Đề tài Thực hiện bộ truyền nhận tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Thực hiện bộ truyền nhận tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN THỰC HIỆN BỘ TRUYỀN NHẬN TÍN HIỆU THOẠI SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ ASK MÃ SỐ: SV 2010 - 06 THUỘC NHÓM NGÀNH: KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI CHỦ TRÌ: LÊ DUY NGƯỜI THAM GIA: HUỲNH MINH KhẢ TRƯƠNG QUANG PHÚC ĐƠN VỊ: KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ S K C 0 0 2 8 8 0 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11/2010
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (CẤP SINH VIÊN) THỰC HIỆN BỘ TRUYỀN NHẬN TÍN HIỆU THOẠI SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ ASK MÃ SỐ: SV2010-06 THUỘC NHÓM NGÀNH: KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƢỜI CHỦ TRÌ: LÊ DUY NGƢỜI THAM GIA 1: HUỲNH MINH KHẢ NGƢỜI THAM GIA 2: TRƢƠNG QUANG PHÚC ĐƠN VỊ : KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TP Hồ Chí Minh, Ngày 21 tháng 11 năm 2010
3. Truyền tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK Trang 2 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 PHẦN I 4 I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 5 II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 5 III. NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI 6 PHẦN 2 7 I. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI: 8 II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 8 III. NỘI DUNG: 9 3.1 Sơ lƣợc điều chế ASK 9 3.1.1 Nguyên lý điều chế : 9 3.1.2 Biểu thức toán học 10 3.1.3 Giải điều chế 10 3.1.4 Ƣu và nhƣợc điểm : 11 3.2 Sơ đồ khối truyền nhận tín hiệu sử dụng điều chế ASK: 11 3.3 Thực hiện hệ thống truyền nhận tín hiệu sử dụng điều chế ASK 12 3.3.1 Sơ đồ khối : 12 3.3.2 Thiết kế và xây dựng mạch điện 13 3.3.2.1 Khối tạo dữ liệu số: 13 3.3.2.2 Khối nhận tín hiệu từ MIC: 14 3.3.2.3 Khối mã hóa PCM : 15 3.3.2.4 Khối tạo dao động 18 3.3.2.5 Khối điều chế ASK 19 3.3.2.6 Khối khuếch đại cao tần 21 3.3.2.7 Khối thu, khuếch đại cao tần và khuếch đại trung tần 22 3.3.2.8 Khối giải điều chế ASK 23 3.3.2.9 Khối giải mã PCM 23 3.3.2.10 Mạch khuếch đại công suất âm tần 24 3.3.3 Kết quả đo đƣợc : 25 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
4. Truyền tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK Trang 3 IV. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 29 1. Tính khoa học : 29 2. Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tế : 29 3. Hiệu quả kinh tế : 30 PHẦN 3 31 I. KẾT LUẬN 32 II. ĐỀ NGHỊ 32 Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
5. Truyền tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK Trang 4 PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
6. Truyền tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK Trang 5 I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Trong xã hội thông tin và truyền thông hiện nay,cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghệ khác và sự bùng nổ về kinh tế đó là sự phát triển không ngừng của công nghệ viễn thông. Kỹ thuật viễn thông hiện nay ứng dụng hầu hết các kết quả nghiên cứu tích cực trƣớc đó trong lĩnh vực viễn thông và ngày càng hoàn thiện hơn, nó gần nhƣ ứng dụnghầu hết các cơ sở lsy thuyết về thông tin số. Số hóa và truyền dẫn tín hiệu dạng số là một phƣơng pháp tăng hiệu quả truyền dẫn và giảm thiểu sai sót thông tin do tác dụng của nhiễu so với thông tin tƣơng tự, đồng thời phù hợp với các hệ thống xử lí ngày nay lấy cơ sở tốc độ và hiệu suất làm nền tảng nên các dữ liệu dạng số đƣợc sử dụng. Trong các phƣơng pháp điều chế số, trong đó chúng ta phải nhắc đến phƣơng pháp điều chế “khóa dịch biên” (ASK : Amplitude shift keying), nó là một phƣơng pháp cơ bản nhất và đơn giản nhất để tiến hành điều chế một tín hiệu. Nó là nền tảng trƣớc tiên cần nghiên cứu để có thể nghiên cứu thêm các hệ thống khác cao hơn. Đề tài là một vấn đề cũ trong viễn thông nhƣng đối với bản thân những ngƣời nghiên cứu đề tài này là hoàn toàn mới mẻ. Đề tài nghiên cứu “ ứng dụng kỹ thuật ASK để truyền dữ liệu thoại”. II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC Hiện nay , công nghệ viễn thông thế giới đã đạt đến một trình độ cao với việc không những truyền nhận tín hiệu thoại mà ngƣời ta có thể truyền các tín hiệu hình ảnh,phim ảnh cũng nhƣ bất kì một dữ liệu nào mà ngƣời ta có thể số hóa với tốc độ cực cao lên tới hàng Mhz với công nghệ di động và lên tới hàng Ghz với các hệ thống truyền dẫn chính nhƣ viba số. Việc điều chế tín hiệu để truyền đi trong không gian không chỉ đơn thuần là điều chế biên độ cổ xƣa mà là các hệ thống điều chế phức tạp kết hợp cả điều chế tần số, pha và biên độ để đạt đƣợc hiệu quả cao nhất. Tuy nhiên đó đều là thành quả nghiên cứu của các nƣớc phát triển, còn với Việt Nam, công nghệ di động vẫn chỉ dừng ở mức ứng dụng chứ chƣa thể đạt tới trình độ có thể nghiên cứu tạo ra một cách thức, một lý thuyết mới hay xây dựng đƣợc một hệ thống thông tin. Do vậy , việc nghiên cứu các cách thức điều chế cơ bản cũng nhằm để làm tiền đề cho việc nghiên cứu tìm hiểu cho các hệ thống phức tạp hơn, đồng thời đó cũng là cách để ngƣời nghiên cứu có thể nảy sinh từ đó những ý tƣởng mới. Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
7. Truyền tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK Trang 6 III. NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI Việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ viễn thông ở nƣớc ta hầu nhƣ vẫn rất hạn chế, chủ yếu là nhập công nghệ của nƣớc ngoài về ứng dụng. Việc này một mặt khiến cho nƣớc ta luôn bị động và phụ thuộc vào nƣớc ngoài, một mặt làm cho nƣớc ta sẽ tụt hậu so với các nƣớc khác. Có rất ít các bài báo nghiên cứu khoa học về vấn đề viễn thông đƣợc thực hiện ở mức độ mô hình, một phần vì thiếu nguồn lực tài chính, một phần vì cơ sở vật chất không thể đáp ứng. Các thiết bị nghiên cứu viễn thông luôn có giá thành rất đắt đỏ nên việc đầu tƣ tiền để nghiên cứu mà chƣa biết hiệu quả ra sao là điều mạo hiểm. Tóm lại, một phần vì lý do kinh tế, một phần vì điều kiện công nghệ và cơ sở vật chất thiếu thốn mà hiện tại công nghệ viễn thông nƣớc ta vẫn đang ở trình độ thấp. Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
8. Truyền tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK Trang 7 PHẦN 2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
9. Truyền tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK Trang 8 I. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI: Để nghiên cứu về cách thức truyền tín hiệu vô tuyến, nhóm tiến hành nghiên cứu sự truyền nhận tín hiệu thoại với hình thức điều chế đơn giản nhất là điều chế biên độ ASK . Nghiên cứu cách thức một tín hiệu tiếng nói đƣợc điều chế và truyền đi qua không gian, từ đó giải điều chế để khôi phục lại tín hiệu tiếng nói đã truyền đi để khôi phục và đƣa ra loa. Đồng thời với việc nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền nhận trên, mục đích của việc nghiên cứu cũng nhằm kiểm chứng các cơ sở lý thuyết về điều chế , mã hóa, thu phát, khuếch đại tín hiệu để từ đó phát triển các hệ thống tốt hơn về sau nếu có cơ hội. Cùng với các mục đích nghiên cứu tìm hiểu kiến thức đó là việc nhóm thực hiện công trình nghiên cứu để rèn luyện kỹ năng nghiên cứu khoa học, tích góp kinh nghiệm cho bản thân. II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Để nghiên cứu một vấn đề khoa học luôn có những con đƣờng khác nhau để tiếp cận vấn đề. Có thể tiến hành nghiên cứu từ chi tiết đến tổng thể nhƣ các công trình nghiên cứu tạo ra sản phẩm thi công, hoặc cũng có thể tiến hành nghiên cứu đi từ cái tổng quan đến từng chủ điểm riêng nhƣ với các công trình nghiên cứu lý thuyết. Ở đây, để xây dựng mạch hoàn chỉnh, nhóm tiến hành nghiên cứu hoạt động từng khối một, test với từng khối riêng lẽ để thấy đƣợc hoạt động của mỗi khối, từ đó kết hợp các khối và điều chỉnh phù hợp để xây dựng nên mạch sản phẩm, tức là đã đi từ cái chi tiết đến cái tổng thể. Làm nhƣ vậy để chúng ta có thể dễ dàng kiểm tra hoạt động của mối khối riêng biệt và dễ dàng khắc phục nếu xuất hiện lỗi. Bởi vì các mạch điện tử rất dễ gặp vấn đề nếu xảy ra một lỗi nhỏ hoặc một thiếu sót gì đó và rất khó để phát hiện . Cụ thể quá trình nghiên cứu: - Giai đoạn đầu nhóm tập trung nghiên cứu hoàn thành các mạch cơ bản đã đƣợc biết trong quá trình thực tập có tính chất đơn giản , dễ thực hiện. - Tiếp theo nhóm tiến hành nghiên cứu thực hiện việc điêu chế và giải điều chế ASK với tín hiệu mẫu từ bộ tạo xung vuông. - Sau khi test chạy ổn định việc điều chế ASK , nhóm sẽ đi tiến hành nghiên cứu việc mã hóa và giải mã PCM sử dụng IC TP3057. Đây là một vấn đề mới và rất ít tài liệu về nó cho nên nhóm phải dành thời gian nghiên cứu cụ thể. - Cuối cùng nhóm tiến hành nghiên cứu xây dựng hệ thống thu phát tín hiệu điều chế qua anten - Giai đoạn cuối cùng là hoàn thiện mạch và viết báo cáo khoa học. Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
10. Truyền tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK Trang 9 III. NỘI DUNG: Nhƣ đã giới thiệu ở trên , công trình nghiên cứu khoa học của chúng tôi đi vào nghiên cứu xây dựng một hệ thống truyền nhận tín hiệu dựa vào phƣơng pháp điều chế biên độ ASK (Amplitude Shift Keying). Trƣớc hết là thực hiện điều chế và , truyền và giải điều chế một tín hiệu mẫu tự tạo, tiếp theo đó, sẽ đi thực hiện điều chế tín hiệu thoại (tín hiệu giọng nói) để truyền đi, cuối cùng là sẽ là thực hiện truyền qua vô tuyến (không dây). Sau đây chúng ta sẽ tiến hành đi tìm hiểu sơ lƣợc về điều chế ASK và việc truyền tín hiệu thông qua điều chế ASK và quá trình thi công mạch. 3.1 Sơ lƣợc điều chế ASK ASK (Amplitude Shift Keying), tiếng Việt gọi là điều chế số theo biên độ tín hiệu. Tín hiệu ASK có dạng sóng dao động có tần số f, mỗi bit đặc trƣng bởi biên độ khác nhau của tín hiệu. Ví dụ: tín hiệu ASK có tần số 100 KHz, biên độ tín hiệu = 1 cho bit 0 và biên độ tín hiệu = -1 cho bit 1. 3.1.1 Nguyên lý điều chế : Dùng 2 mức biên độ khác nhau của song mang để biểu diễn cho 0 và 1. Sử dụng một tần số sóng mang duy nhất. Hình 1:Nguyên lý điều chế Ngoài ra có thể điều chế ASK theo phƣơng pháp OOK (on-off-keying) Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
11. Truyền tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK Trang 10 Hình 2:Dạng sóng 3.1.2 Biểu thức toán học Giả sử tín hiệu sóng mang: V t cos t cc Tín hiệu điều chế: 1 2 1 1 Vd t cos0 t cos3  0 t cos5  0 t  2 3 5 Tín hiệu sau khi qua bộ điều chế ASK: V( t ) V ( t ). V ( t ) ASK c d 1 2 1 VASK( t ) cos c t cos  c t .cos 00 t cos  c t .cos3  t  23 1 1 1 VASK( t ) cos c t cos(  c 0 ) t cos(  c  0 ) t  cos(  c 3  0 ) t cos(  c 3  0 ) t  . 23 3.1.3 Giải điều chế Giải điều chế ASK có thể là kết hợp hoặc không kết hợp Trong trƣờng hợp thứ nhất thì mạch phức tạp nhƣng chống nhiễu tốt. Trong trƣờng hợp thứ hai thì mạch đơn giản và thƣờng sử dụng mạch tách sóng hình bao. Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
12. Truyền tín hiệu thoại sử dụng điều chế ASK Trang 11 Hình 3: Dạng sóng 3.1.4 Ƣu và nhƣợc điểm : + Ƣu điểm : - Đơn giản  Dùng 2 biên độ khác nhau của sóng mang để biểu diễn 0 và 1 (thông thƣờng một biên độ bằng 0)  Sử dụng một tần số sóng mang duy nhất - Phƣơng pháp này phù hợp trong truyền số liệu tốc độ thấp (~1200bps trên kênh truyền thoại) + Nhƣợc điểm : - Dễ bị ảnh hƣởng bởi nhiễu. - Không phù hợp đối với các tín hiệu đƣợc truyền trong các kênh truyền yêu cầu tốc độ cao 3.2 Sơ đồ khối truyền nhận tín hiệu sử dụng điều chế ASK: Hình 4:Sơ đồ khối Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên