Phân tích giải điều chế tín hiệu vô tuyến dải sóng ngắn HF

- luận văn thạc sĩ khoa học Phân tích, giải điều chế tín hiệu vô tuyến dải sóng ngắn hf ngành : điện tử viễn thông m∙ số Nguyễn văn thăng Ng−ời h−ớng dẫn khoa học : TS.
- Nguyễn viết nguyên Hà Nội 01/2008 Bản cam đoan Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung đề cập trong luận văn “phân tích và giải điều chế tín hiệu vô tuyến dải sóng ngắn” đ−ợc viết dựa trên kết quả nghiên cứu theo đề c−ơng của cá nhân tôi d−ới sự h−ớng dẫn của TS.
- Mọi thông tin và số liệu tham khảo đều đ−ợc trích dẫn đầy đủ nguồn và sử dụng đúng luật bản quyền qui định.
- Học viên Nguyễn Văn Thăng Danh mục các hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ khối một hệ thống thông tin sóng ngắn 4 Hình 1.2 Ví dụ một hệ thống thông tin sóng ngắn 5 Hình 1.3 Cấu tạo các lớp trong tầng điện ly.
- 9 Hình 2.1a Tín hiệu điều chế AM trong miền thời gian 16 Hình 2.1b: Phổ tần số tín hiệu sau điều chế 17 Hình 2.2 Phổ tần số tín hiệu AM 17 Hình 2.3 Tín hiệu điều tần FM 19 Hình 2.4 Phổ tần số tín hiệu FM 20 Hình 2.5: Bản tin (dãy bit 0, 1) và tín hiệu ASK.
- biểu đồ chòm sao 22 Hình 2.6: Bộ tạo tín hiệu ASK 22 Hình 2.7: a) bản tin.
- b) phổ tín hiệu số m(t).
- c) tín hiệu sau điều chế ASK 23 Hình 2.8: Tái tạo lại luông bit 24 Hình 2.9: Giải điều chế liên kết 24 Hình 2.10: Bộ điều chế BPSK 26 Hình 2.11: Biểu đồ chòm sao của tín hiệu BPSK, QPSK và 8-PSK 26 Hình 2.12 Tín hiệu điều chế QPSK với dãy bít vào là Hình 2.13: Bảng pha tín hiệu điều chế QPSK 27 Hình 2.15: Tín hiệu kênh đồng pha I và vuông pha Q 28 Hình 2.16 Tín hiệu QPSK 29 Hình 2.17: Điều chế QPSK phân cực 29 Hình 2.18 Thực hiện điều chế QPSK sử dụng 2 kênh vuông pha I và Q 30 Hình 2.19 Sơ đồ khối bộ điều chế QPSK thực tế 30 Hình 2.20 Sơ đồ khối bộ điều chế OQPSK 31 Hình 2.21 Sự khác nhau giữa QPSK và OQPSK 31 Hình 2.22 Tín hiệu FSK biểu diễn theo thời gian 33 Hình 2.23 Sự chuyển dịch tần số theo thời gian của tín hiệu FSK 33 Hình 2.24 Phổ tần số tín hiệu FSK: Fspace ứng với bít “0”, Fmark ứng với bít “1 34 Hình 2.25 Giải điều chế kiểu tách sóng FM 35 Hình 2.26 Phổ tín hiệu FSK với các thành phần nhiễu FA, FB, FC.
- 36 Hình 2.27 Tín hiệu FSK và hiện t−ợng phading 37 Hình 2.28 Ph−ơng pháp sử dụng bộ lọc thích nghi Matched 37 Hình 2.29 Bộ giải điều chế cho tín hiệu FSK liên kết 38 Hình 2.30 Bộ giải điều chế cho tín hiệu FSK không liên kết 38 Hình 3.1 Lấy mẫu và thực hiện biến đổi FFT 48 Hình 3.2 Lấy mẫu phân tích FFT của bộ phân tích phổ thông th−ờng, phân tích tín hiệu vectơ và phân tích phổ thời gian thực 49 Hình 3.3 Các khung dữ liệu lấy mẫu và thời gian xử lý FFT trong các tr−ờng hợp 50 Hình 3.4 Sơ đồ khối đơn giản bộ phân tích phổ thời gian thực 51 Hình 3.5 Phổ tần số của tín hiệu 55 Hình 3.6 Phổ màu Spectrogram 53 Hình 3.7 Biểu đồ biên độ tức thời 54 Hình 3.8 Biểu đồ tần số tức thời 54 Hình 3.9 Biểu đồ pha tức thời 54 Hình 3.10 Biểu đồ hình mắt của một tín hiệu FSK2 57 Hình 3.11 Biểu đồ chòm sao của tín hiệu FSK2 57 Hình 3.12 Sơ đồ khối bộ phân tích băng hẹp 62 Hình 3.13 Sơ đồ khối bộ đo −ớc l−ợng tốc độ Baud 63 Hình 3.14 Phổ tín hiệu ASK 65 Hình 3.15 Biên độ tức thời của tín hiệu ASK 66 Hình 3.16 Đo tốc độ điều chế tín hiệu ASK 67 Hình 3.17 Thiết lập các tham số cho bộ giải điều chế ASK 67 Hình 3.18 Kết quả giải điều chế, đồ thị hình mắt, đồ thị chòm sao và đồ thị chất l−ợng ký hiệu 68 Hình 3.19 Phổ tần số tín hiệu FSK2 68 Hình 3.20 Đo độ dịch tần shift của tín hiệu FSK2 bằng biểu đồ tần số tức thời69 Hình 3.21 Đo tốc độ bằng ph−ơng pháp FFT 70 Hình 3.22 Kết quả giải điều chế tín hiệu FSK2 71 Hình 3.23 Phổ tần số và phổ màu của tín hiệu PSK 72 Hình 3.24 Phổ tín hiệu khi tăng công suất lên 2 lần: a) tín hiệu PSK2A.
- b) tín hiệu PSK2B 72 Hình 3.25 Phổ tần số tín hiệu đầu vào bộ FFT là Biên độ với hệ số công suất là 1.(Đo tốc độ điều chế bằng ph−ơng pháp FFT) 73 Hình 3.26a Đo tốc độ điều chế PSK2A bằng biểu đồ pha tức thời 74 Hình 3.26b Đo tốc độ điều chế PSK2B bằng biểu đồ pha tức thời 74 Hình 3.27a Tín hiệu PSK2A 74 Hình 3.27b Tín hiệu PSK2B 75 Hình 3.29 Biều đồ chòm sao ghi dịch của tín hiệu PSK2A và PSK2B 75 Hình 3.30 Biểu đồ biên độ tức thời tín hiệu PSK2A và PSK2B 77 Hình 3.31 Sự khác nhau giữa PSK2B và PSK4A 76 Hình 4.1 Phổ Tín hiệu Moóc 87 Hình 4.2 Phổ tín hiệu Baudot 88 Hình 4.3a Phổ tín hiệu Sitor ARQ (A) 89 Hình 4.3b Phổ tín hiệu Sitor-FEC (B) 90 Hình 4.5 Cấu trúc khung dữ liệu tín hiệu Stanag4285 91 Hình 4.6 Phổ tín hiệu Mil-188-141A 96 Hình 5.1: Nguyên lý chung của mật mã khoá bí mật 99 Hình 5.2 Hệ thống mật mã hoá 101 Danh mục các hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ khối một hệ thống thông tin sóng ngắn 4 Hình 1.2 Ví dụ một hệ thống thông tin sóng ngắn 5 Hình 1.3 Cấu tạo các lớp trong tầng điện ly.
- b) tín hiệu PSK2B 72 Hình 3.25 Phổ tần số tín hiệu đầu vào bộ FFT là Biên độ với hệ số công suất là 1.(Đo tốc độ điều chế bằng ph−ơng pháp FFT) 73 Hình 3.26a Đo tốc độ điều chế PSK2A bằng biểu đồ pha tức thời 74 Hình 3.26b Đo tốc độ điều chế PSK2B bằng biểu đồ pha tức thời 74 Hình 3.27a Tín hiệu PSK2A 74 Hình 3.27b Tín hiệu PSK2B 75 Hình 3.29 Biều đồ chòm sao ghi dịch của tín hiệu PSK2A và PSK2B 75 Hình 3.30 Biểu đồ biên độ tức thời tín hiệu PSK2A và PSK2B 77 Hình 3.31 Sự khác nhau giữa PSK2B và PSK4A 76 Hình 4.1 Phổ Tín hiệu Moóc 87 Hình 4.2 Phổ tín hiệu Baudot 88 Hình 4.3a Phổ tín hiệu Sitor ARQ (A) 89 Hình 4.3b Phổ tín hiệu Sitor-FEC (B) 90 Hình 4.5 Cấu trúc khung dữ liệu tín hiệu Stanag4285 91 Hình 4.6 Phổ tín hiệu Mil-188-141A 96 Hình 5.1: Nguyên lý chung của mật mã khoá bí mật 99 Hình 5.2 Hệ thống mật mã hoá 101 Lời mở đầu Ngày nay, song song với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ nói chung, đáp ứng nhu cầu và yêu cầu ngày càng cao trong đời sống xã hội đặc biệt là nhu cầu về truyền thông tin đi xa, thì thông tin điện tử là không thể thiếu đ−ợc và đ−ợc phát triển rất mạnh mẽ, ngày càng có nhiều công nghệ, kỹ thuật đ−ợc ứng dụng vào thông tin truyền thông, cho phép ứng dụng nhiều loại hình dịch vụ và truyền tải đ−ợc thông tin d−ới nhiều dạng khác nhau nh− thoại, Video, Fax, dữ liệu, ...với tốc độ và băng thông ngày càng cao nh− các hệ thống thông tin Vệ tinh, các hệ thống thông tin cáp quang.
- Tuy nhiên ph−ơng thức truyền thông tin qua sóng vô tuyến điện vẫn rất hiệu quả và cần thiết, đặc biệt là thông tin sóng ngắn.
- Do những đặc điểm −u việt của thông tin sóng ngắn là hệ thống đơn giản, cự ly truyền rất xa, công suất sử dụng nhỏ và hiệu quả nên trong thực tế nó đ−ợc sử dụng rất rộng rãi trong th−ơng mại, dân sự, hàng hải, hàng không và đặc biệt trong quân sự.
- Việc giám sát và thu chặn các thông tin là không đ−ợc phép và vi phạm pháp luật.
- Tuy nhiên để nắm bắt tình hình từ xa và theo dõi các hoạt động của đối ph−ơng thì các n−ớc đều tổ chức các hệ thống giám sát thu chặn các tuyến thông tin của các đối t−ợng quan tâm, đặc biệt là trong quân sự.
- Để có thể từng b−ớc tiếp cận với công tác này, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu “phân tích và giải điều chế tín hiệu vô tuyến dải sóng ngắn” nhằm mục đích tìm hiểu các ph−ơng pháp phân tích, giải điều chế và giải mã các tín hiệu thu đ−ợc từ các tuyến thông tin của đối t−ợng, rồi các hệ thống, các ph−ơng tiện phục vụ cho công việc này nhằm đ−a vào triển khai thiết thực phục vụ trong công tác.
- Tổng quan về thông tin sóng ngắn Giới thiệu: Ch−ơng I trình bày một số kiến thức lý thuyết về thông tin vô tuyến điện nói chung và thông tin sóng ngắn nói riêng.
- Tổng quan về một mô hình thông tin sóng ngắn, các ph−ơng thức truyền dẫn sóng ngắn, tầng điện ly và các yếu tố ảnh h−ởng đến tuyến thông tin sóng ngắn, các ph−ơng pháp tính toán tối −u một tuyến thông tin sóng ngắn và cuối cùng là các ứng dụng, các dạng thông tin và các chế độ truyền thông tin sóng ngắn trong thực tế.
- Khái niệm và sự phân chia các dải tần số sóng vô tuyến Sóng vô tuyến điện là sóng điện từ truyền lan trong một môi tr−ờng truyền sóng (th−ờng là không gian).
- Nhờ có sóng vô tuyến mà ta có thể thiết lập các kênh thông tin vô tuyến với cự ly thông tin rất lớn.
- Sóng vô tuyến điện đ−ợc phân chia thành các dải sóng nh− sau: Tên gọi & Tần số Ph−ơng thức truyền, đặc điểmứng dụng Tần số siêu thấp (ULF) 30 – 300 Hz Vật lý Tần số cực thấp (ELF) 300 Hz – 3 kHz (1000 km–100 km) Thông tin d−ới n−ớc và trong lòng đất.
- Thông tin di động trên biển Sóng dài (LF) 30 kHz – 300 kHz (10km–1000 m) Sóng đất, suy hao rất thấp, nhiễu khí quyển cao Vô tuyến đạo hàng.
- Thông tin di động trên không.
- Thông tin hàng hải.
- Vô tuyến đạo hàng.
- Sóng ngắn (HF) Truyền sóng tầng điện ly.
- truyền Thông tin nghiệp d−.
- Thông tin di động.
- thông tin quân sự.
- thông tin hàng không.
- Thông tin quốc tế.
- đạo hàng vô tuyến.
- Tần số cực cao (UHF) 300 MHz – 3000 MHz (1 m – 0.1 m) Truyền sóng tầm nhìn thẳng, bị ảnh h−ởng nhiễu vũ trụ Truyền hình.
- Các loại thông tin di động số.
- Các loại thông tin cố định.
- Tần số siêu cao (SHF) 3 GHz – 30 GHz (10 cm – 1 cm) Truyền sóng tầm nhìn thẳng.
- Thông tin vệ tinh (Băng S, C, X, Ku, K).
- Vô tuyến thiên văn.
- Tần số vô cùng cao (EHF) 30 GHz – 300 GHz ( 1 cm – 1 mm) Truyền sóng tầm nhìn thẳng.
- Tại tần số 18,3 GHz và 22,3 GHz suy hao lớn do hơi n−ớc.
- Tại 60,119 GHz suy hao lớn do oxy.Vô tuyến thiên văn.
- Thông tin vệ tinh (Băng Ka, V, W).
- Chủ yếu với băng sóng cực ngắn, có b−ớc sóng ngắn hơn 10 m.
- Những sóng vô tuyến điện truyền đi xa nhờ sự phản xạ hoặc khuếch tán từ tầng điện ly đ−ợc gọi là truyền sóng tầng điện ly.
- Đối với các sóng có tần số cao trên 1 GHz mới có thể truyền lan theo sóng vũ trụ.
- Thông tin sóng ngắn Hệ thống thông tin sóng ngắn là hệ thống thông tin sử dụng sóng vô tuyến điện hoạt động ở dải tần số từ 3 MHz – 30 MHz để truyền tin tức (thoại, moóc, số liệu.
- Từ sau khi Marconi và Popov phát minh ra sóng vô tuyến cho đến nay, dải tần số sóng ngắn HF vẫn luôn đ−ợc sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin khoảng cách xa, bất chấp sự xuất hiện và bổ xung toàn diện của các hệ thống thông tin tế bào, thông tin vệ tinh.
- Chỉ duy nhất sử dụng ph−ơng thức truyền sóng ngắn mới có thể đạt đ−ợc cự ly thông tin khắp toàn cầu mà không sử dụng các thiết bị, cơ sở hạ tầng đắt tiền trên mặt đất hay vệ tinh.
- Thông tin sóng ngắn là một ph−ơng tiện thông tin an toàn và quan trọng trong hệ thống các tuyến thông tin quan trọng nh− trong quân sự, trong hàng không và hàng hải.
- Mô hình một hệ thống thông tin sóng ngắn: Hình 1.1 thể hiện sơ đồ khối một hệ thống thông tin vô tuyến số nói chung.
- Tín hiệu đầu vào có thể là tín hiệu t−ơng tự (thoại) hay tín hiệu số.
- Nếu là tín hiệu thoại, tín hiệu t−ơng tự sẽ đ−ợc đ−a qua bộ mã hoá nguồn chuyển đổi sang tín hiệu số.
- Các bit mã kênh thực hiện điều chế số sóng mang phụ (thông th−ờng là điều chế ở băng cơ sở thành các tín hiệu âm tần) và đ−a đến máy phát.
- Tại máy phát sẽ thực hiện điều chế sóng mang cao tần để đ−a tín hiệu số đó thành tín hiệu cao tần RF và đ−a đến anten phát tín hiệu đi.
- Kênh truyền: là đ−ờng đi của tín hiệu trong không gian từ máy phát đến máy thu.
- Đối với hệ thống thông tin sóng ngắn th−ờng sử dụng ph−ơng thức truyền sóng điện ly.
- Tức là tín hiệu từ anten phát sẽ đi lên không gian qua tầng đối l−u và tầng trung l−u rồi bị phản xạ ở tầng điện ly trở lại trái đất.
- Tín hiệu có thể phản xạ ở tầng điện ly vài lần tr−ớc khi đến đ−ợc máy thu.
- Giải mã nguồn (DAC) Giải mật mã Giải mã kênhGiải Điều chế Máy thuMã hoá nguồn (ADC) Mật mã hoá Mã hoá kênhĐiều chế Máy phát Tín hiệu t−ơng tự Bít mã nguồn Bít mã kênh Đ−ờng truyền Phía thuHình 1.1 Sơ đồ khối một hệ thống thông tin sóng ngắn Phía phát Nguyễn Văn Thăng Ngành ĐTVT khoá Luận văn cao học 5- Phía thu.
- Tín hiệu cao tần RF từ anten thu đ−a vào máy thu đ−ợc thực hiện giải điều chế chuyển tín hiệu RF trở về tín hiệu số ở băng cơ sở hoặc ở trung tần.
- Sau đó tín hiệu đ−ợc giải điều chế số và giải mã kênh, giải mật mã.
- Nếu là tín hiệu t−ơng tự thì sẽ đ−ợc thực hiện giải mã nguồn qua bộ biến đổi số/t−ơng tự DAC và đ−a ra tín hiệu gốc ban đầu.
- Ví dụ một hệ thống thông tin sóng ngắn: Hệ thống có thể hoạt động ở chế độ thoại hoặc truyền dữ liệu.
- Modem: Là bộ điều chế/giải điều chế, thực hiện việc mã hoá kênh và điều chế số thông tin đ−ợc đ−a sang từ máy tính thành các tín hiệu số (d−ới dạng âm tần hoặc trung tần).
- Hoặc thực hiện giải điều chế số tín hiệu từ máy thu và giải mã kênh đ−a về máy tính.
- Máy thu phát: ví dụ nh− máy Kenwood, sẽ thực hiện điều chế tín hiệu số từ modem đ−a tới thành tín hiệu cao tần và phát đi.
- Hoặc giải điều chế tín hiệu cao tần RF từ anten thành tín hiệu số (d−ới dạng âm tần hoặc trung tần).
- Các chế độ phát th−ờng có trong các hệ thống thông tin sóng ngắn nh−: AM, FM, SSB (USB, LSB) và FSK.
- Nguồn dữ liệu ModemMáy phát, thuNguồn dữ liệu Anten Hình 1.2 Ví dụ một hệ thống thông tin sóng ngắn Nguyễn Văn Thăng Ngành ĐTVT khoá Luận văn cao học 62.
- Các ph−ơng thức truyền sóng ngắn: Sóng ngắn có thể lan truyền theo ph−ơng thức sóng điện ly là chủ yếu, ngoài ra còn có thể lan truyền theo ph−ơng thức sóng đất.
- 2.1 Ph−ơng thức truyền sóng đất - Là ph−ơng thức truyền sóng tầm nhìn thẳng từ anten phát đến anten thu.
- Khi tần số tăng thì sự hấp thụ của mặt đất đối với sóng đất sẽ tăng lên.
- Vì vậy đối với sóng ngắn HF nếu sử dụng các máy phát có công suất trung bình thì chỉ có thể truyền đi trong một cự ly giới hạn không v−ợt quá vài chục km.
- Khi tần số tăng thì sự hấp thụ sóng của mặt đất tăng lên và do đó hệ số suy giảm sóng tăng và c−ờng độ tr−ờng tại điểm thu giảm mạnh khi ra xa.
- Chính vì vậy ph−ơng thức truyền lan sóng mặt đất thực tế chỉ có hiệu quả đối với sóng dài và sóng trung, ít hiệu quả đối với sóng ngắn và sóng cực ngắn.
- 2.2 Ph−ơng thức truyền sóng điện ly Khi cự ly truyền lớn thì cần phải sử dụng ph−ơng thức truyền sóng điện ly.
- Chính vì vậy mà thông tin sóng ngắn đ−ợc sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống thông tin cự ly lớn.
- So với sóng dài và sóng trung thì sử dụng sóng ngắn có −u điểm hơn nh.
- Cấu trúc tầng điện ly và ảnh h−ởng của tầng điện ly đến thông tin sóng ngắn: Tầng điện ly là vựng khớ quyển từ độ cao 50 km đến khoảng 500km so với mặt đất, cỏc phõn tử khớ bị Ion húa bởi cỏc phúng xạ từ mặt trời tạo ra cỏc phần tử khớ ion.
- Tần số sử dụng trong truyền súng ngắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ cao, mật độ electron, thời gian, ngày đờm hay theo mựa.
- Núi chung, mật dộ electron càng cao thỡ tần số càng lớn nghĩa là vựng nào cú số lượng electron càng lớn thỡ tần số sử dụng càng cao

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt