TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Đề tài: MÁY PHÁT VÔ TUYẾN GV hướng dẫn: TS Hồ Văn Cừu SV thực hiện: Lê Thị Thanh Hà NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT VÔ TUYẾN CHƯƠNG 4: MÁY THU VÔ TUYẾN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THƠNG 1.1 Q TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG VIỄN THƠNG Q trình phát triển hệ thống viễn thông chia thành giai đoạn chính: • Giai đoạn thứ nhất: Từ kỷ thứ 19 đến năm 1950 xuất hệ thống thông tin điện báo Morse phát minh máy điện thoại để truyền tín hiệu tiếng nói văn dạng tương tự, qua kênh truyền có băng thơng hẹp • Giai đoạn thứ hai từ năm 1951 đến năm 1999, xuất công nghệ thông tin số, phát triển hệ thống tổng đài điện tử số SPC, hình thành tuyến truyền dẫn vi ba số, truyền dẫn sợi quang truyền dẫn vệ tinh • Giai đoạn thứ sau năm 2000, giai đoạn phát triển công nghệ truyền số liệu, băng thơng rộng, chuyển mạch gói, hình thành mạng internet tồn cầu tạo tiền đề phát triển mạng truyền thơng băng rộng theo xu hướng hội tụ liên kết mạng truyền thơng tồn cầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1.2 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THÔNG TIN VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG 1.2.1 Các khái niệm • Tín hiệu: cịn gọi thông tin (signal) dấu hiệu để người trao đổi, nhận biết thông qua giác quan, nghiên cứu, quan sát giới vật chất xung quanh Các dạng tín hiệu người để cảm nhận tín hiệu âm thanh, tín hiệu hình ảnh, tín hiệu mùi vị, tín hiệu nhiệt độ Con người chế tạo thiết bị để hình thành tín hiệu tương ứng thơng tin người với người • Truyền thơng: cịn gọi thông tin liên lạc truyền thông tin tín hiệu người, từ vị trí A đến vị trí B CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1.2 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THÔNG TIN VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG 1.2.1 Các khái niệm • Kênh truyền: phương tiện để truyền tín hiệu từ điểm A đến điểm B Tín hiệu truyền theo chiều từ A đến B gọi kênh truyền đơn hướng, tín hiệu truyền theo hai chiều từ A đến B ngược lại gọi kênh truyền hai chiều hay kênh truyền song hướng Mơ hình tốn kênh thơng tin biểu diễn theo hàm truyền h(t), tham số đặc trưng suy hao, băng thơng nhiễu • Kênh th bao: kênh thơng tin hay cịn gọi kênh truyền tin nhà cung cấp dành riêng cho người dùng để người dùng làm phương tiện thông tin người với người hay nói theo cách tổng quát đối tượng trao đổi thông tin với CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THƠNG 1.2.2 Mơ hình kênh truyền thơng tin 1.2.2.1 Kênh truyền đơn hướng Tín hiệu phát x(t,fΩ ) Analog signal Analog communications channel Tín hiệu phát Tín hiệu thu Kênh truyền dẫn r(t,B) s(t,B) Máy Máy h(t), B(Hz), phát thu PTX(w) PRX(w) L(dB),N(w) r(t) = s(t).h(t)+n(t) Nhiễu n(t) A Station Cự ly truyền dẫn D(m) Tín hiệu thu x(t,fΩ ) S/N Analog signal B Station Hình 1.1: Mơ hình kênh truyền tín hiệu tương tự chiều từ A đến B CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1.2.2 Mơ hình kênh truyền thơng tin 1.2.2.2 Kênh truyền song hướng Analog communications Tín hiệu thu Tín hiệu phát Tín hiệu thu channel Tín hiệu phát s(t,B) x(t,fΩ ) S/N r(t,B)PRX(w) Máy phát Máy Thu PTX(w) Kênh truyển dẫn x(t,fΩ ) P (w) s(t,B) P (w) x(t,fΩ ) r(t,B) RX h(t), B(Hz), L(dB),N(w) TX Máy phát Máy Thu s(t,B) T/h thu Tín hiệu thu Tín hiệu phát S/N Tín hiệu phát r(t) = s(t).h(t)+n(t) Analog Analog signal signal Nhiễu n(t) A Station Cự ly truyền dẫn D(m) B Station Hình 1.2: Mơ hình kênh truyền tín hiệu tương tự hai chiều A B CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THƠNG 1.2.2 Mơ hình kênh truyền thơng tin 1.2.2.3 Kênh truyền tín hiệu số Tín hiệu số Tín hiệu phát A/D A/D x(t,fΩ ) Digital communications channel Tín hiệu phát Tín hiệu thu Analog signal dTX(T,Rb) digital signal Máy phát s(t,B) PTX(w) Kênh truyển dẫn h(t), B(Hz), L(dB),N(w) r(t,B) PRX(w) Máy thu r(t) = s(t).h(t)+n(t) D/A Máy thu Nhiễu n(t) Tín hiệu thu Tín hiệu số Máy phát dRX(T,Rb) (Eb/N0) BER digital signal D/A x(t,fΩ ) S/N A/D Hình 1.3: Mơ hình kênh truyền tín hiệu số hai chiều A đến B Analog signal CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THƠNG 1.2.2 Mơ hình kênh truyền thơng tin 1.2.2.4 Kênh truyền tín hiệu thoại liên đài Hình 1.4: Mơ hình kênh truyền tín hiệu thoại tổng đài A tổng đài B CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1.2.2 Mơ hình kênh truyền thơng tin 1.2.2.5 Kênh truyền tín hiệu thoại số liên đài cáp kim loại Hình 1.5: Mơ hình minh họa đường dây truyền tín hiệu giữ thuê bao A thuê bao B từ tổng đài điện thoại A sang tổng đài điện thoại B CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT VÔ TUYẾN 3.1 MÁY PHÁT VÔ TUYẾN 3.1.2 Nguyên lý hoạt động máy phát vô tuyến • Máy phát gồm có lọc băng tần gốc, điều chế tín hiệu, dao động nội, khuếch đại cơng suất anten phát • Tín hiệu băng gốc đưa đến ngõ vào, tín hiệu thoại, video liệu, giới hạn băng tần đến tần số băng tần gốc, ký hiệu fm(Hz) Tín hiệu đưa qua lọc băng tần gốc để loại bỏ thành phần nằm ngồi dải thơng kênh Tín hiệu thơng tin sau trộn với tín hiệu sóng mang, ký hiệu c(t) có tần số fLO,TX(Hz), sóng mang tạo từ dao động nội LO (Local Oscillator) Tín hiệu điều chế phát có thay đổi tần số tăng lên, gọi chung tín hiệu cao tần phát fRF,TX(Hz)= (fLO + fm ) fRF,TX(Hz)=( fLO – fm ), thơng thường tín hiệu cao tần phát fRF,TX(Hz) có tần số lớn nhiều tần số tín hiệu băng tần gốc fm Tín hiệu điều chế phát sau đưa đến khuếch đại cơng suất để khuếch đại tín hiệu đạt mức công suất thiết kế P T đưa tới anten phát để xạ tín hiệu cao tần phát lan truyền khơng gian tự Tín hiệu phát có ký hiệu s(t) CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT VÔ TUYẾN 3.1 MÁY PHÁT VÔ TUYẾN 3.1.3 Chức máy phát vô tuyến Chức máy phát xử lý nguồn tín hiệu băng tần gốc ngõ vào, tín hiệu thoại, tín hiệu video liệu, tổng hợp loại tín hiệu trên, có phổ tần nằm vùng giới hạn tín hiệu băng tần gốc, ký hiệu fm(Hz) Tín hiệu điều chế để dịch phổ lên miền tần số cao sau trộn tần lên với tín hiệu sóng mang cao tần, ký hiệu fLO,TX(Hz), để tạo tín hiệu cao tần phát biên tần fRF,TX(Hz)= (fLO + fm ) fRF,TX(Hz)=( fLO – fm ), thông thường gọi tín hiệu cao tần phát có tần số fRF,TX(Hz) Tần số tín hiệu phát lớn nhiều tần số tín hiệu băng tần gốc fm Tín hiệu cao tần phát khuếch đại đến mức công suất cao đưa đến anten phát để xạ tín hiệu phát thành sóng điện từ lan truyền tầng khí CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT VƠ TUYẾN 3.2 CÁC THƠNG SỐ MÁY PHÁT Cơng suất phát P0-Tx(w), Tần số hoạt động, Hiệu suất, Độ biến thiên công suất ngõ ra, Độ ổn định, Hệ số phẩm chất mạch (Q), Nhiễu, Các tín hiệu khơng mong muốn, Các biến thiên tần số, Độ rộng băng thông tần số tín hiệu phát Ba tham số kỹ thuật quan trọng máy phát vô tuyến số là: Công suất phát P0-Tx(w); Tần số tín hiệu cao tần phát fRF-TX(Hz) Độ rộng băng thơng tần số tín hiệu phát B(Hz) CHƯƠNG 4: MÁY THU VÔ TUYẾN 4.1 MÁY THU VƠ TUYẾN 4.1.1 Giới thiệu máy thu vơ tuyến Máy thu thiết bị hấp thụ tín hiệu sóng điện từ điều chế lan truyền tần khí đến anten thu, tín hiệu thu, tần số cao, cơng suất vào thấp, tín hiệu vào ngõ vào máy thu khuếch đại đổi tần xuống đền tần số trung gian gọi tần số tín hiệu trung tần, việc đổi tầng thực nhờ khối trộn tần DC, khối trộn tầng thực việc trộn tín hiệu cao tần thu có tần số fRF(Hz) tín hiệu sóng mang từ dao động nội đưa đến có tần số fLO(Hz), tín hiệu trung tần fIF(Hz) khuếch đại sau đưa qua tách sóng để khơi phục lại dạng tín hiệu tin tức đầu phát CHƯƠNG 4: MÁY THU VÔ TUYẾN 4.1 MÁY THU VÔ TUYẾN 4.1.1 Giới thiệu máy thu vô tuyến Anten thu fRF(Hz) Bộ lọc Bộ KĐại Bộ trộn tần DC IF IF1 AMP LN A fRF(Hz) Bộ KĐ IF fLO1(Hz) fIF1(Hz) OSC LO1 Bộ dao động nội Giải điều chế số DEM Tín hiệu số fIF1(Hz) fm(Hz) fLO_IF(Hz ) OSC IF Bộ dao động tạo sóng mang giải điều chế thu fIF1(Hz)=fRF(Hz)- fLO1(Hz) fA(Hz)=fRF(Hz)-2.fIF1(Hz) fIF1(Hz)=fLO1(Hz)-fRF(Hz) fA(Hz)=fRF(Hz)+2.fIF1(Hz) CHƯƠNG 4: MÁY THU VÔ TUYẾN 4.1 MÁY THU VÔ TUYẾN 4.1.2 Nguyên lý hoạt động máy thu vơ tuyến Tín hiệu sóng điện từ lan truyền không gian tự hấp thu anten thu máy thu, ký hiệu r(t) có tần số tần số tín hiệu phát gởi tới fRF,RX(Hz), tín hiệu thu có giá trị thấp có nhiều nguồn tạp âm xen vào q trình truyền sóng điện từ khí quyển, tín hiệu thu thường khuếch đại khuếch đại cao tần có mức nhiễu thấp LNA (Low-Noise Amplifier) LNA bỏ qua số hệ thống tín hiệu thu có mức thu đủ lớn tần số không cao; thương2 sử dụng đường truyền vơ tuyến khoảng cách gần Tín hiệu thu sau trộn với tín hiệu sóng mang tạo từ dao động nội máy thu VCO, có tần số fLO,RX(Hz) CHƯƠNG 4: MÁY THU VÔ TUYẾN 4.1 MÁY THU VÔ TUYẾN 4.1.2 Nguyên lý hoạt động máy thu vô tuyến Kết trộn tần xuống tạo dịng tín hiệu thu có tần số fIF,RX = fIF + fm fIF – fm nhỏ nhiều fLO gọi tín hiệu trung tần thu fIF,RX (Hz), đổi tần xuống có sử dụng lọc tần số biên thấp để hình thành thành phần fIF,RX = fRF,RX – fLO,RX fLO,RX – fRF,RX Tín hiệu trung tần lọc để loại bỏ hài không mong muốn sinh từ cơng đoạn đổi tần sau khuếch đại khuếch đại trung tần (IF – Intermediate Frequency) Tín hiệu ngõ khuếch đại trung tần đưa đến tách sóng hay cịn gọi giải điều chế, nơi tín hiệu băng gốc fm chứa thông tin ban đầu khôi phục CHƯƠNG 4: MÁY THU VÔ TUYẾN 4.1 MÁY THU VƠ TUYẾN 4.1.3 Chức máy thu vơ tuyến Chức máy thu vô tuyến thu nhận tín hiệu sóng điện từ cao tần hấp thụ từ anten thu máy thu, tần số tín hiệu cao tần thu ký hiệu fRF,RX(Hz), mức công suất tín hiệu thu có giá trị thấp tạp âm nhiều bị suy hao khí quyển, tín hiệu thu khuếch đại khuếch đại nhiễu thấp LNA (Low-Noise Amplifier), sau trộn tần xuống với tín hiệu sóng mang thu, tạo từ dao động nội máy thu LO, tần số dao động nội thu ký hiệu fLO,RX(Hz) để tạo tín hiệu trung tần thu fIF,RX (Hz), với fIF,RX = fRF,RX – fLO,RX fLO,RX – fRF,RX Tín hiệu trung tần khuếch đại khuếch đại trung tần (IF – Intermediate Frequency) với hệ số khuếch đại lớn Tín hiệu ngõ khuếch đại trung tần đưa đến tách sóng hay cịn gọi giải điều chế, nơi tín hiệu băng gốc fm chứa thông tin ban đầu khôi phục CHƯƠNG 4: MÁY THU VÔ TUYẾN 4.2 CÁC THƠNG SỐ MÁY THU • Độ nhạy • Độ chọn lọc tần số thu • Độ loại bỏ đáp ứng khơng mong muốn • Độ loại bỏ điều chế tương hỗ • Độ ổn định tần số • Sự phát xạ LO Bốn tham số kỹ thuật quan trọng máy thu vô tuyến là: Độ nhạy; độ chọn lựa tần số tín hiệu cao tần thu f RF-RX(Hz); độ loại bỏ tần số tín hiệu ảnh f A(Hz) Độ rộng băng thơng tần số tín hiệu thu B(Hz) CHƯƠNG 4: MÁY THU VÔ TUYẾN 4.3 CÁC NGUỒN NHIỄU Ở MÁY THU 4.3.1 Nhiễu máy thu • Máy thu đối mặt với hai loại nhiễu: nhiễu thu anten nhiễu tạo máy thu Nhiễu thu anten bao gồm nhiễu nhiệt, nhiễu mơi trường truyền sóng tầng khí quyển, nhiễu người gây gọi chung nhiễu trời • Nhiễu ngân hà tạo xạ từ ngơi Nó có giá trị cực đại khoảng 20 MHz không đáng kể 500 MHz • Ngồi nhiễu thu anten, máy thu thân cộng thêm nhiễu vào tín hiệu từ tầng khuếch đại, lọc, trộn tách sóng CHƯƠNG 4: MÁY THU VÔ TUYẾN 4.3 CÁC NGUỒN NHIỄU Ở MÁY THU 4.3.2 Hệ số nhiễu máy thu nhiệt độ nhiễu tương đương Hệ số nhiễu hệ số phẩm chất xác định cách định lượng mức độ nhiễu linh kiện hệ thống Hệ số nhiễu hệ thống phụ thuộc vào số yếu tố tổn hao mạch, thiết bị bán dẫn, điện áp phân cực độ khuếch đại Hệ số nhiễu mạng hai cửa định nghĩa là: Si F Ni SNR(in)  SNR (out ) S0 N0 CHƯƠNG 4: MÁY THU VÔ TUYẾN 4.3 CÁC NGUỒN NHIỄU Ở MÁY THU 4.3.2 Hệ số nhiễu máy thu nhiệt độ nhiễu tương đương Vì hệ số nhiễu linh kiện cần độc lập với nhiễu ngõ vào, F dựa nguồn nhiễu ngõ vào chuẩn Ni nhiệt độ phịng băng thơng B, đó: N i (W )  k B.T0 k số Boltzmann, T0 = 2900K (nhiệt độ phịng) B băng thơng Khi đó, phương trình trở thành: N0 F G.K B.T0 KẾT LUẬN • Dịch vụ viễn thông đa dạng, bao gồm dịch vụ điện thoại cố định, dịch vụ điện thoại di động, dịch vụ hình ảnh tĩnh, hình ảnh động, dịch vụ điện báo, dịch vụ truyền liệu, dịch vụ truyền liệu điều khiển, cảm biết từ xa, …, truyền dẫn theo chiều hai chiều để đáp ứng nhu cầu thông tin người; q trình phát triển ngành viễn thơng gắn liền với q trình phát triển cơng nghệ chế tạo thiết bị điện, điện tử viễn thông nhu cầu cung cấp dịch vụ người dùng • Một hệ thống truyền dẫn vô tuyến bao gồm linh kiện điện tử tích cực thụ động kết nối với thành hệ thống truyền dẫn tín hiệu để tạo chức hữu ích Một hệ thống vơ tuyến chia thành hai khối chính, khối thu tín hiệu vơ tuyến khối phát tín hiệu vơ tuyến KẾT LUẬN • Máy phát phân hệ quan trọng hệ thống thông tin vô tuyến, hệ thống vơ tuyến tích cực tín hiệu tạo phát thông qua anten Hệ thống tạo tín hiệu gọi máy phát • Máy thu thiết bị hấp thụ tín hiệu sóng điện từ điều chế lan truyền tần khí đến anten thu, tín hiệu thu, tần số cao, cơng suất vào thấp, tín hiệu vào ngõ vào máy thu khuếch đại đổi tần xuống đền tần số trung gian gọi tần số tín hiệu trung tần, việc đổi tầng thực nhờ khối trộn tần DC, khối trộn tầng thực việc trộn tín hiệu cao tần thu có tần số fRF(Hz) tín hiệu sóng mang từ dao động nội đưa đến có tần số fLO(Hz), tín hiệu trung tần fIF(Hz) khuếch đại sau đưa qua tách sóng để khơi phục lại dạng tín hiệu tin tức đầu phát ... CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT VƠ TUYẾN 3.1 MÁY PHÁT VƠ TUYẾN 3.1.1 Giới thiệu máy phát vơ tuyến Máy phát phân hệ quan trọng hệ thống thông tin vô tuyến, hệ thống vô tuyến tích cực tín hiệu tạo phát thơng... phụ trợ Hình 2.4 thể sơ đồ khối máy phát điển hình CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT VƠ TUYẾN 3.1 MÁY PHÁT VƠ TUYẾN 3.1.1 Giới thiệu máy phát vơ tuyến Sơ đồ khối máy phát vô tuyến Điều chế tín hiệu MOD Bộ trộn... LO Bộ dao động nội tạo sóng mang phát Anten phát HPA Bộ KĐCS CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT VÔ TUYẾN 3.1 MÁY PHÁT VÔ TUYẾN 3.1.2 Nguyên lý hoạt động máy phát vơ tuyến • Máy phát gồm có lọc băng tần gốc, điều