Phân tích ảnh hưởng của sai pha trong hệ thống thông tin ứng dụng điều chế biên độ đơn băng không sóng mang (LUSSBAM)

Phân tích ảnh hưởng của sai pha trong hệ thống thông tin ứng dụng điều chế biên độ đơn băng không sóng mang (LUSSBAM)” Phân tích ảnh hưởng của sai pha trong hệ thống thông tin ứng dụng điều chế biên độ đơn băng không sóng mang (LUSSBAM)”

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành quá trình hơn 4 năm học tại Trường đại học Hàng hải ViệtNam nói chung và hoàn thành đồ án tốt nghiệp nói riêng, em nhận đã được sựgiúp đỡ nhiệt tình, tận tâm của thầy cô, gia đình, bạn bè Đạt được kết quả nhưngày hôm nay, em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới:

Ban giám hiệu Trường đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo cho em một môitrường học tập chất lượng, năng động

Quý thầy cô chuyên ngành Điện tử-Viễn thông những năm qua đã luônđồng hành, tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kỹ năng chuyên môn, kimhnghiệp làm việc

Thầy PGS.TS Lê Quốc Vượng, trường đại học Hàng hải Việt Nam, thầy đãdành rất nhiều tâm huyết hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt thời gianthực hiện đồ án tốt nghiệp này

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, gia đình luôn là chỗdựa vững chắc, tạo mọi điều kiên tốt nhất cho em được học tập và hoàn thành đồ

án tốt nghiệp này Bên cạnh đó,còn có những người bạn luôn động viên, cùngnhau học tập và giúp đỡ em vượt qua khó khăn

Xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Do hạn còn nhiều hạn chế về kiến thức, chuyên môn, nội dung đồ án chưathực sự được hoàn thiện, còn nhiều khiếm khuyết, thiếu sót Em rất mong nhậnđược góp ý quý báu từ thầy cô Tuy nhiên, em xin cam đoan nội dung đồ án nàydựa trên kết quả của quá trình nghiên cứu, tìm hiểu, tổng hợp của em, không có

sự sao chép kết quả nghiên cứu của tác giả khác Nội dung đồ án có sự thamkhảo, trích dẫn từ một số nguồn được liệt kê trong mục các tài liệu tham khảo

MỤC LỤ

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi

Biến đổi Hilbert của tín hiệu bản tin vii

Quá trình điều chế và giải điều chế L/U-SSB-AM vii

Trường hợp 100    vii

Trường hợp 40    viii

Trường hợp 30    viii

Trường hợp 20    viii

Trường hợp 10    viii

Trường hợp 8    viii

Trường hợp 6    viii

Trường hợp 4    viii

Trường hợp 3    viii

Trường hợp 2    viii

Độ méo của tín hiệu giải điều chế khi xảy ra sai pha viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: BAO QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN 2

1.1 Các khái niệm liên quan,mô hình và phân loại hệ thống thông tin 2

1.1.1 Các khái niệm liên quan trong hệ thống thông tin 2

1.1.2 Phân loại hệ thống thông tin điển hình 3

1.1.3 Vấn đề cơ bản của hệ thống thông tin 4

1.2 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin và hoạt động của hệ thống 4

1.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin 4

1.2.2 Giải thích hoạt động của hệ thống 5

1.3 Phép biến đổi tín hiệu trong hệ thống thông tin 6

1.3.1 Rời rạc hóa nguồn tin liên tục 6

1.3.2 Mã hóa 8

1.3.3 Điều chế và giải điều chế 8

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ .9

2.1 Vị trí và mục đích của điều chế trong hệ thống thông tin 9

2.2 Các phương pháp điều chế tương tự 11

2.2.1 Điều chế biên độ AM 11

2.2.2 Điều chế tần số FM 16

2.2.3 Điều chế pha PM 20

2.3 Một số phương pháp điều chế biên độ tín hiệu thường gặp 22

2.3.1 Điều chế biên độ cân bằng (băng kép) không sóng mang (DSB-AM) 22

2.3.2 Điều chế biên độ đơn băng không sóng mang (L/U-SSB-AM) 23

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SAI PHA TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ỨNG DỤNG ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ ĐƠN BĂNG KHÔNG SÓNG MANG (L/U-SSB-AM) 26

3.1 Lý thuyết chung về hệ thống thông tin ứng dụng điều chế biên độ dơn băng không sóng mang (L/U-SSB-AM) 26

3.2 Mô phỏng, phân tích ảnh hưởng của sai pha trong hệ thống thông tin ứng dụng điều chế biên độ đơn băng không sóng mang (L/U-SSB-AM) 29

3.2.1 Giới thiệu hệ thống thông tin ứng dụng điều chế L/U-SSB-AM 29

3.2.2 Giải thích chương trình mô phỏng hệ thống thông tin ứng dụng điều chế L/U-SSB-AM. 34 3.2.3 Phát triển chương trình mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của sai pha đến hệ thống thông tin ứng dụng điều chế L/U-SSB-AM 37

3.3 Kết quả, nhận xét và kết luận 41

3.3.1 Kết quả 41

3.3.2 Nhận xét 47

3.3.3 Kết luận 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 51

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

MF Medium Frequency – Tần số trung bình

HF High Frequency – Tần số cao

VHF Very High Frequency – Tần số rất cao

AM Amplitude Modulation – Điều chế biên độ

DSB-AM Double Side Band-Amplitude Modulation – Điều chế biên độ cân

bằng

SSB-SC Single Side Band-Suppressed Carrier – Điều chế đơn biên không

sóng mang

LSSB Lowet Single Side Band – Điều chế đơn biên tần thấp

USSB Upper Single Side Band – Điều chế đơn biên tần cao

VSB Vestigial Side Band – Điều chế vết đơn biên

FM Frequency Modulation – Điều chế tần số

PM Phase Modulation – Điều chế pha

LPF Low Pass Filter – Lọc thông thấp

PLL Phase Locker Loop – Mạch vòng khóa pha

VCO Voltage Controlled Oscillator – Bộ dao động nội điều khiển bằng

điện áp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

g

2.3 Tín hiệu tin tức, sóng mang, tín hiệu điều chế AM 112.4 Dạng sóng của tín hiệu AM với Vmax, Vmin 12

2.13 Tín hiệu tin tức, tín hiệu sóng mang và tín hiệu điều tần 172.14 Phổ của tín hiệu FM trong các trường hợp 19

2.17 Dạng tín hiệu tin tức, sóng mang và tín hiệu điều chế pha

2.19 Dạng tín hiệu tin tức, sóng mang và tín hiệu DSB-SC 22

2.21 Dạng tín hiệu tin tức, sóng mang và tín hiệu điều chế SSB 24

3.1 Phổ tín hiệu bản tin, tín hiệu USSB-AM, tín hiệu LSSB-AM 27

3.12 Quá trình điều chế và giải điều chế L/U-SSB-AM 37

MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam hiện nay, hệ thống thông tin đang phát triển một cách rấtnhanh, và ngày càng hiện đại, ta bắt gặp mọi lúc mọi nơi như điện thoại cố định,điện thoại di động, truyền hình cáp, truyền hình số, truyền hình vệ tinh…, việcthông tin liên lạc có thể thực hiện dễ dàng không chỉ trong một quốc gia mà còn

mở rộng ra toàn cầu Đặc biệt, hệ thống thông tin số dần thay thế hệ thống thôngtin tương tự, tuy nhiên hệ thống thông tin tương tự vẫn tồn tại nhờ ưu điểm phổchiếm của tín hiệu nhỏ hơn

Trong bất kỳ một hệ thống thông tin nào dù là tương tự hay số thì điều chếluôn bắt buộc không thể thiếu và quá trình giải điều chế rất quan trọng, ảnhhưởng đến chất lượng hệ thống, đến tín hiệu thu được, đặc biệt là khi xảy ra saipha Nội dung của đồ án này xét đến hệ thống thông tin tương tự đi sâu vào:

“Phân tích ảnh hưởng của sai pha trong hệ thống thông tin ứng dụng điều chế biên độ đơn băng không sóng mang (L/U-SSB-AM)”

Nội dung đồ án gồm ba phần:

Chương I: Bao quát về hệ thống thông tin

Chương II: Các phương pháp điều chế tương tự

Chương III: Phân tích ảnh hưởng của sai pha trong hệ thống thông tin ứngdụng điều chế biên độ đơn băng không sóng mang (L/U-SSB-AM)

Nội dung chi tiết của đồ án được trình bày như sau:

CHƯƠNG I: BAO QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN.

1.1 Các khái niệm liên quan,mô hình và phân loại hệ thống thông tin.

1.1.1 Các khái niệm liên quan trong hệ thống thông tin.

Tin tức (news) là sự phản ánh của sự vật khách quan đối với sự nhận biếtcủa con người

Thông tin (information) là sự phản ánh mang tính hướng đích (sự quan tâmcủa người nhận) của sự vật đối với sự nhận biết của con người (dạng thể hiệncủa tin tức), Một tin tức được ai đó quan tâm chính là thông tin với người đóBản tin là dạng hình thức chứa đựng một lượng thông tin nào đó Dạnghình thức có thể là văn bản, bản nhạc, đoạn thoại hoặc hình vẽ…

Hệ thống thông tin là hệ thống dùng các biện pháp để thông báo cho nhaunhững thông tin cần thiết từ nguồn phát đến bộ thu (nơi nhận), tức là truyền tin(Communication) với nhau

Dạng năng lượng(âm điện, sóng điện từ, sóng ánh sang…) được dùng đểmang thông tin đựợc gọi là sóng mang (Carrier)

Tín hiệu (Signal) là biểu diễn vật lý của thông tin Muốn truyền tin thìtrước hết thông tin phải được biến đổi thành một đại lượng vật lý trung gian.Trong bất kỳ hệ thống thông tin nào, tại phía thu, ngoài thông tin hữu íchthu được còn kèm theo tạp nhiễu Tạp nhiễu gồm tạp âm và can nhiễu Tạp âmsinh ra do bản thân các thiết bị bên trong tác động vào hệ thống như tạp âmnhiệt, can nhiễu do tác động bên ngoài gây ra

Yêu cầu của một hệ thống thông tin là tin tức truyền đi tới bộ thu càng ít lỗicàng tốt,đảm bảo các yêu cầu năng lượng truyền cho phép và giá thành

1.1.2 Phân loại hệ thống thông tin điển hình.

Hệ thống thông tin cụ thể có nhiều dạng và khi phân loại người ta dựa trênnhiều cơ sở khác nhau

Hệ thống thông tin

Công nghệ

Cơ sở năng lượng

Biểu hiện bên ngoài của thông tin

Đặc điểm thông tin đưa vào kênh truyền

Tương tự

Số Điện tín

Vô tuyến điệnThông tin quang

Thông tin sóng âm, siêu âm, cơ học

Truyền dẫn sốTruyền hìnhThông tin thoạiThông tin rời rạcThông tin liên tục

Hình 1.2 Phân loại hệ thống thông tin.

1.1.3 Vấn đề cơ bản của hệ thống thông tin.

Trong hệ thống thông tin cần đảm bảo các vấn đề cơ bản như:

- Hiệu suất truyền tin: hay còn gọi là tốc độ truyền tin, là lượng thông tin

mà hệ thống cho phép hoặc có thể truyền đi trong một dơn vị thời gian Nguời tamong muốn hệ thống đạt dược tốc độ truyền tin ngày càng cao

- Độ chính xác truyền tin: khả năng chống tạp nhiễu, đảm bảo thông tinchính xác của hệ thống

Đối với bất kỳ một hệ thống thông tin nào thì việc truyền tin điều yêu cầutối đa nhanh chóng và chính xác cao Truyền tin với cự ly lớn dùng sóng điện từ,nếu công suất phát hạn chế, năng lượng tin hiệu và tạp nhiễu ở đầu thu xấp xỉ

bằng nhau, nguời ta phải tìm cách xác định cấu trúc của thiết bị thu tối ưu dểphát hiện và tách được tín hiệu có ích trong nền tạp âm lớn.

1.2 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin và hoạt động của hệ thống.

1.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin.

Nguồn

tin tức

Biến đổi tin tức thành tín hiệu

Xử lý tín hiệu

Ghép nối tới kênh truyền

Kênh truyền dẫn

Ghép nối

từ kênh truyền

Xử lý tín hiệu ngược

Biến đổi tín hiệu thành tin tức

Tín hiệu điều chế

Tín hiệu điều chế

Dạng tín hiệu khác

Tín hiệu tương tựTin tức

Hình 1.3 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin.

1.2.2 Giải thích hoạt động của hệ thống.

Hệ thống gồm các khối cơ bản: bên phát (nguồn tin tức, biến đổi tin tứcthành tín hiệu, xử lý tín hiệu, ghép nối tới kênh truyền), kênh truyền dẫn, bênthu (ghép nối từ kênh truyền, xử lý tín hiệu ngược, biến đổi tín hiệu thành tintức, nhận tin tức)

Nguồn tin tức: là nơi sản sinh hay chứa các tin cần truyền đi, là tập hợp các

tin mà hệ thống thông tin dùng để tập hợp các bản tin cần truyền

Biến đổi tin tức thành tín hiệu: Biến đổi tin tức cần truyền thành các dạng

tín hiệu tương tự hoặc số

Xử lý tín hiệu: Biến đổi tín hiệu từ dạng tương tự thành các dạng khác,

khuếch đại tín hiệu lên đủ lớn đảm bảo có thể phát tín hiệu đi xa

Ghép nối tới kênh truyền dẫn:Thực hiện điều chế tín hiệu, ghép kênh để

tăng hiệu suất đường truyền (truyền tin từ nhiều nguồn khác nhau đến các đíchkhác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn), mã hóa đường truyền (chốngnhiễu và các tác động xấu của đuờng truyền ảnh hưởng đến thông tin)…

Kênh truyền dẫn:Đường truyền vật lý của tín hiệu, có thể hiểu kênh truyền

là môi trường để hình thành tín hiệu mang tin và lan truyền tín hiệu mang tin.Tínhiệu lan truyền được trong nhiều môi trường khác nhau, không chỉ bị biến đổi vềnăng lượng mà dạng tín hiệu cũng bị thay đổi do tạp nhiễu, phương thức truyềnlan, biến đổi của các thông số môi trường gây ra điều chế tín hiệu không cầnthiết

Kênh truyền

Hình 1.4 Mô hình kênh với tín hiệu vào và ra.

Ta có: r(t)=nn(t).s(t)+nc(t)

Trong đó:

- s(t), r(t) : tín hiệu vào,ra kênh truyền

- nn(t),nc(t): nhiễu nhân, nhiễu cộng

- nc(t) : nhiễu cộng

Nhiễu cộng sinh ra tín hiệu ngẫu nhiên tác động cộng thêm vào tín hiệu đầu

ra kênh, do các nguồn nhiễu công nghiệp, vũ trụ tạo ra với dải phổ rất rộng baotrùm lên tín hiệu

Nhiễu nhân tác động nhân thêm vào tín hiệu Nhiễu nhân do phương thức

truyến lan của tín hiệu hoặc biến đổi thông số vật lý của một bộ phận môi trường

truyền lan gây ra

Ghép nối từ kênh truyền dẫn: Thực hiện giải điều chế, tách kênh, giải mã

hóa đường truyền…

Xử lý tín hiệu ngược: Biến đổi tín hiệu từ dạng khác thành tín hiệu tương

tự, khuếch đại tín hiệu…

Biến đổi tín hiệu thành tin tức: biến đổi từ các dạng tín hiệu thành tin tức Nhận tin tức:ở phía thu, đầu cuối của hệ thống thông tin Nhận tin thường

gồm bộ nhận biết thông tin và bộ xử lý thông tin Tín hiệu ra của hệ thống do tácđộng của tạp nhiễu trên kênh truyền nên không giống với tín hiệu nguồn tin tứcban đầu vào hệ thống, nó sẽ có sự sai khác ít nhiều Vì vậy nhiệm vụ chính củanhận tin là từ tín hiệu nhận được phải xác định được tín hiệu nào được đưa vàođầu vào kênh, khôi phụ được tín hiệu ở điểm thu

1.3.Phép biến đổi tín hiệu trong hệ thống thông tin.

1.3.1 Rời rạc hóa nguồn tin liên tục.

Muốn biến đổi nguồn tin liên tục thành rời rạc để truyền đi phải thực hiênqua hai khâu là rời rạc hóa theo thời gian (lấy mẫu) và lượng tử hóa

Lấy mẫu: tín hiệu rời rạc là tín hiệu có độ lớn biến thiên liên tục theo biên

độ nhưng bị gián đoạn theo thời gian Lấy mẫu một hàm tin là thay hàm tin liêntục bằng một hàm rời rạc là những mẫu của hàm trên lấy tại những thời điểmgián đoạn Yêu cầu của việc lấy mẫu là hàm thay thế phải tương đương với hàmđược thay thế

Việc lấy mẫu phải tuân theo định lý lấy mẫu theo thời gian: “Một hàm s(t)

có phổ hữu hạn, không có thành phần tần số lớn hơn ω max có thể được thay thế bằng các mẫu của nó lấy tại những thời điểm khác nhau một khoảng Δt ≤ π/t ≤ π/

ω max ”.

Lượng tử hóa: Tín hiệu lượng tử là tín hiệu liên tục theo thời gian nhưng có

biên độ gián đoạn theo các mức có giá trị nhất định, gọi là mức lượng tử Lượng

tử hóa tín hiệu là quá trình biến đổi tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục thànhbiên độ gián đoạn theo các mức lượng tử

Quá trình lượng tử được thể hiện bằng đặc tuyến lượng tử , là đường gãykhúc bậc thang như hình:

a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7

a8 N=8

g1 v2g2 v3g3 v4 g4 v5 g5 v6 g6 v7 g7

0

B

t

s(t) ai

Hình 1.5 Mô tả quá trình lượng tử.

 vi là vạch chia mức tương ứng với ai là mức lượng tử quu ước

 gj là giới hạn phân chia mức lượng tử (i, j là các chỉ số)

1.3.2 Mã hóa.

Mã hóa là phép biến đổi cấu trúc thống kê của nguồn, nhằm cải thiện cácchỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống thông tin Mã hóa chính là quá trình làm tươngđương (thường là thuật toán) giữa một mức lượng tử đã quy ước, mà nó nhậnđược sau quá trình điều chế xung mã, với một từ mã Phép rời rạc hóa là ví dụđơn giản của mã hóa

Giải mã là quá trình ngược lại của mã hóa, tức là làm tương ứng giữa mỗi

từ mã với một lượng tử quy ước

1.3.3 Điều chế và giải điều chế.

Trong hệ thống thông tin, để truyền tin qua một cự ly lớn, thông tin phảiqua một phép biến đổi gọi là điều chế (Modulation) Điều chế là chuyển thôngtin thành một dạng năng lượng thích hợp với môi trường truyền, sao cho dạngnăng lượng đó ít bị tổn hao, biến dạng do tác động của tạp nhiễu

Yêu cầu của điều chế ngoài chọn năng lượng thích hợp còn phải tùy theotính chất của tạp nhiễu trong kênh truyền mà xây dựng một hệ thống tín hiệu có

sự phân biệt để quả trình giải điều chế có thể nhận dạng được tín hiệu

Phân loại điều chế thể hiện như hình:

Điều chế tín hiệu Điều chế tương tự Điều chế xung Điều chế số

PCM Delta

Hình 1.6 Phân loại điều chế

Giải điều chế là quá trình biến đổi ngược của điều chế, tín hiệu vào của bộgiải điều chế là hỗn hợp tín hiệu điều chế và tạp nhiễu Từ hỗn hợp tín hiệu, thiết

bị giải điều chế lọc ra thông tin dưới dạng điện áp liên tục hoặc xung điện rời rạcgiống thông tin đầu vào thiết bị điều chế với sai số nằm trong giới hạn cho phép

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ.

2.1 Vị trí và mục đích của điều chế trong hệ thống thông tin.

Muốn truyền thông tin qua một khoảng cách nào đó thì chỉ truyền quakhoảng cách ngắn do hạn chế về tần số và công suất Vì vậy để truyền được tínhiệu đi xa thì người ta phải biến đổi các tín hiệu này thành các loại tín hiệu đặcbiệt có chứa tin tức và có thể dễ dàng lan truyền được thông qua kênh truyềndẫn Tín hiệu này gọi là tín hiệu điều chế, quá trình biến đổi tín hiệu mang tintức thành tín hiệu điều chế gọi là điều chế tín hiệu

Trong quá trình điều chế người ta thường sử dụng một tín hiệu có tần sốcao hơn tần số của tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc) và cho các thông số (biên

độ, tần số, góc pha…) của tín hiệu này thay đổi tỷ lệ với tín hiệu tin tức Tínhiệu này được gọi là sóng mang Sóng mang là tín hiệu cao tần không mang tintức và là tín hiệu tương tự Tín hiệu tin tức là tín hiệu tần số thấp (thường gọi làtín hiệu âm tần)

Điều chế m(t)

- Tần số là tài nguyên có hạn, mỗi dịch vụ vô tuyến có một bằng tần sửdụng riêng biệt, không được lấn chiếm nhau Quá trình điều chế giúp chuyểnphổ tín hiệu băng gốc lên băng tần thích hợp.

- Trong thông tin vô tuyến truyền lan sóng điện từ, yêu cầu anten thu phải

có kích thước ngắn nhất, bằng 1/10 bước sóng điện từ mà nó thu Tuy nhiên,kích thước anten lại tỷ lệ thuận với bước sóng và tỷ lệ nghịch với tần số tín hiệutruyền, cho lên tần số tín hiệu truyền đi phải được đẩy lên cao bằng điều chế

Vị trí của điều chế được thể hiện như hình 2.2

Nguồn tin Biến đổi tin tức-tín hiệu

Hình 2.2 Điều chế trong hệ thống thông tin.

Điều kiện điều chế:

- Tần số sóng mang fc ≥ (8÷10)Fmax (Fmax là tần số cực đại của tín hiệu tintức)

- Thông số của tín hiệu cao tần (biên độ, tần số, pha) biến đổi tỷ lệ với biên

độ tín hiệu điều chế băng gốc mà không phụ thuộc vào tần số của nó

2.2.Các phương pháp điều chế tương tự.

2.2.1 Điều chế biên độ AM.

Điều chế biên độ là quá trình làm thay đổi biên độ của sóng mang cao tầntheo quy luật của tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc)

Giả sử:

Tín hiệu tin tức m t( )A.sin(2 ft)

Sóng mang c t( )B.cos(2 ft)

Trong đó: A,B lần lượt là biên độ của tín hiệu tin tức, sóng mang

f, fc lần lượt là tần số của tín hiệu tin tức và sóng mang

Tín hiệu điều chế biên độ AM có dạng:

( ) [B A.sin(2 ft)].cos(2 f ) [1 sin(2 )] [1 sin(2 )]

Ta thấy đường bao biên độ của tín hiệu điều chế biên độ AM chính là dạngcủa tín hiệu tin tức.

Hệ số điều chế: là giá trị quan trọng liên quan đến mức độ thay đổi biên độ

tín hiệu của sóng mang điều chế, là tỷ lệ giữa biên độ tín hiệu tin tức và biên độtín hiệu sóng mang điều chế

Ký kiệu hệ số điều chế là m

max min max min

A m

Hình 2.4 Dạng sóng của tín hiệu AM với Vmax, Vmin.

Độ sâu điều chế: giá trị của hệ số điều chế dưới dạng phần trăm Thông

thường độ sâu điều chế ≤ 100% Nếu độ sâu điều chế quá 100% sẽ xảy ra hiệntượng quá điều biên

Khi hiện tượng này xảy ra, tín hiệu AM thu được sẽ vượt quá ngưỡngkhông và đảo chiều Quá điều biên này sẽ phát sinh thêm tần số mới làm bên thukhó thu tín hiệu, gây ảnh hưởng đến các kênh khác

Trường hợp m=0.5 tương ứng với độ sâu điều chế 50%

Hình 2.5 Tín hiệu điều chế AM với m=0.5.

Trường hợp m=1 tương ứng với độ sâu điều chế 100%

Hình 2.6 Tín hiệu điều chế AM với m=1.

Trường hợp m>1 tương ứng với độ sâu điều chế quá 100% Lúc này, xảy rahiện tương quá điều biên Tín hiệu sau điều chế bị méo

Hình 2.7 Tín hiệu điều chế AM với m>1.

Phổ của tín hiệu điều chế AM: biểu diễn của tín hiệu này trên miền tần số.

Từ biểu thức trên của tín hiệu AM, ta thấy có 3 thành phần:

0

0

A/2 A/2

Hình 2.8 Phổ tín hiệu điều chế biên độ AM.

Băng thông của tín hiệu AM: là khoảng cách tần số chênh lệch giữa dải

biên tần trên với dải biên tần dưới, BwAM =2fmax, fmax là tần số lớn nhất của tínhiệu tin tức

Công suất tín hiệu AM: Công suất ra của tín hiệu AM:

(Pc là công suất tín hiệu sóng mang)

Công suất trung bình của điều chế biên độ AM: bằng tổng công suất sóngmang, công suất dải biên tần dưới và công suất dải biên tần trên

AMtb c LSB USB

Giải điều chế biên độ AM: khôi phục lại tín hiệu tin tức từ tín hiệu điều chế

thu được (tách sóng) Các phương pháp:

Phương pháp tách sóng đường bao:

Hình 2.9 Đường bao tín hiệu AM.

Mạch tách sóng đường bao đơn giản gồm có diode tách sóng và một mắtlọc RC (giá trị R,C phải được chọn thích hợp để tránh méo tín hiệu) Tín hiệusau tách sóng là tín hiệu tin tức m’

Phương pháp tách sóng biên độ đồng bộ: u AM( )t U A.cos(2 f t c ),

điều chế m’(t)

Hình 2.11 Sơ đồ khối tách sóng biên độ đồng bộ.

Điều chế AM thường ứng dụng trong truyền thanh, truyền hình

Ưu điểm: Truyền được tín hiệu với khoảng cách xa do tín hiệu AM có thểphát tín hiệu có bước sóng trung, dài Thiết bị đơn giản, giá rẻ cho việc sử dụngphổ biến

Nhược điểm: Kích thước anten rất lớn và cồng kềnh, băng thông lớn.Nhiễubiên độ lớn do các thành phần gây nhiễu chủ yếu tác động đến biên độ của tínhiệu, do đó khi truyền âm thanh chất lượng sẽ kém, độ chọn lọc không cao

2.2.2 Điều chế tần số FM.

Điều chế tần số FM (Frequency Modulation) là quá trình ghi tín hiệu tintức vào sóng mang mà tần số của sóng mang cao tần thay đổi theo quy luật tintức

Sóng mang khi chưa bị điều chế có dạng: c t( ) B.cos(c t0 ) B.cos ( ) t

Nếu tín hiệu tin tức m(t) làm thay đổi tần số ωc ta có điều chế tần số FM

suy ra ( )t  c( )t k f m t dt( )

(kf là độ nhạy điều chế)Tín hiệu điều chế tần số FM có dạng: u FM( )t Bcos(c t k f m t dt( )

Giữa điều chê FM và PM(điều pha) có sự tương quan như sau:

Hình 2.12 Sơ đồ khối điều chế tần số FM.

Giả sử: m t( )A.sin( )t ,c t( )B.cos(t)

Nếu tần số của sóng mang c(t) bị biến thiên theo biên độ của tín hiệu điềuchế m(t) thì ta được tín hiệu điều chế tần số (điều tần) là uFM(t):

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 -1

0 1

0 1

0 1





Phổ của tín hiệu điều tần: Dựa vào các mối quan hệ lượng giác và hệ số

điều chế mf ta có thể biểu diễn tín hiệu điều tần như sau:

Biên độ tỷ lệ với hàm Bessel loại một bậc n

m f =10

J3=25 J8=32 J4=22 J9=29 J5=20 J10=.2

m f =2

J3=0.35 J4=0.13

m f =0.2

Bw=2f(f+m f )=2f

J0 (mf)=0.99 J1=0.1

Hình 2.14 Phổ của tín hiệu FM trong các trường hợp.

Công suất tín hiệu điều tần FM: Tổng công suất của tín hiệu điều tần là

không đổi, chính là công suất của sóng mang khi chưa điều chế:

Công suất của tín hiệu điều chế: tổng công suất của các vạch phổ tín hiệuđiều chế:P FM(m f) P m c( f  0).[ (J m02 f) 2 J (  12 m f) 2 J (  22 m f) 2 (   J m n2 f)]

Giải điều tần FM: thường sử dụng mạch PLL để tiến hành giải điều chế.

Mạch PLL có tần số dao động nội bằng với tần số trung tâm của tín hiệu

FM đầu vào Sự sai lệch giữa tần số tín hiệu fFM và tần số dao động nội VCO fN

tạo ra một điện áp đầu ra cho ta tín hiệu giải điều chế

2.2.3 Điều chế pha PM

Điều chế pha PM (Phase Modulation) là dạng điều chế mà pha của sóngmang cao tần biến đổi theo quy luật tin tức

Sóng mang khi chưa bị điều chế có dạng: c t( ) B.cos(c t0 ) B.cos ( ) t

Nếu m(t) làm thay đổi pha ban đầu φ0 ta được điều pha PM

0 k m t p ( ) ( )t c t k m t p ( )

      (kp là độ nhạy điều chế)Tín hiệu điều chế pha PM: u PM( )t B.cos[c t k m t p ( )]

Hình 2.16 Sơ đồ khối điều chế pha PM.

Xét điều chế tín hiệu sin đơn tần:m t( )A.cos( )t

Quá trình phân tích phổ, băng thông của tín hiệu điều chế pha tương tự vớiđiều tần FM Phổ của PM và FM có thể phân biệt khi tăng giảm tần số tín hiệuđiều chế f.

PM: m p k A p. không phụ thuộc vào f

FM: f

F m

Ứng dụng: PM là dạng điều chế quan trọng trong thông tin FM gián tiếpdải hẹp, thông tin vệ tinh,…với tính chống nhiễu cao

2.3 Một số phương pháp điều chế biên độ tín hiệu thường gặp.

2.3.1 Điều chế biên độ cân bằng (băng kép) không sóng mang (DSB-AM).

Đối với điều chế biên độ AM, tín hiệu có hai dải biên tần là dải biên tầntrên và dải biên tần dưới gọi là DSB Bên cạnh đó, 2/3 công suất trong điều chế

là của sóng mang không phải là thành phần chứa tin tức nên nó sẽ gây ra sự tổnhao về năng lượng rất lớn Để tiết kiệm công suất người ta có phương pháp điềuchế chế biên độ cân bằng không sóng mang DSB-AM (còn gọi là DSB-SC) Tín hiệu DSB-SC được tạo bằng cách nhân tín hiệu tin tức với sóng mang