Tài liệu thực hành viễn thông 1

ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ AM I.. MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU - Giúp cho Sinh viên nắm bắt được phương pháp điều chế và giải điều chế biên độ cũng như nguyên lý hoạt động của các mạch điều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

- Yêu cầu Sinh viên cần nắm vững các kiến thức lý thuyết liên quan

II SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT

2.1 Khái niệm về điều chế

- Điều chế là quá trình biến đổi tín hiệu có tần số thấp sang dạng tín hiệu có tần số cao hơn.Tín hiệu mang tin tức hình ảnh, âm thanh, dữ liệu – gọi chung là tín hiệu với tần số thấp sẽ khó truyền đi xa, người ta kết hợp chúng với một tín hiệu khác có tần số cao hơn nhiều và ổn định, gọi là sóng mang để có được sóng điều chế thuận tiện cho việc truyền đi xa

- Trong kỹ thuật tương tự, tùy theo cách kết hợp chúng mà ta có các loại điều chế sau: + Điều chế biên độ - Amplitude Modulation – AM

+ Điều chế tần số - Frequency Modulation – FM

+ Điều chế pha – Phase Modulation – PM

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 2

Đặc trưng cho quá trình điều chế là hệ số điều chế (hay độ sâu điều chế): M = 𝑈Ω/𝑈ω là tỷ

số biên độ tín hiệu trên biên độ sóng mang Nếu M>1 sóng ra bị méo dạng (hình 2.1.e) Nếu M<1 tín hiệu không bị méo (hình 2.1.d) song phải truyền một phần sóng mang không chứa thông tin Với M=1 tín hiệu không bị méo đồng thời không truyền phần sóng mang vô ích (hình 2.1.c)

2.3 Giải điều chế biên độ - AM

Giải điều chế hay còn gọi là tách sóng là mạch khôi phục lại tín hiệu ban đầu từ sóng đã điều chế

Hình 2.2 Dạng tín hiệu giải điều chế biên độ

III THIẾT BỊ SỬ DỤNG

- Khung chính có nguồn

- Khối thực hành VT04 – AMPLITUDE MODULATION – DEMODULATION (hình 4.1)

- Dao động ký hai tia

- Dây có chốt hai đầu

IV CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH

Cấp Nguồn: Đưa khối VT-04 gá lên rãnh của khung chính ( Đưa vào rãnh trên trước

rồi mới hạ xuống rãnh dưới ) Cấp nguồn +12V và -12V cho khối

4.1 ĐIỀU CHẾ:

4.1.1 Điều chế một vế: mảng A khối VT04

Bước 1: Đưa tín hiệu vào IN LF: tần số khoảng 1kHz, biên độ Upp = 1V

Bước 2: Đưa tín hiệu vào IN HF: tần số khoảng 500kHz đến 1MHz, biên độ Upp = 5V

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 3

Bước 3: Dùng DĐK: kênh 1 quan sát IN LF, kênh 2 quan sát đầu ra OUT Chỉnh DĐK

và biên độ của hai lối vào cho 2 tín hiệu dễ quan sát Điều chỉnh tần số IN HF để lối ra quan sát được dạng AM rõ nét và cực đại Điều chỉnh biên độ hai lối vào để thay đổi hệ số M Theo dõi dạng tín hiệu lối ra, so sánh với lý thuyết Rút ra nhận xét

4.1.2 Điều chế hai vế: mảng B khối VT04

Bước 1: Đưa tín hiệu vào IN LF: tần số khoảng 2kHz, biên độ Upp = 2V

Bước 2: Đưa tín hiệu vào IN HF: tần số khoảng 1,5 đến 2MHz, biên độ Upp = 5V

Bước 3: Dùng DĐK: kênh 1 quan sát IN LF, kênh 2 quan sát đầu ra OUT Chỉnh DĐK

và biên độ của hai lối vào cho 2 tín hiệu dễ quan sát Điều chỉnh tần số IN HF để lối ra quan sát được dạng AM rõ nét và cực đại Điều chỉnh biên độ hai lối vào để thay đổi hệ số M Theo dõi dạng tín hiệu lối ra, so sánh với lý thuyết Rút ra nhận xét

4.1.3 Điều chế hai vế dùng transistor: mảng C khối VT04

Bước 1: Đưa tín hiệu vào IN LF: tần số khoảng 10 đến 15kHz, biên độ Upp = 1V

Bước 2: Đưa tín hiệu vào IN HF: tần số khoảng 2 đến 2,5MHz, biên độ Upp = 5V

Bước 3: Dùng DĐK: kênh 1 quan sát IN LF, kênh 2 quan sát đầu ra OUT Chỉnh DĐK

và biên độ của hai lối vào cho 2 tín hiệu dễ quan sát Điều chỉnh tần số IN HF để lối ra quan sát được dạng AM rõ nét và cực đại Điều chỉnh biên độ hai lối vào để thay đổi hệ số M Theo dõi dạng tín hiệu lối ra, so sánh với lý thuyết Rút ra nhận xét

4.1.4 Điều chế hai vế dùng JFET và OP-AMP: mảng D khối VT04

Bước 1: Đưa tín hiệu vào IN LF: tần số khoảng 1kHz, biên độ Upp khoảng 1 đến 2V

Bước 2: Đưa tín hiệu vào IN HF: tần số khoảng 100 đến 200KHz, biên độ Upp = 1V

Bước 3: Dùng DĐK: kênh 1 quan sát IN LF, kênh 2 quan sát đầu ra OUT Chỉnh DĐK

và biên độ của hai lối vào cho 2 tín hiệu dễ quan sát Điều chỉnh tần số IN HF để lối ra quan sát được dạng AM rõ nét và cực đại Điều chỉnh biên độ hai lối vào để thay đổi hệ số M Theo dõi dạng tín hiệu lối ra, so sánh với lý thuyết Rút ra nhận xét

4.1.5 Điều chế cân bằng: mảng E khối VT04

Bước 1: Đưa tín hiệu vào IN LF: tần số khoảng1kHz, biên độ Upp khoảng 0.2V

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 4

Bước 2: Đưa tín hiệu vào IN HF: tần số khoảng 1,5 đến 2MHz, biên độ Upp khoảng 5V

Bước 3: Dùng DĐK: kênh 1 quan sát IN LF, kênh 2 quan sát đầu ra OUT Chỉnh DĐK

và biên độ của hai lối vào cho 2 tín hiệu dễ quan sát Điều chỉnh tần số IN HF để lối ra quan sát được dạng AM rõ nét và cực đại Điều chỉnh biên độ hai lối vào để thay đổi hệ số M Theo dõi dạng tín hiệu lối ra, so sánh với lý thuyết Rút ra nhận xét

Hình 4.1 Khối điều chế và giải điều chế AM

4.2 GIẢI ĐIỀU CHẾ:

Bước 1: Sử dụng tín hiệu AM từ lối ra mảng C Quay lại mảng C, lặp lại các thao tác

như mục 4.1.3 Điều chế hai vế dùng Transistor

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 5

Bước 2: Chỉnh tần số và biên độ hai lối vào sao cho lối ra AM là cực đại, và M<1 Nối

lối ra này với lối vào mảng F Chỉnh lại tần số của IN HF để tín hiệu tốt nhất

Bước 3: Dùng kênh 1 DĐK quan sát lối vào AM IN, kênh 2 quan sát lối ra Chỉnh biến

trở để có tín hiệu sin So sánh với lý thuyết Nhận xét

Bước 4: Tương tự làm các thao tác trên với mảng G

V BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

5.1 Viết biểu thức tín hiệu sau khi điều chế AM

5.2 Vẽ giản đồ thời gian biểu diễn mối quan hệ giữa tín hiệu, sóng mang và dạng sóng sau khi

điều chế tương ứng với các chỉ số điều chế khác nhau trên cùng một hệ trục tọa độ (dựa vào kết quả thu được) So sánh với lý thuyết

5.3 Vẽ giản đồ thời gian biểu diễn mối quan hệ giữa tín hiệu sau khi điều chế và tín hiệu sau

khi giải điều chế (dựa vào kết quả thu được) So sánh với lý thuyết

Khoa Kỹ thuật & Công nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 1

BÀI 2: ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU MÃ HÓA XUNG PCM PULSE CODE MODULATION – DEMODULATION

I MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU

-Khi hoàn tất bài thí nghiệm này, sinh viên có thể mô tả được các nguyên tắc cơ bản cũng

như các khối mạch cụ thể để thực hiện điều chế và giải điều chế theo phương pháp PCM

- Yêu cầu Sinh viên cần nắm vững các kiến thức lý thuyết liên quan

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Phương pháp điều chế PCM (hình 2.1-a) có thiết bị lối vào tạo xung PAM Các xung PAM được biến đổi tương tự - số (ADC) biến đổi thành mã song song (P) Sau đó được chuyển đổi thành mã nối tiếp (S) để đưa dữ liệu vào kênh truyền Như vậy thay cho truyền xung PAM, thiết bị PCM truyền các mã số ( chuỗi 0 hoặc 1) tương ứng với biên độ xung PAM (hình 2.1-b)

Hình 2.1 Sơ đồ khối bộ điều chế PCM tuyến tính

Ở lối vào sơ đồ nhận PAM, mã dữ liệu nối tiếp (S) được chuyển thành dạng song song (P)

và biến đổi thành dạng tương tự nhờ bộ biến đổi số - tương tự (DAC) để hình thành lại xung mẫu PAM

Chu kỳ lấy mẫu cho 1 kênh – giống như điều chế PAM – bằng T = 1/(2.fM), trong đó fM là tần số cực đại của tín hiệu s(t) Khi truyền tín hiệu thoại có tần số cực đại fM = 4kHz, chu kỳ lấy mẫu T =1/(2 fM) = 125µs

Như vậy thay thế việc truyền tín hiệu tương tự A, điều chế PCM thực hiện truyền số xung

mã (n~A) tương ứng với biên độ A (kiểu biến đổi PCM tuyến tính) Số xung mã cần được truyền trong khoảng chu kỳ lấy mẫu T

Khoa Kỹ thuật & Công nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 2

III THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

1 Khung chính cho thực hành điện tử viễn thông cơ bản TCPS-900

2 Các khối thí nghiệm cho TC-948 cho bài thực hành về điều chế tín hiệu theo phương pháp PCM

3 Dao động ký 2 tia

4 Phụ tùng: dây có chốt cắm 2 đầu

IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

4.1 CẤP NGUỒN VÀ NỐI DÂY

 Khối TC-948 sử dụng chốt nuôi chung (+ -)12V, khi sử dụng cần gắn khối TC-948 lên

khung chính TCPS-900 Chú ý đưa khối vào rãnh trên trước rồi mới đặt theo rãnh dưới

 Bộ nguồn chuẩn DC POWER SUPPLY của thiết bị TCPS -900 cung cấp các thế chuẩn

+5V/2A, -5V/0.5A, +12V/2A , 12A/1A ổn định

 Khi thực hành, cần nối dây từ chốt ra cần thiết và chốt đất của nguồn TCPS- 900 tới trực tiếp cho sơ đồ

Chú ý : Cắm đúng phân cực của nguồn và đồng hồ đo

4.2 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ PCM TUYẾN TÍNH (Hình 4.1)

4.2.1 Kiểm tra các tín hiệu điều khiển

B1 Kiểm tra tín hiệu 1kHz dạng sin từ máy phát đồng bộ (SYNCH GNERATOR)

B2 Kiểm tra tín hiệu TXFS ( TX FRAM SYN )-8 kHz, tín hiệu tam giác 0.5kHz

B3 Vẽ giản đồ thời gian cho các dạng sóng trên

4.2.2 Điều chế PCM tuyến tính

B1 Đặt công tắc (giữa mặt máy ) lên vị trí PCM

B2 Nối lối ra DC OUT với lối vào S.IN của mảng PCM tuyến tính (LINEAR PCM

MODULATION- DEMODULATION ) Chỉnh biến trở ở mảng DC OUT để nhận lối ra từ 5V đến -5V Mỗi lần chỉnh nhẹ biến trở, ghi lại giá trị điện áp đồng thời đo mức điện áp tại các lối ra của ADC Lập bảng để quan sát mối quan hệ giữa điện áp vào với giá trị số tại lối

ra ADC Cho nhận xét về mối quan hệ này

Khoa Kỹ thuật & Công nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 3

B3 Nối tín hiệu sin 1 kHz với lối vào S.IN của mảng PCM tuyến tính (LINEAR PCM

MODULATION – DEMODULATION ) Chỉnh biên độ xung sin (biến trở AMPLITUDE)

để nhận biên độ Upp khoảng 2-3V

B4 Sử dụng dao động ký để quan sát tín hiệu S.IN, tín hiệu điều khiển TXFS và tín hiệu ra

PCM OUT

Hình 4.1 Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế PCM

4.2.3 Giải điều chế PCM tuyến tính

B1 Nối lối ra PCM OUT đến lối vào PCM IN

B2 Dùng dao động ký với lối vào S-IN, dùng kênh 2 để kiểm tra tín hiệu S-OUT, thay đổi

biên độ tín hiệu sin lối vào quan sát sự thay đổi lối ra

B3 Nối lối ra S-OUT đến lối vào S-IN của Bộ lọc Dùng Kênh CH1 đặt ở vị trí S-IN của

Bộ điều chế PCM tuyến tính, kênh CH2 đặt ở vị trí S-OUT của bộ lọc Chỉnh Biến trở để nhận được dạng tín hiệu mong muốn

V BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

5.1 Giải thích nguyên lý điều chế và giải điều chế PCM

5.2 Vẽ giản đồ thời gian các dạng sóng thu được tương ứng với từng bước thí nghiệm ở trên 5.3 Nhận xét kết quả thực nghiệm so với lý thuyết

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 1

BÀI 3: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK

I MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU

-Khi hoàn tất bài thí nghiệm này, sinh viên có thể mô tả được các nguyên tắc cơ bản cũng

như các khối mạch cụ thể để thực hiện điều chế và giải điều chế số theo phương pháp FSK

- Yêu cầu Sinh viên cần nắm vững các kiến thức lý thuyết liên quan

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Phương pháp điều chế FSK (hình 2.1) cho phép tạo tín hiệu FSK dạng sin với hai tần số Giá trị tần số của tín hiệu FSK tùy thuộc vào giá trị bit dữ liệu Ví dụ sử dụng kiểu sơ đồ 2.1-a:

- Khi Data bit =1, điều khiển khóa K ở vị trí nối sóng mang tần số F1 với lối ra FSK

- Khi Data bit =0, điều khiển khóa K ở vị trí nối sóng mang tần số F2 với lối ra FSK Giản đồ tín hiệu FSK cho trên hình 2.1-d

Hình 2.1 Phương pháp điều chế FSK

Ở sơ đồ điều chế FSK kiểu 2.1-b, sử dụng máy phát điều khiển bằng thế VCO (Voltage Control Oscillator ) Ứng dụng trạng thái “0” hoặc “1” của dữ liệu, VCO sẽ phát hai tần số F1 và F2 tương ứng

Trên hình 2.1-c là sơ đồ điều chế sử dụng các bộ chia với các hệ số chia khác nhau: N

và M Data bit sử dụng để điều khiển chọn hệ số chia Ví dụ, khi Data bit = 1, bộ chia có hệ

số chia N, tạo chuỗi xung ra có tần số F1= fclock /N Còn khi Data bit = 0, bộ chia có hệ số chia M, tạo chuỗi xung ra có tần số F2 = fclock /M

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 2

Giải điều chế FSK có thể thực hiện trên sơ đồ hình 2.2 Tín hiệu FSK chứa hai thành phần tần số được giải điều chế bằng sơ đồ vòng giữ pha (PLL)

Hình 2.2 Phương pháp giải điều chế FSK

III THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

1 Khung chính cho thực hành điện tử viễn thông cơ bản TCPS – 900

2 Các khối thí nghiệm TC-946M, TC-946D cho bài thực hành về điều chế tương tự cho tín hiệu số

3 Dao động ký 2 tia

4 Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu

IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

4.1 CẤP NGUỒN VÀ NỐI DÂY

• Khối 946M và 946D sử dụng chốt nuôi chung ±12V Khi sử dụng cần gắn khối 946M và TC-946D lên khung chính TCPS-900 Chú ý đưa khối vào rãnh trên trước rồi mới đặt theo rãnh dưới

TC-• Bộ nguồn chuẩn DC POWER SUPPLY của thiết bị TCPS-900 cung cấp các thế chuẩn +5V/2A, -5V/0.5A, +12V/2A, -12V/1A cố định

• Khi thực hành cần nối dây từ chốt ra cần thiết và chốt đất của nguồn TCPS-900 tới trực tiếp cho sơ đồ

Chú ý cắm đúng phân cực của nguồn và đồng hồ đo

4.2 KHẢO SÁT CÁC PHẦN CHỨC NĂNG

4.2.1 Máy phát nhịp dữ liệu (Data Sequence Generator)

B1 Đặt các công tắc SW DIP-8 ở vị trí ứng với bảng 4.1 (1= ON, 0 = OFF)

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

B3 Nhấn nút Start, Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tại lối Data của bộ ghi dịch (Shift

Register) Vẽ lại dạng xung cùng giản đồ với xung CK ở trên

4.2.2 Bộ tạo mã Manchester

B1 Đặt các công tắc SW DIP-8 (Máy phát nhịp DATA SEQUENCE GENERATOR) ở vị trí

ứng với bảng 4.2 (1 = ON, 0 = OFF)

(Shift Register) Vẽ lại dạng xung DATA cùng giản đồ thời gian với xung CK trên

B4 Nối lối ra DATA (SEQUENCE GENERATOR) với lối vào DATA của bộ tạo

(ENCODING)

B5 Vẽ giản đồ xung cho các tín hiệu CK và tín hiệu MANCHESTER vào cùng giản đồ thời

gian ở trên

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 4

B6 Thay đổi cấu hình công tắc đặt số liệu cho bộ ghi dịch (SW DIP-8), lặp lại các bước thí

nghiệm nêu trên

4.2.3 Bộ hình thành sóng mang ( carrier generator )

B1 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu ở các chốt thử của bộ hình thành sóng mang

(CARRIER GENERATOR): Tín hiệu vào 1200 Hz, 2400 Hz

B2 Vặn các biến trở chỉnh pha và biên độ cho từng kênh, quan sát hiệu ứng trên tín hiệu ra B3 Vẽ lại giản đồ thời gian cho bộ hình thành sóng mang

4.3 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK

4.3.1 TRUYỀN DỮ LIỆU TRỰC TIẾP (hình 4.1)

B2 Nối lối ra DATA (DATA SEQUENCE GENERATOR) với lối vào DATA/ BALANCED

MODULATOR 1 của sơ đồ MODULATORS/TC-946M Nối lối vào DATA của MODULATORS 1 với MODULATORS 2

B3 Nối tín hiệu sóng mang 1200Hz (CARRIER GENERATOR) với lối vào CARRIER/

BALANCED MODULATOR 1 của sơ đồ MODULATORS/TC-946M

B4 Nối tín hiệu sóng mang 2400Hz (CARRIER GENERATOR) với lối vào CARRIER/

BALANCED MODULATORS 2 của sơ đồ MODULATORS/TC-946M

B5 Điều chỉnh biên độ sóng mang Upp = 2V Chỉnh lệch pha sóng mang ở MIN

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 5

B6 Dùng kênh CH1 đặt ở vị trí DATA IN của bộ điều chế, kênh CH2 đặt ở vị trí MOUT của

bộ điều chế Điều chỉnh biến trở CARRIER NULL của MODULATOR 1- 2 và tinh chỉnh pha sóng mang thích hợp để nhận tín hiệu FSK

* GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK

B7 Nối lối ra MOUT của MODULATORS/TC-946M với lối vào FSK IN của

DEMODULATORS/TC-946D

B8 Nối lối ra FSK DATA OUT với lối vào FCIN1 bộ lọc và hình thành trong phần

DECODER & CLOCK RECOVERY/TC946D

B9 Điều chỉnh ngưỡng bộ so sánh để nhận tín hiệu ra Quan sát dạng xung vào các thời điểm

vào ra của bộ giải điều chế, bộ lọc và hình thành

B10 Vẽ lại dạng tín hiệu ở trên vào giản đồ xung So sánh DATA nhận tại FCOUT1 với dữ

liệu DATA truyền

B11 Thay đổi cấu hình công tắt đặt số liệu cho bộ ghi dịch (SW DIP-8), lặp lại các bước thí

nghiệm nêu trên

4.3.2 TRUYỀN DỮ LIỆU MÃ MANCHESTER

Các bước từ B1 đến B11 tiến hành tương tự, riêng ở B2 thực hiện như sau:

B2 Nối lối ra DATA (DATA SEQUENCE GENERATOR) với lối vào DATA của bộ

ENCODING, sau đó nối lối ra DATA của bộ ENCODING đến lối vào DATA/ BALANCED MODULATOR 1 của sơ đồ MODULATORS/TC-946M Nối lối vào DATA của MODULATORS 1 với MODULATORS 2

Khoa Kỹ thuật & Công Nghệ Tài liệu thực hành Viễn Thông 1

Trang 6

Hình 4.1 Truyền dữ liệu trực tiếp

V BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

5.1 Giải thích nguyên lý điều chế và giải điều chế FSK

5.2 Vẽ giản đồ thời gian các dạng sóng thu được tương ứng với từng bước thí nghiệm ở trên 5.3 Nhận xét kết quả thực nghiệm so với lý thuyết

Bài 1 NGHIÊN CỨU BỘ ĐIÊU CHẾ DELTA

Code: DL2542

1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1.2 Điều chế DELTA

Chức năng và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều chế Delta có thể được

mô tả và hiểu rõ hơn bắng cách so sánh nó với chức năng của hệ thống PCM Trong hệ thống PCM, mỗi mẫu analog được mã hoá bằng các số nhị phân Các bit dưới dạng nhị phân cho ta biết giá trị của mỗi mẫu, nó chứa đầy đủ thông tin để

ta có thể hiểu và đánh giá được lượng thông tin tương ứng trong các mẫu

Với điều chế Delta, các thông tin được truyền đi được sử dụng đơn giản hoá các kỹ thuật mã hóa và kích thước của tín hiệu được mã hoá

Tín hiệu đầu tiên của tất cả các các mẩu được lượng tử hóa ở mức độ rời rạc bằng cách thực hiện xấp xỉ một “tỷ lệ” so với tín hiệu ban đầu Nói cách khác, lượng tử hóa tín hiệu chỉ có thể thay đổi một mức lượng tử cho mỗi chuyển đổi tức thời

Tại mỗi thời điểm lượng tử hóa dạng sóng "tỷ lệ" để tăng hoặc giảm biên độ tương ứng với mức chuẩn Các tín hiệu được lượng tử hóa có thay đổi ở mỗi điểm lấy mẫu

Một ví dụ về quá trình lượng tử hoá này trình bày như hình 1.1:

Hình 1.1 Quá trình lượng tử hóa Delta

Một khi lượng tử hóa được thực hiện, việc truyền các tín hiệu lượng tử hóa trở thành một câu hỏi của truyền nhị phân Các dãy "1" và "0" đơn giản được truyền đi trong một chế độ phù hợp Bit "1" cho thấy một sự chuyển đổi tích cực, trong khi bit "0" cho thấy một sự chuyển đổi tiêu cực

Một bộ điều chế Delta (mã hoá) có thể được lắp một cách đơn giản như hình 1.2 Trong bộ khuếch đại vi sai D các giá trị tức thời của tín hiệu để truyền được so sánh với giá trị lấy mẫu trong lấy mẫu cuối cùng A(K - 1)

Do đó đầu ra của bộ khuếch đại D xác định chỉ khi AK cao hơn hoặc thấp hơn so với A(K - 1) Thông tin này được biến đổi trong một bộ mã hóa thành một xung hoặc không có xung Mạch tích phân chuyển đổi 2 mức tín hiệu này vào các mức giảm hoặc tăng theo bộ điều chế Kết quả của quá trình điều chế được thể hiện trong hình 1.1

Bộ giải điều chế Delta nói chung là đơn giản, nó bao gồm một mạch tích phân tiếp theo là một bộ lọc thông thấp, như trong hình 1.3

Hình 1.2 Sơ đồ khối bộ điều chế Delta

Hình 1.3 Sơ đồ khối bộ giải điều chế Delta

Hoạt động của bộ giải điều chế này như sau: nếu bit "1" được nhận mạch tích hợp tạo ra một mức tích cực ở ngõ ra, nếu bit "0" được nhận mạch tích phân tạo ra một mức thấp Máy phát sau các bộ lọc thông thấp khử các mức hướng ra từ các dạng sóng được tái tạo lại

Chúng ta có thể thấy rằng hiệu quả sử dụng của điều chế Delta sự lựa chọn của hai tham số là thiết yếu: biên độ và thời gian lấy mẫu Hai tham số này được lựa chọn theo cách như vậy là không thể, đối với tín hiệu, biến đổi quá nhanh nên

nó không thể tái tạo chính xác từ mức xấp xỉ

Nếu đồ thị mức xấp xỉ không thể theo các tín hiệu biến thiên, trạng thái mà xác định là một trong những định nghĩa là "slope overload" Trong trường hợp thực

tế tần số cắt trên của tín hiệu truyền được biết, do đó, độ dốc tối đa mà tín hiệu này

có thể thay đổi được biết Kết quả là có thể xác định kích thước một hệ thống Delta theo cách như vậy mà mức xấp xỉ là có thể tái tạo chính xác tín hiệu ban đầu, chỉ cần tăng tần số lấy mẫu hoặc biên độ xung

Tăng tần số lấy mẫu cho kết quả là một tín hiệu yêu cầu một băng thông truyền rộng hơn

Mặt khác, việc tăng biên độ xung sẽ tăng lỗi lượng tử hoá, tức là xấp xỉ

"mức" của hàm ban đầu trở nên vô giá trị khi tăng biên độ của xung cơ bản được

sử dụng

Những gì đã được nói trình bày rõ ràng trong khoảng thời gian mà hàm vẫn không đổi Nhiễu xuất hiện ở đầu ra ở một hệ thống Delta khi đầu vào là không đổi được gọi là "nhiễu"

1.1.3 Điều chế Delta thích nghi

Một số cải tiến hiệu suất của hệ thống Delta là có thể không cần băng thông truyền Những cải tiến được thực hiện nếu mức biên độ phù hợp với trạng thái thay thế vẫn không đổi

Trong hệ thống loại này, chúng ta phải đảm bảo rằng, trong khoảng thời gian tín hiệu thay đổi từ từ, biên độ giảm, do đó giảm lỗi lượng tử hóa, trong khoảng thời gian mà các tín hiệu thay đổi nhanh chóng, biên độ được tăng lên

Những hệ thống này được gọi là hệ thống điều chế Delta thích nghi (ADM)

và chúng ta có thể gọi đó là hệ thống điều chế Delta độ dốc thay đổi (VSDM)

Nó rõ ràng cần thiết rằng máy thu có thể tái tạo lại hàm xấp xỉ “mức” trong quá trình truyền, do đó các thuật toán điều khiển mức biên độ đã được áp dụng cho

cả thiết bị đầu cuối phát và thu

Để tìm hiểu các khái niệm này chúng ta hãy xem xét một ví dụ thực tế: hãy giả sử rằng một chuỗi bit biểu diễn cho một tín hiệu mã hóa Delta, có chứa số "1"

và "0" gần bằng nhau

Điều này có nghĩa là tín hiệu ban đầu thay đổi một chút

Trong những điều kiện, nó sẽ hữu ích để đưa ra một thiết bị có thể tự động

để giảm biên độ của mức cơ bản theo một cách để làm giảm nhiễu lượng tử hoá

Giả sử rằng trong chuỗi bit có nhiều bit “1" hoặc "0" chiếm ưu thế " Điều này có nghĩa là hàm ban đầu biến thiên nhanh và do đó trong những điều kiện thiết

bị lý tưởng mà chúng ta đang xem xét sẽ có để có thể tự động tăng mức biên độ cơ bản theo cách mà một “mức” tín hiệu được xấp xỉ theo sau gần các tín hiệu ban đầu biến thiên nhanh

Hai quan sát này là chìa khóa cho sự phát triển của một thuật toán đơn giản, nhưng hiệu quả của điều chế thích nghi, là một trong những kỹ thuật được sử dụng trong DL panel 2542

Xem hình 1.4: Một mạch tích phân với tổng giá trị của các bit ("0" và "1") liên quan đến một khoảng thời gian nhất định

Nếu tổng lệch khỏi giá trị trung bình của số bit trong kỳ, biên độ được tăng lên Nếu tổng tới gần một nửa giá trị trung bình của số bit, biên độ được giảm đến giá trị tối thiểu

Trong thực tế, tổng bit được truyền tại một điện áp mà được sử dụng để điều chỉnh một khuếch đại độ lợi thay đổi Khuếch đại tối thiểu là khi điện áp đầu vào tương ứng với các bit "1" và "0" bằng nhau trong khoảng thời gian Bộ khuếch đại điều chỉnh biên độ mức lượng tử hoá

Máy phát thuật toán lượng tử hoá này đã rõ ràng là phải có cả bên phát và bên thu

Với việc sử dụng điều chế Delta tương thích có thể truyền các tín hiệu điện thoại với chất lượng chấp nhận được bằng cách sử dụng một tốc độ truyền của 32 Kbit/s Điều này là đáng kể so với 64 Kbit/s (8 bit mỗi giây cho 8000 mẫu mỗi giây) yêu cầu cho việc truyền PCM của một kênh điện thoại

Hình 1.4 Sơ đồ khối bộ điều chế Delta thích nghi

1.2 Thí nghiệm

Tính năng kỹ thuật DL2542

- Băng thông phát từ 340 đến 3400 Hz

- Máy phát xung hình sin và xung vuông có thể điều chỉnh từ 0 đến 5Vpp

- Tần số mẫu: biến thiên liên tục và đạt được tần số cao nhất là 32 kbit / s

- Điều chỉnh biên độ: điều khiển bằng tay hoặc tự động

- Nguồn cung cấp: + /-15V Dòng điện không được vượt quá 50mA

1.2.1 Thí nghiệm 1: Tìm hiểu sơ đồ khối của hệ thống DL2542

Hình 1.5 Modun DL2542 Thí nghiệm này có mục đích làm cho sinh viên làm quen với các tính năng bảng điều khiển, bằng cách cho xác định các chức năng của bảng điều khiển được minh họa rõ ràng trong các bước dưới đây

Bảng điều khiển DL 2542 bao gồm các thành phần sau:

- Thay đổi biên độ và giữ cố định tần số Các tín hiệu hình sin có thể được

sử dụng kiểm tra tín hiệu phát, trong khi sóng vuông có thể được sử dụng trong đầu vào máy phát để nghiên cứu về hiện tượng” quá tải độ dốc"

- Một thiết bị phụ trợ khác được cung cấp trên bảng điều khiển là một máy phát nhiễu nhân tạo Thiết bị này cho phép thêm nhiễu vào các tín hiệu số

mã hóa với mục đích kiểm tra ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn

- Ở giữa bảng điều khiển là hệ thống phát và thu Delta

1) Sơ đồ mạch điện

2) Các bước tiến hành

Bước 1 : Lắp mạch điện như sơ đồ hình 1.6 Cung cấp cho mạch một điện

áp +/-15v, bằng cách sử dụng ba dây cáp của màu sắc phù hợp

Bước 2: Sử dụng oscilloscope xác định hình dạng và biên độ của các tín hiệu có

sẵn ở các đầu ra “sin” và “vuông” của các máy phát tín hiệu kiểm tra

Tín hiệu hình sin tại ngõ ra của máy phát tín hiệu:

Tín hiệu xung vuông tại ngõ ra của máy phát tín hiệu:

Hình 1.6 Sơ đồ mạch điện bộ điều chế và giải điều chế Delta

Bước 3: Đưa tín hiệu hình sin từ các máy phát tần số của board đến bộ điều chế

Vặn các chiết áp điều chỉnh tần số dao động truyền và biên độ mạch tích về vị trí 0,

cả trong bộ điều chế và giải điều chế Thiết lập điều khiển biên độ ở chế độ MANUAL

Bước 4: Nối ngõ ra thiết bị đầu cuối Tx của bộ điều chế và ngõ vào thiết bị đầu cuối Rx của bộ giải điều chế với nhau Dùng oscilloscope đo các tín hiệu tái tạo tại ngõ ra bộ điều chế và các dạng sóng tại các điểm đo khác nhau

Tín hiệu tại ngõ ra bộ giải điều chế :

1.2.2 Thí nghiệm 2: Mạch ngõ vào của bộ điều chế

Thí nghiệm này có mục đích khảo sát của các tính năng truyền dẫn của các

bộ khuếch đại ngõvào, tức là băng thông, khuếch đại, … của tín hiệu

1 Sơ đồ mạch điện

2 Các bước thực hành

Bước 1: Mắc mạch điện như sơ đồ hình 1.7

Bước 2: Điều chỉnh máy phát tín hiệu hình sin với biên độ khoảng 1Vpp và tần số 0-5 KHz đến ngõ vào A của bộ khuếch đại Q uan sát dạng tín hiệu tại ngõ ra B

Bước 3: Tăng dần biên độ của tín hiệu đầu vào cho đến khi có được hình ảnh tại

B hiển thị trên oscilloscope biến dạng đáng kể Đo các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tín hiệu mà chúng ta quan sát được

1.2.3 Thí nghiệm 3: Lượng tử hoá và mã hoá

Thí nghiệm này giúp cho sinh viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động của máy phát và có thể củng cố kiến thức về điều chế Delta và tầm quan trọng của việc chọn tần số lấy mẫu và biên độ

1 Sơ đồ mạch điện:

Hình 1.7 Sơ đồ khảo sát mạch điện ngõ vào của bộ điều chế Delta

2 Các bước thực hành

Bước 1: Mắc sơ đồ mạch điện như hình 1.9 Cung cấp nguồn +/-15V cho mạch Bước 2: Điều chỉnh máy phát tín hiệu hình sin với biên độ khoảng 1Vpp và tần số 0-5 KHz đến ngõ vào A của bộ khuếch đại Dùng Oscilloscope đo tại các ngõ ra B

và C hiển thị "đường xấp xỉ” tín hiệu ban đầu

Bước 3: Điều chỉnh chiết áp Q1 Đánh giá ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu

khi chúng ta thay đổi biên độ khác nhau, với tần số xung nhịp và tín hiệu đầu vào giữ nguyên

Bước 5: Giữ nguyên biên độ ở một giá trị trung gian cố định Đánh giá ảnh hưởng

của các tần số lấy mẫu đến chất lượng của tín hiệu xấp xỉ

Hình 1.9 Sơ đồ mạch điện khảo sát quá trình lượng tử hóa và mã

hóa bộ điều chế Delta

Bước 6: Giữ nguyên tần số lấy mẫu và biên độ tại các giá trị thích hợp Thử một

số tín hiệu đầu vào hình sin với biên độ và tần số khác nhau Điều này yêu cầu sử dụng một máy phát ngoại

Bước 7: Kết nối các máy phát BF đến đầu vào một lần nữa, thiết lập biên độ ở một

giá trị trung gian sao cho đảm bảo chất lượng của các tín hiệu Dùng oscillocope kiểm tra ngõ ra bộ so sánh E

Bước 8: Dùng Oscillocope đo tín hiệu tại F và G

1.2.6 Thí nghiệm 6: Bộ thu

Thí nghiệm này tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy thu.

1 Sơ đồ thí nghiệm

2 Các bước tiến hành

Bước 1: Lắp sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ

Bước 2: Điều chỉnh tần số xung nhịp đến giá trị đánh giá và gạt chế độ bộ

chọn AUTO / MAN thành MAN Giữ chiết áp ở chế độ MAN ở giá trị trung gian

Hình 1.12 Sơ đồ mạch điện khảo sát bộ thu bộ điều chế Delta

Bước 3: Quan sát tín hiệu tại các ngõ ra Q, R, S của bộ thu Cho nhận xét

Bước 4: Thực hiện lại từ bước 1 đến bước 3 với biên độ và tần số của các tín hiệu

hình sin khác ở chế độ Auto So sánh kết quả với chế độ MAN

Bước 5: Thực hiện thí nghiệm nhiễu không tải và quá tải dốc cho toàn bộ hệ thống

cả trong trường hợp Auto và MAN

1.3 Báo cáo thí nghiệm

1 Nêu rõ nhiệm vụ các khối chức năng trong sơ đồ mạch thí nghiệm

2 Ghi nhận lại các kết quả đo đạt tại các bước thí nghiệm

3 Giải thích cơ chế tạo tín hiệu theo phương thức điều chế Delta

4 So sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm Nhận xét?

BÀI 2 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ ASK

CODE: DL 2561

I MỤC ĐÍCH

Khi hoàn tất bài thí nghiệm này, sinh viên có thể mô tả được các nguyên tắc cơ bản cũng như các khối mạch cụ thể để thực hiện điều chế và giải điều chế

số theo phương pháp ASK

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 7.1

Hầu hết các kênh truyền tương tự đều có băng thông giới hạn và không khớp với băng thông của tín hiệu số băng gốc Để truyền tín hiệu số trên kênh truyền analog, trước tiên cần thực hiện đìều chế bằng một phương pháp nào đó Điều chế là trộn băng tần gốc của tin tức với tần số sóng mang để chuyển vào băng tần trùng khớp với băng thông của kênh truyền

1 Điều chế ASK

Như đã trình bày, biên độ sóng mang sẽ thay đổi giữa hai mức tùy theo giá trị của

dữ liệu tin tức nhị phân

Hình 7.2 Theo phương pháp điều chế ASK trên board mạch thí nghiệm, đầu tiên dữ liệu tin tức sẽ được dịch mức bằng cách cộng thêm một điện áp DC dương vào dữ liệu NRZ

Sau đó, tín hiệu được đưa đến bộ điều chế cân bằng để nhân với sóng mang Khi data

ở mức 1, độ lợi của bộ điều chế cân bằng sẽ được điều chỉnh cố định

Hình 7.3 Điều chế ASK cũng được thực hiện theo cách tương tự như trên đối với dữ liệu mã hóa RZ, Duo binary và Manchester

2 Giải điều chế ASK

Giải điều chế ASK, hay còn gọi là tách sóng ASK, là quá trình khôi phục dữ liệu tin tức phát đi từ tín hiệu đã điều chế Tín hiệu ASK có thể được giải điều chế bằng một trong hai phương pháp: đồng bộ hay bất đồng bộ Trong phương pháp đồng

bộ (hình7.5), sóng mang được khôi phục từ tín hiệu ASK, ngược lại trong phương pháp bất đồng bộ (hình7.4), không cần khôi phục sóng mang

Hình 7.4 Giải điều chế ASK theo phương pháp bất đồng bộ không khôi phục

sóng mang

Hình 7.5 Giải điều chế ASK theo phương pháp đồng bộ khôi phục sóng mang

+ Mạch tách sóng bất đồng bộ bao gồm:

ƒ Mạch chỉnh lưu toàn sóng để chỉnh lưu tín hiệu ASK

ƒ Mạch lọc thông thấp để lọc phẳng tín hiệu sau khi chỉnh lưu

ƒ Mạch so sánh điện áp để khôi phục tín hiệu NRZ ở ngõ ra bộ lọc thông

thấp thành các mức logic thích hợp

+ Mạch tách sóng đồng bộ sử dụng một tín hiệu sóng mang tham chiếu có tần số và pha đồng bộ chính xác với sóng mang ban đầu trước khi điều chế Khối đồng bộ sóng mang (SYNCHRONIZER) có nhiệm vụ phục hồi chính xác sóng mang từ tín