Chương 2: Điều chế tín hiệu tương tự

Chia sẻ: Chu Tuyên Hoàng | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

1.287
lượt xem 332
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tín hiệu tương tự khi truyền đi xa thì năng lượng của chúng bị suy giảm theo khoảng cách. Vì vậy, để có thể truyền tín hiệu đi xa và thích hợp với các dạng kênh truyền khác nhau cần phải thực hiện quá trình điều chế tín hiệu. Trong chương trình này, chỉ nghiên cứu nguyên lý của các tín hiệu điều chế tương tự và hàm phổ của chúng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 2: Điều chế tín hiệu tương tự

NGUYÊN LÝ TRUYỀN THÔNG Thạc sĩ. VÕ KHIẾM TRUNG TÂM ỨNG DỤNG KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ & TIN HỌC LÂM ĐỒNG Email: vokhiemkh@yahoo.com Phone: 063. 501778 - 0913173367
Chương 2: ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ Tín hiệu tương tự khi truyền đi xa thì năng lượng của chúng bị suy giảm theo khoảng cách. Vì vậy, để có thể truyền tín hiệu đi xa và thích hợp với các dạng kênh truyền khác nhau cần phải thực hiện quá trình điều chế tín hiệu. Trong chương trình này, chỉ nghiên cứu nguyên lý của các tín hiệu điều chế tương tự và hàm phổ của chúng. Các sơ đồ điều chế chỉ trình bày dưới dạng nguyên lý. Các vấn đề giải pháp kỹ thuật, sơ đồ mạch điện cụ thể, sẽ được nghiên cứu kỹ hơn ở giáo trình Mạch điện tử thông tin.
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHẾ Điều chế là quá trình biến đổi dạng tín hiệu sóng mang (carrier) tuân theo một đặc trưng nào đó của tín hiệu đều chế ( tin tức ) cần truyền đi nhằm tạo ra một tín hiệu chứa nội dung tin tức nhưng có dạng thức phù hợp, có thể lan truyền trong môi trường. Để điều chế tín hiệu, cần phải có hai thành phần: - Tín hiệu đem điều chế, chứa tin tức, thường được kí hiệu là s(t) (hay x(t), w(t), m(t),..., tuỳ hoàn cảnh). s(t) = Uscos2πfst - Sóng mang (carrier ), còn gọi là dao động tải tin, ký hiệu là Uc(t) hay Xc(t)…. Đó là dao động tần số cao, thường dưới dạng điện thế hay dòng điện, như sau: Uc(t) = Uocos(2πfct + θ)
CÁC KIỂU ĐIỀU CHẾ Uc(t) được đặc trưng bởi ba tham số là: biên độ, tần số, pha tức thời. Nói các khác: điều chế là ghi tín hiệu vào một trong các tham số của dao động mang, làm cho các tham số này bị thay đổi theo quy luật của tin tức. - Nếu ghi tín hiệu vào biên độ của dao động mang, làm cho biên độ thay đổi theo quy luật của tin tức. Ta có tín hiệu điều chế biên độ. - Nếu ghi tín hiệu vào tần số của dao động mang, thì tần số dao động mang thay đổi theo quy luật của tin tức. Ta có tín hiệu điều chế tần số. - Nếu ghi tín hiệu vào pha tức thời của dao động mang, thì pha tức thời bên cạnh sự thay đổi đều đặn theo thời gian, sẽ thay đổi theo quy luật của tin tức. Ta có tín hiệu điều chế pha. - Nếu ghi tín hiệu đồng thời vào hai tham số (biên độ và pha) của dao động mang, chúng ta có tín hiệu điều chế hỗn hợp.
II. ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ AM (Amplitude Modulation )
1. Điều chế biên độ song biên Tin tức s(t) và sóng mang uc(t) biểu diễn như sau: s(t) = Uscos2πFt uc(t) = Uocos(2πfct + θ) Tín hiệu điều chế AM (theo phép cộng) có dạng: uAM(t) = [U0 + s(t)]cos(2πfct + θ) uAM(t) = [U0 + Us.cos2πFt].cos(2πfct + θ) = U0 [1+Us/U0.cos2πFt].cos(2πfct + θ) Đặt m = Us/U0 là độ sâu điều chế uAM(t) = U0[1 + m.cos2πFt].cos(2πfct + θ) uAM(t) = [U0 + m.U0cos2πFt].cos(2πfct + θ)
Tín hiệu AM theo độ sâu điều chế m
mU 0 mU 0 = U 0 cos(2πf ct + θ ) + cos[2π ( f c + F )t + θ ] + cos[2π ( f c − F )t + θ ] 2 2 Phổ biên độ - tần số tín hiệu AM đơn âm uAM(t) = [U0 + m.U0cos2πFt].cos(2πfct + θ) Chúng ta có thể triển khai biểu thức như sau: uAM(t) = U0cos(2πfct + θ) + mU0cos(2πfct + θ). cos(2πFt) = U 0 cos(2πf c t + θ ) mU 0 + cos[2π ( f c + F )t + θ ] 2 mU 0 + cos[2π ( f c − F )t + θ ] 2 - Thành phần (1) biên độ U0, còn tần số sóng mang fc ; - Thành phần (2) biên độ mU0/2, còn tần số biên trên là (fc+F); - Thành phần (3) biên độ mU0/2, còn tần số biên dưới là (fc-F).
Phổ tín hiệu AM
Phổ biên độ - tần số tín hiệu AM
Công suất các thành phần tần phổ - Công suất của thành phần sóng mang: Pc = U20 - Công suất của thành phần biên: Pb = (mU0/2)2 - Công suất toàn bộ tín hiệu AM : PAM = Pc + 2Pb = Pc [ 1 + m2/2] Điều chế AM, công suất thành phần sóng mang chiếm phần lớn. m = 1, thì 66% công suất dành cho sóng mang, chỉ 17% công suất để tải thông tin (một dải biên). m < 1, công suất để tải thông tin còn giảm hơn nữa, m = ½, thì gần 90% công suất cho sóng mang, hơn 5% công suất của tín hiệu để tải thông tin. m > 1, công suất thành phần sóng mang giảm đi. Nhưng độ rộng phổ tín hiệu AM tăng lên nhiều lần, Wm>1 = 6B = 3Wm
Phổ biên độ - tần số tín hiệu AM đa âm
2. Điều chế biên độ triệt sóng mang DSB – SC (Double SideBand Supperssed Carrier ). Điều chế AM có nhược điểm là lãng phí công suất phát cho sóng mang mà không chứa đựng thông tin. Trong ứng dụng, ta loại bỏ sóng mang trong tín hiệu điều chế, phương pháp này gọi là điều chế triệt sóng mang DSB – SC Tín hiệu AM có hai dải biên tần với sóng mang bị triệt, được tạo ra bằng cách nhân tín hiệu đem điều chế s(t) với sóng mang Uc(t), có dạng như sau: uDSB-SC(t) = s(t).U0 cos(2πfct + θ) Tín hiệu DSB – SC, do không có thành phần sóng mang nên toàn bộ công suất của tín hiệu dùng để tải thông tin (mỗi dải biên 50%). Tuy nhiên, khi nhận lại tín hiệu điều chế ở máy thu phải sử dụng mạch giải điều chế tích, nên giá thành sẽ cao hơn nhiều so với mạch tách sóng đường bao biên độ AM.
Phổ biên độ - tần số tín hiệu DSB- SC  uDSB-SC(t) = s(t).U0 cos(2πfct + θ) Biểu thức này có thể viết lại đơn giản như sau:  uDSB-SC(t) = U0Uscos(2πFt) x cos(2πfct + θ) Chúng ta triển khai tiếp như sau: u (t) = Acos[2π(fc + F)t + θ].cos[2π(fc – F)t + θ] DSB-SC Biểu thức này chỉ có hai thành phần tần số là fc ± F.
Phổ biên độ - tần số tín hiệu BSB- SC
3. Điều chế biên độ - đơn biên SSB-AM (Single Side Band Amplitude Modulation ) Phổ biên độ - tần số của tín hiệu AM, có hai dải biên (biên trên và biên dưới) cùng chứa một lượng tin như nhau.  Như vậy, chỉ cần một dải biên cũng có thể khôi phục lại tin tức ban đầu, tức là có thể bỏ đi một dải biên. Để toàn bộ công suất của tín hiệu sử dụng cho truyền tải thông tin, cần loại bỏ thành phần sóng mang như điều chế DSB-SC, và loại bỏ bớt một dải biên của tín hiệu, đó là điều chế biên độ đơn biên SSB-AM . Tín hiệu SSB-AM với sóng mang bị triệt thường được sử dụng trong thực tiễn nhất.
Phổ biên độ tần số tín hiệu SSB – AM tiếng nói
Điều chế tín hiệu SSB-AM có thể thực hiện bằng một trong ba giải pháp kỹ thuật sau: - Phương pháp lọc (filtering method); - Phương pháp quay pha (phasing method); - Phương pháp lai ghép của hai phương pháp trên. So với tín hiệu AM thuần túy, thì tín hiệu SSB-AM chỉ chiếm dụng phổ bằng một nửa, tức WSSB-AM = B. Tuy nhiên, giải pháp kỹ thuật ở cả thiết bị phát, cũng như phía thu, đều phức tạp hơn. Vìthế, tín hiệu SSB-AM, chỉ được sử dụng cho mục đích quân sự.
4. Điều chế biên độ - dải biên rớt (Vestigial SideBand – VSB) Trong kỹ thuật truyền hình, để truyền tải hình ảnh bằng điều biên AM hoặc DSB-SC, phổ tần số của nó quá rộng W = 2 x 4,2 = 8,4 MHz.  Nếu sử dụng SSB-AM, thì giải pháp kỹ thuật lại quá phức tạp, giá thành đắt. Vì vậy, người ta sử dụng giải pháp điều biên rớt Tínhiệu VSB có thể thực hiện từ tín hiệu AM hoặc DSB-SC, nhờ một mạch lọc giải thông đặc biệt, gọi là mạch lọc biên rớt. Mạch lọc biên rớt có tác dụng làm giảm (cắt cụt) phần lớn phổ biên tần dưới.
Phổ tín hiệu VSB Tín hiệu VSB được biểu diễn bằng biểu thức: sVSB(t) = uAM(t)*h(t) - uAM(t) là tín hiệu điều biên AM, - h(t) là đáp ứng xung của mạch lọc biên rớt, - dấu * ở đây chỉ phép tích chập. Phổ tín hiệu VSB xác định bằng biểu thức: SVSB(f) = SAM(f) . H(f) - SAM(f) - phổ biên độ - tần số của tín hiệu AM, - H(f) là hàm truyền của mạch lọc biên rớt.