mô phỏng quá trình điều chế biên độ tín hiệu tương tự cơ bản_có mô phỏng đầy đủ

MỤC LỤC Lời mở đầu CHƯƠNG I: ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ 1.1. Khái niệm chung về điều chế tín hiệu 1.1.1. Khái niệm 1.1.2. Phân loại 1.1.3.Các thông số đặc trưng 1.2. Điều chế biên độ 1.3. Điều tần và điều pha CHƯƠNG II: ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 2.1. Khái niệm chung về điều chế biên độ 2.1.1. Điều chế biên độ 2.1.2. Các dạng điều chế biên độ 2.2.DSB – AM 2.3. AM cổ điển 2.4. SSB – AM CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 3.1. Mô phỏng quá trình điều chế DSB-AM 3.2. Mô phỏng quá trình điều chế AM truyền thống 3.3. Mô phỏng quá trình điều chế SSB-AM 3.4. Mô phỏng quá trình giải điều chế DSB-AM 3.5. Mô phỏng quá trình giải điều chế AM truyền thống 3.6. Mô phỏng quá trình giải điều chế SSB-AM 1 Lời mở đầu Trong thời đại ngày nay, để truyền tải thông tin đi xa là một việc vô cùng quan trọng. Để truyền tải thông tin đi xa chúng ta phải chuyển tin tức từ miền tần số thấp sang miền tần số cao. Vì vậy em đã chọn đề tài ‘‘Mô phỏng quá trình điều chế biên độ tín hiệu tương tự cơ bản” Em đã dùng chương trình matlap, để mô phỏng quá trình điều chế biên độ tín hiệu. Từ đó có thể so sánh quá trình điều chế biên độ tín hiệu thực tế so với lí thuyết Trong quá trình thực thực hiện đồ án em chân thành cảm ơn Ts: Lê Quốc Vượng đã tận tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trong quá trình làm đồ án do vốn kiền thức và kinh nghiệm còn ít em không tránh khỏi những sơ suất, mong các thầy các cô và các bạn chỉ dẫn thêm để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin cảm ơn các thầy các cô đã nhiệt tình dạy dỗ em trong suốt bốn năm qua để em có thể hoàn thành khoá học 2 Chương I ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU 1.1.1 Khái niệm Điều chế là quá trình ghi tin tức vào một dao động cao tần nhờ biến đổi một thông số nào đó (Biên độ, tần số, góc pha, độ rộng xung…) của dao động cao tần theo tin tức. Trong trường hợp này tin tức gọi là tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi là tải tin, còn dao động cao tần mang tin tức gọi dao động cao tần đã điều chế. đối với tải tin điều hoà, người ta phân biệt hai loại điều chế: điều biên và điều chế góc, trong đó điều chế góc bao gồm điều tần và điều pha. 1.1.2. Phân loại Các phương pháp điều chế tương tự thông dụng là: +Điều biên(Amplitude modulation) -Điều chế hai biên (DSB-Double-sideband modulation) Điều chế hai biên không triệt sóng mang(DSB-WC) Điều chế hai biên triệt sóng mang(DSB-SC) Điều chế hai biên nén sóng mang(DSB-RC) -Điều chế đơn biên Điều chế đơn biên (SSB hoặc SSB-AM) Điều chế đơn biên triệt sóng mang(SSB-SC) Điều chế Vestigial sideband(VSB hoặc VSB-AM) +điều tần +điều pha 1.1.3. Các thông số đặc trưng -Độ sâu điều chế (m):là tỷ số giữa biên độ tín hiệu điều chế và biên độ tín hiệu sóng mang Độ sâu điều chế m phải thoả mãn điều kiện m ≤ 1. khi m > 1 thì mạch có hiện tuợng bị méo trầm trọng 3 - Công suất phát đi bằng tổng công suất sóng mang và công suất hai dải biên T C USB LSB P P P P= + + Công suất các dải biên phụ thuộc vào giá tri chỉ số điều chế. Tỷ lệ điều chế lớn sẽ cho công suất dải biên cao hơn. Tất nhiên công suất của dải biên đạt giá trị cực đại khi điều chế sóng mang đạt 100%. Công suất của mỗi dải biên P s được tính theo công thức sau: 2 4 C s USB LSB P m P P P= = = U m < 1 Hình 1.1. Độ sâu điều chế t/h khi m<1 u m > 1 Hình 1.2. Độ sâu điều chế t/h khi m>1 4 1.2. ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ Có 3 phương pháp cơ bản để điều chế biên độ hay tách sóng -Tách sóng đồng bộ. -Tách sóng đường bao trung bình. -Tách sóng đường bao đỉnh. Phương thức cơ bản đằng sau tất cả các cách thức điều chế là tái phục hồi điều biến thông tin hàm g(t) từ việc điều chế sóng mang mà nó có hàm truyền: v i (t) = g(t).cosω c t (Nếu là tín hiệu AM bình thường : g(t) ≥0; Nếu là sóng mang A đã được lọc nhiễu: g(t) = 0). Đây là cách thức điều chế tín hiệu khác của phương thức điều chế tín hiệu SSB. Tách sóng tín hiệu SSB chỉ là cách giải quyết khác nằm ngoài phạm vi điều chế và sẽ không được xem xét đến. 1.2.1.Tách sóng đồng bộ: Sơ đồ khối của tách sóng đồng bộ Hình 1.3.Sơ đồ khối tách sóng đồng bộ Nếu v i = g(t)cos(ω c t) thì khi đó việc nhân với hằng số K sẽ là: v m (t) = K.g(t)cos(ω c t).Bcos(ω c t) = KB[ tw tgtg c 2cos 2 )( 2 )( + ] Nếu mạch lọc thông thấp loại bỏ bớt một phần của v m (t) (tổ hợp các tín hiệu 2ω 0 ) thì khi đó tách sóng ở ngõ ra có dạng: v 0 (t) = )().( 2 thtg KB L Khi đó H L (jω) là biến đổi Fourier của hàm h L (t). Như vậy, tách sóng đồng bộ không khác nhiều lắm so với việc trộn tín hiệu. Trong việc trộn tín hiệu, chúng ta nhân 2 tín hiệu có tần số khác nhau, tín hiệu có tần số khác là tần số IF; ở đây, 5 x Lọc thông thấp H L (jω) V i (t) V m (t) V 0 (t) chúng ta nhân 2 tín hiệu có cùng tần số, tín hiệu có tần số khác là 0. Đôi khi việc tách sóng đồng bộ được gọi là “trộn với 0” hay “trộn với băng tần cơ bản”. Cái khó của việc tách sóng đồng bộ là không ở trong mạch điện: cùng một mạch điện ta có thể sử dụng cả trộn và điều biên tín hiệu. Vấn đề chính là phải chuyển đi một điện áp đồng bộ chính xác với sóng mang. Ta có thể dễ dàng kiểm tra lại trong trường hợp này: θ cos 2 )()( )( 0 oHtKBg tv L = Tín hiệu này bị suy giảm trong bộ so sánh với trường hợp θ = 0. Để tách sóng ngõ ra tối ưu θ phải được đưa về giá trị 0. Chỉ có tín hiệu điều biên AM thông thường có tần số ω c . Nó có thể được rút ra hay thêm vào tín hiện ngõ vào của điều chế đồng bộ. Sóng mang đã được lọc nhiễu và tín hiệu điều biên SSB không có thành phần này (ω c ). Và nếu trong việc lọc nhiễu tín hiệu sóng mang AM này có thể tái tạo trở lại dễ dàng, nó không thể làm được với tín hiệu SSB, thì vấn đề phức tạp chính là nhận tín hiệu SSB và biến đổi chúng trở lại tín hiệu v m (t). v m (t) = KB[ tw tgtg c 2cos 2 )( 2 )( + ] Sự phân bố của tín hiệu này được trình diễn như sau: cos( ) 2 KB j ω cos( 2 ) 2 KB c ω ω − 2 o ω ( ) m v j ω Hình 1.4 sự phân bố của tín hiệu 6 v i (t) V 2 (t) Tái chế t/h 2w 0 w 0 v i (t) V a (t) V 0 (t) H L (jω) Từ hình trên ta có thể thấy rằng yêu cầu so sánh tín hiệu ngõ ra từ phần trung tâm khoảng 2ω 0 là không bằng nhau. ω m <ω 0 thì thỏa yêu cầu. Rút hàm truyền sóng mang Nếu chế AM thông thường: v i (t) = A[1+mƒ(t)]cos(ω c t) = Acos(ω c t) + Amƒ(t)cos(ω c t) Nếu tín hiệu sóng mang đã được khử nhiễu: v i (t) = g(t)cos(ω c t) v 2 (t) = kg 2 (t)cos 2 (w c t) = )(2cos 2 )( 2 )( 22 tw tkgtkg c + 1.2.2Tách sóng giá trị trung bình: Hình 1.5 Điều biên bằng tách sóng giá trị trung bình Nếu v i (t) = g(t)cos(ω c t), thì khi đó v a = v i khi v i > 0 và v a = 0 khi v i ≤ 0 Ta có hàm truyền của v a : v a (t) = g(t)cos(ω c t).S(t) với S(t) là hàm có chức năng điều khiển như một công tắc S(t) = 1 khi cos(ω c t) S(t) = 0 khi cos(ω c t) Khai triển Fourier của hàm s(t) ta được: 1 2 2 1 ( ) cos( ) cos(3 ) 2 3 c c S t t t ω ω π π = + − + Ta tìm được: 7 Khối đk sóng vuông Lọc băng hẹp Bộ đếm xuống x 2 Lọc băng hẹp Tách ½ sóng Lọc thông thấp )3cos().cos( 3 )(2 )(cos )(2 )cos( 2 )( )( 2 +−+= tt tg t tg t tg tv cccca ωω π ω π ω Tín hiệu điều hòa AM Tín hiệu sau khi qua mạch lọc thông thấp sẽ là: )( )( )( 0 th tg tv L ∗= π Khi đó h L (t) là xung hồi phục của lọc thông thấp. Nếu lọc thông thấp có đủ độ rộng băng thông để cho g(t) không bị méo thì khi đó: )( )( )( 0 oH tg tv L π = g(t) g(t)cost m ω - c ω 2 / 2 m c ω ω < t 1 0 2T ω Vi(t) Vo(t) S(t) 8 ½ vùng tách sóng được phục hồi trở lại bởi sự cân chỉnh toàn bộ sóng. Lọc thông thấp x2 này được đưa đến ngõ ra và di phổ )( ω jV a trở lại trung tâm bằng cách rút ra ω c .g(t) nếu ω m <ω e . Tách sóng giá trị trung bình không thể ứng dụng để tách sóng của tín hiệu sóng mang khử nhiễu AM (ngược với việc tách sóng đồng bộ). Nhìn theo sơ đồ khối bên dưới: Nó cũng không thể ứng dụng đối với tín hiệu AM SSB. 1.2.3.Tách sóng đường bao đỉnh: Ngõ ra của tách sóng đường bao đỉnh là giữ và lấy mẫu tín hiệu. t t g(t) Vo(t) Vi(t) D R C 9 Phổ của tín hiệu giữ và lấy mẫu: Hình 1.6 Phổ của tín hiệu giữ và lấy mẫu t n Vi(t) t V0(t) 1 ( ) o V j ω m m ω ω − + m ω c ω 10 [...]... mãn điều kiện m = 1 Nếu m > 1 thì mạch có hiện tượng điều chế và tín hiệu méo trầm trọng Trong thực tế mmax = 0,7 ÷ 0,8 để đảm bảo thu tín hiệu không bị méo 2.1.2 các dạng điều chế biên độ Theo cách xử lí tín hiệu điều chế ta phân chia điều chế tín hiệu thành các loại: -Điều chế hai biên (DSB-AM): Trong DSB-AM, biên độ của tín hiệu đã điều chế tỉ lệ với tín hiệu bản tin -AM truyền thống: -Điều chế. .. mạch điều tần gián tiếp 1 2 3 4 5 6 7 Bộ tạo dao động mạch điều tần gián tiếp mạch nhân tần bậc n mạch trộn tần mạch nhân tần bậc n mạch trộn tần mạch nhân tần bậc n-1 21 6 Chương II ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 2.1.1 Điều chế biên độ Điều chế biên độ là quá trình làm cho biên độ dải tin biến đổi theo tin tức Điều chế biên độ (AM), thường được xem là điều chế tuyến tính... thường được xem là điều chế tuyến tính là họ các sơ đồ điều chế trong đó biên độ của một sóng mang hình sin bị biến đổi như một hàm của tín hiệu điều chế Lớp các sơ đồ này gồm điều chế hai biên (DSB-AM), điều chế biên độ truyền thống, điều chế đơn biên và điều chế vết đơn biên Sự phụ thuộc giữa tín hiệu điều chế và biên độ của sóng mang đã đuợc điều chế có thể rất đơn giản, ví dụ như trong trường hợp... vector của tín hiệu điều pha Amstrong Từ đồ thị ta thấy rằng tổng các dao động đã điều biên V Σ = VAM1 + VAM2 là một dao động điều chế về pha và biên độ Điều biên ở đây là điều biên ký sinh Mạch có nhược điểm là độ di pha nhỏ Để hạn chế mức điều biên ký sinh, chọn Δϕ nhỏ Để có điều biên ký sinh nhỏ hơn 1% thì Δϕ ≤ 0,35 Mặc khác sau bộ điều pha ta có thể đặt bộ hạn chế biên độ để loại bỏ điều biên ký sinh... rộng dải tần của tín hiệu điều pha phụ thuộc tần số điều chế -Khi mf ≤1thì chỉ có một cặp biên tần có biên độ lớn hơn 5% biên độ dải tần Do đó: DFM ≈ 2Ωmax Trong trường hợp độ rộng dải tần của tín hiệu điều tần bằng độ rộng dải tần của tín hiệu điều biên, ta gọi là điều tần dải hẹp Ngược lại khi m f,p >1ta gọi là điều tần dải rộng 1.3.3: mạch điều tần và điều pha 1: mạch điều tần Khi điều tần trực tiếp,... đưa tín hiệu điều chế qua một mạch tích pha rồi vào mạch điều chế pha thì ở đầu ra ta sẽ nhận được tín hiệu điều chế ta số Ngược lại, nếu ta đưa tín hiệu điều chế qua một mạch vi phân, rồi ra mạch điều chế tần số thì ở đầu ra ta nhận được tín hiệu điều chế pha (hình) fra Vω bộ d/đ f0 k/đ Chia n:1 lọc t/thấp t/s pha Chia n2 Hình 1.7 Điều tần dùng AFC-P 13 d/đ t/anh 1.3.2 Phổ của dao động điều tần và điều. .. nhưng độ di tần khi đi pha thì tăng tỷ lệ với tần số điều chế theo biểu thức: 12 ∆ω = d (∆ϕ ) = ∆ϕΩ sin Ωt (1.11) dt Như vậy điều khác nhau cơ bản giữa điều tần và điều pha là lượng tần khi điều pha tỷ lệ với biên độ điện áp điều chế và tần số điều chế, co lượng di tần khi điều chế tần số chỉ tỷ lệ với biên độ điện áp điều chế m thôi Thay (1.6) và (1.8) vào (1.3) ta nhận được tín hiệu đã điều tần và điều. .. UΩ Trong kỹ thuật truyền hình tín hiệu điều chế video một phần là tín hiệu điều biên (khi fs ≤ 0,75MHz), phần còn lại (0,75 MHz ≤ fS≤ 5 MHz) là tín hiệu điều chế đơn biên 5.5 Mhz Fth-1.75 fth-0.75 fth fth +5 fth +5.5 =ftt Hình 2.5 Đặc tính biên độ của tín hiệu hình 29 F(Mhz) Bằng cách đó giảm được dải tần của tín hiệu điều chế video Nếu cắt bỏ hoàn toàn một tín hiệu biên tần thì vấn đề lọc dải sẽ khó... của tín hiệu đơn biên được biểu diễn trên hình UΩ ωΩ U0 ω0 U DB Hình 2.4 Đồ thị vecter của dao động điều chế đơn biên Ta thấy,vectơ đặc trưng cho dao động điều chế đơn biên thay đổi cả về biên độ lẫn góc pha, nghĩa là điều chế đơn biên bao giờ cũng kèm theo điều chế pha Tải tin bị nén một phần hoặc bị nén hoàn toàn, do đó vectơ tải tin U 0 có thể nhỏ hơn vectơ biên tần UΩ Trong kỹ thuật truyền hình tín. .. Hiển nhiên kiểu điều chế này dẫn đến một sự dịch chuyển ± f c và một sự đổi tỷ lệ Ac đối với phổ của tín hiệu bản tin 2 Độ rộng băng truyền dẫn được kí hiệu bằng BT bằng hai lần độ rộng băng của tín hiệu bản tin BT = 2W Một phổ tín hiệu bản tin tiêu biểu và phổ của tín hiệu điều chế DSB-AM tương ứng được thể hiện 23 m(f) A -W U(f) A/2 w f -fc fc Hình 2.1 Phổ của tín hiệu bản tin và của tín hiệu DSB-AM . ‘ Mô phỏng quá trình điều chế biên độ tín hiệu tương tự cơ bản Em đã dùng chương trình matlap, để mô phỏng quá trình điều chế biên độ tín hiệu. Từ đó có thể so sánh quá trình điều chế biên độ. TRÌNH ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 3.1. Mô phỏng quá trình điều chế DSB-AM 3.2. Mô phỏng quá trình điều chế AM truyền thống 3.3. Mô phỏng quá trình điều chế SSB-AM 3.4. Mô phỏng quá trình giải điều chế DSB-AM . CHẾ BIÊN ĐỘ 2.1. Khái niệm chung về điều chế biên độ 2.1.1. Điều chế biên độ 2.1.2. Các dạng điều chế biên độ 2.2.DSB – AM 2.3. AM cổ điển 2.4. SSB – AM CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỀU