Xử lý dữ liệu băng gốc cho máy thu phát HF trên nền tảng DSP/FPGA

- Lê Sỹ Cường XỬ LÝ DỮ LIỆU BĂNG GỐC CHO MÁY THU PHÁT HF TRÊN NỀN TẢNG DSP/FPGA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội – Năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- Lê Sỹ Cường XỬ LÝ DỮ LIỆU BĂNG GỐC CHO MÁY THU PHÁT HF TRÊN NỀN TẢNG DSP/FPGA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- Hoàng Phương Chi Hà Nội – Năm 2018 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS.
- Với mục đích học tập, nghiên cứu để nâng cao kiến thức và trình độ chuyên môn nên tôi đã làm luận văn này một cách nghiêm túc và hoàn toàn trung thực.
- Những số liệu sử dụng trong luận văn được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh mục tài liệu tham khảo.
- Hà Nội, 20 tháng 04 năm 2018 Học viên Lê Sỹ Cường Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 2 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ kỹ thuật với đề tài “Xử lý dữ liệu băng gốc cho máy thu phát HF trên nền tảng DSP/FPGA” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản thân được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của quý thầy cô, bạn bè và người thân.
- Hoàng Phương Chi và PGS.TS Đỗ Trọng Tuấn đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn.
- Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp và đơn vị công tác đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện luận văn.
- Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
- CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN KIẾN TRÚC MÁY THU PHÁT HF.
- 18 1.1.3 Sóng tần số cao HF.
- 19 1.2 Lý thuyết về tín hiệu thoại băng gốc.
- 21 1.2.2 Hệ thống số xử lý âm thanh.
- 23 1.2.3 Mô hình hóa tín hiệu âm thanh.
- 24 1.2.4 Kiến trúc hệ thống số xử lý âm thanh.
- 26 1.2.5 Tần số lấy mẫu.
- 31 1.3 Điều chế tín hiệu.
- 33 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB Điều kiện điều chế.
- 34 1.3.5 Điều chế SSB.
- 35 1.4 Cấu trúc máy thu phát HF.
- 36 1.4.1 Máy thu phát HF tương tự.
- 36 1.4.2 Máy thu phát HF số.
- 37 1.5 Khảo sát một vài máy thu phát HF hiện nay.
- NGHIÊN CỨU, XỬ LÝ TÍN HIỆU BĂNG GỐC TRÊN NỀN TẢNG DSP/FPGA.
- 43 2.1.2 Sơ đồ khối.
- 61 2.4 Thiết kế sơ đồ hệ thống.
- 64 2.4.1 Sơ đồ khối chức năng.
- 64 2.4.2 Sơ đồ khối chi tiết.
- 66 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB Khối điều khiển và hiển thị bộ khuếch đại HLA-150 Plus.
- 87 3.1 Hệ thống hoàn thiện.
- 97 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADC Analog Digital Converter Mạch Chuyển Đổi Tương Tự - Số AM Amplitude Modulation Điều Chế Biên Độ AM-SC Amplitude Modulation with Suppressed Carrier Điều Chế Biên Độ với Sóng Mang Bị Nén AGV Automatic Gain Control Điều Khiển Khuếch Đại Tự Động ALC Automatic Level Control Điều Khiển Mức Tự Động ALO Analog Local Oscilloscope Bộ Dao Động Nội Tương Tự API Application Programing Interface Giao Diện Lập Trình Ứng Dụng AF Audio Frequence Tần Số Âm Thanh ARM Advanced Reduced Instructions Set Computer Machine Máy Tính với Tập Lệnh Đơn Giản Hóa Nâng Cao ASK Amplitude Shift Keying Điều Chế Số Theo Biên Độ Tín Hiệu BPF Band-pass filter Bộ Lọc Thông Dải CODEC Coder Decoder Mã Hóa – Giải Mã DAC Digital Analog Converter Mạch Chuyển Đổi Số - Tương Tự DC Direct Current Dòng Điện Một Chiều DSB Double Side Band Dải Hai Sóng Biên DSP Digital Signal Processor Bộ Xử Lý Tín Hiệu Số EHF Extremely High Frequency Tần Số Cực Cao ELF Extremely Low Frequency Tần Số Cực Thấp Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 7 FIR Finite Impulse Response Đáp Ứng Xung Hữu Hạn FM Frequence Modulation Điều Chế Tần Số FPGA Field Programmable Gate Arrays Mảng Cổng Lập Trình Được Dạng Trường FSK Frequency Shift Keying Điều Chế Số Theo Tần Số Tín Hiệu GMDSS Global Maritime Distress and Safety System Hệ Thống Thông Tin Nguy Hiểm và An Toàn Hàng Hải Toàn Cầu GPP General Purpose Processor Bộ Xử Lý Đa Năng GPIO General Purpose Input/Output Cổng Vào/Ra Vạn Năng HF High Frequency Tần Số Cao HPS Hardware Processing System Hệ Thống Xử Lý Phần Cứng I2C Inter-Integrated Circuit Giao Tiếp I2C IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện Kỹ Nghệ Điện và Điện Tử IF Intermediate Frequency Tần Số Trung Gian MF Medium Frequency Tần Số Trung Bình MSB Most Significant Bit Bit Có Trọng Số Cao Nhất LED Light Emitting Diode Điốt Phát Quang LPF Low-Pass Filter Lọc Thông Thấp LF Low Frequency Tần Số Thấp PA Power Amplifier Bộ Khuếch Đại Công Suất PAM Pulse Amplitude Modulation Điều Chế Biên Độ Xung PCM Pulse Code Modulation Điều Chế Xung Mã PDM Pulse Density Modulation Điều Chế Mật Độ Xung PM Phase Modulation Điều Chế Pha Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 8 PLL Phase Locked Loop Vòng Khóa Pha PPM Pulse Position Modulation Điều Chỉnh Vị Trí Xung PSK Phase Shift Keying Điều Chế Di Pha RAM Random Access Memory Bộ Nhớ Truy Xuất Ngẫu Nhiên RF Radio Frequency Tần Số Máy Vô Tuyến Điện SHF Super High Frequency Tần Số Siêu Cao SMA SubMiniature version A Đầu Nối RF Đồng Trục Bán Chính Xác SoC System on Chip Hệ Thống Trên Một Vi Mạch SOPC System On a Programmable Chip Hệ Thống Trên Một Vi Mạch Có Khả Năng Lập Trình SPI Serial Peripheral Interface Giao Diện Ngoại Vi Nối tiếp SSB Single SideBand Dải Đơn Biên SSB-SC Single SideBand - Suppressed Carrier Đơn Biên Không Sóng Mang UHF Ultra High Frequency Tần Số Cực Cao ULF Ultra Low Frequency Tần Số Cực Thấp USB Universal Serial Bus Chuẩn Kết Nối Tuần Tự Đa Dụng VLF Very Low Frequency Tần Số Rất Thấp VHDL Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language Ngôn Ngữ Lập Trình Mô Tả Phần Cứng VHF Very High Frequency Tần Số Rất Cao VHSIC Very High Speed Itergrated Circuit Mạch Tích Hợp Tốc Độ Rất Cao VGA Video Graphics Array Mảng Đồ Họa Video VSB Vestigial SideBand Dải Biên Còn Lại Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 9 WAV Waveform Audio File Tệp Âm Thanh Dạng Sóng WBFM WideBand Frequence Modulation Điều Chế Tần Số Dải Rộng Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Biểu diễn sóng vô tuyến trên miền thời gian và tần số.
- 17 Hình 1.2 Các phương thức lan truyền sóng HF.
- 19 Hình 1.3 Hình dạng tín hiệu âm thanh.
- 21 Hình 1.4 Tín hiệu âm thanh với các trường hợp có nhiễu [4.
- 24 Hình 1.5 Dạng sóng âm nguyên mẫu.
- 26 Hình 1.6 Dạng sóng của tín hiệu điện.
- 27 Hình 1.7 Ngõ ra của bộ chuyển đổi ADC.
- 27 Hình 1.8 Thực hiện việc lấy mẫu.
- 28 Hình 1.9 Kết quả của quá trình lấy mẫu giá trị.
- 29 Hình 1.10 Dạng sóng được tái tạo.
- 29 Hình 1.11 Biểu diễn tín hiệu trên miền thời gian và miền tần số.
- 31 Hình 1.12 Cấu hình hệ thống xử lý tín hiệu tương tự bằng phương pháp số.
- 32 Hình 1.13 Các phương pháp điều chế tín hiệu.
- 34 Hình 1.14 Cấu trúc điển hình của máy thu phát HF tương tự [9.
- 36 Hình 1.15 Cấu trúc điển hình trong máy thu phát HF số.
- 37 Hình 1.16 Hình ảnh máy HF ICOM-751A [3.
- 39 Hình 1.17 Hình ảnh máy HF ICOM-7300 [10.
- 40 Hình 2.1 Kit FPGA DE10 Standard [7.
- 44 Hình 2.2 Sơ đồ các khối chức năng kit DE10 [7.
- 45 Hình 2.3 Kết nối và sơ đồ vận hành phần mềm có kết nối HPS và FPGA.
- 48 Hình 2.4 Sơ đồ khối CODEC WM8731 [8.
- 50 Hình 2.5 Nguyên tắc hoạt động của Control Interface [8.
- 52 Hình 2.6 Digital Audio Interface – Audio CODEC là master [8.
- 53 Hình 2.7 Digital Audio Interface – Audio CODEC là Slave [8.
- 54 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 11 Hình 2.8 Chế độ căn chỉnh trái [8.
- 55 Hình 2.9 Chế độ căn chỉnh phải [8.
- 55 Hình 2.10 Chế độ I2S [8.
- 56 Hình 2.11 Chế độ DSP [8.
- 56 Hình 2.12 Giao diện công cụ thiết kế của Qt.
- 61 Hình 2.13 Sơ đồ khối chức năng máy phát HF.
- 64 Hình 2.14 Sơ đồ khối chi tiết máy phát HF.
- 65 Hình 2.15 Khối PLL trong mã nguồn FPGA.
- 70 Hình 2.16 Khối AUD_GEN trong mã nguồn FPGA.
- 71 Hình 2.17 Khối I2C trong mã nguồn FPGA.
- 71 Hình 2.18 Sơ đồ khối bộ xử lý tín hiệu thoại bằng ngôn ngữ VHDL trên FPGA.
- 72 Hình 2.19 Bộ khuếch đại HLA-150 Plus [5.
- 73 Hình 2.20 Sơ đồ các khối bộ HLA 150 Plus.
- 74 Hình 2.21 Hình ảnh thực tế bộ HLA 150 Plus [5.
- 75 Hình 2.22 Sơ đồ kết nối tín hiệu HLA 150 Plus.
- 76 Hình 2.23 Sơ đồ khối thiết kế điều khiển bộ khuếch đại.
- 78 Hình 2.24 Hình ảnh mạch Arduino Mega 2560.
- 79 Hình 2.25 Mạch hiển thị LED và điều khiển cứng.
- 80 Hình 2.26 Giao diện phần mềm nhúng trên HPS/FPGA.
- 81 Hình 2.27 Giao diện cấu hình chung – điều khiển CODEC.
- 82 Hình 2.28 Đầu vào MIC với Boost – điều khiển CODEC.
- 82 Hình 2.29 Đầu vào Line-In – điều khiển CODEC.
- 82 Hình 2.30 Cấu hình đầu ra - điều khiển CODEC.
- 82 Hình 2.31 Sơ đồ các lớp chương trình.
- 83 Hình 2.32 Giao diện điều khiển bộ khuếch đại.
- 84 Hình 2.33 Hiển thị trạng thái - Điều khiển bộ khuếch đại.
- 85 Hình 2.34 Điều khiển bộ khuếch đại.
- 85 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 12 Hình 3.1 Hệ thống máy phát HF hoàn thiện.
- 87 Hình 3.2 Quy trình kiểm thử chất lượng âm thanh sau bộ CODEC.
- 89 Hình 3.3 Hình dạng tone 1 KHz trên oscillo.
- 90 Hình 3.4 Tín hiệu đo ở chân DAC – tốc độ lấy mẫu 32 KHz.
- 91 Hình 3.5 Tín hiệu đo ở chân DAC – tốc độ lấy mẫu 48 KHz.
- 92 Hình 3.6 Quy trình kiểm thử dùng phần mềm.
- 93 Hình 3.7 Giao diện phần kiểm tra kết quả lấy mẫu sau CODEC WM8731.
- 93 Hình 3.8 Dữ liệu lấy mẫu dưới dạng file text.
- 94 Hình 3.9 Gía trị các mẫu tín hiệu - CODEC WM8731.
- 95 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 13 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại băng tần vô tuyến.
- 18 Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật máy HF ICOM-751A [3.
- 39 Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật máy HF ICOM-7300 [10.
- 62 Bảng 2.5 Các tín hiệu kết nối giữa 2 khối trong bộ HLA 150 Plus.
- 76 Bảng 2.6 Các tín hiệu của mạch Arduino.
- 78 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật | Lê Sỹ Cường - CB150232 14 MỞ ĐẦU 1.
- Lý do chọn đề tài Truyền thông vô tuyến tần số cao đã được sử dụng từ nhiều thập kỷ trước và cho tới nay vẫn là phương thức hiệu quả cho thông tin ngoài tầm nhìn với các tần số trong dải từ 3 MHz đến 30 MHz.
- Xuất phát từ thực tế nhu cầu ứng dụng cũng như xu hướng hiên đai hóa trong việc chế tạo máy thu phát HF số, học viên đã hoàn thành đề tài luận văn: “Xử lý dữ liệu băng gốc cho máy thu phát HF trên nền tảng DSP/FPGA”.
- Phân tích, đề xuất mô hình và thực thi 3 trong tổng số các khối chức năng của máy thu phát HF - SSB.
- Kiểm thử và đánh giá hệ thống với các tiêu chí kỹ thuật.

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