Hệ thống máy thu

Đề tài: Hệ thống máy thu Người thực hiện: Bùi Bài Cường Lớp : Điện tử 2 K48 Giới thiệu nội dung heterodyne image- reject homodyne subsampling kết luận 1.Hệ thống thu Heterodyne 1.1 .Giới thiệu: Hệ thống thu Heterodyne là một trong những hệ thống được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực thông tin truyền sóng điện từ hiện nay. 1.2 Nguyên lý của hệ thống: Tín hiệu sóng vô tuyến RF (Radio Frequency) có tần số rất cao đầu tiên được khuyếch đại trong bộ trọn tần, sau đó tín hiệu cao tần này sẽ chuyển đổi xuống tần số IF (Intermediater Frequency) thấp hơn hay còn gọi là trung tần và fIF = fRF – fLO . Tín hiệu này sau khi được khuyếch đại và đưa vào bộ lọc tần trung thì cuối cùng ta sẽ đưa tín hiệu được về dải tần cơ sở. 1.Hệ thống thu Heterodyne Bộ trộn được xem như mạch nhân analog mà tín hiệu RF được trộn hay nhân với tín hiệu được tạo ra với bộ dao động nội tại (Local Ocilator), ở đây thành phần dao động nội tại điều chỉnh thêm vào thì rất quan trọng với việc ứng dụng của bộ thu heterodyne ví dụ như trong các thiết bị radio,Tv, vệ tinh và các thiết bị thông tin khác. 1.Hệ thống thu Heterodyne 1.Hệ thống thu Heterodyne Sơ đồ nguyên lý: 1.Hệ thống thu Heterodyne Tần số ảnh 1.Hệ thống thu Heterodyne Dải băng đối xứng phía trên và dưới của dao động nội tại sẽ đổi tần cùng tạo ra tần số IF giống nhau. Phần ảnh được coi như là nhiễu của hệ thống và đo bằng tỉ số SNR và bộ lọc ảnh nhiễu IR (Image reject) lúc này cần được thêm vào. 1.Hệ thống thu Heterodyne Ưu điểm: Hệ thống này có độ nhạy cao trong việc thu các tần số và đối tượng xử lý ở đây chỉ là tần số Mạch analog xử lý tín hiệu sau khi đưa về trung tần là đơn giản 1.Hệ thống thu Heterodyne Nhược điểm: Hệ thống máy thu này là có phát sinh hiện tượng tần số ảnh, để khắc phục lỗi này người ta thường loại bỏ tần số ảnh bằng việc thêm vào một bộ lọc tại đằng trước của bộ trộn tần. Giá thành bộ lọc IR đắt Hệ thống nhìn chung là phức tạp tiêu thụ công suất lớn 2.Hệ thống thu loại ảnh Hệ thống thu khử ảnh (image-reject ) Mục đích chính của bộ thu khử ảnh là xử lý việc khử ảnh mà không sử dụng bộ lọc bên ngoài. Hai mô hình thu loại ảnh 2.Hệ thống thu loại ảnh Mô hình Harley Sơ đồ nguyên lý 2.Hệ thống thu loại ảnh Nguyên lý: Tín hiệu RF đầu vào được trộn với tín hiệu dao động nội tại vuông góc ở đầu ra có tên là và sau đó được đưa qua bộ lọc thông thấp, tín hiệu tại nút x thì được thay đổi 90 độ bởi mạng RC-CR, sau đó sẽ được cộng với tín hiệu tại nude b, nó có thể coi là tổng của nút a va b nhằm loại bỏ ảnh và chỉ giữ lại tín hiệu mong muốn. Trong thực thế thì mạng RC-CR một phần là và phần còn lại là 2.Hệ thống thu loại ảnh 2.Hệ thống thu loại ảnh 2.Hệ thống thu loại ảnh Nguyên lý loại trừ của Hartley rất dễ bị ảnh hưởng bởi sự mất tương xứng của các dữ liệu, nếu pha của hai tín hiệu không hoàn toàn cân bằng thì hình ảnh chỉ bị loại bỏ một phần...các vấn đề liên quan đến mất tương xứng bao gồm lỗi I/Q và sự không chính xác của các tham số R và C sẽ dẫn đến biến đổi các thông số không tốt cho hệ thống. 2.Hệ thống thu loại ảnh Mô hình Weaver Nguyên lý Để giảm bớt sự mất tương xứng với việc mạng RC-CR quay 90 độ trong cấu trúc của Hartley, mô hình Weaver có thể thay thế bằng quá trình trộn vuông góc hai lần. 2.Hệ thống thu loại ảnh Sơ đồ nguyên lý 2.Hệ thống thu loại ảnh 2.Hệ thống thu loại ảnh Câu trúc Weaver đạt được việc loại bỏ ảnh lớn hơn do không sử dụng mạng RC-CR tuy nhiên do mạch điện vẫn phụ thuộc vào khử ảnh qua việc loại trừ do vậy vẫn có sự mất tương xứng giữa các pha và đây là vấn đề đáng quan tâm. Mô hình Harley và Weaver đã loại bỏ sự cần thiết phải có bộ lọc để loại ảnh nhưng chúng cũng để lại sự mất tương xứng giữa các pha . 3.Hệ thống thu homodyne Giới thiệu : Sự phát triển không ngừng của các mạng di động và các dạng thức giao tiếp không dây thì xu hướng đang tiến tới việc sẽ thu tín hiệu một cách trực tiếp.Việc thu cũng như biến đổi trực tiếp này được đưa ra khái niệm hệ thống homodyne hay là chuyển đổi zero-IF (tần thấp mức 0). 3.Hệ thống thu homodyne Sơ đồ nguyên lý 3.Hệ thống thu homodyne Nguyên lý Tín hiệu đầu tiên được khuyếch đại và loại nhiễu, sau đó sẽ được chuyển đổi trực tiếp tới dải thông cơ sở hay thậm chí là sẽ chuyển thẳng tới tín hiệu hiện thời.Khi tần số của RF và LO là ngang bằng thì nó sẽ tiến hành công việc được xem như là sự dò pha.Trong một vài trường hợp , việc thu tín hiệu sẽ được thực hiện chỉ khi mà dao động nội bộ được đồng bộ về pha với tần số sóng mang chuyển tới, sự thu này được gọi là homodyne 3.Hệ thống thu homodyne Zero IF (tần thấp mức 0) Giả định rằng IF trong heterodyne được giảm đến 0, thì giao động nội tại sẽ chuyển điểm trung tâm của kênh thu tới 0hz ,và phần của kênh mà được chuyển tới phía âm của trục tần số sẽ trở thành ảnh đối với một phần của kênh tương tự ở phía trục tần số dương. 3.Hệ thống thu homodyne Để có thể đạt được hiệu quả thu thông tin lớn nhất, chúng ta cần phải lấy cả hai phần của tín hiệu. Điều này sẽ được thực hiện bởi phương thức sau còn được gọi là đổi tần vuông góc. Nguyên lý của phương pháp này là tín hiệu sẽ được chia làm hai kênh và sẽ được đổi tần thấp bởi một dao động nội bộ, và có pha quay một góc 90 độ với kênh còn lại tương ứng, vector của tín hiệu kết quả được biểu diễn như sau 3.Hệ thống thu homodyne Ưu điểm Phổ của tín hiệu RF đơn giản quá trình chuyển tần số qua việc chuyển thẳng xuống dải tần cơ sở ngay trong qúa trình đổi tần đầu tiên Việc chọn kênh chỉ yêu cầu một bộ lọc thông thấp Tần số ảnh được loại bỏ không cần có các mô hình loại ảnh hay bộ lọc Không cần bộ trộn, bộ khuyếch đại ở tần số trung gian do không có giai đoạn này. Hệ thống đơn giản 3.Hệ thống thu homodyne Nhược điểm chính của hệ thống này là sẽ có một khoảng rỗi gây ra bởi sự dò dỉ của tín hiệu dao động nội tại đối với sóng vô tuyến RF của bộ trộn, tín hiệu sẽ liên tiếp được phản chiếu từ các thành phần trong phần phía trước của bộ thu và sẽ trở lại bộ trộn, những khoảng rỗi này tới tín hiệu cần thu . 3.Hệ thống thu homodyne Một nhược điểm khác của bộ homodyne là gây ra sự mất tương xứng về pha và hướng vuông góc của các tín hiệu trong nó, hay là lỗi I/Q. Giả định rằng sự mất tương xứng về biên độ là epxilon là về pha là θ thì ta có thể tính được sự mất tương xứng này trong biểu thức sau 3.Hệ thống thu homodyne Với giá trị điển hình là và thì lỗi được đưa ra là 4. Hệ thống thu mẫu băng con Giới thiệu: Hướng phát triển trong thời gian tới là đưa bộ chuyển đổi A/D tới gần như khả năng thu của một anten đối với sóng vô tuyến, tức là lấy mẫu trực tiếp và số hoá tín hiệu RF, tức là việc lấy mẫu (sampling )-giữ mẫu (holding) thực hiện số hoá bởi bộ chuyển đổi A/D có phạm vi hoạt động lớn sẽ là hướng chính của hệ thống thu này. 4. Hệ thống thu mẫu băng con Lược đồ của bộ thu subsampling trực tiếp 4. Hệ thống thu mẫu băng con Trong đó phạm vi hoạt động của ADC được điều chỉnh bởi bộ AGC (Automatic gain control) qua việc cung cấp tương ứng tín hiệu vào. Bộ trộn và bộ tổng hợp (Decimator/Accummulator) hoạt động như bộ lọc thông thấp số, ở đây thay thế cho bộ lọc tương tự thường có ở trước các bộ thu thông thường. 4. Hệ thống thu mẫu băng con Ở hệ thống này thường yêu cầu về bộ chuyển đổi A/D có phạm vi hoạt động cao, nhưng do hạn chế về công nghệ trong việc chế tạo các bộ chuyển đổi A/D hiện nay chỉ khoảng vài trăm Mhz và có chi phí rất cao, do vậy thông thường thì hệ thống subsampling thường có quá trình đổi tần của tín hiệu sóng radio tần số cao xuống mức thấp hơn để phù hợp với khả năng xử lý của bộ A/D 4. Hệ thống thu mẫu băng con Sơ đồ nguyên lý 4. Hệ thống thu mẫu băng con Nguyên lý Tín hiệu RF đầu tiên được đưa qua bộ lọc thông dải sau đó được khuyếch đại lên sau đó lại được qua bộ trộn analog để đưa xuống dải tần thấp hơn, dải tần này lại tiếp tục đi qua bộ lọc thông dải sau đó sẽ được qua quá trình lấy mẫu tạo để tạo ra một dải băng tần, và việc lấy mẫu cũng như giữ mẫu sẽ thực hiện bởi mạch điện của bộ ADC mà chỉ cần lấy một băng con trong dải băng tần được tạo ra có thông tin tốt nhất. 4. Hệ thống thu mẫu băng con Tần số lấy mẫu phải tối thiểu phải gấp hai lần của tín hiệu tương tự để tránh sự mất thông tin.Tuy nhiên trong việc lấy mẫu thông dải thì tần số lấy mẫu phải gấp tối thiểu hai lần độ rộng của dải thông của thông tin để tránh được nhiễu danh định để việc lấy mẫu của tín hiệu thông dải không bị trùng phổ thì mối liên hệ giữa tần số lấy mẫu fs và tần số sóng mang fc thì có mối quan hệ sau 4. Hệ thống thu mẫu băng con Ưu điểm Sự tương xứng về pha và hướng vuông góc trong số là gần như hoàn hảo. Kỹ thuật này đưa chúng ta rất nhiều thuận lợi trong việc xử lý số tín hiệu một cách linh hoạt chắc chắn cũng như việc chọn kênh 4. Hệ thống thu mẫu băng con Nhược điểm Nhiễu danh định (aliasing noise) Ảnh hưởng của nhiễu trong quá trình lấy mẫu liên tục ( subsampling clock ) 5.Tổng kết Hiện nay có rất nhiều hệ thống thu khác nhau, mỗi một hệ thống thì thường có những ưu và nhựơc điểm riêng, có rất nhiều các hệ thống được tạo ra tối ưu và kết hợp các ưu điểm của các hệ thống khác nhau người sử dụng cần khai thác một cách hợp lý nhất trong các trường hợp cụ thể của mình. 5.Tổng kết Trong tương lai tới sẽ dần thay thế các chức năng của tương tự bằng các bộ số tích hợp trên CMOS, ngoại trừ cho bộ DAC Hướng phát triển chính về lâu dài sẽ là xây dựng bộ thu chuyển đổi trực tiếp A/D. Kết thúc Cảm ơn các bạn đã lắng nghe