Giáo trình phân tích tín hiệu điều biên và quan hệ năng lượng trong tín hiệu điều biên với hệ số phi tuyến p6 ppt

đònh tần số trung tâm cao, vì có thể dùng thạch anh trong tầng dao động. Để độ di tần lớn ta phải mắc thêm một số tầng Naha như hình 3-34. 2. Ổn đònh tần số trung tâm của tín hiệu điều tần: Trong máy phát điều tần, nếu tần số trung tâm không ổn đònh thì nó trực tiếp làm méo và làm sai lệch tín hiệu điều chế vì tín hiệu chứa đựng trong độ di tần. vì vậy chúng ta phải đưa ra các biện pháp ổn đònh tần số trung tâm f 0. a) Điều tần trực tiếp bằng thạch anh: Cho thạch anh dao động ở tần số cộng hưởng riêng  q = const. Thay đổi C p theo điện áp điều chế V  , ta sẽ tạo ra độ di tần: V  =  p -  q = C p /2C p . Thay đổi C p bằng cách thay đổi điện dung tiếp giáp của đèn điện tử, Transistor hoặc FET; mắc Varicap hay đèn điện kháng song song với thạch anh. Nhưng do độ di tần tương đối nhỏ (/ 0  0,01) nên điều tần trực tiếp bằng thạch anh chỉ được sử dụng trong các máy phát thoại quốc tế (f  6 KHz). b) Sử dụng thạch anh dùng bộ tạo dao động để  0 = const. Sau đó dùng bộ điều chế pha để tạo tín hiệu điều tần. Khi đó ta đạt được độ méo phi tuyến nhỏ (1%), nhưng độ di tần vẫn còn khá nhỏ. Vì vậy phương pháp này chỉ dùng trong các máy phát thoại quốc tế có độ di tần nhỏ (f  6KHz) và độ méo phi tuyến nhỏ (  1%) c) Trong bộ điều tần sử dụng các nguồn cung cấp được ổn ònh và được bù nhiệt bởi các điện trở hoặc các linh kiện có hệ s61 nhiệt âm (khi nhiệt độ tăng thì C Mạch nhân tần bậc n Mạch trộn tần Mạch nhân tần bậc n Mạch trộn tần Bộ điều tần gián tiếp Mạch nhân tần bậc n-1 Dao động thạch anh nf 0  n 2  f f 0  n  f nf 0  n  f f 0   f f 0 nf 0  n 2  f Hình 3-20: sơ đồ khối dùng mạch nhân tần để nâng cao độ di tần 1 u F 1 ū 1 u H 1 u F C P C P L q R q Hình 3 - 21: Sơ đồ tương đương của thạch anh giảm, R giảm). Vì khi điện áp nguồn cung cấp thay đổi, làm điện dung ký sinh của Transistor thay đổi, dẫn tới làm tần số cộng hưởng trung tâm thay đổi theo. Hoặc khi điện áp phân cực cho Varicap thay đổi , làm điện dung C V thay đổi. Nhưng phương pháp này chỉ ổn đònh được tần số trung tâm f 0 khi nhiệt độ thay đổi, còn khi nhiệt độ ghép hay điện trở tải thay đổi thì f 0 vẫn thay đổi. d) Hạ thấp tần số trung gian của bộ điều tần để nâng cao độ ổn đònh tần số (hình 3-22). Khi đó độ bất ổn đònh tần số của tín hiệu sẽ là: + f 0 ,  0 là tần số cộng hưởng riêng của thạch anh và độ bất ổn đònh của nó ( 0 10 -6 ) + f tg ,  tg là tần số cộng hưởng của mạch dao động LC và độ bất ổn đònh của nó. ( tg 10 -3 ).  Nếu ta chọn f tg << f 0 thì (f tg /f 0 ) << 1 nên    0 nghóa là mạch sẽ có độ ổn đònh tần số gần bằng độ ổn đònh của thạch anh mà độ di tần vẫn lớn. e) Sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh tần số (AFG) Để có độ di tần lớn ta phải dùng bộ tạo dao động bằng LC. Nhưng khi đó độ mất ổn đònh sẽ lớn ( LC  10 -3 ). Vì vậy ta phải dùng hệ thống AFC để ổn đònh tần số trung tâm.  Bộ dao động thạch anh tạo ra f tg có độ ổn đònh cao (  10 -6 )  =  0 +  tg . (3.31) f tg f 0 Khuếch đại Lọc thông thấp Tách sóng tần số Đổi tần Dao động thạch anh Dao động LC f 0 V TS f tg f TA f ra f ra V ĐC V  Hì nh 3 - 23: điều tần có AFC  Nguyên lý hoạt động: - Nếu do V CC thay đổi hay T 0 thay đổi làm cho f 0 thay đổi dẫn tới f ra thay đổi (f ra = f 0  (f SS ). Tần số ra f ra được đưa vào bộ đổi tần để so sánh với tần số chuẩn f TA . - Bộ đổi tần dùng để hạ thấp f ra để dễ tách sóng. - Ở đầu ra bộ đổi tần cũng có mạch lọc để chỉ giữ lại thành phần tần số trung gian. f tg = f a - f TA = f 0  (f SS - f TA . - Bộ tách sóng được điều chỉnh cộng hưởng tại: f tgo = f 0 - f TA Do đó: + Nếu f tg = f tgo thì V TS = 0, do đó V ĐC = 0, nghóa là f 0 = const; + Nếu f tg = f tgo  f SS thì ở đầu ra bộ tách sóng có V TS = f(f SS ). - Mặc khác khi điện áp điều chế V  thay đổi thì f ra cũng thay đổi: f ra = f 0  f  . Nếu ta thiết kế bộ lọc thông thấp sao cho chỉ cho qua các thành phần tần số biến thiên chậm: f = 0  20 Hz thì V ĐC chỉ thay đổi tỷ lệ với tần số trung tâm - V ĐC sau bộ lọc thông thấp tác động Varicap làm cho f ra thay đổi về đúng tần số trung tâm f 0 (f ra  f 0 ) V ĐC A  f còn  f đầu B  f  f ss V ĐS 0 0 V TS  f ĐS Hình 3-24: a) Đặc tuyến tách sóng V TS = f (f ss ). b) Đặc tuyến điều chỉnh f ĐC = f (V ĐC ); c) Đặc tuyến tách sóng sau khi điều chỉnh Nếu đem xếp chồng đặc tuyến (hình 3-24a và b) ta thu được đặc tuyến sau điều chỉnh f còn = f(V ĐC ). Nghóa là nhờ hệ thống AFC mà sai số ban đầu f đầu giảm xuống còn f còn : Hệ số điều chỉnh của AFC: K AFC = f đầu / f còn = 1+ S TS . S ĐC  (3.32) S TS , S ĐC là độ dốc của đặc tuyến tách sóng và đặc tuyến điều chỉnh.  Độ bất ổn đònh của sơ đồ này là: Trong đó: - f TA / f TA : là độ bất ổn đònh tần số của thạch anh thường rất nhỏ ( 10 -6 ) - f TS / f tg : là độ bất ổn đònh tương đối của bộ tách sóng. Để giảm nhỏ nó ta cần phải ổn đònh các tham số của bộ tách sóng. Mặc khác ta chọn f tg << f ra để tỷ số f tg / f ra giảm. - f đầu / f ra : độ bất ổn đònh tương đối ban đầu của máy phát. (  10 -3 ) Như vậy để f còn / f ra nhỏ thì k AFC phải rất lớn. Trong thực tế k AFC  100 vì còn phụ thuộc hằng số thời gian của mạch lọc thông thấp. IV. Ví dụ minh họa 1. Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 90Mhz và một tín hiệu điều chế có biên độ 5V, tần số 15Khz. Hệ số tỷ lệ k = 1Khz/V. (a) Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế (b) Vẽ dạng sóng của tín hiệu đã điều chế. Giải: a) Ta có: m f =   kV = 3.0 10 * 15 5*1000 3  = + f TS +f TA = . + . + . (3.33) f còn f ra 1 f ra  f đầu k AFC f đầu f ra 1 f ra f TS f ra f tg f ra f TA f TA f TA f ra - Biểu thức của tín hiệu điều chế: V  = 5 cos (2 15*10 3 ) t - Biểu thức của tín hiệu điều tần: V FM (t) = 5 cos [ (2*90*10 6 ) t + 0.3 sin (2*15*10 3 ) t] b) Mô phỏng dạng tín hiệu điều tần: fc=90*10^6;fm=15*10^3; T=1/fc; t=0:T/20:10*T; V FM (t)=5*cos(2*pi*fc*t+.3*sin(2*pi*fm*t)); plot(t,V FM (t)) title('DC-FM') 2. Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 25Khz và một tín hiệu điều chế có biên độ 5V, tần số 1000Hz. Hệ số tỷ lệ k = 2.5Hz/V. a. Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế (PM) b. Vẽ dạng sóng của tín hiệu đã điều chế (PM). Giải: a. Ta có: m p = k*V  = 2.5*5 = 12.5 - Biểu thức của tín hiệu điều chế: V  (t) = 5 cos (2*10 3 ) t - Biểu thức của tín hiệu đã điều chế: V PM (t) = 5 cos [(2*25*10 3 ) t+12.5 cos (2*10 3 ) t] 0 0.2 b. Mô phỏng dạng tín hiệu đã điều chế (PM): fc=25*10^3;fm=10^3; T=1/fc; t=0:T/20:10*T; V=5*cos(2*pi*fc*t+12.5*sin(2*pi*fm*t)); plot(t,V) title('DC-PM') 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 x 10 -4 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 CHƯƠNG 3 ĐIỀU CHẾ KHÓA DỊCH PHA BIÊN ĐỘ (ASK) I. Điều chế khóa dòch pha biên độ (ask): Hình 1-1 minh họa quá trình điều chế biên độ một sóng mang với tín hiệu nhò phân 10101101. Nếu nguồn số có M trạng thái hoặc mức, và mỗi một mức đại diện cho một chu kì T, thì dạng sóng đã điều chế tương ứng với trạng thái thứ I là Si(t) đối với diều biên xung (PAM) hoặc theo kiểu khóa dòch pha biên độ (ASK) sẽ là: S i (t) = D i (t)A o cos o t (1.1) D i (t) là mức thứ I của dạng sóng nhiều mức có độ rộng T. Giả sử số mức giới hạn là 2, như là tín hiệu số nhò phân và như vậy tần số sóng mang tương quan đến độ rộng T của dạng sóng vuông nhò phân sau:  g = 2n/T (1.2) Dẫn tới mật độ phổ công suất (psd) có biểu thức:           3.1 ffT )ff(Tsin ffT )ff(Tsin ffff 16 A psd 0 2 0 2 0 2 0 2 00 2 ASK                        Chú ý rằng nếu sử dụng một bộ lọc tương ứng, trong đó fo = 0, thì nói chung phổ ra sẽ không có bất kì một sự suy hao nào, sẽ là:       4.1 ffT )ff(Tsin ff 16 A psd 0 2 0 2 0 2 ASK                     1 0 1 1 0 Hình 1 - 1: Điề u chế số ASK với tín hiệu nhò phân 10110 Phổ đối với biểu thức 1.3 và 1.4 có hai phần. Phần thứ nhất gồm các hàm delta Dirac bao hàm các thành phần phổ gián đoạn cách nhau những khoảng tần số 1/T. Những thành phần tần số gián đoạn này biến mất nếu như chuỗi nhò phân có giá trò trung bình bằng không, hoặc một tín hiệu M mức khi mỗi mức M hầu như bằng nhau. Điều đó cho phép tín hiệu phổ của tín hiệu điều chế số được chọn trong khi thiết kế hệ thống bằng cách chọn thích hợp chuỗi tín hiệu được truyền đi. Phần thứ hai là phổ liên tục mà dạng của nó chỉ phụ thuộc vào đặc tính phổ của xung tín hiệu. Đối với trường hợp đơn giản digit nhò phân được biểu thò trong phương trình 1.3, xung của thành phần phổ gián đoạn chỉ tồn tại ở tần số sóng mang do các điểm không của phổ cách nhau những khoảng tần số 1/T. Phổ vẽ trên hình 1-2 chứa 95% công suất của nó trong độ rộng băng 3/T hoặc 3X (tốc độ bit). Độ rộng băng có thể giảm bằng cách dùng xung cosin tăng. Kết quả là các điểm không của phổ xuất hiện ở những khoảng fo  n/T, ở đây n = 1, 2, … Do đó tất cả các thành phần phổ gián đoạn bò biến mất, trừ khi f = fo và f = f o  1/T. Phổ của xung cosin tăng có búp chính rộng hơn làm cho độ rộng băng ASK bằng xấp xỉ 2/T. Việc thu tín hiệu ASK đã phát đi có thể đạt được bằng hai cách. Cách thứ nhất là dải điều chế kết hợp dùng các mạch phức hợp để duy trì kết hợp pha giữa sóng mang phát và sóng mang nội. Cách thứ hai là quá trình dải điều chế hình bao không kết hợp. Trong khi bàn về những phương pháp này, xác suất lỗi sẽ nêu cho trong từng trường hợp. II. Ask kết hợp: Với tách sóng kết hợp, máy thu được đồng bộ với máy phát. Điều đó có nghóa là độ trễ phải được máy thu nhận biết. Sự đồng bộ lấy từ thời gian đo được thiết lập trong tín hiệu thu và thường chính xác đến  5% của chu kì bit T. Thêm vào thời gian trễ , pha sóng mang  =  o t cũng phải được xét đến khi xử lí tín hiệu thu. Vì độ trễ  biến thiên theo tần số sóng mang của máy phát, ước tính 5% T và những biến đổi trong thời gian truyền sóng đối với sóng mang đến máy thu là giá trò không thể xác đònh được đối với bất kì trường hợp nhất đònh nào. Đối với những hệ thống tách sóng kết hợp thực tế, pha sóng mang một lượng ước tính ở A 2 16 P(t) - -2/T -1/T 0 1/T 2/T f 0 -2r b f 0 – r b r b f 0 + r b f 0 + 2r b Hình 1 - 2: Mật độ phổ công suất của tín hiệu ASK nhò phân những nơi các dạng song tín hiệu M khả năng có thể phát đi, thì bộ dải điều chế phải quyết đònh xem khả năng nào thực tế được phát đi. Vì tạp âm cộng vào với tín hiệu, nên có xác suất vô đònh, có thể trạng thái tín hiệu thứ i bò nhầm sang các trạng thái bên cạnh gần nhất. Xác suất của lỗi được xác đònh là cực tiểu nếu như bộ dải điều chế lựa chọn tín hiệu thu được có xác suất lớn nhất của tín hiệu S i và xử lí như là tín hiệu đã được phát đi. Chiến lược quyết đònh này gọi là “tiêu chuẩn cực đại hóa hậu xác suất” (MAP) và đã chứng tỏ là tối ưu đối với tạp âm Gaussian” trung bình – không” và các trạng thái có khả năng như nhau. Có hai loại dải điều chế tối ưu. Loại thứ nhất là loại tương quan – chéo và loại thứ hai là loại lọc phối hợp. Hình 1-3 minh họa loại điều chế này. sign sign sign si gn Abs Abs Abs Abs Chọn biên độ tuyệt đối cực đại và ký hiệu thích ứng f 1 f 2 f 3 f 4 Tích phân Tích phân Tích phân Tích phân C 1 C 2 C 3 C 4  1 a)    Ma trận quyết đònh S(t) Quyết đònh b) Hình 1.3 các bộ điều chế tối ưu. a) tương quan chéo, b) lọc phối hợp Với một tín hiệu ASK nhò phân, máy thu trên hình 1-4 có thể dùng để tách sóng kết hợp. Mạch thích hợp là bộ dải điều chế lọc – có tín hiệu đầu vào thu được S i (t) cùng với tạp âm trắng n(t) đã thêm vào trong quá trình truyền dẫn. Máy thu sau khi lọc bỏ tạp âm và hạn chế giữ lại tín hiệu theo độ rộng tín hiệu băng yêu cầu (2/T đến 3/T), sau đó nhân với tín hiệu nội A c cos o t. Bộ dao động nội có thể được biểu thò bằng hiệu số của trạng thái dạng sóng tín hiệu S 1 (t) –S 0 (t) được đồng bộ một cách can than với tần số và pha của sóng mang thu được. Tín hiệu San phẩm này sau đó được tổ hợp nhờ mạch “tổ hợp và gom lại”. Sử dụng mạch này vì một bộ tích phân hoàn hảo khó có thể xảy ra được. Đầu ra của mạch tổ hợp được so với ngưỡng đặt ở giữa trò số u 1 vào u 0 , là những mức đi vào mạch quyết đònh với đầu vào “1” hoặc “0”. Đối với trường hợp khi S 1 (t) thu được không có tạp âm, bộ tổ hợp tính toán và đưa qua bộ tách sóng quyết đònh. Trò số của u 1 : Và khi S 0 (t) đã thu được: Nếu u 1 > u 0 tức là mức vào lớn hơn mức ngưỡng thì bộ tách sóng sẽ xác đònh là s 1 (t) là tín hiệu được phát đi. Tương tự nếu mức vào nhỏ hơn mức ngưỡng, quyết đònh So(t) được phát đi. Hai dạng sóng tín hiệu nhò phân ASK có thể được biểu thò: S 1 (t) = A 1 cos 0 t S o (t) = A 0 cos 0 t Phân biệt những sóng này ở đầu ra của bộ tích phân, xác đònh độ chênh lệch  về mức cũng như xác đònh độ chênh lệch các mức lượng tử.   a5.1dt)t(s)t(sdt)t(su T 0 T 0 10 2 11      b5.1dt)t(sdt)t(s)t(su T 0 T 0 2 0100    (1.6)  S(t) n(t) + + R S(t) – S 0 (t) = A C cos  0 t Hình 1 - 4: Bộ dải điều chế kết hợp nhò phân ASK [...]... Trò số u1vượt quá ngưỡng /2 và uo nằm dưới ngưỡng /2.Thay biểu thức 1.6 vào biểu thức 1.7 có thể tìm được trò số  đối bởi tín hiệu ASK:  = (A1 – Ao)2 cos2ot = (A1 – Ao)2.(T/2) = Ac2.T/2 trong trường hợp không có tổn hao biên độ (1.8) Như vậy việc đặt ngưỡng tách sóng tối ưu là: (Ngưỡng)opt = (u1 + u0) / 2 = 2 ACT =/2 4 (1.9) Vì tín hiệu s1(t) có ở đầu vào máy thu trung bình, công suất tín hiệu. .. 2 được đưa vào mạch quyết đònh , một mức sai có thể được tách ra phương trình 1.* cho ta xác suất như sau: 0 1 Pe  P(1).P   P (0).P  1 0 Nên:     Pe  P(1).P n     P(0).P n   2 2   (1.11) 1.12 Trong đó n là công suất tạp âm Giả sử các digit có xác suất như nhau ta có phương trình: Trong đó 2 là phương sai của phân bố công suất tạp âm Điều này phải liên hệ đến ngưỡng... phương sai của phân bố công suất tạp âm Điều này phải liên hệ đến ngưỡng tách sóng tối ưu để biểu thò xác suất lỗi dưới dạng tỉ số của sóng mang vào chưa điều chế trên tạp âm C/N Công suất tạp âm có mặt ở đầu vào của máy thu càng biểu thò thích hợp hơn như công suất trên tần số đơn vò sẽ đảm bảo dù cho có bộ lọc tồn tại mật độ phổ tạp âm đi qua chúng cũng không tác dụng Tạp âm được xem như nhau . Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 25Khz và một tín hiệu điều chế có biên độ 5V, tần số 1000Hz. Hệ số tỷ lệ k = 2.5Hz/V. a. Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều. điều chế có biên độ 5V, tần số 15Khz. Hệ số tỷ lệ k = 1Khz/V. (a) Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế (b) Vẽ dạng sóng của tín hiệu đã điều chế. Giải: a) Ta có:. CHƯƠNG 3 ĐIỀU CHẾ KHÓA DỊCH PHA BIÊN ĐỘ (ASK) I. Điều chế khóa dòch pha biên độ (ask): Hình 1-1 minh họa quá trình điều chế biên độ một sóng mang với tín hiệu nhò phân 10101101. Nếu nguồn số có