Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SDR 03
1.1. Khái niệm về thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm - SDR 03
1.1.1. Định nghĩa về SDR 04
1.1.1.1. SDR - Thiết bị vô tuyến thông minh và thích nghi 07
1.1.1.2. SDR - Thiết bị vô tuyến số, đa dải, đa chế độ 08
1.1.1.3. SDR - Thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm 09
1.1.1.4. Công nghệ mới yêu cầu cho SDR 10
1.1.2. Đặc điểm của SDR 11
1.2. Cấu trúc của SDR 13
1.2.1. Sự khác nhau giữa SDR với thiết bị vô tuyến cũ 13
1.2.2. Một vài cấu trúc SDR 14
1.2.2.1. Thiết bị vô tuyến xác định bằng phần mềm lấy mẫu trung tần 14
1.2.2.2. SDR chuyển đổi trực tiếp 16
1.2.3. Cấu trúc chung của SDR 17
1.3. Các thành phần cơ bản của SDR 21
1.3.1. Khối cao tần được tích hợp 21
1.3.2. Bộ chuyển đổi tương tự - số 22
1.3.3. Mạch xử lý tín hiệu số 23
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA SDR 27
2.1. Yêu cầu và đặc điểm kỹ thuật của SDR 27
2.1.1. Đặc điểm máy phát 28
2.1.2. Đặc điểm máy thu 29
2.1.3. Các dải tần sử dụng 30
2.2. Nghiên cứu thiết kế máy thu 30
2.2.1. Những nghiên cứu cơ bản 30
2.2.2. Các cấu trúc máy thu 32
2.2.2.1. Cấu trúc chuyển đổi trực tiếp 32
2.2.2.2. Cấu trúc đổi tần nhiều lần 33
2.2.2.3. Cấu trúc trung tần thấp 34
2.2.3. Tính toán và các kết qủa dải động 35
2.2.3.1. Thành phần méo bậc ba và phần mặt phẳng bị chắn bậc ba 35
2.2.3.2. Phương pháp phân tầng dựa vào tạp âm và TOI 37
2.2.4. Tỉ số công suất kênh lân cận (ACPR), công suất tạp âm (NPR) 38
2.2.5. Biến đổi tín hiệu thu 39
2.2.5.1. Phương pháp thiết kế máy thu 42
2.2.5.2. Phép tính gần đúng khi dùng tín hiệu WCDMA 43
2.2.6. Quá trình loại bỏ nhiễu ảnh 44
2.2.7. Chức năng lọc bên trong máy thu 47
2.3. Nghiên cứu thiết kế máy phát 47
2.3.1. Sự giống nhau về bộ lọc giữa máy thu và máy phát 48
2.3.2. Các cấu trúc máy phát 49
2.3.2.1. Máy phát chuyển đổi trực tiếp 49
2.3.2.2. Máy phát đổi tần nhiều lần 50
2.3.3. Độ tuyến tính và hiệu suất của máy phát 51
2.3.3.1. Yêu cầu tuyến tính của máy phát 52
2.3.3.2. Kỹ thuật tuyến tính hóa bộ khuyếch đại công suất 53
2.3.3.3. Thành phần méo bậc hai 56
2.3.3.4. Phần tử khuyếch đại công suất 57
2.3.3.5. Bộ trộn 58
2.4. Các cấu trúc đưa ra cho SDR 59
2.4.1. Máy thu trung tần không - Zero IF 59
2.4.1.1. Đặc tính khử nhiễu ảnh 59
2.4.1.2. Các vấn đề với cấu trúc trung tần không 60
2.4.2. Bộ dao động nội cầu phương 64
2.4.3. Các bộ lọc trọn trước biến thiên 65
2.4.4. Cấu trúc trung tần thấp 68
2.4.4.1. Phương pháp lọc phức 69 2.5. Đánh giá kết quả 72
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CỦA SDR 74
3.1. SDR siêu dẫn cho các ứng dụng thương mại 74
3.1.1. SDR siêu dẫn trong truyền thông vô tuyến 74
3.1.2. Những tiến bộ của máy thu siêu dẫn 75
3.1.2.1. Tính toán nhiệt độ tạp âm máy thu 76
3.1.3. Xu hướng thông tin trải phổ 78
3.1.4. Tuyến tính hóa bộ khuyếch đại công suất cao 79
3.1.5. Các máy thu phát cao tần số 79
3.2. SDR siêu dẫn cho các ứng dụng quân sự 81
3.2.1. Nhiễu đồng tế bào 81
3.2.2. Tín hiệu trải phổ giải nhảy tần tín hiệu số 82
3.2.3. Thông tin vệ tinh 83
3.2.4. Cung cấp các dạng sóng mới 84
3.2.5. Ghép thời gian quy mô lớn 85 3.3. Phân tích hai ứng công cụ thể của SDR 85
3.3.1. Điện thoại tế bào 85
3.3.2. Mạng nội bộ không dây 88
KẾT LUẬN 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO 91
THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
ACPR Adjacent Channel Power Ratio Tỉ số công suất kênh lân cận
ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - số
AGC Automatic Gain Control Tự động điều khiển hệ số
khuyếch đại
AI-SR Adaptive Intelligent Software Radio Thiết bị vô tuyến có cấu trúc
mềm thông minh, thích nghi
ASIC Application Specific Integrated Vi mạch chuyên dụng
Circuit
BER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi bit
BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha hai mức
C/I Carrier to Interference Ratio Tỉ lệ sóng mang/nhiễu
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
CMOS Complementary Metal-Oxide Chất bán dẫn oxit kim loại bù
Semiconductor
CPU Central Processing Unit Khối xử lý trung tâm
CSI Cosite Interference Nhiễu đồng tế bào
DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi số - tương tự
DAMA Demand Assigned Multiple Access Đa truy nhập gán theo yêu cầu
DC Direct Current Dòng một chiều
DDC Digital Down Converter Bộ hạ tần tín hiệu số
DECT Digital Enhanced Cordless Viễn thông không dây số nâng
Telecommunications cao
DS Direct Sequence Chuỗi trực tiếp
DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số
FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần
số
FH Frequency Hopping Nhảy tần
FIR Finite Length Impulse Response Đáp ứng xung độ dài hữu hạn
FPGA Field Programmable Gate Array Dãy cổng lập trình tại chỗ
GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Khóa dịch cực tiểu Gaussian
GPRS Generalised Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu
Communication
HIPERLAN High Performance Radio Mạng nội bộ vô tuyến
Local Area Network chất lượng cao
HPA High Power Amplifier Bộ khuyếch đại công suất cao
HTS High Temperature Superconductor Chất siêu dẫn nhiệt độ cao
IMD Inter Modulation Distortion Méo điều chế chéo
IRR Image Rejection Ratio Tỉ số khử ảnh
LNA Low Noise Amplifier Bộ khuyếch đại tạp âm nhỏ
LTS Low Temperature Superconductor Chất siêu dẫn nhiệt độ thấp
MAC Multiply and Accumulate Nhân và tích lũy
MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập
MEMS Micro-Electro-Mechanical-System Hệ thống vi cơ điện
MMIC Monolithic Microwave Vi mạch sóng cực ngắn
Integrated Circuit nguyên khối
MOPS Millions of Operations Per Second Hàng triệu phép toán/giây
NPR Noise Power Ratio Tỉ số công suất tạp âm
PA Power Amplifier Bộ khuyếch đại công suất
PAN Personal Area Network Mạng khu vực cá nhân
PDC Personal Digital Cellular Tế bào số cá nhân
PHS Personal Handyphone System Hệ thống điện thoại cầm tay
cá nhân
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương
SAW Surface Acoustic Wave Sóng âm bề mặt
SDR Software Defined Radio Thiết bị vô tuyến có cấu trúc
xác định bằng phần mềm
SFDR Spurios Free Dynamic Range Dải động tự do giả mạo
SINAD Signal to Noise and Distortion Tín / (tạp và méo)
SNR Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín/tạp
TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời
gian
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian
TOI Third Order Intercept Chắn bậc ba
UMTS Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động
Telecommunication System vạn năng
VCO Voltage Controlled Oscillator Bộ tạo dao động điều khiển
bằng điện áp
VHDL Verilog Hardware Description Ngôn ngữ miêu tả phần cứng
Language Verilog
WCDMA Wideband Code Division Đa truy nhập phân chia theo Multiple Access mã dải rộng
WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội bộ diện rộng
LỜI NÓI ĐẦU
Chúng ta bước vào thế kỷ 21, thời đại của khoa học và công nghệ. Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, hệ thống viễn thông ngày nay đã không ngừng phát triển theo xu hướng phục vụ con người nhanh nhất, đầy đủ nhất và kịp thời nhất các thông tin cần thiết. Để đáp ứng yêu cầu đó, hệ thống viễn thông phải phát triển theo xu hướng tốc độ cao, đảm bảo đa dịch vụ, đa phương tiện trong hệ thống viễn thông chung trên toàn cầu.
Song thực tế trên thế giới đang tồn tại các chuẩn giao diện vô tuyến khác nhau, với các đặc điểm và yêu cầu dải tần, chế độ công tác,…cũng khác nhau. Điều này gây khó khăn cho việc toàn cầu hóa, đặc biệt đối với mỗi quốc gia và nhà sản xuất, việc quản lý giám sát thiết bị rất phức tạp. Vấn đề đặt ra đó là cần có một thiết bị vô tuyến có khả năng hoạt động với các chuẩn khác nhau và có đặc điểm đa dải, đa chế độ, có khả năng định lại cấu hình,… nghĩa là một thiết bị vô tuyến thông minh có cấu trúc xác định bằng phần mềm được đưa vào trực tiếp hay thông qua đường vô tuyến. Sự ra đời của công nghệ
“ Software Defined Radio ”, hay thiết bị vô tuyến có cấu trúc xác định bằng phần mềm đã đáp ứng các yêu cầu đó. Các thiết bị này còn rất mới mẻ đối với chúng ta, khả năng ứng dụng của các thiết bị vô tuyến thông minh này rất lớn, trong mọi lĩnh vực và đặc biệt đối với hoạt động quân sự nhằm đáp ứng yêu cầu thông tin: “ kịp thời - chính xác - bí mật - an toàn ”.
Để khai thác, thiết kế, sử dụng có hiệu quả các thiết bị này chúng ta cần có các kiến thức tổng quan, cơ bản về “Software Defined Radio - SDR”.
Chính vì vậy, tui đã chọn đề tài: “Nghiên cứu về SDR và ứng dụng” cho đồ án tốt nghiệp của mình.
Mục tiêu của đồ án là nhằm giới thiệu tổng quan về thiết bị vô tuyến thông minh - Thiết bị vô tuyến có cấu trúc xác định bằng phần mềm (SDR), phân tích cấu trúc của SDR, từ đó đưa ra các ứng dụng phổ biến của các thiết bị vô tuyến này.
Nội dung chính của đồ án gồm 3 chương:
Chương I: Tổng quan về SDR.
Trong chương này nêu lên các vấn đề tổng quan của các thiết bị vô tuyến có cấu trúc xác định bằng phần mềm như khái niệm về SDR, đặc điểm của SDR. Chương này cũng giới thiệu các cấu trúc khác nhau của SDR.
Chương II: Phân tích cấu trúc của SDR.
Trình bày một cách chi tiết ¬về sự chuyển đổi tần số tín hiệu trong SDR. Đồng thời phân tích các cấu trúc khác nhau của SDR, đánh giá các ưu điểm và nhược điểm của từng cấu trúc, từ đó đưa ra cấu trúc chuẩn cho SDR.
Chương III: Ứng dụng của SDR.
Chương này đưa ra các ứng dụng của các thiết bị vô tuyến có cấu trúc xác định bằng phần mềm - SDR.
Từ ba chương trên, đồ án đã giới thiệu một cách tổng quan về SDR cùng các cấu trúc và ứng dụng của SDR. Tuy nhiên, do khả năng và thời gian có hạn nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình, góp ý của các thầy giáo cùng các đồng chí quan tâm để bản đồ án hoàn thiện hơn. tui xin chân thành cảm ơn!
tui xin gửi lời Thank chân thành tới thầy giáo TS Đỗ Quốc Trinh, các thầy giáo trong khoa Vô tuyến điện tử - Học viện KTQS đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tui hoàn thành bản đồ án này.
Hà Nội, 20 / 06 / 2005
Học viên thực hiện
Nguyễn Xuân Phương
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SDR
Ngày nay, dựa vào sự phát triển của công nghệ bán dẫn, nên có thể xử lý các tín hiệu truyền với tốc độ cao trong các hệ thống viễn thông vô tuyến sử dụng công nghệ số. Điều này đã tạo ra hệ thống với độ mềm dẻo và thích nghi cao. Đó là công nghệ vô tuyến xác định bằng phần mềm (SDR - SoftWare Defined Radio) hay đơn giản là thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm (SDR). Phần này sẽ giới thiệu tổng quan về công nghệ - SDR.
1.1. Khái niệm về thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm - SDR
Sự phát triển của các thiết bị bán dẫn trong những năm 1990 đã cho phép chế tạo thiết bị vô tuyến sử dụng công nghệ số. Mặc dù công nghệ đã phát triển, song vẫn còn nhiều quan tâm nghiên cứu về SDR. Một số đặc biệt về SDR đã được xuất bản trong tạp chí truyền thông IEEE [1] năm 1995. Sau đó, các bản báo cáo đã được công bố trong các hội nghị [2,3,4&5]. Cũng có một vài số đặc biệt về SDR như [6,7,8 &9]. Một mô hình ban đầu của SDR là SpeakEASY (theo hình 1.1 dưới đây):
Hình 1.1 Sơ đồ khối chức năng của SpeakEASY
Đây là một thiết bị vô tuyến xác định bằng phần mềm của quân đội Mỹ với các phương pháp điều chế khác nhau và các tần số khác nhau …SpeakEASY đã sử dụng và trình diễn sự chuyển đổi tần số số và xử lý tín hiệu băng rộng số, chỉ ra rằng các module vô tuyến (các module cho các phần tử tương tự, bộ chuyển đổi A/D và các bộ xử lý tín hiệu số - DSP) có thể tích hợp trên một tuyến cấu trúc mở. Phương pháp cấu trúc mở này làm tăng số lượng chế tạo và giảm giá thành. Hầu hết các máy thu và máy phát vô tuyến ngày nay tương tự như các thiết bị được sử dụng trong những thập kỷ trước. Chúng bao gồm các mạch tương tự chuyên dụng như mạch lọc, mạch giải điều chế & điều hưởng/điều chế một dạng sóng cụ thể. Khi công nghệ viễn thông liên tục phát triển từ tương tự sang số, nhiều chức năng của các hệ thống vô tuyến hiện thời được quản lý bằng phần mềm như thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm (SDR). Để tạo ra các hệ thống vô tuyến với độ linh hoạt cao, SDR hiện đang được phát triển cho các ứng dụng phát thanh và truyền hình. SDR cung cấp một hệ thống đa dạng các chương trình của máy thu/phát trên một nền tảng phần cứng riêng biệt.
Các chương trình trên máy thu hỗ trợ thực hiện lọc thông dải, tự động điều khiển hệ số khuyếch đại, chuyển đổi tần số, lọc thông thấp và giải điều chế tín hiệu mong muốn, tương tự như vậy ở máy phát. Với số lượng lớn nhất các chức năng điều khiển số, cho phép thiết bị vô tuyến tăng độ linh hoạt của mạch xử lý tín hiệu số.
Vậy thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm (SDR) là gì ?
1.1.1. Định nghĩa về SDR
Thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm (SDR) là thiết bị trong đó việc số hóa tín hiệu thu được thực hiện tại một tầng nào đó xuôi dòng từ anten, tiêu biểu là sau khi lọc dải rộng, khuyếch đại tạp âm nhỏ và hạ tần xuống tần số thấp hơn trong các tầng tiếp theo, quá trình số hóa tín hiệu phát diễn ra ngược lại. Việc xử lý tín hiệu số trong các khối chức năng có khả năng định lại cấu hình và mềm dẻo, xác định các đặc điểm của thiết bị vô tuyến.
Khi công nghệ phát triển, SDR có thể tiến tới thiết bị vô tuyến thông minh, trong đó việc số hóa được thực hiện tại (hay rất gần) anten và tất cả qúa trình xử lý yêu cầu cho thiết bị vô tuyến được thực hiện bởi phần mềm cài trong các thành phần xử lý tín hiệu số tốc độ cao. Như được minh họa trong hình 1.2: sự phát triển của SDR giai đoạn 1 gồm các thiết bị cầm tay tế bào và hệ thống truyền thông cá nhân - PCS.
Hình 1.2 Sơ đồ các tầng của SDR - giai đoạn 1
Khi xem xét kỹ các khối này, chúng ta thấy được sự khác biệt rõ giữa SDR và SR (SoftWare Radio), đó là giai đoạn chuyển đổi cơ bản về cấu trúc của SDR tới SR. Sự thay đổi này là một hàm của những tiến bộ trong công nghệ lõi được cân bằng với toàn bộ phạm vi tiêu chuẩn thiết kế và các yêu cầu đối với sản phẩm vô tuyến. Công nghệ lõi trong trường hợp này bao gồm tối thiểu là các khả năng chuyển đổi tương tự - số - tương tự, các tiến bộ xử lý tín hiệu số, các thuật toán, các tiến bộ về bộ nhớ, bao hàm cả thuộc tính tương tự của các khối xây dựng cơ bản yêu cầu cho việc số hóa và xử lý các tín hiệu vô tuyến trong không gian số và bất kỳ sự chuyển đổi tần số cần thiết của môi trường tương tự. Tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu bao gồm các yếu tố về giá thành, độ phức tạp, chất lượng và hình dạng, kích thước, trọng lượng, mức tiêu thụ công suất…vv.
Trong thiết bị đầu cuối không dây thương mại cụ thể, như là các máy cầm tay tế bào hay các máy cầm tay dịch vụ truyền thông cá nhân (PCS) cần kết
1d3dpeW11ze7kH8
Wc2yLCc48oM6m8F
