Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7188:2002 CISPR 21:1999 Ảnh hưởng của tạp xung đến hệ thống thông tin di động tần số rađiô

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 7188 : 2002

CISPR 21 : 1999

ẢNH HƯỞNG CỦA TẠP XUNG ĐẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẦN SỐ RAĐIÔ − PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ SUY GIẢM VÀ BIỆN PHÁP ĐỂ CẢI THIỆN TÍNH NĂNG

Interference to mobile radiocommunications in the presence of impulsive noise − Methods of judging degradation and measures to improve performance

Lời nói đầu

TCVN 7188 : 2002 hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn CISPR 21 : 1999; TCVN 7188 : 2002 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN/TC/E9 Tương thích điện từ biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành.

Tiêu chuẩn này được chuyển đổi năm 2008 từ Tiêu chuẩn Việt Nam cùng số hiệu thành Tiêu chuẩn Quốc gia theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a khoản 1 Điều 6 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.

ẢNH HƯỞNG CỦA TẠP XUNG ĐẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẦN SỐ RAĐIÔ − PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ SUY GIẢM VÀ BIỆN PHÁP ĐỂ CẢI THIỆN TÍNH NĂNG

Interference to mobile radiocommunications in the presence of impulsive noise − Methods of judging degradation and measures to improve performance

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này đưa ra các phương pháp đánh giá độ suy giảm của thông tin tần số rađiô khi có tạp xung và các khuyến cáo về phương thức để cải thiện tính năng thông tin rađiô.

2. Tiêu chuẩn viện dẫn

IEC 60489-3 : 1988 Phương pháp đo đối với thiết bị tần số rađiô dùng trong dịch vụ di động. Phần 3: Máy thu đối với phát xạ A3E hoặc F3E.

CISPR 12 : 1997 Phương tiện giao thông đường bộ, ca nô và các thiết bị có đầu máy hoạt động bằng cách đánh lửa - Đặc tính nhiễu tần số rađiô - Giới hạn và phương pháp đo Khuyến cáo BS.562-3 : 1990 của ITU - R Đánh giá chủ quan chất lượng âm thanh

3 Nghiên cứu phương pháp đánh giá độ suy giảm kênh tần số rađiô

Các chương trình thử nghiệm được tiến hành ở Mỹ bởi Uỷ ban thông tin liên bang (FCC) và bởi Tập đoàn các nhà chế tạo xe chạy bằng động cơ (MVMA, sau là Tập đoàn các nhà chế tạo mô tô Mỹ, AAMA, hiện nay đã giải thể). Các chương trình thử nghiệm này nhằm cung cấp hiểu biết tốt hơn về các ảnh hưởng của xe chạy bằng động cơ đến việc thu thông tin di động.

Các thử nghiệm đo độ suy giảm của hệ thống thông tin theo chủ quan và khách quan ở nhiều tần số của máy thu bằng cách sử dụng nhiều nguồn tạp phát ra từ bộ phận đánh lửa tự động, ví dụ như dòng xe cộ trên các tuyến giao thông và nút điều khiển phương tiện giao thông. Tương quan giữa các phép đo suy giảm chủ quan và khách quan khác nhau đã được FCC và MVMA nghiên cứu có sử dụng các mức đánh giá để phân mức chất lượng thông tin.

3.1 Thử nghiệm chủ quan

3.1.1 Thử nghiệm chủ quan về mức khó chịu

Các thử nghiệm suy giảm chủ quan được FCC thực hiện, dùng một xe và nhóm các xe để mô phỏng các phương thức giao thông. FCC đề xuất và sử dụng ban giám khảo đánh giá theo cách chủ quan dựa trên mức khó chịu đã được sử dụng một cách truyền thống để xác định các ảnh hưởng của tạp môi trường đến thực hiện công việc, tỷ lệ tai nạn và sự mệt mỏi của con người.

Hệ thống mức này gần giống với hệ thống mức cho trong khuyến cáo BS.562-3 của ITU-R, và cần sử dụng cho công việc tiếp theo, nếu tiến hành thử nghiệm độ khó chịu.

Khó chịu là phản ứng tâm lý rất chủ quan. Mức khó chịu do tạp âm nghe thấy được chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố tâm sinh lý (như ốm đau, mệt mỏi, tình trạng quan hệ giữa người với người, và các vấn đề gia đình).

3.1.2 Thử nghiệm chủ quan về độ rõ

3.1.2.1 Qui định chung

Do hệ thống thông tin di động mặt đất được dùng chủ yếu để truyền các tín hiệu thoại, nên tính năng của hệ thống này chủ yếu dựa trên độ rõ của tín hiệu thu được khi có tạp do bộ phận đánh lửa.

Thủ tục chung nhất để xác định độ rõ của kênh tiếng nói là phương pháp chủ quan gồm người nói đã qua đào tạo và ban giám khảo nghe rồi cho điểm trực tiếp theo phần trăm độ rõ của tiếng nói. Quá trình này chỉ có giá trị khi tạo ra các kết quả lặp lại. Tuy nhiên, phương pháp cho điểm chủ quan rất tốn kém và mất thời gian. Vì thế, chúng không được sử dụng rộng rãi.

Đánh giá mức chủ quan về độ rõ theo đề xuất của MVMA là:

3.1.2.2 Phương pháp thử nghiệm độ rõ

Bắt đầu ở mức tỷ số tín hiệu/tạp là 20 dB, cắt nguồn gây tạp do đánh lửa của xe, giảm mức đầu vào tần số rađiô theo từng nấc 1 dB và ban giám khảo cho điểm ở mỗi lần giảm cho đến khi đạt chất lượng mức 1 (xấu nhất). Sau đó mức đầu vào tần số rađiô được tăng theo từng nấc 1 dB cho đến khi mức tỷ số tín hiệu/tạp là 20 dB đạt được một lần nữa.

Tiếp theo, tăng mức đầu vào tần số rađiô theo từng nấc 3 dB cho đến khi ban giám khảo đánh giá chất lượng đạt mức 5 (tốt nhất). Sau đó giảm mức đầu vào tần số rađiô theo từng nấc 3 dB cho đến khi đạt được mức tỷ số tín hiệu/tạp là 20 dB.

Lặp lại toàn bộ quá trình với nguồn gây tạp của xe được đưa vào hoạt động.

So sánh kết quả của hai thử nghiệm (cắt nguồn tạp/bật nguồn tạp) và ghi lại chênh lệch về mức tần số rađiô đối với mức chất lượng cụ thể (tính bằng đềxiben) là mức suy giảm chủ quan.

3.2 Thử nghiệm khách quan

3.2.1 Qui định chung

Độ không đảm bảo trong các phép đo chủ quan xuất phát từ việc xác định mức đánh giá không rõ ràng, và khả năng thay đổi các quyết định của ban giám khảo. Nguyên nhân gây sai số thứ hai chủ yếu do các yếu tố tâm lý. Các phép đo khách quan có độ không đảm bảo nhỏ hơn so với các thử nghiệm chủ quan.

Nghiên cứu được tiến hành bởi Viện khoa học viễn thông [1] xây dựng phương pháp để đạt được phép đo độ rõ bằng cách khách quan cho kết quả tốt đối với tiếng nói được gửi qua kênh thông tin kỹ thuật số và kênh kỹ thuật tương tự bị tạp làm giảm chất lượng. Phép đo độ méo đạt được bằng cách dùng Mã hoá dự báo tuyến tính (LPC), đây là kỹ thuật toán được sử dụng nhiều để phân tích và tổng hợp tiếng nói.

3.2.2 Phương pháp thử nghiệm khách quan

Để thực hiện phép đo độ rõ bằng cách khách quan đối với tiếng nói đứt quãng, phải tiến hành so sánh giữa tiếng nói bị méo và tiếng nói gốc không có tạp. Phép đo độ rõ bằng cách chủ quan về tiếng nói bị méo cũng phải được sử dụng để đánh giá chất lượng của phép đo khách quan đang sử dụng. Cả hai yêu cầu trên được đáp ứng bằng cách ghi băng gốc tiếng nói chọn trước không có tạp, sau đó gửi tiếng nói qua kênh thông tin tiếng nói cần thử nghiệm và ghi lại tiếng nói ở các đầu ra của kênh. Chấm điểm cho tiếng nói ở đầu ra của kênh bằng cách chủ quan, và so sánh với tiếng nói gốc bằng kỹ thuật toán để đạt được điểm khách quan.

Tiếng nói chọn trước được gửi qua kênh thoại để chấm điểm độ rõ gồm các nhóm ngữ âm được có thanh bằng của các từ riêng biệt, tránh các câu hoàn chỉnh hoặc âm tiết vô nghĩa. Các từ có thanh bằng này cần dùng bởi vì việc chấm điểm chủ quan cần chứng tỏ có sự lặp lại, việc lặp lại là tiêu chí cần thiết cho nghiên cứu này. (Trong các thử nghiệm sử dụng xe làm nguồn gây tạp, thực hiện chấm điểm chủ quan bởi ban giám khảo và so sánh với điểm khách quan, tạo ra sự tương quan tốt.)

Tập hợp các phép đo khách quan về suy giảm bao gồm (1) độ nhạy theo tỷ số tín hiệu/tạp và méo (SINAD) và (2) độ nhạy theo tỷ số tín hiệu/tạp là 20 dB. Qui trình thử nghiệm khách quan được dùng trong các thử nghiệm của MVMA phù hợp với IEC 60489-3.

3.3 Kết luận về đánh giá độ suy giảm

Nhiều nghiên cứu được tiến hành trong nhiều năm để xây dựng một phương pháp khách quan đơn giản và ít tốn kém để đo độ suy giảm của máy thu di động trên mặt đất khi có tạp gây ra do bộ đánh lửa. Mã hoá dự báo tuyến tính (LPC) không đơn giản và cũng tốn kém (khi so sánh với thiết bị dùng trong các phép đo CISPR-12) nhưng về kỹ thuật thì Mã hoá dự báo tuyến tính là phương pháp khách quan tốt để đo độ suy giảm của máy thu.

Các thử nghiệm chủ quan đã chứng tỏ hiệu lực trong việc đánh giá độ suy giảm của máy thu di động. Trong hai phương pháp đánh giá chủ quan được sử dụng, thì độ rõ được xác định là tốt hơn độ khó chịu trong việc mô tả đặc điểm ảnh hưởng của tạp tần số rađiô lên mạng truyền thông. Tuy vậy, hầu hết các phép đo khách quan tiến hành trong quá trình thử nghiệm chủ quan đều cho thấy sự tương quan kém. Phương pháp Mã hoá dự báo tuyến tính (LPC) cho thấy sự tương quan tốt với phương pháp thử nghiệm độ rõ bằng cách chủ quan. Tuy nhiên, ưu tiên các thử nghiệm chủ quan, vì tính đơn giản và chi phí thấp hơn.

Việc chỉ xem xét các phương pháp thử nghiệm chủ quan, và với kết quả của nhiều thử nghiệm được tiến hành, thì khuyến cáo nên sử dụng độ rõ như một chỉ số tính năng của hệ thống thông tin thay vì sử dụng độ khó chịu.

4 Cải thiện tính năng của thông tin di động tần số rađiô

Các nỗ lực quốc tế để đo và kiểm tra tạp do đánh lửa đã được tiến hành ngay từ khi thành lập CISPR năm 1934. Kết quả là biên soạn một số tiêu chuẩn, mà nếu được tiến hành đồng thời, thì bức xạ từ hầu hết các phương tiện giao thông hiện nay sẽ được hạn chế. Kinh nghiệm rộng rãi với hàng triệu phương tiện giao thông đường bộ trong một loạt các môi trường khác nhau trên thế giới đều chứng tỏ rằng không cần giảm các giớí hạn đang có đối với việc bảo vệ máy thu FM, AM và các máy thu vô tuyến quảng bá dùng trong các toà nhà dọc theo các đường phố.

Tuy nhiên, các hệ thống thông tin di động tần số rađiô trên mặt đất hiện nay vẫn phải chịu các nhiễu từ nhiều nguồn khác. Theo truyền thống, các hệ thống này sử dụng mô hình tạp Gauss trắng cổ điển khi tính năng tạp đã được xem xét [2]. Tuy nhiên, góp phần chính trong môi trường di động tần số rađiô là tạp xung. Các cải tiến cơ bản trong thiết kế máy thu đã được đề xuất để tối ưu hoá tính năng trong điều kiện xung. Hầu hết các khuyến cáo sau đây được áp dụng đối với thiết bị tần số cao trong quân sự và đã làm tăng cường các tính năng của máy thu, nhưng chúng chưa được áp dụng rộng rãi trong các thiết bị di động thương mại tần số rất cao có điều tần.

Vẫn còn có thể cải tiến ở hầu hết các giai đoạn của các phần thu tần số rất cao có điều biến tần số truyền thống.

a) Các bộ khuếch đại và các bộ trộn tần số rađiô có sử dụng MOSFETS có nén độ lợi và méo hài cao bậc ba. Việc sử dụng các bộ khuếch đại tần số rađiô có hồi tiếp dòng, lưỡng cực, đối xứng và các bộ trộn thụ động bậc cao cân bằng kép sẽ cung cấp dải động cao [3] và các điểm chặn hài bậc ba tốt cần thiết cho việc sử dụng phương tiện di động.

b) Việc sử dụng các phương pháp vòng khoá pha để tạo tín hiệu truyền cao tần sẽ làm giảm các thành phần méo gây bởi tạp dải biên trong bộ dao động thạch anh thông thường.

c) Tính năng tín hiệu yếu có thể được cải thiện bằng cách sử dụng bộ tách sóng cho phép loại bỏ tạp điều biến biên độ tốt hơn so với bộ tách sóng cầu phương hiện đang sử dụng [4] [5] [6].

d) Tính năng của các bộ khử tạp có thể được cải thiện bằng cách đưa chúng từ các bộ khuếch đại trung tần đến các bộ khuếch đại cao tần, do đó loại trừ được các ảnh hưởng của các bộ lọc thông dải (sự dãn xung) trong các bộ khuếch đại trung tần.

5 Kết luận

CISPR 12 được sử dụng rộng rãi để đo và kiểm tra tạp do đánh lửa. Không có sẵn tiêu chuẩn tương tự nào như vậy để tiêu chuẩn hoá các tiêu chí cho thiết kế hoặc cho phép đo đối với việc khử tạp máy thu. Việc xây dựng các tiêu chuẩn của các máy thu có khử là yêu cầu ưu tiên cao trong nghiên cứu tổng thể độ suy giảm đối với các kênh thông tin.

THƯ MỤC THAM KHẢO

[1] GAMAUF K. J. and HARTMAN W. J., Objective Measurement of Voice Channel Intelligibility, October 1977; available from the National Technical Information Service, Springfield, Virginia 22151, USA, reference number FAA-RD-77-153.

[2] SPAULDING and SEELEY S. H., Proc. IRE. 25, 1937, p.289.

[3] SKOMAl N. Edward, Man-made Radio Noise, van Nostrand Reinhold Co., New York 1978.

[4] FOSTER D. F. and SEELEY S. H., Proc. IRE. 25, 1937, p.289.

[5] SEELEY S. W. and AVINS J., The radio Detector, RCA Review 8, 1947, p. 289

[6] LOUGHLIN B. D., The Theory of Amplitude Modulation Rejection in the Radio Detector, Proc. IRE.40, pp. 289-296 (March 1952).