CHƯƠNG 2 MÁY THU GNSS VÀ CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHẦN MỀM SDR
2.3. Phân hệ cao tần (Radio Front -end)
2.3.5. Bộ chuyển đổi ADC
Thành phần cuối cùng trong đường vào của tín hiệu là bộ chuyển đổi tương tự số ADC. Thiết bị này chuyển tín hiệu từ dạng tương tự sang các mẫu dạng số. Có nhiều tham số ảnh hưởng tới bộ chuyển dổi ADC, ở đây, chúng tôi chỉ xét một vài
55
tham số chủ yếu: số bit, tần số lấy mẫu cực đại, dải thông tín hiệu đầu vào và dải đầu vào tương tự.
Đặc điểm CDMA của tín hiệu GNSS cần dải động rất ít từ tín hiệu sau lấy mẫu. Điều này có thể thấy nếu lấy mẫu bit đơn được sử dụng thì sự suy giảm trong quá trình xử lý là nhỏ hơn 2 dB. Hơn nữa, nếu lấy mẫu 2 bit hoặc hơn được sử dụng với lượng tử hóa thích hợp thì sự suy giảm nhỏhơn 1dB. Số bit nhỏ nhất trong hầu hết các bộ ADC là 8.
Trong thiết kế máy thu GNSS, đầu vào sử dụng lấy mẫu nhiều bit và điều chỉnh khuếch đại tự động để có sựlượng tử hóa phù hợp. Do khi chỉ dùng 1 bit, suy giảm nhỏ hơn 2dB nhưng chỉ trong trường hợp lý tưởng, còn nếu tồn tại nhiễu băng hẹp trong vùng tín hiệu GNSS L1, thì lấy mẫu 1 bit sẽ thu lại cả nhiễu và ngăn cản quá trình xử lý GNSS. Tần số lấy mẫu cực đại là một tham số quan trọng. Tần số này cần phải phù hợp với băng thông của tín hiệu mong muốn (theo định lý Nyquist).
Mặc dù bộ ADC có một tần số lấy mẫu nhất định, từ đó tính ra được băng thông của tín hiệu lẫy mẫu nhưng băng tần vào của tín hiệu mới thực sự quyết định tín hiệu nào được số hóa, tín hiệu nào không. Ví dụADS380 có băng tần vào là 300MHz, nghĩa là bất cứ thành phần tần số nào trong khoảng 0-300MHz sẽ được số hóa theo định lý lấy mẫu Nyquist.
Từ những điều này, chúng tôi thấy rõ vai trò của bộ lọc cuối cùng trong phần cao tần. Nó phải là bộ lọc thông dải và giới hạn băng thông ở những tần số có thể lấy mẫu được. Vì quá trình lấy mẫu có băng tần rộng nên không chỉ xảy ra ở vùng băng tần tín hiệu vào mà tất cả các tần số khác trong băng cũng được lấy mẫu, vì vậy cần phải tối thiểu hóa nhiễu ở bộ lọc cuối trước ADC để chỉ cho phép những tần số cần thiết đi qua và triệt tiêu những thành phần còn lại.
Xem trong thiết kế hình 2.4, tần số lấy mẫu là 38,192 MHz được sử dụng cho tín hiệu trung tần 47,74MHz được chuyển xuống một tần số trung tần khác là 9,548 MHz. Dải thông tín hiệu được lấy mẫu nhỏhơn 38,192/2 MHz (theo định lý Nyquist).
56
Tham số ADC cuối cùng được xem xét ở đây là dải đầu vào tương tự. Dải này xác định sự phân phối mức lượng tử hóa trong dải điện áp. Ví dụ bộ ADS380, dải đầu vào tương tự nhỏ nhất là 1V đỉnh đỉnh.Giả thiết tải 50Ω, một tín hiệu 1V tương ứng với -17dBW. Bởi vậy, chúng tôi cần làm rõ tại sao sự khuếch đại lại cần thiết trong phần cao tần. chúng tôi đã đề cập lý do là cần tạo ra mức tín hiệu thích hợp. Sự kết hoepj của tạp âm nhiệt và tín hiệu nhận được quá yếu để thực hiện ADC được. Nên mục đích của bộ khuếch đại là tăng mức tín hiệu nhận được để át đi tạp âm nhiệt, và hoạt động ADC ở mức tín hiệu cao nhất.
Mặc dù không được mô tả trong hình 2.4, bộ khuếch đại cuối cùng trong nhiều thiết kế bộ đầu vào GNSS cũng biến đổi theo tín hiệu hồi tiếp từ quá trình thực hiện sau bộADC. Điều này được thực hiện trong hầu hết các bộ thu GNSS bằng chức năng điều chỉnh hệ số khuếch đại tựđộng (AGC). Mục đích của đầu vào là để tín hiệu dùng hết số bit của bộ ADC, bởi vậy, nếu hệ số khuếch đại không đủ để làm việc đó thì nó sẽđược điều chỉnh bởi luồng dữ liệu sau lấy mẫu và làm tăng độ khuếch đại. Và khi hệ số khuếch đại quá cao làm tín hiệu vượt quá số bit của ADC, thì sau đó hồi tiếp từ phía sau bộ ADC sẽ làm cho hệ số khuếch đại giảm xuống.BộAGC được điều khiển bằng sự phân bố của các mẫu.
Tóm lại, để chuẩn bị cho tín hiệu vào bộ ADC, ta thực hiện ba chức năng cơ bản là khuếch địa, dịch tần số và lọc. Ngoài ra, để hiểu rõ hơn ý tưởng cho bộ ADC được sử dụng trong công nghệ vô tuyến điều khiển bằng phần mềm, chúng tôi sẽ đi sâu vào phân tích lý thuyết về lấy mẫu thông dải.
57