Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ
Nội dung:
5.1 Cơ bản về ñiều chế tín hiệu
5.2 ðiều chế tương tự
5.1.1 Vị trí của ñiều chế trong hệ thống thông tin 5.1.2 Mục ñích của ñiều chế 5.1.3 Phân loại các phương pháp ñiều chế
5.2.1 Sóng mang trong ñiều chế tương tự
5.2.2 ðiều chế biên ñộ 5.2.3 ðiều chế góc 5.3 ðiều chế xung
5.3.1 Sóng mang trong ñiều chế xung
5.3.2 ðiều chế PAM
5.3.3 Các hệ thống ñiều chế xung khác
1
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ
5.1 Cơ bản về ñiều chế tín hiệu: (cid:1) ðiều chế (Modulation) là quá trình ánh xạ tin tức vào sóng mang bằng cách thay ñổi thông số của sóng mang (biên ñộ, tần số hay pha) theo tin tức . (cid:1) ðiều chế ñóng vai trò rất quan trọng, không thể thiếu trong hệ thống thông tin.
5.1.1 V$ trí c'a ñi)u ch+ trong h(cid:25) th,ng thông tin:
Transmitter
Máy phát: (cid:2)ði)u ch+ Ngu/n tin Bi+n ñ1i tin t2c- tín hi(cid:25)u
(cid:2) Khu+ch ñ5i
Nh(cid:18)n
Bi+n ñ1i tín hi(cid:25)u - tin t2c tin Máy thu: (cid:2)Khu+ch ñ5i (cid:2) Gi(cid:19)i ñi)u ch+
Receiver
2
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ
5.1 Cơ bản về ñiều chế tín hiệu (tt):
5.1.2 M6c ñích c'a ñi)u ch+: (cid:1) Tạo ra tín hiệu phù hợp với kênh truyền (cid:1) Cho phép sử dụng hiệu quả kênh truyền (cid:1) Tăng khả năng chống nhiễu cho hệ thống
5.1.3 Phân lo5i các ph(cid:3);ng pháp ñi)u ch+:
Các phương pháp ñiều chế
ðiều chế xung ðiều chế số ðiều chế tương tự
Biên ñộ Góc pha ASK PSK FSK Tương tự Số
AM-SC SSB-SC VSB PAM PPM PDM PCM Delta
AM SSB FM PM
3
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.2 ðiều chế tương tự: (cid:1) Tín hiệu tin tức làm thay ñổi các thông số: biên ñộ, tần số hoặc pha của sóng mang ñiều hòa cao tần. Biên ñộ
5.2.1 Sóng mang trong ñi)u ch+ t(cid:3);ng t?:
(cid:1) Dạng sóng mang ban ñầu: y(t)=Ycos(Ωt + ϕ) (cid:1) Dạng sóng mang sau ñiều chế: y(t) = Y(t)cosθ(t)
Pha ban ñầu
d
t ( )
Ω
t ( )
=
Tần số góc Y(t): biên ñộ tức thời (phương trình ñường bao) θ(t): pha tức thời.
t ( )
f
t ( )
=
: tần số góc tức thời
θ d t θ d dt
1 π 2
: tần số tức thời
(cid:1) Nếu θ(t): không ñổi; Y(t): thay ñổi (cid:3) y(t)=Y(t)cos(Ωt +ϕ): ñiều chế biên ñộ
(cid:1) Nếu θ(t): thay ñổi; Y(t): không ñổi (cid:3) y(t) = Ycosθ(t): ñiều chế pha
4
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.2.2 ði)u ch+ biên ñB (Amplitude Modulation)
a. Hệ thống AM-SC (Amplitude Modulation with Suppressed Carrier)
t ( )
=
x t ( )
×
cos
Ω
t
y
− AM SC
(còn gọi là ñiều chế DSB-SC: Double Side Band with Suppressed Carrier) (cid:4) Dạng tín hiệu AM-SC:
(cid:4) Quá trình ñiều chế:
x(t)
yAM-SC (t)
x
Sóng mang cao tần Ω>>ωmax Tín hiệu tin tức cần truyền ñi, tần số thấp [ωmin , ωmax]
cos
tΩ
Y
( ) ω
=
( ω
− Ω + )
X
( ω
+ Ω
)
X
]
[
− AM SC
− Ω + Ψ )
+ Ω
)
ω ( )
ω (
ω (
]
−Ψ
AM SC
X
X
1 2 1 [ = Ψ 4
(cid:4) Quan hệ trong miền tần số:
5
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
a. H(cid:25) th,ng AM-SC (tt):
X(ω)
Mô tả miền thời gian Mô tả miền tần số
X0
minω−maxω−
maxω
ω
x(t)
0 cosΩt
minω Y(ω)
1
π
ω
t
0
0
Ω
-Ω
t
YAM-SC(ω)
yAM-SC(t)
X0/2
ω
0
0
-Ω
Ω
t
6
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
yAM-SC (t)
x’(t)
m(t)
LPF
a. H(cid:25) th,ng AM-SC (tt) (cid:4) Quá trình giải ñiều chế: (cid:1) Trong miền thời gian: m(t) = x(t).cosΩt.cosΩt
x
= [x(t) + x(t).cos2Ωt]/2
cos
tΩ
Qua bộ lọc LPF, chỉ còn lại thành phần
)
)
)
M
=
− Ω +
Y
+ Ω
( ω
( ω
( ω
[ Y
]
− A M S C
− A M S C
=
+
− Ω +
2
)
+ Ω 2
)
( ) ω
( ω
( ω
X
X
X
]
[
1 2 1 2
1 4
tần số thấp x’(t) = x(t)/2. (cid:1) Trong miền tần số:
M(ω)
Qua bộ lọc LPF, chỉ còn lại thành phần phổ tần số thấp: X’(ω) = X(ω)/2.
X0/2
ω
0
-Ω
Ω
-2Ω
2Ω
ðáp ứng tần số của bộ lọc
7
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
BW
2 ω
− =
AM SC
max
a.H(cid:25) th,ng AM-SC (tt) (cid:4) Nhận xét:
P
=
P
y
x
− A M S C
1 2
(cid:1) Mạch giải ñiều chế phức tạp. (cid:1) Băng thông (bandwidth): (cid:1) Công suất của tín hiệu AM-SC:
Ví dụ 1: Cho mạch ñiều chế AM-SC:
Tin tức: Sóng mang: x(t) = cos(2π×103t) y(t) = cos(2π×104t)
Hãy: a. Vẽ x(t) và yAM-SC(t) ? b. Xác ñịnh và vẽ X(ω), ΨX(ω), YAM-SC(ω) và ΨAM-SC(ω) ? c. Tính Px và PAM-SC?
8
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
a.H(cid:25) th,ng AM-SC (tt)
Lời giải:
a. Dạng sóng tín hiệu AM-SC:
x t ( )
=
cos(2
×
3 t 10 )
π
⇒
X
−
=
×
+
+
×
πδ ω π
ω πδ ω π ( (
2
)
3 10 )
2
(
3 10 )
b. Phổ tín hiệu tin tức:
9
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
3
π
t ( )
=
y
×
10 ) cos(2
t
×
4 t 10 )
− AM SC
3
3
⇒
=
×
10
−
×
4 10 )
+
+
2
(
×
10
−
×
4 10 )
(
2
−
Y
( ) ω
2 π
πδ ω π
2 π
− AM SC
πδ ω π
3
3
−
2
(
×
10
+
×
4 10 )
+
+
2
(
×
10
+
×
4 10 )
2 π
πδ ω π
2 π
1 2 1 πδ ω π 2 X(ω)
YAM-SC(ω)
ππππ/2
ππππ
t
t
0
-2π.103
0
2π.104
2π.104
-2π.104
Lời giải (tt): (cid:1) Phổ tín hiệu AM-SC: cos(2 π
+∞
+∞
2
Ψ
)
2
X
n
(
)
X
)
2
X
n
(
)
X
n
δ ω ω − 0
δ ω ω − n 0
∑
∑
ω π = ( n
= −∞
= −∞
ω π = ( n
(cid:1) Mật ñộ phổ công suất: Dựa vào kết quả sau
10
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
Ψ
−
=
2
2
)
(
3 10 )
+
+ δ ω π
2
(
×
3 10 )
1 2 2
1 × ( X ω π δ ω π 2 2
2
(
3 10 )
2
(
3 10 )
×
+
×
− δ ω π
+ δ ω π
π 2
π 2
= (cid:1) Mật ñộ phổ tín hiệu AM-SC:
3
3
Ψ
−
=
2
2
(
)
(
10
−
2 π
×
4 10 )
+
+ δ ω π
2
(
×
10
−
2 π
×
4 10 )
−
1 2 4
1 2 4
× AM SC ω π δ ω π
3
3
+
π δ ω π 2 (
−
2
×
10
+
π 2
×
4 10 )
+
δ ω π +
2
(
×
10
+
π 2
×
4 10 )
1 2 4
1 2 4
3
δ
δ
δ
×
−
×
+
+
+
=
10
π 2
4 10 )
(...)
(...)
(...)
2
(
δ ω π −
π 8
2
2
Lời giải (tt): (cid:1) Mật ñộ phổ tín hiệu tin tức:
∞
=
|
X
2 |
=
+
=
=
P x
n
P x
P AM SC −
∑
1 2
1 2
1 = ⇒ 2
1 2
1 4
n
=−∞
c. Công suất tín hiệu:
11
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.2.2 ði)u ch+ biên ñB (Amplitude Modulation)
Phương trình ñường bao(envelope)
t ( )
=
[
A x t cos ( )]
+
Ω
t
AMy
b. Hệ thống AM (còn gọi là ñiều chế DSB) (cid:4) Dạng tín hiệu AM:
yAM (t)
x(t)
(cid:4) Quá trình ñiều chế:
x
Tín hiệu tin tức cần truyền ñi, tần số thấp [ωmin , ωmax]
A
cos
tΩ
Sóng mang cao tần Ω>>ωmax
( ) A ω πδω
=
(
−Ω + )
( δω
X
( ω
−Ω + )
X
( ω
[
] + Ω + )
[
] + Ω )
AMY
Ψ
=
(
(
)
( ) ω
( ω
[ −Ω + ) δω δω
] +Ω + Ψ −Ω +Ψ +Ω ( ) ω
] )
[
AM
X
X
1 2 1 4
2 Aπ 2
(cid:4) Quan hệ trong miền tần số:
12
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
b. H(cid:25) th,ng AM(tt):
X(ω)
Mô tả miền thời gian Mô tả miền tần số
X0
minω−maxω−
minω
maxω
ω
x(t)
Y(ω)
0 cosΩt
1
π
ω
t
0
0
Ω
-Ω
t
YAM(ω)
yAM(t)
Aππππ
t
X0/2
ω
0
0
-Ω
Ω
13
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
a. H(cid:25) th,ng AM (tt) (cid:4) Quá trình giải ñiều chế:
(cid:1) Tách sóng ñồng bộ: (giống giải ñiều chế AM-SC) (cid:1) Tách sóng ñường bao: sơ ñồ mạch ñơn giản
A
≥
max{ ( ) ; ( ) 0}
x t
x t
<
(cid:1) ðiều kiện ñể tách sóng ñường bao không bị méo:
14
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
BW
2 ω
− =
AM SC
max
a.H(cid:25) th,ng AM (tt) (cid:4) Nhận xét:
η=
×
100%
(cid:1) Mạch giải ñiều chế ñơn giản. (cid:1) Băng thông (bandwidth): (cid:1) Hiệu suất năng lượng không cao:
P b P AM
P x
1 2
=
=
2
2
P x +
A
P x
A
+
P x
1 2
1 2
Pb: công suất dải bên PAM: công suất toàn bộ tín hiệu
33.33%
η = max
Trường hợp, x(t) = acosωt, hiệu suất cực ñại:
15
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
b. H(cid:25) th,ng AM (tt)
Ví dụ 2: Cho mạch ñiều chế AM:
2
2
-4
4
8
-2
yAM(t) = [A+x(t)]cos(2π×105t) x(t)
Hãy: a. Vẽ yAM(t) khi A=2? b. Xác ñịnh phổ X(ω), YAM(ω) ? c. Tính Px và PAM? d. Xác ñịnh giá trị của A ñể tách sóng không bị méo trong mạch
tách sóng hình bao?
16
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
Chương 5
b. H(cid:25) th,ng AM (tt)
Lời giải:
a. Dạng sóng tín hiệu AM:
0
6
t
4
2
yAM(t)
+∞
2
xT(t) b. Xác ñịnh phổ: (cid:1) Vì x(t) là tín hiệu tuần hoàn, nên phổ có dạng:
X
2
)
X
n
(
)
ω π = (
δ ω ω − n 0
t
y = -2x+2
)
2
-2
0
=
;
=
4
X
T
n
-2
∑ = −∞ n X n ( ω 0 T T
Trong ñó:
17
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
Chương 5
2 ω
ω
( ) ω
4 2
2 4 a2
( ) t
x
X
Sa
S
4 = Λ
2 − Π
⇒
= ×
− ×
T
t 2
t 4
Lời giải (tt):
2
π
2
2
2 a n;
2
/
/ 2
X
Sa
n
2 a2 S
n
Sa
S
T
⇒
=
−
=
−
=
=
2 ω 0
ω 0
π ω π 0
n
π n 2
b. Xác ñịnh phổ:
+∞
+∞
X
−
2 Sa 2
Sa n 2
(
= ) 2
2 Sa 2
− δω (
− πδω 4 ( )
∑
∑
π n 2
π n 2
π n 2
π n ) 2
= ω π ( ) 2 n =−∞
π n =−∞
− π δω
+
+
(
+
=
A
X
5 − 10 )
+
(
=
...
AMY
Vậy, phổ tín hiệu tin tức:
5 ω π ω π 10 ) + ( X
1 2
T
0
=
= ⇒ =
dt
dt
+
+
2 x t | ( ) |
= × 2
2 2 |
t | 2
P x
P AM
P x
c. Tính công suất: /2 ∫
∫
1 4
4 3
2 A 2
2 = + 3
2 A 2
1 T −
− 2
/2
T
1 2 d. ðể tách sóng không bị méo: x(t) + A ≥ 0, ∀t. Suy ra: A ≥ 2
(cid:1) Phổ tín hiệu AM: 5 5 ω πδω π δω π 10 ) − 10 ) ( ) (
18
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.2.2 ðiều chế biên ñộ (tt):
c. Các h(cid:25) th,ng ñi)u ch+ biên ñB khác: (cid:4) H(cid:25) th,ng SSB-SC (Single Side Band with Suppressed Carrier)
ðáp ứng tần số của bộ lọc
(cid:4) H(cid:25) th,ng SSB (Single Side Band)
ðáp ứng tần số của bộ lọc
19
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.2.2 ði)u ch+ biên ñB:
c. Các hệ thống ñiều chế biên ñộ khác: (cid:4) H(cid:25) th,ng VSB (Vestigial Side Band)
20
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
ðặc ñiểm
ðộ phức tạp giải ñiều chế
Băng thông tín hiệu ñiều chế
Hiệu suất năng lượng
Phương pháp
cao
rộng
cao
AM-SC(DSB-SC)
AM (DSB)
thấp
rộng
thấp
cao
hẹp
cao
SSB-SC
SSB
thấp
hẹp
thấp
VSB
cao
vừa phải
vừa phải
5.2.2 ðiều chế biên ñộ: (cid:1)So sánh các ph(cid:3);ng pháp ñi)u ch+ biên ñB:
21
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.2.3 ði)u ch+ góc:
cos[
Ω + t
( )]
t ( )
=
y
k x t p
PM
(*) a. H(cid:25) ñi)u pha PM (Phase Modulation) Y (cid:4) Dạng tín hiệu PM:
θ
= Ω + t
t ( )
k x t ( ) p
Tin tức trực tiếp thay ñổi pha tức thời
Ω
t ( )
= Ω +
k
PM
p
( ) dx t dt
(cid:1) ðộ lệch pha:
−Ω = t
|
k x t ( ) p
max
= ∆ t | ( ) θ θ PM (cid:1) ðộ lệch tần số:
∆Ω = Ω − Ω =
k
t ( )
|
|
PM
p
dx t ( ) dt
max
trong ñó: x(t): tín hiệu tin tức; kp: hằng số tỉ lệ (cid:4) Các thông số quan trọng: (cid:1) Pha tức thời: PM (cid:1) Tần số góc tức thời:
22
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
(cid:1)
θ∆
=
|
x t ( ) |
1
PM
pk
max
a.H(cid:25) ñi)u pha PM (tt) (cid:4) PM d(cid:19)i hKp (NBPM-Narrow Band PM)
cos
≈
k x t ( ) p
k x t ( ) p
k x t p Biểu thức (*) thành ra: t ( )
cos
Y
=
y
( ))
Ω t
cos(
−
Y
sin
Ω t
sin(
( ))
NBPM
k x t p
Y
=
k x t p t Yk x t ( ) sin
Ω −
Ω t
p
Sử dụng công thức gần ñúng: ≈ ( ) 1;sin
cos (cid:1) Phổ của tín hiệu NBPM:
Y
X
Y ( ω πδ ω
[ (
=
)
− Ω + )
( δ ω
+ Ω − )]
( ω
− Ω + )
( ω
+ Ω
)
]
NBPM
[ k X p
j
Y 2
Biểu thức NBPM
2
Yk
(
)
Ψ
=
− Ω + )
+ Ω + )]
Ψ
− Ω + Ψ )
+ Ω )
( ) ω
[ ( δω
( δω
( ω
( ω
[
]
NBPM
X
X
2 Y π 2
p 4
(cid:1) PSD của tín hiệu NBPM:
23
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
BW
ω= 2
NBPM
max
× Ω sin t
− pYk x t ( )
Ysin t − Ω pk
π 2
t ( )
NBPMy
( )x t
cosY
tΩ
a.H(cid:25) ñi)u pha PM (tt) (cid:4) PM d(cid:19)i hKp (tt) (cid:1) Băng thông tín hiệu NBPM: (cid:1) Mạch tạo tín hiệu NBPM:
BW
= ∆ 2(
+
2)
θ
ω
WBPM
PM
max
(cid:4) PM d(cid:19)i rBng (WBPM: Wide band PM) (cid:1) Công thức Carson xác ñịnh ñộ rộng phổ:
24
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.2.3 ði)u ch+ góc:
Ω + t
k
x t dt ( )
]
t ( )
cos[
Y
=
y
f
F M
∫
(*) b. H(cid:25) ñi)u tMn FM (Frequency Modulation) (cid:4) Dạng tín hiệu FM:
t k
t ( )
x t dt ( )
f
θ = Ω + ∫
Tin tức trực tiếp thay ñổi tần số tức thời
= Ω +
k x t ( ) f
FM
t ( ) (cid:1) ðộ lệch pha: = | ( ) ∆ t θ θ
−Ω = t
|
k
x t dt ( )
FM
f
∫
max
(cid:1) ðộ lệch tần số:
∆Ω = Ω −Ω =
t ( )
|
|
FM
k x t ( ) f
max
trong ñó: x(t): tín hiệu tin tức; kf: hằng số tỉ lệ (cid:4) Các thông số quan trọng: (cid:1) Pha tức thời: FM (cid:1) Tần số góc tức thời Ω
25
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
(cid:1)
=
|
x t dt ( )
1
θ∆
FM
fk
| max
∫
b. H(cid:25) ñi)u tMn FM (tt) (cid:4) FM d(cid:19)i hKp (NBFM-Narrow Band FM)
y
t ( )
=
Y
cos
Ω −
t Yk
x t dt ( )
.sin
Ω t
NBFM
f
∫
(cid:1) Tương tự như NBPM, biểu thức tín hiệu NBFM:
BW
ω= 2
NBFM
max
(cid:1) Băng thông tín hiệu NBFM:
(cid:4) FM d(cid:19)i rBng ( WBFM -Wide Band FM)
BW
= ∆ 2(
+
)
θ
ω 2
WBFM
FM
max
(cid:1) Công thức Carson xác ñịnh ñộ rộng phổ:
26
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
c. Nh(cid:18)n xét v) PM và FM: (cid:4) So sánh vSi ñi)u ch+ biên ñB:
(cid:1) Khả năng chống nhiễu cao hơn AM (cid:1) Băng thông tín hiệu WBPM và WBFM rộng hơn tín hiệu AM nhiều
(cid:4) Quan h(cid:25) giUa FM và PM:
x(t)
yPM (t)
( )dx t dt
Bộ ñiều chế FM
x(t)
yFM (t)
( )x t dt
∫
Bộ ñiều chế PM
27
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.3 ðiều chế xung (Pulse Modulation):
∞
t
=
Y
∗
=
Y
Π
<<
T
τ
y t ( )
|||
;
5.3.1 Sóng mang trong ñi)u ch+ xung: (cid:1) Dãy xung vuông ñơn cực
∑
∏
t τ
− nT τ
1 T
t T
=−∞
n
Y: biên ñộ xung
trong ñó:
T: chu kỳ lặp lại xung
( )y t
Y
τ
t
0
-T
-2T
2T
T
τ: ñộ rộng xung
28
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.2 ðiều chế tương tự:
=
|||
y
( ) t
( ) x t
P A M
1 T
t T
5.3.2 H(cid:25) th,ng ñi)u ch+ PAM (Pulse Amplitude Modulation):
yPAM(t)
x(t)
=
=
∗ ) |||
( ) ω
( ω
X
Y
PAM
; ω 0
1 2 π
2 π T
ω ω 0
a. H(cid:25) th,ng PAM lý t(cid:3)Wng: (cid:4) Dạng tín hiệu : (cid:4) Quá trình ñiều chế:
y t ( )
=
||| (
)
∞
1 T
t T
=
X
)
∗
−
n
(
)
0
1 π 2
∑ ω ω δ ω ω ( 0 =−∞
n
∞
X
=
)
ω ω n − ( 0
∑
1 T
=−∞
n
(cid:1) Phổ của PAM lý tưởng:
29
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
a. H(cid:25) th,ng PAM lý t(cid:3)Wng (tt):
Mô tả miền thời gian Mô tả miền tần số x(t) X(ω)
ω
X0
-ωmax 0
ωmax
0 y(t)
( )Y ω
t
ω
0
0
T 2T 3T 4T 5T
t
ω0
yPAM(t)
PAMY ω ( )
ω0 -2ω0 -ω0 2ω0
X0/2
0
0
ω
t
ω0 -2ω0 -ω0 2ω0
30
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
a. H(cid:25) th,ng PAM lý t(cid:3)Wng (tt): (cid:4) Quá trình giải ñiều chế:
h(t)
H
ω ( )
=
T
∏
ω ω 2
max
x’ (t) X’(ω)
yPAM(t) YPAM(ω)
H(ω)
(cid:1) Tín hiệu PAM ñược ñưa qua bộ lọc có ñáp ứng tần số:
∞
'( ) ω
)
X
=
( ) ( ) ω ω × H
=
X
×
T
Y PAM
( ω ω − n 0
∑
∏
ω 2 ω
1 T
n
=−∞
max
(cid:1) Phổ của tín hiệu ngõ ra:
X
0
H(ω)
ω ω≥ 2 m (cid:1) Nếu: , ta có: 0 ω= Xω ) ( ) '( (cid:3) khôi phục ñúng (cid:5) ði)u ki(cid:25)n: chính là nBi dung c'a ñ$nh lý lXy mYu Nyquist.
ω ω≥ 2 m
0
ω0 -2ω0 -ω0 2ω0
31
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.3.2 H(cid:25) th,ng ñi)u ch+ PAM (tt):
y t ( )
=
x t Y ( ).
∗
|||
∏
t τ
1 T
t T
yPAM(t)
x(t)
b. H(cid:25) th,ng PAM th?c t+: (cid:4) Dạng tín hiệu :
Y
=
X
Y
∗
=
ω ( )
)
[
] ) ;
PAM
ω ω ω ( ( 0
Π
∗
Y
||| (
)
π 2 T
1 T
t T
t τ
∞
−
)
=
X
Y
San
n
( π δ ω ω 0
∑
τ T
τ T
1 π 2 1 π 2
∗ ) 2 ( ω π n
=−∞
∞
=
Sa
X
)
− n ω ω ( 0
∑
Y τ T
n πτ T
n
=−∞
(cid:4) Quá trình ñiều chế: (cid:4) Phổ của PAM lý tưởng:
32
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
b. H(cid:25) th,ng PAM th?c t+ (tt):
Mô tả miền thời gian Mô tả miền tần số x(t) X(ω)
ω
X0
0
-ωmax 0
ωmax
Y(ω)
Y
π τ 2 Y T
-ω0
ω0
2ω0
ω
t
-2ω0
0 YPAM(ω)
0 yPAM(t)
π τ 2 Y T
0
-ω0
ω0
2ω0
ω
0
T 2T 3T t
-2ω0
t
33
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
b. H(cid:25) th,ng PAM th?c t+ (tt): (cid:4) Quá trình giải ñiều chế:
h(t)
ω ( )
=
H
∏
ω ω 2
T τ Y
max
x’ (t) X’(ω)
yPAM(t) YPAM(ω)
H(ω)
(cid:1) Tín hiệu PAM ñược ñưa qua bộ lọc có ñáp ứng tần số:
=
ω ω × ( ) H ( )
ω '( )
Y PAM
∞
)
Sa
X
=
( n ω ω − 0
∑
∏
Y τ T
n πτ T
T Y τ
n
=−∞
max
×
ω 2 ω YPAM(ω)
(cid:1) Phổ của tín hiệu ngõ ra: X
π τ 2 Y T
X
ω ω≥ 2 m (cid:1) Nếu: , ta có: 0 ω= Xω ) ( ) '( (cid:3) khôi phục ñúng
-ω0
ω0
2ω0
ω
0
-2ω0
H(ω)
34
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
b. H(cid:25) th,ng PAM th?c t+ (tt): (cid:4) Nh(cid:18)n xét:
(cid:1) Phổ của tín hiệu PAM rộng vô hạn, nhưng phần lớn công suất tập trung
trong khoảng (-2π/τ, 2π/τ).
(cid:1) Vì phổ của PAM tập trung xung quanh tần số thấp, nên muốn truyền ñi
cần ñiều chế lần nữa (ví dụ PAM-AM, PAM-FM,vv…)
S a
( )
=
;
t ; ω ω 1
0
2 π T
y t ( )
=
||| (
)
H
)
( ω
1 T
t T
ω 2 ω 0
= Π
z(t) v(t) x(t) H(ω) Ví d6 3: Cho hệ thống PAM như sau Biết rằng: x t =
Hãy: a. Xác ñịnh và vẽ Z(ω) khi ω1=3 ω0; ω1=1.5 ω0 b. Xác ñịnh v(t) và tính Ev trong hai trường hợp ω1=3 ω0; ω1=1.5 ω0.
35
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
∞
( ) ω
X
);
Y
=
=
−
n
( ω ω ω 1 1
PAM
∑
=−∞
n
Lời giải: a. Do z(t) là tín hiệu PAM lý tưởng, nên phổ có dạng sau: 2 1 π T T
x t ( )
=
Sa
t
)
↔
X
ω ( )
ω ( 0
ω ω 2 0
π = Π ω 0
∞
⇒
=
Z
ω ( )
∑
1 T
=−∞
n
π ω 0
− ω ω n 1 ω 2 0
Π
trong ñó:
Z(ωωωω)
ω1=1.5ω0 ω1=3ω0
Z(ωωωω) 2π/ω0T
π/ω0T
t
t
0
0
-ω1
-ω0
-ω0
ω1
ω0
ω1
ω0
2ω0
4ω0
ω0/2
2ω0
2ω1
36
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
V
( ) ω
=
Z
( H ) ω ω
)
(
=
⇒
=
Π
V
Sa
t
3
:
ω ( )
v t ( )
= ω ω * 0
1
ω 0
1 T
π T ω 0
ω ω 2 0
2π/ω0T
V
Π
Π
=
=
1.5
:
ω ( )
ω * 1
ω 0
π 2 T ω 0
ω ω 0
t
t
Sa
Sa
t
v t ( )
−
⇒
=
ω 0
-ω0
ω0
0
π ω − T ω ω 2 0 ω 0 2
0 1 T 2
2 T
Lời giải: b. Xác ñịnh tín hiệu ngõ ra:
2
∞
ω 0
E
V
d
d
3
:
|
) |
2 ω ω (
ω
=
=
=
ω ω * = 0
1
v
2
∫
π T
1 2 π
ω 0
−∞
π 1 ∫ T π ω 0 0
2
2
/ 2
ω 0
ω 0
ω
1.5
:
E
d
d
=
=
+
=
ω * 1
ω 0
v
2
∫
∫
1 π
5 2
π T
π ω T 0
2 π ω T 0
ω 0
0
/ 2
ω 0
ω
c. Tính năng lượng tín hiệu ngõ ra:
37
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
5.3.3 Các h(cid:25) th,ng ñi)u ch+ xung khác: (cid:4) ðiều chế ñộ rộng xung PDM x(t)
(Pulse Duration Modulation) (cid:4) ðiều chế vị trí xung PPM
T 2T 3T 4T 5T 6T
(Pulse Position Modulation)
0 yPDM(t)
(cid:2) Biên ñộ xung không ñổi (cid:2) Vị trí bắt ñầu xung không ñổi (cid:2) ðộ rộng của xung thay ñổi theo x(t)
Y
t
0
t
Y
(cid:2) Biên ñộ xung không ñổi (cid:2) ðộ rộng của xung không ñổi (cid:2) Vị trí bắt ñầu xung thay ñổi theo x(t)
yPPM(t)
0
t
38
11/12/2009
Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu
Tr(cid:3)(cid:4)ng ðH Giao thông v(cid:18)n t(cid:19)i Tp.HCM Khoa ði(cid:25)n - ði(cid:25)n t(cid:27) vi(cid:28)n thông
Chương 5
TÍN HIỆU ðIỀU CHẾ (tt)
(cid:4) Vị trí của ñiều chế PAM trong hệ thống thông tin:
