HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG 1

MÁY THU THANH SỐ CHUẨN DAB

“”
Giảng viên: N.T.T Nga
Nhóm 02
Sinh viên thực hiện :
Nguyễn Tiến Mạnh – B18DCVT282
Tào Văn Nam – B18DCVT306
Nguyễn Anh Tuấn – B18DCVT378

Hà Nội, tháng 5/2022


Nhóm 04

2


Nhóm 04

PHÂN CƠNG CƠNG VIỆC
Nguyễn Tiến Mạnh: tìm kiếm, kiểm duyệt nội dung và dịch tài liệu.
Tào Văn Nam : duyệt nợi dung và trình bày vào bản Word báo cáo.
Nguyễn Anh Tuấn : làm Slide và thuyết trình.

MỤC LỤC

3

Nhóm 04
AAB (Analog Audio Bandwidth)
AAS (Auxiliary Application Service)
ADC (Analog-to-Digital Converter)
AFE (Analog Front End
AGC (Automatic gain control)
AM (Amplitude Modulation)
BPF (Band Pass Filter)
DAC (Digital-to-Analog Converter)
DDC (Digital Down Converter)
DSP (Digital Signal
Processing/Processor)
FCC (Federal Communications
Commission)
FEC (Forward Error Correction)
FM (Frequency Modulation)
Frequency Synthesizer
GCS (Ground Conductive Structure)
I/O (Input/Output)
IBOC (In-Band On-Channel)
IDS (IBOC Data System )
IF (Intermediate Frequency)
IF Filter (Intermediate Frequency
filter)
LNA (Low noise amplifier)
MAC (Medium Access Control)
McBSP (Multichannel Buffered Serial
Port)

MF (Medium Frequency)
MPS (Main Program Service)
OFDM
OSC (Oscillator)

Độ rộng băng thông âm thanh tương
tự
Dịch vụ ứng dụng bổ trợ
Bộ biến đổi tương tự số
Khối đầu vào tương tự
Điều khiển độ lợi tự động
Điều biến biên độ
Bộ lọc thông dải
Bộ biến đổi số tương tự
Bộ biến đổi xuống số hóa
Xử lý tín hiệu số/ Bộ xử lý tín hiệu số
Hiệp hội Viễn thơng liên bang (Mỹ)
Sửa lỗi tiến
Điều biến tần số
Bộ tổng hợp tần số
Cấu trúc dẫn điện trên mặt đất
Đầu vào đầu ra
Trên băng trong kênh
Hệ thống dữ liệu IBOC
Trung tần
Bộ lọc trung tần
Bộ khuếch đại tạp âm thấp
Tầng MAC
Cổng nối tiếp đệm đa kênh
Tần số trung gian

Dịch vụ chương trình chính
Ghép kênh theo tần số trực giao
Bộ tạo dao động

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.

I. Tổng quan.
DAB khác với các hệ thống phát âm thanh analog truyền thống như AM
và FM. Ví dụ, DAB là một hệ thống truyền dẫn băng thông rộng, truyền một số
chương trình âm thanh và kênh dữ liệu trên cùng một tần số. Các băng tần
4


Nhóm 04
được ấn định cho phát sóng DAB khác với các băng tần phát sóng truyền thống
và cách nhau gần một thập kỷ. Việc vận chuyển thông tin, âm thanh và dữ liệu
cũng sử dụng các khái niệm mới như nén âm thanh (xem phần III). Trước đó,
các khái niệm máy thu mới phải được phát triển.
Vì hệ thống DAB khá phức tạp về các u cầu tính tốn, rõ ràng là cần
phải thiết kế các bộ chip cụ thể, tích hợp cao bao gồm cả phần tương tự và kỹ
thuật số của hệ thống. Những bộ chip này là nền tảng cho tất cả các loại máy
thu DAB và là cơ sở quan trọng cho các giải pháp hiệu quả về chi phí. Tuy
nhiên, do sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ PC, các PC hiện đại có thể
xử lý phần kỹ thuật số của bộ thu DAB.
Ngày nay, các loại máy thu DAB khác nhau có thể được phân loại như
sau:
•
•

Đài ơ tơ, chỉ âm thanh hoặc bộ thu âm thanh và dữ liệu.

Máy thu thẻ PC. Một số giải pháp này hoàn toàn dựa trên phần cứng,
trong khi các giải pháp khác giải mã phần kỹ thuật số trong phần mềm
trên PC.
Bộ thu tại nhà bao gồm bộ thu sóng HiFi và radio nhà bếp.
Máy thu di động.
Giám sát máy thu để giám sát mạng.

•
•
•

1. Các yêu cầu về quy chuẩn máy thu.
Một số yêu cầu quy chuẩn liên quan đến máy thu DAB đã được tiêu
chuẩn hóa trong vài năm qua. Tổng quan về các tiêu chuẩn này được cung cấp
trong Bảng 1.1.
EN 50248 là kết quả của nỗ lực chung của ngành công nghiệp máy thu
và các chuyên gia từ Eureka 147. Một chủ đề thảo luận giữa các nhà sản xuất
máy thu và các nhà sản xuất máy thu rộng là độ nhạy máy thu tối thiểu. Trong
bản nháp trước đây của EN 50248, và độ nhạy tối thiểu 91 dBm đối với băng
tần III và 92 dBm đối với băng tần L đã được xác định như vậy, trong khi các

5


Nhóm 04
đài truyền hình giả định đối với bộ thu lập kế hoạch mạng với 99 dBm độ nhạy
trong kênh AWGN. Quy hoạch mạng theo thỏa thuận trong Hội nghị
Wiesbaden của CEPT, tuân theo tiêu chuẩn ITU P.370 [P.370] cũng được sử
dụng để lập kế hoạch mạng TV. Để phủ sóng TV, một ăng-ten cố định ở độ cao
10 m thường được giả định. Do dữ liệu lập kế hoạch chi tiết cho phạm vi phủ

sóng của DAB bị thiếu tại thời điểm diễn ra Hội nghị Wiesbaden, hệ số hiệu
chỉnh 10 dB được giả định là tính đến chiều cao ăng ten lớn hơn hoặc nhỏ hơn
1,50 m thường được sử dụng cho điện thoại di động tiếp nhận trong các
phương tiện.

Bảng 1.1 Yêu cầu của máy thu định mức

Dựa trên nền tảng này, ITU vẫn yêu cầu máy thu có độ nhạy rất tốt.
Trong khi phạm vi phủ sóng ở Băng tần III thường khá tốt - mức thu thơng
thường là khoảng 70 dBm - thì trong nhiều trường hợp, phạm vi phủ sóng của
băng tần L ở mức giới hạn của nó.

6


Nhóm 04
Tuy nhiên, điều này chủ yếu là do ảnh hưởng của địa hình. Trong tình
huống tầm nhìn hoặc chỉ có vật cản khá nhỏ giữa bộ phát và bộ thu, khả năng
thu băng tần L đơi khi có thể ở khoảng cách xa hơn 50 km, đối với vùng phủ
sóng dự kiến là bán kính khoảng 10 km, khi ở trong thung lũng hoặc trong
bóng tối của Sự tiếp nhận của các tịa nhà cao tầng có thể bị suy giảm trong
khoảng cách vài km đối với địa điểm phát sóng. ITU P.370 giả định mức thu
sóng thay đổi theo vị trí máy thu khác nhau là 5,5 dB sẽ thích hợp cho độ cao
ăng ten là 10m.
Do ảnh hưởng của địa hình, sự thay đổi mức tiếp nhận '' thế giới thực ''
thường cao hơn nhiều, đôi khi là 20 dB. Chẳng hạn, việc cải thiện độ nhạy của
máy thu bằng cách 3 dB sẽ chỉ có tác dụng nhỏ trong tình huống này, bằng
cách tăng gấp đơi công suất truyền. Tuy nhiên, hệ thống DAB hỗ trợ mạng tần
số đơn (SFN). Bằng cách lắp đặt một số máy phát và bộ đệm khoảng trống trên
cùng một tần số, có thể đạt được vùng phủ sóng tốt ngay cả ở băng tần L .

2. Tổng quan về kiến trúc máy thu.
Hình 1.1 trình bày một sơ đồ khối của một máy thu DAB điển hình. Tín
hiệu nhận được từ ăng-ten được xử lý ở đầu cuối tần số vô tuyến (RF), được
lọc và trộn thành tần số trung gian hoặc trực tiếp tới băng tần phức hợp. Tín
hiệu kết quả được chuyển đổi sang miền kỹ thuật số bằng các bộ chuyển đổi
tương tự sang kỹ thuật số (ADC) và được xử lý thêm trong giao diện kỹ thuật
số để tạo ra.

7


Nhóm 04

Hình 1.1 Sơ đồ khối máy thu.

Tín hiệu dải cơ sở phức hợp kỹ thuật số. Tín hiệu băng gốc này được
phân bổ thêm OFDM demodu bằng cách áp dụng FFT (Fast Fourier
Transform). Sau đó, mỗi sóng mang được giải điều chế một cách khác biệt
(DQPSK) và việc khử xen kẽ theo thời gian và tần số được thực hiện. Cuối
cùng, tín hiệu được giải mã Viterbi, khai thác phần dư thừa được bổ sung ở
phía máy phát để giảm thiểu lỗi dư do lỗi truyền dẫn. Sau bộ giải mã Viterbi,
dữ liệu được mã hóa nguồn, như các dịch vụ dữ liệu và âm thanh cũng như
thông tin FIC, có sẵn để xử lý thêm. Kênh phụ âm thanh đã chọn được giải mã
bởi bộ giải mã âm thanh, trong khi luồng dữ liệu có thể được chuyển đến bộ
giải mã bên ngồi thơng qua giao diện dữ liệu máy thu (RDI) hoặc các giao
diện khác.
Chi tiết về từng bước xử lý được cung cấp trong các phần tiếp theo 1.2 (Mặt
trước RF), 8.3 (Xử lý băng gốc kỹ thuật số), 8.4 (Bộ giải mã âm thanh) và 8.5
(Mặt liên kết).


8


Nhóm 04
II. Mặt trước RF.
Vì hệ thống DAB dựa trên COFDM có một số thuộc tính đặc biệt, nên
khơng thể sử dụng các thiết kế bộ thu truyền đúc rộng truyền thống được thiết
kế cho các tiêu chuẩn truyền dẫn tương tự. Hệ thống kỹ thuật số mới đặt ra một
số yêu cầu đặc biệt dẫn đến kiến trúc máy thu mới.
1. u cầu.
Tín hiệu COFDM ít nhiều có thể được xem là nhiễu trắng giới hạn băng
tần. Điều này là do tín hiệu chứa nhiều sóng mang riêng lẻ được điều chế độc
lập theo tốc độ ký hiệu chậm, nhưng vì các sóng mang riêng lẻ hồn tồn
khơng có mối quan hệ với nhau nên tín hiệu hoạt động giống như nhiễu
Gaussian. Trong miền tần số, phổ tín hiệu bị giới hạn theo sự phân bổ của các
sóng mang phụ và trông giống như một '' đầu Simpson '', rất giống với tín hiệu
WCDMA (CDMA băng tần rộng). Trong thế giới thực, bộ lọc không đủ và bộ
truyền không tuyến tính gây ra hiện tượng '' sidelobes '' trong phổ tín hiệu, hạn
chế việc từ chối kênh lân cận của hệ thống (xem phần 7.5.5). Hình 1.2 trình
bày phổ của tín hiệu DAB nhận được.
Các tính chất đặc biệt của COFDM đặt ra một số yêu cầu đối với RF của máy
thu mạch như được mô tả trong các phần phụ sau đây.
1.1. Envelope không hằng định.
Không giống như nhiều hệ thống điều chế pha như FM, GSM và AMPS,
không thể sử dụng các bộ khuếch đại giới hạn vì tín hiệu sẽ bị cắt và phần biên
độ của thông tin sẽ bị mất. Việc giới hạn bộ khuếch đại sẽ loại bỏ yêu cầu kiểm
soát độ lợi, giúp đơn giản hóa thiết kế hệ thống một cách đáng kể.
Máy thu COFDM yêu cầu một đường dẫn tín hiệu có độ tuyến tính cao từ ăngten đến bộ giải điều chế được nhận ra dưới dạng FFT trong miền kỹ thuật số,
giống như các hệ thống khác dựa trên '' bao không cố định '', chẳng hạn như
WCDMA.


9


Nhóm 04

Hình 2.1 Tín hiệu DAB trong miền tần số. Các gợn sóng được tạo ra bởi sự lan truyền

Do hoạt động di động, biên độ tín hiệu trung bình liên tục thay đổi
khoảng 20 dB. Do đó, đối với máy thu COFDM, thiết kế AGC (Kiểm soát độ
lợi tự động) cẩn thận là một tính năng quan trọng. Một lược đồ đặc biệt được
gọi là ký hiệu null , ví dụ ngắt tín hiệu đã truyền 1 ms trong chế độ truyền
DAB I, được sử dụng để đồng bộ hóa Cần phải đặc biệt cẩn thận để tạm dừng
mạch AGC trong q trình nhận ký hiệu Null.
1.2. Đợ chính xác pha.
Vì hệ thống Eureka 147 DAB một phần sử dụng các tần số tương tự như
tín hiệu TV analog cổ điển, bộ chỉnh TV thơng thường có thể là một tùy chọn
cho bộ thu DAB cho Băng tần III.
Đối với bộ thu sóng TV, nhiễu pha VCO (Bộ dao động điều khiển bằng
điện áp) thường không đáng quan tâm. Thơng tin tín hiệu được chứa trong biên
độ; giai đoạn tín hiệu khơng chứa thơng tin. Ngay cả đối với tỷ lệ tín hiệu trên

10


Nhóm 04
nhiễu của âm thanh FM, nhiễu pha khơng quan trọng vì trong hầu hết các máy
thu tương tự, sóng mang tín hiệu ổn định của tín hiệu đã truyền được sử dụng
để tạo sóng mang âm 5–5.5 MHz theo tiêu chuẩn TV CCITT được sử dụng
trong nhiều nước.

Tín hiệu COFDM bao gồm nhiều sóng mang riêng lẻ được điều chế theo
pha. VCO với nhiễu pha thấp (jitter) là yếu tố cần thiết để chuyển đổi tín hiệu
từ tần số đầu vào thành IF thích hợp. Mặc dù các pha tuyệt đối khơng quan
trọng vì điều chế pha vi sai, chỉ có thể chịu được sai số pha RMS tổng nhỏ hơn
10 độ mà không ảnh hưởng đến BER của hệ thống. Do đó, cần phải có các
mạch VCO và PLL hiệu suất cao, vượt quá các thông số kỹ thuật của các hệ
thống tương tự.
1.3. Dải động rộng.
DAB là một hệ thống phát sóng. SFN có thể được xem như một mạng di
động với mỗi ô sử dụng lại cùng một tần số. Không giống như các mạng điện
thoại di động, nơi điển hình kích thước ơ nhỏ bằng một tịa nhà, một '' ơ '' điển
hình cho Băng tần III là 50 km trong đường kính, và đối với dải L là 15 km.
Công suất truyền lên đến vài kW. Ví dụ 10 kW cho hệ thống DAB Canada,
trong khi các trạm gốc cho mạng di động mạng thường chỉ sử dụng tối đa 10
W. Điều này có nghĩa là máy thu phải điều chỉnh tín hiệu lớn hơn ở đầu vào,
theo sự khác biệt về công suất truyền này. Trong khi máy thu CDMA được
thiết kế cho công suất đầu vào tối đa là 25 dBm, và Máy thu DAB phải hoạt
động ở mức tối đa 15 dBm ở đầu vào trong băng tần L. Trong Băng tần III,
mức đầu vào tối đa thậm chí cịn quan trọng hơn. Trong trường hợp này, không
chỉ DAB Máy phát có mức cơng suất vừa phải khoảng 1–4 kW. TV mạnh các
trạm chiếm cùng một dải tần, với công suất truyền dẫn hiệu quả là thường là
100 kW. Mặc dù sự phân cực khác nhau của tín hiệu (TV chủ yếu ngang, DAB
dọc) cung cấp một số tách, nên giả thiết rằng a nhiễu gần đó có thể mạnh hơn

11


Nhóm 04
tới 10 dB so với tín hiệu mạnh nhất cho băng tần L. [EN 50248] giả định mức
đầu vào tối đa là 5 dBm với hoạt động mạch tuyến tính (xem Bảng 1.2).

Mặc dù các u cầu khó hơn nhiều so với thiết bị cầm tay điện thoại di
động, mức tín hiệu imum tối đa khơng cao bằng đối với khả năng thu sóng FM
với 2 Vpp ở ăng-ten đầu vào khơng phải là hiếm trong các tình huống tiếp
nhận quan trọng. Kể từ khi khẩu độ ăng-ten và do đó mức tín hiệu nhận được
trở nên nhỏ hơn đối với các tần số cao hơn, nhận định tại chỗ tốt hơn cho
DAB, trong đó tần số đầu vào ln vượt q 174 MHz. Ngồi ra Băng tần TV
thường chỉ được chiếm bởi một đài mạnh duy nhất, trong khi đối với FM
khoảng năm máy phát mạnh, tất cả các chương trình phát sóng khác nhau
thường được vận hành trên một trang web máy phát đơn.
Các mức đầu vào cao yêu cầu độ tuyến tính cao và độ tuyến tính cao là
một hạn chế khơng có trong phù hợp với mức tiêu thụ điện năng thấp hoặc độ
nhạy tốt. Bộ thu DAB phải là được tối ưu hóa nhiều hơn cho dải động rộng và
độ chọn lọc cao, trong khi một bộ thu vệ tinh (GPS) chỉ có thể được tối ưu hóa
hồn tồn cho một con số tiếng ồn thấp.
2. Khái niệm và kiến trúc mặt trước tương tự.
Bên cạnh các đặc tính tín hiệu đặc biệt của tín hiệu OFDM, hai các dải
tần (xem Bảng 8.3) mang lại những hạn chế nhất định cho thiết kế máy thu.
Các tần số trung tâm của cả hai dải cách nhau bởi hệ số 7–8. Không giống như
TV hoặc bộ chỉnh DVB-T về cơ bản có thể bao phủ dải tần số cần thiết với
cùng một kiến trúc chuyển đổi đơn, chẳng hạn như khơng thể mở rộng bộ dị
UHF lên đến 1,5 GHz.

12


Nhóm 04
Bảng 2.1: Các mức đầu vào tối đa như được xác định trong [EN 50248]

Bảng 2.2: băng tần DAB.


Mặt khác, hai dải tần khá hẹp và không cần thiết phải hỗ trợ thu sóng ở
bất kỳ tần số nào ở giữa. Điều này cho phép thiết kế các kiến trúc máy thu ''
băng tần kép '' đặc biệt.
2.1. Chuyển đổi trực tiếp / Zero-IF.
Một cách tiếp cận phổ biến đối với máy thu đa băng tần là hồn tồn
khơng sử dụng IF và chuyển tín hiệu xuống IF bằng khơng (Hình 8.3). Bằng
cách này, có thể tránh được bất kỳ bước dịch tần số trung gian nào luôn tạo ra
các tần số thu giả và do đó các yêu cầu bộ lọc đặc biệt. Cách tiếp cận này rất
nổi tiếng và hiện đang được áp dụng trong các thiết bị cầm tay GSM ba băng
tần, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về bộ lọc IF [Strange, 2000]. Hai hoặc ba bộ lọc
lựa chọn dải tần có thể chuyển đổi được sử dụng phía trước LNA (Bộ khuếch
đại tiếng ồn thấp). Một kiến trúc tương tự có thể được sử dụng cho DAB và
hiện đang được điều tra.
Tuy nhiên, kiến trúc này yêu cầu các bộ lọc thông thấp phù hợp hoàn
hảo (đối với biên độ và pha) trong đường dẫn tín hiệu I và Q. Đối với các hệ
thống truyền dẫn có băng thơng tương đối nhỏ (GSM: 20 kHz, IS95: 30 kHz),
tốc độ lấy mẫu cần thiết cho bộ lọc thông thấp và bộ ADC là khá thấp. Đối với
tín hiệu dải rộng, cần có các bộ lọc thơng thấp phức tạp hơn. Ngồi ra, cần phải
đề cập rằng kiến trúc này yêu cầu hai bộ ADC hoàn toàn độc lập với độ kết
hợp tốt tương ứng.

13


Nhóm 04
Điều này thường dẫn đến sự đánh đổi thiết kế khơng có lợi cho các khái
niệm zero-IF. Đến kiến thức của tác giả, khơng có bộ thu DAB nào được bán
trên thị trường dựa trên zero-IF.

Hình 2.2 Bộ thu DAB Zero-IF


Gần đây, một chip băng tần cơ sở zero-IF được tích hợp hồn tồn cho ''
cdmaOne '' (băng thơng IS.95: 1,2 MHz) đã được công bố [Liu, 2000], thể hiện
sự tiến bộ trong khái niệm IF khơng và tích hợp CMOS tín hiệu hỗn hợp. Có
thể mong đợi sự phát triển mới của máy thu IF-DAB bằng không, với giao diện
trước RF-CMOS, như được trình bày cho cơng nghệ '' Bluetooth ''.
Vấn đề kỹ thuật nghiêm trọng nhất của máy thu zero-IF là LO truyền
qua đầu vào ăng ten, gây ra sự chênh lệch DC trong tín hiệu IQ. Thành phần
DC này phải được loại bỏ để xử lý tín hiệu thích hợp, ví dụ bằng cách ghép
điện dung. Điều này không khả thi với mọi sơ đồ điều chế, nhưng COFDM
hoàn toàn phù hợp cho cách tiếp cận này.
2.2. Bợ thu dựa trên khái niệm bợ thu sóng TV.
Vì bộ thu sóng TV dành cho Băng tần III ln sẵn có, hầu hết các bộ thu
DAB về cơ bản sử dụng '' bộ thu sóng TV '' được sửa đổi cho Băng tần III.
Điều này ngụ ý IF tương tự là 38,912 MHz. Sự lựa chọn IF được xác định bởi

14


Nhóm 04
sự loại bỏ hình ảnh được u cầu. Với IF là 38 MHz, tần số thu nhận hình ảnh
giả cho đầu dưới của Băng tần III (174 MHz) sẽ cao hơn băng tần trên của
băng tần TV, tại
(2.1)
Việc ấn định tần số này ngăn không cho các đài TV / DAB mạnh ở mép
trên của Băng tần III hoạt động như bộ gây nhiễu cho các đài ở tần số thấp
hơn. Tần số thu nhận hình ảnh giả sẽ di chuyển ra khỏi Băng tần III nếu một
tần số về phía đầu trên của Băng tần III được điều chỉnh. Tất nhiên, nếu bộ thu
sóng TV truyền thống được sử dụng để thu sóng DAB, bộ lọc IF phải được
thay thế bằng bộ lọc chọn kênh DAB thích hợp và VCO phải được '' nâng cấp ''

để có hiệu suất nhiễu pha tốt hơn.
Hỗ trợ cho dải L có thể được thêm vào bằng cách chuyển đổi khối
xuống. Chiều rộng của dải L nhỏ hơn chiều rộng của dải III, vì vậy có thể
chuyển đổi dải L hồn chỉnh với LO được đặt thành tần số cố định xuống dải
III. Khái niệm này, được mơ tả trong Hình 2.3, ban đầu được phát triển bên
trong dự án JESSI [Jongepier, 1996]. Nó được sử dụng trong hầu hết các máy
thu thương mại vì có sẵn một số bộ chip dựa trên khái niệm này.
Tuy nhiên, khái niệm bộ chỉnh này gây ra một số vấn đề, đặc biệt là ở dải L:
•

IF 38,912 MHz là khá cao để xử lý trực tiếp bởi ADC; thường là IF thứ

•

hai (thứ ba trong trường hợp L-band) IF được yêu cầu.
Tần số IF đầu tiên để thu băng tần L (thực sự là Băng tần III) bị chiếm
bởi các bộ giao thoa có thể rất mạnh. Ví dụ, nếu một đài băng tần L 95
dBm nên được điều chỉnh với một đài truyền hình phát nổ 5 dBm có trên
cùng một tần số, thì cần phải cách ly hơn 90 dB. Điều này về mặt kỹ

•

thuật khó đạt được.
Phải sử dụng bộ lọc từ chối hình ảnh có thể điều chỉnh ('' bộ lọc theo dõi
''). Các bộ lọc này cồng kềnh và có thể thay đổi thơng số. Do đó, các bộ

15


Nhóm 04

lọc phải được điều chỉnh thủ cơng hoặc điều chỉnh điện tử, dựa trên dữ
liệu căn chỉnh được lưu trữ.

Hình 2.3: Bộ chỉnh JESSI

Vì các bộ thu sóng này được tối ưu hóa cao cho việc thu sóng TV và có
thiết kế dài lịch sử, hiệu suất cho việc tiếp nhận Band III thường tốt.
2.3 Bộ chỉnh IF cao.
Một số hạn chế của bộ chỉnh '' JESSI '' có thể được khắc phục bằng cách
sử dụng chuyển đổi lên cho Băng tần III. Khái niệm này gần đây cũng đã được
sử dụng cho các bộ thu sóng TV và hộp giải mã tín hiệu số [Taddiken, 2000].
Sơ đồ khối của bộ chỉnh sóng xuất phát từ khái niệm bộ chỉnh sóng này được
đưa ra trong Hình 8.5. Kỹ thuật IF cao được sử dụng cho Băng tần III. L-band
được chuyển đổi xuống, nhưng cũng có IF cao. Ưu điểm quan trọng nhất của
khái niệm này là thực tế là tần số thu nhận hình ảnh giả cho Band III được
chuyển sang các tần số rất cao. Do đó, khơng Cần có các bộ lọc chọn trước có
thể điều chỉnh, loại bỏ yêu cầu điều chỉnh thủ công / điện tử bất kỳ thành phần
nào.

16


Nhóm 04

Hình 2.4: Bộ thu với IF cao cho Băng tần III.

Với thiết kế mạch cẩn thận của LNA Band III, các bộ lọc theo dõi có thể
được thay thế bằng bộ lọc thông dải. Điều này cho phép giảm đáng kể hệ số
hình thức của bộ chỉnh, cho phép thiết kế nhỏ gọn cho các ứng dụng di động,
ví dụ như thẻ PCMCIA.

IF đầu tiên có thể được chọn theo hai khía cạnh:
•
•

IF khơng được sử dụng bởi các dịch vụ không dây công suất cao.
Nên sử dụng VCO chung với dải điều chỉnh hạn chế.
Một cách tiếp cận khả thi có thể là sử dụng IF ở 650 MHz, chính xác ở

giữa cả hai băng tần. Tuy nhiên, tần số này cũng được sử dụng bởi các đài
truyền hình UHF mạnh, nhưng quan trọng nhất, sự sắp xếp này sẽ đặt Băng tần
III ở tần số hình ảnh để thu băng tần L và băng tần L ở tần số hình ảnh để thu
băng tần III, một lần nữa gây ra các vấn đề về cô lập. Một giải pháp là sử dụng
bộ chia tần số để lấy các tần số LO từ một VCO chung.
Trong bộ chip AD6002 / 6003 [Titus, 1998], [Goldfarb, 1998], [Clawin,
2000], IF 919 MHz được sử dụng. Tần số này cho phép triệt tiêu hình ảnh

17


Nhóm 04
Băng tần III tối ưu, khơng được sử dụng bởi một dịch vụ chính (trên thực tế,
nó nằm trong khoảng cách giữa đường lên và đường xuống của GSM) và chỉ
yêu cầu VCO với dải điều chỉnh nhỏ khoảng 10%.
Dựa trên khái niệm về bộ chip AD6002 / 6003, bộ điều chỉnh DAB chip
đơn đã được Bosch giới thiệu tại IFA 99, có kích thước khoảng 2 cm 3 cm
(xem Hình 8.6). Bộ chỉnh này là thiết kế bộ chỉnh DAB nhỏ gọn nhất được
trình bày cho đến nay. Kiến trúc IF cao này thậm chí cịn hỗ trợ thu sóng FM
với cùng một kiến trúc bộ thu. Các nhà cung cấp khác đang xem xét việc sử
dụng IF 300 MHz, sử dụng bộ phân tần 2: 1 cho Band III LO. Trong trường
hợp này, các yêu cầu đối với bộ lọc hình ảnh Băng tần III


Hình 8.6: Mơ-đun DAB dựa trên bộ chỉnh chip đơn

Rõ ràng là số lượng thành phần của một thiết kế như vậy đã ít hơn so với
một bộ thu sóng FM hiệu suất cao đương thời. Có thể mong đợi rằng, khi đạt
đến âm lượng lớn, một bộ chỉnh DAB có thể được sản xuất với chi phí thấp
hơn một bộ chỉnh FM hiện đại.
3. Xu hướng, Phát triển trong tương lai.
Sự bùng nổ công nghệ không dây trong những năm gần đây đã tạo ra
một số công nghệ mới - theo '' định luật Viterbi '' - đã tạo ra một số giải pháp
chi phí rất thấp cho các hệ thống khơng dây. Tiến bộ kỹ thuật nhằm mục đích
giảm chi phí hệ thống bằng cách giảm số lượng các thành phần và hệ số hình
thức.
18


Nhóm 04
Với sự ra đời của bộ lọc FBAR, một cuộc cạnh tranh giá rẻ mới đang
xâm nhập vào thị trường bộ lọc cho hệ thống không dây. Bộ lọc FBAR là một
lựa chọn mới cho bộ lọc chọn trước hoặc bộ lọc IF với chi phí thấp và hệ số
dạng nhỏ [Aigner, 2002]. Hai triển khai chip, dựa trên chip giao tiếp RF và bộ
xử lý băng tần cơ sở kỹ thuật số có sẵn cho hầu hết mọi hệ thống khơng dây.
Các VCO tích hợp đã được giới thiệu thành công trong các sản phẩm và đã loại
bỏ các mơ-đun VCO bên ngồi.
Các bộ lọc SAW có thể bị loại bỏ bởi các khái niệm zero-IF hoặc được
thay thế bằng các bộ lọc FBAR phù hợp với tích hợp kết hợp ('' Hệ thống trong
một gói ''). Vì các bộ lọc SAW / FBAR thụ động mang lại lợi thế vốn có là
khơng u cầu nguồn điện hoạt động, chúng nên tồn tại trong các thiết kế bộ
thu nâng cao. Đối với Bluetooth, việc triển khai chip đơn với cả bộ thu phát RF
và bộ xử lý băng tần cơ sở kỹ thuật số trên cùng một chip đã thống trị thị

trường (CSR, Broadcom). Điều này có thể thực hiện được vì yêu cầu độ nhạy
tối thiểu chỉ là 70 dBm cho Bluetooth.
Để có vùng phủ sóng tín hiệu DAB tốt, bộ thu DAB gia đình cũng có thể hoạt
động tốt với độ nhạy chỉ 70 dBm, nhưng vì hầu hết mọi người đang nghe đài
khi lái xe đi làm, thiết kế bộ thu đơn giản như vậy sẽ khơng cung cấp đủ hiệu
suất cho việc thu sóng di động. Tính khả thi của giao diện người dùng CMOS
thuần túy đã được chứng minh cho hầu hết các ứng dụng không dây, bao gồm
Bluetooth, GSM, CDMA và WLAN (ví dụ IEEE 802.11).
Một số bộ thu phát 5 GHz cho IEEE 802.11a, hoạt động ở tần số cao tới
5,2 GHz đã được báo cáo [Su, 2002], [Cho, 2003], [Etz, 2003]. CMOS đã trở
thành công nghệ chủ đạo cho các đầu thu lên đến 5 GHz, mặc dù có một số
khiếm khuyết nghiêm trọng so với việc triển khai SiGe. Tính kinh tế của quy
mơ của các quy trình CMOS quy mô lớn đơn giản là không thể đánh bại.

19


Nhóm 04
Các yêu cầu về hiệu suất đối với một bộ thu FM tốt cao hơn rất nhiều so
với một bộ thu phát sóng kỹ thuật số. Một máy thu FM yêu cầu dải động 120
dB trong khi DAB chỉ yêu cầu dải động khoảng 90 dB. Theo xu hướng chung
của '' Định luật Viterbi '', một máy thu DAB trong sản xuất số lượng lớn sẽ
vượt trội hơn một máy thu FM hiện đại cả về chất lượng thu có thể cảm nhận
được cũng như giá cả và hiệu suất. '' Định luật Moore '' dự đoán rằng việc triển
khai các thuật toán kỹ thuật số phức tạp sẽ có thể thực hiện được mà khơng tốn
kém. Sự phát triển tương tự có thể được mong đợi đối với máy thu truyền hình
kỹ thuật số, vì việc triển khai DVB-T, ISDB-T và ATSC đang đạt được đà phát
triển.
Thách thức cuối cùng của việc thiết kế bộ thu là việc triển khai một hệ
thống có thể đối phó với '' tiêu chuẩn balkanisation '' phát sinh cho các dịch vụ

không dây di động, cho cả mặt trước tương tự và cho bộ xử lý băng tần cơ sở
kỹ thuật số. Đối với phát sóng âm thanh kỹ thuật số, đã có sáu hệ thống khác
nhau được cung cấp dịch vụ trên toàn thế giới (xem phần 1.6), tạo cơ hội thị
trường cho các máy thu đa tiêu chuẩn. Một bộ thu trong tương lai cho thị
trường châu Âu sẽ phải hỗ trợ FM, DAB, DRM và cuối cùng là DVB-T trong
một hệ thống duy nhất, được tích hợp với giao diện Bluetooth hoặc WLAN với
các hệ thống khác trong nhà hoặc trong xe hơi. Khái niệm hệ thống '' radio
phần mềm '' đã được đề xuất để giải quyết nút thắt Gordian của việc tích hợp
nhiều hệ thống, nhưng tiến bộ trong lĩnh vực này bị hạn chế, chủ yếu là do tiến
bộ hạn chế trong lĩnh vực phát triển ADC tốc độ cao, độ phân giải cao.
III. Xử lý băng gốc kỹ thuật số.
Xử lý băng gốc kỹ thuật số là thuật ngữ chung cho tất cả các bước xử lý
tín hiệu bắt đầu trực tiếp sau khi số hóa tín hiệu IF bằng bộ ADC cho đến khi
dữ liệu được mã hóa nguồn trở nên khả dụng sau khi giải mã Viterbi. Trong
trường hợp của DAB, xử lý băng tần cơ sở bao gồm các bước xử lý sau:
•
20

Tạo ra tín hiệu băng tần phức tạp.


Nhóm 04
•
•
•
•
•

Giải điều chế OFDM, có thể kết hợp với bù tần số.
Sự trơi dạt của tín hiệu băng tần cơ sở.

Giải điều chế các sóng mang được điều chế DQPSK.
Thời gian và tần số khử xen kẽ. Giải mã kênh bằng thuật toán Viterbi.
Đồng bộ về thời gian, tần số và pha.

1. Mặt trước kỹ thuật số.
Đầu cuối RF cung cấp hai loại giao diện khác nhau cho quá trình xử lý
băng tần cơ sở tùy thuộc vào kiến trúc máy thu tổng thể được chọn (xem Hình
3.1a, b). Giao diện I / Q: Trong kiến trúc này, việc tạo ra các thành phần trong
pha (I) và vng góc (Q) của tín hiệu băng gốc phức hợp được thực hiện trong
miền tương tự. Loại giao diện này tự nhiên xuất hiện trong các khái niệm máy
thu zero-IF, được cho là một con đường để tích hợp cao các giao diện RF cho
DAB (xem phần II).
Một nhược điểm lớn của phương pháp này là các yêu cầu về chất lượng
đối với cân bằng biên độ và pha trên băng thông tín hiệu yêu cầu là 1,536
MHz. Trong bối cảnh của dự án JESSI, những vấn đề này đã dẫn đến quyết
định tập trung vào khái niệm IF. Giao diện IF: Tại đây, IF cuối cùng của mặt
trước RF được đưa vào ADC và hiệu chỉnh tần số được cung cấp thông qua hệ
số nhân phức tạp được cung cấp bởi bộ dao động điều khiển số (NCO). Sau khi
chuyển tín hiệu về phía các bộ lọc thơng thấp tần số khơng được sử dụng để
cung cấp hình ảnh và triệt tiêu kênh lân cận.

21


Nhóm 04

Hình 3.1: Các kiến trúc và giao diện máy thu: a) giao diện tần số trung gian; b) giao diện
cùng pha (I) / vng góc (Q)

Cuối cùng, tín hiệu được phân rã theo tốc độ lấy mẫu Fc = 2.048 MHz.

Nhờ triển khai kỹ thuật số của kiến trúc này, các yêu cầu về mất cân bằng pha
và biên độ có thể dễ dàng được giải quyết. Trong phần sau, chúng tôi tập trung
vào giao diện IF.
Để giảm thiểu chi phí triển khai phần cứng, tốc độ lấy mẫu của ADC
thường được chọn là bội số nguyên, N, của tần số lấy mẫu của tín hiệu băng
tần phức hợp Fc = 2.048 MHz, nghĩa là
FADC = NFc

(3.1)

Sự lựa chọn thực tế của tần số lấy mẫu ADC là sự cân bằng giữa lọc
trong miền tương tự và kỹ thuật số. Thời gian miễn phí lấy mẫu ADC tối thiểu
có thể có đối với khái niệm IF xảy ra đối với N = 2 với FADC = 4.096 MHz,
một lựa chọn có thể được tìm thấy trong các khái niệm JESSI ban đầu. Một ưu
điểm của khái niệm IF trong Hình 3.1 a là IF có thể được tự do lựa chọn theo
nhu cầu của kiến trúc front-end đặc biệt. Bất kỳ IF nào cũng có thể được hỗ trợ
miễn là nó tương thích với ADC được chọn liên quan đến băng thông đầu vào
và tốc độ lấy mẫu. Tuy nhiên, các giải pháp ive hấp dẫn hơn - liên quan đến chi

22


Nhóm 04
phí triển khai phần cứng - có thể được tìm thấy nếu các mối quan hệ nhất định
giữa tốc độ lấy mẫu ADC và IF được đáp ứng.
2. Giải điều chế OFDM.
Việc giải điều chế các ký hiệu OFDM được thực hiện bằng cách áp dụng
FFTs để calcu trễ biên độ phức tạp của các sóng mang trong phổ DAB. Các
biên độ này chứa thông tin của dữ liệu được điều chế bằng phương pháp điều
chế DQPSK.

Một tổng quan đầy đủ về giải điều chế OFDM bao gồm chức năng đồng
bộ hóa được cho trong Hình 8.8. Theo các chế độ truyền DAB khác nhau I –
IV , độ dài FFT thay đổi từ 256, 512, 1024 và 2048 phải là được thực hiện như
được chỉ ra trong Bảng 2.3. Điều này có thể được thực hiện rất hiệu quả bởi
phép nhân phức với biên độ liên hợp phức được lưu trữ của Thuật toán Radix2 FFT nổi tiếng sử dụng điều khiển đơn giản của bộ nhớ FFT địa chỉ.
Để đối phó với độ lệch tần số có thể xảy ra của tín hiệu băng tần cơ sở,
cần có AFC (Điều khiển tần số tĩnh tự động). Một hiện thực có thể được chỉ ra
trong Hình 4.1a, trong đó sự dịch chuyển tần số được bù bằng một giai đoạn
trộn phức tạp và một NCO.
Một giải pháp hấp dẫn hơn nữa, tránh được giai đoạn trộn phức tạp, tận
dụng thuật tốn FFT đã sửa đổi và được mơ tả trong phần 8.6.2.2.
3. Giải điều chế DQPSK.
Giải điều chế vi sai của các sóng mang được sử dụng thường được thực
hiện bằng cách áp dụng phép nhân phức với biên độ liên hợp phức được lưu
trữ của ký hiệu OFDM

23


Nhóm 04

Hình 3.2: Giải điều chế OFDM

Việc khởi tạo q trình này được thực hiện bằng cách sử dụng ký hiệu
tham chiếu pha (TFPR). Hình 4.1a giới thiệu tổng quan về các bước xử lý thuật
toán và chỉ ra độ rộng từ điển hình gặp phải trong các đề cập đến phần cứng.
Hình 4.1b đưa ra một ví dụ về khả năng ánh xạ các biên độ đã được giải điều
chế thành các giá trị quyết định mềm phù hợp làm đầu vào cho thuật toán giải
mã Viterbi. Tham số s được sử dụng để điều chỉnh đường đặc tính với mức tín
hiệu thực trong chuỗi máy thu.

4. Hủy xen kẽ.
Để đối phó với nhiễu đường truyền, hai cơ chế đan xen được sử dụng:
•

Sự xen kẽ tần số là sự sắp xếp lại của dòng bit kỹ thuật số trên các sóng
mang, loại bỏ các ảnh hưởng của sự tắt dần có chọn lọc. Việc xen kẽ tần

•

số chỉ hoạt động trên một ký hiệu OFDM.
Thời gian xen kẽ được sử dụng để phân phối các cụm lỗi dài nhằm tang
khả năng sửa lỗi của bộ giải mã kênh.
Việc khử xen kẽ tần số có thể được thực hiện bằng cách xác định đầu ra

của FFT theo các bảng xen kẽ.

24


Nhóm 04

Hình 4.1: Giải điều chế vi sai: a) sơ đồ khối; b) ánh xạ quyết định mềm có thể có

Việc hủy xen kẽ thời gian là một tác vụ yêu cầu một lượng bộ nhớ đáng
kể. Như đã trình bày trong Chương 2, dữ liệu của mỗi kênh phụ được trải rộng
trên 16 CIF, trong khi mỗi CIF đại diện cho thơng tin của 24 ms. Do đó, q
trình xen kẽ yêu cầu một bộ nhớ có dung lượng gấp 16 lần dung lượng dữ liệu
được giải mã.
Ví dụ, chúng tơi kiểm tra một kênh phụ âm thanh có tốc độ bit điển hình
là 192 kbit/s. Một khung âm thanh có thời lượng 24 ms tương đương với 576

byte. Vì thời gian rời đi được đặt trước bộ giải mã Viterbi, mỗi bit thông tin
được biểu diễn bằng giá trị quyết định mềm của nó, thường là một số 4 bit. Do
đó, bộ nhớ cần thiết để giải mã kênh phụ này hoạt động ở mức 36864 byte
Dung lượng bộ nhớ tối đa cần thiết để xen kẽ thời gian và giả sử việc
lưu trữ các giá trị đầu ra quyết định mềm 4 bit của giải điều chế DQPSK hoạt
động ở 442 kbyte hoặc 3,54 Mbits. Số lượng này có thể được giảm một nửa
bằng cách sử dụng thích hợp tại chỗ bộ nhớ này dẫn đến lượng cần thiết là 221
kbyte hoặc 1,77 Mbit cho bộ giải mã DAB toàn luồng.

25