TẠP CHÍ

ISSN: 1859-316X

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

KHOA H C - CÔNG NGH

NGHIểN C U PHỄT TRI N B THU M M H TH NG THÔNG TIN
T
NG T D A TRểN CÔNG NGH RTL-SDR PH C V
ÀO T O
RESEARCH ON DEPLOYING AN EDUCATIONAL ANALOGUE
COMMUNICATION RECEIVERS BASED ON RTL-SDR
NGUY N PH
NG LỂM, PH M VI T H NG*
Khoa i n - i n t , Tr ng i h c Hàng h i Vi t Nam
*Email liên h :
Tóm t t
Hi n nay, các b thu cho h th ng thông tin t ng
t và thông tin s d a trên công ngh vô tuy n
đi u khi n b ng ph n m m (SDR) đ c ng d ng
nhi u trong th c t . V i các n n t ng ph n c ng
RTL-SDR (Realtek SDR), kh n ng s d ng và
tích h p mơi tr ng l p trình Matlab/Simulink
giúp cho vi c phát tri n các h th ng SDR s d
dàng h n. Vi c phát tri n các b thu RTL-SDR s
t o ra các mô hình h c t p thu n ti n, b ích và
thi t th c cho c gi ng viên và sinh viên. Bài báo
này gi i thi u phát tri n m t b thu m m

RTL-SDR cho h th ng thông tin t ng t s d ng
đi u t n (FM - Frequency Modulation). B thu
FM RTL-SDR có th làm vi c đ thu đ c tín hi u
FM c a các đài phát thanh FM nh H i Phịng,
t i t n s 93,7MHz.
T khóa: Vơ tuy n đi u khi n b ng ph n m m,
RTL-SDR, đi u ch FM, gi i đi u ch FM.

Abstract
Nowadays, analog receivers based on Software
Defined Radio (SDR) have many applications.
Since the availability of hardware platform of
RTL- SDR (Realtek SDR), many devices with very
low cost and interact with Matlab/Simulink allow
many real SDR systems be developed. Developing
RTL-SDR receivers creates useful tools and actual
system models for lecturers and students. In this
paper,
a
RTL-SDR
receiver
for
FM
communications is presented. The presented
receiver can receive FM signals of FM stations
such as Haiphong TV at 93,7MHz.
Keywords: Sofware Defined Radio, RTL-SDR,
FM modulation, FM demodulation.

1. Gi i thi u

Trong nh ng n m g n đây, công ngh vô tuy n
đi u khi n b ng ph n m m (SDR - Software Defined
Radio) tr thành m t h ng nghiên c u và phát tri n
r ng rưi và đáng quan tâm. Ban đ u, công ngh SDR
S

70 (04-2022)

đ c s d ng ch y u trong quân s đ truy n thơng
gi a các thi t b địi h i tính b o m t [1]. Sau đó, các
ng d ng trong dân s nh đi n tho i di đ ng c ng
s d ng công ngh SDR đ có th ho t đ ng v i
nhi u tiêu chu n khác nhau. Các h th ng nh thông
tin di đ ng, truy n hình s , phát thanh qu ng bá,
truy n hình qu ng bá, m ng WLAN (Wireless Local
Area Network) t n t i nhi u chu n truy n thông khác
nhau. Các chu n này đòi h i nhi u thi t b đi n t
ph c t p, làm t ng giá thành các h th ng.
gi m
giá thành, các ki n trúc dành riêng đ c phát tri n.
N u các ki n trúc chuyên bi t này đ c s d ng đ
phát tri n các s n ph m, vi c nâng c p thi t b ho c
h th ng nh m t ng thích v i m t tiêu chu n m i
ho c b sung thêm các tính n ng m i s g p r t
nhi u khó kh n. Gi i pháp s d ng SDR s gi i
quy t đ c v n đ này. V i các ki n trúc SDR đ
m nh và kh trình, các h th ng s d ng SDR có th
đáp ng, t ng thích v i nhi u chu n khác nhau trên
cùng m t n n t ng thi t b . Các h th ng vô tuy n
kh trình nh v y có th d dàng đ c nâng c p đ

kh c ph c các l i (bug) ho c thêm các ch c n ng và
h tr các chu n m i.
ng th i, v i SDR, các v n
đ , l i v ph n c ng s chuy n đ i thành các v n đ ,
l i v ph n m m nên vi c x lý s tr nên thu n ti n
và linh ho t h n. Các b thu SDR lý t ng có thành
ph n đ u cu i s d ng ph n c ng r t nh , ch có
anten và m t b l y m u t c đ cao c GHz đ th c
hi n thu và s hóa đ c c nh ng tín hi u b ng r ng
các t n s vô tuy n. H u h t các kh i x lý chính
nh b tr n, b l c, b đi u ch và b gi i đi u ch
trong các h th ng truy n thông vô tuy n đ u đ c
thay th b ng SDR. V i thi t b RTL-SDR (Realtek
SDR) có chi phí t ng đ i r , công ngh SDR càng
tr thành m t đ ng l c nghiên c u, phát tri n cho
các k s truy n thông c ng nh cho sinh viên, h c
viên sau đ i h c [2-4]. Khi các thi t b RTL-SDR
đ c phát tri n cùng v i các trình đi u khi n mư
ngu n m , thi t b RTL-SDR càng đ c s d ng m t
cách ph bi n h n đ x lý v i các tín hi u vơ tuy n
(RF) c ng nh tín hi u I/Q (Inphase/Quadrature) s
hóa có d i t n t 25MHz đ n 1,75GHz [5-7]. D i t n
làm vi c r ng nh v y giúp cho thi t b RTL-SDR có
95


TẠP CHÍ

KHOA H C - CƠNG NGH
th x lý đ c v i các tín hi u nh tín hi u FM (FM

- Frequency Modulation), tín hi u GSM (Global
System for Mobile Communications), tín hi u 3G,
tín hi u GPS (Global Positioning System),… Bài báo
này phát tri n m t b thu cho h th ng thông tin t ng
t s d ng đi u t n (b thu FM), trong đó s th c hi n
các c ch đi u ch khác nhau s d ng thi t b
RTL-SDR, đ ng th i k t h p v i Matlab/Simulink [8]
đ thi t k và tri n khai các ch c n ng c a b thu FM.
V i m c đích ph c v đào t o, b thu FM s d ng
RTL-SDR có th d dàng thay đ i các thông s h
th ng, đi u ch nh đ thu đ c tín hi u c a đài FM H i
Phòng t i t n s 93,7MHz. Vi c phát tri n m t b thu
FM ngay trên máy tính PC ho c laptop và d dàng
quan sát, đi u ch nh các tham s k thu t s giúp cho
sinh viên, h c viên sau đ i h c l nh v c đi n t truy n
thông hi u sâu s c h n v c ch ho t đ ng, đ c đi m
k thu t c a h th ng thông tin t ng t FM c ng nh
các h th ng thông tin t ng t khác nh AM
(Amplitude Modulation). u đi m c a b thu FM này
là kh n ng d dàng quan sát đ c ph t n s , d ng
sóng mi n th i gian c a các tín hi u FM trong khu
v c đ t b thu. ng th i, có th đi u ch nh linh ho t
các tham s c a b thu, các ph ng th c tách sóng
khác nhau cho b thu, ho c các d ng b thu khác nhau
(1 kênh - mono ho c 2 kênh - stereo).
Bài báo g m có các ph n sau: Ph n 2 mô t s đ
kh i và các ch c n ng c b n c a thi t b RTL-SDR.
Ki n trúc b thu FM s d ng RTL-SDR k t h p
Matlab/Simulink đ c đ a ra ph n 3 và k t qu
th nghi m b thu FM này đ c trình bày ph n 4.

Cu i cùng, ph n 5 đ a ra m t s k t lu n và h ng
phát tri n.

2. C u trúc thi t b RTL-SDR
RTL-SDR là m t thi t b có giá thành r , nh g n,

ISSN: 1859-316X

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

d dàng s d ng chu n k t n i USB đ thu nh n các
tín hi u RF (Radio Frequency) nh minh h a Hình
1[5]. ây là m t s n ph m đ c ch t o b i hưng
NooElec. Ban đ u các thi t b này đ c s d ng cho
d ch v truy n s m t đ t qu ng bá DVB-T (Digital
Video Broadcasting - Terrestrial) v i thành ph n
chipset là Realtek RTL2832U k t h p v i IC tuner
nh Rafael Micro 820T. RTL-SDR có th d dàng
ho t đ ng các ch đ khác nhau và có kh n ng thu
nh n b t k tín hi u RF nào trong ph m vi đi u ch nh
c a IC tuner. D i t n làm vi c c a RTL-SDR t
25MHz đ n 1,75GHz. RTL-SDR thu nh n các tín
hi u RF, h t n xu ng b ng g c, th c hi n s hóa tín
hi u. Các m u c a tín hi u s b ng g c đ c đ a ra
c ng USB đ truy n thơng v i máy tính.

Hình 1. Thi t b RTL-SDR c a NooElec

th c hi n x lý tín hi u, thi t b RTL-SDR

có các thành ph n ch c n ng chính nh minh h a
Hình 2. Tín hi u RF đi qua RT802T đ c h t n
xu ng t n s trung t n IF (Intermediate Frequency)
nh b dao đ ng đi u khi n b ng đi n áp VCO
(Voltage - Controlled Oscillator). B dao đ ng
VCO này kh trình và đ c đi u khi n b i
RTL2832U. Sau khi qua b AGC (Automatic Gain
Control), tín hi u IF đ c ti p t c h t n xu ng

Hình 2. S đ kh i ch c n ng các thành ph n chính trong RTL-SDR

96

S

70 (04-2022)


TẠP CHÍ

ISSN: 1859-316X

KHOA H C - CƠNG NGH

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

b ng g c thông qua ph ng th c c b n nh l c,
l y m u tín hi u l i ra b ng b chuy n đ i t ng
t /s (ADC - Analog Digital Converter) và sau đó

gi i đi u ch v b ng g c b ng b dao đ ng đi u
khi n s (NCO - Numerically - Controlled
Oscillator) c u ph ng. Cu i cùng, các m u 2 kênh
I/Q 8 bit đ c đ a ra c ng USB đ có th x lý d
li u b ng ph n m m Matlab/Simulink cài đ t trên
máy tính.
thi t l p các ch đ làm vi c khác
nhau c a RTL-SDR, các thông s nh t n s trung
tâm RF
, t n s l y m u b ng g c
và h s
khu ch đ i c a b khu ch đ i cao t n có th đ c
thi t l p trên Matlab/Simulink.

3. Phát tri n b thu tín hi u FM s
RTL-SDR

d ng

có th giao ti p đ c v i thi t b RTL-SDR,
Mathworks đư cung c p gói h tr ph n c ng cho
RTL-SDR cho phép Matlab và Simulink có th giao
ti p và đi u khi n RTL-SDR. Khi đó, các m u tín
hi u b ng g c l i ra t RTL-SDR đ c đ a đ n môi
tr ng ph n m m đ cho phép ng i s d ng có th
tri n khai các d ng khác nhau c a b thu d ng mơ
hình Simulink ho c ch ng trình Matlab. Các d li u
kênh I/Q có th đ c l u tr d i d ng file và x lý
khi c n thi t ho c v i thi t b máy tính PC đ m nh,
các d li u này có th đ c gi i đi u ch , gi i mư

th i gian th c.
T n s trung tâm đ c thi t l p giá tr
). T n s l y m u b ng g c đ c thi t l p
giá tr
; thi t l p h s khu ch đ i
, h s này có th đ c đi u ch nh tùy thu c vào
ch t l ng c a tín hi u FM thu đ c.
Tín hi u vơ tuy n FM
RTL-SDR [9] có d ng:
cos⁡

thu b i
(1)

là tín hi u b n tin;

Trong đó
s đi u ch FM.

là h ng

Tín hi u này đ c tr n t n v i tín hi u dao đ ng
VCO t n s
đ h t n v tín hi u b ng g c d ng
ph c. Tín hi u l i ra c a RTL-SDR s có d ng
(2)
Trong đó:

là tín hi u ph c c a b VCO.
s là:


Tín hi u h t n

cos

Trong đó:

cos

cos

(3)

đi qua b l c thơng th p đ lo i
Tín hi u
b thành ph n t n s cao, ch còn l i thành ph n tín
hi u b ng g c d ng ph c:

(4)
Trong tr ng h p lý t ng, t n s
s d ng đ
x px
gi i đi u ch và t n s c a sóng mang t i
nhau, có th b ng nhau nên đ t:
(ho c
).
Do đó, tín hi u RF s đ c gi i đi u ch hồn
h o v tín hi u b ng g c ph c:
(5)
Tín hi u FM d ng ph c trên chính là các m u

b ng g c đ a đ n n n t ng Matlab/Simulink. Trong
Simulink, các thành ph n giao ti p đ c v i
RTL-SDR đ c đ t vào trong mơ hình cùng v i các
thành ph n đ th c hi n b gi i đi u ch . u ra c a
kh i đi u ch là tín hi u âm thanh đ c đ a đ n loa
c a máy tính.

Hình 3. S đ b thu FM mono RTL-SDR
S

07 (04-2022)

97


TẠP CHÍ

KHOA H C - CƠNG NGH

JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

3.1. B thu FM 1 kênh (mono)
Mơ hình Simulink đ th c hi n gi i đi u ch tín
hi u FM t RTL-SDR đ c minh h a H.3.2 B thu
FM 2 kênh (stereo)
T
hoa tiêu
Mono
[L+R]


0

15 19

tách tín hi u hoa tiêu 19kHz; nhân đôi t n s đ đ c
tín hi u 38kHz và s d ng nó đ gi i đi u ch các
thành ph n stereo, gi i mư stereo đ l c các kênh
mono và stereo l i ra. Do đó, mơ hình Simulink c a
b thu stereo RTL-SDR đ c minh h a Hình 5.

4. K t qu vƠ đánh giá
Stereo [L+R]

(Stereo)
LSB
23

ISSN: 1859-316X

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI

(Stereo)
USB

53 f (kHz)

38

Hình 4. Ph b ng g c c a tín hi u FM đ


c ghép kênh

Trong tr ng h p đài phát FM th c hi n phát 2
kênh (ch đ stereo) trong khi v n duy trì ch đ
phát mono cho các b thu FM mono. Khi đó, phía
phát th c hi n tách hai thành ph n “Mono” và
“Stereo”, trong đó, kênh “mono” đ c h n b ng
trong kho ng 15kHz, m i kênh “stereo” c ng có m t
kho ng b ng thơng 15kHz, sau đó các kênh này đ c
th c hi n ghép kênh và s d ng m t sóng mang
19kHz g i là tín hi u hoa tiêu (Pilot tone) nh minh
h a Hình 4.
B thu FM stereo có th đ c c i ti n t b thu
FM mono đư tri n khai trên và có thêm m t s thay
đ i thông s c u hình. Do tín hi u FM stereo có d i
t n s đ n 53kHz vì v y, t n s l y m u c a kh i FIR
decimation ph i nâng lên 120kHz thay vì ch là
48kHz nh trong b thu FM mono.
Ngoài ra, c n ph i b sung thêm kh i tách kênh
FM stereo. Kh i tách kênh th c hi n các x lý nh

c tr ng c a tín hi u FM đ c đánh giá c
mi n t n s và mi n th i gian. Trong mi n t n s ,
ph c a tín hi u FM thu đ c t b thu RTL-SDR có
b r ng ph 240kHz ho c 2,4MHz tùy thu c vào c u
hình trong b thu. Bên c nh đó, ph c a tín hi u gi i
đi u ch c ng đ c đánh giá. Trong mi n th i gian,
d ng sóng c a tín hi u tr c gi i đi u ch đ c quan
sát các d ng g m tín hi u d ng ph c (kênh I/Q) và
tín hi u b n tin sau gi i đi u ch .


4.1. B thu FM mono
Các k t qu tri n khai b thu FM mono đ c th
hi n Hình 6, Hình 7 và Hình 8. Hình 6 là ph c a tín
hi u FM tr c gi i đi u ch . ây chính là tín hi u FM
đ c thu b i b thu RTL-SDR. Quan sát ph này nh n
th y có vùng t n s quanh t n s sóng mang 93.7MHz
có tín hi u FM v i b r ng ph kho ng 2,4MHz. Ph
c a tín hi u FM sau gi i đi u ch đ c minh h a
Hình 7, ph này có b r ng kho ng 20kHz. D ng sóng
mi n th i gian c a các tín hi u kênh I, kênh Q và d ng
sóng c a tín hi u b ng g c thu đ c t b thu
RTL-SDR đ c minh h a Hình 8. Biên đ c a các
tín hi u kênh I, kênh Q và tín hi u b ng g c s có s
thay đ i khác nhau tùy thu c vào thông tin, n i dung
b n tin t i th i đi m đó c a đài phát.

Hình 5. S đ b thu FM stereo RTL-SDR

98

S

70 (04-2022)


TẠP CHÍ

ISSN: 1859-316X


KHOA H C - CƠNG NGH

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

Hình 6. Ph tín hi u l i vào b gi i đi u ch FM

Hình 8. D ng sóng tín hi u FM thu đ

c

Hình 10. Ph tín hi u l i ra b gi i đi u ch FM stereo

4.2. B thu FM stereo
i v i b thu FM stereo, các k t qu đánh giá
hi u n ng ho t đ ng c a b thu RTL-SDR đ c th
hi n Hình 9, Hình 10 và Hình 11. Hình 9 là ph c a
tín hi u FM tr c gi i đi u ch . Hình 9 và Hình 5 là
gi ng nhau khi đ u th hi n ph c a tín hi u FM thu
đ c t b thu RTL-SDR và đó là tín hi u l i vào b
gi i đi u ch , sau khi đư qua các quá trình h t n t
cao t n RF v d ng s b ng g c
trong module
RTL-SDR. Ph c a tín hi u FM stereo l i ra audio
c a b thu đ c th hi n Hình 10. Do b thu FM
stereo này đ c c i ti n và b sung t b thu FM
mono b ng cách thêm các kh i x lý tín hi u FM
stereo nên trên hình 10 có 2 tín hi u, t ng ng v i 1
tín hi u mono và 1 tín hi u kênh stereo. Hai tín hi u
audio thu đ c này có ph c kho ng 15kHz m i

kênh, đúng nh mơ t
Hình 4. Cu i cùng, Hình 11
th hi n ph c a tín hi u FM stereo l i vào b tách
kênh FM stereo. úng nh mơ t lý thuy t Hình 4,
quan sát Hình 11 cho th y ph c a tín hi u FM stereo

S

07 (04-2022)

Hình 7. Ph tín hi u FM mono

l i ra

Hình 9. Ph tín hi u l i vào b gi i đi u ch FM

Hình 11. Ph tín hi u l i vào b tách kênh FM stereo

c kho ng 53kHz. N u mu n quan sát đ c ph c a
c 3 kênh g m 1 kênh mono và 2 kênh stereo, b thu
FM stereo s ph i s d ng c u trúc thu khác nh c u
trúc gi i đi u ch FM s d ng b tách sóng đ ng
bao.
So sánh Hình 7 và Hình 10 đ th y đ c s khác
nhau c a tín hi u l i ra c a 2 b thu FM mono và
FM stereo. Rõ ràng b thu FM stereo cho tín hi u
audio l i ra 2 kênh đ c l p trong khi b thu FM
mono ch có đ c 1 kênh tín hi u. i u đó s mang
đ n ch t l ng tín hi u, ch t l ng âm thanh c a b
thu FM stereo s khác bi t rõ r t so v i b thu FM

mono.

5. K t lu n
B thu FM s d ng c u trúc RTL-SDR đ c thi t
k và tri n khai trên n n t ng Matlab/Simulink có đ
linh ho t cao, có th d dàng thay đ i sang các c u
trúc thu khác nhau. Các c u trúc thu tín hi u FM có
th tri n khai cho b thu RTL-SDR nh : b thu FM

99


TẠP CHÍ

KHOA H C - CƠNG NGH

JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

mono s d ng tách sóng d ng ph c, b thu FM stereo
s d ng tách sóng d ng ph c ho c tách sóng đ ng
bao. ng th i, u đi m c a b thu RTL-SDR cịn có
th d dàng quan sát đ c tín hi u b t k khâu x lý
tín hi u nào trên b thu c m mi n th i gian và mi n
t n s . B thu RTL-SDR s r t ti n d ng, h u ích
trong quá trình đào t o, nghiên c u và tri n khai các
d ng b thu khác nhau nh b thu AM, b thu thông
tin s ,...

L ic m n
Nghiên c u này đ c tài tr b i Tr ng i h c

Hàng h i Vi t Nam trong đ tài mư s : DT21-22.53.

TÀI LI U THAM KH O
[1] T. Ulversoy, Software defined radio: Challenges
and opportunities, IEEE Communications
Surveys & Tutorials, Vol.12, No.4, 2010.
/>[2] A. L. Reis, A. F. Selva, K. G. Lenzi, S. E. Barbin,
and L. G. Meloni, Software defined radio on
digital communications: A new teaching tool,
WAMICON 2012 IEEE Wireless & Microwave
Technology Conference, IEEE, 2012.
/>[3] E. Grayver, Implementing software defined radio.
Springer Science & Business Media, 2012.
[4] P. S. Narayana, M. S. Kumar, A. K. Kishan,
K. Suraj, Design approach for wideband
receiver using RTL-SDR and raspberry
International Journal of Engineering

and
FM
PI,
&

Technology, Vol.7, No.2.31, pp.9-12, 2018.
[5] R. Stewart, K. Barlee, and D. Atkinson, Software
Defined Radio using the MATLAB & Simulink
and the RTL-SDR, Strathclyde Academic Media,
ISBN 978-0-9929787-2-3, 2015.
[6] S. Meshram and N. Kolhare, The advent software
defined radio: FM receiver with RTL SDR and

GNU radio, International Conference on Smart
Systems and Inventive Technology (ICSSIT),
IEEE, 2019.
/>[7] R. Aguilar-Gonzalez, A. Prieto-Guerrero, V.
Ramos, E. Santos-Luna, and M. Lopez-Benitez, A
comparative study of RTL-SDR dongles from the
perspective of the final consumer, IEEE
International
Conference
on
Consumer
Electronics (ICCE), IEEE, 2020.
/>[8] A. B. Sergienko, Software-defined radio in
MATLAB Simulink with RTL-SDR hardware,
International
Conference
on
Computer
Technologies in Physical and Engineering
Applications (ICCTPEA), IEEE, 2014.
/>[9] R. W. Stewart et al., A low-cost desktop software
defined radio design environment using MATLAB,
simulink,
and
the
RTL-SDR,
IEEE
Communications Magazine, Vol.53, No.9, 2015.
/>Ngày nh n bài:
Ngày nh n b n s a:

Ngày duy t đ ng:

100

ISSN: 1859-316X

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI

16/03/2022
23/03/2022
29/03/2022

S

70 (04-2022)