Đề tài Kênh thu tín hiệu tiếng MS

MỤC LỤC PHÂN CÔNG THỰC HIỆN STT Họ và tên Mục thực hiện Ghi chú 1 Đỗ Việt Hoà Phần I 2 Lò Văn Doan Phần II 3 Tống Văn Hùng Phần III LỜI MỞ ĐẦU Một trong những phát minh vĩ đại nhất của con người trong thời gian khoảng thập niên 80 là việc con người đã phát minh ra điện thoại di động. Điện thoại di động đem lại lợi ích vô cùng lớn cho con người, trong mọi lĩnh vực thông tin liên lạc, nó giúp con người xích lại gần nhau không phân biệt khoảng cách xa gần, xóa bỏ khoảng cách không gian về địa lý mọi người đều có thể trực tiếp nói chuyện với nhau điều này góp phần to lớn trong việc trao đổi buôn bán giao lưu kinh tế nó tham gia một cách tích cực vào cuộc sống của con người. Kể từ khi điện thoại di động ra đời nó đã trở thành thiết bị mang tính chuyên biệt rồi trở thành vật dụng thiết yếu đối với mỗi con người trong cuộc sống và sinh hoạt. Qua II thập kỷ gần đây với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ nói chung và công nghệ di động nói riêng đã có những bước tiến đáng kể nó đã đáp ứng được rất nhiều các dịnh vụ mà con người cần thiết Trạm di động là sự kết hợp giữa thiết bị di động MS và Module nhận dạng thuê bao SIM. Trong mỗi máy di động cầm tay khi liên lạc, nhà quản lý điều hành mạng sẽ quản lý theo hai mã số . - Số SIM đây là mã nhận dạng di động thuê bao Quốc tế, dựa vào mã số này mà nhà quản lý có thể quản lý được các cuộc gọi cũng như các dịch vụ gia tăng khác . - Số IMEI đây là số nhận dạng di động Quốc tế, số này được nạp vào bộ nhớ ROM khi điện thoại được xuất xưởng, mỗi máy điện thoại có một số IMEI duy nhất, ở các nước trên thế giới - số IMEI được các nhà cung cấp dịch vụ quản lý, vì vậy ở nước ngoài nếu một điện thoại di động bị đánh cắp thì cũng không thể sử dụng được. - Với các công nghệ tiên tiến ngày nay, nếu bạn bật máy điện thoại lên, người ta có thể biết bạn đang đứng ở đâu chính xác tới phạm vi 10m2 đó là công nghệ định vị toàn cầu . Nhóm chúng em xin được cảm ơn sâu sắc tới Thầy giáo Thạc sỹ Nguyễn Viết Minh, người Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ nhóm em hoàn thành chuyên đề này. Xin gửi lời cảm ơn tới các Thầy, Cô giáo trong bộ môn thông tin vô tuyến, khoa viễn thông I, đã hết sức tạo điều kiện giúp đỡ nhóm em trong thời gian làm chuyên đề này. PHẦN I. GiỚI THIỆU TỔNG QUAN MS VÀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU THOẠI TRONG MS Giới thiệu tổng quan MS. MS trong thực tế là các loại thiết bị được trang bị để di động như thiết bị thông tin trên ôtô, tàu bè, máy bay ... chúng bao gồm điện thoại cầm tay, máy nhắn tin và điện thoại vô tuyến xách tay. Ngoài chức năng vô tuyến chung và xử lý giao diện vô tuyến MS còn cung cấp các giao diện với người sử dụng như micro, loa, màn hình hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi hoặc giao diện với các thiết bị khác. * MS có 3 chức năng chính: - Thiết bị đầu cuối (Terminal Adapter) thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng di động như Fax, máy tính… - Kết cuối trạm di động (Mobile Termination) thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. - Bộ thích ứng đầu cuối (Terminal Adapter Function) làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết nối di động. * Các kiểu trạm di động và công suất của chúng: - Máy lắp trên ôtô: Là một thiết bị lắp trên ôtô và thiết bị này có anten lắp phía ngoài ôtô. - Các máy xách tay: Là một thiết bị có thể xách tay và ở thiết bị này về mặt vật lý anten không gắn với phần thiết bị chứa kết cuối di động. Các máy này có thể thực hiện tất cả các mức công suất cần thiết trong hệ thống . Các máy xách tay có thể được lắp trên ôtô và thường gồm một khối cắm rút mang đi được và một bộ thích ứng lắp trên ôtô. - Các máy cầm tay: Là một thiết bị xách tay và ở đây anten có thể cắm với phần thiết bị chứa kết cuối di động. Các máy cầm tay được thiết kế để người sử dụng cầm tay được dễ dàng. MS được phân thành năm loại theo công suất đỉnh danh định như sau: Loại 1: 20W Lắp trên xe và xách tay. Loại 2: 8 W Lắp trên xe và xách tay. Loại 3: 5 W Cầm tay. Loại 4: 2W Cầm tay. Loại 5: 0,8W Cầm tay. Ở đây ta xét 1 trạm di động (MS) cụ thể bao gồm điện thoại di động và một thẻ thông minh xác thực thuê bao (SIM). SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế người sử dụng có thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã đăng ký. Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di động IMEI (International Mobile Equipment Identity). Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity) để hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác. IMEI và IMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân. Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN). 2. Qúa trình xử lý tín hiệu thoại trong MS. 2.1. Sơ đồ khối. 900MHz X Mã hoá nguồn Trung tần Đổi tần lên GĐC GM SK Trung tần Đổi tần xuống Giải mã kênh Giải mã nguồn Đ/C GMSK Mã hoá kênh Duplex 270kb/s 13kb/s 128kb/s 300-3400Hz TDMA Timer Control MMI Đồng Bộ Hệ thống điều khiển Giao diện người máy 890MHz 915MHz 935MHz 960MHz Tuyến xuống Tuyến lên 45MHz 25MHz 25MHz 1 ..... 124 1 ..... 124 2. 2. Xử lý tín hiệu thoại trong MS. * chiều phát từ máy thuê bao di động (MS) đến trạm gốc BTS: - Tín hiệu thoại (tiếng nói) trong dải tần từ 300 đến 3400Hz được số hóa qua bộ biến đổi A/D. Tín hiệu được mã hóa theo thuật toán FPE-LPT (kích thích xung đều - dự đoán trường kỳ). Bước mã hóa này gọi là “mã hóa nguồn”. Kết quả chuỗi xung đưa ra có tốc độ 13kbit/s. - Trong bước “mã hóa nguồn” theo thuật toán RPE-LPT thì cứ 20ms của âm thoại ta phải truyền được 260bit nên tốc độ của mỗi kênh là 260bit : 20 x 10-3 = 13kbit/s. - Tiếp theo bộ mã hóa kênh thực hiện bảo mật các dữ liệu, thêm các bit dưới và bit bảo vệ để lập thành các cụm (burst) còn gọi là khe thời gian. Tốc độ của cụm là 270kbit/s. Dãy xung đã được mã hóa trên đưa vào điều chế dao động trung gian (thường là 70 đến 400MHz). Tại đây thực hiện "điều chế di pha cực tiểu Gauss" GMSK (Gaussian Minimmum Shift Keying). Về bản chất MSK là điều tần mã nhị phân với 2 tần số phù hợp với tín hiệu được chọn trong mỗi khoảng nhịp của tần số đó có dịch pha 1800. So với điều chế di pha 2PSK thì phổ của MPSK hẹp hơn. Tín hiệu trung tần IF đã được điều chế lại thực hiện việc trộn với dao động VCD để nâng tần số mang lên tới 890 đến 915MHz. Tín hiệu này được khuếch đại qua bộ ghép (duplexer) và đưa ra anten. Theo quan điểm truyền dẫn, kênh vật lý là một khe thời gian tại một sóng mang vô tuyến được chỉ định. Theo quan điểm tin tức, kênh logic mang nội dung tin được đặt vào các kênh vật lý. Cách tổ chức kênh vật lý của GSM như sau: - Dải tần 890-915MHz dùng cho đường lên (từ MS đến BTS) - Dải tần 935-960MHx dùng cho đường xuống (từ BTS đến MS). Dải thông tần một kênh vật lý là 200MHz cộng với dải bảo vệ thu phát 206kHz. Như vậy trong dải tần dành riêng cho GSM chứa được 124 kênh vô tuyến như trên hình . Mỗi kênh vô tuyến này mang một khung TDMA với 8 khe thời gian. Mỗi khung dài 4,62ms. Khung đường lên trễ 3 khe so với khung đường xuống. Nhờ sự trễ này mà máy cầm tay MS có thể sử dụng một khe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống. * Theo chiều thu từ trạm gốc BTS đến máy di động cá nhân MS ta thấy tín hiệu biến đổi như sau: Tín hiệu tần số 935-960MHz từ anten qua bộ phân chia (duplexer), sau khi được khuếch đại thực hiện đổi tần lần thứ nhất. Tín hiệu thu cùng trộn với dao động nội 962-995MHz. Tại đầu ra của bộ đổi tần là tần số trung tần IF thứ nhất. Tín hiệu trung tần này được khuếch đại và qua bộ lọc và tiếp tục tiến hành đổi tần lần thứ hai. Tín hiệu trung tần 2 qua bộ lọc và hạn chế biên độ được tiến hành giải điều chế GMSK và khôi phục lại cụm tín hiệu 270kbit/s. Tiếp theo tín hiệu được giải mã kênh để khôi phục lại xung 13kbit/s của tín hiệu thoại. Sau khi qua bộ biến đổi digital-analog (D/A) tín hiệu thoại được khôi phục và đưa tới tai nghe. PHẦN II - KÊNH THU TÍN HIỆU TIẾNG MS Trong mỗi máy di động cầm tay khi liên lạc, nhà quản lý điều hành mạng sẽ quản lý theo hai mã số. - Số SIM đây là mã nhận dạng di động thuê bao Quốc tế, dựa vào mã số này mà nhà quản lý có thể quản lý được các cuộc gọi cũng như các dịch vụ gia tăng khác . - Số IMEI đây là số nhận dạng di động Quốc tế, số này được nạp vào bộ nhớ ROM khi điện thoại được xuất xưởng, mỗi máy điện thoại có một số IMEI duy nhất, ở các nước trên thế giới - số IMEI được các nhà cung cấp dịch vụ quản lý, vì vậy ở nước ngoài nếu một điện thoại di động bị đánh cắp thì chúng cũng không thể sử dụng được - Với các công nghệ tiên tiến ngày nay, nếu bạn bật máy điện thoại lên, người ta có thể biết bạn đang đứng ở đâu chính xác tới phạm vi 10m2 đó là công nghệ định vị toàn cầu. Sơ đồ khối: 2. Nguyên lý hoạt động Kênh thu có hai đường song song dùng cho 2 băng sóng: - Băng GSM 900MHz có tần số thu từ 935MHz đến 960MHz - Băng DCS1800MHz có tần số thu từ 1805MHz đến 1880MHz Khi thu băng GSM 900MHz , tín hiệu thu vào Anten đi qua Chuyển mạch Anten đóng vào đường GSM900MHz => Đi qua bộ lọc thu để lọc bỏ các tín hiệu nhiễu => Đi qua bộ khuếch đại nâng biên độ tín hiệu => Đi qua bộ ghép hỗ cảm để tạo ra tín hiệu cân bằng đi vào IC Cao trung tần . Mạch trộn tần trộn tín hiệu cao tần với tần số dao động nội tạo ra từ bộ dao động VCO => tạo thành tín hiệu trung tần IF => đưa qua mạch khuếch đại trung tần khuếch đại lên biên độ đủ lớn cung cấp cho mạch tách sóng điều pha. Mạch tách sóng lấy ra 2 dữ liệu thu RXI và RXQ >> Tín hiệu RXI và RXQ được đưa sang IC mã âm tần để xử lý và tách làm hai tín hiệu : - Tín hiệu thoại được đưa đến bộ đổi D - A lấy ra tín hiệu âm tần => khuếch đại và đưa ra loa - Các tín hiệu khác được đưa xuống IC vi xử lý theo hai đường IDAT và QDAT để lấy ra các tin hiệu báo rung, chuông, tin nhắn ... PHẦN III - KÊNH THU TÍN HIỆU TIẾNG CỦA MÁY DI ĐỘNG NOKIA 6610 Các máy cá nhân cầm tay dùng trong mạng thông tin di động GSM được các hãng sản xuất như Erricsson, Nokia, Siemens, Philips, Alcatel, Motorola, Samsung... đưa ra thị trường và không ngừng thay đổi về kiểu dáng, kích thước, độ tích hợp... nhưng về cơ bản, một máy cá nhân gồm 3 bộ phần: - Khối cao tần ( Phần thu và phát song cao tần hay còn gọi là RF). - Khối logic ( Hay phần điều khiển chính của máy ). - Khối hiển thị và giao tiếp với người sử dụng ( Gồm màn hình, bàn phím hồng ngoại…). 1. Sơ đồ khối kênh thu tín hiệu tiếng của máy NOKIA 6610: - Chức năng các khối: VBAT Chân cấp nguồn V.BAT - Nguồn Pin Điện áp VBAT cấp nguồn trực tiếp IC nguồn. Khi ta bật công tắc nguồn => tác động vào IC nguồn qua chân PWR-ON => Mở ra các điện áp khởi động cấp cho các khối Một số đặc điểm của NOKIA 6610 (Đại diện cho các máy đời cao) ● Mạch đơn giản hơn các máy đời thấp ● Các IC có xu hướng tích hợp ● IC RF kiêm luôn chức năng khuếch đại và lọc tín hiệu cao tần. ● IC Audio được tích hợp trong IC nguồn ● IC nạp, IC rung chuông cũng tích hợp luôn trong IC nguồn. 2. Nguyên lý hoạt động của kênh thu NOKIA 6610 ● Tín hiệu thu vào Anten qua chuyển mạch Anten G800 ANT SW, chuyển mạch được điều khiển để đóng tín hiệu vào đường GSM khi thu băng GSM, tín hiệu thu GSM đi qua hai cuộn lọc nhiễu L809 và L810 rồi đi thẳng vào IC cao tần RF L500 RF . ● Dao động nội VCO G500 cũng được đưa vào IC cao tần RF ● Mạch đổi tần trong IC RF sẽ trộn tín hiệu RF với VCO để lấy ra tín hiệu trung tần IF, tín hiệu này được khuếch đại và tách sóng điều pha để lấy ra hai tín hiệu RXI và RXQ đưa sang IC mã âm tần tiếp tục xử lý. ● IC mã âm tần Audio (tích hợp trong IC nguồn) sẽ cho giải mã GMSK các tín hiệu thu sau đó tách tín hiệu làm hai phần, các tín hiệu thoại cho đổi D/A để lấy ra tín hiệu âm thanh đưa ra tai nghe, các tín hiệu điều khiển đưa sang CPU tiếp tục xử lý để lấy ra các tín hiệu âm báo hoặc tin nhắn .. ● Điện áp cấp cho kênh thu - phát lấy từ IC nguồn bao gồm các điện áp từ VR1 đến VR7 cung cấp sang IC RF và bộ dao động VCO Tài liệu tham khảo: Giáo trình điện thoại. Trang web: