Điều chế biên độ(Amplitude Modulation)

Giới thiệu  Tín hiệu dải nền có công suất lớn ở tần số thấp nên không thể truyền qua kênh vô tuyến, nhưng có thể truyền qua đôi dây dẫn, cáp đồng trục và cáp quang...  Điều chế dịch p

Chương 2 Điều chế biên độ

(Amplitude Modulation)

Ha Hoang Kha

hhkha@hcmut.edu.vn

 Tín hiệu dải nền (baseband) là tín hiệu được tạo ra từ

nguồn tin

- Tín hiệu thoại có băng tần từ 0-3.4KHz

- Tín hiệu video trong truyền hình có băng tần 0-4.3MHz

- Tín hiệu PCM mã lưỡng cực có tốc độ xung Rb có dải tần 0-Rb Hz.

1 Giới thiệu

 Tín hiệu dải nền có công suất lớn ở tần số thấp nên không thể truyền qua kênh

vô tuyến, nhưng có thể truyền qua đôi dây dẫn, cáp đồng trục và cáp quang.

 Điều chế dịch phổ tần tín hiệu dải nền, cho phép nhiều tín hiệu đồng thời truyền trên một kênh

 Điều chế là biến đổi biên độ, tần số hoặc pha của sóng

mang sine cao tần theo tín hiệu baseband m(t)

 Điều chế dịch tín hiệu lên tần số cao để antenna bức xạ hiệu quả với kích thước hợp lý

 Có 3 loại điều chế cơ bản: điều chế biên độ (AM: Amplitude Modulation), điều chế tần số (FM: Frequency Modulation) và điều chế pha (PM: Phase Modulation)

2 Điều chế biên độ

t t

2

1 )

( 2

cos(

) ( )

2

1 )

( 2

1 )

xc ( )  cos c

 Điều chế hai dải bên triệt sóng mang: biên độ tức thời của tín hiệu điều chế tỷ lệ với tín hiệu tin tức

t t

m t

xDSBSC ( )  ( ) cos c

Double-SideBand Suppressed Carrier

LSB: Lower Sideband, USB: Uper Sideband

f

f

fc-fc

fM-fM

fc +fM

fc -fM

2A M(f)

XDSB_SC(f)

-fc +fM

)]

( )

(

[ 2

1 cos

) (t c t M f f c M f f c

 Để tránh chồng phổ fc  fM

 Trong các ứng dụng quãng bá, một antenna chỉ có thể bức

xạ một dải hẹp không méo, do đó

Giải Điều chế DSB-SC

 Quá trình khôi phục tín hiệu tin tức từ tín hiệu điều chế được gọi là giải điều chế

] 2

cos )

( )

(

[ 2

1 cos

) ( cos

) ( )

e  DSBSC c  c   c

)]

2 (

) 2 (

[ 4

1 )

( 2

1 )

f 2f

-2f

 Bộ điều chế nhân: sử dụng bộ nhân tương tự để nhân m(t) với cos  c t (khó thực hiện và không kinh tế)

 Bộ điều chế phi tuyến: sử dụng linh kiện phi tuyến như diode hoặc transistor

Các bộ điều chế DSB-SC

) ( )

( )

(t ax t bx2 t

 Giả sử đặc tính phi tuyến:

t t

bm t

am t

z( )  2 ( )  ( ) cos c  single balanced modulator

cos 5

1 3

cos 3

1 (cos

2 2

1 )



) 5

cos )

( 5

1 3

cos )

( 3

1 cos

) ( (

2 )

( 2

1 ) ( ) (t w t  m t  m t t  m t t  m t t  



Tc=2  / c

2.2 Điều chế biên độ AM

 DSB-SC yêu cầu bộ thu tạo ra dao động nội có tần số và pha đồng

bộ với sóng mang ở bộ phát Khi đó, bộ thu phức tạp và chi phí cao.

 Điếu chế AM: sóng mang được phát cùng với tín hiệu điều chế

t t

m A

t t

m t

A t

xAM ( )  cos c  ( ) cos c  [  ( )] cos c

)] (

) (

[ 2

)]

( )

(

[ 2

1 )

13

 Hệ số điều chế

 Tín hiệu AM có thể giải điều đồng bộ như DSB-SC.

c s

s

P P

P







 Khi , có thể dùng kỹ thuật tách đường bao   1

 Công suất sóng mang:

 Công suất dải bên:

Mạch điều chế AM

) ( )

( )

( t av t bv 2 t

vout  in  in

 Phần tử phi tuyến diode

t b

t t

cbm

t bm

t ca

t am t

v

c c

cos cos

) ( 2

) ( cos

) ( )

cbm t

ca t

vo ( )  cosc  2 ( ) cosc

Giải điều chế AM

 Tách đường bao:

 RC nên lớn so với 1/c, nhưng nên nhỏ so với 1/2fM

2.3 QAM (Quadrature AM)

 DSB chiếm băng thông 2 lần so với tín hiệu dải

nền (không hiệu quả).

 QAM sử dụng 2 sóng mang cùng tần số như pha trực giao (phase quadrature) để truyền 2 tín hiệu DSB

t t

m t

t m t

xQAM ( )  1( ) cos c  2 ( ) sin c

)

(t

x QAM

2.3 QAM (Quadrature AM)

 Hai tín hiệu, mỗi tín hiệu băng tần fM Hz có thể được phát đồng thời qua băng thông 2fM sử dụng DSB và ghép kênh trực giao.

t t

m t

t m t

m t

 Giả sử sóng mang bên thu là:

) cos(

2 ct  

 Tìm tín hiệu giải điều chế ?

 Sự sai lệch tần số hoặc pha của dao động nội ở bộ thu không những dẫn đến suy hao và méo tín hiệu mà còn sự giao thoa giữa 2 kênh.

2.4 AM-SSB (Single Sideband)

2.4 AM-SSB (Single Sideband)

 , phổ không đối xứng qua 0  tín hiệu trong miền thời gian là phức

| ) (

| M  | M(  ) |

 , đối xứng vơí nhau  tín hiệu trong miền thời gian là liên hợp phức cuả nhau

| ) (

| M  | M(  ) |

) ( )

( )

m   

)]

( )

(

[ 2

1 )

)]

( )

(

[ 2

1 )

 Xác định mh ?

2.4 AM-SSB (Single Sideband)

) ( ) ( )

M 

) sgn(

)

( 2

1 )

( 2

1 )]

sgn(

1 )[

( 2

1 )

) sgn(

) ( )

M h  

t

t m

sgn(

)

2 /

H

làm trễ pha  /2

) sin(

) ( cos

) ( )

Tạo tín hiệu AM-SSB

 Phương pháp lọc: cho tín hiệu DSB-SC qua bộ lọc có tính

chọn lọc tần số cao để loại bỏ sideband không mong muốn

 Phương pháp dịch pha:

Khó khăn là không thể dịch pha cho tín hiệu có 1 khoảng tần số

Giải điều chế SSB-SC

 SSB-SC có thể dùng giải điều chế kết hợp

] 2

sin ) ( 2

cos )

(

[ 2

1 )

( 2

1 cos

) (t t m t m t t m t t

x SSB c   c  h c

f 2fc

-2fc

2.5 VSB (Vestigial Side band)

 VSB: điều chế biên độ triệt một phần dải bên.

 SSB có bề rộng phổ nhỏ nhưng khó thực hiện Phương pháp lọc chọn tần số yêu cầu phổ tín hiệu dải nền có biên độ không đáng kể ở DC và ở tần số gần 0: Phương pháp dịch pha không thể thực hiện chính xác.

 DSB được thực hiện dễ hơn SSB nhưng yều cầu nhưng

bề rộng phổ tín hiệu gấp đôi

 VSB dung hoà giữa SSB và DSB VSB tương đối dễ thực hiện và băng tần khoảng 25% lớn hơn của SSB

2.5 VSB (Vestigial Side band)

M(f)

fM-fM

fc-fc

XDSB(f)

XSSB(f)

fc

fc-fc

-fc

XVSB(f)

 Bộ lọc một dải bên và nén dải bên khác

) ( )]

( )

( [

) (   c  c i 

)] (

) (

[ cos

) ( 2

) ( t xVSB t ct XVSB c XVSB c

e          

) ( )]

( )

( [

) (  X   X   H0 

M  VSB  c  VSB  c

 Phổ ngõ ra

 Để khôi phục lại tín hiệu dải nền:

B H

H

H

c i

c i

) (

1 )

2.6 Bộ thu thanh AM

 IF: intermediate-frequency fIF=455KHz, fc=1000KHz