Cơ sở kỹ thuật viễn thông: Điều chế biên độ modulation AM

1 053111 C s k thu t vi n thông ơ ở ỹ ậ ễ Đi u ch biên đ ề ế ộ2 053111 • Truy n thông băng c s ề ơ ở: Truy n thông không s d ng đi u ch ề ử ụ ề ế (thông tin đ c truy n d ng g c) Không d ch t n s c a tín hi u ượ ề ở ạ ố ị ầ ố ủ ệ • Truy n thông sóng mang ề : Truy n thông s d ng các k thu t ề ử ụ ỹ ậ đi u ch nh m chuy n đ i d i t n s c a tín hi u tin. ề ế ằ ể ổ ả ầ ố ủ ệ • (AM, FM, PM, FSK, PSK, QAM, ……) Truy n thông băng c s và truy n thông sóng mang ề ơ ở ề3 053111 • Khái ni m băng c s đ c gán cho m t d i t n s c a tín hi u phát ra t ệ ơ ở ượ ộ ả ầ ố ủ ệ ừ ngu n, trong đó d i t n s c a tín hi u n m xung quanh t n s 0. ồ ả ầ ố ủ ệ ằ ầ ố • Đ i v i đi n tho i ố ớ ệ ạ : băng c s là d i âm t n ơ ở ả ầ (tầ ố ủ ệ n s c a tín hi u âm thanh) chiế ừ m t 0 4000 Hz • Tivi : băng c s là d i t n c a tín hi u video chi m t ơ ở ả ầ ủ ệ ế ừ 0 6 MHz • Dữ ệ ố li u s PCM (AD): sử ụ ườ ưỡ ự ớ ố ộ d ng mã đ ng là l ng c c v i t c đ f0 bps, băng c s c a nó chi m ơ ở ủ ế t 0 – f ừ 0 Hz. Truy n thông băng c s ề ơ ở4 053111 • Các tín hi u đi u ch xung ệ ề ế : • PAM (Pulse Amplitude Modulation:đi u ch biên đ xung ề ế ộ ) • PWM (PULSE WIDTH MODULATION: đi u ch đ r ng xung ề ế ộ ộ ) • PPM (PULSE POSITION MODULATION: đi u ch v trí xung ề ế ị ) • PCM (PULSE CODE MODULATION: Đi u ch xung mã ề ế ) • Mặ ử ụ ậ ữ ề ế ư ệ ẫ c dù s d ng thu t ng đi u ch nh ng các tín hi u trên v n là tín hi u băng c s . ệ ơ ở Truy n thông băng c s ề ơ ở5 053111 • Tín hi u băng c s có công su t l n các t n s th p. ệ ơ ở ấ ớ ở ầ ố ấ • Tín hi u băng c s không th truy n qua đ ng vô tuy n (ngoài không gian ệ ơ ở ể ề ườ ế t do.) ự • Tín hi u băng c s phù h p cho vi c truy n d n trên dây đ ng hay trên s i ệ ơ ở ợ ệ ề ẫ ồ ợ quang. Ví d : ụ • Truy n d n tín hi u tho i trong t ng đài n i vùng. ề ẫ ệ ạ ổ ộ • Truyề ẫ ữ ổ ộ ử ụ n d n gi a các t ng đài n i vùng (s d ng PCM) Truy n thông băng c s ề ơ ở6 053111 • Đ c s d ng khi không th truy n băng c s thông ượ ử ụ ể ề ơ ở qua không gian t do. ự • S d ng các ph ng pháp đi u ch đ chuy n đ i ử ụ ươ ề ế ể ể ổ băng t n tín hi u. ầ ệ • Cho phép ghép nhi u tín hi u, truy n đ ng th i mà ề ệ ề ồ ờ không b giao thoa. ị • Cho phép ch t o đ c các anten v i kích c nh . ế ạ ượ ớ ỡ ỏ Truy n thông sóng mang ề7 053111 • Trong đi u ch biên đ , biên đ c a sóng mang t n s cao ề ế ộ ộ ủ ầ ố đ c đi u ch (bi n đ i ) t l v i biên đ t c th i c a tín ượ ề ế ế ổ ỷ ệ ớ ộ ứ ờ ủ hi u tin đ t o ra tín hi u đi u ch có đ ng bao mang ệ ể ạ ệ ề ế ườ thông tin. • Hay, biên đ c a sóng mang t l v i tín hi u tin. ộ ủ ỷ ệ ớ ệ •Tố ộ ặ ạ ủ ệ ề ế ầ c đ l p l i hình bao c a tín hi u đi u ch chính là t n s c a tín hi u tin. ố ủ ệ Đi u ch biên đ ề ế ộ8 053111 B đi u ch AM: có hai đ u vào , m t đ u ra ộ ề ế ầ ộ ầ AM MODULATOR Tín hi u sóng mang ệ t n s cao ầ ố Tín hi u tin t n s th p ệ ầ ố ấ (MODULATING WAVE) • Có th là tín hi u đ n t n (TONE) ể ệ ơ ầ hay • Tín hi u ph c t p (Đa t n) ti ng nói: 300 Hz 4000 Hz ệ ứ ạ ầ ế Tín hi u đi u ch AM ệ ề ế Phát thanh qu ng bá AM ả (550 kHz 1600 kHz) Đi u ch biên đ ề ế ộ9 053111 •M t s tính ch t: ộ ố ấ • T ng đ i r ươ ố ẻ • Ch t l ng th p, ho t đ ng kém trong môi tr ng nhi u ấ ượ ấ ạ ộ ườ ễ • Đ c s d ng ph bi n cho h th ng phát thanh qu ng bá ượ ử ụ ổ ế ệ ố ả • S d ng cho h th ng đi n đàm (CB radio) ử ụ ệ ố ệ Đi u ch biên đ ề ế ộ10 053111 • Có m t s ki u đi u ch biên đ : ộ ố ể ề ế ộ • DSBSC (Double SideBand Suppress Carrier : Đi u ch biên đ tri t tiêu sóng mang ề ế ộ ệ ) • DSBFC (Double SideBand Full Carrier: Đi u ch biên đ AM ề ế ộ ) • SSBSC (Single SideBand Suppress Carrier: Đi u ch đ n biên ề ế ơ tri t tiêu sóng mang ệ ) • SSBFC (Single SideBand Full Carrier : đi u ch đ n biên ề ế ơ ) • VSB (Vestigal SideBand) DSBFC đ c s d ng ph bi n hay còn đ c g i là AM. ượ ử ụ ổ ế ượ ọ Các ki u đi u ch biên đ ể ề ế ộ11 053111 Đi u ch biên đ ề ế ộ DSBFC AM (AM)12 053111 Vam (t) = Ec + m(t)cosωct AMPLITUDE MODULATION (DSBFC) AM Biên đ sóng mang t l v i tín hi u tin ộ ỷ ệ ớ ệ13 053111 ( ) ( ) ( ) ( ) V t E f t E f f t f f t Which gives We get V t E f t E f t f t Given X Y X Y X Y V t E f t f t Modulated Signal V t E E f t f t c m c m c am c c am c c c c m am c m c am c m m c cos 2 ( ) cos 2 ( ) 2 ( ) cos 2 : : ( ) cos 2 cos 2 cos 2 cos( ) 1 2 cos( ) 1 2 : (cos )(cos ) ( ) 1 cos 2 cos 2 : ( ) cos 2 cos 2 = + − + + = + = − + + = + = + π π β π π β π π β π π π π For Ec(t) = Ec cos 2πfct Em(t) = Em cos 2πfmt Đi u ch biên đ ề ế ộ (DSBFC) VÀ m c EE β =14 053111 Sơ ồ ề ế đ đi u ch DSBFC Em(t) = Em cosωmt Bộ nhân cosωct ∑ Bộ ộ c ng Ec Ec fct Ec cos 2 ( fc fm)t cos 2 ( fc fm)t 2 cos 2π + β π − + π + • Biên đ c a sóng ộ ủ mang không b nh ị ả h ng b i quá trình ưở ở đi u ch AM. ề ế15 053111 Ph tín hi u DSBFC ổ ệ M (ω) Bản tin ( ) ( ) 12 ϑDSB(ω) = Ec δ (ω − ωc )+ δ (ω + ωc) + M ω − ωc + M ω + ωc Tín hi u DSBFC ệ BANDWITH: 2πfm =ωm Bm = fm ωc −ωm ωc ωc +ωm LSB USB Bm 0 0 Bm Bm Đ r ng băng c a tín hi u DSBFC ộ ộ ủ ệ : B = 2Bm Sóng mang16 053111 Tín hi u đi u ch AM có ph ệ ề ế ổ tậ ầ ố p trung xung quanh t n s fc, bao gồm hai d i biên t n: ả ầ USB (d i ả t n trên ầ ) là nh ng t n s l n h n f ữ ầ ố ớ ơ c, LSB (d i ả t n d i ầ ướ ) là nh ng t n s nh h n f ữ ầ ố ỏ ơ c. LSB USB 2 fm Phổ ộ ầ ố ạ AM có m t t n s t i fc. Tứ ầ ố ủ ẫ ồ ạ c là t n s c a sóng mang v n t n t i trong tín hi u đi u ch . Đi u này s làm đ n gi n vi c thi t k các ệ ề ế ề ẽ ơ ả ệ ế ế thi t b thu AM. ế ị Ec fct Ec cos 2 ( fc fm)t cos 2 ( fc fm)t 2 cos 2π + β π − + π + Ph tín hi u DSBFC ổ ệ17 053111 Ec fct Ec cos 2 ( fc fm)t cos 2 ( fc fm)t 2 cos 2π + β π − + π + let m = β Ph tín hi u DSBFC ổ ệ Tr ng h p tín hi u tin là đ n t n. ườ ợ ệ ơ ầ18 053111 Tín hi u DSBFC ệ19 053111 DSBFC: H s đi u ch ệ ố ề ế Sóng mang: Tín hi u tin ệ : H s đi u ch : ệ ố ề ế Ph n trăm đi u ch ầ ề ế Vc(t) = Ec sin 2πfct OR Ec cos 2πfct Vm(t) = Emsin 2πfmt OR Em cos 2πfmt { m c EE β = x100% EE M m c = D i c a M: 0% 100% trong đó: ả ủ M < 100%, đi u ch m t ph n(undermodulation) ề ế ộ ầ M = 100%, đi u ch toàn b ề ế ộ M > 100%, đi u ch quá m c (i.e. méo) ề ế ứ • Th a s đi u ch ừ ố ề ế • H s đi u ch ệ ố ề ế20 053111 Ph n trăm đi u ch (M) ầ ề ế Phầ ề ế ỉ ầ ộ ệ ị n trăm đi u ch ch ra ph n trăm biên đ tín hi u ra b thay đ i khi tín hi u sóng mang b đi u ch b i tín hi u tin. ổ ệ ị ề ế ở ệ x 100% E E M m c =

Cơ sở kỹ thuật viễn thông Điều chế biên độ 05/31/11 Truyền thông băng sở truyền thông sóng mang • Truyền thơng băng sở: Truyền thơng không sử dụng điều chế (thông tin truyền dạng gốc) - Khơng dịch tần số tín hiệu • Truyền thơng sóng mang: Truyền thơng sử dụng kỹ thuật điều chế nhằm chuyển đổi dải tần số tín hiệu tin • (AM, FM, PM, FSK, PSK, QAM, ……) 05/31/11 Truyền thơng băng sở • Khái niệm băng sở gán cho dải tần số tín hiệu phát từ nguồn, dải tần số tín hiệu nằm xung quanh tần số • Đối với điện thoại: băng sở dải âm tần (tần số tín hiệu âm thanh) chiếm từ - 4000 Hz • Tivi : băng sở dải tần tín hiệu video chiếm từ - MHz • Dữ liệu số PCM (A/D): sử dụng mã đường lưỡng cực với tốc độ f0 bps, băng sở chiếm từ – f0 Hz 05/31/11 Truyền thông băng sở • Các tín hiệu điều chế xung: • • • • PAM PWM PPM PCM (Pulse Amplitude Modulation:điều chế biên độ xung ) (PULSE WIDTH MODULATION: điều chế độ rộng xung) (PULSE POSITION MODULATION: điều chế vị trí xung) (PULSE CODE MODULATION: Điều chế xung mã) • Mặc dù sử dụng thuật ngữ điều chế tín hiệu tín hiệu băng sở 05/31/11 Truyền thơng băng sở • Tín hiệu băng sở có cơng suất lớn tần số thấp • Tín hiệu băng sở khơng thể truyền qua đường vơ tuyến (ngồi khơng gian tự do.) • Tín hiệu băng sở phù hợp cho việc truyền dẫn dây đồng hay sợi quang Ví dụ: • Truyền dẫn tín hiệu thoại tổng đài nội vùng • Truyền dẫn tổng đài nội vùng (sử dụng PCM) 05/31/11 Truyền thơng sóng mang • Được sử dụng truyền băng sở thơng qua khơng gian tự • Sử dụng phương pháp điều chế để chuyển đổi băng tần tín hiệu • Cho phép ghép nhiều tín hiệu, truyền đồng thời mà khơng bị giao thoa • Cho phép chế tạo anten với kích cỡ nhỏ 05/31/11 Điều chế biên độ • Trong điều chế biên độ, biên độ sóng mang tần số cao điều chế (biến đổi ) tỷ lệ với biên độ tức thời tín hiệu tin để tạo tín hiệu điều chế có đường bao mang thơng tin • Hay, biên độ sóng mang tỷ lệ với tín hiệu tin •Tốc độ lặp lại hình bao tín hiệu điều chế tần số tín hiệu tin 05/31/11 Điều chế biên độ Bộ điều chế AM: có hai đầu vào , đầu Tín hiệu sóng mang tần số cao Phát quảng bá AM (550 kHz - 1600 kHz) AM MODULATOR Tín hiệu điều chế AM Tín hiệu tin tần số thấp (MODULATING WAVE) • Có thể tín hiệu đơn tần (TONE) hay • Tín hiệu phức tạp (Đa tần) - tiếng nói: 300 Hz - 4000 Hz 05/31/11 Điều chế biên độ •Một số tính chất: • • • • Tương đối rẻ Chất lượng thấp, hoạt động môi trường nhiễu Được sử dụng phổ biến cho hệ thống phát quảng bá Sử dụng cho hệ thống điện đàm (CB radio) 05/31/11 Các kiểu điều chế biên độ • Có số kiểu điều chế biên độ: • DSB-SC (Double SideBand Suppress Carrier : Điều chế biên độ triệt tiêu sóng mang) • DSB-FC (Double SideBand Full Carrier: Điều chế biên độ AM) • SSB-SC (Single SideBand Suppress Carrier: Điều chế đơn biên triệt tiêu sóng mang) • SSB-FC (Single SideBand Full Carrier : điều chế đơn biên ) • VSB (Vestigal SideBand) DSB-FC sử dụng phổ biến hay gọi AM 10 05/31/11 Điều chế biên độ DSB-FC AM (AM) 11 05/31/11 AMPLITUDE MODULATION (DSB-FC) AM Vam (t ) = [ Ec + m(t )] cos ωc t Biên độ sóng mang tỷ lệ với tín hiệu tin 12 05/31/11 Điều chế biên độ (DSB-FC) For Ec (t ) = Ec cos 2πfct VÀ Em(t ) = Em cos 2πfmt Modulated Signal : Vam(t ) = ( Ec + Em cos 2πfmt ) ( cos 2πfct ) Vam(t ) = Ec(1 + β cos 2πfmt ) ( cos 2πfct ) 1 Given : (cos X )(cos Y ) = cos( X − Y ) + cos( X + Y ) 2 We get : Vam(t ) = Ec cos 2πfct + Ecβ cos 2πfct cos 2πfmt Which gives : β= Em Ec Ecβ Vam(t ) = Ec cos 2πfct + [ cos 2π ( fc − fm)t + cos 2π ( fc + fm)t ] 13 05/31/11 Sơ đồ điều chế DSB-FC Bộ cộng Bộ nhân ∑ • Biên độ sóng mang khơng bị ảnh hưởng q trình điều chế AM Ec Em(t ) = Em cos ω mt cos ωct Ecβ [ cos 2π ( fc − fm)t + cos 2π ( fc + fm)t ] Ec cos 2πfct + 14 05/31/11 Phổ tín hiệu DSB-FC M (ω ) Bản tin Bm BANDWITH: Bm = f m 2πfm = ωm Sóng mang Tín hiệu DSB-FC LSB ϑ DSB (ω ) = Ec [ δ (ω − ω c )+ δ (ω + ω c )] + [ M (ω − ω c ) + M (ω + ω c )] Bm Bm ωc − ωm ωc ωc + ωm Độ rộng băng tín hiệu DSB-FC : 15 USB B = Bm 05/31/11 Phổ tín hiệu DSB-FC Tín hiệu điều chế AM có phổ tập trung xung quanh tần số fc, bao gồm hai dải biên tần: USB (dải tần trên) tần số lớn fc, LSB (dải tần dưới) tần số nhỏ fc Ecβ Ec cos 2πfct + [ cos 2π ( fc − fm)t + cos 2π ( fc + fm)t ] LSB USB fm Phổ AM có tần số fc Tức tần số sóng mang tồn tín hiệu điều chế Điều làm đơn giản việc thiết kế thiết bị thu AM 16 05/31/11 Phổ tín hiệu DSB-FC Trường hợp tín hiệu tin đơn tần Ecβ Ec cos 2πfct + [ cos 2π ( fc − fm)t + cos 2π ( fc + fm)t ] let m = β 17 05/31/11 Tín hiệu DSB-FC 18 05/31/11 DSB-FC: Hệ số điều chế Sóng mang: Vc (t ) = Ec sin 2πfct OR Ec cos 2πfct Tín hiệu tin: Vm(t ) = Em sin 2πfmt OR Em cos 2πfmt Hệ số điều chế: Phần trăm điều chế Dải M: 0% Em ừa số điều chế { •• Th β= Hệ số điều chế Ec Em M = x 100% Ec 100% đó: M < 100%, điều chế phần(undermodulation) M = 100%, điều chế toàn M > 100%, điều chế mức (i.e méo) 19 05/31/11 Phần trăm điều chế (M) M = Em x 100% Ec Phần trăm điều chế phần trăm biên độ tín hiệu b ị thay đổi tín hiệu sóng mang bị điều chế tín hiệu tin 20 05/31/11