Giáo trình Mạch điện tử thông tin - Chương 1: Tổng quát về hệ thống thông tin điện tử
9
Toång quaùt veà heä thoáng thoâng tin ñieän töû
Chöông 1
TOÅNG QUAÙT VEÀ HEÄ THOÁNG THOÂNG TIN ÑIEÄN TÖÛ
1.1 CAÙC THAØNH PHAÀN HEÄ THOÁNG THOÂNG TIN ÑIEÄN TÖÛ
Thoâng tin ñieän töû (TTÑT): Thoâng tin töø nôi naøy ñeán nôi khaùc baèng thieát bò
ñieän töû.
Sô ñoà khoái cô baûn heä thoáng TTÑT:
Ouput
m(t)
Input
m(t)
Maùy phaùt
Tx
Moâi tröôøng
truyeàn
Maùy thu
Rx
Vioce, Data,
Pictures,...
Nhieãu
Hình 1.1 Sô ñoà khoái cô baûn heä thoáng TTÑT
Maùy phaùt: taäp hôïp caùc linh kieän vaø maïch ñieän töû ñöôïc thieát keá ñeå bieán ñoåi
tin töùc thaønh tín hieäu phuø hôïp moâi tröôøng truyeàn.
Moâi tröôøng truyeàn: coù theå coù daây (höõu tuyeán nhö caùp ñoàng truïc, caùp
quang) hay khoâng daây (voâ tuyeán).
Maùy thu: taäp hôïp caùc linh kieän vaø maïch ñieän töû ñöôïc thieát keá ñeå nhaän
tín hieäu töø moâi tröôøng truyeàn, xöû lyù khoâi phuïc laïi tín hieäu ban ñaàu.
Nhieãu: (taïp aâm) tín hieäu ngaãu nhieân khoâng mong muoán, xen vaøo tín hieäu
höõu ích, laøm saùi daïng tín hieäu thu. Nhieãu - moät vaán ñeà quan troïng cuûa TTÑT.
Sô ñoà khoái maùy phaùt:
fc
ATX
Khueách ñaïi
coâng suaát
cao taàn
Input
m(t)
Ñoåi
taàn
Ñieàu cheá
Toång hôïp
taàn soá
Digital control
Hình 1.2 Sô ñoà khoái maùy phaùt hieän ñaïi.
Sô ñoà khoái maùy thu:
10
Chöông 1
AR
x
fc
Output
m(t)
Ñoåi
taàn 1
Ñoåi
taàn 2
RF Amp
(LNA)
Khueách
ñaïi
IF1
IF2
AGC
AR
Giaûi
ñieàu
cheá soá
x
Toång hôïp
taàn soá
Xöû lyù
tín hieäu
Digital control
LNA
Ñoàng chænh
Hình 1.3 Sô ñoà khoái maùy thu hieän ñaïi
Maùy thu thanh vaø thu truyeàn hình daân duïng ñoåi taàn moät laàn.
Maùy thu thoâng tin chuyeân duïng ñoåi taàn hai laàn taêng ñoä choïn loïc vaø loaïi
nhieãu taàn soá aûnh.
Tín hieäu töông töï (analog) - tín hieäu coù bieân ñoä lieân tuïc theo thôøi gian. Ví duï, tín
hieäu thoaïi, ca nhaïc, video.... Tín hieäu soá (digital) - tín hieäu coù bieân ñoä rôøi raïc theo thôøi
gian thöôøng bieåu dieãn ôû daïng nhò phaân 0 vaø 1.
Ví duï, tín hieäu maùy tính, CD, VCD, tín hieäu PCM.... Tín hieäu töông töï coù
theå truyeàn ôû daïng tín hieäu soá nhôø xöû lyù soá tín hieäu.
Caùc tín hieäu ban ñaàu (nguyeân thuûy) daïng töông töï hay soá goïi laø tín hieäu
baêng goác (baêng goác - baseband signals). Tín hieäu daûi goác coù theå truyeàn tröïc tieáp
trong moâi tröôøng truyeàn nhö ñieän thoaïi Intercom, tín hieäu truyeàn giöõa caùc maùy
tính trong maïng LAN... hoaëc giaùn tieáp baèng kyõ thuaät ñieàu cheá.
Ñieàu cheá (modulation) - quaù trình bieán ñoåi moät trong caùc thoâng soá soùng
mang cao taàn hình sin (bieân ñoä, taàn soá, pha) tyû leä vôùi tín hieäu ñieàu cheá baêng goác
(hoaëc coøn goïi laø tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp).
Coù ba loaïi ñieàu cheá cô baûn: ñieàu bieân AM, ñieàu taàn FM, ñieàu pha PM vaø
nhieàu bieán theå cuûa chuùng nhö SSB, MGSK, DSB, FSK, PSK, QPSK, MPSK...
Ñoåi taàn (troän taàn - mix) - quaù trình dòch chuyeån phoå tín hieäu ñaõ ñieàu cheá
leân cao (ôû maùy phaùt Tx) hoaëc xuoáng thaáp (ôû maùy thu Rx) maø khoâng thay ñoåi caáu
truùc phoå (daïng tín hieäu) cuûa noù ñeå thuaän tieän xöû lyù tín hieäu.
Toång hôïp taàn soá (frequency synthesizers): boä taïo nhieàu taàn soá chuaån coù ñoä oån
ñònh cao töø moät hoaëc vaøi taàn soá chuaån cuûa dao ñoäng thaïch anh.
Khueách ñaïi coâng suaát cao taàn (KÑCSCT - RF power amp): Khueách ñaïi tín
hieäu ñaõ ñieàu cheá ôû taàn soá naøo ñoù ñeán möùc coâng suaát caàn thieát, loïc, phoái hôïp trôû
khaùng vôùi anten phaùt ATX.
Anten phaùt ATX: phaàn töû bieán ñoåi naêng löôïng ñieän cao taàn thaønh soùng ñieän
töø böùc xaï vaøo khoâng gian.
Anten thu ATX: phaàn töû bieán ñoåi naêng löôïng soùng ñieän töû thaønh tín hieäu cao
11
Toång quaùt veà heä thoáng thoâng tin ñieän töû
taàn ngoõ vaøo maùy thu Rx. Anten coù tính thuaän nghòch.
Boä khueách ñaïi cao taàn tín hieäu nhoû (RF amp) - thöôøng laø boä khueách ñaïi nhieãu
thaáp LNA (low noise amp). Noù khueách ñaïi tieàn choïn loïc tín hieäu thu töø anten thu ñeán
möùc caàn thieát ñoåi taàn xuoáng trung taàn (IF).
Boä khueách ñaïi trung taàn (IF amp - intermediate frequency amp): boä khueách
ñaïi coù ñoä choïn loïc cao, ñoä khueách ñaïi lôùn tín hieäu nhoû sau ñoåi taàn ôû taàn soá trung
taàn ñeán möùc caàn thieát giaûi ñieàu cheá.
Giaûi ñieàu cheá: quaù trình khoâi phuïc laïi tín hieäu ban ñaàu (tín hieäu ñieàu cheá
taàn thaáp) töø tín hieäu cao taàn bò ñieàu cheá.
Maïch ñieän töû thoâng tin lieân quan ñeán taàn soá cao, taûi choïn loïc taàn soá khoâng
thuaàn trôû, phoái hôïp trôû khaùng, anten, xöû lyù tín hieäu...
Coâng ngheä hieän ñaïi ñaõ chuaån hoùa vi maïch haàu heát phaàn cao taàn tín hieäu
nhoû maùy thu vaø modul cho maùy phaùt. Moät trong nhöõng höôùng phaùt trieån cuûa ñieän
töû thoâng tin trong töông lai laø phaàn meàm voâ tuyeán software radio.
1.2 PHOÅ TAÀN SOÁ
Phoå taàn soá chia ra nhieàu daûi taàn vôùi muïc ñích phaân loaïi söû duïng coù hieäu
quaû.
Teân daûi taàn
Extremely Low Frequency - ELF
Voice Frequency - VF
Taàn soá
30 300 Hz
Böôùc soùng
107 106 m
300 3000 Hz
3 30 kHz
106 105 m
105 104 m
104 103 m
103 102 m
102 101m
101 1 m
Very Low Frequency - VLF
Low Frequency - LF
30 300 kHz
300 3000 kHz
3 30 MHz
Medium Frequency - MF
High Frequency - HF
Very High Frequency - VHF
Ultra High Frequency - UHF
Super High Frequency - SHF
Extremely High Frequency - EHF
Infrared
30 300 MHz
300 3000 MHz
3 30 GHz
1 10–1
m
10–1 10–2
10–2 10–3
m
m
30 300 GHz
0,7 10 m
0,4 0,8 m
The visible spectrum (light)
12
Chöông 1
Daûi taàn viba (microwave) coù taàn soá töø 1GHz tôùi 40GHz chia laøm nhieàu daûi
nhoû: L band: 12GHz
S band: 24GHz
C band:
4 8GHz
X band: 812GHz
K band: 1827GHz
Ku band: 1218GHz
Ka band: 2740GHz.
1.3 BAÊNG THOÂNG
Baêng thoâng laø hieäu giöõa taàn soá lôùn nhaát vaø nhoû nhaát cuûa tín hieäu. Ñoù laø
khoaûng taàn soá maø phoå tín hieäu chieám giöõ, hoaëc laø khoaûng taàn soá tín hieäu truyeàn
töø maùy phaùt tôùi maùy thu.
Khi tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp ñöôïc ñieàu cheá leân soùng mang cao taàn, phoå
cuûa tín hieäu cao taàn bò ñieàu cheá seõ chieám giöõ moät baêng thoâng quanh taàn soá soùng
mang. Tuøy theo kieåu ñieàu cheá maø baêng thoâng cao taàn coù ñoä roäng khaùc nhau.
Ngaøy nay caùc kyõ thuaät vieãn thoâng ñeàu höôùng tôùi giaûm baêng thoâng truyeàn tin,
giaûm nhieãu, tieát kieäm phoå taàn soá, bôûi leõ phoå taàn soá laø taøi nguyeân coù giôùi haïn cuûa
nhaân loaïi caàn ñöôïc söû duïng coù hieäu quaû. ÔÛ moãi quoác gia ñeàu coù cô quan giaùm
ñònh, phaân boå taàn soá hoaït ñoäng cho caùc thieát bò ñieän töû vieãn thoâng naèm trong
hieäp hoäi vieãn thoâng quoác teá ITU (international telecommunication union) - moät toå
chöùc do Lieân Hôïp Quoác ñieàu phoái.
Möùc coâng suaát dBm vaø dBW laø hai möùc coâng suaát chuaån thöôøng duøng
trong thoâng tin; dBm chuaån theo 1mW, coøn dBW chuaån theo 1W:
P
1mW
P
1W
PdBm 10lg
;
PdBW 10lg
Ñoä lôïi khueách ñaïi coâng suaát tính theo dB laø:
P
P
out
PdB 10lg
Ap (dB)
in
Vieäc söû duïng caùc chuaån treân laøm vieäc tính toaùn trôû neân ñôn giaûn.
V (mV)
dBmv = 20 lg
1mV
1.4 CAÙC ÖÙNG DUÏNG KYÕ THUAÄT THOÂNG TIN ÑIEÄN TÖÛ
1- Thoâng tin moät chieàu (simplex)
- Phaùt thanh quaûng baù AM, FM
- Truyeàn hình quaûng baù
- Ño xa, ñieàu khieån xa
- Nhaén tin
13
Toång quaùt veà heä thoáng thoâng tin ñieän töû
- Truyeàn hình caùp
- Ñònh vò toaøn caàu GPS....
2- Thoâng tin hai chieàu (duplex)
- Ñieän thoaïi coâng coäng
- Ñieän thoaïi voâ tuyeán di ñoäng hoaëc coá ñònh
- Ñieän thoaïi di ñoäng teá baøo
- Thoâng tin veä tinh
- Thoâng tin haøng khoâng
- Thoâng tin soá lieäu giöõa caùc maùy tính....
1.5 SÔ ÑOÀ KHOÁI THIEÁT BÒ ÑIEÄN TÖÛ THOÂNG TIN HIEÄN ÑAÏI THEÁ
KYÛ XXI DUØNG SOFTWARE RADIO
Ngaøy nay caùc heä thoáng thoâng tin ñöôïc hieän ñaïi hoùa, chuyeån ñoåi nhanh
choùng töø analog sang digital, öùng duïng nhieàu kyõ thuaät coâng ngheä môùi. Nhieàu
chöùc naêng cuûa heä thoáng voâ tuyeán ñöông thôøi ñöôïc thöïc hieän baèng phaàn meàm.
Moät khaùi nieäm môùi ra ñôøi trong thôøi gian vaøi naêm trôû laïi ñaây duøng
ñeå goïi cho caùc caáu truùc môùi naøy laø phaàn meàm voâ tuyeán (software radio hay
software defined radio). Thuaät ngöõ naøy vieát taét cho cuïm töø mang nghóa laø
caùc thieát bò voâ tuyeán ñöôïc xaây döïng bôûi phaàn meàm, bôûi haàu heát caùc chöùc
naêng xöû lyù tín hieäu. Trong heä thoáng baây giôø ñeàu ñöôïc thöïc thi baèng phaàn
meàm treân caùc chip xöû lyù soá tín hieäu DSP (digital signal processing), FPGA
(field programmable gate array) hay chip ASIC (application specific
integrated circuits). Ñaây laø nhöõng coâng ngheä tieân tieán cung caáp moät
phöông thöùc thieát keá vaø xöû lyù caùc heä thoáng soá moät caùch nhanh choùng vaø
tieän lôïi, noù ñaëc bieät thích hôïp vôùi vieäc nghieân cöùu thöû nghieäm tröôùc khi
ñöa vaøo saûn xuaát ñaïi traø ôû quy moâ lôùn. Ñieàu naøy giuùp cho caùc heä thoáng
chaát löôïng hôn, goïn nheï hôn, tieâu thuï coâng suaát ít hôn, caùc thieát bò ña naêng
hôn, linh hoaït - töông thích nhieàu chuaån.
14
Chöông 1
Wideband
Antena
I
High-
Speed
ADC
Bitstream
Processing
LNA
BPF
Q
Wideband
Antena
Digital
IF
Processing
Baseband
Modem
Processing
LO and mixer
I
High-
Speed
DAC
Mux/
De-mux
RF Linearity
Power
Q
Amplifier
Periphery
Hình 1.4 Sô ñoà khoái heä thoáng voâ tuyeán software radio
A
TX
RX
Reference
frequency
1,6
:
:
30 Mhz
30 Mhz
.
1
Harmonic
filter
Front
end
Synthesizer
ALC
IF
45,1 MHz
IF
450 KHz
1
2
AGC
X
Mix 1
X
X
Mix 3
Power
Amp
Mix 2
AGC
AGC
1,07 MHz
IF
Digital SSB
Modulator
3
ADC
Exciter
AGC control
20 KHz
Display and
keyboard control
DSP and control
Mic
>
Load speaker
Hình 1.5 Sô ñoà khoái heä thoáng voâ tuyeán SSB duøng DSP
1.6 BAØI TAÄP CHÖÔNG 1
1.1 Veõ vaø giaûi thích sô ñoà khoái heä thoáng ñieän töû thoâng tin.
1.2 Veõ vaø giaûi thích sô ñoà khoái maùy phaùt.
1.3 Veõ vaø giaûi thích sô ñoà khoái maùy thu ñoåi taàn moät laàn, hai laàn.
1.4 Ñoàng chænh maùy thu vaø digital control ñeå laøm gì?
1.5 Baêng thoâng laø gì? Baêng thoâng tín hieäu cao taàn coù gì khaùc so vôùi baêng
15
Toång quaùt veà heä thoáng thoâng tin ñieän töû
thoâng tín hieäu baêng goác?
1.6 Taïi sao caàn ñieàu cheá?
1.7 Anten thu coù ñieän aùp ra 10V noái vôùi ngoõ vaøo maùy thu coù trôû khaùng
75. Xaùc ñònh möùc coâng suaát dBW vaø dBm ngoõ vaøo maùy thu.
1.8 Caùp ñoàng truïc RG58U suy hao 7dB treân 100ft taïi fo = 160MHz.
Xaùc ñònh coâng suaát phaùt taïi anten, bieát raèng coâng suaát ra maùy phaùt laø 25W ôû taàn
soá 160MHz vaø caùp daøi 50ft.
1.9 Coâng suaát microphone 10–9W ôû ngoõ vaøo boä khueách ñaïi, taïo neân doøng
1,5A treân taûi 8. Tính heä soá khueách ñaïi coâng suaát (dB)?
1.10 Moät heä thoáng aâm thanh coù tieàn khueách ñaïi 35dB, suy hao –10dB,
khueách ñaïi 70dB. Tính ñoä lôïi heä thoáng? Neáu Microphone coù coâng suaát ra –
60dBm noái vaøo boä khueách ñaïi aâm thanh treân, tính coâng suaát ra cuûa heä thoáng.
7 trang
18780
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Mạch điện tử thông tin - Chương 1: Tổng quát về hệ thống thông tin điện tử", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mach_dien_tu_thong_tin_chuong_1_tong_quat_ve_he_t.doc
