Đề cương môn học thu phát vô tuyến có đáp án

CÂU 6: • Thuật ngữ vô tuyến phần mềm được sử dụng để nói về một máy thu phát trong đó các thông số then chốt được định nghĩa trong phần mềm và các khía cạnh cơ bản của hoạt động vô tuyế

ĐỀ CƯƠNG THU PHÁT VÔ TUYẾN

CÂU 1:

 Đầu vô tuyến bao gồm đầu vô tuyến phát và đầu vô tuyến thu

 Đầu vô tuyến phát bao gốm:

+ Bô điều chế: điều chế tín hiệu đầu vào băng gốc tương tự vào tín hiệu trung tần (IF) để điều chế

+ Bộ biến đổi nâng tần: chuyển đổi tín hiệu phát được điều chế từ trung tần vào vào sóng vô tuyến(RF)

+ Bộ khuếch đại công suất (PA): khuếch đại công suất phát đủ lớn trước khi đưa vào anten

 Đầu vô tuyến thu bao gồm:

+ Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA) : khuếch đại tín hiệu thu yếu nhưng gây ít tạp âm

+ Bộ biến đổi hạ tầng: chuyển đổi tín hiệu tấn số thu vô tuyến (RF) vào tín hiệu trung tần (IF)

+ Bộ giải điều chế: khôi phục lại tín hiệu băng gốc phía thu

+ DSP : bộ xử lý tín hiệu số

+ ADC/DAC: bộ chuyển đổi tương tự/ số

CÂU 2:

 Hai định lý lấy mẫu:

+ Định lý lấy mẫu Shannon:

- Tốc độ lấy mẫu phải lớn hơn 2 lần độ rộng băng để không bị mất thông tin: >.

- Độ rộng băng tín hiệu có thể trải rộng từ một chiều (DC) đến ( lấy mẫu băng gốc, lấy mẫu trên tần) hay từ đến (lấy mẫu băng thông, lấy mẫu dưới tần, lấy mẫu hài, siêu Nyquist)

+ Trước tiên, ta giả thiết là chỉ có tạp âm do lỗi lượng tử Giả thiết là biên độ của tạp

âm lượng tử này là một biến ngẫu nhiên phân bố đều trên một bước lượng tử, giả thiếtđầu vào dạng sin có biên độ bằng FSR của ADC, thì SNR cực đại được xác định nhưsau:

[ ]ax

6, 02 1,76 10 lg

2

s m

ở đây, fs là tần số lấy mẫu, fmax là tần số cực đại của tín hiệu tương tự đầu vào SNR

lý thuyết bằng 6dB thường được nói chính là xấp xỉ của phương trình trên khifs=2fmax và bỏ qua 1,76dB

đi ước tính tín hiệu đầu vào , tín hiệu còn lại là lỗi dư

 ENOD: Số biết hiệu dụng là số bit cần thiết trong một ADC lý tưởng để công suất tạp âm trung bình bình phương trong ADC lý tưởng này bằng công suất trung bìnhbình phương lỗi dư trong ADC thực tế

 SFDR: Dải động không có nhiễu giả là một thông số hữu ích để đặc tả các ADC Gỉa sử đầu vào ADC là một tone hàm sin SFDR được thực hiện bằng cách lấy FFT đầu ra ADC Sau biến đổi phổ đầu ra ADC được thể hiện ở dạng công suất đầu ra dB phụ thuộc tần số Khi này SFDR sẽ là hiệu số giữa tín hiệu đầu vào hàmsin và công suất đỉnh của tín hiệu giả nhiễu lớn nhất trong phổ đầu ra của ADC

CÂU 6:

• Thuật ngữ vô tuyến phần mềm được sử dụng để nói về một máy thu phát trong đó các thông số then chốt được định nghĩa trong phần mềm và các khía cạnh cơ bản của hoạt động vô tuyến có thể được lập cấu hình lại bằng cách cập nhật lại phần mềm này

 SDR: Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm là thuật ngữ được tiếp nhận tại SDR Forum

 MST : Đầu cuối đa chuẩn để nói về một đầu cuối có khả năng hoạt động trên một

số chuẩn giao diện vô tuyến khác nhau

 FAR: Vô tuyến kiến trúc linh hoạt chỉ tất cả các khía cạnh của hệ thống tuyến đều linh hoạt chứ không chỉ phần băng gốc số FAR thực thu cho phép dùng phần mềm thay đổi : số lượng và kiểu biến đổi nâng/hạ tần, băng thông bộ lọc trung tần (IF), thậm chí băng tần công tác RF

 Vô tuyến khả lập cấu hình: để bao gàm cả lập lại cấu hình phần mềm lẫn phần sụn,chẳng hạn thông qua các thiết bị khả lập trình như FPGA

CÂU 7: Kiến trúc SDR lý tưởng

 Giả thiết rằng bộ biến đổi ADC có cả bộ lọc chống xuyên băng bên trong và DAC

có cả bộ lọc khôi phục tín hiệu tương tự bên trong SDR có các tính năng chínhnhư sau:

- Sơ đồ điều chế, định kênh và các giao thức để phát và thu tất cả đều được quyếtđịnh bằng phần mềm trong phân hệ xử lý số Các xử lý này được thực hiện trongDSP (bộ xử lý tín hiệu số)

- Bộ Circulator lý tưởng được sử dụng để phân tách các tín hiệu đường phát vàđường thu Khi sử dụng các giải pháp dựa trên bộ lọc sẽ không xảy ra các hạn chếtần số đối với chức năng phân tách phát thu Phần tử này được coi rằng có trênphối kháng lý tưởng giữa nó với anten và trở kháng của bộ khuếch đại công suất

- Lọc xuyên băng và lọc khôi phục tín hiệu rõ ráng nhất là cần thiết trong kiến trúcnày Tuy nhiên ở đây, ADC và DAC có tốc độ lấy mẫu nhiều GHz Hiện nay, lọccong công, phát, thu có thể đạt được tốc độ thay đổi độ dốc trong cả máy cầm tay

và trạm gốc Thay đổi chính sẽ là chuyển đổi chúng từ băng thông vào thông thấp

CÂU 8: Kiến trúc SDR BTS (hình 1.17 và 1.18)

- Kiến trúc của hầu hết các trạm gốc vô tuyến chuyển dịch dần một kiến trúc đặc thùđiều chế đến một kiến trúc được định nghĩa rộng bằng phần mềm.

- Sự thay đổi này cộng với việc chuyển đến các tiêu chuẩn các giao diện số bêntrong BTS vào OBSAI và CPRI đã thay đổi tận gốc các mô hình BTS

- Mô hình BTS lý tưởng từ quan điểm của OEM (Original EquipementManufactuner) phải bao gồm một số lượng nhỏ các khối cơ sỏ tiêu chuẩn có khảnăng nối tầng để tạo nên một giải pháp phần cứng đầy đủ Sự xuất hiện của SDRkhiến cho mô hình này ngày càng được nhiều người chấp nhận

- Phác họa các phần tử tạo tín hiệu điều chế và truyền dẫn của BTS kiểu này đượccho trên hình Bây giờ, ta có thể định nghĩa từng phần tử chính (xử lý tín hiệu số,máy phát được tuyến tính hóa và bộ lọc song công)

- Trong số các phần tử này, nhiều phần tử đã được OEM thuê ngoài sản xuất nhưSDP, bộ lọc song công và cả PA

CÂU 9: Mục đích của các chuẩn OBSAI và CPRI (tốc độ số liệu cao giữa BBU và

RFU, tốc độ số liệu thấp cho OAM&P)

 OBSAI và CPRI là các hoạt động tiêu chuẩn hóa nhằm tạo ra các giao diên mởBTS Nó cung cấp một thị trường mở để các nhà bán máy (đối tác thứ 3) có thểcung cấp một khối lượng lớn các hệ thống con BTS cho nhiều khách hàng củaOEM, nhờ vậy giảm giá thành cho khách hàng OEM Các tổ chức này đưa ra cácchuẩn liên quan đến các vấn đề sau:

- Giao diện tốc độ cao giữa băng gốc và modul RF (để phát số liệu I-Q thể hiệndạng sóng cần phát)

- Tốc độ số liệu thấp cho điều khiển, khai thác, quản trị, bảo dưỡng và trang bị(OAM&P)

- Phân phối đồng hồ/ định thời

- Giao diện với đầu vô tuyến đặt xa

CÂU 10: Kiến trúc BTS mới Tách riêng phần BBU và RFU, nối chung qua OBSAI

hoặc CPRI Đặt RFU gần anten…)

 Trong trạm gốc thông thường, các phần băng gốc và RF của máy thu phát thườngđược đặt gần nhau và nhiều khi trong cùng một hộp máy Bộ khuếch đại công suấtcũng thường được đặt gần và trong nhiều trường hợp trên cùng một giá máy Vìthế gây ra tổn hao công suất lớn khi truyền nó từ PA đến anten Để khắc phục,người ta sử dụng 3 cấu hình sau đây:

- Tách riêng phần số và phần vô tuyến: Sự xuất hiện của các giao diện chuẩnOBSAI và CPRI cùng với các máy phát thu RF đầu vào số dẫn đến không cần đặtcác phần số và phần vô tuyến gần nhau Máy thu phát vô tuyến có thể được lắp đặttại tại trí thuận tiện gần anten, chẳng hạn trên tường tòa nhà hay trên đỉnh cộtanten để giảm yêu cầu về công suất và giảm cả giá thành vận hành cũng như vị trílắp đặt máy

- Lắp đặt trên tháp anten: Lắp đặt máy thu phát RF trực tiếp trên tháp chứa cácanten phát và thu (hình a) Hiện nay, lắp đặt kiểu này khá phổ biến cho các mạng

di động 3G và 4G Nó cho phép loại bỏ được tổn hao của cáp vô tuyến (giảm 1nửa, ~3dB)

CÂU 11: Khái niệm khách sạn hóa BTS hay BTS phân bố (đặt RRU gần tại các vị trí

thuận tiện và chi phí site rẻ, tập trung các BBU vào một HUB; phân tích ưu điểm)

 Khái niệm:

+ Khách sạn hóa BTS (Hoteling) là khái niệm để nói lên rằng 1 phần thiết bị trạm gốcđược đặt tại các vị trí bên ngoài site trạm gốc để thuận tiện và giảm chi phí Khi đó,phần lớn các phần tử của một BTS truyền thống được đặt tại một vị trí trung tâm(HUB) trong site của ô chứa một lượng tối thiểu các phần tử

+ Tất cả các phần tử mạng, các phần tử giao tiếp,… cũng như tạo tín hiệu băng gốc,điều chế, giải điều chế, mã hóa,…đều được đặt tại HUB trung tâm HUB gioa diệntrực tiếp đến mạng viễn thông liên quan và lấy ra tất cả các cuộc gọi từ mạng này; tạo

và thu các mẫu số liệu cần thiết cho phát và thu đến/tù RRH (đầu vô tuyến đặt xa)=>HUB chứa toàn bộ trí tuệ của trạm gốc

 Phân tích ưu điểm:

- Đơn giản hóa bảo dưỡng và nâng cấp: Vì phần lớn thiết bị trạm gốc cho nhiều site

sẽ được đặt trong một vị trí nên chỉ cần đến bảo dưỡng một lần cho tất cả các site

- Giảm (hoặc loại bỏ hẳn) các cabin hoặc nhà trạm cho trạm gốc

- Giảm tiêu thụ nguồn: Đặt RRH trên đỉnh tháp anten loại bỏ được tổn hao cáp đồngtrục

- Chi phí triển khai thấp hơn: chi phí PA công suất thấp hơn, BTS không cần cóphòng máy tại chân tháp giảm đáng kể giá xây dựng (và cả giá thuê đặt site) Điềuhòa không khí cũng chỉ cần đặt tại vị trí duy nhất (BTS HUB)

- Giá thành khai thác thấp: Khai thác nói chung cùng với việc loại bỏ điều hòakhông khí tại nhiều site đặt xa dẫn đến giảm đáng kể chi phí khia thác

- Độ tin cậy cao hơn

- Dễ dàng bảo dưỡng: Đặt phần lớn phần cứng BTS tại một vị trí cho phép thực hiệnbảo dưỡng trung tâm

- Dễ dàng triển khai mạng: Dễ dàng bổ sung một site mới

CÂU 12: Các phần tử của RRH

RRH-Remote RF Head

 Ở đây, một giao diện số được bổ sung để hỗ trợ khoảng cách truyền dẫn xa hơn sơvới yêu cầu của một ứng dụng trạm gốc thông thường Giao diện này thường làquang để truyền được xa hơn, tuy nhiên cũng có thể sử dụng cáp đôi dây xoắn haycáp đồng trục cho các ứng dụng trong tòa nhà hay ngoài trời có khoảng cách ngắnhơn.

CHƯƠNG 2

CÂU 13: Kiến trúc của một máy thu đơn băng đổi tần:

 Máy thu ngoại sai tương tự:

 Giải thích tóm tắt:

+ T/h RF được lọc bởi bộ lọc chọn băng

+ Sau đó được khuếch đại bởi bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA

+ Tiếp tục qua bộ lọc loại bỏ tần số ảnh Lưu ý mũi tên đầu tiên xuất phát từ bộ lọc chọn băng

+ Tín hiệu đưa đến bộ trộn ,tại đây tần số của LO tách tín hiệu RF thành IF

+ Tín hiệu IF tiếp tục được đưa qua bộ lọc chọn băng để loại bỏ tín hiệu không mong muốn.

+ Sau đó t/h IF đi qua bộ khuếch đại IF tuyến tính trước khi đi vào bộ giải điều chế rồiđến bộ biến đổi A/D và DSP tạo ra tín hiệu băng số băng gốc

: tần số góc tín hiệu không mong muốn

+ Tín hiệu bộ dao động nội LO

Hình 2.2

 Giải pháp: Nhiễu ảnh này có thể được loại bỏ bằng cách dùng bộ lọc trước bộ trộn hoặc trong quá trình biến đổi từ RF vào IF

CÂU 15:

 Kiến trúc máy thu trung tần IF số

+ Chức năng biến đổi hạ tần vuông góc I/Q được kết hợp vào DSP Điều này giúp đạt được độ chính xác cao và không có các dịch DC

+ Đảm bảo rằng IF băng gốc là một tần số đủ cao để có thể chọn kênh nhưng đủ thấp để được xử lý bởi các bộ ADC và DSP IF được chọn xung quanh 10 – 50MHz , tiếp tục tang khi công nghệ ADC tiến bộ

 Nguyên lý hoạt động cơ bản giống câu 14 có sự khác nho nhơ như vừa nêu ở

chính xác bằng fs/4 Bằng cách nhân mẫu IF số với các chuỗi tuần hoàn [ 1 0 -1 0] đối với kênh thực và [0 -1 0 1 ] đối với kênh ảo.

+ Sau đó luông I, Q băng gốc được lọc bằng bộ lọc FIR(đáp ứng xung kim hữu hạn) băng thông tạo nên t/h băng gốc số yêu cầu để đến các quá trình xử lý tiếp theo

CÂU 16: Kiến trúc máy thu đa kênh IF số.

 Nhiều biến đổi hạ tầng vuông góc được thực hiện trong miền số bằng cách sử dụng các bộ dao động được điều khiển bằng số NCO

 Sử dụng lọc thông thấp cho các tín hiệu I và Q

 Nguyên lý hoạt động : Nhìn hình phân tích bình thường

CÂU 17: DC offset trong DCR:

nó trộn với chính thành phần một chiều nó Nguồn DC động xảy ra do sự bù trừ không tương xứng các hiệu ứng thay đổi theo thời gian trong môt trường máy thu như: các phản xạ địa phương của LO máy thu, sự tăng nhanh của cường độ tín hiệu gây

ra do fadinh Rayleigh làm cho mạch AGC không bám kịp

 Ảnh hưởng:

+ Làm giảm độ nhạy máy thu

+ Làm giảm cấp BER

CÂU 18: Cho một tần số nhiễu fn vào máy thu không đổi tần, chứng minh bằng do méo

hài bậc 2 thành phần này sẽ gây DC offset:

 Dựa vào biểu thức:

+ Tín hiệu đầu vào Lưu ý pha của tín hiệu trong phương trình 2.10 và 2.12 là : )

+ T/thu được gồm thành phần mong muốn và thành phần 1 chiều và thành phần bậc 2 Nếu t/ đầu vào là một nhiễu phá liên tục thì thành phần một chiều sẽ gây ra dịch DC trầm trọng hơn

CÂU 19: Các đường rò trong DCR

 Các đường rò rỉ tiềm năng chính là các nguồn dịch DC trong máy thu biến đổi trực tiếp:

1) Rò tại chỗ và xung quanh các bộ trộn biến đổi hạn tần chẳng hạn do cách ly LO-RF không tốt tại bộ trộn Mức dịch DC thường không đổi trên toàn bộ băng công tác

2) Các phản xạ địa phương của máy thu LO truyền ngược qua tầng đầu máy thu phát xạ vào không gian qua anten , phản xạ từ các vật thể ở gần và quay trở lại máy thu

3) Rò trực tiếp vào đầu máy thu Do phát xạ LO từ hộp khối LO sau đó anten thu thu lại rồi phát xạ trên mạch in máy thu Mức dịch DC thường thay đổi trên băng tần công tác

4) Rò LO vào đầu vào LNA do phát xạ từ/đến các đường lối của tấm mạch in Trường hợp này mức dịch DC cũng thường thay đổi trên băng tần công tác

CÂU 20 + 21: Một số phương pháp giảm DC offset

 Thay đổi tần số: Đảm bảo rằng VCO của bộ dao động nội không làm việc tại hoặc gần tần số của kênh thu Các giải pháp thay đổi tần số để loại ró tín hiệu tại tần số thu như chia tần, định thang hay dịch tần

 Ghép điện dung: Ghép điện dung trên các đường I và Q để loại bỏ các dịch

DC không mong muốn Đối với hệ thống CDMA có thế sử dụng giải pháp này

mà không làm giảm đáng kể tỷ số tín hiệu trên tạp âm

 Hiệu chỉnh DC: Đưa vào hệ thống một lượng DC hợp lý hay sóng mang để loại bỏ dịch DC Hoạt động hiệu chỉnh được thực hiện trực tiếp dựa trên các quá trình lấy mẫu giữ ngay sau ADC Gía trị trung bình được đưa lên các bộ DAC tốc độ thấp Gía trị đầu ra bộ biến đổi DAC trừ đi giá trị DC yêu cầu tại đầu ra của bộ giải điều chế I/Q Tuy nhiên, hiệu chỉnh DC không thể bù trừ thích hợp các dịch DC động

CÂU 22: Không phối hợp giữa các nhanh I /Q

 Nguyên nhân:

+ Gỉa thiết sự không phối hợp biên độ là , ta có thể ước tính sai lỗi gây ra do sự mất phối hợp như sau:

+ Gía trị điển hình: = 0.3 , thì sai lỗi là 1,5 Hậu quả LO đòi hỏi các đầu ra I và

Q có sai lỗi biên và pha thấp Yêu cầu này khó đạt được tại tần số cao

 Biện pháp xử lý:

+ Lỗi biên và pha có 2 thành phần: tĩnh (không thay đổi theo tần số) và động Nếukhông được bù trừ các lỗi này sẽ gây ra tín hiệu ảnh trong băng không mong muốnhay vecto tín hiệu

+ Trong trường hợp tĩnh có thể bù trừ liox này bằng cách làm méo trước các tín hiệu I và Q hoặc bên trong DSP hay bên ngoài trong phần cứng tương tự Cả hai dạng bù trừ yêu cầu được cho trên hình 2.18:

CÂU 23: Định nghĩa tập âm 1/f:

 Tạp âm 1/f (tạp âm nhấp nháy) xuất hiện ngay sau biến đổi hạ tần làm giảm cấp mạnh độ nhạy nhất là các kênh băng hẹp Thuật ngữ tạp âm 1/f bắt nguồn

từ mật độ phổ tập âm được xác định như sau:

 Trong máy thu vô tuyến có thể xác định được một tần số mà tại đó tạp âm nhấp nháy bằng sàn tạp âm nhiệt của máy thu nối tầng

CÂU 24: Ảnh hưởng của méo bậc hai khi có tín hiệu nhiễu rò từ máy phát:

 Ảnh hưởng: méo bậc hay còn gọi là IMD2 (méo điều chế giao thoa bậc 2 ) trong máy thu DCR có thể gây ra các tín hiệu chặn hoặc phá làm giảm cấp tỷ

số tín hiệu trên tập âm của máy thu

 Tín hiệu này ngoài t/h mong muốn còn có thành phần một chiều và thành phần bậc 2

 Giải thích tóm tắt hình 2.19: Rò tín hiệu phát vào máy thu , t/h rò này cùng với t/h thu đồng thời được khuếch đại LNA và đi qua bộ giải điều chế Băng gốc của t/h rò và t/h thu cơ bản cắt nhau tại một mức gọi lài điểm cắt bậc 2 của máythu phi tuyến IP2 IP2 là một thông số quan trọng, nó cho đánh méo tính phi tuyến bậc hai IMD2 và hỗ trợ định lượng độ nhạy của máy thu đối với các tín hiệu nhiễu

CÂU 25 : Định nghĩa IIP2 : Có định nghĩa của IP2 rồi IP22 thì sách ko viết nhé.