đồ án các loại điều chế số

Chính vì thế điều chế tín hiệu là một phần không thể thiếu được trong truyền dẫn của thông tin vô tuyến.. Điều chế Điều chế là quá trình biến đổi một trong các tham số sóng mang cao tần

LỜI NÓI ĐẦU

Vào đầu thế kỷ 20 Marconi thành công trong việc liên lạc vô tuyến qua Đại Tây Dương, Kenelly và Heaviside phát hiện một yếu tố là tầng điện ly hiện diện ở tầng phía trên của khí quyển có thể dùng làm vật phản xạ sóng điện từ Những yếu tố đó đã

mở ra một kỷ nguyên thông tin vô tyuến cao tần đại quy mô

Chiến tranh thế giới lần thứ hai là một bước ngoặt trong thông tin vô tuyến Thông tin tầm nhìn thẳng - lĩnh vực thông tin sử dụng băng tần số cực cao (VHF) đã được nghiên cứu liên tục sau chiến tranh thế giới - đã trở thành hiện thực nhờ sự phát triển các linh kiện điện tử dùng cho VHF và UHF, chủ yếu là để phát triển ngành rađa.Với sự gia tăng không ngừng của lưu lượng truyền thông, tần số của thông tin vô tuyến đã vươn tới các băng tần siêu cao (SHF) và cực cao (EHF) Vào những năm

1960, phương pháp chuyển tiếp qua vệ tinh đã được thực hiện và phương pháp chuyển tiếp bằng tán xạ qua tầng đối lưu của khí quyển đã xuất hiện Do những đặc tính ưu việt của mình như dung lượng lớn, phạm vi thu rộng, hiệu quả kinh tế cao, thông tin

vô tuyến được sử dụng rất rộng rãi trong phát thanh truyền hình quảng bá, vô tuyến đạo hàng, hàng không, quân sự, quan sát khí tượng, liên lạc sóng ngắn, thông tin vệ tinh - vũ trụ v.v Tuy nhiên, can nhiễu với lĩnh vực thông tin khác là điều không tránh khỏi, bởi vì thông tin vô tuyến sử dụng chung phần không gian làm môi trường truyền dẫn

Chính vì thế điều chế tín hiệu là một phần không thể thiếu được trong truyền dẫn của thông tin vô tuyến Điều chế giúp chúng ta có thể truyền đi thông tin hoặc tín hiệu mong muốn và nhận được những tín hiệu mà mình muốn có

Đồ án được chia làm ba phần :

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN

CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ĐIỀU CHẾ

CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHẾ MỘT SỐ LOẠI TÍN HIỆU VÀ VÍ DỤ MINH HỌA

Trong khi tìm hiểu em còn nhiều thiếu sót mong thầy giáo Nguyễn Vũ Anh Quang và các bạn góp ý để bài làm hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH 4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN 6

1.1 Sơ đồ và chức năng cơ bản 6

1.2 Các môi trường truyền dẫn 7

1.2.1.Môi trường truyền dẫn bằng cáp kim loại 7

1.2.2.Môi trường truyền dẫn cáp quang 8

1.2.3.Môi trường truyền dẫn vô tuyến 8

CHƯƠNG II: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ĐIỀU CHẾ 10

2.1 Tín hiệu điều chế 10

2.2 Tín hiệu sóng mang 10

2.3 Điều chế 10

2.3.1.Điều chế 10

2.3.2.Điều kiện điều chế 10

2.3.3.Sự cần thiết của điều chế 10

2.4 Phân loại điều chế 11

2.4.1 Phân loại theo tín hiệu đưa vào điều chế 11

2.4.2 Phân loại theo sự thay đổi của các tham số của sóng mang 11

2.4.2.1 Điều chế biên độ 11

2.4.2.2 Điều chế tần số 11

2.4.2.3 Điều chế pha 11

2.4.2.4 Điều chế QAM (Quature Amplitude Modulation) 12

CHƯƠNG III : ĐIỀU CHẾ MỘT SỐ LOẠI TÍN HIỆU VÀ VÍ DỤ MINH HỌA 13

3.1 Điều chế biên độ 13

3.1.1 Điều chế biên độ tương tự (AM) 13

3.1.2 Điều chế biên độ số (ASK) 17

3.1.3 Mô phỏng tín hiệu AM bằng phần mềm Matlap 18

3.2 Điều chế tần số và điều chế pha 21

3.2.2 Điều chế FSK 27

3.2.3 Điều chế PSK 28

3.2.3.1 Điều chế pha 2 trạng thái (2 PSK) 28

3.2.3.2 Điều chế pha 4 trạng thái (QPSK) 29

3.2.3.3 Mô phỏng Matlap với tín hiệu điều tần và điều pha 31

3.3 Điều chế QAM 32

3.3.1 Định nghĩa 32

3.3.2 Điều chế QAM 16 trạng thái (điều chế 16 QAM) 32

3.4 Điều chế nhị phân 34

3.4.1 Điều chế nhị phân 34

3.4.2 Điều chế khóa dịch biên độ nhị phân (BASK) 34

3.4.3 Điều chế khóa dịch pha nhị phân (BPSK) 36

3.4.4 Điều chế khóa dịch tần nhị phân (BFSK) 37

TỔNG KẾT 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Các phần tử của hệ thống thông tin 6

Hình 3.1 : Điều chế tín hiệu AM mức thấp 13

Hình 3.2 : Điều chế tín hiệu AM mức cao 13

Hình 3.3: Dạng tín hiệu VΩ, V0 và VAM 14

Hình 3.5 : Điều chế AM đơn âm 15

Hình 3.6: Điều chế AM bằng một diot 16

Hình 3.7 : 17

Hình 3.8: Điều chế ASK 17

Hình 3.9: Tín hiệu điều chế ASK 18

Hình 3.10: Mô phỏng tín hiệu bằng phần mềm 21

Hình 3.13: Điều chế PM 24

Hình 3.17: Dạng sóng của mạch điều chế tần số 27

Hình 3.19: Tín hiệu điều chế và sóng mang sau điều chế của FSK 28

Hình 3.20: 28

.32

Hình 3.26: Điều chế on-off: dạng sóng, bộ điều chế, phổ 35

Hình 3.27: 36

Hình 3.28: Điều chế PRK: dạng sóng, bộ điều chế, phổ 37

Hình 3.29: Bộ thu tương quan PRK 37

Hình 3.30: Điều chế BFSK: dạng sóng, bộ điều chế, phổ 38

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Nghĩa của các từ Chức năng

tương tự

phương

biên độ nhị phân

tần số

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN1.1 Sơ đồ và chức năng cơ bản

Hình 1.1: Các phần tử của hệ thống thông tin

Có ba phần căn bản của bất cứ hệ thống thông tin nào cũng phải có: Máy phát, máy thu và kênh truyền Mỗi phần có một vai trò nhất định trong việc truyền dẫn tín hiệu

Máy phát xử lý tín hiệu đầu vào và tạo ra tín hiệu có những đặc tính thích hợp với kênh truyền dẫn Quá trình xử lý tín hiệu để truyền dẫn chủ yếu là điều chế và mã hóa (modulation and coding)

Kênh truyền là môi trường giữa điểm phát và điểm thu Kênh truyền có thể là cáp đôi, cáp đồng trục, cáp quang, hay môi trường vô tuyến Mọi kênh truyền đều gây ra

độ suy hao và độ tổn thất truyền dẫn Vì thế cường độ tín hiệu bị suy giảm dần theo khoảng cách truyền

Máy thu lấy tín hiệu đầu ra từ kênh truyền để xử lý và tái tạo ngược lại tín hiệu ở đầu phát Các hoạt động của máy thu bao gồm khuếch đại để bù vào tổn hao truyền dẫn, giải điều chế, giải mã tín hiệu đã được điều chế và mã hóa ở máy phát Bộ lọc cũng là một phần quan trọng trong máy thu dùng để chọn lọc tín hiệu mong muốn từ kênh truyền

Có rất nhiều ảnh hưởng không mong muốn xuất hiện trong quá trình truyền dẫn tín hiệu Suy hao là một ảnh hưởng không mong muốn do gây ra suy giảm cường độ tín hiệu tại máy thu Các hiệu ứng khác như méo (distortion), nhiễu (noise), tạp âm (interference) làm cho dạng tín hiệu bị thay đổi do đó có ảnh hưởng nghiêm trọng hơn.Méo là hiện tượng ảnh hưởng đến dạng sóng tín hiệu gây ra bởi đáp ứng không lý tưởng của hệ thống như mong muốn Không giống như nhiễu và can nhiễu, khi không

có tín hiệu thì không có méo Nếu kênh truyền là tuyến tính nhưng đáp ứng có méo thì

méo này có thể được sửa, hoặc có thể giảm thiểu bằng bộ lọc đặc biệt gọi là bộ cân bằng.

Can nhiễu là những tín hiệu tác động từ những nguồn tín hiệu khác vào tín hiệu cần truyền như các máy phát khác, đường dây điện Can nhiễu thường xuất hiện trong các hệ thống vô tuyến do những anten thường thu nhiều loại tín hiệu đồng thời Các bộ lọc thường được sử dụng để loại bỏ can nhiễu có tần số ngoài dải tần của tín hiệu truyền dẫn mong muốn

Nhiễu hay là các tín hiệu điện ngẫu nhiên sinh ra bởi các quá trình vật lý trong hệ thống và cả từ bên ngoài Khi nhiễu tác động vào tín hiệu truyền có thể làm giảm chất lượng của tín hiệu hay có thể làm hỏng đường truyền Bộ lọc dùng để giảm nhiễu một phần nhưng nhiễu không thể loại bỏ hoàn toàn Nhiễu là một thành phần cơ bản tạo ra những giới hạn trong hệ thống truyền thông

1.2 Các môi trường truyền dẫn

Truyền dẫn là quá trình truyền tải thông tin giữa các điểm kết nối trong một hệ thống hay trong mạng viễn thông

Môi trường truyền dẫn có hai loại là hữu tuyến (có dây) và vô tuyến (không dây) Môi trường truyền dẫn hữu tuyến bao gồm các loại đường dây thông tin như cáp đồng nhiều đôi, cáp đồng trục, sợi quang… Môi trường truyền dẫn vô tuyến là khoảng không bao quanh Trái đất, chính là các tầng khí quyển, tầng điện ly và khoảng không

vũ trụ khác (không phải chân không)

1.2.1 Môi trường truyền dẫn bằng cáp kim loại

Cáp kim loại là một môi trường truyền dẫn lý tưởng cho việc kêt nối các thuê bao viễn thông Có hai loại cáp kim loại chính là cáp đôi phù hợp cho truyền tốc độ thấp và cáp đồng trục được dùng cho phân cấp tốc độ cao

• Cáp đôi: thường được dùng cho dữ liệu tương tự Chất cách điện được làm bằng giấy Tuy nhiên nếu được làm bằng nhựa thì tốt hơn (không nhạỵ cảm với độ ẩm, suy hao ít tại các tần số cao…) do đó nó được dùng nhiều trong cáp đôi hiện đại Phần dẫn điện thường được làm bằng đồng với nhiều loại đường kính khác nhau Các sợi lõi trong cáp được xoắn vào nhau theo cặp 2 hoặc 4 dây tùy vào ứng dụng cụ thể Phần lõi chính của cáp kim loại được hình thành nhờ các cặp dây xoắn (2 hay 4) theo các lớp đồng tâm Các cặp xoắn này được đặt liên tiếp nhau và được thay đổi một cách ngẫu nhiên để giảm sự mất cân bằng

• Cáp đồng trục: dùng cho cả hai hệ thống ghép kênh tần số FDM và hệ thống ghép kênh theo thời gian TDM Cáp này bao gồm lõi kim loại ở chính giữa và một lớp dẫn khác bao phủ bên ngoài có hình ống Lớp dẫn hình ống bên ngoài có lớp bảo vệ chống ảnh hưởng của can nhiễu nên có thể không gây nhiễu và không bị ảnh hưởng bởi các sợi cáp xung quanh… Phần lõi bên trong bao gồm nhiều sợi dây đồng Phần dẫn bên ngoài được cấu tạo từ các lá đồng, trong một số loại cáp thì nó được hàn chặt thành ống.

Cáp đồng trục có thể thực hiện cho các tuyến truyền dẫn dung lượng cao (10800 kênh thoại trong hệ thống FDM) Chúng thường được lắp đặt theo từng đôi thực hiện thông tin trên hai hướng giữa các tổng đài nơi có lưu lượng tải tập trung cao

1.2.2 Môi trường truyền dẫn cáp quang

Truyền sóng trên môi trường cáp quang Tuyến thông tin cáp quang gồm cả sợi quang và thiết bị thông tin quang Thiết bị thông tin quang gồm: chuyển đổi mã nhánh phát, chuyển đổi mã nhánh thu, chuyển đổi tín hiệu điện - quang,

quang – điện…

Đặc điểm: băng thông rộng, cự li dài không cần bộ lặp: đặc tính mất mát tín hiệu

là rất thấp khoảng 0,2 dB/km So sánh với các phương tiện khác như đôi dây trần khoảng 30 dB/km Ít chịu ảnh hưởng bởi nhiễu, an toàn, giá thành bảo dưỡng thấp, kích thước gọn nhẹ, linh hoạt…

1.2.3 Môi trường truyền dẫn vô tuyến

Thông tin được truyền đi xa nhờ sóng điện từ Môi trường truyền sóng (khí quyển trên mặt đất, vũ trụ, nước…) chung cho nhiều kênh vô tuyến

Ưu điểm nổi bật so với truyền bằng dây cáp là không cần bất kỳ một đường dây nào, lắp đặt nhanh gọn không cần đào bới, chi phí đầu tư ít

Các tính chất của kênh truyền thông vô tuyến:

•Sóng vô tuyến lại những tần số này truyền thẳng gọi là truyền dẫn tầm nhìn thẳng, dễ bị tác động bởi vật chắn

•Có độ suy hao lớn (tần số càng cao, suy hao càng lớn), thường đạt tới 140 đến

160 dB, khuếch đại tín hiệu khó vì sẽ khuếch đại cả tạp âm

•Độ suy hao của kênh vô tuyến thay đổi trong phạm vi rộng Cường độ trường điện từ tại điểm thu tỉ lệ nghịch với bình phương quảng đường mà sóng đi qua

•Độ suy giảm của kênh thông tin vô tuyến biến đổi còn do sự biến đổi các tham số khí quyển Trái đất.

•Méo tín hiệu phát đi do hạn chế về phổ tần của nó (năng lượng tập trung ở dải tương đối hẹp)

•Cạn kiệt về tần số do ngày càng có nhiều hệ thống vô tuyến xuất hiện

CHƯƠNG II: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ĐIỀU CHẾ2.1 Tín hiệu điều chế

Là các tín hiệu tin tức cần truyền đi (tín hiệu số và tín hiệu tương tự bao gồm: tín hiệu thoại, truyền hình, số liệu…) có tần số thấp

2.2 Tín hiệu sóng mang

Là các tín hiệu điện cao tần có thể tải (mang) được thông tin Tín hiệu cao tần ở đây mang tính chất tương đối Một tín hiệu điện cao tần có thể làm sóng mang cho một tín hiệu điều chế này nhưng lại không thể làm sóng mang cho một tín hiệu điều chế khác và chính nó có khi lại trở thành tín hiệu điều chế cho một sóng mang có tấn số cao hơn

Một sóng mang tiêu biểu có công thức toán học là:

U(t) = A sin (ωt + ϕ) Trong đó: A là biên độ của sóng mang

ω = 2πf là tần số góc của sóng mang

f là tần số của sóng mang

ϕ: pha của sóng mang

Các tham số A, f và ϕ đều có thể mang thông tin

2.3 Điều chế

2.3.1 Điều chế

Điều chế là quá trình biến đổi một trong các tham số sóng mang cao tần (biên

độ, hay tần số, hay pha) tỷ lệ với tín hiệu băng gốc BB (Base Band)

2.3.2 Điều kiện điều chế

1 Tần số sóng mang cao tần fc (frequency carry), fc ≥ (8 ÷ 10) Fmax

Trong đó: Fmax : tần số cực đại tín hiệu điều chế băng gốc

2 Thông số sóng mang cao tần biến đổi tỷ lệ với biên độ tín hiệu điều chế Bandbase mà không phụ thuộc vào tần số của nó

3 Biên độ sóng mang cao tần Vω > Vm (biên độ tín hiệu điều chế băng gốc)

2.3.3 Sự cần thiết của điều chế

Trong thông tin vô tuyến: do các tín hiệu tin tức (tín hiệu tương tự và tín hiệu số) thường có tần số thấp nên rất khó trực tiếp bức xạ thành sóng điện từ để truyền đi

xa, nếu có thể bức xạ được thì năng lượng bức xạ cũng rất yếu và đòi hỏi phần tử bức

xạ (anten) có kích thước lớn Để dễ dàng truyền thông tin đi xa bằng sóng điện từ, người ta phải tiến hành điều chế tín hiệu thông tin vào sóng mang cao tần, nghĩa là gửi tin tức cần truyền vào sóng mang sau đó mới cho sóng mang đã điều chế bức xạ thành sóng điện từ để truyền đi xa Vì sóng mang có tần số cao nên dễ bức xạ thành sóng điện từ và đòi hỏi phần tử bức xạ có kích thước không lớn.

Trong ghép kênh theo tần số: Vì các tín hiệu thông tin cùng loại đều có chung một băng tần truyền dẫn (Ví dụ: tín hiệu thoại có băng tần từ 0,3 ÷ 3,4KHz) nên khi truyền nhiều tín hiệu trên một đường truyền dẫn thì chúng sẽ bị lẫn vào nhau làm cho phía thu không thu được tín hiệu Để truyền được nhiều tín hiệu trên cùng một đường truyền thì người ta phải điều chế các tín hiệu cần truyền vào các sóng mang khác nhau, mục đích là chuyển phổ của thông tin cần truyền lên các vùng khác nhau sau đó mới truyền chung trên một đường truyền dẫn Nhờ sự khác nhau về vùng phổ của các tín hiệu truyền đi mà phía thu dễ dàng thu được tín hiệu

2.4 Phân loại điều chế

2.4.1 Phân loại theo tín hiệu đưa vào điều chế

- Điều chế tương tự: tín hiệu điều chế là tín hiệu tương tự

- Điều chế số: tín hiệu điều chế là tín hiệu số

2.4.2 Phân loại theo sự thay đổi của các tham số của sóng mang

2.4.2.1 Điều chế biên độ

Là tác động tín hiệu điều chế vào sóng mang làm cho biên độ của sóng mang thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế Điều chế biên độ tương tự được gọi là AM (Amplitude Modulation) Điều chế biên độ số được gọi là ASK (Amplitude Shift Keying)

2.4.2.2 Điều chế tần số

Là tác động tín hiệu điều chế vào sóng mang làm cho tần số của sóng mang thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế Điều chế tần số tương tự được gọi là FM (Frequency Modulation) Điều chế tần số số được gọi là FSK (Frequency Shift Keying)

2.4.2.3 Điều chế pha

Là tác động tín hiệu điều chế vào sóng mang làm cho pha của sóng mang thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế Điều chế pha tương tự được gọi là PM (Phase Modulation) Điều chế pha số được gọi là PSK (Phase Shift Keying)

2.4.2.4 Điều chế QAM (Quature Amplitude Modulation)

Là phương pháp điều chế kết hợp cả điều chế biên độ ASK và điều chế pha PSK Với điều chế này thì khi tín hiệu điều chế tác động vào sóng mang thì cả biên độ và pha của sóng mang đều thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế

CHƯƠNG III : ĐIỀU CHẾ MỘT SỐ LOẠI TÍN HIỆU VÀ VÍ

DỤ MINH HỌA

3.1 Điều chế biên độ

3.1.1 Điều chế biên độ tương tự (AM)

Định nghĩa : biên độ sóng mang cao tần tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc gọi

là điều chế AM

Hình 3.1 : Điều chế tín hiệu AM mức thấpỨng dụng : trong truyền hình truyền thanh

Hình 3.2 : Điều chế tín hiệu AM mức caoTín hiệu sóng mang: Vo = V0.cosω0t (1)

Trong đó : Vo : giá trị biên độ sóng mang

ω0: tần số góc sóng mang

Tín hiệu băng gốc: Vt = VΩ.cosΩt (2)

Trong đó: VΩ: là tín hiệu biên độ băng gốc

tcostcosV

V1V

tcostcosVVtV

0 0

0 0

0

0 0

AM

ωΩ+

=

ωΩ+

=

Ω Ω

(3)

Trong đó:

0

V

V

m= Ω là hệ số điều chế hay còn gọi là độ sâu điều chế Hệ số điều

chế m phải thỏa mãn điều kiện m ≤ 1 Nếu m > 1 thì mạch có hiện tượng điều chế và tín hiệu méo trầm trọng (Hình 3.3)

Trong thực tế mmax = 0,7 ÷ 0,8 để đảm bảo thu tín hiệu không bị méo Ta xác định

m trong thực tế bằng cách đo các giá trị Vmax, Vmin và áp dụng công thức:

( )1.4V

V

VV2

V

VVV

Vm

min max

min max min

max

min max

−

=+

−

=

Khi m =1 ta có Vmax = 2V0 và Vmin =0

Biến đổi công thức (3) ta có:

( ) cos( )t ( )1.5

2

mVtcos

2

mVtcos

V

0

0 0

Như vậy khi điều chế đơn ấm phổ của tín hiệu điều biên AM có ba thành

phần: tải tin có tần số ω0và biên độ V0, hai dao động biên có tần số ω0 ± Ω và có biên

Nếu ta điều chế một dải âm tần

(Ωmin÷Ωmax) vào tải tin, ta sẽ có phổ

của tín hiệu AM như Hình 3.4c

Ta thấy ngoài tải tin ω0 có biên độ V0 còn

có hai biên tần: biên tần trên có tần số từ

(ω0 - Ωmin) đến (ω0 + Ωmax) và biên tần

dưới có tần số từ (ω0 - Ωmax) đến

(ω0 + Ωmin) đối xứng qua tải tin

Thực chất phổ của hai biên không đồng

đều nhau mà càng xa ω0 thì biên độ càng

giảm do đặc tuyến lọc của bộ cộng hưởng

không phải là hình chữ nhật lý tưởng

Tín hiệu băng gốc Tín hiệu điều chế AM

Hình 3.5 : Điều chế AM đơn âmNhận xét về điều chế AM:

•Công suất mang không tải tin thì nhiều

•Công suất cao tần tải tin nhỏ ở hai biên như nhau và phụ thuộc vào hệ số điều chế m

•Băng thông cần truyền lớn gấp đôi cần thiết gây lãng phí và tăng nhiễu

•Xét về tính hiệu quả sử dụng công suất cao tần kém

•Dễ thực hiện tín hiệu AM và máy thu giải điều chế đơn giản, rẻ

•Điều chế AM dùng trong phát thanh quảng bá MW-SW

Ví dụ: Mô tả một phương pháp đơn giản để điều chế AM Mạch gồm một mạng trộn tín hiệu bằng điện trở (R1, R2, R3) một diot nắn và một khung cộng hưởng LC

Hình 3.6: Điều chế AM bằng một diotTín hiệu điều chế được đưa đến đầu vào R1, tín hiệu sóng mang được đưa đến đầu vào R2 Mạng điện trở R1, R2 và R3 thực hiện trộn tuyến tính hai tín hiệu với nhau theo nguyên tắc cộng số học Nếu tín hiệu điều chế là tín hiệu hình sin thì tín hiệu sau khi trộn (lấy trên điện trở R3) có dạng như ở hình 4.3 (c) Ta thấy rằng sóng mang biến thiên trên nền của tín hiệu điều chế, nhưng đây chưa phải là tín hiệu đã điều chế biên

độ Ở đây hai tín hiệu mới được cộng với nhau, trong khi đó điều chế là nhân hai tín hiệu với nhau Tín hiệu sau khi cộng được nắn qua diode D Sau khi nắn ta thu được một dãy xung dương là tập hợp của các nửa chu kỳ dương của tín hiệu tổng, biên độ của các xung thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế hình 4.3 (d) Các xung này được đưa đến kích thích cho một mạch cộng hưởng song song LC Khung cộng hưởng

LC này có tần số cộng hưởng riêng f

LC

= 1

2π đúng bằng tần số của sóng mang.

Ngõ ra

Hình 3.7 : a) Tín hiệu điều chế b) Sóng mang c) Tín hiệu trên điện trở R3 d) Dòng tín hiệu qua diodee) Tín hiệu trên khung cộng hưởngKhi được kích thích thì khung LC sẽ dao động với tần số đúng bằng tần số sóng mang, còn biên độ thì phụ thuộc vào biên độ của tín hiệu kích thích Khi xung kích thích có biên độ lớn thì dao động lấy ra trên khung có biên độ lớn, khi biên độ của xung kích thích nhỏ thì dao động lấy ra trên khung có biên độ nhỏ

Như đã nói ở trên, biên độ của các xung kích thích thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế nên dao động lấy ra trên khung LC cũng có biên độ biến thiên đúng theo quy luật của tín hiệu điều chế Đây chính là tín hiệu đã điều chế biên độ hình 4.3 (e)

3.1.2 Điều chế biên độ số (ASK)

Điều chế ASK là điều chế biên độ áp dụng cho tín hiệu điều chế là tín hiệu số

Hình 3.8: Điều chế ASK

• S(t): tín hiệu điều chế (tín hiệu số)

• LO mạch dao động tạo sóng mang (Local Ocsilator)

• A.sinωt: sóng mang được tạo ra từ mạch dao động LO

• M: Bộ nhân

•

• S(t).Asinωt: sóng mang đã được điều chế biên độ

Tín hiệu điều chế S(t) là tín hiệu số được đưa đến đầu vào thứ nhất của bộ nhân

M Sóng mang A.sinωt tạo ra từ bộ dao động LO được đưa đến đầu vào thứ hai của bộ nhân Bộ nhân M sẽ nhân tín hiệu điều chế S(t) với tín hiệu sóng mang A.sinωt Ở đầu

ra của bộ nhân ta thu được thành phần cơ bản là S(t).Asinωt và một số thành phần khác (ví dụ A.sin2ωt, S(t).A sin3ωt ) Tín hiệu này được đưa qua bộ lọc thông giải

để loại bỏ các thành phần không mong muốn Kết quả ở đầu ra của bộ lọc ta thu được tín hiệu đã điều chế biên độ (ASK) là S(t).Asinωt Dạng sóng ra sau điều chế được mô

tả ở hình 4.5

Điều chế ASK có ưu điểm là mạch điện điều chế và giải điều chế đều rất đơn giản Tuy nhiên có nhược điểm rất lớn là khả năng chống nhiễu thấp vì nhiễu dễ dàng tác động vào vùng biên độ (vùng mang tin của sóng mang điều chế ASK)

Hình 3.9: Tín hiệu điều chế ASK

3.1.3 Mô phỏng tín hiệu AM bằng phần mềm Matlap

Trong tín hiệu đã điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin không mang tin tức Như vậy công suất tải tin là công suất tiêu hao vô ích, còn công suất biên tần là công suất hữu ích

•Công suất tải tin là công suất bình quân trong một chu kỳ tải tin:

•Công suất biên tần:

PP

7.12

mPR2

12

mVP

P

2 bt

bt bt

2

L

2 0 bt

bt

0 0

0

0 0

0

ω Ω

− ω Ω

+ ω

ω Ω

− ω Ω

+ ω

=+

Khi điều chế sâu (100%): m = 1 thì

0 max

R2

m1VP

m1P2

mPPPP

P

2 bt

2

m1P2

mPP

Pk

2 2

2

AM bt

Khi điều chế sâu nhất m = 1 thì

•Hệ số méo phi tuyến:

( ω ± ω Ω )

ω

± ω ω

I

II

k

2 3

2 2

I( ω t ± n ω s) (n ≥ 2) là biên độ các thành phần dòng điện ứng với hai bậc cao của tín hiệu điều chế

I( ω t ± ω s) là biên độ các thành phần biên tần

(12)

(15)

Để đặc trưng cho méo phi tuyến trong mạch điều khiển, người ta thường dùng đặc tuyến điều chế tĩnh hình trên Ta có thể thấy quan hệ giữa biên độ tín hiệu ra và giá trị tức thời của tín hiệu điều chế ở đầu vào.

Đường đặc tuyến điều chế tĩnh lý tưởng là một đường thẳng từ C đến A Đặc tuyến điều chế tĩnh không thẳng sẽ làm cho lượng biến đổi biên độ dao động cao tần đầu ra so với giá trị ban đầu (điểm B) không tỷ lệ đường thẳng với giá trị tức thời của điện áp điều chế Do đó trên đầu ra thiết bị điều biên, ngoài các thành phần hữu ích (các biên tần), còn có các thành phần bậc cao không mong muốn khác Trong đó thành phần đáng lưu ý nhất là thành phần của tần số ωt ± 2ωs có thể lọt vào các biên tần mà không thể lọc được

Để giảm méo phi tuyến, cần hạn chế phạm vi làm việc của bộ điều chế trong đoạn đường thẳng của đặc tuyến điều chế tĩnh Lúc đó buộc phải giảm độ sâu điều chế

Ví dụ: Cho tín hiệu điều biên với hệ số điều chế m = 2, tần số điều chế Ω = 10 KHz Tín hiệu tải tin có biên độ V0 = 5mV và tần số ω0 = 1 MHz Viết phương trình tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế? Vẽ dạng tín hiệu đã điều chế?