Tổng quan

Công nghệ định vị vệ tinh đã trở thành một công nghệ định vị được ứng dụng rộng rãi trong các hoạt động của con người và nhanh chóng phát triển thành một ngành công nghiệp mới nổi — ngành công nghiệp định vị và dẫn đường vệ tinh. Hoa Kỳ và Nga đã xây dựng thành công các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu, lần lượt là GPS và GLONASS, còn Liên minh châu Âu hiện đang xây dựng hệ thống GALILEO. Năm 2000, Trung Quốc đã phóng hai vệ tinh cho Hệ thống định vị vệ tinh Beidou (BDS), đánh dấu một bước đột phá trong công nghệ định vị vệ tinh của Trung Quốc. Điều này đã đưa Trung Quốc trở thành quốc gia thứ ba trên thế giới sở hữu hệ thống định vị vệ tinh độc lập.

Khác với GPS, Hệ thống Định vị Vệ tinh Beidou sử dụng hệ thống định vị hai chiều chủ động. Hệ thống Beidou bao gồm hai vệ tinh địa tĩnh, một hệ thống điều khiển trung tâm, một hệ thống hiệu chuẩn và các thiết bị người dùng khác nhau. Hệ thống điều khiển trung tâm gửi tín hiệu yêu cầu đến hai vệ tinh, sau đó các tín hiệu này được truyền lại đến người dùng trong khu vực phủ sóng. Người dùng phản hồi tín hiệu yêu cầu của một vệ tinh và gửi phản hồi đến cả hai vệ tinh, sau đó tín hiệu này được chuyển tiếp trở lại hệ thống điều khiển trung tâm. Hệ thống điều khiển nhận và giải mã tín hiệu của người dùng, xử lý chúng phù hợp dựa trên dịch vụ được yêu cầu.

Mặc dù hệ thống vệ tinh thế hệ Beidou có khả năng truyền thông, nhưng phương pháp định vị chủ động của nó lại hạn chế một số yếu tố như số lượng người dùng, độ chính xác định vị, tính ẩn danh và tần suất định vị. Nhờ những cải tiến trong thuật toán xử lý băng tần cơ sở của hệ thống định vị vệ tinh thế hệ Beidou, hiện nay đã đạt được khả năng định vị thụ động bằng ba vệ tinh. Năm 2005, Trung Quốc đã phát triển thành công bộ thu định vị thụ động vệ tinh Beidou I đầu tiên, giải quyết được vấn đề định vị nhanh thời gian thực một cách độc lập. Thiết bị này cung cấp các dịch vụ điều hướng và định vị thời gian thực, độ chính xác cao, trong mọi điều kiện thời tiết cho Trung Quốc và các khu vực lân cận. Sự hoàn thiện liên tục của định vị thụ động thế hệ Beidou mở rộng đáng kể các ứng dụng tiềm năng của các sản phẩm đầu cuối thế hệ Beidou.

Một ứng dụng quan trọng của các sản phẩm thiết bị đầu cuối thế hệ Beidou là đồng bộ hóa thời gian bằng một bộ thu duy nhất, vốn là yếu tố thiết yếu đối với nhiều ngành công nghiệp, chẳng hạn như các trạm cơ sở viễn thông và ngành điện lực. Hiện nay, các ngành này vẫn đang dựa vào GPS để đồng bộ hóa thời gian, nhưng ngày càng rõ ràng rằng việc áp dụng đồng bộ hóa thời gian Beidou sẽ trở thành xu hướng, với nhu cầu rất lớn.

Chip RF RNC2410: Một bước đột phá quan trọng cho thế hệ Beidou

Để đáp ứng nhu cầu trên thị trường bộ thu đơn thế hệ Beidou, một công ty Trung Quốc đã phát triển Chip thu sóng vô tuyến đơn thu thế hệ Beidou RNC2410. RNC2410 mang lại hiệu suất vượt trội, mức tiêu thụ điện năng thấp, độ ổn định cao và kích thước nhỏ gọn. Thiết bị này chỉ cần một số linh kiện ngoại vi để thực hiện chức năng thu sóng RF của hệ thống Beidou, giúp giảm đáng kể kích thước sản phẩm và chi phí hệ thống.

Các tính năng chính của RNC2410

RNC2410 là một chip thu sóng tần số vô tuyến (RF) được thiết kế dành cho hệ thống định vị vệ tinh Beidou thế hệ mới. Chip này tích hợp tất cả các mô-đun kênh thu và bộ tổng hợp tần số. Kênh thu cung cấp cả đầu ra tín hiệu analog và đầu ra tín hiệu được lượng tử hóa bằng bộ chuyển đổi ADC, cùng với đầu ra đồng hồ lấy mẫu. Chỉ với một số linh kiện ngoại vi, chip này có thể thực hiện chức năng thu sóng cần thiết cho các thiết bị người dùng Beidou. Chip sử dụng giao thức giao tiếp SPI tiêu chuẩn.

Con chip này áp dụng cấu trúc chuyển đổi tần số hai giai đoạn. Bộ thu trước tiên sẽ chuyển đổi tín hiệu RF xuống tần số trung gian đầu tiên (IF) thông qua mạch đầu vào RF, sau đó tiếp tục chuyển đổi tần số IF đầu tiên xuống tần số IF cuối cùng thông qua bộ trộn thứ hai. Với việc lập kế hoạch tần số hợp lý, điều này giúp cải thiện đáng kể khả năng triệt tiêu tín hiệu phản xạ và độ chọn lọc kênh của bộ thu. Để tăng cường tính tích hợp của chip và giảm số lượng linh kiện bên ngoài, chip tích hợp bộ tổng hợp tần số và các bộ dao động điều khiển điện áp (VCO) tương ứng, cũng như mạch khóa pha (PLL) được sử dụng để tạo ra đồng hồ lấy mẫu ADC. PLL này cũng cung cấp đồng hồ tham chiếu cho phần băng tần cơ sở.

Một bộ khuếch đại có độ lợi điều chỉnh theo bước 1dB được sử dụng trong giai đoạn tần số trung gian (IF), đảm bảo mức tín hiệu đầu ra duy trì ở điện áp chênh lệch đỉnh-đỉnh 1V thông qua vòng điều khiển độ lợi tự động (AGC). RNC2410 có thể cung cấp cả tín hiệu IF dạng analog và tín hiệu lượng tử hóa 2 bit.

Các ứng dụng của RNC2410

Nhờ mức độ tích hợp cao, chip RNC2410 giúp đơn giản hóa thiết kế hệ thống bằng cách chỉ yêu cầu một mạch ngoại vi tối thiểu cho chức năng thu tín hiệu. Hình 1 trình bày sơ đồ hệ thống của một thiết bị thu tín hiệu Beidou thế hệ mới sử dụng chip RNC2410.

Trong sơ đồ, bộ khuếch đại tiếng ồn thấp (LNA) BDI dành cho Beidou I cung cấp hệ số khuếch đại lớn hơn 42dB với hệ số tiếng ồn dưới 1,3dB. Bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) có thể sử dụng chip AD9283 của ADI hoặc các sản phẩm tương tự. Dải tần số cơ sở BDI có thể được triển khai bằng cách sử dụng chip chuyên dụng hoặc FPGA.

Do đầu vào RF của RNC2410 là dạng vi sai, trong khi trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại tín hiệu yếu (LNA) là dạng đơn cực (50 ohm), nên cần phải có các mạch điều chỉnh trở kháng đầu vào. Một balun chuyển đổi từ 50 ohm đơn cực sang 100 ohm vi sai được sử dụng cùng với mạng T vi sai để đảm bảo sự phù hợp về trở kháng giữa balun và chip.

Để cải thiện khả năng khử nhiễu hình ảnh và độ chọn lọc kênh, một bộ lọc SAW có độ chọn lọc cao được sử dụng tại tần số trung gian (IF) đầu tiên và được điều chỉnh phù hợp. RNC2410 cung cấp hai giao diện kết nối với phần băng cơ sở: một giao diện cung cấp tín hiệu IF dạng analog, được lấy mẫu bởi bộ chuyển đổi ADC bên ngoài để tạo ra tín hiệu lượng tử hóa cho băng cơ sở; trong khi giao diện còn lại cung cấp tín hiệu IF lượng tử hóa với độ phân giải 2 bit, được truyền trực tiếp đến băng cơ sở.

Kết quả thử nghiệm của thiết bị đầu cuối Beidou I sử dụng chip RNC2410 cho thấy độ nhạy thu cao hơn -157,6 dBm.

Kết luận

RNC2410 là một chip tần số vô tuyến (RF) được phát triển độc lập dành cho hệ thống định vị vệ tinh Beidou. Sản phẩm này giúp giảm đáng kể kích thước và chi phí so với các sản phẩm truyền thống. Hiệu suất của mô-đun hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu của hệ thống tổng thể và hiện đang được đưa vào sử dụng thử nghiệm. Dự kiến sản xuất hàng loạt sẽ sớm được triển khai, điều này sẽ thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp định vị vệ tinh Beidou tại Trung Quốc.