Kỹ thuật điều chế biên độ

• Truyền thông băng cơ sở : Truyền thông không sử dụng điều chế thông tin được truyền ở dạng gốc - Không dịch tần số của tín hiệu.• Truyền thông sóng mang : Truyền thông sử dụng các kỹ t

Điều chế biên độ

• Truyền thông băng cơ sở : Truyền thông không sử dụng điều chế (thông tin được truyền ở dạng gốc) - Không dịch tần số của tín hiệu.

• Truyền thông sóng mang : Truyền thông sử dụng các kỹ thuật

điều chế nhằm chuyển đổi dải tần số của tín hiệu tin.

(AM, FM, PM, FSK, PSK, QAM, ……)

Truyền thông băng cơ sở và truyền thông sóng mang

• Khái niệm băng cơ sở được gán cho một dải tần số của tín hiệu phát ra từ nguồn, trong đó dải tần số của tín hiệu nằm xung quanh tần số 0.

• Đối với điện thoại: băng cơ sở là dải âm tần (tần số của tín hiệu âm thanh) chiếm từ 0 - 4000 Hz

• Tivi : băng cơ sở là dải tần của tín hiệu video chiếm từ 0 - 6 MHz

• Các tín hiệu điều chế xung:

• PAM (Pulse Amplitude Modulation:điều chế biên độ xung )

• PWM (PULSE WIDTH MODULATION: điều chế độ rộng xung)

• PPM (PULSE POSITION MODULATION: điều chế vị trí xung)

• PCM (PULSE CODE MODULATION: Điều chế xung mã)

• Mặc dù sử dụng thuật ngữ điều chế nhưng các tín hiệu trên vẫn là

tín hiệu băng cơ sở

Truyền thông băng cơ sở

• Tín hiệu băng cơ sở có công suất lớn ở các tần số thấp.

• Tín hiệu băng cơ sở không thể truyền qua đường vô tuyến

(ngoài không gian tự do.)

• Tín hiệu băng cơ sở phù hợp cho việc truyền dẫn trên dây đồng hay trên sợi quang.

Ví dụ:

• Truyền dẫn tín hiệu thoại trong tổng đài nội vùng.

• Truyền dẫn giữa các tổng đài nội vùng (sử dụng PCM)

Truyền thông băng cơ sở

• Được sử dụng khi không thể truyền băng cơ sở thông qua không gian tự do.

• Sử dụng các phương pháp điều chế để chuyển đổi băng tần tín hiệu.

• Cho phép ghép nhiều tín hiệu, truyền đồng thời mà

không bị giao thoa.

• Cho phép chế tạo được các anten với kích cỡ nhỏ.

Truyền thông sóng mang

• Trong điều chế biên độ, biên độ của sóng mang tần

số cao được điều chế (biến đổi ) tỷ lệ với biên độ tức thời của tín hiệu tin để tạo ra tín hiệu điều chế có

đường bao mang thông tin.

• Hay, biên độ của sóng mang tỷ lệ với tín hiệu tin.

•Tốc độ lặp lại hình bao của tín hiệu điều chế chính là tần số của tín hiệu tin.

Điều chế biên độ

Bộ điều chế AM: có hai đầu vào , một đầu ra

AM MODULATOR

Tín hiệu sóng mang tần số cao

Tín hiệu tin tần số thấp

(MODULATING WAVE)

• Có thể là tín hiệu đơn tần (TONE) hay

• Tín hiệu phức tạp (Đa tần) - tiếng nói: 300 Hz - 4000 Hz

T ín hiệu điều chế AM Phát thanh quảng bá AM (550 kHz - 1600 kHz)

Điều chế biên độ

•Một số tính chất:

• Tương đối rẻ

• Chất lượng thấp, hoạt động kém trong môi trường nhiễu

• Được sử dụng phổ biến cho hệ thống phát thanh quảng bá

• Sử dụng cho hệ thống điện đàm (CB radio)

Điều chế biên độ

• Có một số kiểu điều chế biên độ:

• DSB-SC (Double SideBand Suppress Carrier

: Điều chế biên độ triệt tiêu sóng mang)

• DSB-FC (Double SideBand Full Carrier: Điều chế biên độ AM)

• SSB-SC (Single SideBand Suppress Carrier: Điều chế đơn biên triệt tiêu sóng mang)

• SSB-FC (Single SideBand Full Carrier : điều chế đơn biên )

• VSB (Vestigal SideBand)

DSB-FC được sử dụng phổ biến hay còn được gọi là AM.

Các kiểu điều chế biên độ

Điều chế biên độ

DSB-FC AM

(AM)

 E m t  t t

   

E t

f E

t

V

gives Which

t f t

f E

t f E

t V

get

We

Y X

Y X

Y X

Given

t f t

f E

t V

t f t

f E

E t

V Signal

Modulated

m c

m c

c c

c am

m c

c c

c am

c m

c am

c m

m c

am

) (

2 cos )

( 2

cos 2

2 cos )

(

:

2 cos 2

cos 2

cos )

( :

)

cos(

2

1 )

cos(

2

1 )

)(cos (cos

:

2 cos 2

cos 1

) (

2 cos 2

cos )

( :

t E For c(  ) c cos 2  c Em(  t ) Em cos 2  fmt

Sơ đồ điều chế DSB-FC

t E

f

2

2 cos        

• Biên độ của sóng mang không bị ảnh hưởng bởi quá trình điều chế AM

Phổ tín hiệu DSB-FC

) ( 

) (

Tín hiệu điều chế AM có phổ tập trung xung quanh tần số f c, bao gồm hai dải biên tần: USB (dải tần trên) là những tần số lớn hơn f c, LSB (dải tần dưới) là những tần số nhỏ hơn f c

USB LSB

 f f t f f t 

E t

Phổ tín hiệu DSB-FC

Trường hợp tín hiệu tin là đơn tần

Tín hiệu DSB-FC

OR t

f E

t

Vc(  ) c sin 2  c c cos 2  c

t f E

OR t

f E

E





% 100

x E

E M

Phần trăm điều chế (M)

Phần trăm điều chế chỉ ra phần trăm biên độ tín hiệu ra bị thay đổi khi tín hiệu sóng mang bị điều chế bởi tín hiệu tin.

% 100

x E

E M

c m



Bi ên độ của tín hiệu điều chế : V  Ec  Em   Em

m c

E



c c

c

c c

c

E E

E V

E E

E

V

) 1

(

) 1

Tín hiệu DSB-FC

min max

min max

V V

V

V E

Ec

1

min max V

V

Em  

)

( 2

1

min max V

V

Ec  

)

( 4

1

2 V max V min

E E

Eusf  lsf  m  

m c

Khoảng tần số hai dải biên:

Tần số dải tần trên và dưới khi tín hiệu tin có một tần số là 3 Khz.

(100 - 3) kHz = 97 kHz = LSF (100 + 3) kHz = 103 kHz = USF

Cho tín hiệu AM có dạng sóng dưới đây:

Xác định:

DSB-FC ví dụ 2

Biên độ tần số dải tần trên và dưới:

)

( 4

1

2 V max V min

E E

Eusf  lsf  m  

V E

V

Ec ( 18 2 ) 10

2

1 )

( 2

V

Em ( 18 2 ) 8

2

1 )

( 2

Hệ số điều chế

8

0 10

8

min max

min max

V

V E

% 100 8

0

c m

% 80

%

100 2

min max

V

V M

DSB-FC ví dụ 2

ONE INPUT TO A CONVENTIONAL MODULATOR IS A 500 kHz

CARRIER WITH AN AMPLITUDE OF 20 Vp THE SECOND INPUT

IS A 10 kHz MODULATING SIGNAL THAT IS OF SUFFICIENT

AMPLITUDE TO CAUSE A CHANGE IN THE OUTPUT WAVE

OF DETERMINE:

UPPER AND LOWER SIDE FREQUENCIES

MODULATION COEFFICIENT AND PERCENT MODULATION

(500 + 10) kHz = 510 kHz = USF (500 - 10) kHz = 490 kHz = LSF

Vp

5 7



375

0 20

5

%

100 20

5

7



 x M

DSB-FC ví dụ 3

PEAK AMPLITUDE OF THE MODULATED CARRIER

UPPER AND LOWER SIDE FREQUENCY VOLTAGES

Ec (MODULATED) = Ec (UNMODULATED) = 20 Vp

Vp

E

E E

Eusf lsf m c 3 75

2

) 20 (

375

0 2

Công suất DSB-FC

2 2

c

m lsf

E

2

) 707

0

R

E P

P

4 8

c

lsb usb

c

P   

2 4

4

2 2

2

c c

c

c c

P

P

P P

) 2

1 (

C ông suất sóng mang ở trong tín hiệu điều chế =

C ông suất sóng mang chưa điều chế

(C ông suất sóng mang không bị ảnh hưởng bởi quá trình điều chế )

Công suất DSB-FC

) 2

1 (

Công suất tổng cộng tăng khi hệ số điều chế tăng

) 2

1 (

Công suất DSB-FC

) 2

1 (

2

1 1

• Ưu điểm của AM là có thể thiết kế các bộ thu với

giá thành rất rẻ.

• Sóng mang không mang tin tức, công suất trên nó

là hao phí.

Công suất DSB-FC

Ví dụ DSB-FC

Vc = 10 Vp, RL = 10 Ohms, hệ số điều chế bằng 1, Xác đinh:

Công suất sóng mang

Công suất dải tần trên và dưới:

W R

E

) 10 ( 2

10 2

P

Pusb lsb c 1 25

4

) 5 (

1 4

P

Pusb lsb c 2 5

2

) 5 (

1 2

FOR AN AM DSB-FC WAVE WITH A PEAK UNMODULATED

CARRIER VOLTAGE Vc = 10 Vp, A LOAD RESIATANCE OF

RL = 10 Ohms, AND A MODULATION INDEX OF 1, DETERMINE:

Công suất tổng cộng:

W P

2

1 1

( 5

) 2

1 (

Điều chế AM của tín hiệu tổng hợp

Trong tất cả phân tích ở trên ta đều giả sử rằng tín hiệu tin

là đơn tần (TONE).

Trong thực tế, tín hiệu tin thường là tín hiệu tổng hợp

(bao gồm nhiều thành phần tần số)

Nếu tín hiệu tin có hai thành phần tần số, thì, tín hiệu điều chế sẽ bao gồm

thành phần sóng mang và 2 dải biên, mỗi dải 2 tần số:

 f f t f f t 

E t

f E

t f

f t

f f

E t

f E

m c

m c

c c

c

m c

m c

c c

c

) (

2 cos )

( 2

cos 2

2 cos

) (

2 cos )

( 2

cos 2

2 cos

22

2

11

Khi tín hiệu tin có nhiều tần số, hệ số điều chế được tính bởi:

22

2

2

1 2

Sự phân bố công suất của AM

Công suất của sóng mang, hai dải tần

c

t c

t lsbt

R

E P

P

4 8

c

m lsf

E

2

) 707

0

Công suất tổng:

sbt c

P  

) 2

1 (

2

t c

t P

P   

Chú ý: hệ số điều chế phải <=1 (không điều chế quá mức)

Sự phân bố công suất của AM

Pc = 100 W, được điều chế bởi 3 tín hiệu sin có các hệ số điều chế sau:

Tính

Hệ số điều chế tổng:

Công suất hai dải tần

W P

Psbt t c 22 445

2

) 100 (

67

0 2

4 0 ,

2



67

0 5

0 4

0 2

0 1

( 100

C (  ) cos  c

) ( )

( t C t

MODULATOR

Giải điều chế AM

Giải điều chế bằng phương pháp kết hợp: tín hiệu sóng mang

được khôi phục lại phía máy thu.

Giải điều chế không kết hợp: không cần tách sóng mang tại máy

thu Áp dụng đối với trường hợp hệ số điều chế nhỏ hơn 1 (tách

sóng đường bao)

Giải điều chế bằng

phương pháp kết hợp.

t t

C (  ) cos  c

MULTIPLIER MODULATOR

[Ec + m(t)]coswct

Tách sóng đường bao

(Envelop Detector)

AMPLITUDE MODULATION

DSB-SC AM

) ( t E  t M 

m  m m 

) ( cos

) ( t E  t C 

C  c c 

t t

E E t

C t

m c

c m

) cos(

( c EmEc c m c m

t t

cos(

2

1 )

)(cos

t t

m (  ) cos  m

t t

C (  ) cos  c

) ( )

( t C t m

E

E

m c

m c

c m

) cos(

)

cos(

2       

MULTIPLIER MODULATOR

DSB-SC

) ( 

M

Tín hiệu tin

) ( 

Gồm hai dải tần: USB, LSB

USB LSB

m c

c m

) cos(

C (  ) cos  c

) ( )

( t C t

MODULATOR

Sơ đồ giải điều chế

DSB-SC

MULTIPLIER MODULATOR

[Ec + m(t)]coswct

Giải điều chế bằng phương pháp kết hợp: tín hiệu

sóng mang được khôi phục lại phía máy thu.

Đặc điểm của hệ thống triệt tiêu sóng mang (SC)

• H ệ thống SC cần các bộ thu phức tạp để phát sóng mang với tần số

và pha đồng bộ với bên phát để giải điều chế

• H ệ thống SC sử dụng công suất hiệu quả hơn

• Hệ thống SC được sử dụng trong truyền thông điểm - điểm

(1 thu và 1 phát)

• Hệ thống FC được sử dụng trong hệ phát thanh quảng bá do nó

đơn giản được thiết bị thu.