Nghiên cứu chế tạo thiết bị trạm tích hợp kênh điều khiển trên sóng phát thanh

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

CHU VĂN VIỆT
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ TRẠM TÍCH HỢP
KÊNH ĐIỀU KHIỂN TRÊN SÓNG PHÁT THANH

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông
Mã số: 60.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS.NGUYỄN ĐỨC NHÂN

HÀ NỘI – 2017


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn ký và ghi rõ họ tên

Chu Văn Việt


ii

LỜI CẢM ƠN


Trƣớc tiên, tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Đức Nhân, ngƣời trực tiếp hƣớng
dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn.
Tôi muốn đƣợc nói lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo, Ban Giám đốc Học viện Bƣu
chính Viễn thông, Khoa Quốc tế và Sau đại học cùng các đồng nghiệp đang công
tác tại Công Ty CP Phát Triển Công Nghệ Truyền Hình Và Viễn Thông Việt Nam
đã tận tình chỉ bảo, tạo mọi điều kiện giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình
học tập và công tác vừa qua.
Cuối cùng, tôi xin đƣợc cám ơn Cha Mẹ, gia đình, những ngƣời thân và bạn bè đã
luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập để tôi có thể hoàn
thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn !
Hà nội, ngày 15 tháng 01 năm 2017


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ............................................ v
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. ix
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ TRÊN
SÓNG PHÁT THANH .............................................................................................. 3
1.1 Hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh điều biên AM ..................... 3
1.2 Hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh điều tần FM ....................... 5

1.3 Công nghệ mã hóa DTMF, RDS ..................................................................... 8
1.4 Hệ thống RDS ( Radio Data System) ............................................................ 10
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ..................................................................................... 12
CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ RDS VÀ ỨNG DỤNG ........................................... 13
2.1 Phƣơng thức ghép kênh tín hiệu trong RDS ................................................... 13
2.2 Đặc tính điều chế của kênh dữ liệu (lớp vật lý) .............................................. 14
2.2.1 Tần số sóng mang phụ ............................................................................. 14
2.2.2 Pha của sóng mang phụ .......................................................................... 14
2.2.3 Mức của sóng mang phụ ......................................................................... 16
2.2.4 Phương thức điều chế .............................................................................. 16
2.2.5 Mã hóa vi sai ........................................................................................... 16
2.2.6 Dạng phổ của kênh dữ liệu ...................................................................... 17
2.3 Cấu trúc mã hóa băng gốc .............................................................................. 18
2.3.1 Phát hiện và sửa lỗi ................................................................................. 19
2.4 Giao thức thông tin giữa các bộ mã hóa ......................................................... 21
2.4.1. Lý do các bộ mã hóa dữ liệu cần một giao thức truyền thông ............... 21
2.4.2. Giao thức UECP..................................................................................... 22
2.5 Định dạng tin nhắn và xác định vị trí trong tin nhắn ..................................... 25


iv

2.6 Hệ thống đồng bộ khối dữ liệu ...................................................................... 26
2.7 Xử lý dữ liệu và thiết lập khung dữ liệu ......................................................... 28
2.7.1 Các giới hạn về dung lượng truyền dữ liệu ............................................. 29
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ..................................................................................... 31
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ THIẾT BỊ TÍCH HỢP KÊNH
ĐIỀU KHIỂN .......................................................................................................... 32
3.1. Nghiên cứu chế tạo bộ phát mã điều khiển.................................................... 32
3.1.1 Nghiên cứu chế tạo bộ mã hóa tín hiệu .................................................. 33

3.1.2 Khối nguồn tạo tin nhắn dữ liệu vô tuyến .............................................. 33
3.1.3 Phương pháp đầu vào dữ liệu cho PS .................................................... 35
3.1.4 Bộ mã hóa vi sai và bộ phát ký hiệu song pha ...................................... 36
3.1.5 Bộ lọc định dạng, bộ phát tín hiệu 57kHz .............................................. 38
3.1.6 Bộ chia 24, chia 2 và điều chế................................................................ 40
3.1.7 Điều khiển dữ liệu và khối nguồn cho bộ phát mã điều khiển ............... 42
3.1.8 Cài đặt, thiết lập và lắp ráp hoàn thiện ................................................ 44
3.1.9 Nghiên cứu phần mềm phát mã điều khiển RDS .................................... 49
3.2 Nghiên cứu chế tạo máy thu FM có bộ giải mã ............................................. 51
3.2.1 Khối giải điều chế và khối lưu trữ ........................................................... 52
3.2.2 Khối điều khiển hiển thị và khối kết nối ngoại vi, đèn báo ..................... 54
3.2.3 Khối khuếch đại âm thanh, phím bấm và khối nguồn ............................. 56
3.2.4 Khối vi điều khiển trung tâm ................................................................... 58
3.3 Thử nghiệm thiết bị......................................................................................... 62
3.3.1 Kiểm thử phần mềm thiết bị .................................................................... 63
3.3.2 Kiểm thử phần cứng thiết bị .................................................................... 63
3.3.3 Kiểm thử phần cứng toàn hệ thống ......................................................... 66
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ..................................................................................... 69
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 70
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 73


v

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
Viết Tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

AM

Amplitude Modulation

Điều chế biên độ

AF

Alternative Frequencies

Tần số thay thế

ARI

Auto-Rundfunk-Information System ARI là HT tiền nhiệm RDS

AMR

Alternate Mark Inversion

Thay thế lại đảo ngƣợc

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Điều chế khóa pha vuông góc

Clock-Time and Date

Đồng hồ thời gian và ngày

Cyclic redundancy check

Mã kiểm tra lỗi

Decoder Identification code

Mã nhận dạng chức năng

EEC

Extended Country Code

Mã quốc gia

FM

Frequency Modulation

Điều chế tần số

GTC

Group type Code

Nhóm loại mã

PAM

Pulse Amplitude Modulation

Điều chế biên độ xung

PCM

Pulse Code Modulation

Điều chế mã xung

PS

Programme Service

Tên dịch vụ chƣơng trình

PI

Programne Identification code

Xác định chƣơng trình

PTI

Programme Type Code

Mã kiểu chƣơng trình

PIN

Program-Item Number

Mã số chƣơng trình

RDS

Radio Data System

Hệ thống dữ liệu radio

Radio Broadcast Data System

Hệ thống DL phát thanh radio

RT

Radio text

Văn bản phát thanh

TA

Traffic Anouncement code

Mã thông báo trạm

TP

Traffic Program Identification code

Mã nhận dạng CT phƣơng tiện

Transparent Data Channels

Các kênh dữ liệu minh bạch

CT
CRC
DI

RBDS

TDC


vi

DANH MỤC HÌNH VẼ

1.1

Điều chế FM

1.2

Sơ đồ khối điều tần và khuếch đại công suất FM

06

1.3

Sơ đồ khối máy phát FM stereo sử dụng mạch đa hợp phân tần

07

1.4

Phổ tần số FM dải gốc

08

1.5

Mã hóa đa tần DTMF

09

1.6

Mã hóa tín hiệu công nghệ RDS

09

1.7

Sơ đồ khối máy phát dùng bộ mã hóa RDS

10

1.8

Phổ của tín hiệu RDS và ARI

11

2.1

Phổ tín hiệu ghép kênh stereo băng gốc stereo với RDS

14

2.2

Phổ tần FM

15

2.3

Sơ đồ khối của bộ mã hóa RDS

16

2.4

Sơ đồ khối của bộ giải mã RDS

16

2.5

Đáp tuyến biên độ bộ lọc định dạng dữ liệu tại máy phát, máy
thu

06

18

2.6

Phổ của tín hiệu dữ liệu vô tuyến đƣợc mã hóa song pha

19

2.7

Dạng sóng tín hiệu dữ liệu radio 57kHz

19

2.8

Cấu trúc mã hóa băng gốc của hệ thống

20

2.9

Định dạng giao thức dữ liệu UECP gồm một chuỗi các byte

24

2.10

Định dạng tin nhắn và xác định vị trí trong nhóm loại A

26

2.11

Định dạng tin nhắn và xác định vị trí trong nhóm loại B

26

2.12

Hệ thống thông thƣờng

27

2.13

Mã tự đồng bộ hóa

28

2.14

Đồng bộ nhóm

28

2.15

Cấu trúc của PI

29

3.1

Sơ đồ thiết bị tích hợp kênh điều khiển trên song phát thanh

33

3.2

Sơ đồ thiết kế khối mã hóa RDS

34

3.3

Đầu vào dữ liệu bộ mã hóa và giao diện ngƣời dùng

35


vii

3.4

Giao diện ngoại vi của bộ mã hóa RDS

36

3.5

Mã hóa vi sai

37

3.6

PIC16F628A cho việc phát tín hiệu song pha

38

3.7

Bộ khuếch đại đảo

39

3.8

Bộ lọc định dạng

39

3.9

Mạch cấp phát xung vuông

41

3.10

Bộ chia 24

41

3.11

Bộ chia 2

42

3.12

Bộ biến đổi dạng sóng từ vuông sang hình sin

42

3.13

Bộ điều chế

42

3.14

Dạng sóng tín hiệu vào ra mô phỏng AD633JN

43

3.15

Sơ đồ chân PIC16F877A

43

3.16

Cấu trúc bộ tạo dao động của PIC

44

3.17

Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cung cấp bộ phát mã điều khiển

44

3.18

Bộ mã hóa dữ liệu sau khi hàn linh kiện hoàn thiện

45

3.19

Bộ mã hóa dữ liệu sau khi lắp ráp thực tế hoàn chỉnh

46

3.20

Sơ đồ nối dây 1

48

3.21

Sơ đồ nối dây 2

48

3.22

Sơ đồ nối dây 3

49

3.23

Sơ đồ nối dây 4

49

3.24

Sơ đồ nối dây 5

49

3.25

Giao diện phần thiết lập chung để điều khiển bộ mã hóa RDS

51

3.26

Giao diện phân thiết lập dữ liệu cho chƣơng trình phát thanh

51

3.27

Giao diện phần thiết lập nhóm dữ liệu

52

3.28

Sơ đồ khối thiết bị giải mã điều khiển RDS

52

3.29

Module giải mã RDS FAE-381

53

3.30

Sơ đồ chân led 7 thanh

55

3.31

Sơ đồ mạch logic của ULN

56

3.32

Sơ đồ mạch của mỗi cặp Darlington

56


viii

3.33

Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại âm thanh

57

3.34

Sơ đồ mạch in khối khuếch đại âm thanh

57

3.35

Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 5V cấp bộ giải mã

58

3.36

Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 12V cấp giải điều chế FAE-381

59

3.37

Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển trung tâm và hiển thị

60

3.38

Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51

61

3.39

Sơ đồ mạch in của vi điều khiển và ngoại vi bộ giải mã

62

3.40

Khối giải mã điều khiển

62

3.41

Hình ảnh chụp từ phía trên thiết bị

63

3.42

Tín hiệu đo đầu ra của bộ khuếch đại

65

3.43

Hình ảnh sản phẩm chạy thử ở chế độ bình thƣờng

65

3.44

Hình ảnh thiết bị dùng để phát sóng RDS thử nghiệm

66

3.45
3.46
3.47
3.48
3.49

Sơ đồ kết nối hệ thống máy phát FM có bộ mã hóa với máy đo
thực tế
Kết quả đo đƣợc 500W thực tế phát dải tần số 77 MHz
Đồng hồ LCD hiển thị công suất phát thực tế máy phát
FM500W
Kết quả đo dạng sóng FM RDS dải tần số 77 MHz Oscilloscope
Kết quả đo tần số 77 MHz không di tần

67
67
68
68
69

ix

DANH MỤC BẢNG
2.1

Luật mã hóa vi sai

17

2.2

Giải mã vi sai

18

2.3

Các giá trị nhị phân của từ mã offset

21

2.4

Các thành phần của mỗi khung dữ liệu UECP

24

2.5

Thành phần các khung dữ liệu UECP gồm chuỗi các byte

25

2.6

Phân tích dung lƣợng truyền dẫn cần thiết

31

3.1

Đầu ra khi mức tín hiệu dữ liệu 1187.5

38

3.2

Đầu ra khi đầu vào tại 2375 là zeros

38

3.3

Bảng chọn giá trị tụ và thạch anh theo tần số dao động

44

3.4

Bảng thông số kỹ thuật bộ mã hóa dữ liệu

46

3.5

Bảng bàn mã và cụm thu RDS

47

3.6

Khối điều chế Tuner FAE-381 của hãng Mitsumi

53

3.7

Sơ đồ chân FAE-381

54


1

MỞ ĐẦU
Trong điều kiện khoa học công nghệ ngày càng phát triển, các thiết bị phục
vụ thông tin giải trí ngày càng phát triển hiện đại, với số lƣợng và chủng loại phong
phú, song từ đó cũng tồn tại mặt trái là nhiều nguồn thông tin có độ chính xác
không cao. Một vấn đề đƣợc đặt ra là làm thế nào để có thể tận dụng đƣợc thiết bị

thu phát sẵn có trong hệ thống truyền thanh cấp cơ sở để truyền thông tin một cách
nhanh nhất, chính xác nhất, cần thiết nhất, hấp dẫn nhất đến với ngƣời nghe, đồng
thời đáp ứng đƣợc công nghệ mới áp dụng cho các đài phát thanh và truyền hình
trong cả nƣớc.
Xuất phát từ tình hình thực tế trong công việc có điều kiện làm việc và tiếp
xúc với nhiều khu vực có địa hình đặc biệt, điển hình nhƣ một vài tỉnh miền núi
phía Bắc và Tây Bắc với địa hình nhiều vùng lõm, tôi nhận thấy: những khu vực
vùng lõm với mật độ phân bố dân cƣ tập trung tƣơng đối cao, đã đƣợc đầu tƣ phát
triển rất nhiều trạm phát FM phục vụ cho công tác tuyên truyền. Các khu vực ngoài
vùng thị trấn gồm chủ yếu là các thôn bản với trình độ văn hóa còn hạn chế, hiện
nay, mỗi một cụm thu FM đƣợc đặt ở một bản và phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố
con ngƣời. Đối với các tỉnh ở vùng đồng bằng các cụm FM cũng đặt tập trung theo
từng tổ dân (phƣờng). Cả 2 khu vực đều phải làm thủ công để bật tắt cụm thu FM
theo khung giờ. Điều này có một hạn chế lớn là mất đi sự chủ động trong truyền
phát thông tin đến ngƣời dân. Vì vậy, việc áp dụng công nghệ RDS (radio data
system), điều khiển tắt bật các cụm thu FM (phát mã liên tục không ảnh hưởng
chương trình) là hết sức cần thiết.
Với mục đích nâng cao chất lƣợng phát thanh để số lƣợng khán thính giả
nghe Đài ngày càng tăng, đồng thời thực hiện tốt nhất nhiệm vụ tuyên truyền đƣờng
lối chính sách của Đảng và Pháp luật của nhà nƣớc đến đại đa số ngƣời dân, trong
luận văn tốt nghiệp này, tôi muốn nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn công nghệ RDS
(radio data system) vào việc chế tạo thiết bị thu phát sóng FM để truyền đồng thời
tín hiệu số với các chƣơng trình phát thanh FM hiện tại. Sau thời gian quan sát, tìm
hiểu và nghiên cứu kĩ lƣỡng hƣớng phát triển của đề tài, tôi quyết định chọn đề tài “


2

Nghiên Cứu Chế Tạo Thiết Bị Trạm Tích Hợp Kênh Điều Khiển Trên Sóng
Phát Thanh ” trở thành đề tài trong luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ. Nội dung luận văn

bao gồm 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh
Chƣơng 2: Công nghệ RDS và ứng dụng
Chƣơng 3: Nghiên cứu chế tạo bộ thiết bị tích hợp kênh điều khiển
Với những vấn đề trình bày trong luận văn sẽ giúp chúng ta có cái nhìn cơ
bản về việc thiết kế hệ thống RDS trên hệ thống phát thanh FM phục vụ cho điều
khiển trạm thu phát, đồng thời cho thấy ƣu điểm vƣợt trội và khả năng ứng dụng
thực tế của nó.


3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN TÍN HIỆU
SỐ TRÊN SÓNG PHÁT THANH
Việc truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh đã đƣợc nghiên cứu từ khá lâu
trên thế giới, với nhiều công nghệ khác nhau. Mỗi công nghệ có những ƣu điểm và
nhƣợc điểm khác nhau. Để lựa chọn công nghệ phù hợp, luận văn này đã đƣa ra
nghiên cứu một số tiêu chuẩn hiện đang đƣợc thực hiện khá phổ biến trên thế giới,
qua đó lựa chọn công nghệ phù hợp với tình hình phát thanh hiện tại ở Việt Nam.

1.1 Hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh điều biên AM
Từ những năm 1980, nhiều tổ chức khoa học đã tiến hành nhiều thử nghiệm
truyền dữ liệu trên sóng AM (AMDS - AM Data System). Các thử nghiệm cho thấy
có thể truyền dẫn đồng thời dữ liệu tốc độ thấp với các tín hiệu phát thanh tần số
thấp và tần số trung bình. Tại đài BBC, một máy phát 198 kHz đã sử dụng điều chế
pha của sóng mang để đạt đƣợc tốc độ truyền dữ liệu 50 b/s. Một thử nghiệm sau đó
tại Thụy Điển lại cho thấy vẫn có thể truyền đồng thời các luồng dữ liệu với tốc độ
200 b/s nhờ sử dụng điều chế pha ± 15° vào máy phát AM, với độ suy giảm chất
lƣợng tín hiệu âm thanh khá nhỏ.
Cho tới năm 1986, nhiều thử nghiệm đã đƣợc tiến hành để tìm ra một

phƣơng pháp mã hóa băng gốc thích hợp sao cho phù hợp với các điều kiện lỗi bit
của kênh AM trong các băng tần phát thanh tần số thấp, trung bình và cao.
Năm 1994, bên cạnh việc nhiều hệ thống thử nghiệm đã đƣợc thực hiện tại
các đài phát thanh truyền hình ở Đức, Pháp, Hà Lan, và Vƣơng quốc Anh, ngƣời ta
cũng bắt đầu chú trọng đến việc ban hành các đặc tính kỹ thuật của các hệ thống
truyền dữ liệu trên sóng AM, mà tổ chức tiên phong là EBU. Tuy nhiên các đặc tính
này chỉ liên quan đến việc mã hóa băng gốc cho việc phát quảng bá dữ liệu tại các
tần số LF, MF và HF. Đa số các thử nghiệm đƣợc tiến hành với phƣơng thức điều
chế sử dụng là điều chế pha, cho phép tốc độ bit tổng cộng là 200 b/s. Ở Đức, một
tổ chức chính phủ đã soạn thảo các đặc tính kỹ thuật của hệ thống AMDS và EBU
đã sử dụng nó để mở rộng các đặc tính kỹ thuật của các hệ thống AMDS thời đó.


4

Ngoài ra, trong năm 1995, tổ công tác 10A của ITU-R đã chuẩn bị khuyến nghị ITU
BS.706-1 cho AMDS. Tuy nhiên, vấn đề lớn mà tất cả các tổ chức đều nhận thấy
phƣơng pháp điều chế đƣợc sử dụng là không tƣơng thích với phát sóng đơn biên
(SSB) - phƣơng thức phát sóng sẽ ngày càng đƣợc sử dụng nhiều cho phát thanh
truyền hình HF. Ngoài ra, AMDS cũng không tƣơng thích với hệ thống AM stereo,
lúc đó đang đƣợc sử dụng tại Mỹ. Vì hai lý do này mà hệ thống AMDS ngày càng ít
đƣợc quan tâm nghiên cứu tiếp, và hiện nay thì hầu nhƣ không có máy thu phù hợp
ngoại trừ một số mẫu máy thu đƣợc sử dụng cho thử nghiệm TMC, và DGPS tại các
tần số LF và MF ở Đức.
Đối với phát sóng HF, phƣơng thức truyền sóng sử dụng một vài băng tần
HF khi truyền sóng ban ngày do các thay đổi về điều kiện truyền sóng trong tầng
điện ly giữa ngày và đêm, AMDS chắc chắn sẽ đƣợc quan tâm chút ít nếu SSB
không phải là một trở ngại. Năm 1996, nhiều lựa chọn thay thế khác đã đƣợc nghiên
cứu, ví dụ tại Mỹ là hệ thống RBDS và tại Hồng Kông là hệ thống ID logic.
Các tính năng của AMDS đƣợc mô tả trong đặc tính kỹ thật của EBU đều

dựa theo ý tƣởng về các tính năng của RDS, chẳng hạn nhƣ AF, DGPS, IH, RT,
TDC, và TMC. Trong số các tính năng mới có ATI, thông tin dò sóng cơ bản và
chuyển mạch, thông tin lập lịch (SI và SIS), và thông tin thời gian (UTC). Thông tin
SI và SIS dựa trên tính năng EON của RDS cung cấp các dữ liệu đƣợc lập trình cho
các máy thu có thể lƣu trong bộ nhớ của chúng. Tính năng này đƣợc thiết kế cho
các ứng dụng HF mà việc thay đổi tần số và thay đổi chƣơng trình có thể xảy ra
trong mỗi khoảng thời gian từ 15 phút đến 1 giờ.
Năm 1996, vẫn có một số thử nghiệm trên dải tần LF, MF và HF cho các
máy phát đặt tại châu Âu. Đầu phát thanh Đức đã thử nghiệm TMC trên một máy
phát LF phát tại 153 kHz. Na Uy cũng tiến hành thử nghiệm DGPS trên 2 máy phát
MF có vùng phủ sóng là các khu vực ven biển, và Đức cũng tiến hành thử nghiệm
hệ thống DGPS trên một máy phát 756 kHz.
Tính đến thời điểm này, có một số các mốc đánh dấu quan trọng sau đã hoàn
hành:


5

+ Tháng 10/1994: Nhóm nghiên cứu của ITU 10 đã phát hành một báo cáo
về phát thanh AM số.
+ Tháng 11/1994: Tại Berlin, Deutsche Telekom đã tiến hành thử nghiệm
đầu tiên trên sóng MF, sử dụng SKYWAVE 2000 của Thomcast.
+ Tháng 2/1995: Một tổ chức của châu Âu đƣợc thành lập để tìm ra một cách
tiếp cận hợp nhất.
+ Tháng 6/1996: EUREKA chấp nhận dự án mới EU 1559 phát thanh truyền
hình kỹ thuật số (NADIB) với các thành viên tham gia gồm Deutsche Welle, đài
phát thanh quốc tế pháp, Telefunken, Thomcast, Sony, Deutsche Telekom, Teracom
và học viện Fraunhofer.
+ Tháng 12/1996: Bắt đầu phát thử nghiêm 1 giờ mỗi ngày trên sóng ngắn từ
Jülich (Đức).

+ Tháng 4/1997: Thành lập dự án hợp tác mới kỹ thuật số vô tuyến (DRM),
với thành viên chủ trì là VOA (Voice of America) và mục đích là phát triển một hệ
thống phát thanh kỹ thuật số sóng ngắn, không bị ảnh hƣởng bởi nhiễu, với các đặc
tính của phát thanh quảng bá sóng ngắn tƣơng tự hiện nay.
+ Năm 2010: Công ty cổ phần kỹ thuật số iBiquity đã tiến hành dự án thử
nghiệm dịch vụ dữ liệu kỹ thuật số AM để tìm ra dịch vụ truyền dẫn dữ liệu. Có thể
cho phép các trạm phát thanh AM tƣơng tự có thể cung cấp các dịch vụ dữ liệu
tƣơng tự nhƣ các chức năng của hệ thống RBDS trên sóng FM. Dịch vụ dữ liệu kỹ
thuật số AM đƣợc cấu trúc tƣơng thích với phát quảng bá HD Radio IBOC trên
sóng AM sao cho hiệu quả nhất về mặt kinh tế.
Nhìn vào tƣơng lai của phát thanh quảng bá LF, MF và HF, dễ dàng nhận ra
phát thanh AM tƣơng tự sẽ sớm đƣợc thay thế bằng các hệ thống vô tuyến kỹ thuật
số AM tại các dải tần số này. Tất nhiên trong hệ thống mới đó sẽ chứa kênh truyền
dữ liệu vô tuyến với các tính năng tƣơng tự nhƣ các kênh truyền dữ liệu vô tuyến
khác hiện đang đƣợc sử dụng bằng các công nghệ khác trên thế giới.

1.2 Hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh điều tần FM
Điều chế tần số hay đƣợc gọi là điều tần là một phƣơng thức điều chế mà tần


6

số của sóng mang tăng giảm theo tín hiệu âm tần và giới hạn tăng hay giảm này là
+150KHz và -150KHz. Bên cạnh đó, tần số sóng sẽ bị thay đổi phụ thuộc vào biên
độ của thông tin nguồn nhƣ hình 1.1

Hinh 1.1 Điều chế FM

Nhƣ vậy tần số sóng mang điều tần có dải thông là 300KHz và thay đổi theo
biên độ của tín hiệu âm tần. Sóng mang có biên độ không đổi với mạch điều chế tần

số.

Hinh 1.2 Sơ đồ khối điều tần và khuếch đại công suất FM

- Một hệ thống máy phát FM thông thƣờng gồm các khối chính nhƣ:
+ Khối phát tín hiệu
+ Bộ điều chế
+ Khối tiền kích
+ Khối khuếch đại công suất cao tần sử dụng đèn bán dẫn
Tín hiệu đƣợc truyền lần lƣợt từ khối phát đến khối điều chế, khối tiền kích,
khối khuếch đại cao tần và điểm phát cuối cùng là tại anten. Tại khối tiền kích, tín
hiệu đƣợc khuếch đại vừa đủ khoảng 1-10W để đƣa vào khối khuếch đại cao tần.


7

Tại đây, tùy thuộc vào công suất của máy phát, tín hiệu đƣợc khuếch đại và truyền
qua cáp dẫn sóng ra anten.
Nguyên lý phát âm thanh đa âm stereo FM sử dụng mach đa hợp phân tần
đƣợc mô tả trong hình 1.3

Hình 1.3 Sơ đồ khối máy phát FM stereo sử dụng mạch đa hợp phân tần [1]

Quá trình phát : Hình 1.3 thực hiện kết hợp các kênh L, R với nhau để tạo
thành những kênh L-R, L+R. Kênh L-R đƣợc điều biên với tần số sóng mang phụ
38 kHz, để tạo ra kênh L-R có tần số từ 23 kHz đến 53 kHz. Kênh L+R phải đƣợc
làm lệch pha so với kênh L-R nhằm thuận tiện trong quá trình giải điều biên. Sóng
băng tần gốc 19 kHz truyền tốt hơn sóng mang phụ 38 kHz, vì sóng mang phụ 38
kHz rất khó tái tạo lại trong máy thu. Tín hiệu dải gốc toàn phần đƣa vào máy phát
FM, tại đây nó đƣợc điều biên với sóng mang chính.

Phổ tần số FM dải gốc:


8

Hình 1.4 Phổ tần số FM dải gốc [1]

+ Phổ tần FM dải gốc bao gồm những kênh âm thanh từ 50 Hz đến 15 kHz.
+ Kênh âm thanh trái (L) + phải (R) gọi chung là kênh đa âm stereo L+R.
+ Kênh âm thanh trái (L) – (R): gọi chung là kênh đa âm stereo L-R.
+ Sóng mang phụ SCA đƣợc kết hợp với những dải biên của nó.
+ Kênh L+R đƣợc điều biên với sóng mang phụ 38 kHz để tạo thanh kênh LR . Kênh L-R là dải biên kép đƣơc loại bỏ tín hiệu sóng mang và có dải thông từ 23
kHz đến 53 kHz, nó chỉ đƣợc sử dụng để truyền sóng FM stereo.
+ Dải tần sóng mang phụ nằm trên dải thông từ 60 kHz đến 74 kHz.
Những tín hiệu thông tin chứa trong dải kênh âm thanh đa ân stereo L+R và
L-R thì đồng nhất với nhau ngoại trừ pha của chúng là khác nhau. Sóng mang phụ
đƣợc dải điều biên trong tất cả các máy thu FM mặc dù chỉ có những thiết bị SCA
thật tốt mới giải điều biên đƣợc sóng mang phụ để tạo thành những tần số âm thanh.
Với phƣơng pháp truyền âm thanh đa âm stereo, độ di tần cực đại vẫn là 75 kHz
(10%) đƣợc dành riêng cho truyền sóng mang phụ và 7,5 kHz khác dành riêng cho
chủ sóng 19 kHz. Trong thực tế phải giảm độ di tần đến tần số 60 kHz để máy thu
đa âm stereo thu đƣợc những kênh đa âm stereo L+R và L-R. Tuy nhiên những
kênh đa âm stereo L-R, L+R không cần thiết phải giới hạn độ di tần đến tần số 30
kHz.

1.3 Công nghệ mã hóa DTMF, RDS
- Công nghệ mã hóa DTMF: Là hệ thống báo hiệu bằng cách sử dụng băng thoại
tần số qua các trung tâm chuyển mạch để nhận tín hiệu giữa điện thoại và các thiết

9

bị thông tin liên lạc khác. DTMF đƣợc phát triển lần đầu tiên ở Hoa Kỳ. Tại Việt
Nam, công nghệ này đƣợc đặc biệt ứng dụng trong hệ thống truyền thanh không dây
FM

Hình 1.5 Mã hóa đa tần DTMF [13]

Dùng công nghệ mã hóa đa tần DTMF trong hệ thống truyền thanh không
dây còn nhiều hạn chế. Do phải ngắt chƣơng trình để chèn mã điều khiển nên khó
đƣợc sử dụng rộng rãi.
- Công nghệ mã hóa RDS:

Hình 1.6 Mã hóa tín hiệu công nghệ RDS [3]

RDS là viết tắt của từ Radio Data System hay hệ thống dữ liệu qua sóng phát
thanh. Đây là giao thức chuẩn cho việc gửi thêm thông tin kỹ thuật số trên các
chƣơng trình phát thanh qua sóng FM. Hệ thống RDS sẽ chuẩn hóa các thông tin
đƣợc truyền đi và thông tin về đài phát thanh. Ƣu điểm của công nghệ RDS này là
phát mã liên tục trong khi chƣơng trình đang phát mà không ảnh hƣởng đến chƣơng
trình. Hệ thống phát thanh FM sử dụng công nghệ RDS trên băng tần từ 54 MHz


10

đến 108 MHz. Với ƣu điểm này thì công nghệ RDS sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi trong
hệ thống phát thanh FM tại Việt Nam.

1.4 Hệ thống RDS ( Radio Data System)
Chuẩn RDS đƣợc giới thiệu lần đầu tiên để phục vụ cho việc xử lý tín hiệu cho

mã hóa RDS (ở các nƣớc Châu Âu), chuẩn RBDS là phiên bản khác với tên gọi
khác của RDS đƣợc cải biên để phù hợp với các yêu cầu ở Bắc Mỹ. Hệ thống RDS
ứng dụng tại các trạm phát sóng VHF/FM trong khoảng tần từ 87.5MHz tới 108.0
MHz và nó có thể mang thông tin đƣợc cả cho chƣơng trình âm thanh đa âm
(stereo) và đơn âm (mono). Trong khi vẫn phát các chƣơng trình hiện tại mà không
làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng của chƣơng trình đang phát. Hệ thống này cho phép
các trạm phát sóng truyền thêm hoặc điều khiển từ xa các loại thông tin thông qua
các tín hiệu số đƣợc mã hóa, các tín hiệu này sau đó đƣợc nhận và hiển thị trên thiết
bị thu tín hiệu.

Hình 1.7 Sơ đồ khối máy phát dùng bộ mã hóa RDS [3]

RDS có khởi nguồn tại Châu Âu, và cũng đƣợc phát triển tập trung đầu tiên
tại đây. Ý tƣởng đầu tiên của RDS xuất phát từ nhà cung cấp dịch vụ truyền hình
của Pháp (hiện là Đài truyền hình Pháp). Tại Đức, RDS đƣợc phát triển bởi trung
tâm nghiên cứu phát thanh truyền hình công cộng IRT và nhà sản xuất đài thu thanh
cho hãng xe Blaupunkt. RDS ra đời từ một hệt thống kiểm soát giao thông công


11

cộng (ARI) và sử dụng để truyền các thông tin về giao thông cùng với tín hiệu phát
thanh quảng bá FM với tần số phụ 57kHz cho đến ngày nay.
Cùng với việc sóng mang phụ họat động tại các tần số hài của tín hiệu băng
gốc, việc này sẽ giảm thiểu xuyên nhiễu gây ra cho các tín hiệu âm tần. RDS hoạt
động bằng cách chèn thêm dữ liệu số dữ liệu vào tín hiệu băng gốc đƣợc sử dụng để
điều chế sóng mang tần số vô tuyến. Phƣơng thức này không làm nhiễu tín hiệu
trong khi vẫn cho phép truyền dữ liệu tại tốc độ thích hợp
Các thử nghiệm nhận thấy sóng mang phụ có độ lệch tối thiểu là ±1 kHz.
Việc lựa chọn sóng mang phụ rất quan trọng trong việc đáp ứng yêu cầu làm giảm

thiểu nhiễu tín hiệu dữ liệu vào các kênh âm thanh ở các máy thu hiện nay. Tuy
nhiên dƣới điều kiện truyền dẫn đa đƣờng. Tại mức này, không phát hiện thấy nhiễu
từ kênh dữ liệu trong quá trình nghe đài. Nhiễu ở các kênh âm thanh cũng sẽ tăng
lên và thƣờng đƣợc chọn ở mức ±2 kHz

Hình 1.8 Phổ của tín hiệu RDS và ARI [3]

Hình 1.8 mô tả chi tiết hơn phổ dữ liệu RDS trong hệ thống ARI. Hình dạng
của phổ tín hiệu RDS không ảnh hƣởng gì tới các tín hiệu ARI. Lƣợc đồ điều chế
mà RDS sử dụng là lƣợc đồ là lƣợc đồ từng đƣợc sử dụng tại Thụy Điển cho hệ
thống MBS. Hệ thống này sử dụng sóng mang phụ 57kHz sử dụng phƣơng pháp mã
hóa dữ liệu song pha và nén điều điều chế biên độ hai băng tần bên. Tác dụng của
loại mã hóa và điều chế này là tạo ra một phổ có dạng bậc thang, giúp tín hiệu ARI
vẫn không bị ảnh hƣởng bởi RDS. Do đó, hai hệ thống có thể dễ dàng tồn tại cùng
một lúc. Việc này cũng giúp hệ thống tƣơng thích với các tín hiệu chƣơng trình âm


12

thanh vì các thành phần có liên quan xung quanh tần số 57 kHz sẽ gây nhiễu xuyên
kênh tại các máy thu sử dụng bộ giải mã dùng vòng khóa pha, một kỹ thuật giải
điều chế thƣờng đƣợc sử dụng ngày nay .
Từ năm 2005, các tiêu chuẩn về RDS đƣợc phát triển thêm chức năng thay
đổi tần số luân phiên và đƣợc xuất bản dƣới sự bảo hộ của Ủy ban châu Âu cho các
tiêu chuẩn kỹ thuật điện CENELEC (European Committee for Electrotechnical
Standardization) [3]. Tiêu chuẩn CENELEC sau đó đƣợc thêm kênh hội thoại giao
thông (Traffic Message Channel). Đến năm 2016, RDS đã đƣợc xuất bản rộng rãi
trên toàn thế giới với tiêu chuẩn IEC 62106.
Tại Bắc Mỹ, ý tƣởng phát triển hệ thống này đƣợc tiếp nhận và cộng đồng hệ
thống âm thanh quốc gia Hoa Kỳ (US National Radio Systems Committee) đã phát

hành phiên bản của riêng họ - RBDS (Radio Broadcast Data System) năm 2012. Cả
2 phiên bản RDS và RBDS đều truyền dữ liệu tại tốc độ 1187,5 bit/s trên sóng
mang phụ 57 kHz, do đó có chính xác 48 chu kỳ của sóng mang trong mỗi bit dữ
liệu.
Tuy nhiên hệ thống này ở Việt Nam hiện nay đang đƣợc nghiên cứu và ứng
dụng dần trong đài phát thanh truyền hình trong cả nƣớc. Một trong những ứng
dụng công nghệ RDS tại Việt Nam quan tâm là xây dựng hệ thống thiết bị tích hợp
kênh điều khiển sử dụng sóng FM đƣợc phát triển dựa trên nền tảng công nghệ
không dây nên có nhiều tính chất ƣu việt, đem lại sự tiện dụng và ổn định cho hệ
thống phát thanh. Hệ thống sử dụng đƣợc ở những nơi có địa hình phức tạp, có diện
tích rộng nhƣ: đài phát thanh các xã, phƣờng, trị trấn, huyện...

KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
Đã trình bày tổng quan của hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh
điều biên AM, hệ thống truyền tín hiệu số trên sóng phát thanh điều tần FM và các
công nghệ mã hóa. Đặc biệt nêu và phân tích rõ nguyên lý phát âm thanh đa âm
stereo FM và sơ đồ khối máy phát FM đa âm stereo cần thiết để từ đó đi sâu vào
nghiên cứu và ứng dụng công nghệ RDS cho việc chế tạo thiết bị tích hợp kênh điều
khiển.


13

CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ RDS VÀ ỨNG DỤNG
Công nghệ RDS hiện đang sử dụng rộng rãi trên thế giới, tuy nhiên ở Việt
Nam việc áp dụng công nghệ này vẫn còn mới mẻ. Trong công nghệ RDS, các tín
hiệu dịch vụ số sẽ đƣợc truyền đồng thời với các tín hiệu phát thanh FM tƣơng tự
trong khoảng tần số từ 87.5MHz đến 108 MHz. Một số đặc tính công nghệ chính sẽ
đƣợc trình bày trong chƣơng này.

2.1 Phƣơng thức ghép kênh tín hiệu trong RDS
Hình 2.1 mô tả phổ ghép kênh của tín hiệu phát thanh FM đa âm stereo với
mức tín hiệu RDS nhỏ có tần số trung tâm tại sóng mang phụ 57 kHz , đó là hài bậc
3 của tín hiệu băng gốc 19 kHz trong hệ thống điều chế âm thanh đa âm (stereo).

Hình 2.1 Phổ tín hiệu ghép kênh stereo băng gốc stereo với RDS [3]

Tín hiệu băng gốc bao gồm một số các thành phần. Trƣớc tiên là tín hiệu
kênh đơn âm mono bao gồm thành phần phổ bên trái và bên phải (L+R) đƣợc
truyền tại các tần số dƣới 15 kHz. Tín hiệu âm thanh đa âm stereo nằm trong dải tần
số từ 23 đến 53 kHz. Tín hiệu L- R sau đó đƣợc điều chế biên độ nhƣ là tín hiệu
sóng mang đƣợc nén 2 biên tần bên tại tần số 38 kHz. Tín hiệu băng gốc tại 19 kHz
(nửa tần số của sóng mang phụ mang tín hiệu L- R) cũng đƣợc truyền và đƣợc sử
dụng để bộ giải điều chế trong máy thu có thể tạo ra chính xác sóng mang phụ 38
kHz để giải mã tín hiệu L-R.


14

Thành phần tín hiệu L-R ở phía trên dải nghe thấy của tai ngƣời và do đó nó
không bị làm suy giảm đi so với tín hiệu âm thanh đơn âm mono thông thƣờng. Khi
thêm bất cứ thứ gì mới vào quá trình truyền dẫn, phải không làm suy giảm chất
lƣợng của tín hiệu đài đang phát.
Thông tin RDS đƣợc đặt phía trên tín hiệu L-R, tại 2 dải biên tần bên của
sóng mang phụ 57 kHz nhƣ thể hiện trên hình. Tần số này gấp 3 lần tần số băng
gốc. Thông tin số đƣợc điều chế pha vào sóng mang phụ bằng phƣơng pháp điều
chế khóa dịch pha vuông góc BPSK.

2.2 Đặc tính điều chế của kênh dữ liệu (lớp vật lý)
2.2.1 Tần số sóng mang phụ

Khi phát ở chế độ âm thanh đa âm stereo, tần số sóng mang phụ mang tín
hiệu số sẽ đƣợc khóa đến hài bậc 3 của tần số 19kHz, tức là 57 kHz. Sai số tối đa
cho phép là 19 kHz ± 2Hz, độ di tần tại tần số sóng mang phụ sẽ là

6 Hz.Khi phát

ở chế độ âm thanh đơn âm mono, tần số của sóng mang phụ cũng là 57 kHz

6 Hz.

2.2.2 Pha của sóng mang phụ
Trong các chƣơng trình phát sóng FM, pha của sóng mang phụ sẽ đƣợc khóa
hoặc cùng pha hoặc vuông pha với tần số điều hòa thứ ba 19kHz (tín hiệu băng
gốc). Sai pha cho phép trong khoảng ± 10°, đƣợc đo tại đầu vào bộ điều chế máy
phát FM.

Hình 2.2 Phổ tần FM


15

- Sơ đồ khối của bộ mã hóa RDS đƣợc thể hiện nhƣ trong hình 2.3:

Hình 2.3 Sơ đồ khối của bộ mã hóa RDS [5]

Từ hình 2.3 ta thấy tín hiệu dữ liệu đƣợc đƣa qua bộ mã hóa sau đó đƣợc
điều chế bởi bộ tạo song pha. Rồi điều chế sóng mang 57 kHz kết hợp với âm thanh
trƣớc khi đƣa lên đƣờng truyền vào máy phát khuếch đại phát ra ăng ten.
- Sơ đồ khối của bộ mã RDS đƣợc mô tả nhƣ hình 2.4:

Hình 2.4 Sơ đồ khối của bộ giải mã RDS [5]

Hình 2.4 mô tả sơ đồ bộ thu sử dụng bộ giải mã RDS, trong đó tín hiệu âm thanh
đƣợc đƣa vào bộ giải mã âm thanh đa âm. Một phần đƣợc đƣa qua bộ lọc để tách dữ
liệu sóng mang 57kHz đƣa vào bộ giải mã để khôi phục lại bảng tin dữ liệu.