Chương 5 Tín hiệu điều chế

CHƯƠNG 5: Tín hiệu điều chế I Cơ tín hiệu điều chế Khái niệm Phân loại phương pháp điều chế II Điều chế tương tự Tín hiệu điều chế tương tự băng tần sở Tín hiệu điều chế cao tần III Tín hiệu điều chế số Khái niệm Phân loại Các đặc điểm tín hiệu điều chế số IV Tín hiệu trải phổ Khái niệm Phân loại I Cơ tín hiệu điều chế Khái niệm - Khái niệm: Điều chế trình biến đổi thông số sóng mang cao tần (biên độ,hoặc tần số, pha) tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc (BB -base band) I Cơ tín hiệu điều chế Khái niệm - Mục đích việc điều chế: • Bức xạ lượng tín hiệu cao tần có hiệu bước sóng bậc với kích thước vật lý anten • Tín hiệu cao tần bị suy hao truyền không gian • Quá trình điều chế chuyển phổ tín hiệu băng gốc lên băng tần thích hợp I Cơ tín hiệu điều chế Khái niệm - Điều kiện điều chế : + Tần số sóng mang cao tần lớn đến 10 lần tần số song mang BB + Thông số sóng mang cao tần (hoặc biên độ, tần số, pha) biến đổi tỷ lệ với biên độ tín hiệu điều chế BB mà không phụ thuộc vào tần số + Biên độ sóng mang cao tần lớn biên độ tín hiệu điều chế BB I Cơ tín hiệu điều chế Phân loại phương pháp điều chế - Có hai phương pháp điều chế bản: + Điều chế tương tự: • • Tín hiệu điều chế băng tần sở (PAM, PFM, PWM, PPM) Tín hiệu điều chế cao tần (AM, FM, PM) + Điều chế số (ASK, FSK, PSK ) II Điều chế tương tự Tín hiệu điều chế tương tự băng tần sở - Tín hiệu điều chế băng tần sở hay điều chế tín hiệu băng tần sở việc chuyển phổ tín hiệu từ miền tần số thấp sang miền tần số cao sử dụng sóng mang dãy xung cao tần Một dãy xung cao tần có tần số bản: + Biên độ + Độ rộng xung + Chu kỳ xung + Pha xung U0 ω T= tk f II Điều chế tương tự Tín hiệu điều chế tương tự băng tần sở - Ứng với tham số có phương thức điều chế: + Điều chế biên độ xung PAM (Pulse amplity modulation) + Điều chế tần số xung PFM (Pulse frequency modulation) + Điều chế độ rộng xung PWM (Pulse wide modulation) + Điều chế pha xung PPM (Pulse phase modulation) Điều chế biên độ xung PAM - Điều chế biên độ xung PAM việc mang tin tức ghép vào biên độ dãy xung cao tần làm biên độ dãy xung cao tần biến đổi theo tin tức - Dãy xung p(t), tín hiệu tin tức dạng sóng sin m(t) Tín hiệu sau điều chế tích hai tín hiệu p(t).m(t) Điều chế biên độ xung PAM Điều chế xung - Điều chế tần số xung mang tin tức ghép vào tần số tín hiệu cao tần làm tần số cao tần biến đổi theo tin tức - Điều chế độ rộng xung PWM mang tin tức ghép vào độ rộng xung cao tần làm độ rộng xung cao tần biến đổi theo tin tức - Điều chế pha xung PPM mang tin tức ghép vào pha tín hiệu cao tần làm pha tín hiệu cao tần biến đổi theo tin tức 10 Tín hiệu điều chế số - Khái niệm: Điều chế số trình sử dụng tín hiệu số để làm thay đổi thông số sóng mang cao tần Các thông số bao gồm: Biên độ, tần số pha 21 Phân loại tín hiệu điều chế số - Căn vào thông số sóng mang bị thay đổi có loại điều chế sau: + Khóa dịch biên độ (ASK- Amplitude Shift Keying) + Khóa dịch tần (FSK- Frequency Shift Keying) + Khóa dịch pha (PSK-Phase Shift Keying) - Căn theo trạng thái mã hóa phân làm hai loại điều chế số là: Điều chế nhị phân điều chế hạng M - Ngoài có phương pháp điều chế kết hợp từ phương pháp điều chế 22 Điều chế khóa dịch biên mức BASK - BASK (Binary Amplitude Shift Keying): Là phương pháp điều chế dùng biên độ khác sóng mang để biểu diễn bít bít Bít truyền sóng mang E1 bit truyền sóng mang E2 - Thường E2=0- có hai trạng thái ký hiệu, trạng thái có sóng mang hay sóng mang, trình gọi trình khóa đóng mở (ON-OFF- Keying-OOK) Khi biểu diễn: Tổng quát: g BASK  A cos(ω0t + ϕ ) =  x ( n) = x ( n) = g BASK (t ) = A.x( n).cos(ω0t + ϕ ) 23 Điều chế khóa dịch biên mức ASK 24 Ví dụ - Ví dụ: Cho liệu đầu vào điều chế ASK: 01101, sóng mang có dạng hiệu BASK với g (t ) = A.sin(ωc t ) Hãy vẽ dạng sóng tín Tc = Tb 25 Điều chế khóa dịch biên nhiều mức M-ASK - Điều chế M-ASK sóng mang nhận biên độ với M trạng thái khác 26 Điều chế khóa dịch tần FSK - Trong phương thức FSK, tham số sóng mang bị điều chế tần số Tương ứng với mức logic khác tần số khác 27 Điều chế khóa dịch tần mức BFSK - Trong điều chế BFSK sử dụng sóng mang có tần số khác để điều chế tín hiệu số Ký hiệu khoảng cách tần số tần số trung tâm chúng , ta biểu diễn ω0 Trong biểu thức trên, để thuận tiện ta hiểu x(n) tín hiệu nhị phân lưỡng cực nhận giá trị -1 ∆ω g BFSK (t ) = A cos{[ω0 +x(n)∆ω ]t + ϕ}=Acos[(ω0 ± ∆ω )t+ϕ ] 28 Điều chế khóa dịch tần mức BFSK 29 Điều chế khóa dịch pha mức BPSK - Sử dụng tần số sóng mang thay đổi pha sóng mang này:  Acos (ωct + π ) s (t ) =   Acosωc t bit1 bit 30 Điều chế khóa dịch pha mức QPSK - Sử dụng tần số sóng mang thay đổi pha sóng mang này:  Acos (ωct + 0)  π  Acos (ωc t + )  s (t ) =   Acos (ωc t + π )  3π  Acos (ωc t + )  00 01 10 11 31 Điều chế khóa dịch pha mức QPSK 32 Các đặc điểm tín hiệu điều chế số - Tín hiệu đầu vào dạng số - Nguyên lý điều chế đơn giản so với điều chế tương tự - Dạng sóng sau điều chế không liên tục điều chế tương tự 33 Tín hiệu trải phổ Khái niệm: Kỹ thuật trải phổ thông tin với độ rộng độ rộng băng tần cần thiết để chuyển thông tin cách sử dụng mã không liên quan đến thông tin Ở đầu thu, thông tin thu phổ trở lại với mã sử dụng để trải phổ - Tín hiệu trải phổ có độ rộng băng tần rộng nhiều so với độ rộng băng thông tin thân Hệ thống trải phổ có tính chất sau: + Tránh tắc nghẽn + Tránh nhiễu tốt + Khả xảy bị chặn thấp + Khả chống nhiễu đa đường qua đường dây 34 Phân loại hệ thống trải phổ - Có loại kỹ thuật trải phổ chính: + Trải phổ trực tiếp (Direct- Sequence-DS) + Trải phổ nhảy tần (Frequency Hopping-FH) + Trải phổ nhảy thời gian (Time Hopping-TH) + Trải phổ lai 35 [...]... toàn bộ tín hiệu AM PAM = PAM − St R PAM = PAM − St × R 1 1 Pm Pm − St η=2 =2 PAM PAM − St 15 Ví dụ Ví dụ 1: Tín hiệu AM điện áp được điều chế bởi một tín hiệu sin đơn tần , hiệu suất điều chế? m(t ) = V cosωmt Ví dụ 2: Cho tín hiệu tin tức m Tín hiệu sóng mang Vmax Biết Vmin =50 V, =10V Tính mA , Vm , PAM Vẽ dạng tín hiệu sau điều chế AM m(t ) = 10cos32.103 π t xc (t ) = 20sin 256 .103 π t 16 Điều tần... hiệu AM a) Tín hiệu điều chế b) Tín hiệu AM 14 Điều biên AM - Tín hiệu AM sau điều chế được cho qua điện trở 1 Công suất rơi trên điện trở khi đó gọi là công suất chuẩn: Trong đó: là công suất của sóng mang; - Nếu tín hiệu là điện ápPthì: AM − St - Nếu tín hiệu là dòng điện thì: = PC − St là công suất của tín hiệu điều chế khi cho qua điện trở R 1 + Pm − St 2 Pm − St P C − St - Hiệu suất điều chế: Bằng.. .Điều chế xung 11 Điều biên AM - Điều chế biên độ là quá trình làm thay đổi biên độ sóng mang cao tần theo tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc) * Phương trình điều chế và hệ số điều chế - Tín hiệu sóng mang thường là tín hiệu sin, cos có tần số cao - Tín hiệu AM có dạng: xc (t ) = Vc cosωc t y AM (t ) = [Vc + m(t )]cosωct 12 Điều biên AM m(t ) = Vm cosωmt - Xét trường hợp m(t) là một tín hiệu cos... 17 Điều tần FM 18 Điều pha PM - Điều chế pha là quá trình làm thay đổi pha sóng mang cao tần theo tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc) - Biểu thức của tín hiệu điều pha: - xét trường hợp tín hiệu điều chế là sin đơn tần Trong đó là độ lệch pha yPM là(thệ)số=điềuVchế, cos (ωc t + k p m(t )) c m(t ) = Vm cosωmt yPM (t ) = Vc cos (ωc t + k pVm cosωmt ) = Vc cos (ωc t + m p cosωmt ) m p = k pVm 19 Điều. .. của tín Tc = Tb 25 Điều chế khóa dịch biên nhiều mức M-ASK - Điều chế M-ASK thì sóng mang nhận biên độ với M trạng thái khác nhau 26 Điều chế khóa dịch tần FSK - Trong phương thức FSK, tham số sóng mang bị điều chế là tần số Tương ứng với các mức logic khác nhau là tần số khác nhau 27 Điều chế khóa dịch tần 2 mức BFSK - Trong điều chế BFSK sử dụng 2 sóng mang có tần số khác nhau để điều chế tín hiệu. .. 30 Điều chế khóa dịch pha 4 mức QPSK - Sử dụng một tần số sóng mang và thay đổi pha của sóng mang này:  Acos (ωct + 0)  π  Acos (ωc t + )  2 s (t ) =   Acos (ωc t + π )  3π  Acos (ωc t + )  2 00 01 10 11 31 Điều chế khóa dịch pha 4 mức QPSK 32 Các đặc điểm của tín hiệu điều chế số - Tín hiệu đầu vào là dạng số - Nguyên lý điều chế đơn giản hơn so với điều chế tương tự - Dạng sóng sau điều chế. .. Vc cos (ωc t + m p cosωmt ) m p = k pVm 19 Điều pha PM 20 Tín hiệu điều chế số - Khái niệm: Điều chế số là quá trình sử dụng tín hiệu số để làm thay đổi các thông số của sóng mang cao tần Các thông số này bao gồm: Biên độ, tần số và pha 21 Phân loại tín hiệu điều chế số - Căn cứ vào các thông số của sóng mang bị thay đổi thì có các loại điều chế cơ bản sau: + Khóa dịch biên độ (ASK- Amplitude Shift... Shift Keying) - Căn cứ theo trạng thái mã hóa thì có thể phân ra làm hai loại điều chế số đó là: Điều chế nhị phân và điều chế hạng M - Ngoài ra còn có phương pháp điều chế được kết hợp từ các phương pháp điều chế cơ bản trên 22 Điều chế khóa dịch biên 2 mức BASK - BASK (Binary Amplitude Shift Keying): Là phương pháp điều chế dùng 2 biên độ khác nhau của sóng mang để biểu diễn bít 0 và bít 1 Bít 1 được... (t )chế = [(chỉ Vc số +điều Vm cos ]cos Vc [1thì+ Vm : hệysố chế) Đểm tđiều chế không AMđiều c t = méo - / Vc cosωmt ]cosωct = Vc [1 + mAcosωmt ]cosωct Trong trường hợp m(t) là tổng các tín hiệu sin đơn tần: mA với mtrường (t ) = hợp V1cos ωquát Trong tổng 1t + V2 cosω2t + V3cosω3t + mA = m12 + m22 + m32 + mi = Vi , i = 1, 2,3, Vc mA = Vmax − Vmin Vmax + Vmin 13 Điều biên AM * Dạng sóng tín hiệu. .. hiệu sau điều chế AM m(t ) = 10cos32.103 π t xc (t ) = 20sin 256 .103 π t 16 Điều tần FM - Điều chế tần số là quá trình làm thay đổi tần số sóng mang cao tần theo tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc) Phương trình điều chế cho và pha ban đầu sóng mang m(t ) = Vm cosωmt Với là độ lệch tần số, θ0 = 0 là chỉ sốt điều chế t   t    yFM (t ) = Vc cos  ∫ ω (τ )dτ ÷ = Vc cos  ∫ [ωc + k f m(τ )]dτ ÷ = Vc