Giáo trình phân tích quy trình ứng dụng kỹ thuật nối tiếp tín hiệu điều biên p3 pot

fc=1.7*10^6;fm=5*10^4;
T=1/fc;
t=0:T/200:100*T;
V
AM
(t)=5*cos(2*pi*fc*t).*[1+1*cos(2*pi*fm*t)];
plot(t,V
AM
(t))
title('DC-AM,m=1')










0 2 4 6
x 10
-5
-10
-8
-6
-4
-2
0
2

4
6
8
10
CHƯƠNG 2
ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN (SSB: single sideband)
1. Ưu khuyết điểm của điều chế đơn biên:
Ta biết tin tức chỉ chứa trong
biên tần, nên chỉ cần truyền đi một
biên tần là đủ thông tin về tin tức.
Quá trình điều chế nhằm tạo ra một
dải biên tần gọi là điều chế đơn
biên. Tải tần chỉ cần dùng để tách
sóng do đó có thể nén toàn bộ hoặc
một phần tải tin trước khi truyền đi.
Một số ưu điểm của điều chế
đơn biên (SSB) so với điều biên
(1) Độ rộng dải tần giảm một nữa :
D
SSB
<1/2D
AM

Bởi vậy trong cùng một dải
tần số thì số đài có thể bố trí tăng
gấp đôi.
(2) Hiệu suất rất cao đối với điều chế AM:
P
hữu ích
= P

bt
= 1/3P
AM
khi m=1
Đối với điều chế đơn biên P
hữu ích
= P
bt
= P
SSB
.
Xét hệ số lợi dụng công suất :
k
AM
=1/3 và k
SSB
=1 khi m = 1
k
AM
= 1/9 và k
SSB
=1 klhi m = 0,5
Vậy khi m càng nhỏ thì máy phát đơn biên càng có công suất hữu ích lớn
hơn nhiều lần so với P
hữu ích
của máy phát điều biên.

(3) Do D
SSB
 2D

AM
nên đối với các loại nhiễu nói chung (S/N)
SSB
> (S/N)
AM
và
riêng đối với nhiễu trắng (nhiễu có cường độ như nhau) thì (S/N)
SSB





Như vậy để máy phát AM và SSB có cùng S/N, ta phải tăng P
AM
lên hai lần


AM
N/S2
>>

0

f
0
f

0

f

Hình 2
-
1:Phổ của SSB

>>

(4) Do hiện tượng pha đinh trong truyền sóng mà tần số sóng mang f
0
có thể bò suy
giảm. Đối với máy thu AM có lúc m > 1 sẽ gây méo do quá điều chế. Nếu pha
đinh rất lớn làm mất hẳn tần số sóng mang thì máy thu sẽ không thu được gì.
Còn đối với máy thu SSB pha đinh làm suy giảm hay triệt tiêu tần số sóng
mang không gây ảnh hưởng gì.
(5) Đối với tín hiệu AM trong giải truyền sóng ngắn, do sự phân tán của đặc tuyến
pha mà xẩy ra sự chia pha các dao động trong dải biên. Điều đó làm méo tín
hiệu truyền và làm giảm biên độ điện áp ở đầu vào bộ tách sóng của máy thu
AM. Tổn hao công suất ở đầu ra, do đó được đánh giá là 50%. Còn đối với tín
hiệu SSB thì mọi tin tức điều được phát trong một dải biên nên không có hiện
tượng chia pha.
(6) Dùng tín hiệu SSB sẽ thực hiện được sự bảo mật tốt, do nếu không biết tần số
sóng mang thì sẽ không thu được tin tức. Do vậy máy phát và máy thu SSB
được sử dụng rất nhiều trong lónh vực quân sự.
Tuy có nhiều ưu điểm nhưng do yêu cầu kỹ thuật khá cao như mạch lọc dải
phải rất hẹp và dốc đứng; việc tạo lại tần số sóng mang f
0
trong máy thu phải rất
chính xác mới không méo tín hiệu… nên máy phát và máy thu hiệu SSB cấu tạo
phức tạp hơn so với máy phát và máy thu AM. Bởi vậy nó chỉ được dùng trong các

máy thu phát thông tin chuyên dụng như trong máy phát thoại và phát tín hiệu
nhiều kênh.
Ta có tín hiệu điều chế đơn biên sau đây:

Trong đó:
Trong biểu thức (2-1), m không mang ý nghóa về độ sâu điều chế nữa
và gọi là hệ số nén tải tin.


Đồ thò vecto của tín hiệu đơn biên được biểu diễn trên hình 2-2. Ta thấy,
vectơ đặc trưng cho dao động điều chế đơn biên thay đổi cả về biên độ lẫn góc
pha, nghóa là điều chế đơn biên bao giờ cũng kèm theo điều chế pha. Tải tin bò
nén một phần hoặc bò nén hoàn toàn, do đó vectơ tải tin U
0
có thể nhỏ hơn vectơ
biên tần U

. Trong kỹ thuật truyền hình tín hiệu điều chế video một phần là tín
hiệu điều biên (khi f
s
 0,75MHz), phần còn lại (0,75 MHz  f
S
 5 MHz) là tín
hiệu điều chế đơn biên (hình2-3). Bằng cách đó giảm được dải tần của tín hiệu
điều chế video. Nếu cắt bỏ hoàn toàn một tín hiệu biên tần thì vấn đề lọc dải sẽ
khó khăn, hơn nữa sẽ xuất hiện sai pha.
u
đb
(t) = U
0

2
m
cos (
0
+

) (2-
1)
0
Ω
U
U
=m









2 . Các phương pháp điều chế đơn biên:
Phương pháp đầu tiên để tạo ra tín hiệu đơn biên SSB là từ tín hiệu
điều biên AM người ta dùng bộ lọc dải để tách một biên tần cần thiết của
tín hiệu ra. Nhưng do yêu cầu chất lượng cao nên bộ lọc dải rất phức tạp.
Bởi vậy người ta tạo hai phương pháp tạo tín hiệu SSB khác nhau: phương
pháp quay pha và phương pháp lọc-pha
Nhưng do hai phương pháp này lại tạo ra một số sản phảm không cần thiết
như tần số sóng mang f

0
, dải biên thứ hai


Mặt kác hai phương pháp này không thể tạo ra bộ điều chế có chỉ
tiêu kỹ thuật cao và ổn đònh, bởi vậy nó cũng ít được dùng. Ngày nay
phương pháp tạo tín hiệu SSB đã được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp
tổng hợp: tạo tín hiệu SSB bằng các tần số sóng mang khác nhau. Đặc biệt
là khi bộ lọc thạch anh ra đời thì phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi.
F(MHz)

f
th
+5

F
th
+5,5 = f
tt
f
th

f
th
-
0,75

f
th
-

1,75

5,5 MHz

U
ĐB

0


U
0
U

Hình 2-2:Đồ thò vector của dao
động điều chế đơn biên
Hình 2-3: Đặc tính biên độ của tín hiệu
hình. (f
th
: tải tần tin; f
tt
: tải tần tiếng)
( )
2_2==X
0
min
0
ω
Ω
ω

Δ

a) Điều chế đơn biên theo phương pháp lọc:
Tín hiệu
điều chế V

và tải
tin V

được đưa
vào bộ điều chế
cân bằng. Sau bộ
điều chế cân bằng
ta thu được hai dải
biên (DSB). Sau
đó dùng bộ lọc dải
ta sẽ thu đïc biên
trên hoặc biên
dưới như hình 2-4.
Nhưng do  << 
0

nên 
0
  rất gần

0
, vì vậy việc lọc
rất khó khăn. Ta
có tỷ số lọc:


0
:tần số sóng
mang.
: khoảng cách
giữa tần số cần lọc
và tần số cho qua.




Ta thấy X càng lớn, càng dễ lọc có nghóa là tần số sóng mang f
0
càng gần
tần số điều chế  càng dễ lọc. Trong thực tế ta chọn tần số trung gian nằm trong
khoảng (100  500MHz) vì ở dải tần số đó ta có bộ lọc thạch anh và bộ lọc cơ điện
tốt nhất. Sau đó để chuyển f
TG
lên tần số tải tin f
0
ta dùng thêm một vài bộ điều
chế cân bằng và bộ lọc dải ở các tần số khác nhau. Mỗi lần lọc thì tỷ số X lớn hơn
nên dễ thực hiện lọc hơn. Phương pháp đó gọi là phương pháp tổng hợp.
Điều chế cân
bằng
Bộ lọc dải
hẹp


min

max

0

-


max

0
+

min

0

-


max

0
+

min

0


0

-


max

0

-


min
4

3

1

2


0


f

f

f

4

3

2

1

V

0


V



V
SSB
V

,V
o


V
DSB

0

0

0

Hình 2.4: Sơ đồ khối và phổ tín hiệu
của phương pháp lọc
b) Phương pháp tổng hợp:



















Bộ lọc 1 thường là bộ lọc thạch anh hay bộ lọc cơ điện chất lượng cao vì 
rất nhỏ. Tần số sóng mang thứ 2 có f

1
>>f
0
và  = 
1
+ 
min
khá lớn nên dễ lọc
hơn. Vì vậy bộ lọc 2 thường là bộ lọc L, C đơn giản. Nếu f
2
chưa ở trong dải tần số
làm việc thì ta lại dùng tới tần số thứ 2 : dùng bộ điều chế cân bằng 3. Bộ lọc 3
cũng đơn giản như bộ lọc 2 vì  lớn:
 = 
1
+
2
+ 
min

Cứ thế cho đến khi nào ta đạt được tần số làm việc f
0.
(tần số tải tin)
Dao động
n
Dao động
2
Dao động
1
Hình 2

-
5a: Sơ đồ khối của phương pháp tổng hợp

f
1
f
2
f
n
f
0
= f
1
+ f
2
+…+ f
n















2

= 2

1
+ 2

min

2
+

1
+

min

2
+

1
+

max

2
-


1
-

max

2
-

1
-

min

1
+

min

1
+

ma
x


1
-

max


1
-

min

1
+

min

1
+

max
2

min


min


max

1

2
f

f

f

f

f

V
1
V
2
V
3
V
4
V
5
Hình 2.5b:Phổ tín hiệu theo phương pháp tổng hợp
ĐCCB
I
Lọc
1
ĐCCB
II
Lọc
2
ĐCCB
n
Lọc
n

c) Phương pháp quay pha:
Nguyên tắc tạo tín hiệu đơn biên bằng phương pháp quay pha được
minh họa trên đồ thò vectơ hình 2-6









Tín hiệu âm tần V

và dải tin V
o
trước khi đưa vào bộ ĐCCB II được di
pha một góc 90
0
. Còn tín hiệu âm tần V

và tải tin V
o
được đưa thẳng vào bộ
ĐCCB I. Tín hiệu ở đầu ra của hai bộ ĐCCB sẽ qua bộ tổng (hoặc hiệu) và ở đầu
ra của bộ tổng (hoặc hiệu) là tín hiệu đơn biên SSB như hình 2-7

Phương pháp quay pha được thực hiện ở ngay dải tần số làm việc.








1

2

3

4

I

II



t =


0

3

4

1,2

I

II



t = 0
0

Hình 2-6: Đồ thò vector của dao động điều chế đơn biên theo
phương pháp quay pha
V
SSB
ĐCCB I

ĐCCB
II

Di Pha
90
0

Mạch
tổng

Dao động
tải tin

Di Pha
90
0

V
I
V
II
V

Hình 2
-
7: Sơ đồ khối mạch điều chế SSB theo phương pháp
quay pha
 Ở đầu ra bộ ĐCCB I ta nhận được:

 Ở đầu ra bộ ĐCCB II ta nhận được:


 Ở đầu ra bộ tổng ta nhận được:
V
SSB
= V

o
V

cos(
0
- )t (2.2)
Đây chính là biên tần dưới của tín hiệu SSB. Nếu ta thay mạch tổng
bằng mạch hiệu ta sẽ nhận được biên tần trên.
Phương pháp này có thể mở rộng cho trường hợp hệ thống điều chế
có số lượng bộ điều chế n  3, lúc đó sẽ có n mạch quay pha /n.

Biểu thức 2.2 chỉ đúng khi hai bộ ĐCCB hoàn toàn giống nhau để V
I
, V
II
có
biên độ như nhau và hai bộ di pha phải tạo ra di pha chính xác (đúng 90
0
). Nếu
không ở đầu ra ta sẽ thu được cả hai biên tần. Đây là khó khăn lớn vì thực hiện
quay pha chính xác đối với một tín hiệu có dải tần rộng (
min
+ 
max
) không phải
đơn giản. Vì vậy phương pháp này ngày nay ít được sử dụng.
c) Phương pháp lọc và quay pha kết hợp:

( ) ( )
[
]
tΩ_oωcos+tΩ+oωcos
2
V
V
=V
Ωoω
I

( )
[
]
( )
[
]
{
}
( ) ( ){ }
Ω_oωcos+tΩ+oωcos_
2
VV
=

0+tΩ_oωcos+180_tΩ+oωcos
2
V
V
=V
Ωoω
00
Ωoω
II

Di pha
90
0

Dao
động 
1
Lọc thông
dưới 1
Dao
động 
2
Mạch
tổng

V

V
II
V'

II
V'
I
V
III
V
I
V
SSB
Hình 2-8: Sơ đồ khối mạch điều chế SSB theo
phương pháp lọc và quay pha kết hợp
Di pha
90
0

ĐCCB
IV
Lọc thông
dưới 2
ĐCCB
II
ĐCCB
I
ĐCCB
III


 Ta chọn tải tin thứ nhất có tần số dao động : để dễ dàng lọc
lấy thông dưới
 Ở đầu ra bộ ĐCCB I và II ta nhận được:

 Qua bộ lọc thông dưới 1, 2 ta nhận được:


 Ở đầu ra bộ ĐCCB III và IV ta nhận được:



2
Ω
+
Ω
=ω
maxmin
1

( )
( )
[ ]
( )
[ ]
( )
[ ]
{
}
0

1
0
1
Ω
II
11
Ωω
1
90+tω_Ωcos+90_tω+Ωcos
2
VV
=V
t_cos+tω+Ωcos
2
V
V
=V
1
1
ω
ωΩ

( )
( )
[
]
0
1
Ωω
II

1
Ωω
1
90+tω_Ωcos
2
VV
='V
tω_Ωcos
2
V
V
='V
1
1

   
 
 
 
 
 
 
    
tωΩωcostωΩωcos
4
VVV
9090tωΩωcos9090tωΩωcos
4
VVV
V

tωΩωcostωΩωcos
4
VVV
V
1212
Ωωω
00
12
00
12
Ωωω
IV
1212
Ωωω
III
21
21
21




 Ở đầu ra bộ tổng ta nhận được:

Đây là biên tần trên của tín hiệu SSB. Nếu ta thay bộ tổng bằng bộ
hiệu ta sẽ thu được biên tần dưới. Phương pháp không cần dùng mạch quay
pha đối với tín hiệu điều chế nên dễ thực hiện hơn.
Phổ của tín hiệu đơn biên và đồ thò vectơ của nó theo phương pháp lọc – quay pha
kết hợp được biểu diễn trên hình 2-9.
3. Ví dụ minh họa:
Cho tín hiệu tải tin: V
0
(t) = 10 cos (6*10
6
) t
Và tín hiệu diều chế: V

(t) = 5 cos (3*10
4
) t.
Hãy viết biểu thức của tín hiệu điều chế đơn biên ở đầu ra V
SSB
trong
trường hợp dùng phương pháp quay pha và vẽ dạng tín hiệu V
SSB

đó.
   
42tcos
4
VVV
V
12
Ωωω
SSB
21

f
Smin
f
t1
f
t2
f
t1
+ f
t2
S(f)

S(f)

S(f)

S(f)

f

Smin
f
Smax
f
t1
f

f

f

f

a
)

b)

c)

d)

Hình 2-9: Phổ và đồ thò vectơ của dao động điều chế đơn
biên theo phương pháp lọc – quay pha kết hợp.
a) Phổ của tín hiệu điều chế;
b) Phổ tín hiệu ra trên bộ ĐCCB I;
c) Phổ tín hiệu ra bộ lọc;
d) Phổ tín hiệu ra mạch hiệu
Giải:
- Biểu thức của tín hiệu điều chế đơn biên:

 
)cos(t)cos(
2
VV
V
00
0
I









t10*597cost10*603cos
2
50
V
44
I

 
)cos(t)cos(
2
VV
V

00
0
II









t10*597cost10*603cos
2
50
V
44
II

V
SSB
(t) = V
I
+V
II
= 50 cos (597*10
4
) t

- Mô phỏng dạng tín hiệu điều chế đơn biên:

f=597*pi*10^4;
T=1/f;
t=0:T/50:30*T;
V=50*cos(f*t);
plot(t,V)
title('DC-SSB')






0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
x 10
-6
-50
-40
-30
-20
-10