u s sau qua điều chế qua kênh truyền dẫn đa đến tách sóng đà bị méo dạng thành us Do méo phi tuyến tách sóng, nên sau tách sóng ta nhận đợc us khác dạng với us’ Nh vËy tÝn hiƯu sau t¸ch sãng thêng khác với dạng tín hiệu nguyên thuỷ (tin tức) u s Vì yêu cầu trình tách sóng méo phi tuyến Tơng ứng với loại điều chế: tần số, pha, Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Lớp ĐTVT1-K42 Đồ án tốt nghiệp biên độ, ngời ta phân biệt loại tách sóng tần số, pha, biên độ 2.2 Điều tần -FM (Frequency modulation): 2.2.1 Điều chế : Điều tần trình ghi tin vào tải tin, làm cho tần số tức thời tải tin biến thiên theo dạng tín hiệu điều chế Để xem xét trình điều tần, để đơn giản ta giả thiết tải tin tin tức dao động điều hoà Trong tải tin: u (t) =Ut cos (t t+0) =Ut cos (t) (2 1) Gi¶ thiÕt tÝn hiƯu điều chế tín hiệu đơn âm: us=Us cosst (2 2) d Ta biết góc pha tần sè cã quan hƯ = dt nªn : t ψ (t )=∫ ω(t )dt+ ϕ(t ) (2.3) Khi ®iỊu chế tần số tần số dao động cao tần biến thiên tỉ lệ với tín hiệu điều chế đợc xác định: (t) =t+kđtUs cos (s t) (2.4) Trong kđf Us lợng di pha cực đại=m Thay (2.4) vào (2.3) sau thay vào (2.1) với góc pha ban đầu tín hiệu không đổi (t) =0, biến đổi ta nhận đợc: uđt=Ut cos (t + m/s sins t+0) (2.5) us t H×nh a us t Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Hoàng Lớp ĐTVT1-K42 H×nh b