Xem mẫu

  1. Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Giải pháp tự động đo công suất và tốc độ nhảy tần đối với máy thông tin nhảy tần sóng ngắn, sóng cực ngắn dựa trên máy phân tích tín hiệu N9030A/CXA N9000A Nguyễn Tất Nam∗ , Hoàng Minh Quân∗ , Nguyễn Trọng Thắng∗ , Lâm Văn Tân∗ . ∗ Cục Tiêu chuẩn-Đo lường-Chất lượng Bộ Tổng Tham mưu Email: {namnguyentat}@gmail.com Tóm tắt—Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu đề động đo công suất và tốc độ nhảy tần dựa trên máy xuất hệ thống đo công suất và tốc độ nhảy tần dựa trên phân tích phổ N9322C [1]. Kết quả của bài báo: đưa máy phân tích tín hiệu N9030A hoặc thiết bị CXA N9000A. ra được giải pháp đo tự động công suất với sai số nhỏ Hệ thống có thể đo công suất đến 200 W, tốc độ nhảy tần và tốc độ nhảy tần của máy thông tin nhảy tần, giúp đến 500 Hop/s đối với các máy thông tin sóng ngắn và sóng cực ngắn. Ngoài ra, bài báo đánh giá hiệu quả của rút ngắn thời gian đo, tăng độ chính xác của kết quả ba giải pháp bù hệ số suy giảm công suất để chọn ra giải đo công suất. Tuy nhiên, kết quả của bài báo chỉ dừng pháp phù hợp nhất. Các giải pháp đề xuất của bài báo lại kiểm chứng đo công suất và tốc độ nhảy tần đối với được thử nghiệm, đánh giá trên 03 máy thông tin nhảy máy thông tin nhảy tần PRC 2188. Ngoài ra, máy phân tần VRU 812, VRH 811/S, VRS 631/S và hệ thống phát tích phổ N9322C trong hệ thống [1] (chỉ có 461 điểm công suất đến 200 W. hiển thị trên màn hình, sai số đo mức lớn khoảng ± 0.6 Từ khóa—Thông tin nhảy tần, Máy phân tích tín hiệu N9030A, Matlab, Bộ suy giảm công suất. dB ở dải tần dưới 3 GHz [2]) nên sai số đo tốc độ nhảy tần và công suất trong [1] vẫn còn khá cao. Trong khi đó, các dòng máy phân tích tín hiệu nói chung có số I. GIỚI THIỆU điểm hiển thị lớn (có thể lên đến 40001 điểm đối với Hiện nay các cơ quan ở Việt Nam sử dụng một trong máy phân tích tín hiệu N9030A [3]), sai số đo mức nhỏ ba hệ thống đo tốc độ nhảy tần thuộc các Hãng (Aeroflex hơn, băng thông phân tích tín hiệu lớn rất thuận lợi cho hoặc Rohde & Schwarz hoặc Keysight). Nhược điểm việc đo, phân tích tín hiệu nhảy tần. nói chung của giải pháp đo của nước ngoài: Chưa đưa ra ngay được giá trị của tốc độ nhảy tần (ngoại trừ giải Các giải pháp bù suy giảm công suất phổ biến hiện pháp đo của Hãng Keysight nhưng phải sử dụng 02 phần nay là sử dụng hàm nội suy tuyến tính, nội suy theo mềm: phần mềm phân tích tín hiệu VSA 89600 đưa ra hàm mũ hoặc nội suy theo hàm đặc trưng. Trong [1] sử giá trị của tham số thời gian tồn tại của tín hiệu nhảy dụng hàm nội suy tuyến tính để bù suy giảm của bộ suy tần; phần mềm FHSA lấy dữ liệu-thời gian tồn tại của hao sử dụng trong hệ thống, chưa có đánh giá, so sánh tín hiệu nhảy tần từ phần mềm VSA 89600 để tính toán về tính chính xác của ba thuật toán trên đối với bài toán và đưa ra giá trị của tốc độ nhảy tần của thiết bị cần đo); bù suy giảm công suất trong các phép đo công suất lớn việc xác định giá trị của thời gian tồn tại của tín hiệu đối với tín hiệu cao tần. Chính vì vậy, nhóm tác giả đề nhảy tần trên phần mềm phân tích tín hiệu của nước xuất các giải pháp nhằm khắc phục những nhược điểm ngoài do người sử dụng thực hiện bằng nhân công, sử của hệ thống đo đã đề xuất và những vấn đề chưa được dụng phức tạp (đòi hỏi người sử dụng phải có kiến thức giải quyết trong [1]. chuyên môn sâu về lĩnh vực thông tin vô tuyến), tốn nhiều thời gian, có thể dẫn tới nhầm lẫn; phần mềm Phần còn lại của bài báo được tổ chức như sau: Trong chưa hỗ trợ đo chính xác công suất của máy thông tin phần II và phần III, chúng tôi lần lượt trình bày giải pháp nhảy tần. Để khắc phục những hạn chế này, trong năm thực hiện và thử nghiệm, đánh giá kết quả đo. Cuối cùng, 2018, chúng tôi đã thực hiện thành công giải pháp tự phần IV là kết luận của bài báo. ISBN 978-604-80-5958-3 306
  2. Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Máy tính Phần mềm đo công suất và tốc độ nhảy tần GPIB Máy thông Bộ suy giảm Máy phân tích tín tin nhảy công suất 60 hiệu N9030A/CXA tần dB, 300 W N9000A Hình 1. Sơ đồ khối của hệ thống vừa đo công suất và tốc độ nhảy tần do bài báo đề xuất. Hình 2. Sơ đồ khối thực hiện khảo sát giá trị thực của bộ suy giảm 60 dB. II. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Mục tiêu chính của bài báo là xây dựng được hệ thống đo công suất đến 200 W và đo tốc độ nhảy tần đối với các máy thông tin sóng ngắn, sóng cực ngắn (dải tần hoạt động từ 1.5 MHz đến 90 MHz) được sử dụng phổ biến hiện nay trong Quân đội với độ chính xác của phép đo tốt hơn so với hệ thống đã đề xuất trong [1]. Nhóm tác giả đề xuất sơ đồ khối thực hiện như trong Hình 1. Những điểm mới của hệ thống đề xuất: a) Sử dụng card giao tiếp GPIB có tốc độ truyền dữ liệu, tính ổn định cao để hỗ trợ điều khiển, thu thập dữ liệu giữa máy tính và máy phân tích tín hiệu; b) Máy phân tích tín hiệu N9030A/CXA N9000A trong hệ thống có sai số đo mức nhỏ khoảng ± 0,19 dB và số điểm đo có thể hiển thị trên mỗi trace tín hiệu đến 40001 điểm; c) Bộ suy giảm 60 dB, công suất trung bình chịu đựng tối đa Hình 3. Giao diện chương trình tự động đo hệ số suy giảm của bộ đến 300 W để đảm bảo cho hệ thống đề xuất đo công suy giảm (Phần thiết lập các tham số đo). suất tín hiệu 200 W một cách an toàn, chính xác trong thời gian dài, không gây hại cho máy phân tích tín hiệu N9030A hoặc thiết bị CXA N9000A. tập giá trị khảo sát), chúng ta có thể sử dụng giải pháp nội suy tuyến tính trên cơ sở của công thức (1): A. Đánh giá các giải pháp bù suy giảm công suất Ai−1 (fi − fj ) + Ai (fj − fi−1 ) Trước tiên, nhóm tác giả tiến hành đánh giá lại giá Aj = , (1) fi − fi−1 trị suy giảm của bộ suy giảm sử dụng trong hệ thống đề xuất bằng cách sử dụng máy phân tích mạng vec-tơ trong đó, fj là tần số cần đo công suất phát, có giá trị N9927A, sơ đồ thực hiện như trong Hình 2. Để giảm nằm giữa fi và fi−1 ; Ai và Ai−1 tương ứng là giá trị thời gian thực hiện và thuận lợi cho quá trình lấy số suy giảm tại điểm tần số fi và fi−1 . Tính chính xác liệu, nhóm tác giả tiến hành xây dựng chương trình tự của giải pháp nội suy phụ thuộc vào giá trị đo/khảo sát động điều khiển quá trình đo và trích xuất dữ liệu như trong tập giá trị khảo sát được, số điểm đo càng lớn thì trong Hình 3 và Hình 4. Sau quá trình khảo sát, ta có sự chính xác của phép toán nội suy càng cao. tập giá trị (f0 ,A0 ), (f1 ,A1 ). . . (fn ,An ) của bộ suy giảm Hoặc sử dụng giải pháp nội suy theo hàm số đặc 60 dB. Trong đó, fi là tần số khảo sát, Ai là giá trị suy trưng. Trên cơ sở tập giá trị suy hao khảo sát được theo hao tại tần số fi . Để xác định giá trị suy hao của bộ tần số bằng máy phân tích mạng N9927A, nhóm tác suy giảm tại tần số đo công suất fj (fj không có trong giả sử dụng công cụ Curve Fitting để xác định hàm đặc ISBN 978-604-80-5958-3 307
  3. Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Bảng I THUẬT TOÁN THỰC HIỆN ĐO CÔNG SUẤT PHÁT BẰNG MÁY PHÂN TÍN HIỆU N9030A/CXA N9000A Bắt đầu Khai báo các tham số: - Tần số bắt đầu: fstart ; (1) - Tần số kết thúc: fstop ; - Độ phân giải băng thông, RBW ; - Chọn dữ liệu của bộ suy hao: A=uigetfile(’*.*’); Kết nối với máy phân tích tín hiệu N9030A hoặc N9000A : (2) PXA = GPIB_PXA; %GPIB_PXA là hàm còn để hỗ trợ kết nối đến máy phân tích tín hiệu N9030A hoặc N9000A; Đặt tham số đo trên máy phân tích tín hiệu N9030A/N9000A (3) Setup_N9030A_N9000A; Thực hiện thủ tục đo công suất của máy phát thông tin nhảy tần: n=0; While n
  4. Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Bảng II TÓMTẮT THUẬT TOÁN THỰC HIỆN ĐO TỐC ĐỘ NHẢY TẦN BẰNG MÁY PHÂN TÍCH TÍN HIỆU N9030A SỬ DỤNG BỘ SUY GIẢM Bắt đầu Khai báo các tham số: - Độ phân giải băng thông, RBW ; (1) - Thời gian quét một trace tín hiệu, T ; - Tần số bắt đầu; - Tần số kết thúc. Kết nối với máy phân tích tín hiệu N9030A/N9000A: (2) - PXA = GPIB_PXA; Thiết lập các tham số trên máy phân tích tín (3) hiệu N9030A hoặc N9000A - Setup_N9030A_N9000A; Thực hiện xác định tốc độ nhảy tần của thiết bị (4) bằng hàm con Hopping_Rate: C=Hopping_Rate(PXA,RBW,T); Thực hiện lưu dữ liệu: Hình 5. Giao diện mô-đun tự động đo công suất của máy phát thông (5) tin nhảy tần. save_Results_N9030A_N9000A(C); Kết thúc tại của tín hiệu phải dựa vào số điểm biểu diễn tín hiệu đo được). Do số điểm hiển thị trên mỗi Trace tín hiệu của máy phân tích phổ N9322C cố định 461 điểm nên sai số của phép đo còn khá lớn, có thể giảm sai số phép đo tiếp được bằng cách sử dụng thiết bị phân tích tín hiệu có số điểm hiển thị trên mỗi Trace lớn nhơn, cụ thể máy phân tích tín hiệu N9030A có số điểm hiển thị trên mỗi Trace tín hiệu có thể đạt đến 40001 điểm. Thuật toán thực thi quá trình đo tốc độ nhảy tần tự động trên máy phân tích tín hiệu N9030A/CXA N9000A Hình 6. Giao diện mô-đun tự động đo tốc độ nhảy tần của máy phát được mô tả bằng thuật toán tóm tắt ở trong Bảng II. thông tin nhảy tần dựa trên máy phân tích tín hiệu N9030A. Sai số đo của tham số đo tốc độ nhảy tần của hệ thống đề xuất trong bài báo có thể khái quát bằng công thức (4) trong trường hợp chọn số điểm hiển thị của mỗi III. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐO Trace tín hiệu là 40001 điểm. Trên cơ sở các giải pháp đề xuất ở phần trên, tác giả ∓4 × H tiến hành xây chương trình đo công suất và tốc độ nhảy ehopping = , (4) (40001 ± 4) tần như trong Hình 5 và Hình 6. Ngoài ra, chương trình hỗ trợ việc trích xuất dữ liệu đo được đến mẫu báo cáo trong đó: ehopping là sai số đo tốc độ nhảy tần cho phép kết quả được định sẵn giúp giảm thời gian trả kết quả, và H là tốc độ nhảy tần danh định của thiết bị thông hạn chế sai sót trong quá trình thực hiện. tin liên lạc cần đo. Tuy nhiên, trong thực tế để đảm bảo tốc độ xử lý tín hiệu thường chọn số điểm tín hiệu hiển A. Thử nghiệm đo công suất đến 200 W đối với tín hiệu thị trên mỗi Trace tín hiệu là 1001 điểm. Khi đó công liên tục thức (4) chuyển thành (5): Để đánh giá hiệu quả của 03 giải pháp bù suy giảm ∓4 × H công suất, tác giả xây dựng kịch bản thử nghiệm như ehopping = , (5) trong Hình 7. Nhóm tác giả sử dụng 01 máy phát tín (1001 ± 4) hiệu chuẩn nhằm đảm bảo tín hiệu vào và ra bộ khuếch Ví dụ, trong trường hợp đo tốc độ nhảy tần của đối tượng đại công suất được ổn định để đảm bảo kết quả đo công có tốc độ nhảy tần 500 Hop/s, sai số của hệ thống khi suất được chính xác, ít biến động; kết quả đo được bằng sử dụng máy phân tích phổ tín hiệu N9322C có thể là giải pháp của bài báo được so sánh, đối chứng với thiết 4.38 Hop/s nhưng đối với hệ thống đề xuất trong bài bị đo công suất 4421 của Hãng Bird có sai số đo chỉ ± báo chỉ còn 2 Hop/s. 3 %. Giải pháp bù suy giảm công suất nào cho kết quả ISBN 978-604-80-5958-3 309
  5. Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Hình 7. Sơ đồ thử nghiệm đo công suất của tín hiệu liên tục đến 200 W. 220 215 Hình 9. Sơ đồ thực tế so sánh kết quả đo công suất đối với máy thông tin nhảy tần VRU 812. 210 205 200 195 190 185 Bird 4421 180 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Hình 10. Sơ đồ thử nghiệm đo, so sánh kết quả đo tốc độ nhảy tần đối với 03 máy thông tin nhảy tần với giải pháp đo của Hãng Keysight. Hình 8. Kết quả đo được bằng giải pháp của bài báo với các giải pháp bù khác nhau. suất của Hãng Bird; đối với đo tốc độ nhảy tần, tiến hành so sánh với giải pháp đo của Hãng Keysight. Từ đo gần với giá trị đo được trên thiết bị đo công suất của đó đánh giá tính đúng đắn của hệ thống đo do bài báo Hãng Bird thì giải pháp đó phù hợp cho việc bù suy đề xuất. giảm công suất. Nhóm tác giả tiến hành đo công suất 1) Sơ đồ thử nghiệm: Sơ đồ đo công suất cơ bản như đến 200 W trong dải tần số sóng ngắn và sóng cực ngắn trong Hình 7, chỉ khác là thay khối máy phát tín hiệu (1.5 MHz đến 90 MHz) và thực hiện 05 lần đo tại các chuẩn và khuếch đại công suất cao tần bằng 01 máy thời điểm khác nhau sau đó lấy giá trị đo trung bình. thông tin phát tín hiệu nhảy tần thực tế (VRU812 hoặc Kết quả đo cụ thể được minh họa trong Hình 8. Từ Hình VRS 631S hoặc VRH 811S). Sơ đồ thực tế đo, so sánh 8 cho thấy giải pháp nội suy tuyến tính cho kết quả đo và đánh giá công suất của máy thông tin nhảy tần VRU công suất gần với kết quả đo bằng máy đo công suất 812 được minh họa trong Hình 9. của Hãng Bird hơn cả. Tương tự như vậy, Nhóm tác giả Sơ đồ khối đo tốc độ nhảy tần được minh họa trong cũng tiến hành đo và so sánh ở các mức công suất thấp Hình 10. hơn như 10 W, 100 W và 150 W cho thấy kết quả đo 2) Kết quả đo: Kết quả đo về công suất chi tiết của bằng giải pháp nội suy tuyến tính cho kết quả gần với 03 máy thông tin nhảy tần được minh họa trong các kết quả đo bằng máy đo công suất của Hãng Bird. Bảng III, Bảng IV và Bảng V. Chú ý: Kết quả đo trong Bảng V được thực hiện tại các băng tần với tần số trung B. Thử nghiệm đo công suất và tốc độ nhảy tần của tâm như liệt kê trong Bảng V với độ rộng băng 512 máy thông tin nhảy tần kHz; còn lại các băng tần từ 1 đến 10 đã được thiết lập Trong phần này, nhóm tác giả xây dựng sơ đồ thử mặc định tại các máy thông tin nhảy tần. Các kết quả nghiệm để so sánh kết quả đo công suất của 03 máy đo cho thấy sai số đo giữa giải pháp đo công suất của thông tin nhảy tần khi đo bằng giải pháp đo của bài báo bài báo và Thiết bị đo công suất của Hãng Bird lệch (sử dụng giải pháp bù suy giảm bằng phương pháp nội nhau không quá ± 0.2 dB. Có được kết quả này là do suy tuyến tính) với kết quả đo được bằng máy đo công sử dụng giải pháp bù suy giảm hợp lý đối với bộ suy ISBN 978-604-80-5958-3 310
  6. Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Bảng V Bảng IV KẾT QUẢ ĐO CÔNG SUẤT CỦA MÁY THÔNG TIN NHẢY TẦN VRS KẾT QUẢ ĐO CÔNG SUẤT CỦA MÁY THÔNG TIN NHẢY TẦN VRH 631S BẰNG GIẢI PHÁP ĐO CỦA BÀI BÁO VÀ THIẾT BỊ ĐO CÔNG 811S BẰNG GIẢI PHÁP ĐO CỦA BÀI BÁO VÀ THIẾT BỊ ĐO CÔNG SUẤT B IRD 4421. SUẤT B IRD 4421. Tần số trung Giải pháp đo Thiết bị Bird Sai số Giải pháp đo Thiết bị Bird Sai số TT TT Tần số tâm (MHz) của bài báo (W) 4421 (W) (dB) của bài báo (W) 4421 (W) (dB) 1 1.500 117.581 121 0.124 1 Băng tần 1 5.171 5.00 -0.146 2 3.000 114.586 117.3 0.102 2 Băng tần 2 4.244 4.10 -0.150 3 4.500 113.823 119 0.193 3 Băng tần 3 4.148 4.00 -0.158 4 6.000 116.814 114.3 -0.094 4 Băng tần 4 3.689 3.70 0.013 5 7.500 124.273 123 -0.045 5 Băng tần 5 4.100 4.00 -0.107 6 9.000 105.461 109.2 0.151 6 Băng tần 6 4.153 4.00 -0.163 7 10.500 115.958 113.5 -0.093 7 Băng tần 7 5.190 5.10 -0.076 8 12.000 101.648 104.5 0.120 8 Băng tần 8 4.587 4.60 0.012 9 13.500 106.684 111 0.172 9 Băng tần 9 4.654 4.50 -0.146 10 15.000 97.716 101 0.144 10 Băng tần 10 4.108 4.10 -0.008 11 16.500 109.638 105.6 -0.163 12 18.000 106.219 107 0.032 13 19.500 106.218 110 0.152 14 21.000 110.228 108 -0.089 giảm. 15 22.500 113.773 110 -0.146 Kết quả đo tốc độ nhảy tần của 02 máy thông tin 16 24.000 115.106 109.7 -0.209 17 25.500 124.665 118.8 -0.209 nhảy tần được biểu diễn chi tiết trong Bảng VI. Kết quả 18 27.000 114.441 109 -0.212 đo cho thấy sự sai lệch giữa hai giải pháp là rất thấp, 19 28.500 112.073 112 -0.003 không quá ± 1.6 %. 20 29.990 113.823 111 -0.109 IV. KẾT LUẬN Bảng VI KẾT QUẢ ĐO TỐC ĐỘ NHẢY TẦN CỦA MÁY THÔNG TIN NHẢY TẦN Trong bài báo này chúng tôi xây dựng được các công VRU 812 VÀ VRH811S BẰNG GIẢI PHÁP ĐO CỦA BÀI BÁO VÀ GIẢI cụ cho việc đo, đánh giá công suất và tốc độ nhảy tần PHÁP ĐO CỦA H ÃNG K EYSIGHT. của máy thông tin nhảy tần sóng ngắn, sóng cực ngắn Giải pháp đo Giải pháp đo TT Tần số bài báo (Hop/s) Keysight (Hop/s) dựa trên máy phân tích tín hiệu N9030A hoặc CXA 812 811S 812 811S N9000A. Bên cạnh đó, bài báo so sánh, đánh giá các 1 Băng tần 1 502.50 499.78 504.94 502.91 giải pháp bù công suất của hệ thống đo đề xuất với thiết 2 Băng tần 2 502.51 500.03 502.18 502.71 3 Băng tần 3 498.51 499.78 506.81 499.06 bị đo công suất của Hãng Bird. Kết quả bài báo cho thấy 4 Băng tần 4 504.59 499.97 498.22 505.48 giải pháp bù công suất bằng hàm nội suy tuyến tính cho 5 Băng tần 5 503.22 499.62 501.98 498.85 kết quả đo gần với kết quả đo của thiết bị Bird 4421 khi 6 Băng tần 6 499.25 499.25 502.98 503.35 cùng đo một đối tượng. Ngoài ra, khi so sánh kết quả 7 Băng tần 7 498.47 498.80 498.47 498.47 8 Băng tần 8 505.24 499.47 501.15 499.22 đo tốc độ nhảy tần bằng giải pháp đo của bài báo và 9 Băng tần 9 503.50 500.07 505.95 500.50 giải pháp đo của Hãng Keysight cho sai số không quá 10 Băng tần 0 502.31 501.08 501.24 498.26 ± 1.6 %. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bảng III KẾT QUẢ ĐO CÔNG SUẤT CỦA MÁY THÔNG TIN NHẢY TẦN VRU [1] Nguyễn Tất Nam, “Nghiên cứu xây dựng hệ thống đo công suất 812 BẰNG GIẢI PHÁP ĐO CỦA BÀI BÁO VÀ THIẾT BỊ ĐO CÔNG SUẤT và tốc độ nhảy tần đối với máy thông tin nhảy tần dựa trên máy BIRD 4421. phân tích phổ,” Hội nghị REV-ECIT 2018, Hà Nội, Tháng 12 Giải pháp đo Sai số Năm 2018. TT Tần số Bird 4421 (W) [2] Keysight, “N9322C Basic Spectrum Analyzer”, Data Sheet, July của bài báo (W) (dB) 1 Băng tần 1 12.904 12.46 -0.152 2018; [3] Keysight, “PXA X-Series Signal Analyzer N9030A”, Data Sheet, 2 Băng tần 2 12.945 12.50 -0.152 March 2018. 3 Băng tần 3 11.289 10.90 -0.152 4 Băng tần 4 13.291 13.10 -0.063 5 Băng tần 5 13.542 13.10 -0.144 6 Băng tần 6 13.228 12.70 -0.177 7 Băng tần 7 12.849 13.30 0.150 8 Băng tần 8 13.274 12.80 -0.158 9 Băng tần 9 13.708 13.20 -0.164 10 Băng tần 10 12.364 12.70 0.116 ISBN 978-604-80-5958-3 311
nguon tai.lieu . vn