intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Thu phát vô tuyến: Chương 2 - Nguyễn Viết Đảm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:54

Thêm vào BST
Báo xấu
6
lượt xem 1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thu phát vô tuyến - Chương 2: Kiến trúc máy thu vô tuyến, cung cấp cho người học những kiến thức như: Giới thiệu chung; Máy thu ngoại sai (Heterodyne); Máy thu biến đổi trực tiếp; Thực hiện máy thu số; Thiết kế máy thu đa băng; Bộ ghép song công; Méo phi tuyến và tuyến tính hóa. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thu phát vô tuyến: Chương 2 - Nguyễn Viết Đảm

  1. Thu phát vô tuyến BỘ MÔN VÔ TUYẾN KHOA VIỄN THÔNG 1 BÀI GIẢNG THU PHÁT VÔ TUYẾN Nguyen Viet Dam Faculty of Telecommunications I Posts and Telecommunications Institute of Technologies Address: PTIT- Km10-Nguyen Trai Street, HaDong, HaNoi Office : (0)84-(0)4-8549352, (0)84-(0)34- 515484 Mob: 0912699394 HàNguyễn 08-2015 nội Viết Đảm 1
  2. Thu phát vô tuyến GIỚI THIỆU MÔN HỌC v Nội dung ü Giới thiệu kiến trúc chung và chức năng các phần tử của một hệ thống thu phát vô tuyến ü Các kiến trúc và yêu cầu hiệu năng của các hệ thống thu phát vô tuyến trong thông tin di động (3G UMTS, 4G LTE): máy di động, trạm gốc (BTS) ü Hệ thống anten phiđơ BTS v Phân bổ thời lượng ü Lý thuyết: 36 tiết ü Tiểu luận, BT: 08 tiết v Đánh giá ü Chuyên cần: 10 % ü Bài tập/Thảo luận: 20 % ü Kiểm tra giữa kỳ: 10 % 2 ü Thi kết thúc: 60 % Nguyễn Viết Đảm 2
  3. Thu phát vô tuyến Nội dung chi tiết môn học Chương 1: Tổng quan thu phát vô tuyến Chương 2: Kiến trúc máy thu vô tuyến Chương 3: Kiến trúc máy phát và các bộ khuếch đại công suất Chương 4: Các yêu cầu hiệu năng và kiến trúc thu phát vô tuyến 3G UMTS Chương 5: Kiến trúc 3G UMTS BTS (NodeB) và triển khai mạng vô tuyến Chương 6: Các yêu cầu hiệu năng và các vấn đề thiết kế máy thu phát di động 4G LTE Chương 7: Các yêu cầu hiệu năng và các vấn đề thiết kế máy thu phát vô tuyến 4G LTE eNodeB Chương 8: Kiến trúc eNodeB Chương 9: Hệ thống anten phiđơ BTS Nguyễn Viết Đảm 3
  4. Thu phát vô tuyến 2 Kiến trúc máy thu vô tuyến 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Mở đầu 2.3 Máy thu ngoại sai (Heterodyne) 2.4 Máy thu biến đổi trực tiếp 2.5 Thực hiện máy thu số 2.6 Thiết kế máy thu đa băng 2.7 Bộ ghép song công 2.8 Méo phi tuyến và tuyến tính hóa Nguyễn Viết Đảm 4
  5. Thu phát vô tuyến 2.2 Mở đầu v Máy thu vô tuyến ü Xử lý tín hiệu thu từ anten để khôi phục lại thông tin ü Các vấn đề cần quan tâm: • Tỷ số tín hiệu trên tạp âm tối thiểu SNRmin • Công suất thu tối thiểu (độ nhạy máy thu) • Độ chọn lọc (phổ) của máy thu ü Đầu thu vô tuyến (RF Front end): • Đối với máy thu ngoại sai (Heterodyne): Xử lý tín hiệu RF nhận được từ anten và chuyển đổi thành tín hiệu IF để khuếch đại trước khi giải điều chế • Đối với máy thu biến đổi trực tiếp (Zero-IF): Xử lý tín hiệu RF nhận được từ anten và chuyển đổi thành tín hiệu băng tần cơ sở • Bao gồm: bộ khuếch đại, các bộ trộn và bộ lọc Nguyễn Viết Đảm 5
  6. Thu phát vô tuyến 2.3 Máy thu ngoại sai (Heterodyne) 2.3.1 Kiến trúc máy thu ngoại sai tương tự ü Máy thu làm việc theo cơ chế biến đổi RF thành IF được gọi là máy thu ngoại sai ü Trộn tín hiệu RF với một tín hiệu tuần hoàn được tạo ta từ bộ dao động nội (LO) ü Quá trình trộn tạo ra tần số trung tần mới: fRF + fLO và fRF - fLO. ü Làm việc tại tần số IF cho phép: Đơn giản hóa việc thiết kế các bộ khuếch đại, bộ lọc IF ü Hạn chế: • Tín hiệu fLO - fRF xuất hiện giảm độ nhạy • Tín hiệu ảnh fLO - fI = fIF gây nhiễu (I là tín hiệu nhiễu) cần lọc bỏ trước khi trộn hoặc trộn loại bỏ tần số ảnh. Nguyễn Viết Đảm 6
  7. Thu phát vô tuyến 2.3 Máy thu ngoại sai (Heterodyne) 2.3.1 Kiến trúc máy thu ngoại sai tương tự (2) Iout I in Bộ lọc loại bỏ Bộ K/Đ IF Anti-alias Filter Các bộ tần số ảnh Bộ trộn tuyến tính biến đổi IFin 900 A/D và RF IF IF LO Bộ lọc LNA Bộ lọc AGC DSP Đầu ra băng NF nhỏ LO IF chọn băng gốc Q out Qin Bộ tổng hợp Anti-alias Bộ giải điều chế I /Q Filter kênh khả biến Bộ lọc chọn Bộ tổng hợp Bộ lọc IF kênh cố định băng chọn kênh Hình 2.1. Kiến trúc đơn giản của máy thu đơn băng đổi tần Nguyễn Viết Đảm 7
  8. Thu phát vô tuyến 2.3 Máy thu ngoại sai (Heterodyne) v Khái quát bộ trộn: Bộ trộn là phần tử chính trong các sơ đồ điều chế, giải điều chế và chuyển đổi tần số. Tồn tại một số cấu hình bộ trộn, mỗi cấu hình có ưu điểm riêng và phù hợp với các ứng dụng khác nhau => xét nguyên lý hoạt động và sử dụng bộ trộn để biến đổi hạ tần loại trừ tần số ảnh. v Nguyên lý chung Quan hệ giữa dòng điện với điện áp trên diod: a) b) Điện áp thuận i i=a1v+a2v2+a3v3+... vIN = IN cos t V v O = LO cos t L V V Điện áp ngược i i=a1v-a2v2+a3v3-.... V i trong đó: v = VINcos( RFt) VLOcos( LOt), dấu + hoặc dấu - phụ thuộc vào cực của các địên áp đầu vào bộ trộn vIN và dao động nội vLO đặt vào diod. Nguyên lý hoạt động bộ trộn diod dựa trên tính phi tuyến của đặc tính Vôn-Ampe Nguyễn Viết Đảm 8
  9. Thu phát vô tuyến 2.3 Máy thu ngoại sai (Heterodyne) v Bộ trộn đơn chỉ sử dụng một diod (sơ đồ đơn giản nhất, mạch trộn đơn) Ghép định VIIN hướng Mạng V Lọc băng V N phối kháng thông VL OLO V Với v=VINcos t+VLOcos t) => dòng điện qua diod (trường hợp điện áp thuận) đối với thành phần bậc 2 : i = a2v2 = a2V2IN cos2( IN) +a2V2LO cos2( LO) +2a2VLOVIN cos( LO) cos( IN) = ....+ 2a2VLOVIN cos( LO) cos( IN) +.... =....+ a2VLOVIN cos( LO+ IN) +a2VLOVINcos( LO- IN) +.... q Nhận xét: ü Nếu vIN với IN= là tần số góc của tín hiệu băng gốc và bộ lọc băng thông lấy ra tích của hai hàm cos, thì bộ trộn sẽ đóng vai trò bộ điều chế. ü Nếu vIN với IN= IF là tần số góc của tín hiệu IF và bộ lọc băng thông lấy ra thành phần tổng tần số, thì bộ trộn sẽ đóng vai trò bộ biến đổi nâng tần (chuyển IF vào RF). Dùng trong ở máy phát đổi tần RF= LO+ IF. ü Nếu vIN với IN= RF là tần số góc của tín hiệu vô tuyến RF tại đầu vào máy thu và bộ lọc băng thông lấy ra thành phần hiệu tần số, thì bộ trộn đóng vai trò bộ biến đổi hạ tần (chuyển RF vào IF ). Dùng tại máy thu đổi tần IF= LO- RF. Nguyễn Viết Đảm 9
  10. Thu phát vô tuyến 2.3 Máy thu ngoại sai (Heterodyne) v Bộ trộn đơn chỉ sử dụng một diod (sơ đồ đơn giản nhất mạch trộn đơn) ü Tần số ảnh: Vấn đề đối với máy thu đổi tần là nhiễu tại tần số ảnh I là tần số đối xứng với tần số RF theo kiểu ảnh gương. Bộ lọc băng thông tại đầu ra của bộ trộn có nhiêm vụ lọc ra thành phần trung tần IF hữu ích để đưa đến bộ khuếch đại trung tần. Nếu nhiễu có tần số bằng tần số ảnh, thì hiệu số của nó với tín hiệu dao động nội là nhiễu trung tần. Nhiễu này qua bộ lọc IF và không thể loại bỏ được => phải khử nhiễu ảnh gương này tại mạch vào máy thu hoặc trong quá trình biến đổi từ RF và IF => ta xét bộ trộn trừ tần số ảnh thường được sử dụng trong các bộ biến đổi hạ tần. a) Trường hợp tần số dao động nội cao b) Trường hợp tần số dao động nội thấp hơn tần số vô tuyến : L 0 RF IF hơn tần số vô tuyến : L 0 RF IF RF LO I 2 LO RF I 2 LO RF LO RF Tần số ảnh là tần số đối xứng với tần số vô tuyến fRF thu qua tần số dao động nội thu fLO và IF cách tần số fLO một IF IF IF khoảng bằng tần số trung tần fIF. Nguyễn Viết Đảm 10
  11. Thu phát vô tuyến v Bộ trộn loại trừ tần số ảnh ü Khái quát: Mạch trộn loại trừ tần số ảnh được xây dựng trên cơ sở các mạch trộn cân bằng. A Đầu vào RF A VIF LSB VRF V1 3 dB Bộ chia 3 dB Vào LO công suất Ra IF 3dB 0 LO 90 B VRF USB Sai động 900 Sai động 900 V2 Z0 V B IF LSB: Biên thấp USB: Biên cao Mạch trộn loại trừ tần số ảnh ü Hoạt động của bộ trộn loại trừ tần số ảnh. Giả sử tín hiệu RF gồm biên tần cao (USB: Upper Side Band) và biên tần thấp (LSB: Lower Side Band): vRF = vU cos( LO+ IF)t+vLcos( LO- IF)t trong đó VRF là tín hiệu vô tuyến, VU và VL là thành phần biên tần cao và thấp tương ứng, LO là tần số dao động nội, IF là tần số trung tần. Nguyễn Viết Đảm 11
  12. Thu phát vô tuyến v Bộ trộn loại trừ tần số ảnh ü Đầu vào của hai bộ trộn là: VU V VRF = A cos(ωLO + ωIF )t + L cos(ωLO − ωIF )t 2 2 V V VRF = U cos[(ωLO + ωIF )t + 900 ] + L cos[(ωLO − ωIF )t + 900 ] B 2 2 ü Sau khi trộn với tín hiệu LO sin( LOt), đầu ra IF bằng: VIF = −kVU sin ωIF t + kVL sin ωIF t A VIF = − kVU sin(ωIF t + 900 ) + kVL sin(ωIF t − 900 ) B ü Kết hợp hai tín hiệu này ở cầu sai động 900 § Đầu ra của nhánh IF trên được tín hiệu: k V1 = −VU sin(ωIF t) + VL (sin ωIF t) − VU sin(ωIF t + 180 0 ) + VL sin(ωIF t) 2 = 2kVL sin(ωI F t) là thành phần biên tần thấp LSB. § Đầu ra nhánh IF dưới được: k V1 = −VU sin(ωIF t + 900 ) + VL sin(ωIF t + 90 0 ) − VU sin(ωIF t + 90 0 ) + VL sin(ωIF t − 90 0 ) 2 là thành phần biên = − 2kVU sin(ωIF t + 90 ) 0 tần thấp USB. Thông thường đạt được sự loại bỏ tần sốViết Đảm dB Nguyễn ảnh 30 12
  13. Thu phát vô tuyến 2.3 Máy thu ngoại sai (Heterodyne) v Kiến trúc máy thu ngoại sai số ü Thực hiện trộn hạ tần lần 2 với LO2 để tạo ra trung tần băng gốc, IFBB ü Trung tần băng gốc có tần số đủ thấp để có thể xử lý trực tiếp bởi ADC và DSP (10 – 50MHz) ü Hạ tần vuông góc I/Q được tích hợp trong DSP Bộ trộn Bộ lọc loại bỏ Bộ trộn Bộ K/Đ IF hạ tần Các bộ tần số ảnh hạ tần IF tuyến tính IFBB A/D, giải điều IF chế IQ Bộ lọc LNA Bộ lọc AGC và DSP Đầu ra băng LO1 LO 2 Bộ khuếch đại Lọc IF băng chọn băng IF gốc IF băng gốc gốc Bộ tổng hợp kênh khả biến Hình 2.7. Kiến trúc máy thu tuyến tính dựa trên IF số Nguyễn Viết Đảm 13
  14. Thu phát vô tuyến 2.3 Máy thu ngoại sai (Heterodyne) v Kiến trúc máy thu ngoại sai số ü Xử lý số đối với IF số • ADC lấy mẫu IF băng Iout IDBB gốc với tần số fs • Trộn hạ tần tạo nên Bộ lọc FIR băng gốc phức I/Q: Từ ADC 900 Trộn với tín hiệu từ NCO in NCO Tần số fs/4 R: Nhân [1,0,-1,0]; Q out Q DBB I: Nhân [0,-1,0,-1]. Bộ giải điều chế I /Q Bộ lọc FIR • Lọc FIR lấy ra tín hiệu f s/4 băng gốc số DBB I/Q • Tín hiệu sau đó sang NCO: Numerical Controlled Oscilllator : bộ dao động điều khiển số FIR; Finite Impulse Response: đáp ứng xung kim hữu hạn khối xử lý băng gốc Hình 2.8. Quá trình giải điều chế vuông góc số Nguyễn Viết Đảm 14
  15. Thu phát vô tuyến 2.3 Máy thu ngoại sai (Heterodyne) 2.3.3. Thiết kế máy thu đa sóng mang Bộ K/Đ IF Bộ lọc chống tuyến tính xuyên âm ü Mở rộng máy thu IF số ADC Bộ lọc LNA Bộ lọc IF ü Sử dụng nhiều bộ hạ tần chọn băng đa kênh Bộ khuếch đại băng gốc vuông góc trong miền số Bộ tổng hợp nhóm (sử dụng các NCO) kênh Bộ tổng hợp cố định ü Tích hợp thu đa sóng mang với độ chọn lọc DSP kênh tốt: Chọn lọc kênh được đảm bảo bằng cách 90 o 0o 90o 0 o 90o 0 o sử dụng bộ lọc thông thấp. ü Phù hợp cho BTS: Tiết NCO 1 NCO 2 Các bộ lọc thông NCO N kiệm phần cứng so với thấp chọn kênh việc sử dụng nhiều máy Xử lý băng gốc Xử lý băng gốc Xử lý băng gốc thu riêng lẻ. Đầu ra thoại / Đầu ra thoại/ Đầu ra thoại / số liệu kênh 1 số liệu kênh 2 số liệu kênh N Kiến trúc máy thu đa kênh được xây dựng dựa trên IF số 15 Nguyễn Viết Đảm
  16. Thu phát vô tuyến 2.4 Máy thu biến đổi trực tiếp, Zero IF, Homodyne 2.4.1. Cấu trúc máy thu biến đổi trực tiếp Direct Conversion Receiver-DCR; Homodyne Receiver Iout Iin hoặc Zero IF Bộ lọc chọn băng / bộ lọc song công LNA Các bộ 0 lọc thông DC 90 thấp (LPF) Q out Qin ü Biến đổi hạ tần vuông góc I/Q trực tiếp từ RF xuống BB (giải điều chế) Bộ giải điều chế I /Q LO ü Việc tách sóng pha thực hiện sau LPF ü Tần số RF bằng tần số LO: fRF = fLO Kiến trúc máy thu biến đổi ü Tâm kênh là DC (f = 0), đối xứng trực tiếp, Zero IF Nguyễn Viết Đảm 16
  17. Thu phát vô tuyến 2.4 Máy thu biến đổi trực tiếp, Zero IF, Homodyne 2.4.1 Cấu trúc máy thu biến đổi trực tiếp (2) v Ưu điểm: ü Chọn lọc kênh tốt hơn hệ thống sử dụng IF ü Tần số ảnh gương nằm ngoài băng ü Đòi hỏi ít phần tử hơn, ít phức tạp hơn, không cần bộ lọc IF v Thách thức: ü Đòi hỏi mạng I/Q vuông góc chính xác cao ü Dịch DC xuất hiện tại tâm kênh băng gốc giảm độ nhạy máy thu ü Tần số LO có thể phát xạ vào không gian góp phần vào dich DC ü Xuất hiện tạp âm tần số thấp (tạp âm 1/f) ü Điều chế giao thoa bậc 2 khá lớn Nguyễn Viết Đảm 17
  18. Thu phát vô tuyến 2.4 Máy thu biến đổi trực tiếp, Zero IF, Homodyne 2.4.2. Vấn đề về dịch DC v Khái niệm ü Khi fRF = fLO, sau trộn hạ tần, tâm băng thu về gốc tọa độ (0Hz, DC) ü Do nhiễu, sau trộn nhiễu dịch tới DC  tăng tạp âm DC v Ảnh hưởng ü Dịch DC tại các tín hiệu I/Q băng gốc dẫn đến dịch chùm tín hiệu  Giải điều chế nhầm  tăng BER ü Bão hòa các bộ ADC, bộ khuếch đại  giảm dải động của máy thu (FSR) v Nguyên nhân ü Dịch DC tĩnh – Do rò tín hiệu LO vào cửa RF – Tín hiệu LO phản xạ từ phần tử đầu thu trở về bộ trộn ü Dịch DC động – Phản xạ địa phương của LO qua anten phát được thu về  vào bộ trộn – Biến thiên trường nhanh không AGC kịp làm quá tải máy thu  Méo hài Nguyễn Viết Đảm 18
  19. Thu phát vô tuyến 2.4 Máy thu biến đổi trực tiếp, Zero IF, Homodyne 2.4.2. Vấn đề về dịch một chiều 2 Iout 1 3 4 LNA 5 0o in 0 90 LO Bộ lọc chọn 1 băng/ bộ lọc song công Q out Bộ giải điều chế I /Q Hình 2.12. Các đường rò LO trong máy thu biến đổi trực tiếp v Các đường rò rỉ gây dịch DC ü Rò tại chỗ do cách ly LO không tốt tại bộ trộn ü Các phản xạ địa phương từ LO ü Rò trực tiếp tại đầu vào máy thu (phát xạ từ LO qua anten phát) Nguyễn Viết Đảm 19
  20. Thu phát vô tuyến 2.4 Máy thu biến đổi trực tiếp, Zero IF, Homodyne 2.4.2. Vấn đề về dịch một chiều Một số nguồn gây ra các dịch DC: Bộ lọc chọn băng Bộ lọc thông LNA thấp DC LO Hình 2.13. Rò tín hiệu LO do phản xạ địa phương Nguyễn Viết Đảm 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2