Kỹ thuật điều chế biên độ

04/26/14
1
Điều chế biên độ
04/26/14
2
•
Truyền thông băng cơ sở: Truyền thông không sử dụng điều chế
(thông tin được truyền ở dạng gốc) - Không dịch tần số của tín hiệu.
•
Truyền thông sóng mang: Truyền thông sử dụng các kỹ thuật
điều chế nhằm chuyển đổi dải tần số của tín hiệu tin.
(AM, FM, PM, FSK, PSK, QAM, ……)
Truyền thông băng cơ sở và truyền thông sóng mang
04/26/14
3
•
Khái niệm băng cơ sở được gán cho một dải tần số của tín hiệu phát ra từ
nguồn, trong đó dải tần số của tín hiệu nằm xung quanh tần số 0.
•
Đối với điện thoại: băng cơ sở là dải âm tần (tần số của tín hiệu âm thanh)
chiếm từ 0 - 4000 Hz
•
Tivi : băng cơ sở là dải tần của tín hiệu video chiếm từ 0 - 6 MHz
•
Dữ liệu số PCM (A/D):
sử dụng mã đường là lưỡng cực với tốc độ f
0
bps, băng cơ sở của nó chiếm
từ 0 – f
0
Hz.

Truyền thông băng cơ sở
04/26/14
4
•
Các tín hiệu điều chế xung:
•
PAM (Pulse Amplitude Modulation:điều chế biên độ xung )
•
PWM (PULSE WIDTH MODULATION: điều chế độ rộng xung)
•
PPM (PULSE POSITION MODULATION: điều chế vị trí xung)
•
PCM (PULSE CODE MODULATION: Điều chế xung mã)
•
Mặc dù sử dụng thuật ngữ điều chế nhưng các tín hiệu trên vẫn là
tín hiệu băng cơ sở.
Truyền thông băng cơ sở
04/26/14
5
•
Tín hiệu băng cơ sở có công suất lớn ở các tần số thấp.
•
Tín hiệu băng cơ sở không thể truyền qua đường vô tuyến
(ngoài không gian tự do.)
•
Tín hiệu băng cơ sở phù hợp cho việc truyền dẫn trên dây đồng hay trên sợi
quang.
Ví dụ:
•
Truyền dẫn tín hiệu thoại trong tổng đài nội vùng.

•
Truyền dẫn giữa các tổng đài nội vùng (sử dụng PCM)
Truyền thông băng cơ sở
04/26/14
6
•
Được sử dụng khi không thể truyền băng cơ sở thông
qua không gian tự do.
•
Sử dụng các phương pháp điều chế để chuyển đổi băng
tần tín hiệu.
•
Cho phép ghép nhiều tín hiệu, truyền đồng thời mà
không bị giao thoa.
•
Cho phép chế tạo được các anten với kích cỡ nhỏ.
Truyền thông sóng mang
04/26/14
7
•
Trong điều chế biên độ, biên độ của sóng mang tần
số cao được điều chế (biến đổi ) tỷ lệ với biên độ tức
thời của tín hiệu tin để tạo ra tín hiệu điều chế có
đường bao mang thông tin.
•
Hay, biên độ của sóng mang tỷ lệ với tín hiệu tin.
•
Tốc độ lặp lại hình bao của tín hiệu điều chế chính là
tần số của tín hiệu tin.
Điều chế biên độ

Điều chế biên độ
04/26/14
8
Bộ điều chế AM: có hai đầu vào , một đầu ra
AM MODULATOR
AM MODULATOR
Tín hiệu sóng mang tần số cao
Tín hiệu tin tần số thấp
(MODULATING WAVE)
•
Có thể là tín hiệu đơn tần (TONE) hay
•
Tín hiệu phức tạp (Đa tần) - tiếng nói: 300 Hz - 4000 Hz
Tín hiệu điều chế AM
Phát thanh quảng bá AM (550 kHz - 1600 kHz)
Điều chế biên độ
Điều chế biên độ
04/26/14
9
•
Một số tính chất:
•
Tương đối rẻ
•
Chất lượng thấp, hoạt động kém trong môi trường nhiễu
•
Được sử dụng phổ biến cho hệ thống phát thanh quảng bá
•
Sử dụng cho hệ thống điện đàm (CB radio)
Điều chế biên độ

Điều chế biên độ
04/26/14
10
•
Có một 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 được sử dụng phổ biến hay còn được gọi là AM.
C
C
ác kiểu điều chế biên độ
ác kiểu điều chế biên độ
04/26/14
11
Điều chế biên độ
Điều chế biên độ
DSB-FC AM
(AM)
04/26/14

12
[ ]
ttmEtV
ccam
ω
cos)()(
+
=
AMPLITUDE MODULATION (DSB-FC)
AMPLITUDE MODULATION (DSB-FC)


AM
AM
Biên độ sóng mang tỷ lệ với tín hiệu tin
04/26/14
13
( ) ( )
( ) ( )
[ ]
tfftff
E
tfEtV
givesWhich
tftfEtfEtVgetWe
YXYXYXGiven
tftfEtV
tftfEEtVSignalModulated
mcmc
c

ccam
mccccam
cmcam
cmmcam
)(2cos)(2cos
2
2cos)(
:
2cos2cos2cos)(:
)cos(
2
1
)cos(
2
1
))(cos(cos:
2cos2cos1)(
2cos2cos)(:
++−+=
+=
++−=
+=
+=
ππ
β
π
ππβπ
ππβ
ππ
tfEtEFor

c
cc
π
2cos)( = tfEtE
mmm
π
2cos)( =
Điều chế biên độ
Điều chế biên độ
(DSB-FC)
(DSB-FC)
VÀ
c
m
E
E
=
β
04/26/14
14
S
S
ơ đồ điều chế
ơ đồ điều chế
DSB-FC
DSB-FC
tEtE
mmm
ω
cos)( =

Bộ nhân
t
c
ω
cos
∑
Bộ cộng
c
E
[ ]
tfftff
E
tfE
mcmc
c
cc
)(2cos)(2cos
2
2cos ++−+
ππ
β
π
•
Biên độ của sóng
mang không bị ảnh
hưởng bởi quá trình
điều chế AM.
04/26/14
15
Phổ tín hiệu DSB-FC

Phổ tín hiệu DSB-FC
)(
ω
M
Bản tin
[ ]
)]()([
2
1
)()()(
ccccc
DSB
MME
ωωωωωωδωωδωϑ
++−+++−=
Tín hiệu DSB-FC
BANDWITH:
mm
f
ωπ
=2
mm
fB =
c
ω
mc
ωω
+
mc
ωω

−
USB
LSB
m
B
0
0
m
B
m
B
m
BB 2=
Độ rộng băng của tín hiệu DSB-FC :
Sóng mang
04/26/14
16
Tín hiệu điều chế AM có phổ tập trung xung quanh tần số fc, bao gồm hai
dải biên tần: USB (dải tần trên) là những tần số lớn hơn f
c
, LSB (dải tần
dưới) là những tần số nhỏ hơn f
c
.
USBLSB
2 fm
Phổ AM có một tần số tại fc. Tức là tần số của sóng mang vẫn tồn tại
trong tín hiệu điều chế. Điều này sẽ làm đơn giản việc thiết kế các
thiết bị thu AM.
[ ]

tfftff
E
tfE
mcmc
c
cc
)(2cos)(2cos
2
2cos ++−+
ππ
β
π
Phổ tín hiệu DSB-FC
Phổ tín hiệu DSB-FC
04/26/14
17
[ ]
tfftff
E
tfE
mcmc
c
cc
)(2cos)(2cos
2
2cos ++−+
ππ
β
π
β

=mlet
Phổ tín hiệu DSB-FC
Phổ tín hiệu DSB-FC
Trường hợp tín hiệu tin là đơn tần.
04/26/14
18
Tín hiệu DSB-FC
Tín hiệu DSB-FC
04/26/14
19
DSB-FC: Hệ số điều chế
Sóng mang:
Tín hiệu tin:
Hệ số điều chế:
Phần trăm điều chế
tfEORtfEtV
cccc
c
ππ
2cos2sin)( =
tfEORtfEtV
mmmmm
ππ
2cos2sin)( =
{
c
m
E
E
=

β
%100x
E
E
M
c
m
=
Dải của M: 0% 100% trong đó:
M < 100%, điều chế một phần(undermodulation)
M = 100%, điều chế toàn bộ
M > 100%, điều chế quá mức (i.e. méo)
•
Thừa số điều chế
•
Hệ số điều chế
04/26/14
20
Phần trăm điều chế (M)
Phần trăm điều chế chỉ ra phần trăm biên độ tín hiệu ra bị
thay đổi khi tín hiệu sóng mang bị điều chế bởi tín hiệu tin.
%100x
E
E
M
c
m
=
04/26/14
21

Biên độ của tín hiệu điều chế:
{
mmc
EEEV ±+=
mcmc
EEVEEV −=+=
minmax
;
Ta có:
cm
c
m
EE
E
E
ββ
=∴=
ccc
ccc
EEEV
EEEV
)1(
)1(
min
max
ββ
ββ
−=−=
+=+=
Do đó:

Với
100% MODULATION:
50% MODULATION:
0% MODULATION
0;2;1
minmax
=== VEV
c
β
cc
EVEV 5.;5.1;5.0
minmax
===
β
cc
EVEV ===
minmax
;;0
β
Tín hiệu DSB-FC
Tín hiệu DSB-FC
04/26/14
22
Tín hiệu DSB-FC
Tín hiệu DSB-FC
04/26/14
23
minmax
minmax
VV

VV
E
E
c
m
+
−
==
β
)(
2
1
minmax
VVE
m
−=
)(
2
1
minmax
VVE
c
+=
)(
4
1
2
minmax
VV
E

EE
m
lsfusf
−===
EUSF = Biên độ tần số dải tần trên
ELSF = Biên độ tần số dải tần dưới
mcmc
EEVEEV −=+=
minmax
;
Giả sử:
•
Tín hiệu tin chỉ có một tần số
•
Quá trình điều chế là đối xứng
Tín hiệu DSB-FC
Tín hiệu DSB-FC
04/26/14
24
Tín hiệu tin
Sóng mang
50% điều chế
100% điều chế
Tín hiệu DSB-FC
Tín hiệu DSB-FC
04/26/14
25
DSB-FC ví dụ 1
Cho bộ điều chế AM, tần số sóng mang 100Khz, tần số cao nhất của tín
hiệu tin là 5 khz. Tính:

(100 - 5) kHz TO 100 kHz = 95 kHz TO 100 kHz = LSB
100 kHz TO (100 + 5) kHz = 100 kHz TO 105 kHz = USB
Độ rộng băng của tín hiệu điều chế
B = 2 fm = 2 x 5 kHz = 10 kHz
Khoảng tần số hai dải biên:
Tần số dải tần trên và dưới khi tín hiệu tin có một tần số là 3 Khz.
(100 - 3) kHz = 97 kHz = LSF
(100 + 3) kHz = 103 kHz = USF