Đề cương môn học thu phát vô tuyến có đáp án

1 ĐỀ CƯƠNG THU PHÁT VÔ TUYẾN 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 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: 2 - 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). + Định lý Nyquist: - Nếu : < thì sẽ xảy ra hiện tượng xuyên băng. Xuyên băng được sử dụng để đạt được lợi ích trong các ứng dụng lẫy mẫu dưới tần.  Phân tích phổ của tín hiệu sau lấy mẫu: : k : số nguyến. là tốc độ lấy mẫu. F(f) : phổ của tín hiệu tương tự cần lấy mẫu. Hình 1.2. trang 9 CÂU 4: Tỷ số tín hiệu trên tạp âm lượng tự, giải thích tại sao fs tăng, SNR lượng tử tăng  Thông số lý thuyết: + 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 thiết đầu vào dạng sin có biên độ bằng FSR của ADC, thì SNR cực đại được xác định như sau: 3 [ ] ax 6,02 1,76 10lg 2 s m f SNR N dB f   = + +  ÷   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 khi fs=2fmax và bỏ qua 1,76dB.  Thông số thực tế: + Trong các ADC thực tế, SNR có thể được xác định bằng cách đo lỗi dư (Lỗi dư là kết hợp của tạp âm lượng tử, tạp âm ngẫu nhiên và méo phi tuyến). + Lỗi dư của ADC được xác định bằng cách lấy đầu ra ADC trừ đi ước tính tín hiệu đầu vào, kết quả là lỗi dư + SNR được tính bằng cách chia công suất bình phương trung bình của tín hiệu đầu vào cho công suất trung bình bình phương của lỗi dư. CÂU 5:  Lỗi dư: là kết hợp của tạp âm lượng tử, tạp âm ngẫu nhiên và méo phi tuyến ( nghĩa là tất cả các thành phần không mong muốn của tín hiệu đầu ra ADC. Được xác định bằng cách sử dụng đầu vào dạng sin cho ADC sau đó lấy đầu ra ADC trừ 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 bình bình 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 hàm sin 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. 4  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 chính như sau: - Sơ đồ điều chế, định kênh và các giao thức để phát và thu tất cả đều được quyết định bằng phần mềm trong phân hệ xử lý số. Các xử lý này được thực hiện trong DSP (bộ xử lý tín hiệu số). - Bộ Circulator lý tưởng được sử dụng để phân tách các tín hiệu đường phát và đường thu. Khi sử dụng các giải pháp dựa trên bộ lọc sẽ không xảy ra các hạn chế tần số đối với chức năng phân tách phát thu. Phần tử này được coi rằng có trên phối 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 trúc này. Tuy nhiên ở đây, ADC và DAC có tốc độ lấy mẫu nhiều GHz. Hiện nay, lọc cong 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) 5 - Kiến trúc của hầu hết các trạm gốc vô tuyến chuyển dịch dần một kiến trúc đặc thù điều 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 bên trong 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 Equipement Manufactuner) phải bao gồm một số lượng nhỏ các khối cơ sỏ tiêu chuẩn có khả năng nối tầng để tạo nên một giải pháp phần cứng đầy đủ. Sự xuất hiện của SDR khiến 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 được cho 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 như SDP, 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 mở BTS. Nó cung cấp một thị trường mở để các nhà bán máy (đối tác thứ 3) có thể cung cấp một khối lượng lớn các hệ thống con BTS cho nhiều khách hàng của OEM, nhờ vậy giảm giá thành cho khách hàng OEM. Các tổ chức này đưa ra các chuẩn liên quan đến các vấn đề sau: 6 - Giao diện tốc độ cao giữa băng gốc và modul RF (để phát số liệu I-Q thể hiện dạng 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 thường được đặt gần nhau và nhiều khi trong cùng một hộp máy. Bộ khuếch đại công suất cũng thường được đặt gần và trong nhiều trường hợp trên cùng một giá máy. Vì thế 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 chuẩn OBSAI và CPRI cùng với các máy phát thu RF đầu vào số dẫn đến không cần đặt các phần số và phần vô tuyến gần nhau. Máy thu phát vô tuyến có thể được lắp đặt tại tại trí thuận tiện gần anten, chẳng hạn trên tường tòa nhà hay trên đỉnh cột anten để giảm yêu cầu về công suất và giảm cả giá thành vận hành cũng như vị trí lắp đặt máy. - Lắp đặt trên tháp anten: Lắp đặt máy thu phát RF trực tiếp trên tháp chứa các anten 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 1 nửa, ~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) 7  Khái niệm: + Khách sạn hóa BTS (Hoteling) là khái niệm để nói lên rằng 1 phần thiết bị trạm gốc được 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 diện trực 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 đồng trục - Chi phí triển khai thấp hơn: chi phí PA công suất thấp hơn, BTS không cần có phòng máy tại chân tháp giảm đáng kể giá xây dựng (và cả giá thuê đặt site). Điều hòa 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 hòa không 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 hiện bảo 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 8  Ở đây, một giao diện số được bổ sung để hỗ trợ khoảng cách truyền dẫn xa hơn sơ với yêu cầu của một ứng dụng trạm gốc thông thường. Giao diện này thường là quang để truyền được xa hơn, tuy nhiên cũng có thể sử dụng cáp đôi dây xoắn hay cáp đồng trục cho các ứng dụng trong tòa nhà hay ngoài trời có khoảng cách ngắn hơn. 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. 9 + 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 rồi đến bộ biến đổi A/D và DSP tạo ra tín hiệu băng số băng gốc. CÂU 14: Tần số ảnh  Nguyên nhân: + Tín hiệu RF tại đầu vô tuyến thu là: + : tần số góc tín hiệu hữu ích. : tần số góc tín hiệu không mong muốn. + Tín hiệu bộ dao động nội LO + 2 tín hiệu được đưa vào bộ trộn có đặc tính vào ra phi tuyến: i = + + …… trong đó : v= + + Kết quả: i= … + + + +………. + Bộ lọc trung tần chỉ cho phép thành phần hiệu tần đi qua, tổng tần bị lọc. - Nếu = + và = 2 - Thì - = = - Nếu = - và = 2 - Thì - = - = Trong đó là tần số trung tần.  Thành phần nhiễu sau bộ trộn sẽ lọt vào tầng trung tần của máy thu cùng với tín hiệu hữu ích và bộ lọc trung tần của máy thu không thể loại bỏ nó. 10 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 trên.  Xử lý số với thu IF số. + Sau khi lấy mẫu IF gốc trong kiến trúc hình 2.7 , IF số được tạo ra. T/hiệu số này được trộn hạ tầng để tạo nên tín hiệu băng gốc phức (I và Q). + T/hiệu IF số (tạo ra bằng cách lấy mẫu t/h IF băng thông tại tốc độ lấy mẫu fs) được trộn với bộ dao động vuông góc (NCO : bộ dao động điều khiển) tại tần số [...]... 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: 16  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... băng đòi hỏi dải động cao hơn đơn băng Để tăng dải động đầu vào cần tuyến tính hóa máy thu  Kỹ thu t tuyền tính hóa máy thu bằng phản hồi có ưu điểm: + Thực hiện đơn giản vì kích thước nhỏ, chi phí thấp + Có thể sử dụng để tuyến tính hóa cả cả LNA và bộ trộn đầu thu + Ảnh hưởng ít lên hệ số tạp âm hệ thống + Có khả năng cải thiện tuyến tính lớn chừng nào còn hoạt động trong các giới hạn tích khuếch... tổng công suất phát từ một nguồn với tổng sông suất nhiễu tác đọng lên máy thu nạn nhân sdo các khiếm khuyết vủa máy phát và máy thu Đây là số đo toàn bô nhiễu gay ra bởi một máy phát đối với một máy thu kênh lân cận do sự không hoàn thiện của các bộ lọc của máy phát để lọc phát xạ OOB và các bộ lọc máy thu để lọc làm suy giảm tín hiệu kênh lân cận ACIR ≅ 1 1 1 + ACLR ACS CÂU36: Phương án BTS phân bố... 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 máy thu phi tuyến IP2 IP2 là một thông số quan trọng, nó cho đánh méo tính phi tuyến bậc hai IMD2 và... chính và tín hiệu làm méo thu n CÂU 30: Kỹ thu t tạo phi tuyến nối tầng:  Kỹ thu t này thực hiện làm méo trước hoặc làm méo sau tín hiệu đầu vào để bù trừ méo phi tuyến của các phần tử máy thu 20 Câu 31: Kiến trúc máy phát với bộ biến đổi nâng tần tương tự: 21  Tín hiệu vuông góc I và Q được tạo ra bởi DSP Các tín hiệu I và Q được đưa đến các bộ DAC Vì các tín hiệu I và Q có tốc độ bằng ½ tốc độ đầu... đến EAC máy thu bị tác động Các yêu cầu cash ly rút ra từ tiêu chí phát xạ giả /phát xạ ngoài băng, sản phẩm điều chế giao thoa và tổng cong suất sóng mang gây nhiễu bị suy hao  Sàn tạp âm máy thu: Trong máy thu luôn tồn tại một sàn tạp âm cơ sở Tạp âm này phụ thu c băng thông và nhiệt độ của máy thu Mức tạp âm này được gọi là sàn tạp âm và luôn được đặt là biên thấp của hiệu năng máy thu 23  Tỷ... hao công suất phát rò rỉ vào các kênh lân cận tính bằng tỷ số giữa công suất phát trung bình có tâm tại tần số kênh được ấn định trên công suất trung bình có tâm tại tần số kênh lân cận và được đo bằng dBc Tỷ số này phụ thu c vào dịch tần so với tần số trung tâm của kênh được ấn định  Độ nhạy máy thu: Là sự giảm cấp cấp về độ nhạy máy thu do tăng tạp âm so với sàn tạp âm gây ra bởi nhiễu phát xạ giả/OOB... được điều chỉnh độ lớn và pha sau đó cộng với t/h đầu vào tạo nên đầu vào RF của bộ trộn nâng tần như hình vẽ CÂU 29: Kỹ thu t tuyến tính hóa sửa méo thu n:  Tuyến tính hóa LNA bằng sửa méo thu n: Cấu hình hệ thống tuyến tính hóa sửa méo thu n sử dụng cho bộ khuếch đại tạp âm nó có điểm cắt cao được cho trên hình 2.43  Mạch bù trừ trên hình ký hiệu cho các bộ điều khiển pha/độ lớn (hay các bộ điều... làm suy giảm tín hiệu kênh lân cận ACIR ≅ 1 1 1 + ACLR ACS CÂU36: Phương án BTS phân bố (DBS), so sánh giải pháp sd RF over Fiber và đầu ra số  Các đơn vị vô tuyến đặt xa RRU được coi là các phần tử phát và thu các tín hiệu      vô tuyến Các đơn vị băng gốc BBU được coi là các phần tử xử lý và phát các tín hiệu băng gốc từ/đến RRC Thiết kế DBS phân bố chop phép các nhà khai thác di động triển... điện từ tốt nhất Câu 39: Phản xạ trong hệ thống phiđơ và các thông số đánh giá: 26  Để đảm bảo truyền dẫn sóng điện từ tốt nhất từ phần vô tuyến của trạm gốc đến anten cần đảm bảo phối hợp trở kháng giữa các phần tử truyền dẫn với các đầu vô tuyến và anten  Sự khác nhau giữa trở kháng tải và đường tuyền dẫn sẽ dẫn đến mất phối kháng dẫn đến hiện tượng phản xạ sóng trong đó một phần sóng sẽ phản xạ . 1 ĐỀ CƯƠNG THU PHÁT VÔ TUYẾN 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 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:. phần vô tuyến: Sự xuất hiện của các giao diện chuẩn OBSAI và CPRI cùng với các máy phát thu RF đầu vào số dẫn đến không cần đặt các phần số và phần vô tuyến gần nhau. Máy thu phát vô tuyến có thể. vẽ. CÂU 29: Kỹ thu t tuyến tính hóa sửa méo thu n:  Tuyến tính hóa LNA bằng sửa méo thu n: Cấu hình hệ thống tuyến tính hóa sửa méo thu n sử dụng cho bộ khuếch đại tạp âm nó có điểm cắt cao