intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng CƠ SỞ VIỄN THÔNG - Chương 2

Chia sẻ: Gray Swan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

336
lượt xem
99
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 2: Điều chế tương tự 2.1 Mô hình hoá hệ thống: Định nghĩa: biễu diễn mối quan hệ giữa các đặc trưng của tín hiệu ở đầu vào và đầu ra của hệ thống tuyến tính. - Xét hệ thống tuyến tính có đáp ứng xung là k(t) và hàm truyền đạt K ( ) , x(t) là ngõ vào, y(t) là ngõ ra. - Sơ đồ khối hệ thống tuyến tính:

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng CƠ SỞ VIỄN THÔNG - Chương 2

  1. Chương 2: Điều chế tương tự Chƣơng 2 ĐIỀU CHẾ TƢƠNG TỰ 2.1 Mô hình hoá hệ thống: Định nghĩa: biễu diễn mối quan hệ giữa các đặc trưng của tín hiệu ở đầu vào và đầu ra của hệ thống tuyến tính. - Xét hệ thống tuyến tính có đáp ứng xung là k(t) và hàm truyền đạt K ( ) , x(t) là ngõ vào, y(t) là ngõ ra. - Sơ đồ khối hệ thống tuyến tính: y(t) k (t ) x(t) Y ( ) X ( ) K ( ) Hình 2.1: sơ đồ khối hệ thống tuyến tính - Quan hệ ngõ ra - vào: y(t )  k (t ) * x(t )  Y ()  K ().X () Giá trị biên độ: Y ( )  K ( ) . X ( ) Giá trị góc pha: arg Y ()   ()  arg X () 2.2 Điều chế và giải điều chế tƣơng tự: 2.2.1 Định nghĩa: Điều chế là quá trình biến đổi một trong các thông số sóng mang cao tần (biên độ, hay tần số, hay pha) tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc BB (BaseBand). 2.2.2 Điều kiện điều chế: 1) Tần số sóng mang cao tần fc (frequency carry), fc  (8  10) Fmax trong đó Fmax: tần số cực đại tín hiệu điều chế băng gốc. 2) Thông số sóng mang cao tần biến đổi tỷ lệ với biên độ tín hiệu điều chế Bandbase mà không phụ thuộc vào tần số của nó. 3) Biên độ sóng mang cao tần V  Vm (biên độ tín hiệu điều chế băng gốc).
  2. Chương 2: Điều chế tương tự 4) Trong điều chế xung – số thì tần số lấy mẫu fmẫu  2 Fmax Phân loại điều chế: + Điều chế tương tự: AM, FM, PM, SSB, DSB. + Điều chế số: ASK, FSK, PSK, QPSK,… + Điều chế xung: PAM (Pulse Amplitude Modulation) PWM (Pulse Width Modulation) PPM (Pulse Position Modulation) PCM (Pulse Code Modulation) 2.2.3 Điều chế biên độ AM (Amplitude Modulation) 2.2.3.1 Điều chế AM: - Định nghĩa: biên độ sóng mang cao tần tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc gọi là điều chế AM. - Sơ đồ khối điều chế AM mức thấp: anten Điều chế AM mức thấp Sóng mang carrier xc (t )  Vc cos c t KĐCS cao tần Tín hiệu băng gốc m(t )  Vm cos m t Hình 2.2: Sơ đồ khối điều chế AM mức thấp. Ứng dụng: trong truyền hình, truyền thanh.
  3. Chương 2: Điều chế tương tự - Sơ đồ khối mạch điều chế AM mức cao: anten Điều chế AM mức cao Sóng mang KĐCS cao tần xc (t )  Vc cos c t Tín hiệu băng gốc m(t )  Vm cos m t Hình 2.3: sơ đồ khối điều chế AM mức cao - Đường bao cao tần AM lặp lại dạng tín hiệu điều chế. - Cách đánh giá điều chế AM thông qua đường bao: m(t) Vm t Tín hieäu baêng goác VAM(t) Ñöôøng bao Vmax Vmin Soùng mang -Vmin t -Vmax Tín hieäu ñieàu cheá AM Hình 2.4: ñieàu cheá AM ñôn aâm.
  4. Chương 2: Điều chế tương tự Tín hiệu sóng mang: xc (t )  Vc cos c t ; trogn đó Vc là giá trị biên độ sóng mang và  c là tần số gốc sóng mang. Tín hiệu băng gốc: m(t )  Vm cos m t ; trong đó Vm là giá trị biên độ tín hiệu băng gốc,  m là tần số gốc tín hiệu băng gốc. Tín hiệu sóng mang: xc (t )  Vc cos c t ; trogn đó Vc là giá trị biên độ sóng mang và  c là tần số sóng mang. Lưu ý:  c rất lớn hơn nhiều  m . - Khi chưa có tín hiệu băng gốc đưa vào (Vm=0), nghĩa là máy phát hoạt động ở chế độ sóng mang, khi đó ngõ ra có dạng: VAM (t )  Vc cos c t - Khi có tín hiệu băng gốc đưa vào ( Vm  0 ) máy phát, khi đó ngõ ra có dạng: VAM (t )  VC cos C t  Vm cos mt cos C t ) Vm cos mt ) cos C t  VC (1  VC - (2.1)  VC (1  mA cos mt ) cos C t Vm Vmax  Vmin mA   Hệ số điều chế: (2.2) Vc Vmax  Vmin Để tín hiệu điều chế AM không bị méo thì điều kiện: m A  1 Biến đổi công thức (2.1), dùng công thức biến đổi lượng giác ta được: m A cos(c   m )t  cos(c   m )t  Vc V AM (t )  Vc cos c t  2 Vc V V AM (t )  Vc cos c t  m A cos(c   m )t  c m A cos(c   m )t (2.3) 2 2 Nhận xét công thức (2.3): tín hiệu AM điều chế đơn âm gồm thành phần sóng mang và hai biên.
  5. Chương 2: Điều chế tương tự Vẽ phổ AM điều chế đơn âm: Phoå trung taâm Vc mA mA Phoå bieân Phoå bieân Vc Vc 2 2 döôùi LSB treân USB c   m c   m c  Hình 2.5: Phoå tín hieäu ñieàu cheá AM. LSB: Lower Side Band. USB: Upper Side Band. Vc2 - Công suất ra ở chế độ sóng mang: Pc  2 Req Trong đó: Vc là giá trị biên độ sóng mang. Req là tải tương đương 2 m  Pc (1  A ) - Công suất ngõ ra AM lớn nhất: PAM (2.4) 2 Nhận xét: công suất ngõ ra AM lớn nhất phụ thuộc vào công suất sóng mang và hệ số điều chế. Khi điều chế cực đại, nghĩa là mA=1, thì công suất ngõ ra AM lớn nhất trong trường hợp này là: PAM max = (3/2) PC - Công suất trung bình điều chế AM: PAMtb  Pc  PUSB  PLSB (2.5) Nhận xét: công suất trung bình điều chế AM là tổng công suất sóng mang, công suất biên dưới và công suất biên trên. - Băng thông của điều chế AM: BWAM=2fm. (2.6) Ví dụ 3: cho tín hiệu AM có Vmax= 100V, Vmin = 20V. Tính hệ số điều chế và cho biết điều chế này có bị méo hay không? Và tính công suất sóng mang và công suất ngõ ra AM, biết Req  50 .
  6. Chương 2: Điều chế tương tự Giải: Hệ số điều chế, áp dụng công thức (2.2): Vmax  Vmin 100  20 mA    0.667 Vmax  Vmin 100  20 Vmax  Vmin 100  20 Biên độ sóng mang: Vc    60V 2 2 Vc2 60 2 Công suất sóng mang: Pc    36 W 2 Req 2 * 50 2 2 2 mA Công suất ngõ ra máy phát AM: PAM  Pc (1  )  36(1    / 2)  44 W 3 2 Bài tập về nhà 1: cho tần số sóng mang cao tần AM bằng 1MHz, biên độ 100V trên tải Req  50 . Tín hiệu điều chế m(t )  V1 cos 2F1t  V2 cos 2F2 t và mA1=0.2, mA2=0.3 lần lượt là các hệ số của tín hiệu tần số F1=5KHz và F2=15KHz. Tính công suất sóng mang và công suất ngõ ra AM, vẽ phổ AM. Bài tập về nhà 2: cho tín hiệu điều chế AM như hình 2.6. Tính hệ số điều chế, vẽ phổ biên độ biết tần số sóng mang là 100KHz và tần số tín hiệu băng gốc là 15KHz. VAM(t) Ñöôøng bao 80V 40V t -40V -80V Hình 2.6: tín hieäu ñieàu cheá AM 2.2.3.2: Nhận xét điều chế AM: - Công suất mang không tải tin thì chiếm nhiều. - Công suất cao tần tải tin nhỏ ở hai biên như nhau và phụ thuộc vào hệ số điều chế mA. - Băng thông cần truyền lớn gấp đôi cần thiết nên phí và tăng nhiễu. - Xét về tính hiệu quả sử dụng công suất cao tần kém. - Tính chống nhiễu kém.
  7. Chương 2: Điều chế tương tự - Dễ thực hiện tín hiệu AM và máy thu giải điều chế đơn giản, rẽ. - Điều chế AM dùng trong phát thanh quảng bá MW-SW. 2.2.3.3 Mạch điều chế AM - Mạch điều chế AM đơn giản dùng diode: R1 D m(t )  Vm cos m t Cout R2 x c (t )  Vc cos c t Ngo ra R3 C L C Hình 2.7: maïch ñieàu cheá AM ñôn giaûn duøng diode - Maïch ñieàu cheá AM duøng FET: Rf C1 m(t ) RG xc(t) -VG Hình 2.8: maïch ñieàu cheá AM duøng FET FET coù ñieän trôû ngoõ ra tuyeán tính, vì vaäy ñoä lôïi maïch cuõng tuyeán tính.
  8. Chương 2: Điều chế tương tự 2.2.4: Giaûi ñieàu cheá AM: -Ñònh nghóa: laø quaù trình khoâi phuïc laïi tín hieäu nguyeân thuyû hay tín hieäu baêng goác. Sự phân tích mạch tách sóng đỉnh dựa vào 2 quan sát: (1) input không thể lớn hơn output ( với một diode lý tưởng ). Và (2) output không bao giờ giảm với t. Quan sát thứ nhất đúng, vì nếu input vượt quá output thì diode có thêm một điện thế dương phân cực thuận. Quan sát thứ 2 do sự kiện là tụ không có đường xã điện. Nên output luôn luôn bằng với trị đỉnh của input trước thời điểm đó. * Bây giờ nếu ta đấu thêm một điện trở xã điện cho tụ. Mạch ở hình 4.36 là mạch tách sóng bao hình. Output sẽ có dạng expo giữa các đỉnh. Nếu chọn lựa thời hằng RC thích hợp, thì output sẽ xấp xĩ với bao hình. Và mạch tác động như một mạch tách sóng. Output có chứa sóng dư ( tần số f ) nhưng điều đó không hề gì, vì ta chỉ quan tâm đến những tần số C dưới tần số f . m Thời hằng RC phải ngắn sao cho bao hình có thể vạch những thay đổi trị đỉnh của sóng AM . Các đỉnh cách nhau tại những khoảng bằng với tần số sóng mang, trong lúc chiều cao thì theo biến đổi của biên độ của s(t).
  9. Chương 2: Điều chế tương tự - Sô ñoà khoái giaûi ñieàu cheá AM: Giaûi ñieàu cheá AM anten Loaïi boû Tín hieäu Boä Loa soùng baêng goác loïc mang KÑCS cao taàn Hình 2.9: sô ñoà khoái maïch giaûi ñieàu cheá AM - Maïch giaûi ñieàu cheá AM duøng diode: D C4 IF C2 C3 C1 R1 R2 Hình 2.10: Maïch giaûi ñieàu cheá AM duøng Diode + Ở bán chu kỳ dương, D1 dẫn, C1 nạp đến giá trị biên độ tín hiệu cao tần. + Ở bán chu kỳ âm, D1 tắt, tụ C1 xả qua R1 Diode D1 tách sóng nửa bán kỳ biên độ tín hiệu cao tần IF. Với sự lựa chọn R 1C1 thích hợp, điện áp trên tụ C1 có dạng đường bao cao tần là tín hiệu giải điều chế AM: 2 1   m  1   A C1  2f max R1 Thông thường giá trị R1 khoảng vài K  .
  10. Chương 2: Điều chế tương tự 2.3 Điều chế đơn biên SSB (Single Side Band): - Định nghĩa: điều chế đơn biên SSB là quá trình điều chế tạo một biên tần (biên trên hay biên dưới) của tín hiệu AM. - Cách tạo SSB: Vc mA mA Vc Vc AM 2 2  c   m  c c   m mA mA Vc Vc DSB 2 2  c   m c   m mA Vc SSB 2  c   m Hình 2.11: Phổ của các tín hiệu điều chế AM, DSB, và SSB. - Băng thông BWSSB=fm - Sóng mang phụ tín hiệu SSB từ 100KHz đến 500KHz. Thông thường chọn 100KHz, hay 200KHz. - Phạm vi ứng dụng: dùng trong thông tin sóng ngắn, quân đội, hàng hải, … có khoảng cách thông tin rất xa. - Nhận xét: + So với AM thì điều chế SSB thực hiện phức tạp hơn. + Băng thông SSB giảm phân nữa so với AM. Tiết kiệm băng tần, giảm nhiễu. + Vì chỉ phát phần công suất một biên nên công suất phát SSB thấp hơn nhiều so hơn công suất phát AM xét cùng một khoảng cách thông tin. + S/N của điều chế SSB tốt hơn S/N của điều chế AM. 2.4 Điều chế cân bằng (Balanced Modulation): - Điều chế cân bằng: tạo tín hiệu DSB.
  11. Chương 2: Điều chế tương tự - Sơ đồ mạch điều chế cân bằng: D1 T1 m(t) D3 T2 vout Tín hieäu baêng goác D4 D2 xc(t) tín hieäu soùng mang Hình 2.12: sô ñoà maïch ñieàu cheá caân baèng D1 T1 T2 m(t) vout D2 D1-D2 daãn; D3-D4 taét. +- xc(t) T1 D3 T2 m(t) vout D3-D4 daãn; D4 D1-D2 taét -+ xc(t) Hình 2.13: qui trình hoaït ñoäng ñieàu cheá caân baèng.
  12. Chương 2: Điều chế tương tự - Ứng dụng: trong phát thanh FM, đổi tần, điều chế số BPSK. Giả sử sóng mang vuông có dạng: 1 1 xc (t )  sin 2f c t  sin 2 (3 f c )t    sin 2 (nf c )t (2.7) 3 n Khi đó tín hiệu ngõ ra cân bằng: vout (t )  m(t ).xc (t ) (2.8) Ví dụ 4: cho tín hiệu băng gốc m(t )  2 sin 2 (5.103 )t Hãy cho biết dạng sóng điện áp ngõ ra của bộ điều chế cân bằng, biết tần số sóng mang là 45KHz. Giải: Dạng điện áp sóng mang:
  13. Chương 2: Điều chế tương tự 1 1 xc (t )  sin 2 (45.10 3 )t  sin 2 (3.45.10 3 )t    sin 2 (n.45.10 3 )t 3 n Dạng điện áp ngõ ra, áp dụng (2.8): 2 vout (t )  m(t ).xc (t )  2 sin 2 (5.10 3 )t. sin 2 (45.10 3 )t  sin 2 (5.10 3 )t. sin 2 (3.45.10 3 )t 3 1    sin 2 (5.10 )t. sin 2 (n.45.10 3 )t 3 n Vẽ phổ DSB: V 2 f 3 fc  fm 3 fc  fm fm fc  fm fc  fm Hình 2.14: Phoå cuûa tín hieäu ñieàu cheá DSB FM quaûng baù stereo: L+R L + FM + L-R 19KHz - X R pilot 38KHz L+R L-R L-R 19 38 KHz Hình 2.15: sô ñoà khoái aâm thanh Stereo
  14. Chương 2: Điều chế tương tự Tín hieäu truyeàn hình: hình 8MHz tieáng f fc f c  5 fc+6.5 f c  0.75 Hình 2.16: Phổ của tín hiệu truyền hình 2.5. Điều chế và giải điều chế góc FM-PM: 2.5.1 Định nghĩa điều chế FM-PM:  Tín hiệu băng gốc: m(t )  Vm cos  m t xc (t )  Vc cos(c t   0 ) chưa điều chế.  Tín hiệu sóng mang cao tần:  c tần số góc sóng mang.  0 pha ban đầu.  (t )  c t   0 pha tức thời của dao động cao tần.  Nếu tín hiệu điều chế tần thấp làm thay đổi pha tức thời ta có điều chế góc. Trong điều chế góc biên độ sóng mang không đổi. + Nếu như tín hiệu băng gốc làm thay đổi tần số  0 ta có điều chế tần số FM. + Nếu như tín hiệu băng gốc làm thay đổi pha ban đầu  0 ta có điều chế pha PM.  Mối quan hệ giữa pha và tần số: d (t )  c (t )  dt  (t )   c (t )dt (2.9)
  15. Chương 2: Điều chế tương tự
  16. Chương 2: Điều chế tương tự 2.5.2 Phổ FM (Frequency Modulation): - Phổ tín hiệu điều chế (FM, PM) khi điều chế đơn âm giống nhay và được xác định: v FM (t )  V cosc t  m f sin m t  (2.10) Trong đó: mf: hệ số điều chế  c : tần số góc sóng mang  m : tần số góc tín hiệu băng gốc V: biên độ điều chế FM Ap dụng công thức lượng giác cos(a+b)=cosa.cosb – sina.sinb vào công thức (2.10), ta được (2.11):     v FM (t )  V cosm f sin m t  cos c t  V sin m f sin m t  sin c t (2.11)
  17. Chương 2: Điều chế tương tự cos   1 , sin    với  rất nhỏ. Lưu ý: (2.12) * FM dải hẹp (NBFM: Narrow Band FM): mf
  18. Chương 2: Điều chế tương tự cos(m f sin  )  1 và sin(m f sin  )  m f sin  Công thức (2.11) được viết lại dưới dạng sau: v NBFM (t )  V cos c t  Vm f sin m t sin c t (2.13) Nhận xét: công thức (2.13) gồm hai thành phần: + V cos c t : dạng sóng mang trung tâm sin m t sin c t : dạng sóng biên tần được phân tích thành hai thành phần + Vm f biên như sau: Vm f Vm f Vm f sin  m t sin  c t  cos( c   m )t  cos( c   m )t (2.14) 2     2     Biên tần dưới Biên tần trên -Phổ băng tần hẹp FM: Soùng mang Vm f Vm f 2 2  c   m  c c   m Hình 2.17: phoå baêng taàn heïp FM Nhaän xeùt: phoå baêng taàn heïp FM gioáng phoå AM. ÖÙng duïng: duøng trong thoâng tin thoaïi FM vôùi ñoä di taàn (5-15)KHz.
  19. Chương 2: Điều chế tương tự * Xeùt FM daûi roäng (WBFM: Wide Band FM): mf>0.25 - Gồm thành phần tần số sóng mang và các thành phần biên: c  n m với n=1, 2, 3, … - Biên độ tỷ lệ với hệ số hàm Bessel loại 1 bậc n:      v FM (t )  V  J 0( m f ) cos c t   J n ( m f ) cos(c  n m )  (1) n cos(c  n m )  (2.15)   n 1 Trong đó: J0, Jn : các hệ số hàm Bessel (tra bảng) mf J0 J1 J2 J3 J4 J5 0.00 1.0 - - - - - 0.25 0.98 0.12 - - - - 0.5 0.94 0.24 0.03 - - - 1.0 0.77 0.44 0.11 0.02 - - 1.5 0.51 0.56 0.23 0.06 0.01 - 2.0 0.22 0.58 0.35 0.13 0.03 - 2.4 0 0.52 0.43 0.20 0.06 0.02 Ví dụ: vẽ phổ điều chế WBFM biết mf=1.5, VWBFM=2V.
  20. Chương 2: Điều chế tương tự Giải: Tra bảng hàm bessel ứng với mf=1.5, ta có các giá trị như sau: J0=0.51, J1=0.56, J2=0.23, J3=0.06 và J4=0.01. Vậy n=4. Ap dụng công thức (2.15) với n=4, ta có: v FM (t )  2(0.51cos  c t )  2 * 0.56cos( c   m )  cos( c   m )  2 * 0.23cos( c  2 m )  cos( c  2 m ) 2 * 0.06cos( c  3 m )  cos( c  3 m ) 2 * 0.01cos( c  4 m )  cos( c  4 m ) Vẽ phổ WBFM: 1.12 1.02 1.12 0.46 0.46 0.02 0.12 0.12 0.02 c  2 m c  4 m  c  4 m c  2 m  c   m c c   m c  3 m c  3 m Hình 2.18: Phổ băng tần rộng FM với (mf=1.5) - Công suất phổ biên cực đại: V2/2Req - Công suất có điều chế: P(m f  0) = tổng công suất các vạch phổ (2.16) Ứng dụng: WBFM có tính chống nhiễu cao dùng trong phát thanh FM stereo, tiếng TV, Viba, truyền hình vệ tinh. Theo tiêu chuẩn FCC, độ di tần cực đại FM phát thanh và tiếng TV là  75KHz * Nhận xét: - Công suất AM thay đổi theo điều chế. Công suất FM không đổi (sai số không đáng kể). - Băng thông: xét về mặt lý thuyết thì băng thông FM-PM là vô cùng lớn nhưng trên thực tế đôi khi băng thông FM được coi là không đổi với công thức: BWFM  2 f m (1  m f  m f ) (2.17) Lưu ý: khi thiết kế BW(-3dB) của mạch công suất cao tần phải lớn hơn băng thông tính toán theo công thức (2.17) để tín hiệu không bị méo. - Tính chống nhiễu: thông tin FM có tính chống nhiễu cao hơn AM, chính vì vậy điều chế FM thường được chọn ở hệ thống thông tin điều chế tương tự.
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2