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 “ Luan van 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. Luan van 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 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. Luan van 4 Ngoài ra, trong năm 1995, tổ công tác 10A của ITU-R đã chuẩn bị khuyến nghị ITU BS. 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: Luan van 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.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 Luan van 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 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.