Trang 1 --- Lê Sỹ CườngXỬ LÝ DỮ LIỆU BĂNG GỐC CHO MÁY THU PHÁT HFTRÊN NỀN TẢNG DSP/FPGA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Trang 2 --- Lê Sỹ CườngXỬ LÝ DỮ LIỆU BĂNG GỐC CHO MÁY THU PHÁT HFTRÊN N
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Lê Sỹ Cường XỬ LÝ DỮ LIỆU BĂNG GỐC CHO MÁY THU PHÁT HF TRÊN NỀN TẢNG DSP/FPGA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội – Năm 2018 1708330025338edaccb3d-b337-4870-9275-5ff7849cc3ca 1708330025338841250dc-92cc-4e6d-9509-fe91b58da7f7 1708330025338d1343087-ceb7-4203-9807-e29859203993 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Sỹ Cường XỬ LÝ DỮ LIỆU BĂNG GỐC CHO MÁY THU PHÁT HF TRÊN NỀN TẢNG DSP/FPGA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thơng NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Hồng Phương Chi Hà Nội – Năm 2018 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân thực hướng dẫn TS Hoàng Phương Chi PGS.TS Đỗ Trọng Tuấn Với mục đích học tập, nghiên cứu để nâng cao kiến thức trình độ chun mơn nên làm luận văn cách nghiêm túc hoàn toàn trung thực Để hoàn thành nội dung luận văn, tài liệu tham khảo liệt kê, tơi cam đoan khơng chép tồn văn cơng trình đồ án tốt nghiệp người khác Những số liệu sử dụng luận văn rõ nguồn trích dẫn danh mục tài liệu tham khảo Kết nghiên cứu chưa công bố cơng trình nghiên cứu từ trước đến Hà Nội, 20 tháng 04 năm 2018 Học viên Lê Sỹ Cường Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ kỹ thuật với đề tài “Xử lý liệu băng gốc cho máy thu phát HF tảng DSP/FPGA” kết trình cố gắng không ngừng thân giúp đỡ, động viên khích lệ q thầy cơ, bạn bè người thân Qua trang viết này, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập, nghiên cứu khoa học vừa qua Tơi xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc TS Hoàng Phương Chi PGS.TS Đỗ Trọng Tuấn trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, viện Điện Tử - Viễn Thông viện Đào Tạo Sau Đại Học tạo điều kiện cho hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp đơn vị công tác tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình học tập, thực luận văn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 10 DANH MỤC CÁC BẢNG 13 MỞ ĐẦU 14 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN KIẾN TRÚC MÁY THU PHÁT HF 17 1.1 Lý thuyết sóng vơ tuyến 17 1.1.1 Khái niệm 17 1.1.2 Các băng tần vô tuyến 18 1.1.3 Sóng tần số cao HF 18 1.1.4 Đặc tính lan truyền 19 1.2 Lý thuyết tín hiệu thoại băng gốc 21 1.2.1 Đặc tính âm tương tự 21 1.2.2 Hệ thống số xử lý âm 23 1.2.3 Mơ hình hóa tín hiệu âm 24 1.2.4 Kiến trúc hệ thống số xử lý âm 26 1.2.5 Tần số lấy mẫu 30 1.2.6 Mô hình xử lý âm 31 1.3 Điều chế tín hiệu 33 1.3.1 Khái niệm 33 1.3.2 Mục đích 33 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 1.3.3 Điều kiện điều chế 33 1.3.4 Phân loại 34 1.3.5 Điều chế SSB 35 1.4 Cấu trúc máy thu phát HF 36 1.4.1 Máy thu phát HF tương tự 36 1.4.2 Máy thu phát HF số 37 1.5 Khảo sát vài máy thu phát HF 39 1.5.1 Máy ICOM-751A 39 1.5.2 Máy HF ICOM-7300 40 1.6 Kết luận chương 42 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU, XỬ LÝ TÍN HIỆU BĂNG GỐC TRÊN NỀN TẢNG DSP/FPGA 43 2.1 Giới thiệu Kit FPGA DE10 43 2.1.1 Tổng quan 43 2.1.2 Sơ đồ khối 44 2.1.3 Kết nối HPS FPGA 48 2.1.4 Bộ CODEC WM8731 49 2.2 Giới thiệu phần mềm Quartus II 16.1 57 2.2.1 Tổng quan 57 2.2.2 Các tính 57 2.2.3 Giới thiệu ngôn ngữ VHDL 58 2.3 Giới thiệu Qt-Framework 61 2.4 Thiết kế sơ đồ hệ thống 64 2.4.1 Sơ đồ khối chức 64 2.4.2 Sơ đồ khối chi tiết 65 2.4.3 Điều khiển CODEC WM8731 66 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 2.5 Khối điều khiển hiển thị khuếch đại HLA-150 Plus 73 2.5.1 Phân tích yêu cầu 73 2.5.2 Giải pháp thiết kế 75 2.5.3 Thực 79 2.6 Giao diện FPGA/HPS 81 2.6.1 Chức điều khiển CODEC WM8731 81 2.6.2 Chức điều khiển khuếch đại HLA 150 Plus 83 2.7 Kết luận chương 86 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 87 3.1 Hệ thống hoàn thiện 87 3.2 Mơ hình đánh giá 89 3.2.1 Kết kiểm thử dùng Oscillo 90 3.2.2 Kết kiểm thử dùng phần mềm 93 3.3 Kết luận 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh ADC Analog Digital Converter AM Amplitude Modulation AM-SC Amplitude Modulation Tiếng Việt Mạch Chuyển Đổi Tương Tự Số Điều Chế Biên Độ with Điều Chế Biên Độ với Sóng Suppressed Carrier Mang Bị Nén Điều Khiển Khuếch Đại Tự AGV Automatic Gain Control ALC Automatic Level Control Điều Khiển Mức Tự Động ALO Analog Local Oscilloscope Bộ Dao Động Nội Tương Tự API Application Programing Interface Giao Diện Lập Trình Ứng Dụng AF Audio Frequence Tần Số Âm Thanh ARM Động Advanced Reduced Instructions Set Máy Tính với Tập Lệnh Đơn Computer Machine Giản Hóa Nâng Cao Điều Chế Số Theo Biên Độ Tín ASK Amplitude Shift Keying BPF Band-pass filter Bộ Lọc Thơng Dải CODEC Coder Decoder Mã Hóa – Giải Mã DAC Digital Analog Converter DC Direct Current Dòng Điện Một Chiều DSB Double Side Band Dải Hai Sóng Biên DSP EHF Digital Signal Processor Extremely High Frequency Bộ Xử Lý Tín Hiệu Số Tần Số Cực Cao ELF Extremely Low Frequency Tần Số Cực Thấp Hiệu Mạch Chuyển Đổi Số - Tương Tự Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 FIR Finite Impulse Response Đáp Ứng Xung Hữu Hạn FM Frequence Modulation Điều Chế Tần Số FPGA Field Programmable Gate Arrays FSK Frequency Shift Keying Mảng Cổng Lập Trình Được Dạng Trường Điều Chế Số Theo Tần Số Tín Hiệu Global Maritime Distress and Hệ Thống Thông Tin Nguy Hiểm Safety System An Toàn Hàng Hải Toàn Cầu GPP General Purpose Processor Bộ Xử Lý Đa Năng GPIO General Purpose Input/Output Cổng Vào/Ra Vạn Năng HF High Frequency Tần Số Cao HPS Hardware Processing System Hệ Thống Xử Lý Phần Cứng I2C Inter-Integrated Circuit Giao Tiếp I2C GMDSS IEEE Institute of Electrical and Viện Kỹ Nghệ Điện Điện Tử Electronics Engineers IF Intermediate Frequency Tần Số Trung Gian MF Medium Frequency Tần Số Trung Bình MSB Most Significant Bit Bit Có Trọng Số Cao Nhất LED Light Emitting Diode Điốt Phát Quang LPF Low-Pass Filter Lọc Thông Thấp LF Low Frequency Tần Số Thấp PA Power Amplifier Bộ Khuếch Đại Công Suất PAM Pulse Amplitude Modulation Điều Chế Biên Độ Xung PCM Pulse Code Modulation Điều Chế Xung Mã PDM PM Pulse Density Modulation Phase Modulation Điều Chế Mật Độ Xung Điều Chế Pha Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 PLL Phase Locked Loop Vòng Khóa Pha PPM Pulse Position Modulation Điều Chỉnh Vị Trí Xung PSK Phase Shift Keying Điều Chế Di Pha RAM Random Access Memory Bộ Nhớ Truy Xuất Ngẫu Nhiên RF Radio Frequency Tần Số Máy Vô Tuyến Điện SHF Super High Frequency Tần Số Siêu Cao SMA SubMiniature version A SoC System on Chip SOPC System On a Programmable Chip SPI Serial Peripheral Interface Giao Diện Ngoại Vi Nối tiếp SSB Single SideBand Dải Đơn Biên Single SideBand - Suppressed Đơn Biên Khơng Sóng Mang SSB-SC Đầu Nối RF Đồng Trục Bán Chính Xác Hệ Thống Trên Một Vi Mạch Hệ Thống Trên Một Vi Mạch Có Khả Năng Lập Trình Carrier UHF Ultra High Frequency Tần Số Cực Cao ULF Ultra Low Frequency Tần Số Cực Thấp USB Universal Serial Bus VLF Very Low Frequency Tần Số Rất Thấp Very High Speed Integrated Circuit Ngơn Ngữ Lập Trình Mơ Tả Hardware Description Language Phần Cứng VHF Very High Frequency Tần Số Rất Cao VHSIC Very High Speed Itergrated Circuit Mạch Tích Hợp Tốc Độ Rất Cao VGA VSB Video Graphics Array Vestigial SideBand Mảng Đồ Họa Video Dải Biên Còn Lại VHDL Chuẩn Kết Nối Tuần Tự Đa Dụng