Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD radio

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LÊ HUY BÌNH

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MÁY THU THANH SỐ
THEO CHUẨN HD–RADIO

Ngành: Công nghệ Điện tử – Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRƯƠNG VŨ BẰNG GIANG

Hà Nội – 2009


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là công trình nghiên cứu
của riêng tôi.
Các dữ liệu, kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực
và có nguồn gốc rõ ràng.
Tác giả

Lê Huy Bình

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học
Công nghệ đã truyền thụ cho tôi những kiến thức vô cùng quý
báu trong suốt những năm đại học và khóa học cao học. Đặc
biệt, trong quá trình thực hiện luận văn tôi luôn nhận được sự
động viên, hướng dẫn tận tình của TS. Trương Vũ Bằng Giang,
tôi xin gửi tới thầy lời cảm ơn sâu sắc.
Xin được cảm ơn Đài Tiếng nói Việt Nam (VOV) đã cung cấp
thông tin, phương tiện và tài liệu để tôi hoàn thành bản luận
văn này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè cùng các
đồng nghiệp của tôi, những người đã luôn bên cạnh cổ vũ động
viên và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận
văn này.

Hà Nội tháng 4 năm 2009
Tác giả: Lê Huy Bình


MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................................i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC BẢNG.....................................................................................................iv
ĐẶT VẤN ĐỀ........................................................................................................................... 1
Chương 1

Tổng quan công nghệ phát thanh số HD-Radio ........................................ 4

1.1.

Lịch sử phát triển.................................................................................................... 4

1.2.

Giới thiệu chung về công nghệ phát thanh số HD-Radio ................................ 5

Chương 2
2.1.

Cấu trúc và thiết kế hệ thống phát thanh AM-IBOC và FM-IBOC ......... 7

Cấu trúc và thiết kế hệ thống phát thanh AM-IBOC ........................................ 7

2.1.1.

Giới thiệu .......................................................................................................... 7

2.1.2.

Dạng sóng và phổ tín hiệu ........................................................................... 11

2.1.3.

Các mode dịch vụ và các lựa chọn hệ thống ............................................. 15

2.1.4.

Kênh logic ....................................................................................................... 15

2.1.5.

Các thành phần chức năng........................................................................... 21

2.2.

Cấu trúc và thiết kế hệ thống phát thanh số FM-IBOC. ................................. 26

2.2.1.

Giới thiệu ........................................................................................................ 27

2.2.2.

Các dịch vụ và các giao thức........................................................................ 28

2.2.3.

Dạng sóng và phổ của tín hiệu .................................................................... 30

2.2.3.1.

Phân vùng tần số và quy ước phổ....................................................... 30

2.2.3.2.

Hệ thống phát tín hiệu lai..................................................................... 32

2.2.3.3.

Dạng tín hiệu lai mở rộng. ................................................................... 34

2.2.3.4.

Hệ thống phát toàn bộ tín hiệu số....................................................... 35

2.2.3.5.

Tạp âm và những hạn chế khi phát tín hiệu...................................... 38

2.2.4.

Cấu hình hệ thống ......................................................................................... 38

2.2.4.1.

Các mode dịch vụ .................................................................................. 38

2.2.4.2.

Trễ tín hiệu tương tự ............................................................................. 39

2.2.4.3.

Mức công suất băng biên...................................................................... 40

2.2.5.

Kênh logic ....................................................................................................... 40

2.2.5.1.

Đặc tính của các thông số ..................................................................... 40

2.2.5.2.

Chức năng của các thông số................................................................. 41

2.2.5.3.

Ánh xạ phổ ............................................................................................. 41

2.2.6.

Các thành phần chức năng........................................................................... 51

Chương 3

Thiết kế máy thu HD-Radio ........................................................................ 58

3.1.
3.1.1.

Xây dựng sơ đồ khối của máy thu HD-Radio.................................................. 58
Sơ đồ khối của máy thu truyền thống ........................................................ 58


3.1.2.
3.2.

Sơ đồ nguyên lý của máy thu HD-Radio ................................................... 59
Thiết kế phần cứng của máy thu HD-Radio .................................................... 62

3.2.1.

Sơ đồ nguyên lý thực hiện máy thu HD-Radio......................................... 62

3.2.2.

Đầu vào AM/FM – T4260.............................................................................. 63

3.2.3.

Bộ biến đổi ADC IF – AFEDRI8201............................................................. 66

3.2.4.

Bộ xử lý số băng tần sơ sở – TMS320DRI350............................................. 68

3.2.5.

Bộ xử lý âm thanh số..................................................................................... 70

3.2.5.1.

Bộ xứ lý âm thanh số 8 kênh – TAS5508 ........................................... 70

3.2.5.2.

Bộ xử lý âm thanh số với hiệu ứng 3 chiều – TAS3103A................. 74

3.2.6.

Khuếch đại công suất âm thanh .................................................................. 76

3.2.6.1.

Bộ khuếch đại công suất ra loa – TAS5121DKD ............................... 76

3.2.6.2.

Bộ khuếch đại công suất cho tai nghe – TPA6100A2 ....................... 77

3.2.7.

Bộ điều khiển trung tâm – ATmega128L ................................................... 78

3.2.8.

Bộ hiển thị thông tin – LCD PG 12864 ........................................................ 81

3.2.9.

Mạch nguồn.................................................................................................... 82

3.2.10.

Bảng danh sách linh kiện.............................................................................. 83

3.3.

Phần mềm điều khiển máy thu HD-Radio....................................................... 84

KẾT LUẬN

......................................................................................................................... 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 86


i

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AAB (Analog Audio Bandwidth)

: Độ rộng băng thông âm
thanh tương tự

AAS (Auxiliary Application Service)

: Dịch vụ ứng dụng bổ trợ

ADC (Analog-to-Digital Converter)

: Bộ biến đổi tương tự số

AFE (Analog Front End)

: Khối đầu vào tương tự

AGC (Automatic gain control)

: Điều khiển độ lợi tự động

AM (Amplitude Modulation)

: Điều biến biên độ

BPF (Band Pass Filter)

: Bộ lọc thông dải

DAC (Digital-to-Analog Converter)

: Bộ biến đổi số tương tự

DDC (Digital Down Converter)

: Bộ biến đổi xuống số hóa

DSP (Digital Signal Processing/Processor)

: Xử lý tín hiệu số/ Bộ xử lý tín hiệu số

FCC (Federal Communications Commission) : Hiệp hội Viễn thông liên bang (Mỹ)
FEC (Forward Error Correction)

: Sửa lỗi tiến

FM (Frequency Modulation)

: Điều biến tần số

Frequency Synthesizer

: Bộ tổng hợp tần số

GCS (Ground Conductive Structure)

: Cấu trúc dẫn điện trên mặt đất

I/O (Input/Output)

: Đầu vào đầu ra

IBOC (In-Band On-Channel)

: Trên băng trong kênh

IDS (IBOC Data System )

: Hệ thống dữ liệu IBOC

IF (Intermediate Frequency)

: Trung tần

IF Filter (Intermediate Frequency filter)

: Bộ lọc trung tần

LDO (Language Dependent Object)

: Đối tượng phụ thuộc ngôn ngữ

LNA (Low noise amplifier)

: Bộ khuếch đại tạp âm thấp

MAC (Medium Access Control)

: Tầng MAC

McBSP (Multichannel Buffered Serial Port)

: Cổng nối tiếp đệm đa kênh

MF (Medium Frequency)

: Tần số trung gian

MPS (Main Program Service)

: Dịch vụ chương trình chính

NAB (National Association of Broadcasters ) : Hiệp hội phát thanh quốc gia
NPRM (Notice of Proposed Rulemaking)

: Bản thông báo về phát hành luật

NSRC (National Radio Systems Committee) : Ủy ban quốc gia về các hệ thống radio
OFDM

: Ghép kênh theo tần số trực giao

OSC (Oscillator)

: Bộ tạo dao động

OSI (Open Systems Interconnection)

: Mô hình kết nối các hệ thống mở

PDS (Personal Data Service)

: Dịch vụ dữ liệu cá nhân

Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio


ii

PHY (PHYsical, layer protocol)

: Giao thức lớp vật lý

PIDS (Primary IBOC Data Service)

: Dịch vụ dữ liệu IBOC chính

QAM (Quadrature Amplitude Modulation) : Bộ điều biến biên độ vuông góc
RBDS (Radio Broadcast Data System)

: Hệ thống dữ liệu phát quảng bá radio

RF (Radio Frequency)

: Tần số vô tuyến

S/N (Signal-to-Noise Ratio)

: Hệ số tín hiệu trên tạp âm

SAP (Service Access Point)

: Điểm truy cập dịch vụ

SCA
(Subsidiary Communications Authorization) : Ủy quyền truyền thông phụ trợ
SCCH (System Control Channel)

: Kênh điều khiển hệ thống

SDU (Service Data Unit)

: Khối dữ liệu dịch vụ

Sideband

: Băng biên

SIS (Station Identification Service)

: Dịch vụ xác định vị trí

THD+N
(Total Harmonic Distortion plus Noise)

: Méo hòa âm tổng cộng + ồn

TI (Texas Instrument)

: Hãng linh kiện Texas Instrument

VCO (Voltage Controlled Oscillator)

: Bộ dao động điều khiển bằng điện áp

VHF (Very High Frequency)

: Tần số rất cao

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1. Tổng quan hệ thống IBOC .................................................................................... 6
Hình 2-1. Mô hình phân lớp của AM IBOC......................................................................... 9
Hình 2-2. Sơ đồ khối hệ thống AM IBOC .......................................................................... 10
Hình 2-3. Sơ đồ khối tầng RF (AM IBOC).......................................................................... 11
Hình 2-4. Phổ tín hiệu của hệ thống AM IBOC lai ........................................................... 12
Hình 2-5. Phổ tín hiệu của hệ thống AM IBOC toàn tín hiệu số .................................... 14
Hình 2-6. Ánh xạ phổ của kênh logic trong mode dịch vụ MA1 ................................... 18

Hình 2-7. Ánh xạ phổ của kênh logic trong mode dịch vụ MA2 ................................... 18
Hình 2-8. Ánh xạ phổ của kênh logic trong mode dịch vụ MA3. .................................. 19
Hình 2-9. Ánh xạ phổ của kênh logic trong mode dịch vụ MA4. .................................. 19
Hình 2-10. Các khối chức năng của lớp 1 (AM IBOC) ..................................................... 21
Hình 2-11. Sơ đồ nguyên tắc khối trải tín hiệu.................................................................. 22
Hình 2-12. Sơ đồ nguyên tắc khối điều khiển hệ thống................................................... 23
Hình 2-13. Khối phát tín hiệu OFDM (AM IBOC)............................................................ 23

Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio


iii

Hình 2-14. Khối chức năng phát tín hiệu trong hệ thống AM IBOC lai........................ 25
Hình 2-15. Khối chức năng phát tín hiệu trong hệ thống AM IBOC toàn tín hiệu số . 26
Hình 2-16. Sơ đồ khối tầng RF (FM IBOC)......................................................................... 27
Hình 2-17. Sơ đồ khối hệ thống FM IBOC ......................................................................... 28
Hình 2-18. Mô hình phân lớp của hệ thống FM IBOC ..................................................... 29
Hình 2-19. Các vùng tần số trong chế độ A....................................................................... 31
Hình 2-20. Các vùng tần số trong chế độ B........................................................................ 31
Hình 2-21. Ánh xạ phổ sóng mang định thời băng thấp ................................................. 32
Hình 2-22. Ánh xạ phổ sóng mang định thời băng cao ................................................... 32
Hình 2-23. Phổ tín hiệu của hệ thống FM IBOC lai .......................................................... 33
Hình 2-24. Phổ tín hiệu của hệ thống FM IBOC lai mở rộng .......................................... 34
Hình 2-25. Phổ tín hiệu của hệ thống FM IBOC toàn tín hiệu số ................................... 36
Hình 2-26. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MP1............................................................. 42
Hình 2-27. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MP2............................................................. 43
Hình 2-28. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MP4............................................................. 44
Hình 2-29. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MP3............................................................. 44
Hình 2-30. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MP5............................................................. 45

Hình 2-31. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MP6............................................................. 46
Hình 2-32. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MP7............................................................. 47
Hình 2-33. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MS1 ............................................................. 48
Hình 2-34. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MS2 ............................................................. 49
Hình 2-35. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MS3 ............................................................. 49
Hình 2-36. Ánh xạ phổ trong mode dịch vụ MS4 ............................................................. 50
Hình 2-37. Các khối chức năng của lớp 1 (FM IBOC) ...................................................... 52
Hình 2-38. Khối chức năng phát tín hiệu OFDM (FM IBOC) ......................................... 54
Hình 2-39. Hệ thống truyền dẫn (FM IBOC) ..................................................................... 55
Hình 2-40. Khối chức năng trong phần truyền dẫn của hệ thống FM IBOC lai và FM
IBOC lai mở rộng................................................................................................................... 56
Hình 3-1. Sơ đồ khối máy phát radio truyền thống ......................................................... 58
Hình 3-2. Sơ đồ khối máy thu radio truyền thống ........................................................... 58
Hình 3-3. Mô hình hoạt động của hệ thống HD-Radio.................................................... 59
Hình 3-4. Sơ đồ nguyên lý máy thu HD–Radio ................................................................ 60
Hình 3-5. Sơ đồ nguyên lý thực hiện máy thu HD-Radio ............................................... 62
Hình 3-6: Sơ đồ khối IC T4260 ............................................................................................. 64
Hình 3-7. Sơ đồ ứng dụng IC T4260 ................................................................................... 65
Hình 3-8. Sơ đồ khối của AFEDRI8201............................................................................... 67

Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio


iv

Hình 3-9. Sơ đồ khối ghép nối AFEDRI8201 ..................................................................... 67
Hình 3-10. Sơ đồ khối TMS320DRI300 .............................................................................. 69
Hình 3-11. Sơ đồ khối TMS320DRI350 ............................................................................... 69
Hình 3-12. Sự khác nhau giữa DRI300 và DRI350 ............................................................ 70
Hình 3-13. Sơ đồ khối chức năng của TAS5508................................................................. 73

Hình 3-14. Khuyến cáo cấu hình kênh TAS5508 + TAS5121 ........................................... 73
Hình 3-15. Sơ đồ khối phần cứng TAS3103A .................................................................... 75
Hình 3-16. Sơ đồ khối chức năng của TAS3103A ............................................................. 75
Hình 3-17. Sơ đồ ứng dụng TAS5121 ................................................................................. 76
Hình 3-18. Sơ đồ ứng dụng của TPA6100A2..................................................................... 77
Hình 3-19. Sơ đồ chân ATmega128L................................................................................... 80
Hình 3-20. Màn hình LCD PG 12864-B............................................................................... 81
Hình 3-21. Sơ đồ khối chức năng LCD PG 12864 – B ....................................................... 81

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2-1. Tóm tắt các đặc tính phổ của hệ thống AM Hybrid........................................ 13
Bảng 2-2. Tóm tắt đặc tính phổ của hệ thống phát toàn số ............................................. 14
Bảng 2-3. Qui định của FCC về phổ tần AM ..................................................................... 15
Bảng 2-4. Các đặc tính của kênh dịch logic trong mode dịch vụ MA1.......................... 17
Bảng 2-5. Các đặc tính của kênh dịch logic trong mode dịch vụ MA2.......................... 17
Bảng 2-6. Các đặc tính của kênh dịch logic trong mode dịch vụ MA3.......................... 17
Bảng 2-7. Các đặc tính của kênh dịch logic trong mode dịch vụ MA4.......................... 17
Bảng 2-8. Tóm tắt dạng phổ của tín hiệu FM Hybrid ...................................................... 33
Bảng 2-9. Tóm tắt các thông số phổ của tín hiệu trong hệ thống lai mở rộng.............. 35
Bảng 2-10. Tóm tắt các thông số phổ của tín hiệu trong hệ thống phát toàn tín hiệu
số .............................................................................................................................................. 37
Bảng 2-11. Quy định về FCC về phổ tần số FM ................................................................ 38
Bảng 2-12. Các dịch vụ được phép trên hệ thống FM IBOC ........................................... 39
Bảng 3-1. Chức năng các chân của LCD PG 12864-B........................................................ 81
Bảng 3-2. Bảng danh sách linh kiện cho thiết kế máy thu HD-Radio............................ 83

Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio


Trang 1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy sự phát triển vượt trội của các phương
tiện truyền thông đại chúng khác so với radio, nhưng chúng ta không thể phủ nhận
được tác động mạnh mẽ của radio đối với người nghe. Chỉ thua truyền hình về mặt
hình ảnh nhưng bù lại những tiện ích của radio thì lớn hơn rất nhiều. Với một chiếc
radio gọn nhẹ người ta có thể mang nó đi bất kì đâu và có thể nghe được mọi lúc mọi
nơi, thêm vào đó giá cả hợp túi tiền. Chỉ tính sơ số lượng máy điện thoại di động có
tích hợp chức năng radio hay các mẫu xe ô tô được lắp radio cũng có thể thấy sức
mạnh của radio vẫn là rất lớn.
Trong sự phát triển như vũ bão của công nghệ kỹ thuật số vài thập niên trở lại đây,
radio cũng có những bước tiến quan trọng nhằm lấy lại thị phần đã mất bởi các
phương tiện truyền thông khác. Sự ra đời của radio vệ tinh, radio internet và HDRadio đã đánh mạnh vào thị hiếu của giới trẻ và các yêu cầu chất lượng ngày càng
cao của người nghe. Các công nghệ radio kỹ thuật số mới này cung cấp cho người
nghe nhiều kênh lựa chọn hơn, chất lượng âm thanh tốt hơn (có thể tương đương
chất lượng CD) và các dịch vụ dữ liệu khác. Điều này đã mở ra cuộc cách mạng trong
ngành phát thanh, nó là cơ hội lớn để các đài phát thu hút nhiều người nghe hơn và
tăng doanh thu.
HD-Radio là công nghệ phát thanh mới tiên tiến, là một trong trong những bước tiến
lớn nhất trong nhiều thập kỉ qua. Bản quyền HD-Radio là của iBiquity Digital. HDRadio ra đời nhằm mang lại chất lượng âm thanh và nhiều lựa chọn mới cho các đài
phát. Công nghệ mới này cho phép các hãng truyền thông sử dụng những sóng hiện
tại để đồng thời gửi đi những tín hiệu số và tín hiệu tương tự. Theo đó, người nghe
sẽ chỉ cần một bộ thu thanh cũ là có thể tiếp tục thưởng thức các chương trình mà họ
yêu thích. Để nghe âm thanh tốt hơn và có những lựa chọn khác, người dùng sẽ cần
một bộ thu thanh mới. Công nghệ mới này cung cấp cho người nghe chất lượng âm
thanh FM tương đương với chất lượng CD, còn AM sẽ được nâng cấp lên bằng chất
lượng của FM. Một đặc tính của HD-Radio làm nó trở nên phổ biến đó là các thông
tin như tên bài hát và nghệ sĩ sáng tác, tình trạng giao thông, cập nhật thời tiết, tin
tức và những lời cảnh báo khẩn cấp có thể truyền qua màn hình.
HD-Radio dần xuất hiện ở rất nhiều nước trên thế giới, trong đó có Đông Nam Á.

Trên khắp nước Mỹ, hơn 1.500 trạm AM và FM đang phát sóng sử dụng công nghệ
HD-Radio và có hơn 700 kênh HD2 miễn phí trên sóng FM. HD-Radio xuất hiện lần

Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio


Trang 2

đầu tiên ở Pháp vào tháng 4-2006, ở Thái Lan vào tháng 3-2006, ở Philippines vào
tháng 11-2005, và xuất hiện ở nhiều quốc gia nữa như Thụy Sĩ, Brazil, NewZealand
…
Các hãng điện tử lớn cũng đưa ra các sản phẩm HD-Radio của mình. Các hãng
Cambridge, Boston, JVC, Yahama… đều tung ra nhiều model HD-Radio với sự đa
dạng về tính năng là giá cả. Hãng Sony cũng đã giới thiệu sản phẩm HD-Radio đầu
tiên vào tháng 7-2007.
Các hãng sản xuất ô tô cũng đã lắp đặt HD-Radio cho các model mới nhất của mình.
Volvo là nhà sản xuất ô tô đầu tiên tại Mỹ ứng dụng công nghệ HD-Radio kỹ thuật
số trên hầu hết các mẫu xe. Hãng Ford đã lắp đặt HD-Radio cho model năm 2008, các
model 2005-2007 cũng có thể trang bị HD-Radio. Các hãng lớn như Hyundai Corp,
BMW AG và Jaguar đã có kế hoạch sử dụng thiết bị này và một số hãng khác cũng
đang có kế hoạch tương tự.
Lịch sử phát thanh Việt Nam đánh dấu bởi mốc 11h30 phút ngày 7-9-1945, Đài Tiếng
nói Việt Nam chính thức cất tiếng chào đời. Nội dung buổi phát thanh đầu tiên bằng
tiếng Việt bắt đầu bằng câu: “Đây là Tiếng nói của Việt Nam, phát thanh từ Hà Nội,
thủ đô nước Việt Nam Dân chủ Cộng hoà”. Đến nay tất cả các tỉnh, thành phố trên cả
nước đều có đài phát thanh riêng. Đài Tiếng nói Việt Nam là đài phát thanh quốc gia,
là cơ quan thuộc Chính phủ, cùng với các đài địa phương thực hiện chức năng thông
tin, tuyên truyền đường lối, chính sách của Đảng và pháp luật của Nhà nước, góp
phần nâng cao dân trí, phục vụ đời sống tinh thần của nhân dân bằng các chương
trình phát thanh. Với nhiệm vụ quan trọng như vậy đặt ra yêu cầu cho các đài phát

luôn phải không ngừng cải tiến kỹ thuật áp dụng công nghệ tiến tiến để nâng cao
chất lượng phát thanh.
Công nghệ HD-Radio có nhiều thuận lợi để triển khai tại Việt Nam. Các đài phát
hoàn toàn có thể tận dụng được cơ sở hạ tầng hiện có, điều này giúp tiết kiệm chi phí
chuyển đổi công nghệ. Không phải cấp thêm giải tần, các đài phát có thể mở thêm
nhiều hệ mới trên cùng băng tần đã có. Các đài phát có thể phát song song cả tín hiệu
phát thanh kỹ thuật số và tín hiệu phát thanh tương tự. Tần số phát thanh là tài
nguyên quốc gia và công nghệ HD-Radio cho phép khai thác hiệu quả tài nguyên
này.
Việc nâng cao chất lượng phát thanh cũng là yêu cầu cấp bách. Ngày càng nhiều
người nghe nhất là giới trẻ yêu cầu chất lượng âm thanh tốt hơn các dịch vụ dữ liệu

Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio


Trang 3

đa dạng phong phú. HD-Radio hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu chất lượng này. Thêm
vào đó nghe HD-Radio là miễn phí, người nghe chỉ phải đầu tư thiết bị thu thanh
ban đầu. Có thể nói phát thanh số hiện là xu hướng tất yếu trên thế giới vì vậy mà
Việt Nam cần sớm nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới này.
Hiện nay các thiết bị thu thanh HD-Radio trên thị trường có giá thành vẫn ở mức cao
(khoảng 100 đến 200 USD). Việc nghiên cứu quy trình chế tạo máy thu thanh HDRadio ở Việt Nam là cần thiết. Việc nghiên cứu chế tạo thành công làm cho việc ứng
dụng công nghệ phát thanh HD-Radio sẽ nhanh chóng thuận lợi và đem lại lợi
nhuận.
Để thực hiện các mục tiêu trên thì việc nghiên cứu làm chủ công nghệ HD-Radio là
rất quan trọng. Là học viên Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội,
bên cạnh việc hoàn thành chương trình học thì một nhiệm vụ quan trọng nữa đối với
Tác giả là nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới vào cuộc sống để đem lại lợi
ích cho cộng đồng. Trước các yêu cầu của ngành phát thanh trong nước hiện tại với

sự hướng dẫn của TS. Trương Vũ Bằng Giang, Trường Đại học Công nghệ, Tác giả
đã thực hiện luận văn “Thiết kế chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio” với
mục đích làm chủ được công nghệ HD-Radio để có thể tiến tới lắp ráp sản xuất máy
thu HD-Radio tại Việt Nam.
Nội dung luận văn gồm:
Chương 1: Tổng quan công nghệ phát thanh số HD-Radio
Chương 2: Cấu trúc và thiết kế hệ thống phát thanh AM-IBOC và FM-IBOC
Chương 3: Thiết kế máy thu HD-Radio
Đề tài nằm trong khuôn khổ hợp tác thiết kế và chế tạo máy thu HD-Radio giữa
trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội và Đài Tiếng nói Việt Nam
(VOV).

Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio


Trang 4

Chương 1 Tổng quan công nghệ phát thanh số HD-Radio
1.1. Lịch sử phát triển
Vào những năm 90, việc chuyển đổi từ kỹ thuật tương tự sang kỹ thuật số bắt đầu
được thực hiện ở các nước phát triển. Trong lĩnh vực truyền dẫn phát sóng, các khu
vực châu Âu, Nhật Bản Hàn Quốc và Mỹ tích cực phát triển các hệ thống phát thanh
số. Tại Mỹ, bên cạnh xu hướng phát triển phát thanh số qua vệ tinh, xu hướng tận
dụng toàn bộ cơ sở hạ tầng của phát thanh, đặc biệt là sử dụng tần số và giấy phép
đã có cho nhiều đài tư nhân trên AM và FM được đặc biệt quan tâm. Tiêu chuẩn trên
băng trong kênh IBOC được phát triển. Tổ chức US Digital Radio, tiền thân của
iBiquity, đưa IBOC ra trình Hiệp hội Viễn thông liên bang FCC của Hoa Kỳ vào 7-101998. Vào 1-11-1999, FCC đã đưa ra bản thông báo về phát hành luật về phát thanh
số trên mặt đất. Vào 2-7-2001, Hiệp hội phát thanh quốc gia NAB đưa ra quyết định
ủng hộ hệ thống IBOC và khuyến nghị FCC tiếp tục thực hiện các bước tiếp theo để
nhanh chóng thúc đẩy IBOC.

Tháng 9-2005, Ủy ban quốc gia về các hệ thống radio NSRC, đã thông qua tiêu chuẩn
IBOC trong bộ tiêu chuẩn NRSC-5A. Tiêu chuẩn NRSC-5A xác định các yêu cầu cho
phát thanh âm thanh số và dữ liệu kèm theo trên các kênh AM và FM. Tiêu chuẩn
này và các tài liệu tham chiếu cũng đưa ra những giải thích chi tiết cho các tiểu hệ
thống RF và truyền dẫn, giao vận và dồn kênh dịch vụ. Bản sao của tiêu chuẩn có thể
được tải ở địa chỉ
Hiện nay tại Hoa Kỳ có hơn 1.500 đài phát thanh HD-Radio. Theo tính đến hết năm
2008 đã có 90% dân số Hoa Kỳ sẽ nghe được HD-Radio. Có hơn 550 đài HD-Radio
trên toàn Hoa Kỳ đưa ra hai hay ba kênh trên và ngoài các kênh chính tương tự và
số.
Trên thế giới, có một số nước cũng đã và đang tiến hành thử nghiệm HD-Radio:
•

Pháp: 4-2006, Towercast, một tổ chức phát thanh độc lập bắt đầu phát tín hiệu
HD-Radio trên sóng 88,2MHz ở Paris, sử dụng hệ thống máy phát công suất
thấp của hãng BE.

•

Thái Lan: 3-2006, Hãng BE lắp đặt một hệ thống HD-Radio cho một đài công
cộng hướng tới cộng đồng trên phương tiện công cộng. Theo kế hoạch thực
hiện lắp đặt hơn 10000 máy thu trên các xe buýt.

Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio


Trang 5

•

Philippines: Đài phát sóng HD-Radio đầu tiên phát sóng ở đây 9-11-2005 trên
sóng 105,1MHz và hiện nay đang tiến hành các khảo sát chuyển đổi mạng
phát thanh AM và FM sang HD-Radio.

•

Brazil: Đài Kiss FM ở Sao Paulo phát sóng với tín hiệu HD-Radio vào 2-92005.

•

Thụy sỹ: Hiện đang tiến hành thử nghiệm phát HD-Radio ở đài 88 Sunshine ở
gần Luceme.

•

New Zealand: Phát thử HD-Radio vào 19-10-2005 trên sóng 106.1MHz của
Skytower ở Auckland. Với vùng phủ sóng tới hơn 60% dân số metro
Auckland.

Về máy thu, từ cuối quý III năm 2006 các máy thu HD đã có mặt nhiều trên thị
trường với nhiều chúng loại và giá thành từ 100 đến hơn 200USD.

1.2. Giới thiệu chung về công nghệ phát thanh số HD-Radio
IBOC là kỹ thuật cho phép các đài phát thanh cơ hội để chuyển đổi sang phát thanh
số từ hệ thống phát thanh tương tự đang sử dụng, đồng thời duy trì các dịch vụ phát
thanh hiện tại, và không phải xin thêm băng tần số mới. Người nghe có cơ hội được
nghe đài với chất lượng âm thanh cao hơn, được sử dụng nhiều hơn các loại dịch vụ
từ hệ thống phát thanh băng MF và VHF. Hệ thống này đã được phát triển bởi hai
công ty đó là USA Digital Radio và Lucent. Hiện nay được phát triển bởi iBiquity,
đây là công ty đã được thành lập bởi sự hợp nhất của hai công ty trên.

Sơ đồ tổng quan của hệ thống IBOC được trình bày trong hình 1-1.
Hiện nay để thực hiện hệ thống IBOC có 3 sự lựa chọn: Hai sự lựa chọn áp dụng cho
phát thanh FM, một cho phát thanh AM. Hệ thống AM là đơn giản nhất và có nhiều
ưu điểm trong việc điều khiển mức công suất đầu ra thích hợp với nhiều mức khác
nhau. Hệ thống FM có thể thực hiện theo hai cách là : thứ nhất là kết hợp ở mức thấp
hay gọi là hệ thống khuếch đại chung, cách thứ hai là kết hợp ở mức cao hay là sử
dụng các bộ khuếch đại riêng cho mỗi tín hiệu.
Các ưu điểm của hệ thống IBOC:
•

Tránh được việc xin thêm băng tần mới cho việc chuyển sang phát thanh số

•

Tạo ra sự chuyển đổi từ phát thanh tương tự sang phát thanh số

Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio


Trang 6

•

Đưa các dịch vụ dữ liệu vào phục vụ khách hàng

•

Chuyển sang phát thanh số với chi phí thấp

•

Rất linh hoạt trong việc chuyển đổi, không cần thiết phải chuyển đổi cùng lúc
tất cả các trạm phát.

•

Duy trì dịch vụ hiện tại, không làm thay đổi thói quen của người nghe.

•

Người nghe có thể được sử dụng thêm nhiều dịch vụ mới nếu có nhu cầu với
chi phí đầu tư thấp. Linh hoạt trong việc lựa chọn sản phẩm.

Hình 1-1. Tổng quan hệ thống IBOC

Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio