Nghiên cứu hệ thống vô tuyến cấu hình mềm (SDRs) và ứng dụng trong việc chế tạo thiết bị thông tin vô tuyến sóng ngắn, sóng cực ngắn

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI LM VIT HUY LUN VN THC S K THUT NGHIấN CU H THNG Vễ TUYN CU HèNH MM (SDRs) V NG DNG TRONG VIC CH TO THIT B THễNG TIN Vễ TUYN SểNG NGN, SểNG CC NGN Chuyờn ngnh : O LNG V CC H THNG IU KHIN Mó s: 2012BLK-KT04 Ngi hng dn khoa hc : PGS.TSKH TRN HOI LINH H Ni, 2014 CễNG TRèNH C HON THNH TI TRNG I HC BCH KHOA H NI Cỏn b hng dn chớnh: PGS.TSKH.TRN HOI LINH B mụn K thut o v Tin hc cụng nghip Vinin Trng i hc Bỏch Khoa H Ni Cỏn b phn bin 1: Cỏn b phn bin 2: Lun thc s c bo v ti: HI NG CHM LUN VN THC S TRNG I HC BCH KHOA H NI Ngy thỏng nm 2014 LI CAM OAN Tụi xin cam oan: Nhng kt qu nghiờn cu c trỡnh by lun l hon ton trung thc, ca tụi, khụng vi phm bt c iu gỡ lut s hu trớ tu v phỏp lut Vit Nam Nu sai, tụi hon ton chu trỏch nhim trc phỏp lut TC GI LUN VN Lõm Vit Huy M u M U Lý la chn ti Khoa hc k thut ngy cng phỏt trin, c bit vi s phỏt trin mnh m ca k thut in t ó to nhiu ng dng rt to ln cuc sng ca loi ngi Mt nhng ng dng sỏt thc nht ca k thut in t l x lý tớn hiu s cho cỏc thit b h thng vin thụng dõn s v quõn s Vi phỏt trin ca cụng ngh in t s m nh cao l s i ca cụng ngh ASIC/FPGA, cỏc loi chớp DSP chuyờn dng ó m kh nng thit k, ch to cỏc thit b in t cụng ngh cao Trờn c s ú cỏc mỏy thu phỏt vụ tuyn in th h s ó xut hin v nhn c s quan tõm c bit ca cỏc k s thit k a, vin thụng, in t bi rt nhiu lý nh: cú th lp trỡnh li, chớnh xỏc cao, giỏ thnh r, d dng khai thỏc s dng, Vi cu hỡnh phn cng v kh nng tớch hp rt ln ca ca cỏc IC h FPGA, DSP cho phộp xõy dng cỏc h mỏy thu phỏt vụ tuyn in vi hai c tớnh vt tri ú l di tn rng v cú cu hỡnh mm Thit b vụ tuyn s ó ln lt xut hin nhiu h thng khỏc nhau: thu giỏm sỏt, thu nh hng, x lý tớn hiu radar, mng di ng, mng thụng tin v tinh, Chớnh vỡ nhng u im ca h thng vụ tuyn cu hỡnh mm (Software Defined Radio - SDR) nờn tụi chn lun cao hc l: Nghiờn cu h thng vụ tuyn cu hỡnh mm (SDRs) v ng dng vic ch to thit b thụng tin vụ tuyn súng ngn, súng cc ngn Mc ớch ca ti Mc tiờu t l tỡm hiu nguyờn lý ca SDR v a s thit k tng th ca mt mỏy liờn lc vụ tuyn súng ngn, súng cc ngn, sau ú a gii phỏp la chn v thc thi trờn phn cng - - M u i tng v phm vi nghiờn cu Lun ó trung nghiờn cu c s lý thuyt v cỏc gii phỏp k thut, cỏc ng dng ca h thng vụ tuyn cu hỡnh mm, xõy dng cỏc ch tiờu k thut v tham gia nghiờn cu ch to sn phm Kt qu t c l nh s giỳp tn tỡnh ca thy giỏo PGS TSKH Trn Hoi Linh, cựng nhúm nghiờn cu thuc Trung tõm K thut Thụng tin Cụng ngh cao (B T lnh Thụng tin liờn lc) ó to iu kin giỳp , hng dn v cung cp ti liu, s , hỡnh v cng nh thit b õy l mt ti ln nm chng trỡnh hp tỏc ca Trung tõm K thut Thụng tin Cụng ngh cao (B T lnh Thụng tin liờn lc) m ú bn thõn tụi l mt thnh viờn tham gia v úng gúp mc thit k mt s mch in, lp trỡnh iu khin ghộp ni cỏc module, giao din ngi mỏy, iu khin quỏ trỡnh iu hng anten(ATU), lp trỡnh module AGC v tham gia hc hi cng nh h tr cỏc cụng vic khỏc ca ti Tuy nhiờn khuụn kh ca lun vn, m bo tớnh ton v thng nht, khụng lm mt tớnh tng quan, tụi xin trỡnh by y cỏc thnh phn ca thit b thụng tin súng ngn theo cụng ngh vụ tuyn cu hỡnh mm v trung hn vo cỏc lnh vc mỡnh tham gia Tụi xin trõn trng cm n cỏc Thy, cỏc Cụ, cỏc bn ó to iu kin thun li, cú nhng ý kin úng gúp quý bỏu quỏ trỡnh thc hin lun í ngha khoa hc v thc tin ca ti Trong vic ch to mỏy vụ tuyn theo phng thc truyn thng, nhiu n v ó tin hnh nghiờn cu thc hin Trong ú cú n v ó tin hnh nghiờn cu thit k mỏy thu phỏt thụng tin vụ tuyn nhng hu ht nhng nghiờn cu ny thit k theo cu hỡnh cng truyn thng hoc ch l nghiờn cu ci tin cỏc chc nng nh tng hp tn s, khuch i cụng sut Lun trung nghiờn cu ch to thit b thụng tin vụ tuyn cu hỡnh mm cú th lp trỡnh li, chớnh xỏc cao, giỏ thnh r, d dng khai thỏc s - - M u dng Ngy nay, vi cu hỡnh phn cng v kh nng tớch hp rt ln ca ca cỏc IC nh FPGA, DSP cho phộp xõy dng cỏc h mỏy thu phỏt vi hai c tớnh vt tri so vi thit b tng t ú l: di tn rng v cú cu hỡnh mm Lnh vc ỏp dng chớnh: Thụng tin quõn s, thay th cỏc mỏy vụ tuyn truyn thng cng knh v ớt tớnh nng, kh nng bo mt thp Cỏc ni dung chớnh ca lun Lun c chia lm chng v phn kt lun, ú: Chng gii thiu tng quan v vụ tuyn cu hỡnh mm, c bit nhn mnh v kh nng cụng ngh cho phộp phỏt trin cỏc thit b vụ tuyn cú cu hỡnh mm ngy cng tr nờn rng rói v nờu rừ cỏc u im ca vụ tuyn cu hỡnh mm so vi cỏc thit k mỏy vụ tuyn truyn thng Chng gii thiu mt s phn chc nng c bn mt h thng vụ tuyn cu hỡnh mm, nh: b chuyn i tng t s(ADC), b t ng iu chnh h s khuch i(AGC), b iu hng anten(ATU), cỏc phng phỏp iu ch, gii iu ch n biờn, phng phỏp lc v thay i tn s ly mu, to dao ng chun, trn s, ng b nhy tn Chng trung vo thit k mỏy vụ tuyn, a s tng th ca mỏy vụ tuyn cu hỡnh mm, phõn chia cỏc chc nng nh ó trỡnh by chng 2, i vo thit k c th cỏc chc nng v bỏm sỏt theo yờu cu tham s thit b t la chn phn cng cng nh cụng c phỏt trin Chng nờu mt s thut toỏn iu khin, cỏc chng trỡnh iu khin phc v quỏ trỡnh ch to thit b - - Chng 1: Tng quan v vụ tuyn cu hỡnh mm CHNG 1: TNG QUAN V Vễ TUYN CU HèNH MM 1.1 Khỏi quỏt v vụ tuyn cu hỡnh mm v ng dng 1.1.1 Gii thiu tng quan SDR so vi cụng ngh truyn thng Trong nhng nm gn õy, vi s phỏt trin mnh m v cụng ngh cỏc lnh vc in t, cụng ngh thụng tin, cỏc gii phỏp v cụng ngh v thit k h thng Lnh vc truyn thụng, thụng tin liờn lc cng cú nhng bc phỏt trin mnh m m nhng hng mi mang tớnh cỏch mng Cỏc h thng vụ tuyn cu hỡnh mm l mt nhng thnh tu ú Vi s phỏt trin ca cỏc b x lớ tớn hiu s - DSPs (Digital Signal Processor), cỏc cụng c thit k lp trỡnh trờn cỏc ngụn ng bc cao cho phộp m s phỏt trin ca cỏc h thng vụ tuyn cú cu hỡnh mm thc t Kh nng x lớ, tc ca h thng c nõng lờn gim nh rt nhiu kớch thc v lng ca thit b cỏc linh kin cú tớch hp cao a s cỏc phn x lớ tớn hiu cú th c xõy dng trờn mt bo mch mng cng lp trỡnh c dng trng (FPGA - Field-Programmable Gate Array) S tớch hp cao giỳp mang li hiu qu thit k cao hn, nhanh hn Lm cho thit b thờm cỏc chc nng mi nhng li cú kớch thc nh gn, linh hot Tng kh nng thay th v lp ln iu ú mang li c hiu qu kinh t v hiu qu s dng cho thit b vụ tuyn cu hỡnh mm Phn mm h thng cú chc nng x lớ tớn hiu chung t phn bng gc Sau ú qua chuyn i t dng s - tng t (DAC - Digital-to-Analog Converter) sang phn chc nng ca phn cng v ngc li ta cú th b bin i tng t-s (ADC - Analog-to-Digital Converter) tớn hiu trc tip t u vo anten m khụng cn trn - - Chng 1: Tng quan v vụ tuyn cu hỡnh mm trung gian nh gii phỏp mỏy thu trc õy, sau ú tớn hiu s c a v b x lý tin hnh cỏc thut toỏn x lý tip theo Hin nay, cụng ngh ó cho phộp ch to cỏc b chuyn i ADC v DAC tc cao nờn cú th khụng cn s dng n tn s trung tn Cu trỳc thit b ú rt n gin, thit b s khụng s dng tn s trung tn (Zero-IF) tc l iu ch trc tip t tớn hiu bng gc lờn bng tn cụng tỏc n hng trm MHz v ngc li chuyn trc tip tớn hiu hng trm MHz v tớn hiu gii iu ch bng gc Ph tớn hiu c biu din nh hỡnh 1.1 Biên độ Phổ tín hiệu băng gốc Dải thông lọc cao tần Zero - IF IF RF Tần số Hỡnh 1.1: S chuyn ph tớn hiu khụng s dng tn s trung tn 1.1.2 Cỏc kin trỳc thit b vụ tuyn a) Kin trỳc h thng vụ tuyn cu hỡnh cng truyn thng Khi SDR cha i, cỏc mỏy vụ tuyn phn cng truyn thng thng cú kin trỳc nh trỡnh by trờn hỡnh 1.2 IF DeModulator RF combiner LO1 Baseband Analog Receiver LO2 Baseband Analog Transmit Modulator IF Hỡnh 1.2: Kin trỳc h thng vụ tuyn truyn thng - - Chng 1: Tng quan v vụ tuyn cu hỡnh mm Cỏc mỏy vụ tuyn loi ny cú kớch thc ln v chc nng c nh, nhiờn hot ng ca nú khỏ bn b Mt t l tham s ca cỏc phn t linh kin khỏ b nh hng bi nhit v iu kin thi tit, mụi trng Bt kỡ mt s thay i no tn s hot ng ũi hi s thay th vt lớ, cỏc thch anh xỏc nh tn s hot ng ca mỏy vụ tuyn Thit k ny ó i t khong nhng nm 1930 Ti mỏy thu tn s thu t anten c chuyn xung tn s trung gian bi b trn hoc nhõn tớn hiu u vo vi mt b dao ng ni u tiờn LO1 Tớn hiu tn s trung gian c lc v sau ú c trn xung bng tn c bn bi b dao ng th LO2 Tớn hiu iu ch bng gc c gii iu ch thu c thụng tin v quỏ trỡnh bin i ngc vi mỏy phỏt S bc chuyn i ph thuc vo tn s lm vic RF v theo lý thuyt cú th thờm bc y tn s lờn cao nm ngoi di tn lm vic Mỏy thu vụ tuyn i tn tng t ó tri qua mt giai on rt thnh cụng Nú c s dng nhiu thit b vụ tuyn v s c kộo di cho n mt s nhng nm ti õy b) Cu trỳc vụ tuyn cu hỡnh mm i tn tc tip (Zero-IF) Kh nng v cụng ngh hin cho phộp ch to cỏc b chuyn i ADC v DAC tc cao nờn cỏc mỏy vụ tuyn súng ngn v mt phn di súng ngn cú th khụng s dng tn s trung gian m thc hin chuyn trc tip t tớn hiu tn s vụ tuyn xung thnh tớn hiu bng gc Vi cu trỳc ny b dao ng LO v cỏc b lc s c thc hin trờn cỏc mch tớch hp cao nh FPGA phi hp vi DSP nh cu trỳc trờn hỡnh 1.3 Lc ADC DDC Gii iu ch Lc DAC DUC iu ch Mch phi hp Anten FPGA, DSP Hỡnh 1.3: Cu trỳc vụ tuyn cu hỡnh mm i tn tc tip (Zero-IF) - - Chng 1: Tng quan v vụ tuyn cu hỡnh mm Do mc tớch hp cao nờn kớch thc v lng gim, ng thi cho phộp hn ch s dng cỏc linh kin ri rc khú kim soỏt ht cỏc tham s ký sinh cng l mt u im ca cu trỳc ny c) Cu trỳc vụ tuyn cu hỡnh mm s dng tn s trung tn Cu trỳc h thng vụ tuyn cu hỡnh mm cú th thc hin theo cỏch s dng tn s trung tn tn s rt cao, tớn hiu sau quỏ trỡnh trn tn v lc mi c x lý, gii iu ch theo dng s trờn cỏc vi mch FPGA, DSP Nh s dng tn s trung tn m cỏc yờu cu c gim nh cho phn x lý tớn hiu v cỏc b chuyn i ADC v DAC Cu trỳc ny thng ỏp dng cho cỏc thit b tn s cao nh vụ tuyn VHF, vi-ba, trm gc cho thụng tin di ng Lc LPF ADC DDC Gii iu ch Lc LPF DAC DUC iu ch Mch phi hp Anten FPGA, DSP Hỡnh 1.4: Cu trỳc vụ tuyn cu hỡnh mm s dng tn s trung tn Nh trờn ó trỡnh by, cu trỳc ca mt thit b vụ tuyn cu hỡnh mm thỡ phn chuyn i ADC, DAC cú vai trũ quan trng, yờu cu i vi chỳng khụng ch l tc chuyn i m phi cú chớnh xỏc, sai s lng t hoỏ hay xp x hoỏ phi mc cho phộp Ngoi s dng cỏc b x lớ tớn hiu s DSP thỡ cu trỳc c bn ca mt thit b vụ tuyn cu hỡnh mm cũn cú cỏc phn chc nng quan trng khỏc nh: cỏc mch cao tn phi m bo tuyn tớnh trờn mt di tn rng, chuyn ch nhanh v khuch i cụng sut cho nhiu súng mang khỏc nhau, cho cỏc dng tớn hiu khỏc nhau, cỏc b trn tn lờn/xung s hoỏ: (DUC - Digital Up Converters, DDC- Digital Down Converter), cỏc b lc s, cỏc mch cõn bng cng cn phi c thit k m bo yờu cu hot ng trờn di tn rng vi s a dng ca ch cụng tỏc - - Chng 4: Cỏc chng trỡnh iu khin Begin Tớnh toỏn ng b Thay i tn s Tng quan? No Yes Khụng tng quan? No Yes iu chnh ng b mỏy thu Yes Yes No Tng quan? No Thụng tin >r No khung? Yes Yes Tn s n? No n Hop ? Yes Khung n + 1? No B m tng quan Hỡnh 4.9: Gin thi gian iu khin ng b nhy tn - 59 - Chng 4: Cỏc chng trỡnh iu khin Hỡnh 4.10: Th nghim chng trỡnh thu-phỏt trờn bo mch - 60 - Chng 4: Cỏc chng trỡnh iu khin Hỡnh 4.11: Biờn dch v np chng trỡnh x lý s trờn phn mm ISE Phn mm c tớnh toỏn mụ phng v tng hp kim tra iu chnh cỏc tham s theo cỏc ch tiờu ó ng ký Cỏc bo mch phn cng ca thit b c lp rỏp, hiu chnh, o c v kim tra trờn mỏy IFR2948 (Aeroflex) Kt qu t c m bo cỏc tham s t nh nhy nh hn -107dBm cho dng súng SSB v -116dBm cho dng súng CW (SINAD = 12dB), cụng sut phỏt 4-6W Thit b lm vic c trờn ton di súng ngn 1.5ữ30 MHz Hỡnh 4.12: Th nghim liờn lc vi mỏy vụ tuyn Icom - 61 - Chng 4: Cỏc chng trỡnh iu khin Thit b ó c s dng anten cc 25m (mi chiu) cú th liờn lc vi mỏy vụ tuyn HF ICOM IC-78 c ly 150km (H Ni - Bc Giang) Thi gian iu chnh phi hp anten thng nh hn giõy, h s súng ng thng nh hn 1.5 Quỏ trỡnh th nghim cú thay i v iu chnh phn cng v chng trỡnh iu khin cho mch phi hp gim thi gian v cht lng phi hp c tt hn Cỏc dng súng c th nghim gm tớn hiu thoi biờn trờn (USB), thoi biờn di (LSB), v bỏo ng biờn (CW) Cỏc kt qu ỏnh giỏ c tng hp bng 4.1 v bng 4.2 Bng 4.1: Kt qu th nghim thit b vi anten cc 25m STT Tn s SWR Thi gian phi hp anten (giõy) Cht lng liờn lc 1.46 USB: tụt (MHz) 9.238 LSB: tụt CW: tụt 5.116 1.45 USB: tụt LSB: tụt CW: tụt 6.064 1.48 USB: tụt LSB: tụt CW: tụt 6.253 1.58 USB: tụt LSB: tt CW: tt 8.625 1.59 USB: tt LSB: tt CW: tt 8.977 1.44 USB: tt LSB: tt CW: tt - 62 - Chng 4: Cỏc chng trỡnh iu khin 6.884 1.48 USB: tt LSB: tt CW: tt 3.566 1.39 USB: t LSB: t CW: t 9.686 1.47 USB: tt LSB: tt CW: tt 10 8.448 1.35 USB: tt LSB: tt CW: tt 11 6.253 1.37 USB: tt LSB: tt CW: tt 12 7.375 1.39 USB: t LSB: tt CW: tt Hai thit b th nghim c li liờn lc 10km vi anten cn 2.4m a hỡnh tng i bng phng cỏc tt c cỏc dng súng c thit k cho cht lng tt Vi anten cn thi gian iu chnh phi hp nh hn giõy H s súng ng t c nh hn Quỏ trỡnh th nghim cú thay i chnh sa chng trỡnh iu khin mch phi hp anten Bng 4.2: Kt qu th nghim thit b vi anten cn 2.4m STT Tn s SWR (MHz) 8.238 Thi gian phi hp anten Cht lng liờn lc (giõy) 2.46 USB: t LSB: t CW: t - 63 - Chng 4: Cỏc chng trỡnh iu khin 8.116 2.95 USB: t LSB: t CW: t 6.064 2.98 USB: t LSB: t CW: tụt 6.253 1.88 USB: t LSB: tt CW: tt 10.625 1.99 USB: tt LSB: tt CW: tt 11.977 1.74 USB: tt LSB: tt CW: tt 16.884 1.68 USB: tt LSB: tt CW: tt 13.566 1.49 USB: t LSB: t CW: t 10.686 1.47 USB: tt LSB: tt CW: tt 10 25.448 1.55 USB: t LSB: t CW: tt 11 22.253 1.47 USB: t LSB: t CW: tt 12 29.375 1.49 USB: t LSB: t CW: tt - 64 - Kt lun v hng phỏt trin KT LUN Qua mt thi gian tớch cc thc hin cỏc nhim v nghiờn cu ca lun vn, trờn c s tng quan v vụ tuyn cu hỡnh mm v quỏ trỡnh tham kho cỏc thit k ca cỏc hóng trờn th gii cựng s hp tỏc v giỳp tn tỡnh ca thy giỏo v cỏc ng ti Trung tõm K thut Thụng tin Cụng ngh cao (B T lnh Thụng tin liờn lc), lun ó a c mt thit k c bn, v trin khai thnh thit b thc t Bn thõn tụi cng hon thnh c cỏc nhim v c giao quỏ trỡnh tham gia nghiờn cu v vụ tuyn cu hỡnh mm, ng thi nm c cỏc cụng vic nm nhim v C th cỏc phn tụi ó thc hin chớnh lun l: - AGC s - Thit k mng mch phi hp tr khỏng anten ATU - Thit k mng mch iu khin, giao tip - Thit k mch khuch i cụng sut (PA) - Lp trỡnh giao tip v iu khin phi hp tr khỏng anten (ATU) - Ngoi tham gia h tr cỏc ng cỏc phn cũn li Kt qu l lun ó hon thnh thit k c cỏc bo mch phn cng cho thit b thu phỏt vụ tuyn v cỏc chng trỡnh phn mm x lý tớn hiu, chng trỡnh iu khin quan trng cho vụ tuyn súng ngn nh iu khin mc thu phỏt, iu khin phi hp anten, iu khin ng b nhy tn Sn phm ca lun cho phộp m hng thit k, ch to trin khai v s dng, ng dng nhiu lnh vc khỏc ca h thng thụng tin vụ tuyn quõn s: - 65 - Kt lun v hng phỏt trin To c h thng mỏy vụ tuyn vi nhiu chc nng khỏc nhau: nhiu dng iu ch, nhiu bng tn, nhiu dch v: truyn thoi, truyn d liu, nhy tn, t ng xỏc lp ng truyn ALE Vi thit b ang thc hin cụng sut 5W cú th ci tin nõng cụng sut lờn n 20-25W cho sn phm kớch thc nh gn Quỏ trỡnh sa cha s n gin tớnh lp ln ca sn phm trờn cựng mt v mỏy (khỏc phn khuch i cụng sut) Vi mụ hỡnh ó thit k cú th ỏp dng cho nhiu thit b thụng tin vụ tuyn khỏc: Vi ba, trm gc, Ra a, thu giỏm sỏt, thu nh hng - 66 - Ti liu tham kho TI LIU THAM KHO [1] Earl G.F and Whitington M.J, (1999), HF Radar ADC Dynamic Range Requirements, 3rd IEE Int Conference on A-D and D-A Conversion, Glasgow, Conference Publication, No 466, pp 101-105 [2] Davies N.C, (2000), A High Performance HF Software Radio, 8th IEE Int Conference on HF Radio Systems and Techniques, Surrey, Conference Publication, No 474, pp 249-256 [3] Bradley M.J, (2002), Wideband Receiver for Digital Radio, Mondiale IEE Electronics and Communications Engineering Journal, vol 14, No 1, pp 1520 [4] Earl, G.F, Kerr P.C, and Roberts, P.M (1991), OTH Radar Receiver System Design using Synoptic HF Environmental data base, 4th IEE Int Conference on HF Radio Systems and Techniques, Edinburgh, Conference Publication, No 339, pp 48-53 [5] Pearce, T H, (1999), Application of Bandpass Sigma-Delta A-D Conversion in HF Radar, 3rd IEE Int Conference on A-D and D-A Conversion, Glasgow, Conference Publication, No 466, pp 25-29 [6] Joseph Mitola, III (Editor), Zoran Zvonar (Editor), Software Radio Technologies: Selected Readings, May 2001 [7] J Neel and J Reed, Case Studies in Software Radio Design, in Jeffrey H Reed "Software Radios: A Modern Approach to Radio Engineering", Prentice Hall 2002 [8] Walter Tuttlebee (Editor), Software Defined Radio: Origins, Drivers and International Perspectives, March 2002 [9] Markus Dillinger, Kambiz Madani, Nancy Alonistioti, Software Defined Radio: Architectures, Systems and Functions, June 2003 [10] Joseph Mitola, III, Software Radio Architecture: Object-Oriented Approaches to Wireless Systems Engineering, October 2000 [11] Jeffrey H Reed, Software Radio: A Modern Approach to Radio Engineering - 67 - Ti liu tham kho [12] U Meyer-Baese, Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays, 2011 [13] A.A Abidi, Direct-Conversion Radio Transceivers for Digital Communications, IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol 30, no 12, 1995, pp 1399-1410 [14] J Paez-Borrallo, and F.J Casajus Quiros, Self adjusting digital image rejection receiver for mobile communications, IEEE Vehicular Technology Conference, Vol 2, pp 686-690, May 1997 [15] M Valkama and M Renfors, Advanced Methods for I/Q Imbalance Compensation in Communication Receivers, IEEE Trans on Signal Proc., Vol 49, No 10., pp 2335-2334, Oct 2001 [16] A.V Oppenheim and R.W Schafer, Digital Signal Processing, Prentice-Hall, 1975 [17] X Chen and T.W Parks, Design of FIR Filters in the Complex Domain, IEEE Trans on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol 35, No 2, pp 144153, Feb 1987 [18] P Regalia, S Mitra, and J Fadavi-Ardekani, Implementation of Real Coefficient Digital Filters Using Complex Arithmetic, IEEE Transaction on Circuits and Systems, Vol CAS-34, No 4, pp 345-353, Apr 1987 [19] Fuqin Xiong, Digital Modulation Techniques, 2000 [20] S.A Jantzi, K Martin, and A.S Sedra, Quadrature Bandpass Modulation for Digital Radio, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol 32, No 12, pp 19351949, Dec 1997 [21] Jouko Vankka, Direct Digital Synthesizers: Theory, Design and Application, 2000 [22] C.J Tarran, Operational HF DF systems employing real time superresolution processing, in proc IEE conf HF Radio Systems and Techniques, vol 1, pp 311- 319, July 1997 - 68 - Mc lc M U CHNG I: TNG QUAN V Vễ TUYN CU HèNH MM 1.1 Khỏi quỏt v vụ tuyn cu hỡnh mm v ng dng 1.1.1 Gii thiu tng quan SDR so vi cụng ngh truyn thng 1.1.2 Cỏc kin trỳc thit b vụ tuyn 1.2 ng dng ca vụ tuyn cú cu hỡnh mm 1.2.1 ng dng vụ tuyn cu hỡnh mm thụng tin quõn s 1.2.2 ng dng ca vụ tuyn cu hỡnh mm thụng tin vụ tuyn dõn s 1.3 Cỏc u im ca h thng vụ tuyn cú cu hỡnh mm 10 CHNG 2: GII THIU MT S PHN CHC NNG C BN TRONG H THNG SDRs 12 2.1 ADC 12 2.2 B t ng iu chnh h s khuch i (Automatic Gain Control - AGC) 15 2.3 iu hng anten (ATU - Antenna Tuning Unit) 16 2.4 Phng phỏp iu ch v gii iu ch tớn hiu n biờn 17 2.4.1 Phng phỏp lc: 17 2.4.2 Phng phỏp dch pha 18 2.4.3 Phng phỏp Waever 19 2.5 Phng phỏp lc v thay i tn s ly mu DDC-DUC 20 2.5.1 Chuyn h tn s DDC 21 2.5.2 Chuyn i tn s lờn DUC 22 2.6 To dao ng chun (NCO - Numerically Controlled Oscillator) 23 2.7 Trn s 25 2.8 B lc rng lc tớch phõn ni tng CIC 26 2.9 Khi lc FIR 28 2.10 ng b nhy tn 28 Kt lun chng 29 Chng 3: THIT K MY Vễ TUYN 30 3.1 Tham s v s cu trỳc ca thit b 30 3.1.1 Tham s ca thit b 30 3.1.2 S ca thit b 31 3.2 Thit k cỏc chc nng 32 3.2.2 Khi x lý tớn hiu RF/LF 32 3.2.3 Mch khuch i cụng sut PA 42 3.2.4 Mch lc u cụng sut 45 3.2.1 Mch phi hp ng ten (ATU- Antenna Tuning Unit) 46 3.2.1 Khi iu khin MCU 48 3.3 Kt qu lp rỏp 50 CHNG 4: CC CHNG TRèNH IU KHIN 52 4.1 iu khin phi hp Anten 52 4.2 iu khin mc tớn hiu thu (AGC) 53 4.3 Nhy tn v iu khin nhy tn 55 KT LUN 65 TI LIU THAM KHO 67 Danh mc hỡnh v Hỡnh 1.1: S chuyn ph tớn hiu khụng s dng tn s trung tn Hỡnh 1.2: Kin trỳc h thng vụ tuyn truyn thng Hỡnh 1.3: Cu trỳc vụ tuyn cu hỡnh mm i tn tc tip (Zero-IF) Hỡnh 1.4: Cu trỳc vụ tuyn cu hỡnh mm s dng tn s trung tn Hỡnh 2.1: Di ng ca b bin i ADC di rng 13 Hỡnh 2.2: S mỏy thu vụ tuyn nhiu kờnh i tn trc tip di tn HF/VHF 13 Hỡnh 2.3: M rng di ng mỏy thu cú LNA 14 Hỡnh 2.4: Mụ hỡnh tng ng ca mt on cỏp vụ tuyn 17 Hỡnh 2.5: iu ch tớn hiu n biờn bng phng phỏp lc 17 Hỡnh 2.6: Ph tớn hiu ca quỏ trỡnh iu ch n biờn 18 Hỡnh 2.7: iu ch tớn hiu n biờn bng phng phỏp dch pha 18 Hỡnh 2.8: iu ch tớn hiu n biờn bng phng phỏp Waever 19 Hỡnh 2.9: Tớn hiu SSB c to vi iu ch Weaver 19 Hỡnh 2.10: Mụ hỡnh s ca phng phỏp iu ch Weaver 20 Hỡnh 2.11: V trớ v cu trỳc b DDC mỏy thu s 21 Hỡnh 2.12: Chuyn i trc tip tớn hiu bng gc lờn tn s vụ tuyn 22 Hỡnh 2.13: iu ch biờn 22 Hỡnh 2.14: iu ch n biờn 23 Hỡnh 2.15: Cu trỳc ca DDS 24 Hỡnh 2.16: Dch chuyn ph vi b trn tớn hiu 26 Hỡnh 2.17: ỏp ng tn s ca b lc CIC 26 Hỡnh 2.18: Cu trỳc ca b lc CIC gim mu v tng mu 27 Hỡnh 2.19: Cu trỳc b lc FIR 28 Hỡnh 3.1: S tng th mỏy vụ tuyn 31 Hỡnh 3.2: S ghộp ni cỏc chc nng 31 Hỡnh 3.2: S cu trỳc mch RF/LF 32 Hỡnh 3.3: Bng mch LF/RF c lp rỏp 33 Hỡnh 3.4: Bng LUT thit k bng Matlab 34 Hỡnh 3.5: Ph tn s súng mang 10,24MHz trờn mỏy phõn tớch ph 34 Hỡnh 3.6: Cu trỳc c thc hin ca b lc FIR 35 Hỡnh 3.7: c tuyn ca b lc FIR thụng thp tn s ct 2.4kHz 35 Hỡnh 3.8: ỏp ng tn s ca b lc CIC 36 Hỡnh 3.9: c tuyn biờn ca b lc CIC 37 Hỡnh 3.10: Cng vo/ra ca mụ un CIC 38 Hỡnh 3.11: Tớn hiu trc v sau qua b lc CIC tng mu 38 Hỡnh 3.12: Tớn hiu trc v sau qua b lc CIC gim mu 38 Hỡnh 3.13: Kt qu mụ phng trờn Matlab trn tớn hiu cú du 39 Hỡnh 3.14: Kt qu thc t trn tớn hiu 1kHz v 1,5kHz 39 Hỡnh 3.15: Ph tớn hiu sau trn tớn hiu 10,24MHz v 1kHz 40 Hỡnh 3.16: S iu ch v gii iu ch SSB ca Waever 40 Hỡnh 3.17: Tớn hiu iu ch v sau gii iu ch SSB 41 Hỡnh 3.18: Ph tớn hiu s iu ch SSB 41 Hỡnh 3.19: Ph tớn hiu LSB vi tn s õm tn 1kHz, tn s súng mang 10.24MHz 42 Hỡnh 3.20: Tớn hiu 1kHz thu c sau gii iu ch CW 42 Hỡnh 3.21: S cu trỳc mch PA 43 Hỡnh 3.22: S mch khuch i y kộo song song 43 Hỡnh 3.23: S nguyờn lý mch ALC 44 Hỡnh 3.24: Bng mch thit k trờn phn mm Altium 44 Hỡnh 3.25: S nguyờn lý mch lc thụng thp 45 Hỡnh 3.26: Bng mch LPF thit k trờn phn mm 45 Hỡnh 3.27: S kt ni h thng phi hp Anten 46 Hỡnh 3.28: Mch tỏch súng Tandem Match Coupler v Bruene Bridge 47 Hỡnh 3.29: S thit k ca mch tỏch súng 47 Hỡnh 3.30: Gin Smith cho loi mng phi hp 48 Hỡnh 3.31: Bng mch ATU c thit k 49 Hỡnh 3.32: Bng mch MCU c thit k (a) v lp rỏp (b) 50 Hỡnh 3.33: Mụ hỡnh ghộp ni cỏc mụ un chc nng mỏy vụ tuyn 50 Hỡnh 3.34: Hỡnh nh thit k tng th thit b HF SDR (a) v hỡnh nh hon chnh thit b sau ch to (b) 51 Hỡnh 4.1: S mch iu hng Anten 53 Hỡnh 4.2: Lu thut toỏn iu khin ATU 53 Hỡnh 4.3: S thit k AGC 54 Hỡnh 4.4: Kim tra AGC trờn mch FPGA 54 Hỡnh 4.5: Kt qu kim tra tớn hiu u vo v u mch AGC s trờn mỏy hin súng 55 Hỡnh 4.6: Ph ca tớn hiu phỏt nhy tn 55 Hỡnh 4.7: S quỏ trỡnh ng b nhy tn 56 Hỡnh 4.8: Gin thi gian cho x lý ng b 57 Hỡnh 4.9: Gin thi gian iu khin ng b nhy tn 59 Hỡnh 4.10: Th nghim chng trỡnh thu-phỏt trờn bo mch 60 Hỡnh 4.11: Biờn dch v np chng trỡnh x lý s trờn phn mm ISE 61 Hỡnh 4.12: Th nghim liờn lc vi mỏy vụ tuyn Icom 61 ... khoa hc v thc tin ca ti Trong vic ch to mỏy vụ tuyn theo phng thc truyn thng, nhiu n v ó tin hnh nghiờn cu thc hin Trong ú cú n v ó tin hnh nghiờn cu thit k mỏy thu phỏt thụng tin vụ tuyn nhng... dựng t chc mng thụng tin ln cho c h thng, ú bao gm nhiu loi phng tin thụng tin, hỡnh thc thụng tin cho cỏc loi hỡnh tỏc chin khỏc u th quan trng ca vụ tuyn cu hỡnh mm thụng tin quõn s ú l cỏc chc... mng di ng, mng thụng tin v tinh, Chớnh vỡ nhng u im ca h thng vụ tuyn cu hỡnh mm (Software Defined Radio - SDR) nờn tụi chn lun cao hc l: Nghiờn cu h thng vụ tuyn cu hỡnh mm (SDRs) v ng dng vic