Bài giảng Hệ thống viễn thông - Chương 4: Hệ thống AM-FM cung cấp cho người đọc các kiến thức: Truyền sóng, điều biên - AM, điều tần - FM. Đây là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành Điện tử viễn thông và những ai quan tâm dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.
Chương 4: Hệ thống AM-‐FM Giảng viên: Trương Thu Hương Email: huong.truong@mail.hut.edu.vn Đầu ra của chương • Truyền sóng • Điều biên – AM • Điều tần -‐ FM Tài liệu tham khảo • Telecommunication Circuit Design, Patrick D van der Puije, 2002 • Fundamentals of communication systems, John Proakis, Prentice Hall 2005 • Wikipedia • Google Giới thiệu • Rất nhiều nguồn thông Rn tạo ra Tn hiệu tương tự – Ví dụ: Rếng nói, âm nhạc, ảnh và video • Tuy xu hướng chung là truyền dẫn số, truyền dẫn Tn hiệu tương tự vẫn là đáng kể – Ví dụ: phát thanh truyền hình quảng bá Hệ thống AM ( Amplitude Modulation) • Khái niệm – Cơng thức, chi tiết điều chế, dạng sóng, dải tần số • Phân loại • Ứng dụng: – Truyền liệu AM, phát quảng bá AM AM – Dải tần số • Việc cấp phát AM chi phối điểu lệ sóng vơ tuyến ITU, cấp quốc gia đơn vị quản lý viễn thơng quốc gia • Sóng dài sóng 153–279 kHz; lịch sử tần số cao 413 kHz sử dụng, tại, khơng có nhà phát LW phát 279 kHz • Sóng trung : 520–1,610 kHz Ở châu Mỹ, (ITU region 2) sử dụng độ phân kênh 10 kHz; nơi khác kHz • Sóng ngắn: 2,300–26,100 kHz, chia thành 15 dải phát quảng bá Phát quảng bá sóng ngắn nhìn chung sử dụng độ phân kênh ( channel spacing) kHz • Các tần số khác AM – Phân loại • double-sideband suppressed carrier (DSB-SC) • double side band amplitude modulation (DSBAM) • double-sideband reduced carrier (DSBRC) • single side band with compressed carrier • single side band Điều chế • Tín hiệu tin tương tự: m(t) – Tín hiệu thơng thấp có băng thơng W: M(f) = 0 với |f| >W • m(t) được truyền đi trên kênh thông Rn bằng cách ấn vào Tn hiệu sóng mang c(t) c(t) = Accos(2πfct + Φc) Trong đó: Ac: Biên độ sóng mang fc: Tần số sóng mang Φc: pha của sóng mang • Điều chế chuyển Tn hiệu gốc m(t) từ thông thấp sang thông dải, xung quanh tần số sóng mang fc Điều biên truyền thống • Dòng sóng mang : c(t) = Accos(2πfct) • Tín hiệu tin: m(t) = Mì cos(2fmt) Súng mang c iu biờn: u(t)= Ac [1+ m(t)]cos(2πfct) Tín hiệu điều biên biểu diễn: u(t)= Ac [1+ M × cos(2πfmt)] cos(2πfct) Ta có: M ! Ac # u(t) = Ac cos2! fc t + $cos2! ( fc " fm ) t + cos2! ( fc + fm ) t %& Thành phần sóng mang Thành phần băng cạnh trên (Tn hiệu DSB-‐AM) AM – Dạng sóng M Sóng mang chưa điều chế Tần số đường bao fm Sóng mang điều chế Tín hiệu sóng mang Tần số fc • Sóng được điều biên: tần số sóng mang vẫn hình sin với fc khi đường bao thay đổi theo tần số fm 10 Phổ tín hiệu điều biên ! MAc # ! MAc # U ( f ) = F !" Ac cos ( 2! fc t )#$ + F & cos ( 2! ( fc % fm ) t )' + F & cos ( 2! ( fc + fm ) t )' " $ " $ A = c !"! ( f % fc ) + ! ( f + fc )#$ + M ( Ac ! "! ( f % fc + fm ) + ! ( f + fc % fm )#$ + M ( Ac ! "! ( f % fc % fm ) + ! ( f + fc + fm )#$ Sóng mang Tần số cạnh -‐fc -‐ fm Tần số cạnh trên -‐fc -‐fc + fm |U (f)| M ! Ac fc -‐ fm M ! Ac fc M ! Ac fc + fm 11 Công suất của Tn hiệu AM • a: hệ số điều chế -‐ đo sự thay đổi của biên độ xung quanh 1 sóng mang chưa điều chế • Có thể biểu diễn m(t) như sau: m(t) = a mn(t) Trong đó mn(t) là hàm chuẩn hóa sao cho max|mn(t)|=1 • Cơng thức trên được thực hiện bằng cách dùng: m (t ) mn (t ) = max m (t ) • Tín hiệu điều chế có thể được biểu diễn: u (t ) = Ac !"1+ a • mn (t )#$ cos ( 2! fc t ) m(t) SAM(t) SAM(t) Quá điều biên (a>1) Cơng suất Tn hiệu • Cơng suất Tn hiệu bản Rn T /2 Pm = lim & !"1+ am n (t )#$ dt T!" T %T /2 mn(t) không chứa thành phần 1 chiều T /2 ! = lim & "1+ a mn2 (t )#$dt T'( T %T /2 = 1+ a Pmn n Công suất Tn hiệu điều chế Ac2 Ac2 Pu = + a Pmn 2 Cơng suất sóng mang Cơng suất bản Rn Phổ Tn hiệu điều biên Phổ tần số sóng AM tín hiệu dùng để điểu chế dạng tần số bị thay dải tần số âm 15 FM • Khái niệm – Công thức, chi tiết điều chế, dạng sóng, dải tần số • Phân loại • Sơ đồ khối • Ứng dụng: – Truyền tin FM, phát quảng bá FM 16 FM – Dải tần • Có thể truyền FM tần số • Dải sóng FM thường hiểu dải sóng phát quảng bá FM II • Dải phát quảng bá giới – Quanh giới, dải quảng bá từ 87.5 tới 108.0 MHz – Ở Mỹ: 87.9 to 107.9 MHz – Nhật trường hợp ngoại lệ nhất, dải 76 tới 90 MHz – Tại Liên Xơ cũ, số quốc gia khối phía đơng có sử dụng dải phụ từ 65.9 tới 74 MHz 17 Ứng dụng • Thườn dùng tần số vô tuyến VHF cho dịch vụ phát quảng bá âm nhạc tiếng nói có chất lượng cao HIFI Analog TV sound is broadcast using FM • Dạng băng hẹp dùng cho liên lạc thoại sóng phát thương mại nghiệp dư (radio settings • Tại vơ tuyến hai chiều, FM băng hẹp (N-FM) dùng để lưu giữ băng thơng • FM dùng tần số trung gian hệ thống VCR tương tự, bao hồm VHS • FM dùng tần số âm để tổng hợp âm tiếng động/âm Kỹ thuật gọi tổng hợp FM đặc tính chuẩn cho vài card âm số hệ máy tính cá nhân 18 FM - Điều tần • FM: dạng điều chế biểu diễn thơng tin biến thiên tần số tức thời sóng mang • Giả sử tín hiệu cần truyền là: biên độ bị giới hạn m (t ) = a cos ( 2! fm t ) • Sóng mang hình sin: c (t ) = Ac cos ( 2! fc t ) m (t ) ! đó: fc tần số sóng mang tính hertz Ac biên độ 19 FM - Điều tần • Sóng mang điều chế tín hiệu sau: u (t ) = Ac cos ( 2! fc t + ! (t )) • Tần số tức thời tín hiệu điều tần: d fi (t ) = fc + ! (t ) 2! dt • Độ lệch tần số tức thời tỉ lệ thuận với tín hiệu tin d !f = fi (t ) ! fc = ! (t ) = k f m (t ) 2! dt • Trong đó: kf_là số độ lệch tần số 20 FM - Điều tần • Suy ra: t ! (t ) = 2! k f $ m (t ) dt "# !fmax = k f max m (t ) • Tín hiệu điều tần biểu diễn sau: " u (t ) = Ac cos $ 2! # t ! t % " % fi (t ) dt ' = Ac cos $ 2! ! () fc + k f m (t )*+ dt ' & # & 21 FM – dạng sóng Sóng điều tần: tần số sóng mang thay đổi tín hiệu thay đổi 22 ... - ‐fc - ‐ fm Tần số cạnh trên - ‐fc - ‐fc + fm |U (f)| M ! Ac fc - ‐ fm M ! Ac fc M ! Ac fc + fm 11 Cơng suất của Tn hiệu AM • a: hệ số điều chế - ‐... liên lạc thoại sóng phát thương mại nghiệp dư (radio settings • Tại vô tuyến hai chiều, FM băng hẹp (N-FM) dùng để lưu giữ băng thơng • FM dùng tần số trung gian hệ thống VCR tương tự, bao hồm...Đầu ra của chương • Truyền sóng • Điều biên – AM • Điều tần - ‐ FM Tài liệu tham khảo • Telecommunication Circuit Design,