Bộ PLL tái cấu hình cho vô tuyến nhận thức

Bài báo đề xuất một mô hình bộ Tổ hợp tần số (THTS) theo nguyên lý vòng khóa pha (Phase-Locked Loop – PLL) có thể tái cấu hình để tăng tốc độ điều hưởng, không cần sử dụng bộ phát hiện khóa và được điều khiển bằng một thuật toán hoạt động trong các chế độ khác nhau để tối ưu về tốc độ điều hưởng, năng lượng tiêu thụ hoặc công suất tiêu thụ đỉnh. Bộ PLL được sử dụng trong mô hình máy thu vô tuyến nhận thức (Cognitive Radio – CR) thực hiện chức năng cảm nhận phổ (spectrum sensing).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bộ PLL tái cấu hình cho vô tuyến nhận thứcKỹ thuật điện tử & Khoa học máy tínhBé PLL T¸i CÊu H×nh CHO V« TuyÕn NHËn THøc VŨ LÊ HÀ Tóm tắt: Bài báo đề xuất một mô hình bộ Tổ hợp tần số (THTS) theo nguyên lý vòng khóa pha (Phase-Locked Loop – PLL) có thể tái cấu hình để tăng tốc độ điều hưởng, không cần sử dụng bộ phát hiện khóa và được điều khiển bằng một thuật toán hoạt động trong các chế độ khác nhau để tối ưu về tốc độ điều hưởng, năng lượng tiêu thụ hoặc công suất tiêu thụ đỉnh. Bộ PLL được sử dụng trong mô hình máy thu vô tuyến nhận thức (Cognitive Radio – CR) thực hiện chức năng cảm nhận phổ (spectrum sensing).Từ khóa: PLL, Vô tuyến nhận thức, Cảm nhận phổ, Điều hưởng nhanh, Tiết kiệm năng lượng 1. MỞ ĐẦU Vô tuyến nhận thức (Cognitive Radio - CR) đang là một trong những xu hướng pháttriển đầy hứa hẹn trong lĩnh vực thông tin liên lạc vô tuyến thông minh thế hệ mới. Mộttrong những đặc điểm chính của CR đó là khả năng thích nghi với môi trường xung quanh,nơi mà các tham số như tần số, công suất tiêu thụ, phương thức điều chế, băng thông,..cóthể thay đổi phụ thuộc vào môi trường, tình huống của người dùng, điều kiện mạng, vị tríđịa lý,... CR hoạt động theo một chu trình khép kín thích nghi gọi là chu kỳ nhận thức(cognitive cycle) [6]. Trong chu kỳ nhận thức này, cảm nhận phổ (spectrum sensing) làmột trong những chức năng quan trọng.Trong một công bố trước đó [21], tác giả bài báođã đề xuất một mô hình bộ cảm nhận phổ băng rộng tốc độ nhanh cho CR. Trong mô hìnhđề xuất này, bộ PLL có nhiệm vụ tạo tần số dao động ngoại sai để đưa tín hiệu vô tuyến từcao tần về băng gốc ở tuyến thu cảm nhận phổ. Tốc độ khóa tần số của bộ PLL là tham sốảnh hưởng lớn tới thời gian cảm nhận phổ tổng thể của hệ thống, đặc biệt đối với hệ thốngthu dải rộng. Bên cạnh đó, trong ngữ cảnh CR, vấn đề tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trởnên rất quan trọng [19]. Các khối chức năng nói chung hay bộ PLL nói riêng trong CR cầnphải có khả năng tái cấu hình tham số hoạt động để tối ưu hóa hoạt động chung của CR[11]. Bài báo này đề xuất một mô hình bộ PLL bậc 3 kiểu bơm điện tích (Charge Pump)có thể tái cấu hình, hoạt động trong 3 chế độ khác nhau: (i) Khóa tần số nhanh, (ii) Tiếtkiệm năng lượng, (iii) Giới hạn công suất tiêu thụ đỉnh. Nội dung các phần tiếp theo của bài báo như sau: Mục 2 trình bày tổng quan cácnghiên cứu về bộ PLL có chế độ tăng tốc độ khóa tần số và tiết kiệm năng lượng. Mục 3trình bày chức năng, mô hình và thuật toán điều khiển bộ PLL đề xuất. Mục 4 trình bàycác kết quả mô phỏng. Các kết luận được đưa ra trong mục 5. 2. BỘ PLL ĐIỀU HƯỞNG NHANH VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Kỹ thuật khóa nhanh bộ tổ hợp tần số là rất cần thiết đối với các hệ thống thông tinliên lạc hiện đại, ví dụ như các hệ thống di động tế bào số, các hệ thu vô tuyến trên xe haycác hệ thống nhảy tần. Kỹ thuật này được chia ra thành 2 dạng: Kỹ thuật dịch băng thôngbộ lọc vòng (Loop Filter - LF) và kỹ thuật tiền điều hưởng VCO, trong đó kỹ thuật dịchbăng thông LF phổ biến hơn. Ý tưởng cơ bản đối với cơ chế dịch băng thông là sử dụng một băng thông LF lớntrong quá trình quá độ chuyển tần số (hay còn gọi là quá trình điều hưởng) để tăng tốc độkhóa, và dịch băng thông LF tới giá trị nhỏ hơn sau khi tần số đầu ra bộ PLL đã được khóa(hay còn gọi là giai đoạn khóa) để giữ ổn định tần số. Một cấu trúc điều khiển thích nghidòng bơm điện tích và điện trở trong LF sử dụng các bộ đệm giữ chậm trong cấu trúc của50 Vũ Lê Hà, “Bộ PLL tái cấu hình cho vô tuyến nhận thức.”Nghiên cứu khoa học công nghệbộ PLL công nghệ CMOS được trình bày trong [14]. Bộ lọc vòng tích cực thích nghi đượcsử dụng trong [3] [10]. Thay vì việc sử dụng mạch phát hiện khóa (Lock Detector - LD) đểđiều khiểu chuyển mạch chế độ, một bộ phát hiện vi sai tần số [15] hoặc một bộ phát hiệnpha (DAPP) [22] được thay thế. Một bộ PLL khóa nhanh với 2 vòng lặp làm việc songsong được thiết kế trong [20]. Để tăng băng thông LF nhưng vẫn đảm bảo tần số thamchiếu lớn, thuật toán thay đổi thích nghi tần số tham chiếu được đề xuất trong [16] [17]. Tóm lại, kỹ thuật dịch băng thông bộ lọc vòng là kỹ thuật phổ biến nhất để tăng tốcđộ khóa tần số. Để thực hiện chuyển tự động giữa giai đoạn điều hưởng và giai đoạn khóa,hoặc có thể sử dụng một mạch điện để điều khiển chuyển mạch băng thông, hoặc sử dụngmột bộ đếm khả trình để điều khiển thời gian hoạt động của giai đoạn điều hưởng. Việcxác định chính xác thời điểm chuyển giai đoạn này rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đếntốc độ khóa của bộ PLL. Nếu thời điểm chuyển quá sớm, hiệu quả về tốc độ khóa khôngcao khi không tận dụng được tốc độ của mạch khóa nhanh. Nếu thời điểm chuyển quáchậm, bộ PLL có thể rơi vào trạng thái mất ổn định hoặc mức nhiễu pha lớn, dẫn đến bộPLL cần thêm th ...