kien truc may thu trong cac he thong thong tin di dong

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 i Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 ii Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ viết tắt Thuật ngữ Tiếng Anh Thuật Ngữ Tiếng Việt A ADC Analog to Digital Converter Bộ biến đổi tương tự vào số AGC Automatic Gain Control Điều khiển tần số tự động AFC Automatic Frequency Control B Điều khiển tần số tự động BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít D DAC Digital to Analog Converter Bộ biến đổi số vào tương tự DC Direct Current Dòng chiều DCR Direct-Conversion Receiver Máy thu biến đổi trực tiếp DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số F FIR Finite Impulse Response Bộ lọc FIR I I/Q Inphase/Quadrature Đồng pha/vuông pha IF Intermediate Frequency Tần số trung tần IM Intermodulation Các thành phần điều chế giao thoa IMD2 IR Second Order Intermodulation Distortion Image Rejection Méo điều chế giao thoa bậc hai Loại bỏ ảnh IP Intercept Point Điểm cắt IP2 Second Order Intercept Point Điểm cắt bậc hai IIP2 Input Second Order Intercept Point Công suất đầu vào điểm cắt bậc hai Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 iii Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt IIP IM Second Order Intermodulation Input Intercept Point Công suất điểm cắt đầu vào điều chế giao thoa bậc hai IIP H Second Order Harmonic Input Intercept Point Công suất điểm cắt đầu vào hài bậc hai L LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ LO Local Oscillator Bộ giao động nội N NCO Numerical Controlled Oscillator Bộ dao động điều khiển số NF Noise figure Hệ số tạp âm O OIP2 Output Second Order Intercept Point Công suất đầu điểm cắt bậc hai OIP IM Second Order Intermodulation Output Intercept Point Công suất điểm cắt đầu điều chế giao thoa bậc hai OIP H Second Order Harmonic Output Intercept Point Công suất điểm cắt đầu hài bậc hai P PLL Phase-Locked Loop Synthesizer Bộ tổng hợp vòng khóa pha PM Performance Management Quản lý hiệu PN PseudoNoise Giả tạp âm PO Power Offset Độ dịch công suất R Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 iv Đồ án tốt nghiệp Đại học RF Thuật ngữ viết tắt Radio Frequency Tần số vô tuyến S S/H Sampling/Hold Lấy mẫu/giữ SAW Surface Acoustic Wave Sóng âm bề mặt SDR Software Defined Radio SINR SIR Signal-to-Interference and Noise Ratio Signal-to-Interference Ratio Vô tuyền định nghĩa phần mềm Tỉ số tín hiệu nhiễu tạp âm Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm SPDT Singgle Pole Double Throw Một đầu chung với hai contắc đầu chuyển V VCO Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 Voltage-controlled oscillator v Bộ dao động điều khiển điện áp Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Thông tin di động số ngày phát triển mạnh mẽ giới với úng dụng rộng rãi lĩnh vực thông tin, dịch vụ sống ngày Ngày với tiến khoa học công nghệ, việc xử lý tín hiệu từ tương tự thay việc xử lý tín hiệu dựa sở nguyên lý số Cùng với phát triển nhanh mạnh mẽ khoa học kỹ thuật , công nghệ viễn thông nói chung ngành thông tin vô tuyến nói riêng có bước tiến vượt bậc Quá trình số hóa giúp cho việc trao đổi thông tin trở lên nhanh chóng xác Nhằm tìm hiểu tính , nguyên lý hoạt động thiết bị thu em chọn đề tài “ Kiến trúc máy thu hệ thống thông tin di động” làm đồ tán tốt nghiệp Nhằm hiểu rõ kiến trúc máy thu vô tuyến giải pháp kỹ thuật việc thiết kế máy thu số xu hướng phát triển máy thu số Nội dung đồ án gồm có chương: Chương I: Máy thu ngoại sai Heterodyne Giới thiệu sơ lược kiến trúc máy thu Heterodyne Chương II: Máy thu biến đổi trực tiếp Giới thiệu sơ lược kiến trúc máy thu biến đổi trực tiếp đưa thách thức cần giải Chương III: Thực máy thu số, thiết kế máy thu đa băng ghép song công Đưa giải pháp thiết kế máy thu sô, máy thu đa băng ghép song công Chương IV: Các vấn đề méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu Tìm hiểu méo phi tuyến gây hài bậc hai méo phi tuyến gây hài bậc ba Trong trình làm đồ án khó trành khỏi sai sót, em mong dẫn thầy cô giáo góp ý bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phạm Anh Dũng thầy cô giúp em hoàn thành đồ án này! Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2012 Người thực Hoàng văn Khánh Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Máy thu ngoại sai(Heterodyne) CHƯƠNG 1: MÁY THU NGOẠI SAI (HETERODYNE) 1 Kiến trúc máy thu ngoại sai tương tự Biến đổi tần số vô tuyến vào tần số trung tần (IF: Intermediate Frequency) Fessenden Armstrong đưa từ đầu kỷ 20 Kỹ thuật bao gồm trộn tín hiệu RF với tín hiêu tuần hoàn tạo giao động nội (LO: Local Oscillator) máy thu Quá trình trộn tạo số tần số trung tần tùy thuộc vào tín hiệu hàm sin: nằm tổng tần số (RF+LO) nằm hiệu tần số (RF-LO) Làm việc trung tần IF cố định cho phép đơn giản thiết kế khuếch đại lọc IF, cần điều chỉnh chúng đến tần số cố định Tuy nhiên tính chất cuả tín hiệu hàm sin nhau, tín hiệu đặt LO-RF trộn có mặt dẫn đến giảm độ nhạy thiết bị Ngoài hiệu tần số (RF-LO) xuất tín hiệu nhiễu I có hiệu tần số (LO-I) IF Tín hiệu đựơc gọi tín hiệu ảnh Loại bỏ tín hiệu ảnh thực cách lọc bỏ tín hiệu trước vào tầng trộn xử lý tín hiệu phức tạp dạng kiến trúc Harley/Weaver Nói chung trình tiền lọc loại bỏ tần số ảnh dễ sử dụng IF lớn Tuy nhiên IF lớn làm cho trình lọc bỏ nhiễu gần khó hơn, chẳng hạn nhiễu người sử dụng kênh lân cận Các máy thu làm việc theo nguyên lý biến đổi tần số vô tuyến trung tần gọi máy thu ngoại sai (Heterodyne) Hình 1 cho thấy kiến trúc đơn giản cuả máy thu đơn băng đổi tần Tín hiệu vô tuyến (RF) trước hết lọc lọc chọn băng, sau đo khuếch đại khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA: Low Noise Amplifier) có hiệu NF (Noise figure: hệ số tạp âm) tốt Cần có LNA trình trộn thường trình gây tạp âm lớn dẫn đến giảm NF độ nhạy Các tiến công nghệ đưa giả thiết tránh việc sử dụng LNA mà đảm bảo hiệu tạp âm tốt Tuy nhiên hầu hết ứng dụng di động đếu có yêu cầu độ nhạy cao yêu cầu sử dụng LNA Lọc tín hiệu ảnh thường thực phần tử SAW (Surface Acoustic Wave: sóng âm bề mặt) Các phần tử tích hợp vào silic buộc phải sử dụng phần tử Sau tín hiệu RF trộn để chuyển đổi vào IF: (1) f RF f LO f IF f LO f RF f RF f LO f IF = f RF - f LO , > (2) = < Sau khuếch đại đáng kể đựơc lọc trung tần, tín hiệu chuyển đổi hạ tần vào tín hiệu băng gốc, lọc chống xuyên âm Được đưa đến biến đổi tương tự vào số (ADC: Analog to Digital) trước đựa lên xử lý tín hiệu băng gốc xử lý tín hiệu số (DSP: Digital Signal Processor) DSP phần tử linh hoạt máy thu Tính linh hoạt trình xử lý DSP cho phép thực nhiều chức thông thường máy thu như: Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 Đồ án tốt nghiệp Đại học • • • • • Chương 1: Máy thu ngoại sai(Heterodyne) Tách giải khuôn dạng điều chế AGC (Automatic Gain Control: điều chỉnh khuếch đại tự động) nhanh AFC (Automatic Frequency Control: điều khiển tần số tự động) Dãn tín hiệu tương tự Giải đan xen, giải mã sửa lỗi phát lỗi số liệu Hình Kiến trúc đơn giản máy thu đơn băng đổi tần Như nói, vấn đề kỹ thuật thu heterodyne tần số ảnh Để hiểu vấn đề này, ta xét chi tiết nguyên lý hoạt động trộn Tín hiệu RF đầu vô tuyến thu mạch điện tử dao động với tần số ωRF đó: vRF = VRF cos ω RF t (1 1) Tín hiệu đến từ giao động nội LO (Local Oscillator) mạch điện tử dao động với tần số ωLO đó: vLO = VLO cos ωLO t (1 2) Hai tín hiệu đưa vào trộn có đặc tính vào phi tuyến sau: i = α1v + α v + α 3v + (1 3) Trong đó: v = VRF cos ω RF t + VLO cos ω LO t Kết cho ta nhiều thành phần có thành phần sau: Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Máy thu ngoại sai(Heterodyne) i = + α 2VLOVRF cos(ωLO + ωRF ) + + α 2VLOVRF cos(ωLO − ωRF ) + 3α 3VLO 2VRF + cos(2ωLO − ωRF )t (1 4) thành phần thứ thành phần biên tần cao, thành phần thứ hai trung tần thành phần thứ ba tần số ảnh Thành phần tần số ảnh (thường ký hiệu ωI ) thành phần có tần số đối ωRF xứng với thành phần có tần số theo kiểu ảnh gương (xem hình 2) Tần số ảnh nằm đối xứng theo kiểu ảnh gương với tần số hữu ích qua tần số dao động nội Bộ lọc trung tần đầu cuả trộn có nhiêm vụ lọc thành phần trung tần tín hiệu hữu ích để đưa đến khuếch đại trung tần Trong trường hợp tín hiệu nhiễu có tần số tần số ảnh hiệu số với tín hiệu dao động nội dẫn đến tín hiệu nhiễu trung tần Hình Tần số ảnh Tín hiệu ảnh qua lọc trung tần ta loại bỏ Vì tín hiệu nhiễu ảnh gương phải loại bỏ lọc trước trộn trình biến đổi từ RF vào IF Trong số trường hợp máy thu heterodyne biến đổi kép sử dụng để giảm suy hao cáp nối (hình 3) Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Máy thu ngoại sai(Heterodyne) Hình Máy thu Heterodyne biến đổi kép Kiến trúc thu trung tần số Kiến trúc máy thu trung tần số Một giải pháp khác kiến trúc thu đơn băng cho hình Trong kiến trúc chức biến đổi hạ tần vuông góc (I/Q: Inphase/Quadrature: đồng pha/vuông pha) kết hợp vào DSP Giải pháp nàycó ưu điểm đạt độ xác cao dịch DC Điều thường thực cách đảm bảo trung tần cuối (đựơc ký hiệu IF băng gốc hình 4) tần số đủ cao để chọn kênh, đủ thấp để xử lý ADC DSP IF thường đựơc chọn xung quanh 10-50MHz, tiếp tục tăng công nghệ ADC tiến Tần số tối thiểu xácđịnh theo yêu cầu kênh đơn lấy mẫu ADC (10MHz yêu cầu cho 3G UMTS WCDMA) Quy định cần thực độ dốc lọc IF khả năng lượng kênh lân cận lọt vào đầu thu Điều buộc tần số IF băng gốc phải cao Hình Kiến trúc máy thu tuyến tính dựa IF số Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 10 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu A2 δ B2 10lg(A B)= 10(lg -lg )/2= /2 công suất hài bậc hai thành phần không thay đổi giữ nguyên Điều minh họa hình 4 Hình 4 Phổ sản phẩm bậc hai từ hai tín hiệu hàm sin khác biên độ Tính tóan công suất méo điều chế giao thoa (IMD2) IIP2 cho nhiễu chặn hai tần số Trong phần ta tính toán công suất méo điều chế giao thoa bậc hai (IMD2: Second Order Intermodulation Distortion) bao gồm: thành phần chiều, hai ω1 ± ω2 thành phần IM ( ) Nếu coi trở kháng hệ thống R, từ phương trình (4 3) ta tổng công suất sản phẩm IM bao gồm thành phần chiều sau: 1  1 A | a2 |2 A4  + + = | a | ÷ R  R 2R 2R  (4 6) Theo định nghiã, mức công suất IIP2, tổng công suất tín hiệu đầu vào (hai tone) tổng công suất sản phẩm đầu ra, sau tham chiếu đầu vào cách chia cho hệ số khuếch đại | a1 |2 : AIIP / R = | Hoàng Văn Khánh_ D08VT1  a a2 AIIP  | ⇒ IIP = IIP 22 /  | |2 ÷ a1 R 2R   a2 57 (4 7) Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu ⇒ IIP2 =| a1 | a2 R Có thể biểu diễn tổng công suất IM2 (phương trình 2) tham chiếu a1 đầu vào máy thu theo tổng công suất đầu vào hai tần số I IMD 2,total = | P2T = A2 /R sau: 2T a2 A P | = a1 R IIP (4 8) ⇒ I IMD 2,total [dBm] = 2.P2T − IIP I IMD 2,tot Trong phần ( tổng công suất thành phần chiều hai thành ω1 ± ω2 ) Xét mức công suất, các sản phẩm IMD2 phân bố so với tổng công suất sau: • 50% (-3dB) DC f1 + f • 25% (-6dB) f1 − f • 25% (-6dB) Ta xét thành phần tần thấp rơi vào băng thu Mức công suất sản phẩm IMD2 f1 − f 25% tổng công suất IMD2 6dB thấp tổng công suất Vì ta biểu diễn mức công suất IMD2 tần số thấp ( sau: I IMD (dBm)= P2T -IIP2-6dB Vì công suất tần số ½ tổng công suất hai tần số ( P2T f1 − f2 ) (4 9) P1T [dBm]= [dBm]-3dB) nên: I IMD Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 (dBm)= 58 P1T -IIP2 (4 10) Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu Méo phi tuyến bậc ba Các thành phần bậc ba IIP3 Quá trình trộn bậc ba bậc cao hai tín hiệu vô tuyến tạo tín hiệu nhiễu băng tần tín hiệu mong muốn Dưới ta xét trình trộn hai tần số không điều chế (hai tông) Giả sử tín hiệu đầu vào Vin hệ thống phi tuyến tín hiệu hai tần số (hai tone) sau đây: Vin A1 ω1 ω2 A2 = cos( t)+ cos( t) Tín hiệu đầu biểu diễn sau: Vout a1 Vin a2 Vin a3 Vin = + + + Trong Vout điện áp Vin (4 11) (4 12) điện áp vào Khi thành phần bậc ba là: Vout = a3Vin2 (3 A13 + A1 A22 ) cos(ω1t ) + (3 A23 + A12 A2 ) cos(ω2t )   a  =  +3  A12 A2 cos [ (2ω1 − ω2 )t ] + A1 A22 cos [ (2ω2 − ω1 )t ]   4  3  + A1 cos(3ω1t ) + A2 cos(3ω2t )  (4 13) Nếu xét thành điều chế giao thóa bậc ba (IM3) ta viết lại (4 13) sau: Vout = a3Vin2 = 3a3 A12 A2 cos (ω1t )cos(ω2t ) + 3a3 A1 A22cos(ω1t )cos (ω2t ) + = (4 14) 3 a3 A12 A2 cos [ (2ω1 − ω2 )t ] + a3 A1 A22 cos [ (2ω2 − ω1 )t ] + 4 Các sản phẩm IM3 tạo tần số f2 f1 f2 f1 f f2 + ,2 - ,2 - f1 f2 + Trong máy thu DCR sản phẩm tần thấp đáng quan tâm Hình cho thấy phổ đầu hai tần số tần thấp với giả thiết hai tần số có biên độ Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 59 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu Hình Phổ nhiễu hai tần số tần thấp (giả thiết hai tần số có biên độ nhau) Giả thiết sử dụng chuẩn hóa sau: 1) A1 Vout a1 / 2) điện trở tải R=1 Giả thiết hai A2 hàm sin đầu vào có biên độ nha: = =A Ta công suất suất đầu yhành phần thành phần IM2 sau: PF • • Công suất của hai hàm sin: = Công suất hai thành phần hài bậc ba: A2 /2= A2 2  3a A3   a  × ×  × ÷ × = ×  ÷ × A6 ( 3a3 A3 / ) / = 9a32 A6 /16  a1  16  a1  Tương tự méo điều chế giao thoa bậc (IMD2), ta thấy: tăng ≈ A2 ≈ A6 công suất vào , công suất IM3 tăng nhanh công suất vào, nên xuất thời điểm mà công suất thành phần hai hàm sin tổng công suất điều chế giao thoa bậc ba Điểm gọi điểm cắt bậc ba (IP3) Tương tự công suất đầu vào đầu IM3 điểm gọi IIP3 OIP3 2 Tính toán méo điều chế giao thoa bậc ba (IMD3) IIP3 tín hiệu đầu vào có công suất Dưới ta ta rút công thức cho tương quan công suất sản phẩm IMD3 tần số thấp IIP3 Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 60 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu Giả sử hai hàm sin đầu vào có biên độ PT PT PT A1 = A2 =A công suất đầu A2 vào nhau: = = = /2R (T ký hiệu cho tone) Từ phương trình (4 14), coi trở kháng hệ thống R, ta công suất sản phẩm méo bậc f2 f1 tần thấp - nhiễu hai tần số có biên độ quy chiếu đầu vào phần tử phi tuyến sau: I IMD 3,2 f1 − f /2 f − f1 Trong f2  3   a3 =  a3 A A2 ÷ =  | | R ÷.PT3 a1   R  16 a1  I IMD 3,2 f1 − f2 /2 f − f1 (4 15) công suất IM3 hai thành phần f1 f - f1 - Công suất tổng IM3 là: I IMD = PT = A2  a3  A6 A6  a3 A6  a3 | |  + =  | | R ÷PT3 ÷= | | 16 a1  R R  16 a1 R  16 a1  (4 16) /2R f1 f f2 IIP3 cho thành phần - / IIP32 f1 − f / f2 − f1 = AIP2 ⇒ IIP32 f1 − f / f − f1 f1 xác định sau: a2 = | 32 | AIIP R 16 a1 2R  a32  =  | | R ÷.IIP33 f1 − f /2 f − f1  16 a1  (4 17)  a2  ⇒  | 32 | R ÷ =  16 a1  IIP3 f1 − f /2 f2 − f1 Từ phương trình (4 17) ta biến đổi phương trình (4 15) sau: I IMD 3,2 f1 − f /2 f2 − f1 = PT3 / IIP32 f1 − f /2 f2 − f1 Chuyển (4 18) vào dB ta được: Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 61 (4 18) Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu I IMD 3,2 f1 − f2 /2 f − f [ dB ] = 3PT − IIP32 f1 − f /2 f − f1 (4 19) IIP3 tần cao f − f1 : IIP32 f2 − f1 [ dBm ] = 0,5(3PT − I IMD 3,2 f2 − f1 ) IIP3 tần thấp f1 − f (4 20) : IIP32 f1 − f2 [ dBm ] = 0,5(3PT − I IMD 3,2 f1 − f2 ) (4 21) Đối với tín hiệu đầu vào có công suất khác 2 P1 A1 P2 A2 Công suất đầu vào = /2R = /2R f2 f1 IMD3 - : I IMD 3,2f − f1 [dBm] = P2 + P1 − IIP32 f − f1 IIP32 f2 − f1 [dBm] = P2 + 0,5( P1 − I IMD3,2f − f1 ) (4 22) f1 f IMD3 - : I IMD 3,2f1 − f2 [dBm] = P1 + P2 − IIP32 f1 − f IIP32 f1 − f2 [dBm] = P1 + 0,5( P2 − I IMD 3,2 f1 − f2 ) (4 23) Điểm nén công suất dB Điểm nén công suất dB (1dB Compression Point) thông số để đánh giá độ tuyến tính thiết bị Theo định nghĩa điểm nén công suất 1dB công suất đầu vào (hay đầu ra) mà hệ số khuếch đại tuyến tính (hệ số khuếch đại tín hiệu nhỏ) giảm 1dB bão hòa thiết bị Có thể biểu diễn quan hệ công suất đầu công suất đầu vào điểm nén 1dB sau: Pout ,−1dB Pin ,−1dB = +(G-1) [dBm] (4 24) Pout ,−1dB Pin,−1dB Trong công suất đầu công suất đầu vào điểm nén công suất 1dB đo dB, G hệ số khuếcn đại công suất tuyến tính Thí dụ điểm nén 1dB cho hình Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 62 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu Hình Thí dụ điểm nén công suất Đường tô đậm đặc tính nén khuếch đại cuả khuếch đại có hệ số khuếch đại tuyến tính 15 dB Đường song song phía thấp dB thể hệ số khuếch đại tuyến tính 14 dB Công suất đầu vào (đầu ra) mà khuếch đại khuyếch đại cắt đường dB gọi điểm nén đầu vào (đầu ra) 1dB Hình cho thấy thể điểm nén công suất cho trường hợp góc độ phụ thuộc hệ số khuếch đại vào công suất đầu vào Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 63 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu Hình Giải thích điểm nén công suất 1dB từ quan hệ hệ số khuếch đại công suất đầu vào Giống tạp âm máy thu bao gồm nhiều phần tử, cần xét điểm nén công suất hệ thống Điểu nén công suất hệ thông (máy thu) xác định điểm nén công suất thấp số điểm nén công suất phần tử, điểm nén công suất phần tử m xác định sau: Khuếch đại: m (m) Pin( m,−)1dB [ dBm ] = Pout , −1dB [ dBm ] − ∑ Gn [ dB ] n =1 (4 25) Bộ trộn: m −1 ( m) Pin( m,−)1dB [ dBm ] = Pout , −1dB [ dBm ] − ∑ Gn [ dB ] n =1 (4 26) Bộ lọc: ( m) Pin( m,−)1dB [ dBm] = Pout , −1dB [ dBm ] = ∞ Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 64 (4 27) Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu 4 Tuyến tính hóa máy thu Máy thu đa băng đòi hỏi dải động đầu vào cao máy thu đơn băng Để tăng dải động đầu vào cần tuyến tính hóa máy thu Phần trình phương pháp tuyến tính hóa máy thu Rất nhiều kỹ thuật tuyến tính hóa cho máy thu áp dụng cho máy phát, nhiên tiêu chuẩn sử dụng cho máy thu khác 4 Các kỹ thuật phản hồi Kỹ thuật tuyến tính hóa máy thu phản hồi có số ưu điểm sau: Có khả cải thiện tuyến tính lớn chừng hoạt động giới hạn tích khuếch đại-băng thông-trễ Thực đơn giản kích thứơc nhỏ chi phí thấp Có thể sử dụng để tuyến tính hóa LNA trộn đầu thu Có thể cấu trúc để ảnh hưởng lên hệ số tạp âm hệ thống Hình cho thấy kỹ thuật phản hồi với trừ vectơ Hình Kỹ thuật phản hồi với trừ vector Bộ trộn biến đổi hạ tần phi tuyến nhận đầu vào tổ hợp tín hiệu mong muốn tín hiệu lỗi xuất đầu hệ thống Tín hiệu lỗi đóng vai trò tín hiệu làm méo trước cho trộn Tín hiệu nhận từ họat động phản hồi thời gian thực) Quá trình hình thành tín hiệu lỗi sau Tín hiệu đầu hệ thống biến đổi nâng tần dao động nội biến đổi hạ tần Sau lọc ảnh RF, tín hiệu trừ với tín hiệu đầu vào hệ thống điều chỉnh pha Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 65 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu biên để tín hiệu lỗi Tín hiệu lỗi điều chỉnh độ lớn pha sau cộng với tín hiệu đầu vào để tạo lên đàu vào RF trộn nâng tần hình vẽ 4 Các kỹ thuật tuyến tính hóa sửa méo thuận (Feedforward) Tuyến tính hóa LNA sửa méo thuận Cấu hình hệ thống tuyến tín hóa sửa méo thuận sử dụng cho khuếch đại tạp âm nỏ có điểm cắt cao cho hình Hình Cấu hình hệ thống tuyến tính hóa thuận cho hiệu tạp âm tối ưu Mạch bù trừ hình để ký hiệu cho điều khiển pha/độ lớn (hay điều chế vectơ) sử dụng để đạt đựơc loại bỏ tối ưu lượng tín hiệu tín hiệu lỗi và lượng tín hiệu lỗI (méo tạp âm tín hiệu chính) 4 Tuyến tính hóa thuận cho đầu cuối thu nối tầng Hình 10 cho thấy lựa chọn sử dụng sửa méo thuận để tuyến tính hóa đầu cuối trộn thứ (đây phần tử xung yếu liên quan đến xử lý tín hiệu mạnh) Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 66 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 67 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu Hình 10 Các lựa chọn khác để sửa méo thuận kết hợp LNA trộn đầu cuối thu 4 Các kỹ thuật tạo phi tuyến tính nối tầng Một kỹ thuật tuyến tín hóa hiệu cho máy thu kỹ thuật tạo phi tuyến tính nối tầng Các kỹ thuật thực làm méo trước (Predistortion) làm méo sau (Postdistortion) tín hiệu đầu vào để bù trừ méo phi tuyến phần từ máy thu Hình 11 tổng kết kỹ thuật tạo phi tuyến tính nối tầng Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 68 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 4: Méo phi tuyến tuyến tính hóa máy thu Hình 11 Các kỹ thuật tạo phi tuyến nối tầng: a) làm méo trước, b) làm méo sau, c) làm méo sau/trước Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 69 Đồ án tốt nghiệp Đại học Tổng kết TỔNG KẾT Tài liệu xét kiến trúc máy thu khác Các máy thu heterodyne có ưu điểm dể ràng lọc bỏ kênh lân cận cho phép khuếch đại tín hiệu với hệ số khuếch đại cao trung tần Nhưng nhược điểm phải loại bỏ tần số ảnh thực đơn chip (toàn khối) Các máy thu trung tần không (Zero-IF) hay homodyne hay biến đổi trực tiếp (DCR) hay homodyne ưu điểm máy thu heterodyne cho phép thực đơn chip phù hợp cho máy cầm tay Để xây dựng máy thu SDR cần số hóa phần tử vô tuyến trung tần tuyến tính hóa đầu thu vô tuyến Biến đổi tương tự vào số thực cách lấy mẫu tần (Oversampling) lấy mẫu tần (Undersampling) Lấy mẫu tần đòi hỏi tốc độ lấy mẫu phải cao hai lần tần số cực đại tín hiệu lẫy mẫu Ưu điểm phương pháp số hóa loại bỏ nhiễu xuyên băng (Alaising), nhiên đòi hỏi tần số lấy mẫu cao nên áp dụng cho lấy mẫu tín hiệu băng gốc không áp dụng cho tín hiệu băng thông RF IF có tần số cao Lấy mẫu tần hay lấy mẫu băng thông cho phép lấy mẫu tín hiệu thu tần số thấp nhiều so với nửa tần số cao tín hiệu lấy mẫu Lấy mẫu tần phù hợp cho biến đổi trực tiếp RF IF vào băng số Các máy thu thiết kế để thu đựơc nhiều băng tần khác Một máy thu đa băng lý tưởng phải cho phép sử dụng chung phần RF IF mà không cần chuyển mạch băng Tài liệu xét yêu cầu máy thu đa băng Bộ ghép song công phần tử vô tuyến quan trọng hạn chế hiệu máy thu đa băng Tài liệu xét gải pháp thiết kế ghép song công cho máy thu đa băng Một vấn đề quan trọng ảnh hưởng lên hiệu máy thu méo phi tuyến dẫn đến méo hài bậc ba bậc hai (IMD2 IMD3) Các méo hài làm giảm tỷ số tín hiệu tạp âm cộng nhiễu (SINR) máy thu giảm dải động máy thu đa băng Tài liệu xét phương pháp đánh giá IMD2, IIP2, IMD3 IIP3 Do hạn chế thời gian lực có hạn, việc nghiên cứu lại chủ yếu dựa lý thuyết nên chắn đề tài tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo góp ý thầy cô giáo bạn để đề tài xác, đầy đủ hoàn thiện Một lần cho phép em gửi lời cám ơn chân thành tới thầy cô giáo Khoa Viễn Thông – Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Đặc biệt thầy giáo TS Nguyễn Phạm Anh Dũng nhiệt tình bảo, dạy dỗ, hướng dẫn em suốt trình tìm hiểu thực đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn ! Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 70 Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Peter B Kenington “RF and Baseband Techniques for SOFTWARE DEFINED RADIO”,Artech House,London,2005 [2] J A WEPMAN J R HOFFMAN “RF and IF Digitization in Radio Receivers: Theory, concepts, and examples”,March 1996 [3] TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “ Kỹ thuật thu phát vô tuyến”,Học viện công nghệ bưu viễn thông [4] TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Cơ sở truyền dẫn số”,Học viện công nghệ bưu viễn thông [5]Rodger H Hosking “Digital Receiver Handbook: Basics of software Radio” [6]Behrad Razavi “RF MICROELECTRONICS” [7] Jesal L Mehta “ Transceiver architectures for wireless Ics” [8] Prof C Patrick Yue “Wireless Reciever Arch” [9] Proakis G.J, “Digital Communications”,McGraw-Hill,New Yord,1989 [10] Rappaport S.T, “Wireless Communications”,Prentice Hall,New Jersey,1996 [11] Brenman V.P, “Phase-Locked Loops:Principles and Practice”, McGraw-Hill,New Yord,1996 Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 71 [...]... CHƯƠNG 2: MÁY THU BIẾN ĐỔI TRỰC TIẾP (ZERO-IF) 2 1 Cấu trúc máy thu biến đổi trực tiếp Ưu điểm của các máy thu heterodyne là thể hiện các đặc tính độ chọn lọc và độ nhạy rất tốt, nhưng có nhược điểm là không thể tích hợp hoàn tòan nguyên khối Các máy thu heterodyne đã được sử dụng gần như trong tất cả các ứng dụng vô tuyến cho đến khi xuất hiện các máy thu không biến đổi RF vào IF, các máy thu này thường... hiệu (tùy thu c cách xem xét vấn đề) Trong trường hợp thành phần tĩnh, có thể bù trữ lỗi này bằng cách làm méo trước các tín hiệu I và Q hoặc bên trong trong DSP hay bên ngoài trong phần cứng tương tự Trong cả hai trường hợp dạng bù trừ yêu cầu được cho trên hình 2 9 Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 21 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Máy thu biến đổi trực tiếp Hình 2 9 Bù trừ sai lỗi khuếch đại và pha trong. .. vào IF, các máy thu này thường được gọi là các máy thu biến đổi trực tiếp (DCR: Direct-Conversion Receiver) hay máy thu đồng tần (Homodyne Receiver) hay máy thu trung tần không ( Zero-IF) Các máy thu này cho phép khắc phục nhựơc điểm không thể tích hợp toàn nguyên của máy thu đổi ngoại sai bằng cách biến đổi trực tiếp tín hiệu RF vào băng gốc Các máy thu DCR thực hiện biến đổi hạ tần một lần được Colebrook... các phần tử đầu thu của máy thu và quay trở lại bộ trộn, tại đây nó trộn với chính mình thành phần một chiều Các nguồn lỗi DC động xẩy ra do sự bù trừ không tương xứng các hiệu ứng thay đổi theo thời gian trong môi trường máy thu Thí dụ của các nguồn thứ hai là: Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 15 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Máy thu biến đổi trực tiếp 1 Các phản xạ địa phương của LO máy thu: các phản xạ... thu: các phản xạ này đựơc anten máy thu phát xạ lại sau đó được máy thu thu lại và được biến đổi hạ tần vào băng gốc 2 Sự tăng nhanh của cường độ tín hiệu gây ra do phading Rayliegh làm cho mạch AGC không bám kịp Dẫn đến máy thu bị quá tải trong một thời gian ngắn và thành phần bậc hai (và các thành phần bậc chẵn khác)gây ra do đặc tính phi tuyến dẫn đến tín hiệu DC Trong số các thách thức này là độ... Mức dịch DC trong trường hợp này thường khá không đổi trên toàn bộ băng công tác (trừ phi băng này quá lớn) 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 vào máy thu (hình 2 3) 3 Rò trực tiếp vào đầu vào máy thu Nguyên nhân có thể là do phát xạ LO từ hộp khối LO sau đó an ten thu thu lại rồi... Khánh_ D08VT1 11 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Máy thu ngoại sai(Heterodyne) Hình 1 6 Quá trình trộn và lọc FIR kết hợp để chuyển đổi trung tần số đến băng gốc phức 1 3 Thiết kế máy thu đa sóng mang Khái niệm máy thu đa sóng mang là mở rộng của máy thu IF số được cho trên hình 1 7 Trong trường hợp này nhiều biến đổi hạ tần vuông góc đựơc thực hiện trong miền số bằng cách sử dụng các bộ dao động được... nghiệp Đại học Chương 2: Máy thu biến đổi trực tiếp e = 2 f f2 ∫ f1 kn df = kn ln | f 2 / f1 | V 2 f (2 4) fα Trong một máy thu 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 Điều này được minh họa trên hình 2 10 và thay đổi phụ thu c vào xử lý bán dẫn và công nghệ thiết bị được sử dụng Chẳng hạn trong xử lý BiCMOS nó nằm trong dải 48kHz còn đối với... nguồn từ một bộ trộn tần số trong máy thu DCR Trong máy thu biến đổi trực tiếp, IF nằm tại băng gốc và kéo dài đến DC, vì thế tạp âm 1/f trở thành một vấn đề tiềm tàng trong các bộ trộn hạ tần và cả trong mọi khuếch đại băng gốc Tạp âm nền đầu ra bộ trộn bao gồm cả các ảnh hưởng của tạp âm 1/f có thể đượct tính toán như sau: n = n0 [( f 2 − f1 ) + fα ln( f 2 / f1 )]V 2 (2 5) Trong đó n0 là sàn tạp âm... biến đổi hạ tần số trong khối xử lý máy thu số Lợi ích đâu tiên Hoàng Văn Khánh_ D08VT1 30 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Máy thu biến đổi trực tiếp của kiến trúc này là nó cho phép chọn lựa một IF phù hợp cho việc sử dụng các ADC công suất thấp trong các đầu cuối cầm tay Ngoài ra nó cũng đòi hỏi một ADC duy nhất trong khi máy thu biến đổi trực tiếp cần hai ADC Hình 2 16 Máy thu biến đổi trực tiếp