Máy thu phát vô tuyến điện và ứng dụng công nghệ SDR

MỤC LỤC
1
Chương 1 : Tóm tắt về SDR
1.1. Định nghĩa về SDR
Thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm (SDR) là thiết bị trong đó việc số hóa tín hiệu thu
được thực hiện tại một tầng nào đó xuôi dòng từ anten, tiêu biểu là sau khi lọc dải rộng, khuyếch
đại tạp âm nhỏ và hạ tần xuống tần số thấp hơn trong các tầng tiếp theo, quá trình số hóa tín hiệu
phát diễn ra ngược lại. Việc xử lý tín hiệu số trong các khối chức năng có khả năng định lại cấu
hình và mềm dẻo, xác định các đặc điểm của thiết bị vô tuyến.
Khi công nghệ phát triển, SDR có thể tiến tới thiết bị vô tuyến thông minh, trong đó
việc số hóa được thực hiện tại (hoặc rppất gần) anten và tất cả qúa trình xử lý yêu cầu cho thiết
bị vô tuyến được thực hiện bởi phần mềm cài trong các thành phần xử lý tín hiệu số tốc độ cao.
Như được minh họa trong hình 1.2: sự phát triển của SDR giai đoạn 1 gồm các thiết bị cầm tay
tế bào và hệ thống truyền thông cá nhân - PCS.
Khi xem xét kỹ các khối này, chúng ta thấy được sự khác biệt rõ giữa SDR và SR
(SoftWare Radio), đó là giai đoạn chuyển đổi cơ bản về cấu trúc của SDR tới SR. Sự thay đổi
này là một hàm của những tiến bộ trong công nghệ lõi được cân bằng với toàn bộ phạm vi tiêu
chuẩn thiết kế và các yêu cầu đối với sản phẩm vô tuyến. Công nghệ lõi trong trường hợp này
bao gồm tối thiểu là các khả năng chuyển đổi tương tự - số - tương tự, các tiến bộ xử lý tín hiệu
số, các thuật toán, các tiến bộ về bộ nhớ, bao hàm cả thuộc tính tương tự của các khối xây dựng
cơ bản yêu cầu cho việc số hóa và xử lý các tín hiệu vô tuyến trong không gian số và bất kỳ sự
chuyển đổi tần số cần thiết của môi trường tương tự. Tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu bao gồm các
yếu tố về giá thành, độ phức tạp, chất lượng và hình dạng, kích thước, trọng lượng, mức tiêu thụ
công suất…vv.
Trong thiết bị đầu cuối không dây thương mại cụ thể, như là các máy cầm tay tế bào
hoặc các máy cầm tay dịch vụ truyền thông cá nhân (PCS) cần kết hợp nhiều loại giao diện công
nghệ vô tuyến và các dải tần số trong thiết bị đầu cuối. Theo phương pháp thực hiện truyền
thống, mỗi giao diện vô tuyến duy nhất hoặc kết hợp băng tần sẽ được xây dựng xung quanh một
tập hợp các mạch ứng dụng cụ thể chuyên dụng hoặc các mạch tích hợp chức năng. Về cơ bản,
các khả năng đó được mã hóa cứng và cố định tại thời điểm thiết kế hoặc sản xuất. Để tăng số
dải hoặc phương thức được hỗ trợ thì các khối chức năng bổ sung được gắn thêm vào bên trong

thiết bị đầu cuối. Các khối chức năng này sẽ hoạt động theo sự sắp xếp ma trận của các giao diện
vô tuyến và các dải tần số để cung cấp một tập các khả năng được xác định trước.
Ứng dụng ban đầu của thiết bị vô tuyến trên cơ sở phần mềm trong SDR được chỉ ra
trong hình 1.3.
2
Hình 1.3 SDR - giai đoạn 2
Ban đầu, những ưu điểm chính là sự thay thế công nghệ trong thực hiện. Các chế tạo tiếp
theo dựa trên cơ sở này và đem lại khả năng mềm dẻo nhiều hơn: từ đơn giản là việc cập nhật
chức năng vô tuyến, tới mức cao là tải xuống các giao diện vô tuyến mới qua đường vô tuyến.
Việc phân chia các khả năng xử lý theo các chức năng vô tuyến và các ứng dụng rộng khắp của
của phương tiện vô tuyến là đòn bẩy rất hiệu quả, làm tăng khả năng vô tuyến của SDR, đó là
khả năng điều khiển dễ dàng, vượt ra khỏi các hạn chế vốn có trong các ứng dụng cụ thể và các
khối chức năng cố định sẵn có trong các thiết bị hiện thời. Minh họa cho sự phát triển của SDR
theo các hình 1.4, 1.5.
Hình 1.4 SDR - giai đoạn 3
3
Hình 1.5 SDR - giai đoạn 4 (sản phẩm trong tương lai)
1.2. Đặc điểm của SDR
• Khả năng định lại cấu hình.
SDR cho phép tồn tại đồng thời các module đa phần mềm thực hiện các chuẩn khác
nhau trên cùng một hệ thống với cấu hình động bằng cách lựa chọn module phần mềm thích hợp
để chạy. Cấu hình động này được kết hợp trong các máy di động cũng như các thiết bị hạ tầng cơ
sở. Cơ sở mạng không dây có thể tự mình định lại cấu hình của chính nó cho phù hợp với các
loại máy di động của các thuê bao hoặc các máy di động của các thuê bao có thể tự nó định lại
cấu hình với các loại mạng tương ứng. Công nghệ này làm đơn giản hóa hoạt động của các thiết
bị cơ sở và thiết bị đầu cuối đa dịch vụ, đa mode, đa dải và đa chuẩn,…vv.
• Khả năng kết nối đồng thời ở khắp nơi.
SDR có thể thực hiện các chuẩn giao diện vô tuyến bởi các module phần mềm và các
module thực hiện các chuẩn khác nhau có thể cùng tồn tại trên các thiết bị cơ sở và các máy di
động. Điều này đảm bảo độ tin cậy cho tiện ích lưu động toàn cầu của các thiết bị. Nếu các thiết

bị đầu cuối không phù hợp với công nghệ mạng trong một miền cụ thể, khi đó một module phần
mềm tương thích cần được cài đặt trên máy di động đó (có thể qua đường vô tuyến), kết qủa là
mặc dù mạng không ghép nối song vẫn truy cập qua các vùng địa lý khác nhau. Ngoài ra, nếu
các máy di động của thuê bao là các máy thế hệ cũ thì các thiết bị cơ sở có thể dùng module phần
mềm hoạt động với chuẩn cũ để kết nối với máy di động đó.
• Khả năng điều hành kết hợp.
Các thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm - SDR đơn giản hóa hoạt động của các hệ thống
vô tuyến có cấu trúc mở. Những người dùng ở đầu cuối có thể nâng cấp các ứng dụng mới cho
các máy di động của họ mà không cần ghép nối, như trong một hệ thống máy tính cá nhân. Điều
này càng nâng cao sức hấp dẫn và các tiện ích của các máy di động.
Ngoài ra, SDR còn có các đặc điểm sau :
- Tầm liên lạc được mở rộng.
- Cơ sở hạ tầng được dùng chung.
- Khả năng tận dụng phổ tốt hơn.
- Sự thử nghiệm cho tương lai.
- Chi phí thấp hơn (đầu tư vốn).
- Có các nguồn lợi mới.
4
1.3. Cấu trúc chung của SDR
Hình 1.5 Mô hình cấu trúc chung của SDR
1.4.mô hình cấu trúc cụ thể của SDR .
Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc chung của SDR
1.4. Mô hình cấu trúc cụ thể của SDR
Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc chính tắc của SDR
5
Chương 2: Kiến trúc máy thu phát vô tuyến điện sử dụng công
nghệ SDR
2.1. Các cấu trúc máy phát
Về cơ bản có sự giống nhau giữa sự lựa chọn thích hợp cho các cấu trúc máy phát
và sự lựa chọn thích hợp cho các cấu trúc máy thu. Các ưu điểm và nhược điểm được kết hợp với

các cấu trúc máy thu chuyển nhiều hay ít sang các cấu trúc máy phát. Không có một tiến bộ nào
có mặt tương đương với máy thu trung tần thấp. Trong máy phát, điều này sẽ gây ra dải phụ
mong muốn liền với dải phụ không mong muốn, gây khó khăn cho việc loại trừ nó bằng cách
lọc.
2.1.1. Máy phát chuyển đổi trực tiếp
Sơ đồ máy phát chuyển đổi trực tiếp được chỉ ra trong hình 1.8
Hình 1.8 Sơ đồ máy phát chuyển đổi trực tiếp
• Nguyên lý hoạt động :
Tín hiệu số từ đầu ra khối DSP được đưa tới đầu vào khối DAC – khối biến đổi tín hiệu
số sang tương tự. Khối DSP là khối xử lý tín hiệu số nên nó chỉ làm việc với tín hiệu số. Để cho
hệ thống thực tế có thể làm việc được ta cần chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự. Ở đầu
ra khối DAC các tín hiệu tương tự được cho đi qua bộ khuếch đại. Tín hiệu tiếp tục được đưa
vào bộ điều chế I/Q. Ở đây tín hiệu IF được trộn với sóng hình sin được phát ra từ bộ OSC qua
mạch cộng ta thu được tín hiệu cao tần. Việc chuyển đổi nhằm giúp cho tín hiệu mang tin tức
được truyền đi xa hơn. Tín hiệu sau khi qua bộ điều chế sẽ gồm nhiều tần số khác nhau được đưa
vào đầu vào bộ lọc thông giải để hạn chế nhiễu và lọc lấy kênh muốn phát và sau đó sẽ đi qua
khối khuếch đại công suất cao HPA
 Ưu điểm của cấu trúc này là:
- Độ phức tạp thấp (đơn giản).
- Phù hợp với việc thực hiện hóa bằng IC.
- Các yêu cầu lọc đơn giản.
- Các vấn đề về dải phụ không mong muốn và dải phụ ảnh dễ giải quyết hơn so
với các cấu trúc khác.
 Nhược điểm của cấu trúc này là:
- Bộ dao động nội phải đảm bảo chính xác vuông pha, có biên độ bằng nhau
trong cả dải tần số rộng được yêu cầu.
- Các bộ trộn tần cuối phải có dải rộng.
- Các mạch tuyến tính hóa bộ khuyếch đại công suất sẽ yêu cầu đảm bảo trong
cả dải tần rộng.
- Tín hiệu dao động nội lọt qua bộ trộn sẽ được phát xạ từ anten.

2.1.2. Máy phát đổi tần nhiều lần
Cấu trúc máy phát đổi tần nhiều lần được chỉ ra trong hình 1.9 sau:
6
Hình 1.9 Cấu trúc máy phát đổi tần nhiều lần
• Nguyên lý làm việc :
Tín hiệu số từ bộ DSP đi vào bộ chuyển đổi số sang tương tự (DAC) .Tín hiệu tương tự
từ đầu ra DAC qua bộ lọc kênh để hạn chế nhiễu. Tín hiệu sẽ được đưa vào bộ đổi tần chuyển
thành tín hiệu cao tần giúp máy phát truyền được đi xa. Tín hiệu đầu ra được đưa vào một bộ
trộn, cùng với tín hiệu được tạo ra nhờ bộ dao dộng thứ hai LO2, TÍn hiệu đã được chuyển qua
bộ trộn này được cho qua bộ lọc thông dải BPF và gửi tới đầu vào bộ khuêch đại HPA và gửi tới
Anten
 Ưu điểm của cấu trúc này là:
- Việc chuyển đổi từ tín hiệu thực sang tín hiệu phức được thực hiện tại một
tần số cố định, do đó yêu cầu dao động nội vuông pha, biên độ bằng nhau chỉ yêu cầu tại
một tần số riêng biệt (nó cũng có thể được thực hiện trong bộ xử lý tín hiệu số - DSP).
 Nhược điểm của cấu trúc này là:
- Có thể yêu cầu các dao động nội khác nhau.
- Độ phức tạp cao.
- Yêu cầu các bộ lọc trung gian chuyên dụng. Điều này không cho phép
hiện thực hóa bằng chip đơn lẻ cho máy phát đổi tần nhiều lần.
2.2. Các cấu trúc máy thu
Ban đầu, điểm khác biệt giữa các máy thu là số tầng thực hiện hạ tần tín hiệu thu
xuống băng gốc. Đối với máy thu chuyển đổi trực tiếp thực hiện một lần hạ tần; máy thu siêu
ngoại sai thực hiện hai lần hạ tần hay nhiều hơn. Nhìn chung, sự phức tạp càng tăng với số lần hạ
tần. Khi chúng ta khảo sát các cấu trúc tùy chọn đơn giản như đổi tần trực tiếp sẽ xuất hiện các
vấn đề kỹ thuật khác nhau làm cho cấu trúc chuyển đổi trực tiếp không phù hợp với một máy thu
SDR.
2.2.1. Cấu trúc chuyển đổi trực tiếp
Cấu trúc máy thu chuyển đổi trực tiếp có sơ đồ khối cơ bản như hình 2.0. Máy thu
này bao gồm một bộ khuyếch đại tạp âm nhỏ (LAN) với hệ số khuyếch đại vừa phải cùng mức

tạp âm nhỏ. Tín hiệu đầu ra từ bộ khuyếch đại tạp âm nhỏ được lọc trong một bộ lọc chọn lọc
trước, hạ tần nhờ bộ trộn phức (I,Q).
Hình 2.0 Cấu trúc máy thu chuyển đổi trực tiếp
7
• Nguyên lý làm việc:
Tín hiệu cao tần đã được điều chế ( AM,FM,PM) nhận được từ Anten. Tìn hiệu này được
đưa qua bộ khuếch đại nhiễu thấp LNA(Low Noise Amplifier) để khuếch đại tín hiệu vào nhằm
tránh suy hao tín hiệu khi đưa vào bộ nhân . Tín hiệu qua đầu vào bộ lọc băng thông để lọc lấy
kênh tín hiệu muốn thu và hạn chế nhiễu. Tín hiệu đầu ra từ bộ BPF sẽ được đưa vào mạch đổi
tần để hạ tần : Tín hiệu ở đầu vào sẽ được đưa vào mạch nhân cùng với tín hiệu hình sin được
tạo ra từ bộ OSC ( đã được đi qua bộ dịch pha 90º/0º ). Tín hiệu sau khi được hạ tần sẽ đi qua bộ
khuếch đại băng gốc để khuếch đại tín hiệu trung tần lên 1 mức đủ lớn để mạch có thể làm việc
bình thường. Tín hiệu lúc này là tín hiệu tương tự được đi qua bộ chuyển đổi ADC để chuyển
sang dạng tín hiệu số. Tín hiệu trung tần đã được số hóa từ bộ ADC sẽ được hạ tần, lọc và phân
chia trước khi thực hiện xử lí tín hiệu tốc độ thấp hơn bằng bộ xử lý tín hiệu số DSP .
Phần lớn các bộ khuyếch đại băng gốc đều có hệ số khuyếch đại cao và được điều
khiển tự động (AGC).
 Ưu điểm của nó là:
- Độ phức tạp thấp.
- Phù hợp với việc thực hiện IC hóa.
- Các yêu cầu lọc đơn giản.
- Việc khử tín hiệu ảnh đơn giản hơn (so sánh với cấu trúc đổi tần nhiều lần).
 Nhược điểm của nó là:
- Yêu cầu một bộ dao động nội với hai tín hiệu đầu ra phải đảm bảo vuông pha và
có biên độ cân bằng, dải tần số bằng với tần số của tín hiệu ra.
- Các bộ trộn phải là bộ trộn cân bằng và có thể hoạt động trong cả dải tần rộng.
- Tín hiệu qua bộ trộn và khuyếch đại tạp âm nhỏ sẽ được phát xạ từ anten và phản
xạ trở lại máy thu từ anten đó. Tín hiệu phản xạ sẽ thay đổi theo môi trường vật lý đặt
anten. Sai lệch một chiều thay đổi theo thời gian (time varying DC) do chính bộ trộn, là
một vấn đề.

- Hầu hết hệ số khuyếch đại tín hiệu cao thực hiện trong một dải tần số đều tạo ra
điện áp cao không ổn định.
- Tạp âm (1/f) là một vấn đề chính.
- Méo bậc hai sinh ra do bộ trộn xuống trong dải.
2.2.2. Cấu trúc đổi tần nhiều lần
Sơ đồ khối của cấu trúc đổi tần nhiều lần được chỉ ra trong hình sau:
Hình 2.1 Cấu trúc đổi tần nhiều lần
• Nguyên lý làm việc:
Tín hiệu cao tần đã được điều chế (AM, FM, PM) đầu tiên được đưa qua bộ khuếch đại
nhiễu thấp LNA. Để khuếch đại tín hiệu nhằm tránh suy hao tín hiệu khi đi qua bộ nhân ,sau đó
được cho đi qua bộ lọc thông dải BPF giúp giảm tín hiệu nhiễu và lọc lấy tín hiệu muốn thu. Tín
hiệu qua BPF lại được đi qua bộ trộn analog để đưa xuống dải tần thấp hơn. Ở đây tín hiệu RF sẽ
được trộn với tín hiệu OSC ,dải tần này lại tiếp tục đi qua bộ lọc thông dải và sau đó sẽ qua quá
trình lấy mẫu để tạo ra một dải băng tần, và việc lấy mẫu cũng như giữ mẫu sẽ thực hiện bởi
mạch điện của bộ ADC mà chỉ cần lấy một băng con trong dải băng tần được tạo ra có thông tin
8
tốt nhất .Tín hiệu sau khi được số hóa sẽ được đi qua bộ đổi tần lần 2 : Tín hiệu ở đầu vào sẽ
được đưa vào mạch nhân cùng với tín hiệu LO ( đã được đi qua bộ dịch pha 90º/0º ).
 Ưu điểm của cấu trúc này là:
Độ nhậy cao (do sử dụng các bộ lọc chọn trước và bộ lọc kênh).
Hệ số khuyếch đại được phân phối qua các bộ khuyếch đại khác nhau thực hiện trong các
dải tần số khác nhau.
- Việc chuyển đổi từ tín hiệu thực sang tín hiệu phức được thực hiện tại một
tần số cố định, do đó tín hiệu dao động nội với biên độ cân bằng, vuông pha chỉ yêu cầu
tại một tần số độc lập.
 Nhược điểm của cấu trúc này là:
- Độ phức tạp cao.
- Yêu cầu các tín hiệu dao động nội khác nhau.
- Yêu cầu các bộ lọc trung tần chuyên dụng, điều này gây khó khăn cho
việc hiện thực hóa chip riêng cho máy thu siêu ngoại sai.

Mặc dù cấu trúc đổi tần nhiều lần trong hình 2.1 chỉ trình bày hai lần hạ tần (một trong
phần cứng cao tần và một trong bộ xử lý tín hiệu số - DSP), song việc chuyển đổi nhiều hơn có
thể được thực hiện trong bộ xử lý tín hiệu số qua các quá trình “chia mười - decimation” và/hoặc
“phân mẫu, sub-sampling”. Vì thế ngày nay, việc thiết kế một máy thu SDR với sự lựa chọn tốt
nhất có thể đại diện cho cấu trúc máy thu dựa vào hai nhược điểm chính của cấu trúc chuyển đổi
trực tiếp (cân bằng dao động nội và sai lệch một chiều) là không khắc phục được cho ứng dụng
SDR dải rộng với công nghệ hiện nay. Với cấu trúc này, việc chuyển đổi lần đầu có thể được
thực hiện trong phần cứng cao tần, còn tất cả những lần chuyển đổi khác được thực hiện trong bộ
xử lý tín hiệu số.
9
Chương 3: Phân tích chi tiết các khối trong hệ thống máy thu phát dùng
công nghệ SDR.
3.1 . Khối LNA:
Khối LNA( Low Noise Amplifier) là khối khuếch đại nhiễu thấp : Có hệ số khuếch đại
lớn nhưng hạn chế tối thiểu khuếch đại nhiễu nên được gọi là khối khuếch đại nhiễu thấp
3.2 Khối BPF :
BPF là bộ lọc thông dải (Band Pass Filter) tức là bộ lọc chỉ cho các thành phần có tần số
trong một dải đi qua, các thành phần bé hơn và lớn hơn thì loại bỏ.
• Chức năng lọc bên trong máy thu
Để tổng kết các điểm đã nêu trong phần trước, trong bất kỳ cấu trúc máy thu siêu
ngoại sai nào, các bộ lọc đều yêu cầu đảm bảo ba chức năng sau:
- Thứ nhất: Các bộ lọc phải bao dải giới hạn tần số tín hiệu mong muốn. Chức
năng này thường chỉ “kênh hóa - channelization” và đã thực hiện được, đặc biệt trong băng gốc
của máy thu.
- Thứ hai: Các bộ lọc thường cho phép tách riêng các tín hiệu ảnh khỏi các tín hiệu
mong muốn. Chức năng này được thực hiện tại thời cơ ban đầu trong tuyến thu.
- Thứ ba: Các bộ lọc cần ngăn cản việc các tín hiệu khối “blocker” ở vị trí gần
nhưng nằm ngoài dải tạo ra công suất trong dải đủ lớn gây nhiễu cho tín hiệu mong muốn. Chú ý
rằng, nếu các bộ khuyếch đại thu là tuyến tính hoàn toàn thì không thể có các tín hiệu ngoài dải
để tạo ra các thành phần trong dải và không yêu cầu bộ lọc có chức năng này. Trong thực tế, tất

cả các bộ trộn và khuyếch đại đang sử dụng trong tuyến thu đều phi tuyến. Điều này có nghĩa là,
mức độ kênh hóa cần được thực hiện tại tầng đầu trong dãy bộ trộn - bộ khuyếch đại.
3.3. Bộ đổi tần
- Mixer : Bộ trộn . Dùng để trộn 2 tín hiệu RF và tín hiệu OSC để tạo ra tín hiệu trung
tần IF. Bộ trộn có tác động chủ yếu đến độ tuyến tính của máy phát. Khi mức tín hiệu đưa vào
bên trong bộ trộn lớn hơn mức chuẩn thì hiệu suất méo của các bộ trộn trở thành hiệu suất méo
toàn bộ của máy phát. Đặc biệt các bộ trộn diode không có TOI tốt và có thể cần sử dụng các
phương pháp khác. Việc sử dụng các bộ trộn FET có điện trở tuyến tính cao hoặc các kỹ thuật
tuyến tính hóa bộ trộn có thể là một phương pháp. Một vài kết quả đã đạt được bằng cách dùng
các bộ trộn tuyến tính hóa.
Đặc tính phi tuyến của các bộ trộn phát không chỉ gây ra các thành phần IMD mà còn
liên quan đến tín hiệu ảnh, chúng xuất hiện từ sự kết hợp giữa các tín hiệu trung gian và dao
động nội.
- OSC : mạch giao động nội, tạo dao động nội cung cấp cho mạch đổi tần.
=> Bộ đổi tần : Có chức năng biến đổi tần số của tín hiệu vô tuyến ở lối vào thành tín
hiệu có tần số khác ở lối ra .Việc đổi tần được thực hiện khi cho tín hiệu này nhân với một tín
hiệu phụ có tần số lớn hơn hoặc nhỏ hơn tín hiệu gốc. Tần số tín hiệu ở lối ra của BĐT sẽ bằng
hiệu của hai tần số nói trên .Đổi tần cho phép chúng ta sử lý tín hiệu ở miền tần số thấp hơn ( dễ
dàng hơn) Mà tách sóng ở tần số thấp thì ít nhiễu hơn.
Việc đổi tần trong máy phát : Việc chuyển đổi tần số từ IF sang RF để có thể truyền tín
hiệu đi xa hơn.
Việc đổi tần trong máy thu: Tín hiệu thu được là tín hiệu cao tần đã được điều chế mang
tin tức. Trong quá trình khuếch đại và lọc thì tín hiệu trung tần dễ xử lý hơn, việc chuyển đổi
sang trung tần giúp cho các linh kiện không phải hoạt động ở tần số cao nên ổn định và rẻ hơn.
3.4. Khối ADC và khối DAC :
Tín hiệu tương tự là tín hiệu biến thiên liên tục theo thời gian. Tín hiệu số là tín hiệu
rời rạc theo thời gian.
10
U
M

U
A
U
D
Việc chuyển đổi tín hiệu tương tự - số hay số - tương tự là việc cần thiết. Ta đã biết
tín hiệu số được dùng trong hệ thống điều khiển có sử dụng máy tính vì máy vi tính chỉ làm việc
với tín hiệu số ,trong khi đó hệ thống mạch điều khiển thực tế lại làm việc với tín hiệu tương tự.
Chuyển đổi ADC :
- Khái niệm : Là bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang dạng số.
Để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số đòi hỏi phải lượng tử hóa biên độ và rời
rạc hóa trục thời gian tín hiệu số liên tục, để có được điều này, cần phải lấy mẫu tín hiệu tương tự
tại những khoảng thời gian như nhau sau đó chuyển đổi các giá trị mẫu thành số như vậy nguyên
lý chung của sự chuyển đổi là:
+ Lấy mẫu
+ Nhớ mẫu
+ Lượng tử hóa
+ Mã hóa
Hình 2.2 : sơ đồ chuyển đổi A/D
- Quá trình lấy mẫu :
Lấy mẫu là đổi 1 tín hiệu liên tục thời gian thành tín hiệu rời rạc thời gian (tín hiệu số).
Mạch lấy mẫu có 2 nhiệm vụ chính :
• Lấy mẫu tín hiệu tương tự tại các thời điểm khác nhau và cách đều nhau ,nói cách khác
đây là quá trình rời rạc hóa tín hiệu về mặt thời gian.
• Lượng tử hóa và mã hóa tín hiệu: quá trình lượng tử hóa về bản chất là quá trình làm
tròn số được thực hiện theo nguyên tắc so sánh ,tín hiệu cần chuyển đổi được so sánh với
1 đơn vị chuẩn.còn mã hóa là quá trình sắp xếp lại kết quả đã lượng tử theo 1 quy luật
nhất định tùy thuộc vào loại mã hóa yêu cầu ở đầu ra bộ biến đổi.
-Các phương pháp chuyển đổi A/D
+Chuyển đổi song song :
Tín hiệu cần chuyển đổi được so sánh cùng 1 lúc với nhiều giá trị chuẩn ,vì vậy các bit

được xác định đồng thời và đưa đến đầu ra .
+Chuyển đổi nối tiếp theo mã đếm :
Quá trình so sánh được thực hiện từng bước theo quy luật mã đếm .kết quả chuyển đổi
được xác định bằng cách đếm số lượng giá trị tín hiệu cần chuyển đổi.
+Chuyển đổi nối tiếp theo mã nhị phân :
Quá trình so sánh được thực hiện từng bước theo quy luật của mã nhị phân. Các đơn vị
chuẩn dùng để so sánh lấy các giá trị giảm dần theo mã nhị phân ,do đó các bit được xác
định lần lượt từ bit MSB đến bit LSB
+Chuyển đổi song song –nối tiếp kết hợp :
Trong Phương pháp này qua mỗi bước so sánh có thể xác định được tối thiểu là 2 bit
đồng thời .
Chuyển đổi DAC:
Khái niệm : Bộ chuyển đổi số -tương tự dùng để chuyển tín hiệu ở dạng số sang dạng
tương tự .khâu này hay được sử dụng trong hệ thống điều khiển có dùng máy vi tính .vì máy vi
tính chỉ làm việc với tín hiệu số,trong khi hệ thống thực cần tín hiệu điều khiển ở dạng tương tự.
Mạch chuyển đổi tương tự - số sẽ được thực hiện chuyển đổi từ n bit thành 2
n
giá trị điện
11
Mạch lấy
mẫu
ADC
Lượng
tử hóa
M· ho¸
áp khác nhau, các điện áp này được lấy ra từ một điện áp so sánh xác định. Nguồn điện áp so
sánh có thể tìm thấy ở bên trong bộ chuyển đổi D/A hoặc từ một nguồn điện áp từ bên ngoài. Độ
phân giải được chỉ ra như là độ rộng của giá trị số được biến đổi. Vì thế, một bộ biến đổi D/A n
bít có thể tạo ra 2
n

giá trị lối ra khác nhau. Khi ta chọn dải điều chỉnh có độ rộng 10v như thường
thấy trong công nghiệp, thì sẽ có những bước nhảy điện áp nhỏ nhất như sau:
N Độ phân giả Điện áp nhỏ nhất
8 1/256 39.1 mV
10 1/1024 0.97 mV
12 1/4096 0.24 mV
16 1/65536 0.015 mV
- Sơ đồ khối và nguyên tắc làm việc :
Chuyển đổi DAC là quá trình làm lại tín hiệu tương tự từ N số hạng hay nói cách khác từ
N bit đã biết của tín hiệu so với độ chính xác là một mức lượng tử là LSB.

Hình 2.3 Sơ đồ chuyển đổi D/A
Để lấy được tín hiệu tương tự từ tín hiệu số là tín hiệu rời rạc theo thơi gian, tín hiệu
này được đưa qua bộ lọc thông thấp lý tưởng. Trên đầu ra của bộ lọc có tín hiệu U
A
biến thiên
liên tục theo thời gian, là tín hieuj nội suy của U
m
. Ở đây bộ lọc thông thấp đóng vai trò như một
bộ nội suy
. Hình 2.4 : Giản đồ thời gian.
3.5. Khối DSP:
- Định nghĩa: Digital signal processor (DSP) - Bộ xử lý tín hiệu số là bộ vi
xử lý có thể lập trình cho một mục đích chuyên dụng nào đó, nó được thiết kế để điều
khiển theo thời gian thực luồng truyền liên tục của một khối lượng lớn dữ liệu số nhằm
cải tiến chất lượng hay sửa đổi, bổ sung theo những yêu cầu riêng. DSP được dùng rộng
rãi để xử lý dòng dữ liệu liên tục của âm thanh, video và đồ họa.
- Giới thiệu về khối DSP :
Bên trong mỗi máy tính đều có một bộ vi xử lý, nhưng số máy tính có bộ xử lý tín
hiệu số không nhiều. Vì CPU là thiết bị số nên tất nhiên là nó xử lý dữ liệu số, như vậy câu hỏi

đặt ra là dữ liệu số khác biệt gì với tín hiệu số. Về căn bản, chữ "tín hiệu" thiên về truyền thông -
đó là một dòng liên tục dữ liệu số mà thường là không lưu trữ được và vì thế phải được xử lý
theo thời gian thực.
12
DAC
LTD
U
D
U
M
U
A
U
M
t
0
Khác biệt về vai trò DSP khác hẳn với bộ vi xử lý đóng vai trò CPU trong máy tính để
bàn. Công việc của CPU đòi hỏi nó phải là người tổng chỉ huy; điều hành hoạt động của nhiều
loại phần cứng khác nhau như ổ đĩa cứng, giao tiếp đồ họa và mạng để chúng phối hợp nhịp
nhàng nhằm thực hiện công việc một cách hiệu quả. Hệ quả là những CPU hiện đại phải chứa
sẵn hàng trăm lệnh để có thể hỗ trợ tất cả các chức năng trên. Điều này đòi hỏi nó phải có bộ giải
mã lệnh phức tạp để thực hiện một số lệnh rất lớn, cũng như nhiều module luận lý bên trong để
có thể thực hiện khối lượng lệnh rất lớn. Vì thế, thông thường bộ vi xử lý của máy tính để bàn có
đến hàng chục triệu transistor.
Ngược lại, DSP được thiết kế như một chuyên gia. Nhiệm vụ duy nhất của nó là thực
hiện một số thay đổi trong chuỗi tín hiệu số với tốc độ nhanh. Mạch của DSP chủ yếu là phần
cứng chuyên thao tác trên bit và thực hiện các phép tính số học tốc độ cao để có thể nhanh chóng
điều chỉnh một khối lượng dữ liệu rất lớn.
Như vậy, tập lệnh của nó nhỏ hơn nhiều so với tập lệnh của bộ vi xử lý trên máy tính để
bàn - có lẽ không nhiều hơn 80 lệnh. Điều này có nghĩa DSP chỉ cần bộ giải mã lệnh đơn giản và

một vài bộ thực thi lệnh bên trong. Hơn nữa, những bộ thực thi lệnh này chỉ nhắm đến việc thực
hiện các phép toán số học với tốc độ cao. Vì vậy, thông thường DSP chỉ có khoảng vài trăm
ngàn transitor. Với vai trò chuyên gia, DSP thực hiện rất tốt công việc của mình. Với sự tập
trung cho xử lý toán học, DSP có thể liên tục nhận và điều chỉnh tín hiệu số như ghi nhạc MP3
hay cuộc thoại điện thoại di động, mà không làm chậm trễ hay mất mát dữ liệu. Để cải thiện mức
xuất lượng, DSP có thêm những đường truyền dữ liệu riêng giúp "tống" dữ liệu đến bộ xử lý số
học và giao tiếp chip nhanh
hơn. Ngoài ra, DSP có thể dùng kiến trúc Harvard (duy trì sự tách biệt hoàn toàn về mặt
vật lý của bộ nhớ dành cho dữ liệu và lệnh), nhờ vậy việc lấy lệnh và thực thi mã chương trình
không làm ảnh hưởng đến các tác vụ xử lý dữ liệu.
- Tại sao dùng DSP?
Những tính năng của DSP làm nó lý tưởng cho nhiều ứng dụng. Bằng những giải thuật
toán học cho lĩnh vực truyền thông và lý thuyết của các hệ tuyến tính, DSP có thể thực hiện các
phép toán trên tín hiệu số để tăng hay giảm những đặc tính của tín hiệu. Một số giải thuật cho
phép DSP xử lý tín hiệu đầu vào để chỉ xuất ra những tần số mong muốn, hiện thực cái gọi là bộ
lọc.
Ví dụ cụ thể: nhiễu chuyển tiếp thường xuất hiện ở dạng "gai" tần số cao trong tín hiệu.
DSP có thể được lập trình để lọc những khối tín hiệu có các tần số cao như vậy ở tín hiệu ra.
Điều này có loại trừ hay giảm thiểu ảnh hưởng của những loại nhiễu, chẳng hạn như trong các
cuộc đàm thoại trên điện thoại di động. DSP có thể áp dụng các bộ lọc không chỉ cho tín hiệu âm
thanh mà còn cả cho tín hiệu hình ảnh như tăng độ tương phản trong trong máy quét hình ảnh
cộng hưởng từ.
DSP cũng có thể được dùng để tìm kiếm những mẫu tần số hay cường độ trong một tín
hiệu. Vì lý do này, DSP thường được sử dụng trong cơ cấu nhận dạng tiếng nói để kiểm tra
những chuỗi âm thanh đặc biệt hay các âm vị.
Vì số lượng transistor ít hơn nhiều so với CPU, DSP tiêu thụ ít điện năng hơn nên rất lý
tưởng cho các sản phẩm dùng pin. Sự đơn giản của chúng cũng giúp việc chế tạo ít tốn kém hơn,
vì thế chúng rất thích hợp cho các ứng dụng nhạy cảm với chi phí. Mặt khác, một số DSP còn có
nhiều bộ xử lý phép tính số học, tích hợp sẵn bộ nhớ và các đường truyền dữ liệu phụ trội, cho
phép đa xử lý. Những DSP như vậy có khả năng nén tín hiệu video theo thời gian thực để truyền

trên Internet và có thể giải nén, cấu trúc lại tín hiệu video ở phía nhận. Những loại DSP cao cấp,
đắt tiền này thường dùng trong các thiết bị phục vụ hội thảo qua video.
13
- Khối DSP trong máy thu phát :
Khi một tín hiệu trung tần được lấy mẫu bởi một bộ ADC thì các tín hiệu bên dưới tần
số trung tần phải được xử lý số như hình :
Hình 2.5 :Các chức năng xử lý số cho SDR lấy mẫu trung tần
Tín hiệu trung tần đã được số hoá từ bộ ADC sẽ được hạ tần, lọc và phân chia trước khi
thực hiện xử lý tín hiệu tốc độ thấp hơn bằng bộ xử lý tín hiệu số (DSP). Quá trình xử lý tín hiệu
tốc độ thấp hơn gồm: giải mã hóa kênh sửa sai và giải mã nguồn như giải nén dữ liệu, giải mã…
Trong tuyến phát, việc xử lý tín hiệu chậm hơn được thực hiện đầu tiên là: mã hoá nguồn
như mã hóa và nén tín hiệu, giải mã kênh bao gồm cả sửa sai. Sau đó tín hiệu được lọc cho mỗi
ứng dụng, nội suy và nâng tần trước khi tín hiệu được đưa tới bộ DAC. Quá trình xử lý tín hiệu
tốc độ cao hơn như các tín hiệu trung tần yêu cầu mạch xử lý tín hiệu tốc độ rất cao. Tốc độ này
có thể lên tới hàng nghìn triệu lệnh trên một giây (MIPS). Các IC thích hợp là các bộ xử lý tín
hiệu số (DSP), dãy cổng lập trình tại chỗ (FPGA), hoặc IC chuyên dụng cụ thể cho thiết bị vô
tuyến có cấu trúc xác định bằng phần mềm. Một chip DSP thực hiện xử lý tín hiệu bằng các lệnh
(fetching instructions) và dữ liệu từ bộ nhớ, thực hiện điều khiển và lưu trữ dữ liệu đưa trở lại bộ
nhớ, giống như một CPU bình thường. Sự khác nhau giữa một chip DSP và một chip CPU là
DSP thường có một khối xử lý tín hiệu tốc độ cao, đặc biệt là khối MAC (khối nhân và tích luỹ).
Bằng các chương trình gọi khác nhau trong bộ nhớ, một chip DSP có thể định lại cấu hình với
các chức năng khác nhau. Một vài chip DSP tốc độ cao hay dùng trong thương mại là Texas
Instruments TMS320C6202 và các thiết bị tương tự ADSP-21160M SHARC với tốc độ lần
lượt là 2000 (MIPS) và 600 triệu dấu phảy động trên một giây (MFLODS). IC chuyên dụng là
một IC mà được thiết kế với một nhiệm vụ riêng cố định, ví dụ: các IC chuyên dụng cụ thể xử lý
tín hiệu là chip hạ tần tín hiệu số (DDC) và các chip lọc số. Một hạn chế của IC chuyên dụng là
người dùng không thể thay đổi chức năng của chip. Còn dãy cổng lập trình tại chỗ có thể thực
hiện bất kỳ một nhiệm vụ nào bằng cách ánh xạ nhiệm vụ với phần cứng. Mặt khác, dãy cổng lập
trình tại chỗ (FPGA) có khả năng định lại cấu hình còn IC chuyên dụng không thể. Việc định lại
cấu hình là một đặc điểm cho phép FPGA thực hiện với bất kỳ phần cứng sử dụng nào bằng cách

thay đổi cấu hình dữ liệu trên một chip nhiều lần cần thiết. Cho dù, số cổng có thể thực hiện
được trên một chip như Xilinx’s Virtex là trong dải 100.000 cổng tới 1.000.000 cổng song vẫn
nhỏ hơn hàng triệu cổng đối với một IC chuyên dụng, khả năng định lại cấu hình này sẽ rất có
ích trong thiết bị vô tuyến xác định bằng phần mềm (SDR) trong tương lai. Các FPGA điển hình
bao gồm một dãy khối bảng logic tra cứu có khả năng định lại cấu hình để thực hiện logic chuỗi
tổ hợp and/or và chương trình nguồn có thể tái định lại nhằm nối liền các khối logic. Một vài
thuật toán xử lý tín hiệu đặc biệt phù hợp cho cấu trúc FPGA đã được phát triển như thuật toán
số học được phân bố. Phương pháp số học phân bố dùng các bảng tra cứu nhằm xử lý tín hiệu
nhanh, nó cho phép tạo ra các FPGA rất phù hợp. Ví dụ, bộ lọc FIR dùng thuật toán số học phân
bố có cùng tốc độ với số đầu ra bộ lọc là 1 hoặc 100. Điều này tạo ra sự phù hợp để tạo ra một bộ
lọc tốc độ cao với số đầu ra nhiều. Nhiều ứng dụng khác dùng ưu thế của cấu trúc FPGA sẽ xuất
hiện trong tương lai. Một đặc điểm mới của FPGA là một vài công ty đang phát triển theo hướng
định lại cấu hình động. Ví dụ, công cụ Jbits từ Xilinx cho phép người dùng thay đổi cấu hình
của một phần FPGA trong khi FPGA đang hoạt động. Đây vẫn là một công nghệ mới, song nó sẽ
là một công cụ rất hữu ích, ví dụ: một máy thu cần thuật toán cho phép định lại cấu hình để thu
các tín hiệu đưa qua một kênh thay đổi động. Các IC chuyên dụng cho SDR là một loại chip mới
mà có một phần cố định để xử lý tín hiệu chung và một phần có khả năng định lại cấu hình tùy
thuộc vào các chuẩn vô tuyến khác nhau như các chuẩn điện thoại tế bào khác nhau. Bởi đây là
mục đích để tăng ứng dụng cụ thể hơn là một chip FPGA đa năng, điều đó làm tăng hiệu qủa
14
kinh tế và hiệu suất, đồng thời giảm công suất tiêu thụ so với FPGA. Một vài IC chuyên dụng
cho SDR cũng có khả năng định lại cấu hình. Trong số các chip đã được đưa ra trên đây, các
chip mà có các đặc tính định lại cấu hình đa năng là DSP và FPGA. Bảng sau đây trình bày chi
tiết các điểm khác nhau giữa DSP và FPGA.
g1.1 So sánh giữa FPGA và DSP
Chip FPGA Chip DSP
Ngôn ngữ lập
trình
VHDL, Verilog Ngôn ngữ C, Assembly
Độ dễ của lập

trình phần mềm
Khá dễ, song người lập trình phải biết về
cấu trúc phần trước khi lập trình
Đơn giản
Tốc độ, chất
lượng
Có thể rất nhanh nếu thiết kế một cấu trúc
hợp lý
Tốc độ giới hạn bởi tốc độ
đồng hồ của chip DSP
Khả năng định
lại cấu hình
Loại SRAM của FPGA có thể định lại cấu
hình mà không hạn chế số lần
Có thể định lại cấu hình bằng
cách thay đổi nội dung chương
trình trong bộ nhớ
Phương pháp
định lại cấu
hình
Bằng cách downloading dữ liệu cấu hình
tới chip
Đơn giản bằng cách đọc
chương trình ở địa chỉ nhớ
khác
Các vùng mà
FPGA có thể
làm tốt hơn
DSP hoặc
ngược lại

Bộ lọc FIR, bộ lọc IIR, bộ tương quan, bộ
nhân, FFT …
Qúa trình xử lý tín hiệu của
chuỗi nguyên thuỷ
Công suất tiêu
thụ
Có thể cực tiểu nếu mạch được thiết kế để
tiết kiệm công suất hoặc công suất được
điều khiển động
Công suất tiêu thụ không phụ
vào dung lượng chương trình
Phương pháp
thực hiện của
MAC
Bộ nhân/cộng song song hoặc một sách số
học được phân bố
Chức năng hoạt động của
MAC được lặp lại
Tốc độ của
MAC
Có thể rất nhanh nếu sử dụng thuật toán
song song, nếu một bộ lọc được hoạt động
bằng sách số học được phân bố thì tốc độ
hoạt động không phụ thuộc vào số đầu ra
Bị giới hạn bởi hoạt động của
chip DSP, nếu dùng một bộ lọc
thì tốc độ sẽ chậm hơn nếu số
đầu ra giảm.
Song song hóa
Có thể được song song hóa để đạt được

hiệu qủa cao
Chương trình chip DSP thường
là nối tiếp và không thể song
song hóa
3.6. Bộ trộn
Bộ trộn có tác động chủ yếu đến độ tuyến tính của máy phát. Khi mức tín hiệu đưa vào
bên trong bộ trộn lớn hơn mức chuẩn thì hiệu suất méo của các bộ trộn trở thành hiệu suất méo
toàn bộ của máy phát. Đặc biệt các bộ trộn diode không có TOI tốt và có thể cần sử dụng các
phương pháp khác. Việc sử dụng các bộ trộn FET có điện trở tuyến tính cao hoặc các kỹ thuật
tuyến tính hóa bộ trộn có thể là một phương pháp. Một vài kết quả đã đạt được bằng cách dùng
các bộ trộn tuyến tính hóa.
Đặc tính phi tuyến của các bộ trộn phát không chỉ gây ra các thành phần IMD mà còn
liên quan đến tín hiệu ảnh, chúng xuất hiện từ sự kết hợp giữa các tín hiệu trung gian và dao
động nội.
3.7. Khối khuếch đại
Hầu hết các mạch khuếch đại được định giá bằng một số các thông số:
15
Độ lợi
Độ lợi của mạch khuếch đại là tỷ số giữa công suất đầu ra và công suất đưa vào điều
khiển, và thông thường được tính trên thang đo decibel (dB). (Trong thang đo này, trị số đo tỷ lệ
với quan hệ lôgarít của hai trị số:
G (dB) = 10 × lg(Pout/Pin))
Dải động ngõ ra
Dải động ngõ ra là một dải biên độ, thường sử dụng đơn vị dB, là khoảng cách giữa tín
hiệu lớn nhất và tín hiệu nhỏ nhất mà đầu ra có thể phản ánh được. Vì tín hiệu nhỏ nhất thường
bị giới hạn bởi biên độ nhiễu, nên người ta lấy luôn tỷ số giữa biên độ tín hiệu lớn nhất và nhiễu
làm giải động ngõ ra.
Băng thông và thời gian đáp ứng của mạch khuếch đại
Băng thông của một mạch khuếch đại thường được xác định theo sự khác biệt giữa tần số
thấp nhất và tần số cao nhất ở điểm mà hệ số khuếch đại giảm còn 1/2. Thông số này còn gọi là

băng thông −3 dB. Trong trường hợp những băng thông ứng với những độ chính xác khác nhau
thường phải ghi chú thêm, thí dụ như (−1 dB, −6 dB, v.v.).
Thí dụ như một mạch khuếch đại âm tần tốt phải có đáp ứng bằng phẳng từ 20 Hz đến
20 kHz (dải âm thanh mà người ta nghe được), như vậy đáp ứng tần số của nó phải mở rộng
thêm ra bên ngoài dải này từ 1 đến 2 bát độ mỗi bên. Thông thường một mạch khuếch đại âm tần
tốt có băng thông từ 10 Hz đến 65 kHz.
Thời gian đáp ứng (còn gọi là thời gian tăng trưởng) của một mạch khuếch đại thời gian
cần thiết để nâng mức điện áp ngõ ra từ 10% đến 90% tín hiệu đỉnh khi đặt ở đầu vào một điện
áp bước (hàm đơn vị).
Nhiều mạch khuếch đại bị giới hạn bởi tốc độ tăng, thường là do trở kháng của mạch
dòng điện điều khiển phải chịu hiệu ứng tụ điện ở vài điểm trong mạch. Điều này là cho băng
thông ở công suất lớn nhất sẽ thấp hơn so với đáp ứng tần số ỏ mức tín hiệu nhỏ.
Đối với một mạch đơn giản chỉ có RC, còn gọi là đáp ứng Gauss, thời gian tăng trưởng
được tính gần đúng:
Tr × BW = 0,35,
Trong đó Tr là thời gian đáp ứng tính bằng giây, và BW là băng thông tính bằng Hz.
Thời gian trả về và sai số
Đó là thời gian để ngõ ra trả về đến một mức nào đó (thí dụ 0,1%) của tín hiệu hoàn
chỉnh. Điều này thường được đặt ra với các mạch khuếch đại trục tung của máy hiện sóng và các
mạch khuếch đại trong các hệ thống đo lường chính xác.
Tốc độ đáp ứng
Tốc độ đáp ứng là tốc độ thay đổi tín hiệu cao nhất ở ngõ ra, thường được tính bằng
volt/giây (hoặc mili giây, micro giây).
16
Tạp âm
Tạp âm (còn gọi là tiếng ồn, nhiễu), hiển thị số đo có bao nhiêu tạp âm được tạo ra trong
quá trình khuếch đại. Tạp âm là những thành phần không mong muốn, nhưng cũng không tránh
khỏi của các linh kiện và các thành phần trong mạch. Nó được đo bằng thang decibel hoặc bằng
điện áp đỉnh của nhiễu đầu ra, khi không có tín hiệu đầu vào.
Hiệu suất

Hiệu suất là một số đo biểu thị mức độ bao nhiêu công suất ở đầu vào đã được chuyển
hóa thành năng lượng hữu ích ở đầu ra của mạch khuếch đại. Các mạch khuếch đại lớp A có hiệu
suất rất thấp, trong khoảng từ 10 đế 20%, và hiệu suất tối đa là 25%. Các mạch khuếch đại lớp B
hiện đại có hiệu suất trong khoảng 35 đến 55%, với hiệu suất cao nhất theo lý thuyết là 78,5%.
Các mạch khuếch đại lớp D tiên tiến sử dụng kỹ thuật điều biến độ rộng xung cho hiệu suất lên
đến 97%. Hiệu suất của một mạch khuếch đại giới hạn độ lớn của công suất hữu dụng ở ngõ ra.
Lưu ý rằng các mạch khuếch đại có hiệu suất cao sẽ chạy mát hơn, và có thể không cần đến quạt
làm mát ngay cả khi thiết kế lên đến nhiều kilowatt.
Độ tuyến tính
Một mạch khuếch đại lý tưởng phải là một thiết bị tuyến tính hoàn toàn, nhưng những
mạch khuếch đại thực tế thường chỉ tuyến tính trong một phạm vi giới hạn nào đó. Khi tín hiệu
được đưa đến đầu vào tăng, thì đầu ra cũng tăng theo cho đến khi đạt đến một điểm mà một linh
kiện nào đó trong mạch bị bão hòa, và không thể cho thêm tín hiệu ra. Ta nói tín hiệu bị cắt xén,
và đây là một trong những nguyên nhân gây ra méo dạng.
Một số mạch khuếch đại được thiết kế để hoạt động theo kiểu chấp nhận giảm bớt độ lợi
thay vì phải chịu méo dạng. Kết quả là tín hiệu chịu một hiệu ứng nén, Và nếu là tín hiệu âm
thanh, thì hiệu ứng này không làm thỏa mãn người nghe lắm. Đối với các mạch khuếch đại này,
điểm nén 1 dB được đặt ra, xác định là độ lợi ở tín hiệu 1 dB sẽ nhỏ hơn độ lợi ở các tín hiệu
nhỏ.
Tuyến tính hóa là một lĩnh vực nổi bật. Có rất nhiều kỹ thuật được sử dụng để giảm bớt
méo dạng do không tuyến tính.
Tỉ số tín hiệu trên tạp âm
Tỉ số: Tín hiệu / Tạp âm = S / N
trong đó:
• S: Tín hiệu hữu ích
• N: Tạp âm (nhiễu)
17
Chương 4: : Nhận xét, kết luận, so sánh với các kiến trúc máy thu phát
thông thường
4.1. Sự khác nhau giữa SDR với thiết bị vô tuyến cũ

Để xét cấu trúc của SDR trước hết ta xét cấu trúc của các thiết bị vô tuyến cũ và so
sánh nó với hệ thống vô tuyến cũ. Như một máy thu siêu ngoại sai dải hẹp trước đây được minh
hoạ trong hình 2.6 sau đây :
Hình 2.6 Máy thu siêu ngoại sai nguyên thủy
Trong các máy thu siêu ngoại sai trước đây, các tín hiệu vô tuyến được thu tại anten máy
thu và đưa qua một bộ lọc dải. Sự chuyển đổi từ cao tần xuống trung tần được hoàn thiện bằng
cách nhân tín hiệu cao tần với một tín hiệu dao động nội trong một bộ trộn. Để tăng độ chọn lọc
kênh và chuyển đổi từ trung tần cao xuống tần số trung gian thấp hơn cũng có thể được thực hiện
bằng cách tăng các tín hiệu dao động nội và số tầng trộn tần. Sau đó, bộ chuyển đổi tương tự/số
(ADC) lấy mẫu tín hiệu đầu ra từ tầng trung gian cuối cùng, tín hiệu số được xử lý bằng mạch xử
lý tín hiệu số. Tất cả thành phần từ anten tới bộ ADC đều là các mạch tương tự. Nếu tăng số tầng
hạ tần hiện thời thì cần phải tăng số lượng các thành phần tương tự. Song các thành phần tương
tự đều tồn tại các hạn chế vốn có về khả năng xử lý tín hiệu. Đồng thời rất khó tạo ra một máy
thu siêu ngoại sai dải rộng bởi vì các bộ lọc tương tự thường là các bộ lọc dải hẹp cố định. Ngoài
ra, các thành phần tương tự phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ và các hiệu ứng già hoá, cũng có
các vấn đề về độ bền sản xuất, có thể yêu cầu liên kết và kiểm tra tập trung vào phần hoạt động.
Nếu số lượng các thành phần tương tự giảm sẽ tạo ra sự đơn giản hoá cho các hệ thống vô tuyến,
theo dự kiến sẽ giảm giá thành và tăng độ tin cậy của thiết bị. Chính vì những hạn chế của thiết
bị vô tuyến cũ đã thúc đẩy công nghệ vô tuyến phát triển và đưa ra thế hệ thiết bị vô tuyến có cấu
trúc xác định bằng phần mềm - SDR, sơ đồ cấu trúc của các thiết bị vô tuyến với các thế hệ lấy
mẫu ở các tầng khác nhau là :

Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc của các thiết bị vô tuyến
18
4.2. Nhận xét về công nghệ SDR
4.2.1. SDR - Thiết bị vô tuyến thông minh và thích nghi
Một thiết bị vô tuyến thông minh là thiết bị có khả năng thích nghi với môi trường
hoạt động, vì thế làm tăng chất lượng và hiệu qủa phổ. Khái niệm cơ bản làm nền tảng cho công
nghệ này chính là khả năng thích nghi với môi trường của thiết bị một cách tự động (không có sự
can thiệp của con người) nhằm tăng chất lượng và hiệu qủa. Thiết bị này yêu cầu sử dụng thông

minh nhân tạo và máy tính hiện đại để xử lý các thuật toán thích nghi theo thời gian thực và dữ
liệu thời gian thực từ các nguồn khác nhau bao gồm hạ tầng cơ sở mạng di động, các dải tần số
vô tuyến (Radio Frequency - RF) sẵn có, các giao thức giao diện vô tuyến và các nhu cầu của
người dùng, các ứng dụng, các yêu cầu hiệu suất (phụ thuộc vào người dùng cũng như phụ thuộc
vào ứng dụng), môi trường truyền sóng và khả năng của SDR.
Thiết bị vô tuyến thông minh có thể thích nghi theo thời gian thực với môi trường
truyền dẫn bằng cách dùng dạng sóng mạnh hơn được phát triển động khi môi trường truyền
sóng xấu đi một cách nhanh chóng. Mặc dù, điều này dường như khá dễ để thực hiện trong thực
tế song nó rất phức tạp bởi vì cần có sự tương tác giữa hạ tầng cơ sở mạng di động và nhu cầu
thiết bị vô tuyến để xử lý tất cả các yếu tố nêu trên.
4.2.2. SDR - Thiết bị vô tuyến số, đa dải, đa chế độ
Thiết bị vô tuyến số là thiết bị trong đó tín hiệu được số hóa tại điểm nào đó giữa
anten và các thiết bị đầu vào/đầu ra. Thiết bị vô tuyến số không nhất thiết có nghĩa là SDR, song
SDR là thiết bị vô tuyến số. Một thiết bị vô tuyến có thể là số nhưng nếu qúa trình xử lý tín hiệu
xảy ra sau bộ chuyển đổi A/D được thực hiện bởi mục đích đặc biệt, dùng các vi mạch chuyên
dụng (ASICs) thì nó không phải là một thiết bị có cấu trúc mềm (SDR).
Đa dải là khả năng của máy di động hoặc các trạm gốc để hoạt động trong nhiều dải
tần số của phổ. Đa chế độ liên quan tới khả năng của máy di động hoặc trạm gốc để thực hiện đa
chế độ (đa chuẩn giao diện vô tuyến, nhiều kỹ thuật điều chế, hoặc nhiều phương pháp đa truy
cập). Khả năng đa dải/đa chế độ có thể được thực hiện bằng các kỹ thuật đa dạng của phần cứng
và phần mềm, kể cả SDR.
4.2.3. SDR - Thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm

Theo hình 2.7 Bộ chuyển đổi A/D được đặt sau tầng trung gian. Quá trình xử lý băng
gốc được điều khiển bằng phần mềm và giao diện người/máy cho phép người sử dụng có thể
nhập vào một vài hướng dẫn thực hành. Cấu trúc này được coi là thiết bị vô tuyến có cấu trúc
mềm (SDR) giai đoạn 1, vì một số chứ không phải toàn bộ quá trình xử lý tín hiệu được thực
hiện bằng phần mềm. Tất nhiên việc xử lý tín hiệu băng gốc số có thể thực hiện trong ASIC, khi
đó thiết bị sẽ là vô tuyến số chứ không phải là SDR.
19

Hình 2.8 Sơ đồ khối SDR
Cùng với sự phát triển của công nghệ, các thiết bị SDR được nâng cấp và cải tiến hơn,
đó là SDR thông minh và thích nghi (AI - SDR).
Hình 2.9 Sơ đồ AI - SDR
Khi đó, bộ chuyển đổi A/D đưa lên gần anten hơn với hai khái niệm :
- Khái niệm thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm, thực hiện số hóa gần anten.
- Khái niệm thiết bị vô tuyến có cấu trúc mềm thông minh và thích nghi.
Theo hình 2.9, bộ chuyển đổi nằm ngay sau bộ khuyếch đại tạp âm nhỏ và bộ lọc khử
răng cưa, nghĩa là số hóa ở cao tần. Qúa trình xử lý trung gian và cao tần khác được thực hiện
bởi phương tiện đầu vào cao tần dải rộng. Trường hợp (không được đưa ra) sẽ là thế hệ giữa các
cấu trúc được trình bày trong hình 2.8 – 2.9, trong đó có sự chuyển đổi tần số trực tiếp từ cao tần
xuống băng gốc, do đó loại bỏ quá trình xử lý trung gian tương tự. Vì vậy, chúng ta có thể mong
đợi và dự đoán được tương lai sẽ cần có bộ khuyếch đại tạp âm nhỏ tương tự ở đầu vào cao tần
của máy thu và bộ khuyếch đại công suất ra tương tự ở phần cao tần của máy phát. Song bộ
chuyển đổi A/D trong SDR lý tưởng đặt ngay gần anten là không thể được trong thực tế, nhưng
tất nhiên đó là mục tiêu cuối cùng của các chuyên viên thiết kế công nghệ.
Hình 2.9 cũng minh họa khái niệm AI-SR, trong đó thiết bị vô tuyến có khả năng thích
nghi với môi trường hoạt động. Động cơ xử lý sau phần cao tần chịu sự điều khiển của động cơ
xử lý điều khiển phần mềm có công suất lớn. Phần xử lý điều khiển phần mềm này cung cấp các
dữ liệu nhân tạo và các thuật toán xử lý nhằm tạo cho SDR có khả năng thích nghi cao. Trên thị
trường vô tuyến thương mại, đây là loại xử lý cần kết hợp với việc phân bố phổ thích nghi, phổ
gián đoạn và phổ theo yêu cầu hoặc quản lý phổ thích nghi. Trong khi khả năng này là mục tiêu
mong đợi cao, kế hoạch nghiên cứu bên trong các bộ phận cần đặt ra khả năng này. Chú ý các
yêu cầu đầu vào lớn, bao gồm thông tin từ cơ sở mạng di động và nguồn khác bên ngoài hệ
thống không dây.
4.3. Kết Luận :
Với những ưu điểm vượt trội của SDR so với vô tuyến cấu hình cứng truyền thống đặc
biệt trong quân sự. SDR tăng khả năng tích hợp giúp cho thiết bị không những hoạt động được ở
nhiều chế độ hơn mà còn giảm được kích thước, trọng lượng, công suất tiêu thụ cũng như thời
gian thiết kế và giá thành sản phẩm, dễ dàng nâng cấp và thay đổi cấu hình. Ngày nay công nghệ

SDR không chỉ được dùng trong mục đích quân sự mà còn dùng trong rất nhiều lĩnh vực dân sự
như thương mại và xây dựng. Với phạm vi rộng lớn và phong phú của các ứng dụng vô tuyến
như: Bluetooth (giao thức truyền thông không dây trong khoảng cách ngắn giữa PC và các máy
di động), mạng cục bộ không dây (WLAN), hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và trong Radar,
mạng đa truy cập phân chia theo mã dải rộng (WCDMA), dịch vụ vô tuyến gói toàn cầu (GPRS),
…đều có thể được thực hiện bằng cách sử dụng công nghệ SDR. Không những vậy, công nghệ
SDR còn có thể được ứng dụng tới mọi lĩnh vực phát thanh và truyền hình vô tuyến.
20
Qua một thời gian nghiên cứu cùng nhau về công nghệ SDR, cùng với sự giúp đỡ tận
tình của thầy Hoàn trong việc cung cấp những tài liệu quý giá về công nghệ SDR. NHóm đã
hoàn thành xong phần báo cáo của mình. Trong báo cáo nhóm đã đi sâu vào tìm hiểu cấu trúc
SDR và đồng thời phân tích các khối chức năng trong sơ đồ máy thu phát sử dụng công nghệ
SDR đặc biệt là khối DSP và bộ chuyển đổi A/D, D/A. và cuối cùng đồ án nêu nên những điểm
mạnh của công nghệ SDR phục vụ cho lĩnh vực công nghệ hiện nay.
Qua quá trình làm đồ án cũng đã giúp Nhóm bổ sung thêm kiến thức lý thuyết, có thêm
nhiều hiểu biết sâu hơn về công nghệ SDR . Đây là những kiến thức rất cần thiết cho mai sau khi
công nghệ SDR càng ngày càng phát triển.
Tuy vậy, do thời gian có hạn và những khó khăn trong việc tìm tài liệu đồ án không thể
tránh khỏi những thiếu sót.
21