Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Thông tin trong cự li ngắn đảm bảo và bí mật qua việc thiết kế máy thông tin nội bộ truyền trong điện lưới
Đồ án tốt nghiệpNh chúng ta đã biết, trong những năm gần đây do sự phát triển của các công nghệ viễn thông, tin học dẫn đến sự bùng nổ về thông tin và cha lúc có nào nhu cầu về thông tin lại lớn nh bây giờ. Nhu cầu thông tin có ở mọi nơi, mọi lúc, nó xuất phát từ nhu cầu tự nhiên của con ngời muốn giao tiếp hoà nhập với môi trờng xung quanh. Thông tin cũng ngày càng trở lên đa dạng và phong phú nh : lời nói, hình ảnh, số liệu . . Trong các loại thông tin thì thông tin về lời nói vẫn là thông tin cơ bản và không thể thiếu trong đời sống con ng-ời.Với việc giải quyết các nhu cầu thông tin, nguời ta đa ra rất nhiều kĩ thuật,công nghệ khác nhau khác nhau để thoả mãn các nhu cầu đó. Đợc sự động viên khuyến khích của thầy Đinh Hữu Thanh, để nắm vững và khẳng định những kiến thức mà thầy đã truyền đạt cho em trong những kì đầu của chuyên ngành, trong phạm vi đồ án này em chỉ đề cập đến vấn đề thông tin trong một khía cạnh nhỏ đó là thông tin trong cự li ngắn đảm bảo và bí mật qua việc thiết kế máy thông tin nội bộ truyền trong điện lới. Đợc sự chỉ bảo tận tình của thầy cộng với sự giúp đỡ của bạn bè nhng do thời gian và trình độ có hạn. Hơn nữa, em còn phải tập trung vào việc lắp ráp mạch thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đợc các ý kiến nhận xét của thầy cô và bạn bè để đồ án của em đợc hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn!.1 Đồ án tốt nghiệpMục lụcPhần 1: Lí thuyết chung. Trang 2Chương 1. Các hệ thông tin nội bộ . 1.1.Khái niệm chung .1.2.Hệ thống thông tin truyền tín hiệu âm tần 1.3.Hệ thông thông tin nội bộ sử dụng tổng đài . 1.4.Hệ thống thông tin nội bộ ghép kênh theo tần số Chương 2. Các phương pháp điều chế và giải điều chế 2.1.Khái niệm 2.2.Điều tần (FM) 2.2.1.Điều chế .2.2.2.Giải điều chế .2.3.Điều biên (AM) .2.3.1.Điều chế 2.3.2.Giải điều chế .2. 4.Điều chế xung (PCM) .2.4.1.Khái niệm 2.4.2.Nguyên lí .2.4.2.1.Lấy mẫu 2.4.2.2Lưỡng tử .2.4.2.3.Mã hoá 2.4.2.4.Truyền dẫn .2.4.2.5.Giải điều chế Chưong 3. Các phương pháp ghép kênh 3. 1. Ghép kênh theo tần số . 3. 2. Ghép kênh theo thời gian 3. 3. Ghép kênh theo mã .Chương 4 Vòng khoá pha (PLL) 4. 1.Nguyên lí tác dụng 4. 2.Các khối cơ bản của vòng khoá pha 4.2.1.Bộ tách sóng pha 4.2.2.Bộ lọc thông thấp .4.2.3.Bộ dao động có điều khiển Phần 2: Thiết kế máy thông tin nội bộ. Chương 5.Yêu cầu thiết kế và xây dựng phương án thực hiện 5.1. Các yêu cầu thiết kế 5.2.Các phương án thựchiện Chương 6.Xây dựng sơ đồ khối .6.1.Lưa chọn sơ đồ khối .6.2.Chức năng hoạt động của các khối .6.3.Nguyên lí hoạt động dựa trên sơ đồ khối Chương 7.Thực hiện mạch nguyên lí 7.1.Lựa chọn mạch nguyên lí các khối 7.1. 1. Khối tạo dao động 44456888813161622272727293036404143444649515252525353545454555759606262626465676868 Đồ án tốt nghiệp 37.1. 7. Khối khuếch đại công suất .717.1. 8. Khối vào ra 717.1. 9. Khối hạn chế .717.1.10. Khối nguồn .727.2. Nguyên lí hoạt động của máy .757. 2. 1. Các chế độ phát 757. 2. 2. Chế độ thu 75Chương 8. Thiết kế tính toán chi tiết 8. 1. Mạch khuếch đại Micro .768. 2. Mạch vào ra .80 8. 3.Mạch khuyếch công suất .848. 4.Mach chọn tần 898. 5. Mạch điều chế và giải điều chế 908. 6. Mạch khuếch đại âm tần 91Phần 3: Thực nghiệm và kết quảChương 9.Thiết kế và lắp ráp mạch .9 1. Thiết kế mạch IN 949. 2. Lắp ráp và vận hành 959. 3. Nhận xét 95 Chương 10.Những đề xuất cải tiến 10.1.Các chỉ tiêu 9710.2.Các phương án cải tiến .9710.3.Nâng số lượng kênh thông tin .9810.3.1.Phương án thực hiện .9910.3.2.Tính toán chi tiết mạch vào ra .99717171717275757576808489909194949595979797989999 Đồ án tốt nghiệpPhầnI: Lí thuyết chungLí thuyết chungChơng 1Các hệ thống thông tin nội bộ.Các hệ thống thông tin nội bộ.I.1. khái niệm hệ thống Thông tin nội bộ Và việc ghép kênh.Để đáp ứng nhu cầu thông tin của con ngời ngay từ xa xa đã con ngời đã tìm cách trao đổi thông tin với nhau nhng chỉ ở những mức độ đơn giản .Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác đã tạo điều kiện sự ra đời của các hệ thống thông tin nhằm phục vụ cho những nhu cầu khác nhau của con ngời. Các nội dung thông tin cần trao đổi cũng ngày càng phong phú và đa dạng nh: tiếng nói, hình ảnh, truyền số liệu, .Để truyền đợc các thông tin đó ngời ta phải xây dựng các hệ thống thông tin khác nhau để truyền các thông tin đó.Trong mỗi hệ thống thông tin đó ngời ta xây dựng một loạt các cách thức, các qui tắc, .để xử lí và truyền tín hiệu làm sao các đối tợng trong hệ thống có thể thông tin cho nhau. Hiện nay ở nớc ta việc trao đổi thông tin chủ yếu diễn ra trên mạng thông tin công cộng do nhà nớc hay các công ty lớn quản lí. Đặc điểm của hệ thống này cho phép trao đổi với số lợng lớn thông tin, ở các khoảng cách khác nhau, với sự đa dạng của các loại thông tin. Ta có thể gọi đó là hệ thống thông tin công cộng.Tuy nhiên trong thực tế vẫn tồn tại một nhu cầu khác thông tin khác đó là trao đổi trong một cự li hẹp, số lợng thông tin nhỏ có thể hoạt động độc lập hoặc có thể giao tiếp với mạng thông tin công cộng.Việc quản lí hệ thống chỉ do những ngời tham gia hệ thống này quyết định.Để đáp ứng nhu cầu đó ngời ta đa ra khái niệm hệ thống thông tin nội bộ. Cũng tơng tự nh các hệ thông tin khác, trong hệ thống thông tin nội bộ ngời ta cũng xây dựng các phơng pháp để xử lí và truyền tín hiệu, nghĩa là làm thế nào đó để tín hiệu có thể truyền đi và bên thu nhận đợc với hiệu quả nhất định. Vì vậy dới đây trong chơng 2 xin trình bày lý thuyết chung về ph-4 Đồ án tốt nghiệpơng pháp điều chế ,tách sóng và vấn đề ghép kênh tín hiệu trong hệ thống thông tin .1. 2 Hệ thống thông tin nội bộ truyền tín hiệu âm tầnTrớc đây để truyền thông tin nội bộ ngời ta thờng sử dụng phơng pháp truyền trực tiếp tín hiệu âm tần qua đờng dây dẫn tới đối tợng cần thông tin. Đây là một mô hình hệ thống thông tin khá lạc hậu. Trong đó các máy thông tin chỉ làm nhiệm vụ đơn thuần là khuếch đại các tín hiệu âm tần cần truyền đi. Nh vậy giữa thiết bị phát và thiết bị nhận phải có đờng dây dẫn riêng, bên thu có thể nhận trực tiếp hoặc khuếch đại tín hiệu thu đợc. Hệ thống này rất đơn giản, dễ lắp đặt. Trong hình minh hoạ quá trình thông tin giữa A và B. Tuy nhiên hệ thống có nhiều hạn chế: - Công suất phát phải lớn. - Cự li thông tin không cao, để nâng cao cự li thông tin cần phải dùng nhiều bộ khuếch đại, cần công suất phải lớn, do vậy hệ thống trở nên cồng kềnh, phức tạp, mà cự li thông tin không cải thiện đợc là bao vì suy hao do việc truyền trực tiếp tín hiệu âm tần trên đờng dây dẫn là rất lớn. - Chất lợng thông tin không cao do ảnh hởng nhiều của nhiễu và tạp âm. - Hạn chế về số kênh thông tin. Mỗi đôi dây chỉ đợc dùng để trao đổi thông tin giữa hai đối tợng cố định. Muốn tăng kênh thông tin thì phải tăng số đờng đây, điều đó sẽ rất tốn kém. Do có quá nhiều nhợc điểm trên nên hiện nay hệ thống thông tin nội bộ này hầu nh không còn đợc sử dụng. 5Dây dẫnDây dẫnAKhuyếch đại âm tần BKhuyếch đại âm tần AKhuyếch đại âm tần BKhuyếch đại âm tân Hinh 1.1a: Quá trình A truyền sang BHình1.1 b: Quá trình B truyền sang A Đồ án tốt nghiệp1.3. Hệ thống thông tin sử dụng tổng đàiĐây là mô hình hệ thống thông tin khá hiện đại. Dới đây là hình minh hoạ mô hình hệ thống này: Phần chính của hệ thống là tổng đài điện thoại nội bộ có dung lợng nhỏ hay còn gọi là máy mẹ. Các đối tợng thông tin trong hệ máy mẹ đợc nối với tổng đài nội bộ bằng một đôi dây dẫn riêng. Số lợng máy con trong hệ khá lớn có thể lên đến hàng trăm máy và có tốc độ xử lí tơng đối cao. Tổng đài nội bộ quản lí mọi hoạt động thông tin trong hệ, các máy con muốn liên lạc với nhau phải thức hiện động tác quay số, tổng đài xử lí để truy cập tới đối tợng cần thông tin. Trong một số trờng hợp tổng đài nội bộ có thể đợc nối với mạng điện thoại công cộng nh vậy khi cần thiết các máy con có thể liên lạc đợc với các máy điện thoại bên ngoài và ngợc lại các máy điện thoại bên ngoài cũng có thể liên lạc đợc với các máy con trong hệ thống nội bộ. Tuỳ theo mô hình và mức độ hiện đại mà tổng đài nội bộ có thể là tự động hoàn toàn hoặc bán tự động. Nếu là bán tự động phải có ngời trực tổng đài để thực hiện việc trao đổi thông tin. Với những u điểm trên hiện nay mô hình hệ thống thông tin nội bộ sử dụng tổng đài nội bộ đang đợc ứng dụng trong thực tế. Đặc biệt rất thuận tiện khi sử dụng tổng đài nội bộ trong một cơ quan. Tuy nhiên hệ sử dụng thiết bị hiện đại nên giá thành cao. 1.4. Hệ thống thông tin nội bộ phân đờng theo tần sốHệ thông tin hoạt động theo nguyên lí FDM. Mỗi máy thông tin phát đi các tần số khác nhau. Nói cách khác mỗi đối tợng thông tin đợc qui định địa chỉ bằng một tần số nhất định, khi muốn liên lạc đối tợng thông tin phát đi 6 Tổng đài Hình 1.2: Mô hình tổng đài nội bộ Đồ án tốt nghiệptần số là địa chỉ của đối tợng cần liên lạc. Để tăng chất lợng và cự li thông tin ở nơi phát ngời ta thực hiện việc điều chế tín hiệu âm tần bằng một tần số phát. Bên thu muốn nhận đợc phải có tần số thu trùng với tần số phát (tơng ứng với việc đã xác định đợc địa chỉ) khi đó tín hiệu mới đợc giải điều chế để lấy ra tín hiệu âm tần ban đầu. Hệ thống này có thể sử dụng đờng truyền là các dây dẫn riêng nối giữa các máy hoặc phát sóng vô tuyến nhng phơng pháp tốt nhất là lợi dụng đờng dây điện lới để làm đờng truyền dẫn tín hiệu. Do sử dụng kĩ thuật FDM nên số đờng thông tin bị hạn chế bởi dải điều tần dẫn tới số lợng đối tợng thông tin cũng không thể lớn đợc. Tuy nhiên hệ sử dụng thiết bị đơn giản gọn nhẹ, giá thành rẻ thích hợp với điều kiện nớc ta hiện nay. 7A, B, C, D . FAA, B, C, D . FBA, B, C, D . FCA, B, C, D FDHình 1.3: Sơ dồ hệ thống thông tin nội bộ phân đường theo tần số. Đồ án tốt nghiệpChơng 2Các PhCác Phơng Pháp điều chế và giải điều chếơng Pháp điều chế và giải điều chế (Modulation And Demodulation)2.1.Khái niệmĐiều chế là quá trình ghi tin tức vào một tín hiệu dao động cao tần nhờ biến đổi một số thông số nào đó (ví dụ nh: biên độ, pha, tần số, độ rộng xung, .) của dao động cao tần theo tin tức. Nh vậy thông qua quá trình điều chế, tin tức ở miền tần số thấp đợc chuyển lên miền tần số cao để truyền đi xa, vì ở miền tần số cao nó không những tránh đợc nhiễu mà còn tránh suy hao năng lợng. Trong quá trình đó tin tức gọi là tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi là tải tin, còn dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế. Thông thờng tải tin là điều hoà. Dới đây ta xét với loại tải tin này, ta có điều pha, điều tần và điều biên, trong đó điều tần và điều pha còn đợc gọi là điều góc.Giải điều chế còn gọi là tách sóng là quá trình tìm lại tín hiệu điều chế. Tín hiệu sau khi tách sóng phải giống tín hiệu điều chế ban đầu. Thực tế tín hiệu điều chế us sau khi qua điều chế và qua kênh truyền dẫn đa đến bộ tách sóng đã bị méo dạng thành us. Do méo phi tuyến trong các bộ tách sóng, nên sau khi tách sóng ta nhận đợc us khác dạng với us. Nh vậy tín hiệu sau khi tách sóng thờng khác với dạng tín hiệu nguyên thuỷ (tin tức) us. Vì vậy một trong những yêu cầu cơ bản đối với quá trình tách sóng là méo phi tuyến. T-ơng ứng với các loại điều chế: tần số, pha, biên độ, ngời ta cũng phân biệt các loại tách sóng tần số, pha, biên độ. 2.2. Điều tần -FM (Frequency modulation): 2.2.1. Điều chế :Điều tần là quá trình ghi tin vào tải tin, làm cho tần số tức thời của tải tin biến thiên theo dạng tín hiệu điều chế. Để xem xét quá trình điều tần, để đơn giản ta giả thiết tải tin và tin tức là các dao động điều hoà. Trong đó tải tin:u (t) =Ut cos (t t+ 0) =Ut cos (t) (2. 1) Giả thiết tín hiệu điều chế là tín hiệu đơn âm: us=Us cosst (2. 2) 8 Đồ án tốt nghiệpTa biết rằng giữa góc pha và tần số có quan hệ =dtdnên :)()()(0tdtttt+= (2.3)Khi điều chế tần số thì tần số dao động cao tần biến thiên tỉ lệ với tín hiệu điều chế và đợc xác định: (t) =t+kđtUs cos (s t). (2.4) Trong đó kđf Us là lợng di pha cực đại=ợmThay (2.4) vào (2.3) sau đó thay vào (2.1) với góc pha ban đầu của tín hiệu không đổi h (t) = 0, biến đổi ta nhận đợc: uđt=Ut cos (t + tm/s sins t+ 0) (2.5)9Hình 2.1: Quá trình điều chế tần sốHình a: Đồ thị thời gian của tin tức. Hình b: Đồ thị thời gian tải tin. Hình c: Đồ thị thời gian của tín hiệu điều tần.uđt us ustt tHình c Hình bHình a Đồ án tốt nghiệpCho góc pha ban đầu C0 =0 và đặt m/s =Mf trờng hợp tín hiệu điều chế phức tạp có tần số smin đến sMax Mf ==m/sMaxKhi đó biểu thức (2.5) có thể biểu diễn dới dạng chuỗi với các hệ số là hàm số Betxen loại một bậc n: uđt=Re[Ut ++tntjfnseMJnj)(1).(.)(] (2.6)Qua đây ta thấy phổ của tín hiệu hiệu điều tần gồm có thành phần tải tần t (ứng với n=0) biên độ J0Ut và vô số biên tần t+ns (n=-ữ+) có biên độ Jn.Ut với Jn phụ thuộc Mf. Theo bảng Betxen khi Mf =2, 045 thì J0=0 nghĩa là tín hiệu điều tần không chứa tải tin.Trong trờng hợp Mf > 1 thì tất cả các thành phần có có bậc n > Mf đều có biên độ nhỏ hơn 5% biên độ tải tần và đều có thể bỏ qua đợc.Vì vậy có thể coi độ rộng dải tần của tín hiệu điều chế tần số là hữu hạn và đợc xác định là: Dđt =2Mf s= 2=m *Các mạch điều tần: Về nguyên tắc có thể phân biệt các mạch điều tần gián tiếp và mạch điều tần trực tiếp. Trong đó điều tần gián tiếp thông qua điều pha nhờ một tích phân minh hoạ nh hình vẽ dới đây: Các mạch điều tần trực tiếp: Dới đây ta xét một số mạch điều tần trực tiếp thờng hay sử dụng.+Điều tần dùng diot biến dung: Diode biến dung có điện dung thay đổi theo điện áp đặt vào mặt ghép của nó.10RdCdHình 2.3a. Diode biến dung và sơ đồ tương đươngHình2.2. Sơ đồ điều tần thông qua điều pha. dtĐiềuchếphaTín hiệu điều chế tần số [...]... dải tần và giảm công suất phát đi với cùng một cự li thông tin ngời ta thờng thực hiện điều chế đơn biên Do phổ của dao động đã điều biên gồm tải tần và hai dải biên tần, trong đó chỉ có các biên tần mang tin tức Vì hai dải biên tần mang tin tức nh nhau, nên chỉ cần truyền đi một dải đi là đủ thông tin về tin tức Tải tần chỉ cần dùng để tách sóng, do đó có thể nén 19 Đồ án tốt nghiệp toàn bộ hoặc một... hiệu quả tách sóng càng lớn, Trong bộ tách sóng Nếu có KTS=const lúc đó bộ tách sóng không gây méo tuyến tính và đợc gọi là bộ tách sóng tuyến tính Trở kháng vào bộ tách sóng là tỉ số giữa biên độ điện áp cao tần và biên độ dòng điện cao tần đặt vào bộ tách sóng ZVTS= U VTS U t = I VTS I t Trị số ZVTS thờng cho biết mức độ ảnh hởng của bộ tách sóng đến nguồn tín hiệu vào -Méo phi tuyến :k= 2 I 2s... biên độ tín hiệu vào, nên nó sinh ra nhiễu biên độ Để khắc phục hiện tợng này phải đặt trớc bộ tách sóng một bộ hạn chế biên độ 2.3 Điều biên-AM (Amplititude Modulation) 2.3.1.Điều chế *Định nghĩa :Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tín hiệu biến đổi theo tin tức Để đơn giản cho việc minh hoạ và giải thích dới đây ta cũng giả thiết tin tức và tải tin là các tín hiệu điều hoà: Tin tức: us = Uscosst... Khi =0, , biên độ cực đại; khi =/2, biên độ bằng không Nh vậy bộ tách sóng này vừa có tính chọn lọc về biên độ, vừa có tính chọn lọc về pha Nói cách khác, đó là bộ tách sóng biên độ pha Do đó, để tách sóng có hiệu quả, cần phải đồng bộ tín hiệu vào và tải tin phụ cả về tần số và về pha Vì vậy bộ tách sóng này còn có tên là bộ tách sóng đồng bộ *Nhận xét chung về phơng thức điều biên và phơng thức điều... hoặc áp (VCO: voltage controlled và CCO) hoặc bởi các mạch biến đổi điện áp tần số Các mạch tạo dao động LC có khả năng biến đổi tần số khá rộng và có tần số trung tần cao Nguyên tắc thực hiện điều tần trong các bộ tạo dao động là làm biến đổi trị số điện kháng của bộ tạo dao động theo điện áp đặt vào Phơng pháp phổ biến nhất là dùng diot biến dung (varicap) và transitor điện kháng 2 2 2 Tách sóng Quá... tách sóng đợc đặc trng bởi đặc tuyến truyền đạt sau: us A f B Hình 2.6.Đặc tính truyền đạt của bộ tách sóng tần số Để hạn chế méo phi tuyến, phải chọn điểm làm việc trong phạm vi tơng đối thẳng của đặc tuyến truyền đạt, trong hình vẽ trên đó là đoạn AB Hệ số truyền đạt của bộ tách sóng là độ dốc lớn nhất của đặc tuyến truyền đạt Theo hình trên ta xác định đợc hệ số truyền đạt St = du s d f f =0 (2.7)... của mạch nh sau: Đầu vào hai bộ tách sóng biên độ (D1, D2) là hai mạch cộng hởng điều chỉnh cộng hởng tại các tần số 1và 2 Nếu gọi tần số trung tâm của tín hiệu điều tần đầu vào là 0=t thì: 1=0+0; 2=0-0; Sự điều chuẩn mạch cộng hởng lệch khỏi tần số trung bình của tín hiệu vào làm biên độ điện áp vào của hai bộ tách sóng biên độ (U1, U2) thay đổi phụ thuộc điện áp vào Từ mạch điện ta xác định đợc:... với tần số trung bình của tín hiệu vào = 2Q 0 1, 2 0 là độ lệch tơng đối giữa tần số tín hiệu vào và tần số trung bình Ta thấy khi tần số tín hiệu vào thay đổi thì Z1 Z2 cũng thay đổi và kéo theo sự thay đổi của biên độ điện áp vào U1 và U2 nghĩa là quá trình biến đổi tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều biên đã đợc thực hiện Qua bộ tách sóng ta nhận đợc các điện áp ra: u s1 = KTS U1 = KTS m.U... PCM ta truyền tiếng nói bằng một bảng kê ở đây các giá trị trong bảng đợc mã hoá ở dạng tín hiệu điện Bộ điều chế xung mã sẽ chọn một số điểm trên tín hiệu tơng tự của tiếng nói, đo các giá trị biểu thị biên độ và thời gian này theo một thang chia Sau đó các giá trị số đó đợc truyền dẫn qua đờng truyền tới bộ giải điều chế xung mã Bộ giải điều chế đánh dấu các giá trị rời rạc của tiếng nói và vẽ một... sau: Trong phổ điện áp ra không có thành phần tải tần Thực tế do mạch nhân hoàn toàn không đối xứng, nên phổ điện áp ra có chứa tải tần với biên độ nhỏ Muốn tách sóng đợc điện áp ut đặt ở đầu vào thứ hai của mạch nhân phải có tần số bằng tần số tải tin của tín hiệu đã điều biên Biên độ điện áp đầu ra bộ tách sóng phụ thuộc vào góc pha , với là góc lệch pha giữa tín hiệu cần tách sóng với tải tin phụ . đề thông tin trong một khía cạnh nhỏ đó là thông tin trong cự li ngắn đảm bảo và bí mật qua việc thiết kế máy thông tin nội bộ truyền trong điện lới.. hệ thống thông tin nội bộ. Các hệ thống thông tin nội bộ. I.1. khái niệm hệ thống Thông tin nội bộ Và việc ghép kênh.Để đáp ứng nhu cầu thông tin của con
