Đồ án Thông tin trong cự li ngắn đảm bảo và bí mật qua việc thiết kế máy thông tin nội bộ truyền trong điện lưới

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 tầ