Đề tài Các hệ thống thông tin nội bộ

Như chúng ta đã biết, trong những năm gần đây do sự phát triển của các công nghệ viễn thông, tin học dẫn đến sự bùng nổ về thông tin và chưa lúc có nào nhu cầu về thông tin lại lớn như bây giờ. Nhu cầu thông tin có ở mọi nơi, mọi lúc, nó xuất phát từ nhu cầu tự nhiên của con người muốn giao tiếp hoà nhập với môi trường xung quanh. Thông tin cũng ngày càng trở lên đa dạng và phong phú như : lời nói, hình ảnh, số liệu... . Trong các loại thông tin thì thông tin về lời nói vẫn là thông tin cơ bản và không thể thiếu trong đời sống con người. Với việc giải quyết các nhu cầu thông tin, nguời ta đưa ra rất nhiều kĩ thuật,công nghệ khác nhau khác nhau để thoả mãn các nhu cầu đó. Được sự động viên khuyến khích của thầy Đinh Hữu Thanh, để nắm vững và khẳng định những kiến thức mà thầy đã truyền đạt cho em trong những kì đầu của chuyên ngành, trong phạm vi đồ án này em chỉ đề cập đến vấn đề thông tin trong một khía cạnh nhỏ đó là thông tin trong cự li ngắn đảm bảo và bí mật qua việc thiết kế máy thông tin nội bộ truyền trong điện lưới. Được sự chỉ bảo tận tình của thầy cộng với sự giúp đỡ của bạn bè nhưng do thời gian và trình độ có hạn. Hơn nữa, em còn phải tập trung vào việc lắp ráp mạch thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được các ý kiến nhận xét của thầy cô và bạn bè để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!. Mục lục Chương 1. Các hệ thông tin nội bộ..................................................................... ................ 1.1.Khái niệm chung............................................................................................... 1.2.Hệ thống thông tin truyền tín hiệu âm tần...................................................... 1.3.Hệ thông thông tin nội bộ sử dụng tổng đài..................................................... 1.4.Hệ thống thông tin nội bộ ghép kênh theo tần số.......................................... Chương 2. Các phương pháp điều chế và giải điều chế........................................................ 2.1.Khái niệm............................................................................................................ 2.2.Điều tần (FM).................................................................................................. 2.2.1.Điều chế................................................................................................. 2.2.2.Giải điều chế......................................................................................... 2.3.Điều biên (AM)............................................................................................... 2.3.1.Điều chế.................................................................................................. 2.3.2.Giải điều chế......................................................................................... 2. 4.Điều chế xung (PCM)....................................................................................... 2.4.1.Khái niệm........................................................................................................ 2.4.2.Nguyên lí................................................................................................... 2.4.2.1.Lấy mẫu........................................................................................ 2.4.2.2Lưỡng tử..................................................................................... 2.4.2.3.Mã hoá.......................................................................................... 2.4.2.4.Truyền dẫn................................................................................... 2.4.2.5.Giải điều chế................................................................................ Chưong 3. Các phương pháp ghép kênh.............................................................................. 3. 1. Ghép kênh theo tần số..................................................................................... 3. 2. Ghép kênh theo thời gian.............................................................................. 3. 3. Ghép kênh theo mã......................................................................................... Chương 4 Vòng khoá pha (PLL).......................................................................................... 4. 1.Nguyên lí tác dụng.......................................................................................... 4. 2.Các khối cơ bản của vòng khoá pha.............................................................. 4.2.1.Bộ tách sóng pha.................................................................................... 4.2.2.Bộ lọc thông thấp................................................................................... 4.2.3.Bộ dao động có điều khiển...................................................................... Phần 2: Thiết kế máy thông tin nội bộ. Chương 5.Yêu cầu thiết kế và xây dựng phương án thực hiện............................................ 5.1. Các yêu cầu thiết kế.......................................................................................... 5.2.Các phương án thựchiện.................................................................................... Chương 6.Xây dựng sơ đồ khối............................................................................................... 6.1.Lưa chọn sơ đồ khối........................................................................................... 6.2.Chức năng hoạt động của các khối................................................................... 6.3.Nguyên lí hoạt động dựa trên sơ đồ khối........................................................ Chương 7.Thực hiện mạch nguyên lí.................................................................................... 7.1.Lựa chọn mạch nguyên lí các khối.................................................................. 7.1. 1. Khối tạo dao động................................................................................ 7.1. 2. Khối khuếch đại thu............................................................................ 7.1. 3. Khối khuếch đại âm tần....................................................................... 7.1. 4. Khối khuếch Micro............................................................................... 7.1. 5. Khối lựa chọn tần số tần số ................................................................. 7.1. 6. Khối điều chế và giải điều chế.............................................................. 4 4 4 5 6 8 8 8 8 13 16 16 22 27 27 27 29 30 36 40 41 43 44 46 49 51 52 52 52 53 53 54 54 54 55 57 59 60 62 62 62 64 65 67 68 68 Phần 1: Lí thuyết chung. Trang 7.1. 7. Khối khuếch đại công suất.............................................................71 7.1. 8. Khối vào ra......................................................................................71 7.1. 9. Khối hạn chế...................................................................................71 7.1.10. Khối nguồn.....................................................................................72 7.2. Nguyên lí hoạt động của máy.............................................................75 7. 2. 1. Các chế độ phát..............................................................................75 7. 2. 2. Chế độ thu......................................................................................75 Chương 8. Thiết kế tính toán chi tiết.................................................................................. 8. 1. Mạch khuếch đại Micro...........................................................................76 8. 2. Mạch vào ra...............................................................................................80 8. 3.Mạch khuyếch công suất...........................................................................84 8. 4.Mach chọn tần............................................................................................89 8. 5. Mạch điều chế và giải điều chế................................................................90 8. 6. Mạch khuếch đại âm tần..........................................................................91 Phần 3: Thực nghiệm và kết quả Chương 9.Thiết kế và lắp ráp mạch ................................................................................... 9 1. Thiết kế mạch IN ......................................................................................94 9. 2. Lắp ráp và vận hành................................................................................95 9. 3. Nhận xét.................................................................................... ................95 Chương 10.Những đề xuất cải tiến.................................................................................. 10.1.Các chỉ tiêu................................................................................................97 10.2.Các phương án cải tiến.............................................................................97 10.3.Nâng số lượng kênh thông tin .................................................................98 10.3.1.Phương án thực hiện.......................................................................99 10.3.2.Tính toán chi tiết mạch vào ra .....................................................99 71 71 71 71 72 75 75 75 76 80 84 89 90 91 94 94 95 95 97 97 97 98 99 99 PhầnI: Lí thuyết chung Chương 1 Các hệ thống thông tin nội bộ. I.1. khái niệm hệ thống Thông tin nội bộ Và việc ghép kênh. Để đáp ứng nhu cầu thông tin của con người ngay từ xa xưa đã con người đã tìm cách trao đổi thông tin với nhau nhưng chỉ ở những mức độ đơn giản .Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác đã tạo điều kiện sự ra đời của các hệ thống thông tin nhằm phục vụ cho những nhu cầu khác nhau của con người. Các nội dung thông tin cần trao đổi cũng ngày càng phong phú và đa dạng như: tiếng nói, hình ảnh, truyền số liệu,...Để truyền được các thông tin đó người ta phải xây dựng các hệ thống thông tin khác nhau để truyền các thông tin đó.Trong mỗi hệ thống thông tin đó người ta xây dựng một loạt các cách thức, các qui tắc,...để xử lí và truyền tín hiệu làm sao các đối tượng trong hệ thống có thể thông tin cho nhau. Hiện nay ở nước ta việc trao đổi thông tin chủ yếu diễn ra trên mạng thông tin công cộng do nhà nước hay các công ty lớn quản lí. Đặc điểm của hệ thống này cho phép trao đổi với số lượng lớn thông tin, ở các khoảng cách khác nhau, với sự đa dạng của các loại thông tin. Ta có thể gọi đó là hệ thống thông tin công cộng. Tuy nhiên trong thực tế vẫn tồn tại một nhu cầu khác thông tin khác đó là trao đổi trong một cự li hẹp, số lượng thông tin nhỏ có thể hoạt động độc lập hoặc có thể giao tiếp với mạng thông tin công cộng.Việc quản lí hệ thống chỉ do những người tham gia hệ thống này quyết định.Để đáp ứng nhu cầu đó người ta đưa ra khái niệm hệ thống thông tin nội bộ. Cũng tương tự như các hệ thông tin khác, trong hệ thống thông tin nội bộ người ta cũng xây dựng các phương pháp để xử lí và truyền tín hiệu, nghĩa là làm thế nào đó để tín hiệu có thể truyền đi và bên thu nhận được với hiệu quả nhất định. Vì vậy dưới đây trong chương 2 xin trình bày lý thuyết chung về phương pháp điều chế ,tách sóng và vấn đề ghép kênh tín hiệu trong hệ thống thông tin... 1. 2 Hệ thống thông tin nội bộ truyền tín hiệu âm tần Dây dẫn Dây dẫn A Khuyếch đại âm tần B Khuyếch đại âm tần A Khuyếch đại âm tần B Khuyếch đại âm tân .......... Hinh 1.1a: Quá trình A truyền sang B Hình1.1 b: Quá trình B truyền sang A .......... Trước đây để truyền thông tin nội bộ người ta thường sử dụng phương pháp truyền trực tiếp tín hiệu âm tần qua đường dây dẫn tới đối tượng cần thông tin. Đây là một mô hình hệ thống thông tin khá lạc hậu. Trong đó các máy thông tin chỉ làm nhiệm vụ đơn thuần là khuếch đại các tín hiệu âm tần cần truyền đi. Như vậy giữa thiết bị phát và thiết bị nhận phải có đường dây dẫn riêng, bên thu có thể nhận trực tiếp hoặc khuếch đại tín hiệu thu được. Hệ thống này rất đơn giản, dễ lắp đặt. Trong hình minh hoạ quá trình thông tin giữa A và B. Tuy nhiên hệ thống có nhiều hạn chế: Công suất phát phải lớn. Cự li thông tin không cao, để nâng cao cự li thông tin cần phải dùng nhiều bộ khuếch đại, cần công suất phải lớn, do vậy hệ thống trở nên cồng kềnh, phức tạp, mà cự li thông tin không cải thiện được là bao vì suy hao do việc truyền trực tiếp tín hiệu âm tần trên đường dây dẫn là rất lớn. Chất lượng thông tin không cao do ảnh hưởng nhiều của nhiễu và tạp âm. Hạn chế về số kênh thông tin. Mỗi đôi dây chỉ được dùng để trao đổi thông tin giữa hai đối tượng cố định. Muốn tăng kênh thông tin thì phải tăng số đường đây, điều đó sẽ rất tốn kém. Do có quá nhiều nhược điểm trên nên hiện nay hệ thống thông tin nội bộ này hầu như không còn được sử dụng. 1.3. Hệ thống thông tin sử dụng tổng đài Đây là mô hình hệ thống thông tin khá hiện đại. Dưới đây là hình minh hoạ mô hình hệ thống này: Tổng đài Hình 1.2: Mô hình tổng đài nội bộ Phần chính của hệ thống là tổng đài điện thoại nội bộ có dung lượng nhỏ hay còn gọi là máy mẹ. Các đối tượng thông tin trong hệ máy mẹ được nối với tổng đài nội bộ bằng một đôi dây dẫn riêng. Số lượng máy con trong hệ khá lớn có thể lên đến hàng trăm máy và có tốc độ xử lí tương đối cao. Tổng đài nội bộ quản lí mọi hoạt động thông tin trong hệ, các máy con muốn liên lạc với nhau phải thức hiện động tác quay số, tổng đài xử lí để truy cập tới đối tượng cần thông tin. Trong một số trường hợp tổng đài nội bộ có thể được nối với mạng điện thoại công cộng như vậy khi cần thiết các máy con có thể liên lạc được với các máy điện thoại bên ngoài và ngược lại các máy điện thoại bên ngoài cũng có thể liên lạc được với các máy con trong hệ thống nội bộ. Tuỳ theo mô hình và mức độ hiện đại mà tổng đài nội bộ có thể là tự động hoàn toàn hoặc bán tự động. Nếu là bán tự động phải có người trực tổng đài để thực hiện việc trao đổi thông tin. Với những ưu điểm trên hiện nay mô hình hệ thống thông tin nội bộ sử dụng tổng đài nội bộ đang được ứng dụng trong thực tế. Đặc biệt rất thuận tiện khi sử dụng tổng đài nội bộ trong một cơ quan. Tuy nhiên hệ sử dụng thiết bị hiện đại nên giá thành cao. 1.4. Hệ thống thông tin nội bộ phân đường theo tần số Hệ thông tin hoạt động theo nguyên lí FDM. Mỗi máy thông tin phát đi các tần số khác nhau. Nói cách khác mỗi đối tượng thông tin được qui định địa chỉ bằng một tần số nhất định, khi muốn liên lạc đối tượng thông tin phát đi tần số là địa chỉ của đối tượng cần liên lạc. Để tăng chất lượng và cự li thông tin ở nơi phát người ta thực hiện việc điều chế tín hiệu âm tần bằng một tần số phát. Bên thu muốn nhận được phải có tần số thu trùng với tần số phát (tương ứng với việc đã xác định được địa chỉ) khi đó tín hiệu mới được giải điều chế để lấy ra tín hiệu âm tần ban đầu. Hệ thống này có thể sử dụng đường truyền là các dây dẫn riêng nối giữa các máy hoặc phát sóng vô tuyến nhưng phương pháp tốt nhất là lợi dụng đường dây điện lưới để làm đường truyền dẫn tín hiệu. A, B, C, D... FA A, B, C, D... FB A, B, C, D... FC A, B, C, D.... FD Hình 1.3: Sơ dồ hệ thống thông tin nội bộ phân đường theo tần số. Do sử dụng kĩ thuật FDM nên số đường thông tin bị hạn chế bởi dải điều tần dẫn tới số lượng đối tượng thông tin cũng không thể lớn được. Tuy nhiên hệ sử dụng thiết bị đơn giản gọn nhẹ, giá thành rẻ thích hợp với điều kiện nước ta hiện nay. Chương 2 Các Phương Pháp điều chế và giải điều chế (Modulation And Demodulation) 2.1.Khái niệm Điều chế là quá trình ghi tin tức vào một tín hiệu dao động cao tần nhờ biến đổi một số thông số nào đó (ví dụ như: biên độ, pha, tần số, độ rộng xung,...) của dao động cao tần theo tin tức. Như vậy thông qua quá trình điều chế, tin tức ở miền tần số thấp được chuyển lên miền tần số cao để truyền đi xa, vì ở miền tần số cao nó không những tránh được nhiễu mà còn tránh suy hao năng lượng. Trong quá trình đó tin tức gọi là tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi là tải tin, còn dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế. Thông thường tải tin là điều hoà. Dưới đây ta xét với loại tải tin này, ta có điều pha, điều tần và điều biên, trong đó điều tần và điều pha còn được gọi là điều góc. Giải điều chế còn gọi là tách sóng là quá trình tìm lại tín hiệu điều chế. Tín hiệu sau khi tách sóng phải giống tín hiệu điều chế ban đầu. Thực tế tín hiệu điều chế us sau khi qua điều chế và qua kênh truyền dẫn đưa đến bộ tách sóng đã bị méo dạng thành us’. Do méo phi tuyến trong các bộ tách sóng, nên sau khi tách sóng ta nhận được us” khác dạng với us’. Như vậy tín hiệu sau khi tách sóng thường khác với dạng tín hiệu nguyên thuỷ (tin tức) us. Vì vậy một trong những yêu cầu cơ bản đối với quá trình tách sóng là méo phi tuyến. Tương ứng với các loại điều chế: tần số, pha, biên độ, người ta cũng phân biệt các loại tách sóng tần số, pha, biên độ. 2.2. Điều tần -FM (Frequency modulation): 2.2.1. Điều chế : Điều tần là quá trình ghi tin vào tải tin, làm cho tần số tức thời của tải tin biến thiên theo dạng tín hiệu điều chế. Để xem xét quá trình điều tần, để đơn giản ta giả thiết tải tin và tin tức là các dao động điều hoà. Trong đó tải tin: u (t) =Ut cos (wt t+w0) =Ut cosc (t) (2. 1) Giả thiết tín hiệu điều chế là tín hiệu đơn âm: us=Us coswst (2. 2) Ta biết rằng giữa góc pha và tần số có quan hệ w=nên : (2.3) Khi điều chế tần số thì tần số dao động cao tần biến thiên tỉ lệ với tín hiệu điều chế và được xác định: w (t) =wt+kđtUs cos (ws t). (2.4) Trong đó kđf Us là lượng di pha cực đại=Dwm Thay (2.4) vào (2.3) sau đó thay vào (2.1) với góc pha ban đầu của tín hiệu không đổi w (t) =w0, biến đổi ta nhận được: Hình 2.1: Quá trình điều chế tần số Hình a: Đồ thị thời gian của tin tức. Hình b: Đồ thị thời gian tải tin. Hình c: Đồ thị thời gian của tín hiệu điều tần. uđt us us t t t Hình c Hình b Hình a uđt=Ut cos (wt + Dwm/ws sinws t+w0) (2.5) Cho góc pha ban đầu w0 =0 và đặtDwm/ws =Mf trường hợp tín hiệu điều chế phức tạp có tần số wsmin đến wsMax Mf =Dwm/wsMax Khi đó biểu thức (2.5) có thể biểu diễn dưới dạng chuỗi với các hệ số là hàm số Betxen loại một bậc n: uđt=Re[Ut ] (2.6) Qua đây ta thấy phổ của tín hiệu hiệu điều tần gồm có thành phần tải tần wt (ứng với n=0) biên độ J0Ut và vô số biên tần wt+nws (n=-Ơá+Ơ) có biên độ Jn.Ut với Jn phụ thuộc Mf. Theo bảng Betxen khi Mf =2, 045 thì J0=0 nghĩa là tín hiệu điều tần không chứa tải tin.Trong trường hợp Mf > 1 thì tất cả các thành phần có có bậc n > Mf đều có biên độ nhỏ hơn 5% biên độ tải tần và đều có thể bỏ qua được.Vì vậy có thể coi độ rộng dải tần của tín hiệu điều chế tần số là hữu hạn và được xác định là: Dđt =2Mf ws= 2Dwm *Các mạch điều tần: Hình2.2. Sơ đồ điều tần thông qua điều pha. ũdt Điều chếpha Tín hiệu điều chế tần số Về nguyên tắc có thể phân biệt các mạch điều tần gián tiếp và mạch điều tần trực tiếp. Trong đó điều tần gián tiếp thông qua điều pha nhờ một tích phân minh hoạ như hình vẽ dưới đây: Các mạch điều tần trực tiếp: Dưới đây ta xét một số mạch điều tần trực tiếp thường hay sử dụng. +Điều tần dùng diot biến dung: Rd Cd Hình 2.3a. Diode biến dung và sơ đồ tương đương Diode biến dung có điện dung thay đổi theo điện áp đặt vào mặt ghép của nó. Khi phân cực ngược có Rd=Ơ và Cd= Trong đó: K: Hệ số tỷ lệ; jk: Hiệu điện thế tiếp xúc của mặt ghép. g: Hệ số tỷ lệ. +Ucc Lc CB1 R1 R1 D us R3 L C + R4 - Eo’ CB2 CB3 CB4 E0 Hình 2.3b: Sơ đồ mạch điều tần bằng diot biến dung. Mắc diot song song với hệ dao động của bộ tạo dao động, đồng thời đặt điện áp điều chế lên diot thì CD thay đổi theo điện áp điều chế, do đó tần số cộng hưởng riêng của bộ tạo dao động cũng biến đổi theo. Trong mạch điện dưới đây diot được phân cực ngược nhờ nguồn E0. Nhận xét: Mạch có ưu điểm gọn nhẹ, có thể dùng ở tần số siêu cao tần khoảng vài trăm MHz nhưng độ tạp tán của tham số lớn nên kém ổn định. +Điều tần dùng transitor điện kháng: Phần tử điện kháng hoặc dung tính hoặc cảm tính có trị số biến thiên theo điện áp điều chế đặt trên nó được mắc song song với hệ dao động của bộ tạo dao động làm cho tần số dao động thay đổi theo tín hiệu điều chế. Phần tử điện kháng được thực hiện nhờ một mạch di pha mắc trong mạch hồi tiếp của một transitor. Có tất cả 4 cách mắc phần tử điện kháng, dưới đây ta xét cách mắc mạch dao động điều tần bằng phần tử điện kháng phân áp RC: CB1 LC R T1 T2 Lk C us Lgh Ck CB1 CB2 R2 R3 CB4 R1 -Ucc Hình 2.4.Sơ đồ mạch tạo dao động điều tần bằng phần tử điện kháng phân áp RC. +Điều tần trong các bộ tạo xung. Hình 2.5.Điều tần trong bộ dao động đa hài. +Ucc Rc Rc C C Rb Rb uc Trên hình vẽ sau là sơ đồ mạch dao động đa hài mà dãy xung ra của nó có tần số lặp thay đổi theo điện áp điều chế us. Tần số lặp của mạch dao động đa hài như trong hình vẽ được xác định bởi quá trình phóng của tụ C qua điện trở RB sau khi có một sụt áp trên điện trở collector RC. Với mạch này có thể đạt được lượng di tần tương đối khoảng vài phần trăm và hệ số méo phi tuyến khoảng vài phần nghìn. Nhược điểm của các mạch điều tần trực tiếp là độ ổn định tần số trung tâm thấp trung tâm thấp, vì không thể dùng mạch thạch anh thay cho mạch cộng hưởng trong bộ tạo dao động để ổn định trực tiếp được. Do đó, để đạt được độ ổn định tần số trung tâm cao, trong mạch điều tần trực tiếp phải dùng mạch tự dao động điều chỉnh tần số. Tuy nhiên, với mạch điều tần trực tiếp có thể đạt được lượng di tần tương đối lớn. Khi điều tần trực tiếp, tần số dao động riêng của mạch tạo dao động được điều khiển theo tín hiệu điều chế. Mạch điều tần trực tiếp thường được thực hiện bởi các mạch tạo dao động mà tần số dao động riêng của nó được điều khiển bởi dòng hoặc áp (VCO: voltage controlled và CCO) hoặc bởi các mạch biến đổi điện áp tần số. Các mạch tạo dao động LC có khả năng biến đổi tần số khá rộng và có tần số trung tần cao. Nguyên tắc thực hiện điều tần trong các bộ tạo dao động là làm biến đổi trị số điện kháng của bộ tạo dao động theo điện áp đặt vào. Phương pháp phổ biến nhất là dùng diot biến dung (varicap) và transitor điện kháng. 2. 2. 2. Tách sóng us A B f Hình 2.6.Đặc tính truyền đạt của bộ tách sóng tần số. Quá trình tách sóng được đặc trưng bởi đặc tuyến truyền đạt sau: Để hạn chế méo phi tuyến, phải chọn điểm làm việc trong phạm vi tương đối thẳng của đặc tuyến truyền đạt, trong hình vẽ trên đó là đoạn AB. Hệ số truyền đạt của bộ tách sóng là độ dốc lớn nhất của đặc tuyến truyền đạt. Theo hình trên ta xác định được hệ số truyền đạt. (2.7) Tách sóng tần số thường được thực hiện theo một số nguyên tắc sau: Biến đổi tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều biên, rồi thực hiện tách sóng biên độ. Biến tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều chế độ rộng xung nhờ một mạch tích phân. Làm cho tần số của tín hiệu cần tách sóng bám theo tần số của một số bộ tạo dao động nhờ hệ thống vòng giữ pha PLL (Phase Locked Loop) điện áp sai số chính là điện áp cần tách sóng. *Các mạch tách sóng tần số: D1 M 1 C U1 C R us1 uđt L 2 C U2 C R us1 us D2 Hình 2.7. Mạch điện bộ tách sóng tần số dùng mạch lệch cộng hưỏng +Bộ tách sóng tần số dùng mạch lệch cộng hưởng: dưới đây là sơ đồ bộ tách sóng tần số dùng mạch lệch cộng hưởng: Nguyên tắc hoạt động của mạch như sau: Đầu vào hai bộ tách sóng biên độ (D1, D2) là hai mạch cộng hưởng điều chỉnh cộng hưởng tại các tần số w1và w2. Nếu gọi tần số trung tâm của tín hiệu điều tần đầu vào là w0=wt thì: w1=w0+Dw0; w 2=w0-Dw0; Sự điều chuẩn mạch cộng hưởng lệch khỏi tần số trung bình của tín hiệu vào làm biên độ điện áp vào của hai bộ tách sóng biên độ (U1, U2) thay đổi phụ thuộc điện áp vào. Từ mạch điện ta xác định được: U1=mUđtZ1 (2.8) U2=mUđtZ2 (2.9) Trong đó, m là hệ số ghép của biến áp vào, m=M/L, Z1và Z2 là trở kháng của hai mạch cộng hưởng 1và 2: (2.10) (2.11) Rtd1, Rtd2 lần lượt là trở kháng của hai mạch cộng hưởng tại tần số cộng hưởng của hai mạch cộng hưởng w1, w2. Q1, Q2 là phẩm chất của hai mạch cộng hưởng tương ứng. Chọn hai mạch cộng hưởng như nhau: Rtd1 =Rtd2 =Rtđ Q1=Q2 +Q (2.12) là độ lệch tần số tương đối giữa tần số cộng hưởng riêng của mạch dao động so với tần số trung bình của tín hiệu vào. là độ lệch tương đối giữa tần số tín hiệu vào và tần số trung bình. Ta thấy khi tần số tín hiệu vào w thay đổi thì Z1. Z2 cũng thay đổi và kéo theo sự thay đổi của biên độ điện áp vào U1 và U2 nghĩa là quá trình biến đổi tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều biên đã được thực hiện. Qua bộ tách sóng ta nhận được các điện áp ra: (2.13) (2.14) Điện áp ra tổng : us=us1-us2=KTSmRtđUđty(x,x0). Trong đó y(x,x0)= y=yMax khi x=±x0 Tách sóng dùng mạch lệch cộng hưởng có nhược điểm là khó điều chỉnh cho hai mạch cộng hưởng hoàn toàn đối xứng nên ít được dùng. +Tách sóng dùng cộng mạch hưởng ghép: Mạch điện tách sóng dùng cộng hưởng ghép như hình 2.8 us/u0 0, 5 0, 4 0, 3 0, 2 0, 1 0 u1 C1 C2 D1 D2 Lc uđb Cgh us 0, 5 1 1, 5 2 s b=2 b=3 b=1 b=0, 5 Hình 2. 8: a) Sơ đồ tách sóng tần số dùng mạch cộng hưởng ghép. b) Đặc tính truyền đạt của bộ tách sóng. Mạch làm việc theo nguyên tắc chuyển biến thiên tần số thành biến thiên về pha, sau đó thực hiện tách sóng pha nhờ bộ tách sóng biên độ. Đặc điểm tách sóng dùng mạch cộng hưởng ghép ít gây méo và dễ điều chỉnh, vì cả hai mạch đều cộng hưởng ở cùng tần số f0. Tuy nhiên trị số điện áp ra trong bộ tách sóng này vừa phụ thuộc tần số vừa phụ thuộc biên độ tín hiệu vào, nên nó sinh ra nhiễu biên độ. Để khắc phục hiện tượng này phải đặt trước bộ tách sóng một bộ hạn chế biên độ. 2.3. Điều biên-AM (Amplititude Modulation) 2.3.1.Điều chế *Định nghĩa :Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tín hiệu biến đổi theo tin tức. Để đơn giản cho việc minh hoạ và giải thích dưới đây ta cũng giả thiết tin tức và tải tin là các tín hiệu điều hoà: Tin tức: us =Uscoswst (2.15) Tải tin: ut=Utcoswtt (2.16) Khi đó tín hiệu điều biên: uđb= (Ut+Uscoswst) coswtt=Ut (1+mcoswst) coswtt (2.17) Qua biến đổi lượng giác ta có: uđb=Ut coswtt+ (m/2) Ut cos (wt +ws) t+ (m/2) Utcos (wt-ws)t (2.18) Trong đó là hệ số điều chế. Nhận xét rằng phổ tín hiệu điều biên gồm: +Tải tinUt coswtt. +Hai biên tần: biên tần trên: mU/2 cos (wt +ws) t. biên tần dưới: mU/2cos (wt -ws). us us Hình a wsmin wsMax w t uđb uđb Hình b Hình c wt-wsax wt-wsmin wt+wsmin wt+wsax w udb t t Hình 2.10.Tín hiệu điều biên a. Đồ thị thời gian và phổ tin tức b. Đồ thị thời gian và phổ tín hiệu điều biên với mÊ1 c. Đồ thị thời gian của tín hiệu điều biên với m>1 Hệ số điều chế m phải thoả mãn điều kiện: mÊ 1. Khi m >1 thì mạch có hiện tượng quá điều chế và tín hiệu bị méo trầm trọng. Hình 2.10 dưới đây minh hoạ phổ của tín hiệu điều biên với các trường hợp trên. *Quan hệ năng lượng trong điều biên: Trong tín hiệu đã điều biên chỉ có biên tần mang tin tức ,còn tải tin không mang tin tức .Ta cần xem xét năng lượng được phân bố như thế nào đối với các thành phần phổ của tín hiệu đẫ điều biên. Ta biết răng công suất tải tin là công suất trung bình trong một chu kì tải tin do đó :P~t= (2.19) Còn công suất biên tần: P~bt= (2.20) Công suất của tín hiệu đã điều biên là công suất bình quân trong một chu kỳ cuat tín hiệu điều chế: P~đb=P~t+2P~bt=P~t(1+m2/2). (2.21) Như vậy công suất của tín hiệu điều biên phụ thuộc vào hệ số điều chế m .Hệ số điều chế càng lơn thì công suất của tín hiệu đã điều biên càng lớn và cực đại khi m=1.Nhưng để giảm méo phi tuyến thường người ta chọn m<1 , do đó công suất biên tần thức tế chỉ bằng một phần ba công suất tải tần .Nghĩa là phần lớn công suất phát xạ phân bố cho thành phần phỏ không mang tin tức ,còn thành phần phổ chưá tin tức(các biên tần ) chỉ chiếm một phần nhỏ .Đây chính là nhược điểm của điều biên. *Các mạch điều biên: Các mạch điều biên được xây dựng dựa vào hai nguyên tắc sau đây: -Dùng phần tử tuyến tính: cộng tải tin và tín hiệu điều chế trên đặc tính của phần tử phi tuyến đó. -Dùng phần tử tuyến tính có tham số điều khiển được: nhân tải tin và tín hiệu điều chế nhờ phân tử tuyến tính đó. Về mạch điện người ta phân biệt các loại mạch điều biên sau: mạch điều biên đơn, mạch điều biên cân bằng, và mạch điều biên vòng. Để giảm méo phi tuyến người ta thường dùng mạch điều biên vòng như hình(2.11) .Ta lấy ví dụ đối với mạch sử dụng diot để minh hoạ phương pháp này. Ta có điện áp dặt lên các diot D1và D2 lần lượt là : u1=Uscoswst+Utcoswtt (2.22) u2=-Uscoswst+Utcoswtt Dòng điện qua các diot được biểu diễn theo chuỗi Taylor: i1=a0+a1u1+a2u12+a3u13+... (2.23) i2=a0+a1u2+a2u22+a3u23+... Do đó dòng điện ra i=i1-i2 (2.24) Thay (2.22)và (2.23) vào (2.24) ta lấy 4 thành phần đầu : i=Acoswst+Bcos3wst +C[cos(ws+wt)t+cos(wt-wst)+D[cos(2wt+ws)t+cos(2wt-ws)t] (2.25) Trong đó: A=Us(2a1+3a3U12+(1/2)a3Us2) B=a3Us3 C=2a2UsUt D=a3UsUt Phổ của mạch điều biên cân bằng được biểu diễn như sau: ut 0 ws 3ws wt-3ws wt wt+3ws 2wt w Hình 2.11.Mạch điều biên cân bằng và phổ tín hiệu tín hiệu điều biên . wt-ws wt+ws wt-ws wt-ws us CB D1 D2 uđb CB i2 i1 Để giảm độ rộng dải tần và giảm công suất phát đi với cùng một cự li thông tin người ta thường thực hiện điều chế đơn biên. Do phổ của dao động đã điều biên gồm tải tần và hai dải biên tần, trong đó chỉ có các biên tần mang tin tức. Vì hai dải biên tần mang tin tức như nhau, nên chỉ cần truyền đi một dải đi là đủ thông tin về tin tức. Tải tần chỉ cần dùng để tách sóng, do đó có thể nén toàn bộ hoặc một phần tải tần trước khi truyền đi. Quá trình điều chế nhằm tạo ra một dải biên tần gọi là điều chế đơn biên. 2. 3. 2. Tách sóng. Đối với tín hiệu biên độ quá trình tách sóng được đặc trưng bởi các tham số sau: - Hệ số tách sóng: tín hiệu vào bộ tách sóng là tín hiệu đã điều biên: uv, TS=UVTS (t) coswtt=Uwtcoswtt. (2.26) trong đó, UVTS biến thiên theo qui luật tin tức. Tín hiệu ra bộ tách sóng biên độ: URTS (t) =Ktần sốUVTS (t) (2.27) Với (2.28) Trong đó URTS (t) và UVTS (t) đều gồm có thành phần một chiều và thành phần biến thiên chậm theo thời gian: UVTS (t) =U0’+us’ (2.29) URTS (t) =U0”+u0” Thực tế đối với quá trình tách sóng chỉ quan tâm đến các thành phần biến thiên chậm (mang tin tức) do đó KTS=us”/us’ Trong đó us” đặc trưng cho sự biến đổi chậm của điện áp ra theo thời gian, còn us’ đặc trưng cho sự biến đổi của biên độ điện áp vào trên bộ tách sóng. Hệ số tách sóng càng lớn thì hiệu quả tách sóng càng lớn, Trong bộ tách sóng Nếu có KTS=const lúc đó bộ tách sóng không gây méo tuyến tính và được gọi là bộ tách sóng tuyến tính. - Trở kháng vào bộ tách sóng là tỉ số giữa biên độ điện áp cao tần và biên độ dòng điện cao tần đặt vào bộ tách sóng. ZVTS= Trị số ZVTS thường cho biết mức độ ảnh hưởng của bộ tách sóng đến nguồn tín hiệu vào . -Méo phi tuyến :k= Trong đó Iws, I2ws,...lần lượt là biên độ thành phần dòng điên bậc nhất ,bậc hai ...của tín hiệu điều chế . Mạch điện bộ tách sóng biên độ: +Tách sóng biên độ bằng mạch chỉnh lưu: có hai sơ đồ dùng loại sơ đồ tách sóng nối tiếp và sơ đồ tách sóng song song. iD= SuD khi uD³0 0 khi uD<0 2.30 Nếu tín hiệu vào đủ lớn sao cho diot làm việc trong đoạn tương đối thẳng của đặc tuyến thì ta có thể coi là quá trình tách sóng tín hiệu lớn, lúc đó quan hệ Volt-Ampe của diot được biểu diễn bằng phương trình: D C uđb=u’s C R us” uđb=us’ D R us” Hình 2.13. Sơ đồ bộ tách sóng biên độ bằng mạch chỉnh lưu a. Tách sóng nối tiếp. b. Tách sóng song song. Trong các sơ đồ dưới đây, diot chỉ thông đối với nửa chu kì dương của dao động cao tần ở đầu vào: +Tách sóng biên độ dùng phần tử tuyến tính tham số: bộ tách sóng biên độ dùng mạch nhân tương tự được minh hoạ như hình vẽ dưới đây: ut Hình 2.14. Tách sóng đồng bộ dùng mạch nhân tương tự. K uđb ur Trên đầu vào thứ nhất của mạch nhân có tín hiệu cần tách sóng: uđb=U1 (1+mcoswst) coswtt (2.31) Trên đầu vào thứ hai đặt vào một tải tin: ut=Utcos (wtt+j) (2.32) tín hiệu trên đầu ra: ur=uđb. ut. K (2.33) K: là hệ số nhân của mạch tương tự. Do vậy: (2.34) Dùng mạch lọc thông thấp có thể tách ra thành phần hữu ích: (2.35) Như vậy ta rút ra nhận xét sau: -Trong phổ điện áp ra không có thành phần tải tần. Thực tế do mạch nhân hoàn toàn không đối xứng, nên phổ điện áp ra có chứa tải tần với biên độ nhỏ. -Muốn tách sóng được điện áp ut đặt ở đầu vào thứ hai của mạch nhân phải có tần số bằng tần số tải tin của tín hiệu đã điều biên. -Biên độ điện áp đầu ra bộ tách sóng phụ thuộc vào góc pha j, với jlà góc lệch pha giữa tín hiệu cần tách sóng với tải tin phụ. Khi j=0, p, biên độ cực đại; khi j=±p/2, biên độ bằng không. Như vậy bộ tách sóng này vừa có tính chọn lọc về biên độ, vừa có tính chọn lọc về pha. Nói cách khác, đó là bộ tách sóng biên độ pha. Do đó, để tách sóng có hiệu quả, cần phải đồng bộ tín hiệu vào và tải tin phụ cả về tần số và về pha. Vì vậy bộ tách sóng này còn có tên là bộ tách sóng đồng bộ. *Nhận xét chung về phương thức điều biên và phương thức điều tần: Nhận xét trong kĩ thuật điều biên, chất lượng thông tin rất khó đảm bảo vì các lí do sau đây: Nhiễu phát sinh trên đường dây. Nhiễu lọt thẳng do bản chất của điều biên. Các xung điện do đóng mở khoá ảnh hưởng... . Tín hiệu điều biên nếu độ sâu điều chế lớn thì sẽ gây méo nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng thông tin. Mặt khác biên độ tín hiệu đã được điều biên trên tải tin còn phải chịu sự chèn ép thêm bớt của tạp âm: Uđb Hình 2.15a. Tín hiệu lí tưởng t Uđb Hình 2.15b. Tín hiệu thực tế 0 t Do qui luật điều chế là biến đổi biên độ của tải tin theo tín hiệu vào (tín hiệu âm tần) nên mặc dù khi điều chế coi như lí tưởng không có méo nhưng chỉ tín hiệu này đi qua các khâu không tuyến tính là gây méo dạng tín hiệu. Trong mạch phát và mạch thu có rất nhiều đoạn không tuyến tính như các mạch vào mạch khuếch đại, mạch công suất, mạch ghép vào ra... . Tất cả các khâu này dù mỗi khâu có độ méo dạng của tín hiệu khi qua là rất nhỏ nhưng nếu quá nhiều khâu sẽ làm độ méo dạng lớn gây sai lệch về thông tin. Mặt khác với qui luật điều biên thì khi thu phải đảm bảo rằng tín hiệu thu phải lớn hơn một ngưỡng nhất định thì mới có thể tách sóng được, do vậy yêu cầu công suất phát lớn. Vì những nhược diểm trên mà trong kĩ thuật FDM ít được sử dụng điều chế kiểu AM. Trong kĩ thuật điều tần, ta thấy rằng chỉ có nhiễu ở dạng điều tần mới có thể ảnh hưởng đến thông tin. Trong thực tế đa số nhiễu gây nên hiện tượng méo dạng sóng nhưng các hiện tượng này không gây ảnh hưởng tới qui luật điều tần tức là ảnh hưởng tới chất lượng thông tin. Do vậy đối với AM: Tỷ số: . (2.36) đối với FM: Tỷ số: . (2.37) Trong đó: S: Tín hiệu. N: Nhiễu. C: Sóng mang. G: Tăng ích khi dùng FM. Như vậy đối với cùng một công suất phát tín hiệu thì chất lượng thông tin của FM tốt hơn AM. Đặc biệt khi sử dụng nhiều tần số phát trong FDM thì việc chống ảnh hưởng của tần số lân cận của FM tốt hơn nhiều so với AM. Dưới đây ta minh hoạ phổ của hai loại điều chế này: w’2 w1’ wt1 w1 w2 w4 w3 wt2 w3’ w4’ w w11* w22* w33* Hình 2.16. Phổ của tín hiệu điều biên trong FDM. Ut1 Ut2 w33* w32* w31* w11*=wt1+2. wsmin; w12*=wt1+3. wsmin; w13*=wt1+4. wsmin; w31*=wt2+2. wsmin; w32*=wt2+3. wsmin; w11*=wt2+4. wsmin; Không có tần số Ut1 Ut1 -Dwm wt1 +Dwm -Dwm wt2 +Dwm w Hình 2.17 Phổ của tín hiệu điều tần.trong FDM Đối với điều tần, phổ như sau: 2.4.Điều chế xung mã - PCM (Pulse Code Modulation). 2.4.1.Khái niệm. Khi muốn biểu thị số liệu đo được của một quá trình vật lý ta có thể dùng đồ thị hoặc bảng thống kê. Vì đồ thị biểu hiện trên giấy giống như một tham số vật lý thể hiện một quá trình, nên có thể nói đồ thị này là sự thể hiện tương tự của tham số vật lý đó. Một bảng kê có thể biểu thị một tham số vật lý bằng một số các giá trị đo biểu thị bởi các chữ số, như vậy một bảng kê là sự biểu thị số của tham số đó. Việc chuyển đổi qua lại giữa đồ thị và bảng kê là hoàn toàn thực hiện được vì chúng cùng thể hiện một thông tin. Để chuyển đổi một đồ thị thành một bảng kê ta chọn một số điểm trên đồ thị đó và đọc giá trị số đo trên các trục toạ độ và lập bảng. Mặt khác, từ bảng kê ta có thể chuyển sang đồ thị bằng cách ta đánh dấu trong mặt phẳng toạ độ các điểm với các giá trị tương ứng trong bảng kê và vẽ một đường cong qua các điểm đó. Thang đo và số điểm cần phải chọn sao cho đồ thị đủ chính xác đối với từng mục đích. Một bản sao hoàn toàn chính xác sẽ không thực hiện được và không cần thiết. Điều này giải thích nguyên lý cơ bản của nguyên tắc điều xung mã PCM. Trong băng tần tiếng nói và các hệ thống truyền dẫn phân kênh theo tần số FDM (Frequency Division Multiplex) ta truyền tiếng nói ở dạng tín hiệu tương tự. Nhưng ở phương thức PCM ta truyền tiếng nói bằng một bảng kê. ở đây các giá trị trong bảng được mã hoá ở dạng tín hiệu điện. Bộ điều chế xung mã sẽ chọn một số điểm trên tín hiệu tương tự của tiếng nói, đo các giá trị biểu thị biên độ và thời gian này theo một thang chia. Sau đó các giá trị số đó được truyền dẫn qua đường truyền tới bộ giải điều chế xung mã. Bộ giải điều chế đánh dấu các giá trị rời rạc của tiếng nói và vẽ một đường cong trên các điểm đó, tức tái tạo lại tín hiệu tiếng nói ở dạng tương tự. 2.4.2.Nguyên lý PCM Mục trên đã giới thiệu những khái niệm về các quá trình cơ bản trong điều xung mã PCM. Sau đây sẽ trình bày các quá trình đó dúng theo tên của nó. Quá trình chọn các điểm đo trên đường cong tín hiệu tiếng nói tương tự gọi là lấy mẫu (Sampling). Các giá trị đo đó được gọi là các giá trị mẫu. Lấy mẫu là bước đầu tiên thể hiện tin hiệu tương tự dưới dạng số, vì các thời điểm lấy mẫu đã chọn sẽ chỉ ra tọa độ thời gian của các điểm đo. Biên độ của các mẫu tín hiệu có thể được nhận một giá trị trong phạm vi biên độ của tín hiệu tiếng nói. Trong thực tế khi đo các biên độ của mẫu ta thường quy tròn. Quá trình quy tròn đó gọi là lượng tử hoá, tất cả các giá trị biên độ của mẫu giữa hai điểm trong một bậc được nhận một giá trị lượng tử hoá giống nhau. Số mẫu đã lượng tử hóa là rời rạc vì ta chỉ có một số điểm đánh dấu không liên tục trên thang lượng tử. Tín hiệu tương tự Lấy mẫu Lượng tử hoá Mã hoá Tín hiệu tương tự Lấy mẫu Lượng tử hoá Mã hoá Tái tạo xung Tái tạo xung Đường truyền dẫn Hình 2.18. Điều chế xung mã PCM. Các khối chức năng Tín hiệu PCM Tín hiệu PCM Phát Thu Mỗi mẫu xung đã được lượng tử hóa được thể hiện bởi một điểm trên thang lượng tử, tức là ta đã biết được các tọa độ trên trục biên độ của các mẫu xung. Các quá trình lấy mẫu và lượng tử hoá tạo ra thể hiện bằng số cho tín hiệu tiếng nói gốc. Nhưng đại lượng này chưa phải ở dạng thích hợp nhất để truyền dẫn theo đường dây hoặc vô tuyến. Do vậy phải thực hiện quá trình mã hoá. Thông thường các giá trị mẫu xung được mã hóa ở dạng nhị phân. thường là mỗi mẫu xung lượng tử có thể mạng một trong 256 giá trị. Dưới dạng nhị phân, chúng sẽ được thể hiện bởi một nhóm chứa 8 phần tử. Nhóm này được gọi là một từ mã PCM. Để truyền dẫn các giá trị 0 và 1 người ta sử dụng một xung điện tương ứng với trạng thái không xung và có xung. Trên đường truyền, các xung trong các từ mã PCM sẽ bị biến dạng ngày càng nhiều. Tuy nhiên chừng nào vẫn có thể phân biệt được trạng thái không xung và có xung thì hiện tượng mất tin vẫn chưa xảy ra. Khi sử dụng phương pháp tái tạo xung, tức là các xung bị biến dạng nhiều sẽ được thay thế bởi các xung mới vào các khoảng thời gian thích hợp, thì tin tức có thể được truyền đi rất xa mà không bị méo. Đó là một trong những ưu việt của phương thức truyền dẫn số so với phương thức truyền dẫn tương tự. ở phía thu các từ mã PCM được giải mã, tức là chúng được biến đổi trở thành các mẫu xung lượng tử. Sau đó tín hiệu tương tự được phục hồi bằng cách bổ xung thêm phần tín hiệu giữa các mẫu lượng tử. Các khối chức năng của quá trình điều xung mã PCM được trình bày ở hình 2.1. 2.4.2.1. Lấy mẫu (Sampling) Lấy mẫu tức là lấy ra các giá trị tức thời của tín hiệu tương tự vào những khoảng thời gian cách đều nhau như hình 2.19. Bộ tạo mẫu Tín hiệu gốc Biên độ Biên độ Thời gian Thời gian Các mẫu TLM : Tốc độ lấy mẫu Hình 2.2. Quá trình lấy mẫu Tín hiệu mẫu là một dãy xung mà đường bao của nó là tín hiệu gốc. (2-1) (2-2) Theo lý thuyết lấy mẫu thì hiệu lấy mẫu chứa trong nó toàn bộ tín hiệu gốc nếu như nó thoả mãn định lý Nyquit (hay còn gọi là định lý Kachenkicop) như sau: Một tín hiệu s (t) liên tục theo thời gian có phổ hạn chế thì nó hoàn toàn được xác định bằng một dãy các giá trị tức thời lấy cách nhau một đoạn Trong đó fc là tần số cao nhất của tín hiệu. Bộ tạo mẫu Tín hiệu gốc Năng lượng/Tần số Năng lượng/Tần số Tần số Tần số Hình 2.20. Phổ năng lượng của quá trình lấy mẫu. fc fLM 2fLM b) Tín hiệu đã lấy mẫu fLM ³ 2fc Hình 2.20 mô tả lý thuyết lấy mẫu. Rõ ràng là phổ của tín hiệu lấy mẫu chứa phổ của tín hiệu gốc, có nghĩa là tin tức không bị mất. Trong kỹ thuật điện thoại vùng phổ tiếng nói từ 300Hz tới 3400Hz được sử dụng. Trong thực tế phổ tiếng nói của người kéo dài từ tần số thấp nhất là khoảng 100Hz cho tới tần số âm rất cao. Băng tần này được máy điện thoại hạn chế bớt nhưng mức hạn chế ở vùng tần số cao vẫn chưa đủ, vì vậy trước khi lấy mẫu tín hiệu tiếng nói cần phải cho qua bộ lọc thông thấp để hạn chế phổ tiếng nói dưới 3400Hz. Tần số lấy mẫu 8000Hz được dùng cho các hệ thống điện thoại PCM. Tần số này lớn hơn hai lần tần số cao nhất trong băng tần tín hiệu thoại là 3400Hz một ít do những khó khăn khi chế tạo các bộ lọc thông thấp có đủ độ dốc. Tín hiệu mẫu thường được gọi là tín hiệu điều biên xung vì nó gồm một dãy xung có biên độ được điều chế nguyên thủy. Điều biên xung PAM (Pulse Amplitude Modulation) là một phương pháp điều chế xung tương tự vì biên độ của các xung biến đổi liên tục theo sự biến đổi của tín hiệu nguyên thủy. Do các hệ thống PAM tương đối đơn giản nên chúng cũng được dùng trong kỹ thuật điện thoại. Tuy nhiên kỹ thuật PAM không thích hợp để truyền dẫn qua cự ly xa vì khi đó khó có thể tái tạo lại xung đủ chính xác. Điều này rất quan trọng vì dãy xung PAM chứa tin tức ở dạng xung. 2.4.2.2. Lượng tử hoá Bộ lượng tử hoá Tín hiệu điều biên xung (Tín hiệu mẫu) Biên độ Biên độ Tín hiệu lượng tử hoá Mức lượng tử Khoảng lượng tử Thời gian Thời gian Hình 2.21. Quá trình lượng tử hoá. Trong quá trình lượng tử hóa phạm vi biến đổi liên tục của biên độ xung được quy thành một số hữu hạn các giá trị biên độ. Giải biên độ được chia thành nhiều khoảng. Tất cả các mẫu xung có biên độ nằm ở một khoảng lượng tử nhất định đều được nhận một giá trị biên độ giống nhau (Hình 2.4). Việc làm tròn biên độ mẫu xung không thể tránh khỏi sai số dẫn tới biến dạng lượng tử. Biến dạng này có thể được giảm khi ta tăng đủ lớn số lượng mức biên độ cho phép và hoàn toàn chấp nhận được vì có thể truyền dẫn không có lỗi khi có một số nhất định các biên độ rời rạc. Qua hình 2.21 ta thấy biến dạng lượng tử hóa không phụ thuộc vào biên độ mẫu xung. Điều đó có nghĩa là người nói to cũng như người nói nhỏ đều y x Bộ mã hóa y x Bộ giải mã Đường dây Tín hiệu vào PAM Tín hiệu ra PAM Bộ nén Bộ giãn y x 1 1/2 1/4 1/8 1/128 1 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8 1 2 3 4 5 6 7 11 12 13 10 Hàm nén giãntheo quy luật A Hình 2.22. Nén giãn theo quy luật A. gây ra méo lượng tử hóa như nhau cho người nghe. So với mức tiếng nói thì người nói nhỏ tạo ra mức biến dạng nhiều hơn người nói to. Để có được biến dạng lượng tử ở mức chấp nhận được trong toàn bộ dải động của tín hiệu tiếng nói thì các khoảng lượng tử cần phải được định lượng dựa vào mức tiếng nói nhỏ, tức là các khoảng lượng tử phải rất nhỏ. Theo cách lượng tử đó thì biến dạng lượng tử mức tiếng nói to sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với mức cần thiết, nhưng phải trả giá bằng việc tăng số lượng các mức lượng tử. Rõ ràng là độ méo lượng tử hóa không độc lập mà có liên quan tới biên độ, các xung mẫu nhỏ cần có biến dạng lượng tử nhỏ còn những xung mẫu lớn phải nhận biến dạng lượng tử lớn. Từ đó cho ta giải pháp tối ưu giữa chất lượng truyền dẫn và số lượng khoảng lượng tử. Điều này có thể được thực hiện theo hai cách: Nén dải động của tín hiệu trước khi lượng tử hóa và giãn phục hồi ở phía thu Tăng khoảng lượng tử theo biên độ Quá trình này thường được gọi là nén giãn. Các hệ thống PCM hiện đại dùng phương pháp nén giãn thứ hai. Có thể nhận được tỷ số tín hiệu trên tạp âm lượng tử (S/N) gần như không đổi trong cả dải tiếng nói khi khống chế sự biến đổi kích thước khoảng lượng tử theo hàm số Logarit. Phương pháp này cho phép sử dụng số lượng mức lượng tử ít hơn nhiều so với phương pháp lượng tử hóa theo khoảng cách đều nhau. Đối với kỹ thuật điện thoại PCM, CCITT (International Telegraph & Telephone Consultative Committee) khuyến nghị sử dụng hai quy luật nén giãn thường gọi là quy luật A và m. Quy luật A như mô tả ở hình 2.22. Với x < 1/A Với 1/A < x < 1 Với luật A thuật toán nén-giãn tín hiệu được thực hiện theo công thức sau: Trong đó: Sgn (x): Hàm của tín hiệu có biên độ x. A (x): Hàm nén tín hiệu. A = 87, 6: Hằng số xác định mức độ nén. Thành phần thứ nhất trong công thức trên chỉ rõ với các giá trị mức nhỏ của mẫu tín hiệu x thì đầu ra biến thiên phụ thuộc tuyến tính đối với đầu vào. Đối với thành phần thứ hai của công thức, giá trị tín hiệu đầu ra được xấp xỉ hoá theo các Segment tuyến tính. Đặc tuyến nén theo luật A có 8 Segment trong cức tính “+” và 8 Segment trong cực tính “-” do vậy tổng số có 16 đoạn. Tuy vậy 2 Segment đầu của các cực tính “+” và “-” xấp xỉ bằng một đoạn tuyến tính chung do đó có tổng số Segment là 13 như hình 2.5. Tóm lại luật nén A có các đặc trưng chi tiết sau: Dải động biên độ tín hiệu đầu vào được chia thành 8 Segment cho cả cực tính dương và cực tính âm. Cho mỗi Segment bước lượng tử tăng theo cơ số 2. Cho mục tiêu mã hóa, mỗi Segment được mã hóa bằng một tổ hợp mã nhị phân 3 bit. Mỗi Segment được chia thành 16 bước lượng tử đều và sử dụng tổ hợp mã nhị phân 4 bit để mã hóa 16 mức tương ứng. Mỗi mức được trình diễn bởi tổ hợp mã nhị phân 8 bit (1 bit cho dấu cực tính, 3 bit cho Segment và 4 bit cho mức lượng tử trong 1 Segment). Hằng số A=87, 6. Các giá trị biên độ được phân chia giới hạn tối đa là 4096 trong cả hai cực tính “+” và “-” (Điều này chỉ có nghĩa rằng biên độ lớn nhất của tín hiệu vào là 4096). Các điểm cuối của Segment, các mức lượng tử hóa và các tổ hợp mã nhị phân tương ứng theo luật A liệt kê trong bảng 2.1. Giá trị biên độ 4096 gọi là điểm ảo. Bất kì biên độ nào vượt quá 3968 sẽ được mã hóa là 11111111. CCITT đã định rõ 4096 là điểm xảy ra quá tải. Có thể cho rằng biên độ mẫu tần số có giá trị tới 64 được xếp vào bước lượng tử 2, 64-128 được xếp vào 4,... Hệ số nén tín hiệu là: Hay Dải biên độ vào Kích thước bước Mã Segment Mã lượng tử Giá trị mã Biên độ giải mã 0-2 2 000 0000 0 1 2-4 0001 1 3 ... ... ... ... 30-32 1111 15 31 32-34 001 0000 16 33 ... ... ... ... 62-64 1111 31 63 64-68 4 010 0000 32 66 ... ... ... ... 124-128 1111 47 126 128-136 8 011 0000 48 132 ... ... ... ... 248-256 1111 63 252 256-272 16 100 0000 64 264 ... ... ... ... 496-512 1111 79 504 512-544 32 101 0000 80 528 ... ... ... ... 992-1024 1111 95 1008 1024-1088 64 110 0000 96 1056 ... ... ... ... 1984-2048 1111 111 2016 2048-2176 128 111 0000 112 2112 ... ... ... ... 3968-4096 1111 127 4032 Bảng 2.1 Các đặc trưng của luật nén giãn và mã hóa A Với luật m thuật toán nén-giãn tín hiệu được thực hiện theo công thức sau: Trong đó: -1 Ê x Ê +1 m là yếu tố xác định mức độ nén giãn. Luật m được sử dụng ở Nhật, Bắc Mỹ trong các hệ thống PCM 24 kênh. Luật m có 15 Segment cho cả hai cực tính “+” và “-”. Trong đó cực tính “+” có 7 đoạn (+1/8 á +1), cực tính “-” có 7 đoạn (-1/8 á -1) và một đoạn giữa (-1/8 á +1/8) với hề số góc là 32. Mẫu tín hiệu vào có thể phân chia tới 8160 giá trị. Giá trị hằng số m = 255 và cũng dùng tổ hợp mã nhị phân 8 bit. Hệ số nén tín hiệu là: 2.4.2.3. Mã hoá Các mẫu xung đã được lượng tử hóa vẫn chưa phù hợp để truyền dẫn vì khó có được các mạch điện tái tạo xung mà có thể phân biệt được số lượng lớn các biên độ mẫu, thường là 256, cần cho tín hiệu tiếng nói. Tuy nhiên có thể linh hoạt mã hóa những biên độ này bằng tín hiệu điện thích hợp để truyền dẫn. Nói chung mẫu xung lượng tử có thể được thành 2 hay nhiều xung có số mức biên độ ít hơn cho mỗi xung. Một nhóm n xung mỗi xung có b mức xung thể hiện bn mức xung lượng tử. Bảng 2.2. Như đã biết các xung có 2 mức, như xung nhị phân, tiện để truyền dẫn vì chúng dễ tái tạo trên đường truyền. Các mạch điện thực hiện có khả năng phân biệt được trạng thái có của một xung cũng dễ chế tạo. Số Mức biên độ bn Số xung n Số mức của mỗi xung b 256 256 256 256 1 2 4 8 256 16 4 2 Bảng 2.2. Bảng chọn cách mã hóa cho các mẫu lượng tử 256 mức Ngày nay các hệ thống thực tế sử dụng mã nhị phân để mã hoá cho các mẫu xung tiếng nói đã lượng tử như hình 2.6. Vì trong kỹ thuật điện thoại ta dùng 256 mức lượng tử nên mỗi mẫu xung được mã hóa bằng một nhóm mã, hoặc gọi là từ mã PCM, chứa 8 xung nhị phân (8 bit) cụ thể như sau: x = p abc wuyz Trong đó: x: Giá trị mẫu tín hiệu vào p: Bit có trọng số nhỏ nhất chỉ thị dấu của mẫu tín hiệu: p=1: Cho tín hiệu có cực tính “+” p=0: Chỉ tín hiệu có cực tính “-” abc: Là 3 bit chỉ thị số thứ tự của Segment wuyz: Mã 4 bit chỉ thị vị trí của giá trị trong Segment Bộ mã hoá 111 110 101 100 000 001 010 011 +3 +2 +1 +0 -0 -1 -2 -3 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 01 0 1 1 0 0 +0 +2 +3 +1 -1 -2 -0 +1 +0 Tín hiệu đã điều chế xung mã Các mẫu lượng tử hoá Hình 2.23. Mã hóa mẫu xung lượng tử 8 mức dùng từ mã 3 đơn vị Trong thực tế công nghệ chế tạo các cấu kiện vi mạch, lượng tử hóa và mã hóa được thực hiện đồng thời bởi một mạch điện gọi là bộ mã hóa. Nó biến đổi các mẫu tín hiệu PAM thành các tổ hợp mã 8 bit nhị phân (từ mã PCM) bằng đường cong dặc tuyến nén-giãn như hình 2.5. Do tần số lấy mẫu là 8000 mẫu/giây nên tín hiệu tiếng nói được điều chế xung mã sẽ tạo ra một tín hiệu số với tốc độ 64kbit/s. Máy phát PCM Trạm lặp (Tái tạo xung) Định thời Mã thu Mã được tạo lại Mã truyền phát Ngưỡng Ngưỡng 1 0 1 Hình 2.24b. Các dạng xung trên đường truyền 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NRZ AMI (RZ) B6ZS B3ZS HDB3 CMI Manchester Clock 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 V B 0 V B 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 V 0 B 0 V B 0 V 0 B 0 V 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 V B 0 0 V 0 0 0 B 0 0 V 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Hình 2.24a. Các loại mã trên đường truyền 2.4.2.4. Truyền dẫn Thông thường tín hiệu số từ máy phát được phát đi ở dạng một chuỗi xung đơn cực theo kiểu không quay về không (None Return to Zero-NRZ), hình 2.7.a. 2..4.2.4.1 Mã lưỡng cực (mã AMI) Tín hiệu dưới dạng mã NRZ không phù hợp để truyền dẫn qua cự ly xa. Vì vậy ta thường sử dụng dạng tín hiệu tốt hơn, đó là loại tín hiệu lưỡng cực quay về không (Return to Zero-RZ)hay còn gọi là mã AMI. Ưu điểm của tín hiệu này là: Nó không chứa năng lượng ở vùng phổ thấp, tức là nó không có thành phần một chiều. Điều này gây nên sự đổi cực của các xung do đối đỉnh luân phiên của các xung. Can nhiễu giữa các kí hiệu được giảm đi nhờ đặc tính quay về không Nhược điểm của mã lưỡng cực là không có chức năng khử trên các mã 0 liên tục, người nhận gặp phải khó khăn khi tách riêng thời gian của nó. Để khắc phục nhược điểm trên, ngoài mã AMI ra, người ta còn dùng các loại mã sau: 2.4.2.4.2 Mã BnZS (Mã lưỡng cực với sự thay thế n số 0) Đó là phương pháp chuyển đổi n số 0 liên tục thành n số các mã đặc biệt có các xung vi phạm lưỡng cực. Tại đầu thu sẽ tách các mã vi phạm lưỡng cực rồi chuyển chúng thành n số 0 để nhận được các mã gốc. Các mã BnZS gồm các loại sau Mã B6ZS: là các mã nhận được do chuyển đổi 6 chữ số 0 liên tiếp thành các mẫu 0VB0VB. Các mã này được dùng cho giao tiếp của việc báo hiệu ghép kênh cấp 2 (6, 312kbit/s) trong tiêu chuẩn T2 (Bắc Mỹ và Nhật). B: là xung lưỡng cực thông thường V: là xung vi phạm lưỡng cực 0: là xung mức 0 Mã B3ZS: Là các mã nhận được do chuyển đổi 3 chữ số 0 liên tiếp thành các mẫu B0V hoặc 00V sao cho hai bit V liên tiếp không có cùng cực tính. Chúng được dùng trong hệ thống 44, 736Mbit/s ở Bắc Mỹ. 2.4.2.4.3 Mã lưỡng cực mật độ cao HDBn Nguyên lý của việc mã hóa này là chuyển đổi (n+1) số 0 liên tiếp thành một chuỗi (n+1) xung có xung vi phạm lưỡng cực tại xung cuối cùng. Để loại bỏ các thành phần một chiều DC có thể được gây ra bởi xung 0 liên tục tại bộ giải mã, yêu cầu phải thêm xung B vào sao cho hai xung V liên tiếp cạnh nhau không cùng cực tính. Do sự phân cực của xung V luôn thay đổi nên các yếu tố DC bị triệt tiêu. Các dạng điển hình của HDBn là: Mã HDB2: Tượng tự như B3ZS Mã HDB3: Biến đổi 4 số 0 liên tiếp thành 000V hoặc B00V. 2.4.2.4.3.Mã CMI và mã Manchester Mã CMI là kiểu mã hai mức, các cực được chuyển đổi luân phiên, độ rộng xung của bit 1 gấp đôi độ rộng xung của bit 0. Vì thế năng lượng một chiều DC không tồn tại và trạng thái tín hiệu thay đổi nhiều, vì vậy nó có hiệu ứng định thời gian tốt. Mã Manchester cũn tương tự như mã CMI nhưng độ rộng các bit 0 và 1 là như nhau nhưng cực tính của chúng là ngược nhau, nghĩa là: Mức 1 gồm: Nửa ‘+’ và nửa ‘-’ Mức 0 gồm: Nửa ‘-’ và nửa ‘+’ Các loại mã trên đây được trình bày trong hình 2.24a. Tuy đã khử được thành phần một chiều nhưng trong quá trình truyền dẫn, tín hiệu cũng bị suy hao, biến dạng và cộng thêm tạp âm. Vì vậy tại một vị trí nào đó trên đường truyền tín hiệu cần phải được phục chế. Tại đó ta đưa vào một thiết bị, thiết bị này kiểm tra dãy xung bị biến dạng và xác định giá trị nhị phân của các xung là 1 hay 0, sau đó nó tạo ra và phát nên đường truyền các xung mới phù hợp với kết quả kiểm tra. Thiết bị này thường được gọi là trạm lặp, hình 2.24b. Vì dãy xung đã được gọt sửa lại, tạp âm sinh ra khi truyền dẫn cũng bị loại bỏ, hoặc ít nhất biên độ tạp âm cũng không còn đủ lớn để thiết bị lặp cũng không nhầm mức của mã tín hiệu nhận được. Thực tế tín hiệu đã tái tạo giống như dạng tín hiệu phát ngay cả khi qua nhiều trạm lặp. Đó là lí do chất lượng truyền dẫn cao được chấp nhận. 2.4.2.5 Giải điều chế Tại phía thu quá trình biến đổi tín hiệu PCM thu được sang dạng tín hiệu tiếng nói tương tự bao gồm: tái tạo xung, giải mã và khôi phục. Mục tiêu của quá trình tái tạo và cách thực hiện tương tự trên đường truyền, tức là thay thế các xung đã biến dạng bằng các xung vuông mới, xem hình 2.7b. Trước khi đưa vào bộ giải mã, tín hiệu lưỡng cực được biến đổi về dạng đơn cực. Trong quá trình giải mã, các từ mã được chuyển sang các Bộ giải mã 111 110 101 100 000 001 010 011 +3 +2 +1 +0 -0 -1 -2 -3 Các mẫu lượng tử hoá Hình 2.25. Giải mã các mức biên độ đã được mã hóa. 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 01 0 1 1 0 0 +0 +2 +3 +1 -1 -2 -0 +1 +0 Tín hiệu điều chế xung mã Thời gian Bộ lọc thông thấp Tái tạo lại tín hiệu gốc Biên độ Thời gian Biên độ Thời gian Các mẫu Hình 2.26a. Tái tạo lại tín hiệu tương tự Các mẫu lượng tử dạng xung có biên độ giống như biên độ của các xung mẫu đã được lượng tử hóa tạo lên các từ mã này. Như vậy sau khi qua bộ giải mã, dãy xung mẫu Bộ lọc thông thấp fc fc fc 2fLM 3fLM Tần số Tần số Tần số PAM Năng lượng/Tần số Suy hao Năng lượng/Tần số Phổ tín hiệu lấy mẫu Đặc tính của bộ lọc thông thấp Phổ tín hiệu được lặp lại Tín hiệu tương tự Hình 2.24b. Tái tạo lại tín hiệu tương tự biểu thị bởi sơ đồ phổ lượng tử đã được phục hồi, Hình 2.25. Tín hiệu tương tự được tạo tại nhờ một bộ lọc thông thấp như ở hình 2.25a, quá trình này được mô tả như ở hình 2.25b. Phổ của tín hiệu mẫu chứa phổ của tín hiệu gốc qua bộ lọc thông thấp có tấn số cắt là fc Hz gạt bỏ tất cả các thành phần tần số phía trên tần số cắt fc Hz và giữ lại phổ gốc của tín hiệu tương tự. Chương 3 Các phương pháp ghép kênh. 3.1.Khái niệm Trong việc truyền thông tin nói chung, do có nhiều thông tin khác nhau cần truyền đi một lúc, vì vậy để phối hợp truyền thông có hiệu quả người ta người ta phải thực hiện việc ghép các kênh thông tin tại đầu thu sao cho tại phía thu người ta thực hiện việc tách các kênh tương ứng. Muốn vậy người ta phải sử dụng các phương thức ghép, tách kênh khác nhau. Do sự tiến bộ của khoa học ngày càng có nhiều công nghệ khác nhau để thực hiện công việc này. Dưới đây em xin trình bày 3 phương pháp đang được sử dụng. 3.2. ghép kênh theo tần số Đây là phương thức cổ điển, hiện vẫn đang được sử dụng nhờ những ưu điểm rất đơn giản trong việc thực hiện ghép và tách kênh. Cơ sở của phương pháp này chính là chuyển phổ của tín hiệu ở miền tần số thấp lên miền tần số cao. Người ta phân chia khoảng băng tần sẵn có thành một lượng kênh xác định và dải thông của mỗi kênh tuỳ thuộc vào kiểu tín hiệu thông tin được truyền đi... . Thông tin được truyền đi được đặt lên một sóng mang ở tần số trung tâm. Nếu tần số sóng mang chọn quá gần nhau thì phổ của các kênh sẽ chồng lên nhau ảnh hưởng tới chất lượng thông tin, còn nếu chọn các tần số quá xa nhau thì lãng phí dải thông đường truyền. Ta nhận thấy rằng phổ của tín hiệu sau khi điều chế ngoài phổ của sóng mang còn hai biên tần trên và biên tần dưới có độ rộng bằng độ rộng phổ của tin tức như hình trên. Khi truyền FDM ta có thể truyền cả hai biên tần DSB (Double Side Band) hoặc chỉ truyền một biên SSB (Single Side Band) thậm trí có thể không có sóng mang. Vídụ như trong điện thoại người ta truyền một băng bên không có sóng mang. Trong hệ thông ghép kênh theo tần số người ta đưa ra các nhóm chuẩn cho kênh thoại có dải thông 4kHz như sau: 1 2 3 .................. 12 12 16 20 24 60 f (kHz) Hình 3.2: Ghép kênh FDM nhóm cấp I. *Nhóm cấp I: (nhóm sơ cấp) Gồm 12 kênh thoại và được mang bởi một sóng mang. Như vậy dải thông của cả nhóm sẽ là: 12kênhx4kHz=48kHz. 1 2 3 4 5 312 360 408 456 504 552 f (kHz) Hình 3.3 Ghép kênh FDM nhóm cấp II *Nhóm cấp II: Mỗi nhóm cấp 2 được ghép bới 5 nhóm cơ bản, như vậy nó gồm 12x5=60 kênh thoại. Dải thông của cả nhóm sẽ là: 60 kênh x4kHz =240kHz. *Nhóm cấp III: (siêu nhóm) Mỗi nhóm được ghép bởi 5 nhóm cấp IInhư vậy nó gồm 60x5=300 kênh thoại. Dải thông của cả nhóm cấp III sẽ là: 8kHz 1 2 3 4 5 812 1060 f (kHz) Hình 3.4: Ghép kênh FDM nhóm cấp III 300kênh x4kHz=1, 2MHz 0, 3 3, 4 (F-3, 4) (F-0, 3) F (F+0, 3) F+3, 4) f Hình 3.1 Phổ tần số trên đường truyền. Để minh hoạ cho việc ghép, tách kênh theo tần số ta xét sơ đồ khối ghép kênh của 3 kênh thoại, mỗi kênh thoại có băng tần từ 0, 3á3, 4 Khz qua biên điệu để chuyển lên băng tần cao hơn đã dành sẵn cho mỗi kênh đó và truyền lên đường dẫn. *Nguyên lí hoạt động: Trong sơ đồ này thì phía phát là các tín hiệu thoại có băng tần 0, 3á3, 4khz của các thuê bao được đưa qua bộ điều chế riêng biệt. Cụ thể thuê bao thứ nhất đưa vào bộ điều chế thứ nhất M1, thuê bao thứ hai đưa vào bộ điều chế thứ hai M2, thuê bao thứ ba đưa vào bộ điều chế thứ ba M3. Các bộ điều chế này có tần số mang khác nhau: F1ạF2 ạ F3. Đầu ra của bộ điều chế được hai băng sóng. Băng trên (F+f), băng dưới (F-f) M3 f3 f3 D3 0, 3á 3, 4 0, 3á3, 4 F3 F3 M2 f2 f2 D2 0, 3á 3, 4 0, 3á3, 4 F2 F2 M1 f1 f1 D1 0, 3á 3, 4 0, 3á3, 4 F1 F1 M: Bộ điều chế (Modulation). D: Bộ Giải điều chế (Demodulation). F. Tần số sóng mang (Frequency). f: Bộ lọc. (Filter). Hình 3.5 .Sơ đồ nguyên lí mạch ghép kênh theo tần số. Tiếp đến các bộ lọc có nhiệm vụ lọc lấy một băng (hoặc băng trên hoặc băng dưới) và đưa lên đường dây và truyền đến đối phương. Tín hiệu truyền trên môi trường truyền dẫn là tín hiệu tập hợp của mỗi kênh chiếm một khoảng trên trục tần số Phía thu dùng các bộ lọc thu lọc lấy băng thích hợp. Băng tần lọc ra qua bộ giải điều chế nhận lại tín hiệu ban đầu. 3.3. ghép kênh theo thời gian. 3.3.1Nguyên lí ghép kênh. Đây là phương thức khá ưu việt hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị thông tin đáp ứng được nhu cầu thông tin ngày một cao. Trong phương thức ghép theo tần số ta đã thấy các tín hiệu tham gia ghép kênh được truyền đồng thời và liên tục về mặt thời gian nhưng trên các khoảng tần số khác nhau. Khi số lượng kênh tăng lên, do số dải tần là có hạn nên không đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật đề ra. Trong kĩ thuật TDM thì ngược lại các tín hiệu được chia cắt về mặt thời gian sau đó có thể lượng tử hóa và mã hoá thành tín hiệu số. Các tín hiệu nguyên thuỷ sau khi biến đổi thành tín hiệu số sẽ được sắp xếp về mặt thời gian sao cho từng tín hiệu sẽ được truyền đi tại một thời điểm nhất định. Các tín hiệu khác nhau được ghép ở các thời điểm khác nhau. Bên thu muốn tách được tín hiệu phải sử dụng thiết bị đồng bộ để lấy các tín hiệu ở các thời điểm xác định. Bộ chuyển Bộ phân mạch phối 1 1 2 5 5 2 3 3 4 4 Xung ĐB Tách xung khung ĐB khung 1 2 3 4 Hệ thống truyền dẫn Hình 3.6 Sơ đồ khối ghép kênh theo thời gian 1 2 3 4 Để minh hoạ, dưới đây ta xét sơ đồ khối đơn giản ghép kênh theo thời gian của bốn tín hiệu thoại của 4 kênh thuê bao để truyền trên tuyến truyền dẫn. Sơ đồ này chỉ thể hiện truyền dẫn theo một hướng. *Nguyên lí hoạt động: Phía phát có bộ chuyển mạch, phía thu có bộ phân phối. Hai bộ này có tốc độ quay như nhau nhưng quay ngược chiều nhau. Vị trí của chổi phải đặt lên trên cùng một tiếp điểm như nhau. Gốc thời gian được tính khi chổi lên tiếp điểm thứ 5 .Xung từ bộ tạo xung qua tiếp điểm thứ 5 để truyền qua hệ thống gọi là xung đồng bộ khung. Xung ở đây chính là thời gian chổi quay hết đúng một vòng và bằng 125ms. Sau khi phát xung đồng bộ khung là đến xung kênh 1... . Cuối khung là xung kênh 4 và lại tiếp tục lặp lại khung khác. Phía thu trước tiên tách xung đồng bộ khung, tiếp đến chổi của bộ phân phối tiếp xúc với tiếp điểm kênh 1...., cuối cùng chổi tiếp xúc với kênh 4. Nhờ quay đồng bộ cả về thời gian và về pha của chổi bộ chuyển mạch và bộ phân phối nên tín hiệu kênh nào được đi vào thuê bao bị gọi tương ứng kênh ấy. 1 3 22 F 4 2 1 3 2322 F 4 2 1 3 22 F 4 2 1 3 22 F 4 2 ............. Hình 3.7 Dạng sóng TDM V t Hình trên minh hoạ hình ảnh truyền xung của các kênh. Trong đó: F là xung đồng bộ khung, đây cũng là thời điểm bắt đầu khung sau và là thời điểm kết thúc của khung liền trước. Khoảng cách giữa hai xung F liền kề nhau băng chu kỳ lấy mẫu: Tm=125ms. 3.3.2.Các phương pháp ghép kênh. Để ghép các kênh thông tin với nhau tạo thành một luông thông tin mới có tốc độ bít cao hơn người ta có nhiều cách ghép. Với ví dụ ghép 4 kênh thông tin (A, B, C, D) có cùng tốc độ bit thành luồng có tốc độ bằng 4 lần tốc độ bit mỗi kênh như trên, dưới đây ta xét các phương pháp ghép cho các kênh này. * Ghép từ: Ghép từ tức là thực hiện ghép từng từ mã 8 bit của mỗi kênh thông tin với nhau. Cứ truyền một từ mã 8 bit của tín hiệu này tiếp sau từ mã 8 bit của tín hiệu khác. Như vậy bên phát việc ghép kênh thực hiện đơn giản và có tốc độ nhanh nhưng ở phía thu rất khó xác định chính xác từng nhóm 8 bit của từ mã. Phương pháp này chỉ sử dụng với tín hiệu có tốc độ lớn hơn hoặc bằng 64kbit/s. * Ghép bit: Ghép bit thực chất là việc ghép từng bít của các kênh thông tin với nhau. Thông tin trên mỗi kênh được phân chia tới từng bít trước hêt người ta thực hiện ghép lần lượt tất cả các bit đầu tiên của các kênh với nhau sau đó tiếp tục ghép đến bít thứ hai và quá trình cứ thế tiếp tục cho tới các bít cuối cùng. Như vậy bên phát phức tạp nhưng bên thu thì đơn giản chỉ cần đồng bộ tốt là có thể tách từng bit của mỗi kênh. a1 TF a8 A c1 c8 C A B C D a1b1c1d1 a8b8c8d8 Hình 3.8 Sơ đồ ghép bit & từ d1 d8 D b1 b8 B a1... a8 b1.... b8 c1.... c8 d1....d8 1........ 8 * Ghép thống kê: được sử dụng để ghép nhiều nguồn tin có dung lượng khác nhau. Khi đó nguồn nhiều tin sẽ được phân bố cho nhiều khe thời gian hơn những nguồn ít tin.Ta có thể lấy ví dụ trong phát thanh số Audio có dải tần từ 100Hz tới 15000Hz như tần số lấy mẫu phải là: 32kHz.Nếu một mẫu mã hoá được 10 bit thì tốc độ bit của mỗi kênh Audio sẽ là: 32 kHz.10bit=320kb/s 32kb=5x64kb=5 kênh thoại. Như vậy để truyền một kênh Audio thì phải cấp cho nó 5 khe thời gian.Với luồng 2, 048 M (30 kênh thông tin) thì có thể truyền được cả 6 kênh Audio hoặc 25 kênh thoại và 1 kênh Audio. * Chèn bít: Trong ghép kênh chèn bit để thực hiện các công việc đồng bộ hay để nhận biết các luồng thông tin như chèn bit qui ước (Quốc tế, quốc gia..). Có hai nguyên lí chèn bit đó là chèn âm và chèn dương: -Chèn dương: khi ta ghép N dòng số có tốc độ mỗi dòng vx vào một luồng có tốc độ lớn hơn N.vx thì ta phải chền them các bit không mang thông tin vào dòng số đó để có tốc độ N.vx’ bằng tốc độ luồng trước. -Chèn âm là công việc ngược lại của chèn dương tức là lấy bớt đi một số bit trong các dòng số để khi ghép lại thì tổng tốc độ các dòng bằng tốc độ luồng.Chèn âm ít được sử dụng vì nó ảnh hưởng tới thông tin trong dòng số 3.2.3.Phân cấp TDM: Để dễ dàng trong việc đồng bộ, ghép tách các kênh thông tin người ta thực hiện phân cấp đồng bộ các dòng luồng tín hiệu số .Cách phân cấp dựa theo tiêu chuẩn mà các hệ thống viễn thông lớn trên thế giới đưa ra .Hiện nay có các tiêu chuẩn chính được sử dụng phổ biến sau: 1 96 6,312Mb/s 1,544Mb/s 64kb/s 1 24 Digital video 1 4 1 7 1 6 44,368Mb/s 64kb/s 274Mb/s I II III IV Hình 3.9: Sơ đồ ghép kênh theo tiêu chuẩn Bell system *Tiêu chuẩn Bell system (Mỹ): Luồng TDM sơ cấp có tốc độ là: 1,544Mb/s bao gồm 24 kênh thoại nhỏ hơn tốc độ nguồn sơ cấp .Bao gồm 24 kênh thoại số.Tuy nhiên ta nhận thấy rằng : 64kbit/s x24=1,536 Mb/s nhỏ hơn tốc độ luồng sơ cấp do người ta sử dụng kĩ thuật chèn bít dương để chèn thêm các bít đồng bộ và báo hiệu để cho tốc độ các kênh ghép lại bằng tốc độ luồng sơ cấp .Nên tốc độ sẽ là : 1,536Mb/s +8kbit/s =1,544Mb/s. Với chu kì khung TF= 125ms thì : 1,536bit/s ứng với 192 bit/1khung. 1,544bit/s ứng với 193 bit/1khung. Ts1 Ts24 1bit 8 bit 8 bit F TF=125ms Hình 3.10..Khung thời gian chèn bit Báo hiệu sử ở đây là báo hiệu liền kênh. Do vậy ta phải sử dụng1 bít để chèn vào mỗi khung như sau: Bit F (khung) :là bit dùng để đồng bộ hay báo hiệu và còn làm nhiệm vụ cách li giữa các khung. Trong một đa khung gồm 12 khung, như vậy ta có 12 bit F .Trong đó : 6 bit dùng để đồng bộ đa khung. 6 bit dùng để đồng bộ khung. Luồng TDM cấp hai được ghép từ bốn luồng TDM sơ cấp 1,544Mbit/s .Luồng này không cần báo hiệu, chèn đồng bộ dương. Luồng TDM cấp hai có tốc độ 6,312Mbit/s mà tốc độ khi ghép bốn kênh 1,544Mbit/sx4=6,176Mbit/s.Như vậy số bit phải chèn thêm sẽ là: 1 4 6,312Mb/s 1,544Mb/s 397,2Mb/s 1 24 Digital video 1 4 1 5 1 3 44,368Mb/s 64kb/s 97,273Mb/s I II III IV V Hình 3.11. Sơ đồ ghép kênh theo tiêu chuẩn Nippon 6,312Mb/s-6,176Mb/s=136kbit/s. *Tiêu chuẩn Nippon (Nhật): Tiêu chuẩn này gần giống với tiêu chuẩn Bell system của Mỹ. Luồng sơ cấp có tốc độ 1,544Mb/s và chỉ khác nhau từ cấp 3 trở đi. *Tiêu chuẩn của CCITT (Tiêu chuẩn châu Âu): Tiêu chuẩn này khác với hai tiêu chẩn trên ,một khung thời gian được chia thành 32 khe thời gian cho 32 kênh .Như vậy luồng TDM sơ cấp có tốc độ là: 64kbit/s.32=2,048Mbit/s. Luồng sơ cấp bao gồm 32 kênh trong đó có 30 kênh thông tin, một kênh đồng bộ và một kênh dành cho báo hiệu. Từ luồng cấp 2 trở đi không cần báo hiệu còn đồng bộ chèn dương .Việc ghép kênh thể hiện theo sơ đồ sau: 1 4 8,448Mb/s 2,048Mb/s 560Mb/s 1 30 Digital video 1 4 1 4 1 4 34,368Mb/s 64kb/s 139,Mb/s I II III IV V Hình3.12: Sơ đồ ghép kênh theo tiêu chuẩn CCITT. 3. 4. Phương thức ghép kênh theo mã- CDM. Mặc dù hai phương pháp trên đã được phổ biến rộng rãi, nhưng phương pháp ghép tách kênh theo mã chỉ gần đây mới nhận được sự quan tâm rộng rãi vì những lợi ích to lớn trong các hệ thống viễn thông di động. Mục đích của CDM là để cho phép nhiều người sử dụng cùng chiếm một băng tần số mà không bị xung đột với nhau... . Mỗi người sử dụng được chỉ định một mã duy nhất. Trong một hệ thống CDM tất cả các tín hiệu từ tất cả người sử dụng sẽ được thu bởi mỗi người sử dụng. Mỗi bộ thu được thiết kế sao cho có thể nghe và nhận dạng chỉ một chuỗi xác định và trong chuỗi này tín hiệu có thể được trải, vậy các mẩu tin lôi ra trên các tín hiệu khác, nó xuất hiện như là nhân tố tương tự như nhiễu. Giao thoa trở thành một nhân tố gây hạn chế vì sau này khi mà có nhiều người cùng chiếm một băng tần số, mức nhiễu tăng tới một điểm mà tại đó trải phổ không thoả mãn tỉ số S/N phù hợp. Trạng thái không đồng bộ của CDM so với TDM cho nó thuận lợi là: thứ nhất đồng bộ mạng là không yêu cầu, thứ hai là nó tương đối dễ để tăng số thuê bao, hơn nữa CDM có khả năng chịu được pha đinh nhiều hơn so với TDM, FDM. Tóm lại CDM có khả năng lớn cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần số hơn các kĩ thuật khác và khi các vấn đề còn lại đã được giải quyết, nó đặc biệt phù hợp với các trạm vô tuyến di động. Trong công nghệ CDM người ta có thể phân loại dựa trên hai phương pháp: -Dựa trên băng thông người ta phân thành 2 loại: +CDM băng hẹp. +CDM băng rộng. -Dựa trên kĩ thuật trải phổ gồm có: +Trải phổ trực tiếp (DS). +Trải phổ nhảy tần (FH). +Trải phổ nhảy thời gian. *Đánh giá chung của các phương pháp ghép kênh: Ta thấy rằng các kĩ thuật TDM, CDM có ứng dụng to lớn trong các hệ thống viễn thông hiện đại đáp ứng số lượng thuê bao ngày một tăng, có thể ghép được các kênh thông tin dung lượng lớn, tốc độ thoả mãn các dịch vụ viễn thông hiện đại như dịch vụ điện thoai di động, dịch vụ truyền hình...Tuy nhiên các kĩ thuật này đòi hỏi các thiết bị hiện đại, phức tạp, đắt tiền chỉ thích hợp với các hệ thống viễn thông lớn.Đặc biệt kĩ thuật CDM đang là bước đột phá mới của công nghệ viễn thông. FDM thì ngược lại, xét về mặt công nghệ FDM khá lạc hậu không đáp ứng được các nhu cầu viễn thông hiện đại. Nó chỉ thoả mãn với số lượng thuê bao ít, dung lượng kênh nhỏ. Xét riêng các hệ thống thông tin nội bộ có cự li ngắn, dung lượng nhỏ phục vụ cho dịch vụ đàm thoại thì phương thức FDM trở lên phù hợp với các kĩ thuật giản đơn các thiết bị có thể tự lắp đặt với giá rẻ, độ chính xác không cần cao lắm mà vẫn đảm bảo chất lượng thông tin. Chương 4. Vòng khoá pha-PLL (Phase Looked Loop) 4. 1. Nguyên lí hoạt động Vòng giữ pha đóng vai trò cực kì quan trọng trong kĩ thuật vô tuyến điện, trong kĩ thuật truyền số liệu cũng như trong kĩ thuật đo lường. Nó được dùng để tổng hợp tần số, để điều chế để giải mã tiếng... . Sơ đồ như hình 4.1. Ra TSP Uv Ur Hình 4.1.Sơ đồ khối vòng giữ pha. Lọc TT+KĐ VCO Mạch chia tần PLL hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển. Khác với vòng điều khiển thường dùng trong kĩ thuật điện tử trong đó điện áp hoặc dòng điện thường là các đại lượng vào và đại lượng ra, còn trong PLL đại lượng vào và đại lượng ra là tần số và chúng được so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra, nghĩa là PLL làm cho tần số wr’ của tín hiệu so sánh bám theo tần số wv của tín hiệu vào. Tần số của tín hiệu so sánh bằng tần số tín hiệu ra (wr’=wv) hoặc tỉ lệ với tần số tín hiệu ra theo một tỷ lệ nào đó (wr’=wr/N). Để có tín hiệu điều chỉnh ud (hoặc id) tỉ lệ với hiệu pha Dj=jv-jr phải dùng bộ tách sóng pha (với PLL tuyến tính thì dùng mạch nhân tương tự để tách sóng pha, với PLL số thì dùng mạch AND hoặc triggơ để tách sóng pha). ở đầu ra bộ tách sóng pha là tín hiệu hiệu chỉnh được đưa đến bộ tạo dao động khống chế bằng điện áp (VCO) hoặc bộ tạo dao động khống chế bằng dòng điện (VCO) làm thay đổi tần số dao động của nó sao cho hiệu tần số tín hiệu vào và ra giảm dần và tiến tới không, nghĩa là w’r=wv. Các phần tử cơ bản của vòng giữ pha gồm bộ tách sóng pha, bộ lọc thông thấp và một VCO hoặc CCO. Để hiểu rõ nguyên lí tác dụng của mạch, ta xét trường hợp đơn giản tín hiệu vào và tín hiệu ra so sánh đều là các tín hiệu sin, vòng giữ pha thuộc loại tuyến tính dùng mạch nhân tương tự để tách sóng. Với các giả thiết trên, ta thấy khi không có tín hiệu vào thì tín hiệu hiệu chỉnh ud’=0. Vì tín hiệu của bộ tách sóng là tích uv. ur’. Mạch VCO dao động tại tần số dao động riêng wo của nó wo còn được gọi là tần số dao động tự do. Khi có tín hiệu vào, bộ tách sóng pha sẽ so pha giữa tần số của tín hiệu vào với tần số của tín hiệu so sánh. Đầu ra bộ tách sóng pha xuất hiện tín hiệu ud mà trị số tức thời của nó tỉ lệ với hiệu pha (hiệu tần số) của hai tín hiệu tại thời điểm đó. Vì ud=Kuvur’ nên trong bộ tách sóng ra có các thành phần tần số wv-wr’ và wv+wr’. Tần số bị loại bỏ nhờ nhờ bộ lọc thông thấp, còn tần số tín hiệu được khuếch đại lên và được dùng làm tín hiệu để điều khiển tần số VCO. Tần số của VCO được thay đổi sao cho wv-wr’ tiến tới không, nghĩa là fr’=fv hoặc fr=Nfvvới N là hệ số chia của bộ chia tần. Nếu tần số của tín hiệu vào và tín hiệu so sánh lệch nhau quá nhiều làm cho tần số tổng và tần số hiệu đều nằm ngoài khu vực thông của bộ lọc thì không có tín hiệu điều khiển VCO. VCO dao động tại w0. Khi wv vàwr’ xích lại gần nhau sao cho thành phần wv-wr’ rơi vào khu vực thông của bộ lọc thì VCO bắt đầu nhận tín hiệu điều khiển để thay đổi tần số dao động của nó, PLL bắt đầu hoạt động, Ta nói PLL làm việc trong “dải bắt”. Vậy “dải bắt ” của PLL là dải tần số mà PLL có thể thiết lập chế độ đồng bộ. Dải bắt của PLL phụ thuộc vào dải thông của bộ lọc. ”Dải giữ ” của PLLlà dải tần số mà PLL có thể giữ được chế độ đồng bộ khi thay đổi tần số tín hiệu vào. Dải giữ không phụ thuộc vào dải thông của bộ lọc mà phụ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển u’ (t) và vào khả năng biến đổi tần số của VCO. 4. 2. Các khối cơ bản của PLL Nói chung PLL gồm các khối cơ bản như đã biết: bộ tạo dao động có tần số điều khiển được (VCO, CCO) bộ tách sóng pha và bộ lọc thông thấp. 4.2.1. Bộ tách sóng pha Bộ tách sóng có nhiệm vụ cho ra một tín hiệu phụ thuộc vào hiệu pha (hiệu tần số) của hai tín hiệu vào các tín hiệu vào thường là hình sin hoặc là dãy xung chữ nhật. Người ta phân biệt tách sóng pha tuyến tính và tách sóng pha phi tuyến (tách sóng pha số). Bộ tách sóng pha tuyến tính thường được thực hiện bởi mạch nhân tương tự. Tín hiệu ra của nó tỷ lệ với biên độ của tín hiệu vào. Trong khi đó bộ tách sóng pha số được thực hiện bởi các mạch vào số. Tín hiệu của nó là dãy xung chữ nhật. Tín hiệu ra không phụ thuộc vào biên độ các tín hiệu vào. 4.2.2. Bộ lọc thông thấp Trong PLL bộ lọc thông thấp có các chức năng sau: -Cho qua tín hiệu tần số thấp, nén thành phần tần số cao. Bảo đảm cho PLL bắt nhanh và bám được tín hiệu khi tần số thay đổi, nghĩa là nó phải có tốc độ đáp ứng đủ cao. -Vì dải bắt của PLL phụ thuộc vào dải thông của bộ lọc, nên yêu cầu dải thông của bộ lọc để đảm bảo dải bắt cần thiết của hệ thống PLL người ta dùng các bộ thông thấp bậc nhất, vì dùng các bộ lọc bậc cao có thể ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống. Có thể dùng lọc thụ động hoặc lọc tích cực đều được. Dùng bộ lọc tích cực thì có thể tăng hệ số khuếch đại của cả hệ thống và cho phép có được dải bắt tần số mong muốn hay dải bám tuỳ ý khi thay đổi dải thông và hệ số khuếch đại. 4.2.3. Bộ dao động có tần số điều khiển được Yêu cầu chung đối với các bộ tạo dao động có tần số điều khiển được là quan hệ giữa điện áp điều khiển và tần số dãy xung ra phải tuyến tính. Ngoài ra mạch còn phải có độ ổn định tần số cao dải biến đổi của tần số theo điện áp vào rộng, đơn giản, dễ điều chỉnh và thuận lợi đối với việc tổ hợp thành vi mạch (không có điện cảm). Về nguyên tắc có thể dùng mọi mạch tạo dao động, mà tần số dao dộng của nó có thể biến thiên trong phạm vi +10%đến +50% xung quanh tần số dao động tự do w0. Tuy nhiên, người ta thường dùng các bộ tạo dao động hình chữ nhật hơn cả, vì loại này có thể làm việc trong phạm vi tần số khá rộng (1Mhz-100Mhz). Trong phạm vi (1-50) Mhz thường dùng các mạch tạo dao động đa hài. Các bộ dao động điều khiển bởi dòng điện ưu việt hơn các bộ tạo dao động điều khiển bởi điện áp ở chỗ nó có phạm vi tuyến tính của đặc tính truyền đạt rộng hơn. +Ucc Rc R R C C Rc -Ucc Hình 1.19:Mạch tạo dao động đa hài dùng làm mạch tạo dao động có tần số điều khiển được Trong PLL. Ud Ra Một sơ đồ đơn giản VCO dùng mạch tạo dao động đa hài như hình sau: PLL được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Các ứng dụng cơ bản của nó bao gồm: Tách sóng tín hiệu điều tần, điều chế tần số, tổng hợp tần số... Ưu điểm của PLL trong việc điều chế và tách sóng tần số: PLL được dùng để điều tần trực tiếp một cách gọn nhẹ.Thực hiện việc giữ pha nên tần số trung tâm của PLL tương đối ổn định, mặt khác độ di tần cực đại tương đố lớn.Xem lại hình nguyên lí tác dụng PLL ta thấy khi coi đầu vào làUv thì ta có đầu ra là hai đầu: một đầu ra TSP là tần số phách wV-wr, một đầu ra là Ur chình là tải tin w0 đã bị biến đổi tần số theo tín hiệu điều khiển U’d. Nếu hệ số chia của mạch chia là N=1 thì khi ta cho tín hiệu điều tần vào đầu UV thì tín hiệu này sẽ được so sánh vớ tần số w0 cũng chính là tín hiệu ban đầu.Qua phân tích trên ta thấy có thể kết hợp cả hai chức năng điều tần và giải điều tần. Phần II: Thiết kế máy thông tin nội bộ Chương 5 Những yêu cầu đề ra và xây dựng phương án thực hiện 5.1.Các yêu cầu thiết kế Trước khi thiết kế một hệ thống nào đó ta đều phải đề ra những mục đích cụ thể cần thực hiện. Vì vậy khi thiết kế máy thông tin nội bộ ta cũng đưa ra các yêu cầu sau: +Hệ thống sử dụng 4 kênh để trao đổi thông tin với nhau, đảm bảo bí mật. Thông trao đổi là tín hiệu thoại có dải tần 0. 3-3, 4kHz. +Cự li thông tin chỉ cần trong nội bộ cơ quan, một toà nhà... . +Máy phải có tính linh động có thể hoạt động ở mọi nơi mà không cần có đường truyền riêng. +Các linh kiện là sẵn có trên thị trường, giá rẻ, dễ lắp ráp và điều chỉnh linh kiện. 5.2.Phương án thực hiện. Với cự li thông tin ngắn, lượng thông tin không nhiều chỉ có 4 kênh thông tin nên ta chọn phương thức phân kênh theo tần số nhằm tránh được sự phức tạp trong việc đồng bộ thu phát và chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số và ngược lại. Như vậy mỗi kênh thông tin tương ứng với một địa chỉ là một tần số xác định. Các máy có thể thông tin với nhau khi chúng hoạt động ở cùng tần số nghĩa là khi muốn trao đổi thông tin với đối tượng nào đó thì phải chuyển mạch (bằng cách bấm nút) để lựa chọn tần số qui định của đối tượng đó. Do yêu cầu đặt ra là không sử dụng đường truyền riêng mà vẫn thực hiện tốt việc truyền thông tin vì vậy ta nên lợi dụng các đường dây điện lưới làm môi trường truyền dẫn, muốn vậy máy phải truyền lên đường dây dẫn tín hiệu hiệu tần số cao hơn rất nhiều so với điện xoay chiều (50Hz). Qua các phương án lựa chọn trên ta nhận thấy tín hiệu cần phải được điều chế bằng phương pháp điều tần để đưa lên cao tần và truyền đi là phù hợp. Các máy thực hiện việc thông tin với nhau bằng phương pháp bán song công. Phương thức này vừa cho phép thông tin hai chiều mà vẫn tiết kiệm được kênh thông tin. Tuy nhiên khi thực hiện ta phải phối hợp giữa phần phát và phần thu tín hiệu để tránh xung đột nghĩa là khi đang phát thì cấm thu còn khi đang thu thì cấm phát. Chương 6 Xây dựng sơ đồ khối 6.1.Lựa chọn sơ đồ khối Để xây dựng sơ đồ khối ta dựa theo nguyên tắc làm việc của máy gồm hai phần: phần phát và phần thu tín hiệu: Để phát tín hiệu thì cần phải có micro để thu tín hiệu, sau đó phải qua khối khuyếch đại micro trước khi đem điều chế ở khối điều chế để phát đi, khối chọn tần số sẽ lựa chọn tần số cần phát đi, muốn truyền đi được phải đưa qua khối công suất. Tầng công suất không thể nối trực tiếp với đường truyền dẫn là mạng điện lưới mà phải qua khối vào ra có cuộn hỗ cảm để cách li với điện lưới xoay chiều. Để thu tín hiệu thì cũng phải có mạch cộng hưởng vào ra, tiếp đến là khối khuyếch đại thu, khối giải điều chế sẽ giải điều chế ở tần số được lựa chọn bằng nút chọn tần, tín hiệu âm tần thu được không thể đưa trực tiếp ra loa mà phải được qua khối khuếch đại âm tần cho tín hiệu đủ lớn. Ngoài ra phải có khối tạo tín hiệu chuông để báo hiệu trước khi đàm thoại, tín hiệu chuông được tạo ra cũng qua khối điều chế, khối công suất để phát sang đối phương. Trong một số trường để bảo vệ các linh kiện giữa các khối phải có khối đệm (hạn chế). Do phương thức thông tin là bán đơn công nên ta phải giải quyết tranh chấp thu phát bằng các khối khoá tại các vị trí thích hợp, và có các bộ chuyển mạch để lựa chọn các chế độ thích hợp. Như vậy qua sự phân tích ở trên ta xây dựng được sơ đồ khối của máy như sau: Điện lưới 220V~ 50Hz Micro Khuếch đại thu 4069 KhuyếchđạiMicQ101, 103 Hạn chế 1 Điềuchế và Giải Điều chê Công suất ra Q501 Cộng hưởng ra, vào Daođộng chuông 4069) Hạnchế 2 D601, 603 Call Talk Lock Khoá 2 Khoá 1 D303 Khoá 3 Khoá 4 Khoá 6 D201 Khoá 5 D603 D604 Khuếch đại âm tần LM386 Hạnchế 3 D605, 606 Chọn f Dao động (A, B, C, D) AC DC Hình 6.1: Sơ đồ khối máy thông tin nội bộ. 6.2. Chức năng của các khối: *Các khối khoá: -Khoá 1: khoá tín hiệu từ Micro tới bộ khuếch đại Micro khi ở chế độ Call. -Khoá 2: khoá các chức năng Call, Talk, &Lock khi nhận được tín hiệu. -Khoá 3: khoá bộ khuếch đại Micro. -Khoá 4: khoá công suất ra. -Khoá 5: khoá khuếch đại thu. -Khoá 6: khoá khuếch đại âm tần. *Khối điều chế và giải điều chế: là khối quan trọng nhất của máy, khối này thực hiện nhiệm vụ điều chế tín hiệu ở tần số ta chọn. Đồng thời khối cũng thực hiện chức năng giải điều chế. Tách tín hiệu từ tín hiệu thu được sau khi đã qua các khối khuếch đại thu và dưa đến bộ khuếch đại âm tần. *Khối khuếch đại âm tần: Khối khuếch đại âm tần có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu sau tách sóng để đạt trị số đủ lớn rồi đưa ra loa. Các tầng của khối khuếch đại âm tần làm việc ở mức tín hiệu lớn lên, ta phải đảm bảo tín hiệu ở đầu ra không bị méo dạng. *Khối khuếch đại thu: làm nhiệm vụ tương tự như mạch khuếch đại cao tần trong máy thu làm cho tín hiệu mạnh lên đủ lớn để đưa vào bộ giải điều chế. *Khối cộng hưởng vào ra: khối này thực hiện chức năng tương tự như bộ chọn lọc tần số trong các máy thu.Nó còn có nhiệm vụ cách li máyvới nguồn điện xoay chiều. *Các khối hạn chế: triệt các xung quá lớn và nhiễu nếu có. Các bộ hạn chế này thường được sử dụng trước khi đưa vào điều chế và giải điều chế, hoặc trước, sau khi khuyếch đại. *Khối tạo dao động chuông: tạo tín hiệu chuông trong dải âm tần để yêu cầu phía thu nhận tin. Tín hiệu sau khối này được đưa vào bộ điều chế và truyền đi. Khối được điều khiển bằng phím ‘Call’. *Khối chọn tần số: dùng để chọn tần số làm việc. Tương ứng với việc quay số khi gọi điện thoại. Trong mạch này ta sử dụng bốn tần số. *Khối công suất ra: khuếch đại tín hiệu sau khi giải điều chế, làm cho công suất đủ lớn trước khi truyền ra ngoài. *Khối nguồn: Làm nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho toàn máy do thiết bị giao tiếp với nguồn điện lưới 220v (hoặc 110V) nên khối phải thực hiện biến đổi nguồn điện đủ công suất nuôi toàn mạch. *Khối khuếch đại micrô: do tín hiệu nhận được qua micro còn rất nhỏ lên phải sủ dụng mạch khuếch đại gồm hai transitor có hồi tiếp âm nhằm ổn định hệ số khuếch đại. Bộ khuếch đại này nhằm khuếch đại tín hiệu đủ lớn trước khi đưa ra bộ điều chế. *Chức năng của các nút: Call: chuyển mạch nối đất thực hiện khoá khoá 1 không cho tín hiệu truyền sang khối khuếch đại Micro, đồng thời mở chuông, lúc này máy thực hiện chức năng mời gọi đối phương tham gia đàm thoại. Máy của đối phương nếu nhận được sẽ có tín hiệu chuông, tương tự như chuông reo trong máy điện thoại thông thường. Các nút Call, Talk&Lock là các chuyển mạch nối đầu a của khối điều chế và giải điều chế với khoá 5, điện áp ở cửa a sẽ điều khiển khoá này. 6. 3. Nguyên lí hoạt động dựa trên sơ đồ khối Hệ thống thông tin nội bộ hoạt động theo phương thức ghép kênh theo tần số. Hệ có bốn đường thông tin khác nhau, mỗi đường được qui định địa chỉ bằng một tần số tương ứng là A, B, C, D và ta có nguyên lí hoạt động như sau: 6.3.1. Các chế độ phát 6.3.1.1. Chế độ Call (Tạo chuông báo hiệu) Khi ấn nút Call dao động chuông làm việc, khoá 4 mở tầng công suất ra hoạt động, tín hiệu chuông được đưa vào bộ hạn chế và khuếch đại công suất và truyền ra ngoài. Đồng thời khóa 5 đóng làm cho bộ khuếch đại thu không làm việc. Do đó tín hiệu phát hay tín hiệu thu (nếu có) không thể quay trở về để giải điều chế và đưa ra loa của chính máy phát được. Tuy vậy ta vẫn nghe thấy tín hiệu chuông ở chế độ này đó là do một phần tín hiệu dao động chuông được tách trực tiếp rồi đưa ra loa để khẳng định rằng ta đang ở chế độ Call. Ngoài ra khoá 1 đã khoá tín hiệu từ Micro không cho tạp âm lọt vào. 6.3.1.2. Chế độ Talk& Lock (chế độ thoại) Khi ấn hai khoá này mạch làm việc như nhau chỉ có điều khoá Lock được giữ muốn phát liên tục còn Talk khi muốn thu & phát luân phiên. Khi ấn một trong hai nút này khoá 1 mở tín hiệu từ Micro đến bộ khuếch đại Micro qua bộ hạn chế và đưa vào bộ điều chế (điều tần) qua tầng công suất để phát đi. Đồng thời các khoá 4 mở được đưa tới tầng công suất ra truyền ra ngoài nhờ bộ cộng hưởng vào ra. Cũng như chế độ Call, khoá 5 bị khoá lại làm cho tín hiệu phát ra hoặc tín hiệu thu (nếu có) không thể qua bộ khuếch đại thu để vào bộ giải điều chế. 6.3.2. Chế độ thu Chế độ này xảy ra khi ta nhận được tín hiệu có tần số trùng với tần số làm việc của máy thu. Các tín hiệu có tần số phù hợp qua bộ cộng hưởng vào qua bộ hạn chế 2, lúc này khoá 4 đóng còn khoá 5 mở tín hiệu qua bộ khuếch đại thu, trước khi vào bộ giải điều chế nó đi qua bộ hạn chế 3 nhưng chỉ có tín hiệu có tần số trùng với tần số làm việc của máy thì tín hiệu mới được giải điều chế. Khối giải điều chế này cũng đồng thời là khối điều chế, khi nó chuyển sang chế độ giải điều chế thì điện áp ở cửa a của khối này điện áp ở mực cao “1” (8v) chuyển xuống mức thấp”0” (0v). Chính sự chuyển điện áp đó đã điều khiển khoá 2 khoá các chức năng Call, Talk, Lock không hoạt động còn tác dụng, khoá 6 mở để cho bộ khuếch đại âm tần làm việc. Như vậy tín hiệu sau khi được giải điều chế qua bộ khuếch đại âm tần rồi đưa ra loa. Chương 7 Xây dựng sơ đồ nguyên lí 7.1.Lựa chọn sơ đồ nguyên lí từng khối 7. 1.1. Khối tạo dao động chuông Để tạo một khối dao động chuông với tần số nhất định người ta có rất nhiều cách thực hiện khác nhau. Tuỳ theo yêu cầu đặt ra về độ lớn tần số mà người ta chọn các cách thực hiện khác nhau. Với yêu cầu tạo dao động âm tần có độ ổn định không cần cao lắm thì ta có hai cách thực hiện đó là mạch tạo dao động đa hài: tạo dao động điều hoà dùng transitor và mạch tạo xung vuông dùng phần tử đảo. Hình 6. 2: Sơ đồ mạch dao động. N1 N2 A B I R C Thực tế để thực hiện mạch này người ta thường dùng mạch đảo tạo xung vuông sẽ đơn giản và dễ dàng hơn nhiều mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật đặt ra nên em chọn phương án này để thực hiện khối dao động chuông. Trong sơ đồ dưới đây đã sử dụng hai phần tử đảo NOT để tạo xung theo nguyên lí dao động tích thoát, trong đó tụ C làm nhiệm vụ tích năng lượng và R làm nhiệm vụ thoát năng lượng, các phần tử NOT lần lượt sẽ tự động đóng mở để tạo xung vuông.Sơ đồ hình 6.2. Giả thiết: lúc đầu N1 có trạng thái ‘0’ và N2 có trạng thái ‘1’. Lúc này tụ C sẽ được nạp điện, dòng nạp từ BđCđAđRđI. Việc này dẫn tới Um sẽ giảm xuống mức ‘0’. Tại thời điểm t=t1, Um vượt qua mức ngưỡng làm cho N1 chuyển trạng thái từ ‘0’ sang trạng thái ‘1’ đồng thời N2 chuyển trạng thái từ ‘1’ sang trạng thái’0’. Lúc này tại B sẽ xuất hiện một xung đột biến điện áp âm, đột bién này chuyển hoàn toàn qua tụ C khiến tại B cũng có một điện áp âm dẫn đến Um giảm xuống. Tụ C lúc này phóng điện, dòng điện chạy từ I đRđAđCđ-. >B. Việc này làm cho điện áp tại A tăng dần lên. Tới thời điểm t=t2 thì điện áp tại A vượt qua mức ngưỡng làm cho N1 chuyển từ trạng thái’ 1’ sang trạng thái ‘0’. Và đồng thời cũng làm cho N2 chuyển từ trạng thái ‘0’ sang trạng thái ‘1’. Lúc này ở B cũng có một đột biến điện áp dương, đột biến điện áp này được truyền qua tụ C làm cho Um tăng lên. Do điện áp ở I là mức ‘0’ nên có sự chênh lệch điện áp giữa A và I. Dẫn tới có dòng chảy từ A đRđI làm cho Um giảm xuống. UI UA t1 t1 Hình 6. 3 t t t UB T Quá trình trên lại được lặp lại từ đầu tạo nên dao động. Các tín hiệu tại các điểm A, I, B như hình vẽ sau: GND Vcc IC 4069 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 D301 D302 Hình 6.4.Sơ đồ nối chân IC 4069 của mạch dao động chuông.. Tín hiệu điều khiển R303 C302 R302 C 303 R3011 Để tạo ra được tín hiệu chuông phù hợp thì người ta tạo hai dao động ở hai tần số khác nhau để đưa ra loa. Do vậy người ta sử dụng 4 mạch đảo (tích hợp trong cùng một IC). Trong mạch này ta sử dụng IC4069 để thực hiện nhiệm vụ này. Đây là IC số gồm 14 chân với 1 chân nguồn +8v (chân 14) và chân 7 nối đất (GND), còn lại 12 chân của 6 mạch đảo. Bộ dao động chuông này được điều khiển bằng hai con diot D301& D302, cùng được nối với một nguồn thông qua phím Call. Sơ đồ nối chân như sau: 7. 1.2. Khối khuếch đại thu Có rất nhiều loại mạch khuếch đại đang được sử dụng với các hệ số khuếch đại và chất lượng khác nhau như các tầng khuếch đại dùng transitor hay dùng các bộ khuếch đại thuật toán có chất lượng cao và hệ số khuếch đại lớn... . Khối khuếch đại thu của mạch thực hiện việc khuếch đại tín hiệu vào nhỏ, do khối này khuếch đại tín hiệu điều tần nên chấp nhân được độ méo tương đối lớn và không yêu câu hệ số khuếch đại cao. Hiện nay một phương pháp thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu nhỏ đó là phương pháp sử dụng những phân số cơ bản như AND, OR, NOT, NAND..., NOR... . để khuếch đại tín hiệu nhỏ, hệ số khuếch đại không lớn lắm. Phương pháp này rất đơn giản dễ điều chỉnh và thực hiện. Mức ‘0’ uv ur Mức ‘1’ Q Hình 6.5.Đặc tuyến khuếch đại thu. Bình thường khi điện áp đạt mức ngưỡng điện áp ‘0’ và’1’ của tín hiệu số thì các phần tử này hoạt động ở trạng thái số với đúng chức năng của một phần tử số nhưng khi tín hiệu vào nằm giữ hai mức ngưỡng điện áp ‘0’ và ‘1’ thì nó không còn làm việc như một phần tử số nữa. Nếu tín hiệu vào và tín hiệu ra đều nằm trong khoảng giữ hai mức ngưỡng thì các phần tử này làm việc như một phần tử tương tự. Trong trường hợp đó chúng được coi như là một phần tử khuếch đại có mức tín hiệu vào nhỏ và hệ số khuếch nhỏ. +8V Tín hiệu vào Tín hiệu ra R603 C R640 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 Ic 4069 Hình 6.6.Sơ đồ mạch khuếch đại thu dùng IC 4069. GND Để thực hiện mạch này ta dùng ta sử dụng nốt hai phần tư đảo của IC 4069 mà ta đã chọn trong phần tạo dao động chuông sơ đồ mắc các chân của IC này như sau: Các điện trở R là các điện trở nối tiếp đã đưa điểm làm việc Q của hai phần tử NOT nằm giữa hai mức ‘0’ và ‘1’. Trong trường hợp các tín hiệu ra vượt quá mức ngưỡng tín hiệu sẽ bị cắt dẫn tới quy luật tín hiệu bị méo dạng nhưng vẫn không ảnh hưởng tới qui luật điều tần nên vẫn đảm bảo được việc truyền đạt tốt thông tin. Trước bộ khuếch đại này ta sử dụng một mạch hạn chế để loại bỏ bớt các tín hiệu có biên độ lớn. 7.1. 3. Khối khuếch đại âm tần Khối khuếch đại âm tần có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm tần sau khi đã được giải điều chế, sau khi khuếch đại chúng được đưa trực tiếp ra loa vì vậy yêu cầu của khối này: -Hệ số khuếch đại lớn. -Độ méo nhỏ. -Khuếch đại trung thực tín hiệu. -Trở kháng vào lớn trở kháng ra nhỏ (vì phải phối hợp với đầu ra loa). Với những yêu cầu trên ta thấy rằng sử dụng mạch khuếch đại thuật toán là phương án tốt nhất. IC thích hợp để thực hiện mạch là IC LM386. Đây là IC khuếch đại thuật toán tuyến tính được thiết kế dành cho khuếch đại âm tần. IC có hệ số khuếch đại bên trong được đặt trước là 20 để giữ cho bên ngoài có hệ số khuếch đại thấp nhưng nếu đặt thêm điện trở hoặc tụ điện bên ngoài giữa chân 1 và chân 8 thì hệ số khuếch đại của mạch có thể lên đến 200 tuỳ theo theo giá trị đặt vào. Sơ đồ chân linh kiện IC LM386: Đặc điểm IC LM 386: -Nguồn nuôi 4V-8V hoặc 5V-18V. -ít linh kiện phụ. -Dòng nghỉ nhỏ. -Ngõ vào nối đất. -Tự chỉnh áp nghỉ ngõ ra. f (HZ) C1..... 8=10mF Ku (dB) 100 1K 10K 100K 1M 40 20 10 C1..... 8=10mF Méo dạng % 0, 01 0, 1 1 8 56 34 12 Đặc tuyến khuếch đại theo tần số. Đặc tuyến méo theo tần số. f -Độ méo nhỏ. *Đặc trưng hoạt động của IC được thể hiện trên các đặc tuyến sau: 6 5 1 8 2 3 + - 4 C205 R203 C203 C207 Tín hiệu ra loa Hình 6.7 Mạch khuếch đại âm tần. Ucc Mạch được thực hiện theo sơ đồ sau: Chân 1 nối đất. Chân 6 nối với nguồn +8V. Tín hiệu được đưa vào Chân 3 và ra chân 5. Tụ C được nối giữa chân 1 và chân 8 để làm tăng hệ số khuếch đại của mạch. 7. 1.4. Khối khuếch đại Micro Khối khuếch đại micro cũng tương tự như mạch khuếch đại âm tân ở chỗ nó khuếch đại tín hiệu ở dải tần thấp. Nhưng bộ khuếch đại này có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu lấy từ micro là tầng đầu tiên của máy phát nên yêu cầu của tầng này: -Phải khuếch đại trung thực tín hiệu. -Hệ số khuếch đại không cần lớn lắm vì sau khi khuếch đại, tín hiệu sẽ được đưa vào bộ điều chế. -Mạch phải hoạt động ổn định. Với những yêu cầu trên ta chọn phương án thực hiện khối này bằng hai tầng khuếch đại dùng transistor. Hai transitor này đều mắc theo kiểu EC (Emmitor chung), chúng được nối trược tiếp với nhau và sử dụng một điện trở để thực hiện việc hồi tiếp âm bằng một điên trở R102 như sơ đồ sau: C105 R102 R103 C104 R105 R104 Q101 Q102 C101 C103 +Ucc Hình 6. 8. Sơ đồ mạch khuyếch đại tín hiệu Micro Tín hiệu từ Micro Tác dụng của việc hồi tiếp âm: -Làm tăng độ ổn định của bộ khuếch đại. -Tăng trở kháng vào. -Tăng dải động của bộ khuếch đại được mở rộng. -Méo phi tuyến, do đó độ cong đặc tuyến truyền đạt giảm. -Tạp âm đầu ra giảm. Trong bộ khuếch đại này ta sử dụng hai transitor loại npn điện áp vào trùng với đầu ra tín hiệu rất nhỏ từ Micro đầu vào Bazo phải là điện áp âm. Hai con transitor Q101 &Q102 là các transitor thông dụng cùng loại có kí hiệu C945 hoặc C828... . 7.1.5Khối lựa chọn tần số: Để lựa chọn tần số phát đi ta phải có bộ lựa chọn tần số, tương ứng với 4 tần số là 4 chuyển mạch, các chuyển mạch này được gắn thêm các đèn LED để báo hiệu các tần số được lựa chọn. Trong mạch này ta sử dụng mạch RC. Giá trị của C là cố định, còn giá trị của R được thay đổi với các tần số khác nhau. Sơ đồ thực hiện mạch như sau: Đi tới IC LM567 +8V R504 R503 R502 R501 SW4 SW3 SW2 SW1 Hình 6.9.Sơ đồ bộ chọn tần số. C501 7.1.6. Khối điều chế và giải điều chế Với phương án phân đường theo tần số và thực hiện theo phương thức điều tần đã chọn thì nhiệm vụ của khối này là thực hiện điều tần để phát đi và giải điều tần tín hiệu thu về... . Thực hiện mạch điều tần cũng như giải điều tần theo có nhiều phương án thực hiện khác nhau như em đã trình bày trong phần lí thuyết như mạch điều tần dùng diot biến dung, dùng transistor điện kháng.... . đối với mạch tách sóng tần số ta có mạch tách sóng dùng diot, mạch tách sóng tần số dùng mạch cộng hưởng ghép.... . Tuy nhiên để sử dụng các mạch có nhiều nhược điểm như: phải xây dựng các mạch điều chế và tách sóng riêng biệt, khó thay đổi tần số trung tâm và nhược điểm lớn nhất của các mạch trên là sử dụng quá nhiếu linh kiện rời rạc gây khó khăn cho việc tính toán và điều chỉnh để thực hiện chúng. Để dễ dàng và tiện lợi trong việc thực hiện mạch ta chọn sử dụng vòng khoá pha PPL (Phase Locked Loop) để ứng dụng trong việc trong việc điều chế và giải điều chế. Ta thấy rằng việc sử dụng vòng khoá pha có rất nhiều tiện lợi trong việc điều chế và tách sóng tần số: độ ổn định tần số trung tâm khá cao, dễ dàng trong việc lựa chọn và thay đổi tần số trung tâm, thực hiện được cả hai chức năng điều chế và tách sóng tần số. Ngoài ra PLL thường được tích hợp sẵn trong IC vì vậy ta có thể sử dụng ngay mà không cần phải xây dựng lên từ các linh kiện rời rạc. Với phương án trên ta chọn IC LM567. Đây là IC được tích hợp sẵn một vòng khoá pha và nó được thiết kế cung cấp thêm một chuyển mạch điện tử transitor. Theo nguyên lí hoạt động của vòng khoá pha thì khi có tín hiệu âm tần đi vào thì tín hiệu này sẽ được điều tần bởi tần số trung tâm do bộ tạo dao động có điều khiển bằng điện áp (VCO) quyết định, khi có tín hiệu thu đưa vào sẽ được so sánh với tần số dao động của VCOvà đưa ra điện áp chênh lệch đó chính là tín hiệu âm tần cần lầy ra. Output GND Timing resistor and capactor Q QUADRUPTURE PHASE DETECTION 1 2 3 4 8 7 6 5 Output filter Low pass loop filter Input VCC Hình 6.10. Sơ đồ chân linh kiện IC LM 567. Amp PLL Trong đó: -Chân 1 là đầu lọc ra. -Chân 2 của IC là đầu ra của bộ lọc thông thấp tín hiệu sau khi được giải điều chế lấy ra tại đây. -Chân 3 là đầu vào của tín hiệu thu. -Chân 4 là nguồn cung cấp. -Chân 5 và 6: tần số dao dộng của VCO được quyết định bởi diện trở nối giữ hai chân này, đồng thời tín hiệu đựơc điều chế cũng được lấy ra ở chân 5. -Chân7 nối đất (GND). -Chân 8 là đầu ra của chuyển mạch điện tử khi có tín hiệu thu đưa vào chân 8 sẽ chuyển về 0V. Ta lấy điện áp ở đây làm điện áp điều khiển. Đặc điểm của IC LM567: -Từ 1 đến 20 tần số với một điện trở ngoài. -Tần số trung tâm có độ ổn định cao. -Điều chỉnh dải thông từ 0 đến 14 %. -Có thể điều chỉnh tần số trung tâm từ 0, 01Hz –500Khz. Mạch thực hiện khối này như sau: Ra tầng công suất Tín hiệu âm tần vào /ra VàO: Giải ĐC R706 C704 C502 C705 1 2 3 4 8 7 6 5 R704 +Ucc IC LM567 Bộ chọn tần Ucc Hình 6. 11: Sơ đồ mạch điều chế và giải điều chế. 7.1. 7 Khối khuếch đại công suất -Nhiệm vụ của khối này là thực hiện khuếch đại công suất tín hiệu đã được điều chế lên tần số cao để truyền đi. Vì vậy yêu cầu của khối này là phải làm việc được tín hiệu ở dải tần số cao, ngoài ra công suất không cần phải cao lắm do phạm vi hoạt động của hệ thống nhỏ cỡ một vài trăm mét +Ucc uv ur C504 Q501 R701 R506 R505 Hình 6. 12: Sơ dồ mạch khuyếch đại công suất. Với những yêu cầu trên thể sử dụng mạch khuếch đại đơn chế độ A. Hệ số khuếch đại không lớn lắm nhưng dễ điều chỉnh. Chọn transistor công suất có thể hoạt dộng tốt ở tần số cao, chịu được dòng lớn. Các transistor có thể sử dụng cho mạch này D471: Trong quá trình làm việc nếu cần thiết có thể gắn thêm tấm tản nhiệt để cho transitor công suất này có thể hoạt động tốt và duy trì tuổi thọ. 7.1. 8. Khối cộng hưởng vào ra Mạch cộng hưởng vào ra là mạch điện nối cuộn cảm ứng (tương tự như anten trong máy thu) với đầu vào của tầng đầu tiên trong máy. Nhiệm vụ của mạch vào là chuyển tín hiệu cao tần từ cuộn cảm ứng đến tầng đầu của máy, đồng thời nó đảm nhận một phần độ chọn lọc của máy thu. Do vậy mạch vào gồm hệ thống cộng hưởng làm nhiệm vụ chọn lọc và các mạch ghép giữa mạch vào với phần và tầng đầu của máy, do tầng này giao tiếp với mạng điện lưới vì vậy phải có phần chặn điện lưới 220v (50Hz), điều đó được thực hiện rất đơn giản bằng một mạch hỗ cảm sử dụng lõi Ferit nó có tác dụng chỉ cho cao tần số cao đi qua (tín hiệu đã điều tần) chặn các tín hiệu tần số thấp. Trong máy thu phát điều tần, mạch vào cũng là mạch ra nên yêu cầu mạch phải phối hợp được trở kháng với tầng công suất ra. Những yêu cầu chủ yếu đối với mạch cộng hưởng vào, ra là: -Cần có hệ số truyền đạt lớn đồng thời hệ số truyền đạt ít biến đổi trong cả dải thông. -Đảm bảo yêu cầu về độ chọn lọc tần số. -Đảm bảo các chỉ tiêu về dải thông, méo tần số... . -Đảm bảo tần số cộng hưởng ít biến đổi theo các yếu tố ngoài. Ví dụ như sự biến đổi trở kháng tương đương của đường dây điện lưới, sự biến đổi trở kháng của tầng đầu vào của máy thu và đầu ra của máy phát... . v... . v... . Mạch điện cụ thể như hình 6