5.3 Các kiến trúc hệ thống viễn thông
Hệ thống phát
Direct Conversion Transmitter
Two-Step Conversion
Một số máy thu phát trong thực tế
Các kiến trúc hệ thống viễn thông
Trong một hệ thống truyền thông, máy phát RF chịu trách nhiệm về các vấn đề như: điều biến, chuyển đổi, khuyếch đại và truyền tín hiệu trong không gian bằng cách sử dụng một ănten.

Các kiến trúc hệ thống viễn thông
Đầu vào phổ biến của máy phát là các tín hiệu tương tự ở dải cơ sở và đầu ra của nó là tần số cao và nguồn tín hiệu cao đã được điều biến.
Đầu ra của nguồn, tính chất tuyến tính, năng lực, độ phức tạp của mạch và giá thành là một vài thông số quan trọng trong việc chọn các loại máy phát trong các ứng dụng vô tuyến.


Vai trò máy phát
0
90
Power Amplifier
Mixer
Oscillator
Baseband
Processor
Modulator
bias
1. create carrier
2. add data to carrier
4. amplify to
broadcast
3. shift to high frequency
Information
Antenna
bias
RF Transmitter
a. Hệ thống phát (TransmitterArchitectures)
Lựa chọn kiến trúc là đặc biệt quan trọng trong việc định hướng các hoạt động thích hợp của hệ thống. Có hai kiến trúc được sử dụng nhiều nhất trong các máy phát RF là: Direct Conversion và Two-Step Conversion




Direct Conversion Transmitter 
Sơ đồ khối:
Direct Conversion Transmitter
Trong máy phát kiến trúc Direct Conversion, cả sự điều biến và quá trình chuyển đổi các tín hiệu Baseband chỉ cần một bước (one step) với một máy điều biến Quadrature Modulator, vì vậy mà được gọi là Direct Conversion

Các tín hiệu Baseband đầu vào I và Q sẽ được đưa vào bộ Quadrature Modulator cùng với tín hiệu LO (đã được đưa qua bộ dịch pha 900/00). Tín hiệu ở đầu ra của bộ Quadrature Modulator được đưa qua bộ khuyếc đại nguồn PA (Power Amplifier) rồi được gửi tới anten phát thông qua mạch ghép nối và bộ song công (hoặc chuyển mạch anten) để phát đi.
Direct Conversion Transmitter
Direct Conversion Transmitter
Đầu vào của bộ Quadrature Modulator bao gồm:
Các tín hiệu baseband I và Q, I và Q được tạo ra bằng cách cho thông tin cần phát đã được xử lý (lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa) cho qua bộ tách bit (còn gọi là bộ chuyển đổi nối tiếp/song song)
I
Direct Conversion Transmitter
- Tín hiệu LO được tạo ra bởi bộ tự dao động (Local Oscilator), nó có tần số đóng vai trò tần số sóng mang, nó sẽ được đưa vào đầu bộ trộn thông qua qua bộ dịch pha

Direct Conversion Transmitter
Bộ dịch pha 900

Direct Conversion Transmitter
Bộ trộn tần
Direct Conversion Transmitter
Ở một số hệ thống người ta còn đưa giữa bộ điều biến và bộ khuyếch đại một bộ lọc thông thấp LPF, với mục đích xác định rõ nhiễu để thu giúp cho việc thu tốt hơn

0
90
I
Q
LPF
Direct Conversion Transmitter
Đánh giá hệ thống
Độ tích hợp của hệ thống cao
Chỉ sử dụng ở tần số không cao quá
Rất khó để sử dụng ở tần số cao bởi vì khi đó rất khó kết hợp giữa các phần tử thụ động riêng lẽ trong hệ thống để cho độ chính xác cao. Người ta chỉ còn cách là ở tần số cao thì thực hiện riêng rẽ các phần tử thụ động này. Lý do phải sử dụng các phần tử thụ động là do yêu cầu của các bộ lọc có chất lượng cao hoạt động ở tần số cao

Direct Conversion Transmitter
Thường xảy ra hiện tượng LO Pulling
Tín hiệu ở đầu ra của bộ khuyếch đại PA thường được đưa tới Anten thông qua một bộ khếch đại truyền, ở đây không chỉ Transmitted Channel mà còn có cả các Adjacen Channels được khuyếch đại. Các tín hiệu lân cận này sẽ quay trở lại kết hợp với bộ tự tạo dao động LO, kết quả là ở đầu vào của ănten sẽ bao gồm cả tần số không mong muốn
Direct Conversion Transmitter
Nếu sự che LO không tốt và nếu nguồn ở đầu ra PA cao, hiện tượng LO pulling có khả năng xảy ra hơn.
Trong một vài hệ thống LO được thiết kế để đầu ra hệ thống mang phát ra nhiều tần số (thường là 2 hoặc 4) và chúng bị tách ra bởi 2 hoặc 4 để thu được tần số mong muốn. Trong trường hợp này nguồn điều hòa 2 hoặc 4 ở đầu ra của PA có thể là nguyên nhân gây ra LO pulling.
Direct Conversion Transmitter
Giải pháp cho vấn đề LO Pulling
Sử dụng kiến trúc Direct conversion with offset LO thay thế

Direct Conversion Transmitter
Direct-conversion transmitter with offset LO
Trong kiến trúc này chỉ khác là cách đưa tín hiệu LO vào bộ QuadratureModulator, ở đây có hai bộ tạo tín hiệu LO1(ứng với tần số f1) và LO2(ứng với tần số f2) chúng sẽ được trộn với nhau thông qua một bộ trộn đặt ngoài và được đưa vào bộ QuadratureModulator thông qua một bộ lọc thông dải BPF, lúc đó tần số sóng mang ở đầu ra bộ diều chế và bộ khuếch đại PA sẽ là (f1+ f2) hoặc là (f1 – f2), các tần số này cách xa so với f1 và f2

Direct Conversion Transmitter
Nhược điểm của phương pháp này là bộ trộn LO1 và LO2 là bộ trộn phi tuyến và đầu ra của dải tín hiệu không thể được khử nhiễu một cách triệt để bằng bộ lọc BPF nên gây ra sự suy giảm ở các tín hiệu điều chế.
Mặt khác phương pháp này còn đòi hỏi thêm một bộ tạo dao động LO
Two-step Conversion Transmitter
Sơ đồ khối

Two-step Conversion Transmitter
Hoạt động
Kiến trúc máy phát theo kiểu two step conversion được sử dụng rất rộng rãi ở khắp nơi. Hoạt động của nó được chia làm hai bước
. Bước 1: Các tín hiệu baseband I và Q được đưa vào trong bộ Quadrature Modullator cùng với tần số LO1 để được điều biến và được chuyển đổi giống như ở Direct Conversion. Ở bước này ta sử dụng bộ tự tạo dao động LO1 tạo ra tần số f1, tần số này được gọi là IF (Intermediate Frequency), để đưa vào bộ Quadrature Modullator

Two-step Conversion Transmitter
Hoạt động

Two-step Conversion Transmitter
Hoạt động
Bước hai: Tín hiệu ở đầu ra của bộ Quadraturre Modulator được đưa vào một bộ trộn thông qua bộ lọc thông dải BPF1, cùng với tần số f2 được tạo ra nhờ bộ tự dao động thứ hai LO2, Tín hiệu đã được chuyển đổi qua bộ trộn này được cho qua bộ lọc BPF2 một lần nữa và được gửi tới đầu vào của bộ khuyếch đại PA và gửi tới anten. Tần số ở đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại PA có thể được chọn là (f1+ f2) hay (f1-f2).
Two-step Conversion Transmitter
Đánh giá
Do tần số sóng mang là (f1+ f2) hay (f1-f2) nên kiến trúc này chống được hiện tượng LO Pulling (LO Pulling ít hơn)
Một lợi thế của kiến trúc này là khả năng lọc tín hiệu đã được điều biến để cho ra dạng tín hiệu tốt hơn so với kiến trúc Direct-conversion transmitter with offset LO, do tốt hơn trong I/Q matching, trong khi LO Pulling ít hơn như vậy
Two-step Conversion Transmitter
Đánh giá
Yêu cầu cao về bộ lọc BPF2, bởi vì cả hai bên của dải tín hiệu có năng lương như nhau và đòi hỏi một trong chúng phải bị triệt tiêu
Một số máy thu phát thông dụng
Cám ơn đã lắng nghe