ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

___________
ĐỖ THẾ DƯƠNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰN G MÁY THU TÍN HIỆU SỐ DỰA TRÊN
VI MẠCH TMS320C6713

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2012


`ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

___________

ĐỖ THẾ DƯƠNG
NGHIÊN CỨU XÂY DỰN G MÁY THU TÍN HIỆU SỐ DỰA TRÊN
VI MẠCH TMS320C6713

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRƯƠNG VŨ BẰNG GIANG




2.3.3 Ước lượng kênh truyền .......................................................................................... 19
2.3.4 Bài toán đồng bộ tại phía máy thu ......................................................................... 21
2.3.5 Thực hiện giao tiếp truyền thông thời gian thực thông qua chuẩn RTDX ........ 26
2.4 Kết luận chương ....................................................................................................... 27

CHƯƠNG III. ......................................................................................................... 28
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU VÔ TUYẾN OFDM........................................... 28
3.1 Cấu trúc hệ thống vô tuyến sử dụng công nghệ OFDM ........................................... 28
3.2 Thiết kế khối thu vô tuyến tại máy thu ..................................................................... 29
3.2.1 Lý thuyết giải điều chế I/Q ................................................................................ 29
3.2.2 Mạch giải điều chế I/Q TRF371135EVM ......................................................... 31
3.3 Kết luận chương ....................................................................................................... 33

CHƯƠNG IV. ......................................................................................................... 34
ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG THÔNG QUA CÁC PHÉP MÔ PHỎNG ................ 34
4.1 Đánh giá hệ thống thông qua tỉ lệ lỗi bít (BER) ....................................................... 34
4.2 Kết quả phân tích tốc độ truyền dẫn của hệ thống ................................................... 39
4.3 Kết luận chương ....................................................................................................... 40

CHƯƠNG V. ........................................................................................................... 41
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỆ THỐNG TRÊN CÁC BO MẠCH DSP ................ 41
5.1 Kết quả thực hiện hệ thống trên các bo mạch DSP .................................................. 41
5.2 Kết luận chương ....................................................................................................... 44

KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................. 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 47

4

4


CHƢƠNG I.
MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG OFDM VÀ CÁC BÀI TOÁN CẦN
THỰC HIỆN TẠI MÁY THU OFDM
Kỹ thuật OFDM hiện nay được dùng khá phổ biến cho các hệ thống truyền
thông, việc ứng dụng OFDM giúp nâng cao hiệu suất truyền dẫn và đảm bảo được
thời gian đáp ứng dữ liệu trong hệ truyền thông. Tiếp nối phần nghiên cứu của [1],
luận văn tập trung đi sâu nghiên cứu và hoàn thiện thiết kế hệ thống máy thu trên
nền tảng kỹ thuật OFDM. Tuy nhiên, để cho quá trình theo dõi các bước thiết kế hệ
thống thu OFDM trong luận văn theo đúng trình tự phát triển, luận văn xin đưa ra
sơ đồ khối nghiên cứu tổng quát của một hệ thống thu phát OFDM như sau:
Bit In
{ai,n}

Điều chế
băng tần cơ
sở

{dk,n}

Chèn Pilot

Chèn chuỗi
bảo vệ
m(lta)
m’(lta)

IFFT

{dk,n}

u’(lta)

U(lta)

u(t)

{d’k,n}

Cân bằng
kênh

FFT

Tách chỗi
bảo vệ

Đồng bộ

Biến đổi
tương tự/ số

Sơ đồ khối hệ thống OFDM
Tại phía phát: nguồn bit dữ liệu được điều chế ở băng tần cơ sở, sau đó được
chèn tín hiệu dẫn đường, thực hiện biến đổi IFFT, kết hợp chèn chuỗi bảo vệ sau đó
được biến đổi tương tự số để gửi lên kênh truyền vô tuyến.
5



đường

{Hi,n}

Bit out
{ai,n}

Giải điều
chế băng
tần cơ sở

{dk,n}

u’(lta)

U(lta)

{d’k,n}

Cân bằng
kênh

FFT

Tách chỗi
bảo vệ

Đồng bộ

Biến đổi


xây dựng máy thu luận văn đã chú ý đến việc lựa chọn các tham số phù hợp. Khi
xử lý dữ liệu tại phần thu đòi hỏi có sự phối hợp chính xác giữa các thành phần
phần cứng và thuật giải xây dựng trên bo mạch.
Tuy nhiên, kế thừa kết quả của bài toán phát đã xây dựng [1], thì các tính toán
về đường truyền, thiết lập các tham số OFDM hay lựa chọn khung dữ liệu thử
nghiệm để phát đi đều đã được thực hiện tại [1]. Chương này luận văn tập trung
vào việc giải quyết các bài toán cơ bản mà máy thu cần thực hiện đã nêu ra ở
chương trước để tiến hành thử nghiệm thực tế.

Một trong những vấn đề lớn mà luận văn đưa ra để giải quyết trong bài toán
thiết kế máy thu, đó là việc xây dựng hệ giải điều chế OFDM thực hiện tại phía thu.
Sơ đồ sau đây đưa ra tiến trình thực hiện các bước để giải điều chế thành công tín
hiệu nhận được tại máy thu OFDM:
Khôi phục
kênh
truyền

Tách mẫu
tín hiệu dẫn
đường

{Hi,n}

Bit out
{ai,n}

Giải điều
chế băng
tần cơ sở



được chia thành hai luồng: luồng tín hiệu có ích được đưa đến bộ cân bằng kênh và
luồng mẫu tín hiệu dẫn đường được đưa vào bộ khôi phục kênh truyền. Kênh
truyền được khôi phục sau đó được đưa vào bộ cân bằng kênh để khôi phục lại các
ký tự QAM đã mã hóa tại phía phát, sau đó là giải điều chế ở QAM thu được dòng
bit đã truyền đi ban đầu. Cuối cùng, dữ liệu sẽ được chuyển tới máy tính thông qua
giao thức truyền nhận giữa bo mạch và máy tính.

Hình 2-3: Sơ đồ quy trình thực hiện giải điều chế tại phía thu
Toàn bộ quá trình thực hiện giải điều chế tại máy thu đều được thực hiện tại
bo mạch DSP, thông qua việc xem xét và nghiên cứu lý thuyết thì luận văn cũng đã
sử dụng ngôn ngữ C để thiết kế bộ nguồn mã hóa các lý thuyết về phần thu cho hệ
thống (Phụ lục kèm theo). Trong khuôn khổ luận văn thực hiện, mã nguồn thực
hiện trên bo mạch DSP chủ yếu sẽ thực hiện các tiến trình sau đây:

10


CHƢƠNG III.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU VÔ TUYẾN OFDM
Hệ thống thu phát dữ liệu vô tuyến sử dụng công nghệ OFDM nghiên cứu trong
luận văn có sơ đồ như sau:
PC

PC

TMS320C6713

Signal


TRF371135

Q

Sơ đồ hệ thu phát dữ liệu vô tuyến sử dụng công nghệ OFDM
Nhìn vào sơ đồ trên có thể thấy việc thiết kế hệ thống thu vô tuyến đòi hỏi một
số kỹ thuật đặc trưng nhất định, trong đó kỹ thuật OFDM đòi hỏi trong quá trình
truyền nhận thì dạng cấu trúc dữ liệu phải luôn trực giao với nhau, chính vì thế tại
phía phát và phía thu hiện nay đều sử dụng kỹ thuật điều chế và giải điều chế I/Q,
tức là sử dụng xử lý phần cứng mở rộng để đảm bảo tách và thực hiện trực giao cho
dạng dữ liệu truyền đi.
Về phía máy thu, việc thực hiện giao tiếp để nhận dữ liệu và giải điều chế
OFDM đều được thực hiện trên bo mạch DSP. Bài toán thiết kế khối thu phát vô
tuyến tại chương này chủ yếu giải quyết vấn đề điều chế được I/Q để đưa tín hiệu
OFDM lên cao tần, đồng thời thiết kế bộ thu vô tuyến để thực hiện thu được tín
hiệu cao tần tại phía phát đã truyền đi.
Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn, thì khối máy thu vô tuyến có sử
dụng một mô-đun dùng chip giải điều chế I/Q là TRF371135 do hãng Texas
Instrument đóng vai trò như bộ tách tín hiệu cao tần từ máy phát gửi tới thành hai
thành phần thực và ảo trước khi gửi tới bo mạch DSP để thực hiện giải điều chế tín
hiệu.
11


Sơ đồ tổng quan của khối máy thu vô tuyến có sử dụng công nghệ OFDM:

Sơ đồ khối máy thu vô tuyến OFDM
Theo sơ đồ khối, thì bài toán thiết kế tại máy thu cần đảm bảo những bước
thiết kế những khối sau:


 2 sin(2fct   )

Bộ giải điều chế I/Q
Tương tự như bộ phát, khi tín hiệu được trộn thành I/Q thì tại bộ thu phải thực
hiện chức năng ngược lại là chia tín hiệu trộn thành tín hiệu OFDM để bộ thu thực
hiện giải điều chế OFDM.

12


CHƢƠNG IV.
ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG THÔNG QUA CÁC PHÉP MÔ PHỎNG
Chương này luận văn tập trung vào việc sử dụng các công cụ mô phỏng như
Matlab, Code Compose Studio (CCS) đi kèm với bo mạch để tiến hành đánh giá
các thuật toán, cũng như những lý thuyết đã được đưa ra trong luận văn. Đây là
bước qua trọng trong việc trước khi đưa toàn bộ mã nguồn và các mô – đun của hệ
thống vào thực hiện trên bo mạch DSP
Để đo lường chất lượng của tín hiệu số người ta sẽ xác định quan hệ giữa tỷ lệ
lỗi bít (BER) và tỷ lệ năng lượng bít trên tạp âm (Eb/N0). Trong đó tỷ lệ lỗi bít là
tỷ số giữa số bít bên nhận bị lỗi trên tổng số bít bên gửi. Khi chúng ta nhắc đến
BER, chúng ta cần phải phân biệt hai khái niệm
+ Tín hiệu mã hóa: là tín hiệu được mã hóa ở nguồn phát vì vậy chỉ một số bit
trong chuỗi của nó là quan trọng vì mang thông tin.
+ Tín hiệu không mã hóa: Khi không có mã hóa thì tất cả các bít đều có vai trò
quan trọng như nhau và BER là của các bít mang tin, và Eb/N0 bằng với Ebc/N0.
OFDM cho phép thực hiện nhiều phương pháp điều chế băng tần cơ sở như
QPSK, QAM, BPSK,…do vậy lựa chọn phương pháp nào cần chú ý đến khả năng
thực hiện tính toán của phần cứng và giải thuật áp dụng. Với điều kiện như trên thì
luận văn đã lựa chọn phương pháp điều chế/ giải điều chế 16-QAM để áp dụng


Giao diện thu phát của hệ thống truyền dữ liệu vô tuyến
Sau đây là các kết quả mô phỏng bằng phần mềm CCS và Matlab trước khi
thực hiện hệ thống trên các bo mạch số DSP (nhận thấy dạng tín hiệu tại 2 phép mô
phỏng này là khá giống nhau)
A(v)

(a)Tín hiệu trên kênh truyền được mô phỏng
bằng Matlab

A(v)

600

700

800

900

1000

Thời gian(μs)

1100

(b)Tín hiệu trên kênh truyền được vẽ trên DSP

Thời gian(μs)



0

24

f(kHz)

Phổ của tín hiệu đo đƣợc
Dải thông tín hiệu OFDM là 24 KHz

do tần số lấy mẫu của DSP là

. Một số kết quả truyền file dữ liệu của hệ thống OFDM:

Kết quả truyền file text của hệ thống

16


Kết quả truyền file ảnh của hệ thống OFDM trên DSP.

17


KẾT LUẬN CHUNG
Luận văn tập trung vào việc xây dựng modem thu sử dụng kỹ thuật điều chế
OFDM, mô hình truyền dẫn của kênh truyền, phân tích tỷ lệ lỗi bit và tốc độ truyền
dẫn để chuẩn bị tốt nhất cho việc đưa tín hiệu OFDM lên cao tần. Đồng thời, chúng
tôi cũng đề xuất một phương pháp đồng bộ mới để tăng hiệu suất trong việc truyền
dữ liệu. Trên cơ sở đó, đề tài đã đạt được những kết quả sau :