mô phỏng các loại điều chế thông qua phần mềm matlap

Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
LỜI NÓI ĐẦU
Vào đầu thế kỷ 20 Marconi thành công trong việc liên lạc vô tuyến qua Đại Tây
Dương, Kenelly và Heaviside phát hiện một yếu tố là tầng điện ly hiện diện ở tầng
phía trên của khí quyển có thể dùng làm vật phản xạ sóng điện từ. Những yếu tố đó đã
mở ra một kỷ nguyên thông tin vô tyuến cao tần đại quy mô.
Chiến tranh thế giới lần thứ hai là một bước ngoặt trong thông tin vô tuyến.
Thông tin tầm nhìn thẳng - lĩnh vực thông tin sử dụng băng tần số cực cao (VHF) đã
được nghiên cứu liên tục sau chiến tranh thế giới - đã trở thành hiện thực nhờ sự phát
triển các linh kiện điện tử dùng cho VHF và UHF, chủ yếu là để phát triển ngành
rađa.Với sự gia tăng không ngừng của lưu lượng truyền thông, tần số của thông tin vô
tuyến đã vươn tới các băng tần siêu cao (SHF) và cực cao (EHF). Vào những năm
1960, phương pháp chuyển tiếp qua vệ tinh đã được thực hiện và phương pháp chuyển
tiếp bằng tán xạ qua tầng đối lưu của khí quyển đã xuất hiện. Do những đặc tính ưu
việt của mình như dung lượng lớn, phạm vi thu rộng, hiệu quả kinh tế cao, thông tin
vô tuyến được sử dụng rất rộng rãi trong phát thanh truyền hình quảng bá, vô tuyến
đạo hàng, hàng không, quân sự, quan sát khí tượng, liên lạc sóng ngắn, thông tin vệ
tinh - vũ trụ v.v Tuy nhiên, can nhiễu với lĩnh vực thông tin khác là điều không tránh
khỏi, bởi vì thông tin vô tuyến sử dụng chung phần không gian làm môi trường truyền
dẫn.
Chính vì thế điều chế tín hiệu là một phần không thể thiếu được trong truyền dẫn
của thông tin vô tuyến. Điều chế giúp chúng ta có thể truyền đi thông tin hoặc tín hiệu
mong muốn và nhận được những tín hiệu mà mình muốn có.
Đồ án được chia làm ba phần :
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ĐIỀU CHẾ
CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHẾ MỘT SỐ LOẠI TÍN HIỆU VÀ VÍ DỤ MINH
HỌA
Trong khi tìm hiểu em còn nhiều thiếu sót mong thầy giáo Nguyễn Vũ Anh
Quang và các bạn góp ý để bài làm hoàn chỉnh hơn.
Xin chân thành cảm ơn !

SVTH: Lê Hoài Giang Trang 1
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC HÌNH 4
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN 6
1.1. Sơ đồ và chức năng cơ bản 6
1.2. Các môi trường truyền dẫn 7
1.2.1.Môi trường truyền dẫn bằng cáp kim loại 7
1.2.2.Môi trường truyền dẫn cáp quang 8
1.2.3.Môi trường truyền dẫn vô tuyến 8
CHƯƠNG II: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ĐIỀU CHẾ 10
2.1. Tín hiệu điều chế 10
2.2. Tín hiệu sóng mang 10
2.3. Điều chế 10
2.3.1.Điều chế 10
2.3.2.Điều kiện điều chế 10
2.3.3.Sự cần thiết của điều chế 10
2.4. Phân loại điều chế 11
2.4.1. Phân loại theo tín hiệu đưa vào điều chế 11
2.4.2. Phân loại theo sự thay đổi của các tham số của sóng mang 11
2.4.2.1. Điều chế biên độ 11
2.4.2.2. Điều chế tần số 11
2.4.2.3. Điều chế pha 11
2.4.2.4. Điều chế QAM (Quature Amplitude Modulation) 12
CHƯƠNG III : ĐIỀU CHẾ MỘT SỐ LOẠI TÍN HIỆU VÀ VÍ DỤ MINH HỌA
13
3.1. Điều chế biên độ 13

3.1.1. Điều chế biên độ tương tự (AM) 13
3.1.2. Điều chế biên độ số (ASK) 17
3.1.3. Mô phỏng tín hiệu AM bằng phần mềm Matlap 18
3.2. Điều chế tần số và điều chế pha 21
3.2.2. Điều chế FSK 27
3.2.3. Điều chế PSK 28
3.2.3.1. Điều chế pha 2 trạng thái (2 PSK) 28
3.2.3.2. Điều chế pha 4 trạng thái (QPSK) 29
3.2.3.3. Mô phỏng Matlap với tín hiệu điều tần và điều pha 31
3.3. Điều chế QAM 32
3.3.1. Định nghĩa 32
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 2
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
3.3.2. Điều chế QAM 16 trạng thái (điều chế 16 QAM) 32
3.4. Điều chế nhị phân 34
3.4.1. Điều chế nhị phân 34
3.4.2. Điều chế khóa dịch biên độ nhị phân (BASK) 34
3.4.3. Điều chế khóa dịch pha nhị phân (BPSK) 36
3.4.4. Điều chế khóa dịch tần nhị phân (BFSK) 37
TỔNG KẾT 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO 40
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 3
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Các phần tử của hệ thống thông tin 6
Hình 3.1 : Điều chế tín hiệu AM mức thấp 13
Hình 3.2 : Điều chế tín hiệu AM mức cao 13
Hình 3.3: Dạng tín hiệu V, V0 và VAM 14
Hình 3.5 : Điều chế AM đơn âm 15
Hình 3.6: Điều chế AM bằng một diot 16

Hình 3.7 : 17
Hình 3.8: Điều chế ASK 17
Hình 3.9: Tín hiệu điều chế ASK 18
Hình 3.10: Mô phỏng tín hiệu bằng phần mềm 21
Hình 3.13: Điều chế PM 24
Hình 3.17: Dạng sóng của mạch điều chế tần số 27
Hình 3.19: Tín hiệu điều chế và sóng mang sau điều chế của FSK 28
Hình 3.20: 28
32
Hình 3.26: Điều chế on-off: dạng sóng, bộ điều chế, phổ 35
Hình 3.27: 36
Hình 3.28: Điều chế PRK: dạng sóng, bộ điều chế, phổ 37
Hình 3.29: Bộ thu tương quan PRK 37
Hình 3.30: Điều chế BFSK: dạng sóng, bộ điều chế, phổ 38
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 4
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Nghĩa của các từ Chức năng
BER Bít Error Rate Số bít bị lỗi
FSK
Frequency Shift Keying
Điều chế tần số số
AM Amplitude Modulation
Điều chế biên độ
tương tự
ASK
Amplitude Shift Keying
Điều chế biên độ số
QAM Quature Amplitude Modulation
Điều biên cầu

phương
PSK Phase Shift Keying Điều chế pha số
BASK Binary Amplitude Shift Keying
Điều chế khóa dịch
biên độ nhị phân
OOK On –off keying Điều chế khoa on-off
STR Symbol Timing Recovery
Bộ khôi phục đồng
bộ
BPSK Binary Phase Shift Keying
Điều chế khóa dịch
pha nhị phân
BFSK Binary Frequency Shift Keying
Điều chế khóa dịch
tần nhị phân
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
Điều chế khóa pha
cầu phương
FM Frequency Modulation
Điều chế tần số tương
tự
DFM Differential Frequency Modulation
Phổ của tín hiệu điều
tần số
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 5
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
1.1. Sơ đồ và chức năng cơ bản
Hình 1.1: Các phần tử của hệ thống thông tin
Có ba phần căn bản của bất cứ hệ thống thông tin nào cũng phải có: Máy phát,

máy thu và kênh truyền. Mỗi phần có một vai trò nhất định trong việc truyền dẫn tín
hiệu.
Máy phát xử lý tín hiệu đầu vào và tạo ra tín hiệu có những đặc tính thích hợp với
kênh truyền dẫn. Quá trình xử lý tín hiệu để truyền dẫn chủ yếu là điều chế và mã hóa
(modulation and coding).
Kênh truyền là môi trường giữa điểm phát và điểm thu. Kênh truyền có thể là cáp
đôi, cáp đồng trục, cáp quang, hay môi trường vô tuyến. Mọi kênh truyền đều gây ra
độ suy hao và độ tổn thất truyền dẫn. Vì thế cường độ tín hiệu bị suy giảm dần theo
khoảng cách truyền.
Máy thu lấy tín hiệu đầu ra từ kênh truyền để xử lý và tái tạo ngược lại tín hiệu ở
đầu phát. Các hoạt động của máy thu bao gồm khuếch đại để bù vào tổn hao truyền
dẫn, giải điều chế, giải mã tín hiệu đã được điều chế và mã hóa ở máy phát. Bộ lọc
cũng là một phần quan trọng trong máy thu dùng để chọn lọc tín hiệu mong muốn từ
kênh truyền.
Có rất nhiều ảnh hưởng không mong muốn xuất hiện trong quá trình truyền dẫn
tín hiệu. Suy hao là một ảnh hưởng không mong muốn do gây ra suy giảm cường độ
tín hiệu tại máy thu. Các hiệu ứng khác như méo (distortion), nhiễu (noise), tạp âm
(interference) làm cho dạng tín hiệu bị thay đổi do đó có ảnh hưởng nghiêm trọng hơn.
Méo là hiện tượng ảnh hưởng đến dạng sóng tín hiệu gây ra bởi đáp ứng không lý
tưởng của hệ thống như mong muốn. Không giống như nhiễu và can nhiễu, khi không
có tín hiệu thì không có méo. Nếu kênh truyền là tuyến tính nhưng đáp ứng có méo thì
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 6
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
méo này có thể được sửa, hoặc có thể giảm thiểu bằng bộ lọc đặc biệt gọi là bộ cân
bằng.
Can nhiễu là những tín hiệu tác động từ những nguồn tín hiệu khác vào tín hiệu
cần truyền như các máy phát khác, đường dây điện. Can nhiễu thường xuất hiện trong
các hệ thống vô tuyến do những anten thường thu nhiều loại tín hiệu đồng thời. Các bộ
lọc thường được sử dụng để loại bỏ can nhiễu có tần số ngoài dải tần của tín hiệu
truyền dẫn mong muốn.

Nhiễu hay là các tín hiệu điện ngẫu nhiên sinh ra bởi các quá trình vật lý trong hệ
thống và cả từ bên ngoài. Khi nhiễu tác động vào tín hiệu truyền có thể làm giảm chất
lượng của tín hiệu hay có thể làm hỏng đường truyền. Bộ lọc dùng để giảm nhiễu một
phần nhưng nhiễu không thể loại bỏ hoàn toàn. Nhiễu là một thành phần cơ bản tạo ra
những giới hạn trong hệ thống truyền thông.
1.2. Các môi trường truyền dẫn
Truyền dẫn là quá trình truyền tải thông tin giữa các điểm kết nối trong một hệ
thống hay trong mạng viễn thông.
Môi trường truyền dẫn có hai loại là hữu tuyến (có dây) và vô tuyến (không dây).
Môi trường truyền dẫn hữu tuyến bao gồm các loại đường dây thông tin như cáp đồng
nhiều đôi, cáp đồng trục, sợi quang… Môi trường truyền dẫn vô tuyến là khoảng
không bao quanh Trái đất, chính là các tầng khí quyển, tầng điện ly và khoảng không
vũ trụ khác (không phải chân không).
1.2.1. Môi trường truyền dẫn bằng cáp kim loại
Cáp kim loại là một môi trường truyền dẫn lý tưởng cho việc kêt nối các thuê bao
viễn thông. Có hai loại cáp kim loại chính là cáp đôi phù hợp cho truyền tốc độ thấp và
cáp đồng trục được dùng cho phân cấp tốc độ cao.
• Cáp đôi: thường được dùng cho dữ liệu tương tự. Chất cách điện được làm
bằng giấy. Tuy nhiên nếu được làm bằng nhựa thì tốt hơn (không nhạỵ cảm với độ ẩm,
suy hao ít tại các tần số cao…) do đó nó được dùng nhiều trong cáp đôi hiện đại. Phần
dẫn điện thường được làm bằng đồng với nhiều loại đường kính khác nhau. Các sợi lõi
trong cáp được xoắn vào nhau theo cặp 2 hoặc 4 dây tùy vào ứng dụng cụ thể. Phần lõi
chính của cáp kim loại được hình thành nhờ các cặp dây xoắn (2 hay 4) theo các lớp
đồng tâm. Các cặp xoắn này được đặt liên tiếp nhau và được thay đổi một cách ngẫu
nhiên để giảm sự mất cân bằng.
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 7
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
• Cáp đồng trục: dùng cho cả hai hệ thống ghép kênh tần số FDM và hệ thống
ghép kênh theo thời gian TDM. Cáp này bao gồm lõi kim loại ở chính giữa và một lớp
dẫn khác bao phủ bên ngoài có hình ống. Lớp dẫn hình ống bên ngoài có lớp bảo vệ

chống ảnh hưởng của can nhiễu nên có thể không gây nhiễu và không bị ảnh hưởng
bởi các sợi cáp xung quanh… Phần lõi bên trong bao gồm nhiều sợi dây đồng. Phần
dẫn bên ngoài được cấu tạo từ các lá đồng, trong một số loại cáp thì nó được hàn chặt
thành ống.
Cáp đồng trục có thể thực hiện cho các tuyến truyền dẫn dung lượng cao (10800
kênh thoại trong hệ thống FDM). Chúng thường được lắp đặt theo từng đôi thực hiện
thông tin trên hai hướng giữa các tổng đài nơi có lưu lượng tải tập trung cao.
1.2.2. Môi trường truyền dẫn cáp quang
Truyền sóng trên môi trường cáp quang. Tuyến thông tin cáp quang gồm cả sợi
quang và thiết bị thông tin quang. Thiết bị thông tin quang gồm: chuyển đổi mã nhánh
phát, chuyển đổi mã nhánh thu, chuyển đổi tín hiệu điện - quang,
quang – điện…
Đặc điểm: băng thông rộng, cự li dài không cần bộ lặp: đặc tính mất mát tín hiệu
là rất thấp khoảng 0,2 dB/km. So sánh với các phương tiện khác như đôi dây trần
khoảng 30 dB/km. Ít chịu ảnh hưởng bởi nhiễu, an toàn, giá thành bảo dưỡng thấp,
kích thước gọn nhẹ, linh hoạt….
1.2.3. Môi trường truyền dẫn vô tuyến
Thông tin được truyền đi xa nhờ sóng điện từ. Môi trường truyền sóng (khí quyển
trên mặt đất, vũ trụ, nước…) chung cho nhiều kênh vô tuyến.
Ưu điểm nổi bật so với truyền bằng dây cáp là không cần bất kỳ một đường dây
nào, lắp đặt nhanh gọn không cần đào bới, chi phí đầu tư ít.
Các tính chất của kênh truyền thông vô tuyến:
• Sóng vô tuyến lại những tần số này truyền thẳng gọi là truyền dẫn tầm nhìn
thẳng, dễ bị tác động bởi vật chắn.
• Có độ suy hao lớn (tần số càng cao, suy hao càng lớn), thường đạt tới 140 đến
160 dB, khuếch đại tín hiệu khó vì sẽ khuếch đại cả tạp âm.
• Độ suy hao của kênh vô tuyến thay đổi trong phạm vi rộng. Cường độ trường
điện từ tại điểm thu tỉ lệ nghịch với bình phương quảng đường mà sóng đi qua.
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 8
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang

• Độ suy giảm của kênh thông tin vô tuyến biến đổi còn do sự biến đổi các
tham số khí quyển Trái đất.
• Méo tín hiệu phát đi do hạn chế về phổ tần của nó (năng lượng tập trung ở dải
tương đối hẹp).
• Cạn kiệt về tần số do ngày càng có nhiều hệ thống vô tuyến xuất hiện.
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 9
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
CHƯƠNG II: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ĐIỀU CHẾ
2.1. Tín hiệu điều chế
Là các tín hiệu tin tức cần truyền đi (tín hiệu số và tín hiệu tương tự bao gồm: tín
hiệu thoại, truyền hình, số liệu…) có tần số thấp.
2.2. Tín hiệu sóng mang
Là các tín hiệu điện cao tần có thể tải (mang) được thông tin. Tín hiệu cao tần ở
đây mang tính chất tương đối. Một tín hiệu điện cao tần có thể làm sóng mang cho một
tín hiệu điều chế này nhưng lại không thể làm sóng mang cho một tín hiệu điều chế
khác và chính nó có khi lại trở thành tín hiệu điều chế cho một sóng mang có tấn số
cao hơn.
Một sóng mang tiêu biểu có công thức toán học là:
U(t) = A sin (ωt + ϕ)
Trong đó: A là biên độ của sóng mang
ω = 2πf là tần số góc của sóng mang
f là tần số của sóng mang
ϕ: pha của sóng mang
Các tham số A, f và ϕ đều có thể mang thông tin.
2.3. Điều chế
2.3.1. Điều chế
Điều chế là quá trình biến đổi một trong các tham số sóng mang cao tần (biên
độ, hay tần số, hay pha) tỷ lệ với tín hiệu băng gốc BB (Base Band)
2.3.2. Điều kiện điều chế
1.

Tần số sóng mang cao tần f
c
(frequency carry), f
c
≥ (8 ÷ 10) F
max
Trong đó: F
max
: 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
ω
> V
m
(biên độ tín hiệu điều chế băng gốc)
2.3.3. Sự cần thiết của điều chế
Trong thông tin vô tuyến: do các tín hiệu tin tức (tín hiệu tương tự và tín hiệu
số) thường có tần số thấp nên rất khó trực tiếp bức xạ thành sóng điện từ để truyền đi
xa, nếu có thể bức xạ được thì năng lượng bức xạ cũng rất yếu và đòi hỏi phần tử bức
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 10
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
xạ (anten) có kích thước lớn. Để dễ dàng truyền thông tin đi xa bằng sóng điện từ,
người ta phải tiến hành điều chế tín hiệu thông tin vào sóng mang cao tần, nghĩa là gửi
tin tức cần truyền vào sóng mang sau đó mới cho sóng mang đã điều chế bức xạ thành
sóng điện từ để truyền đi xa. Vì sóng mang có tần số cao nên dễ bức xạ thành sóng
điện từ và đòi hỏi phần tử bức xạ có kích thước không lớn.
Trong ghép kênh theo tần số: Vì các tín hiệu thông tin cùng loại đều có chung

một băng tần truyền dẫn (Ví dụ: tín hiệu thoại có băng tần từ 0,3 ÷ 3,4KHz) nên khi
truyền nhiều tín hiệu trên một đường truyền dẫn thì chúng sẽ bị lẫn vào nhau làm cho
phía thu không thu được tín hiệu. Để truyền được nhiều tín hiệu trên cùng một đường
truyền thì người ta phải điều chế các tín hiệu cần truyền vào các sóng mang khác nhau,
mục đích là chuyển phổ của thông tin cần truyền lên các vùng khác nhau sau đó mới
truyền chung trên một đường truyền dẫn. Nhờ sự khác nhau về vùng phổ của các tín
hiệu truyền đi mà phía thu dễ dàng thu được tín hiệu.
2.4. Phân loại điều chế
2.4.1. Phân loại theo tín hiệu đưa vào điều chế
- Điều chế tương tự: tín hiệu điều chế là tín hiệu tương tự
- Điều chế số: tín hiệu điều chế là tín hiệu số.
2.4.2. Phân loại theo sự thay đổi của các tham số của sóng mang
2.4.2.1. Điều chế biên độ
Là tác động tín hiệu điều chế vào sóng mang làm cho biên độ của sóng mang
thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế. Điều chế biên độ tương tự được gọi là AM
(Amplitude Modulation). Điều chế biên độ số được gọi là ASK (Amplitude Shift
Keying).
2.4.2.2. Điều chế tần số
Là tác động tín hiệu điều chế vào sóng mang làm cho tần số của sóng mang
thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế. Điều chế tần số tương tự được gọi là FM
(Frequency Modulation). Điều chế tần số số được gọi là FSK (Frequency Shift
Keying).
2.4.2.3. Điều chế pha
Là tác động tín hiệu điều chế vào sóng mang làm cho pha của sóng mang thay
đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế. Điều chế pha tương tự được gọi là PM (Phase
Modulation). Điều chế pha số được gọi là PSK (Phase Shift Keying).
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 11
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
2.4.2.4. Điều chế QAM (Quature Amplitude Modulation)
Là phương pháp điều chế kết hợp cả điều chế biên độ ASK và điều chế pha PSK.

Với điều chế này thì khi tín hiệu điều chế tác động vào sóng mang thì cả biên độ và
pha của sóng mang đều thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế.
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 12
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
CHƯƠNG III : ĐIỀU CHẾ MỘT SỐ LOẠI TÍN HIỆU VÀ VÍ
DỤ MINH HỌA
3.1. Điều chế biên độ
3.1.1. Điều chế biên độ tương tự (AM)
Định nghĩa : biên độ sóng mang cao tần tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc gọi
là điều chế AM.
Hình 3.1 : Điều chế tín hiệu AM mức thấp
Ứng dụng : trong truyền hình truyền thanh
Hình 3.2 : Điều chế tín hiệu AM mức cao
Tín hiệu sóng mang: V
o
= V
0
.cosω
0
t (1)
Trong đó : V
o
: giá trị biên độ sóng mang
ω
0
: tần số góc sóng mang
Tín hiệu băng gốc: V
t
= V
Ω

.cosΩt (2)
Trong đó: V
Ω
: là tín hiệu biên độ băng gốc
Ω: tần số góc tín hiệu băng gốc
Từ (1) và (2) ta được tín hiệu điều chế biên có dạng:

( ) ( )
( ) ( )
3.1tcostcosm1V
tcostcos
V
V
1V
tcostcosVVtV
00
0
0
0
00AM
ωΩ+=
ω









Ω+=
ωΩ+=
Ω
Ω
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 13
(3)
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
Trong đó:
0
V
V
m
Ω
=
là hệ số điều chế hay còn gọi là độ sâu điều chế. Hệ số điều
chế m phải thỏa mãn điều kiện m ≤ 1. Nếu m > 1 thì mạch có hiện tượng điều chế và
tín hiệu méo trầm trọng (Hình 3.3).
Trong thực tế m
max
= 0,7 ÷ 0,8 để đảm bảo thu tín hiệu không bị méo. Ta xác định
m trong thực tế bằng cách đo các giá trị V
max
, V
min
và áp dụng công thức:
( )
4.1
VV
VV
2

VV
2
VV
V
V
m
minmax
minmax
minmax
minmax
0
+
−
=
+
−
==
Ω
(4)
Khi m =1 ta có V
max
= 2V
0
và V
min
=0.
Biến đổi công thức (3) ta có:
( ) ( ) ( )
5.1tcos
2

mV
tcos
2
mV
tcosVV
0
0
0
0
00AM
Ω−ω+Ω+ω+ω=
0 5 10 15 20
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 5 10 15 20
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 14

(5)
V
0
t
0
t
V
Ω
0
t
V
AM
m < 1
t
V
AM
m = 1
0 5 10 15 20
-6
-4
-2
0
2
4
6
t
V
AM
m > 1
Hình 3.3: Dạng tín hiệu V

Ω
, V
0
và V
AM
V
AM
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
Như vậy khi điều chế đơn ấm phổ của tín hiệu điều biên AM có ba thành
phần: tải tin có tần số ω
0
và biên độ V
0
, hai dao động biên có tần số ω
0
± Ω và có biên
độ
2
mV
0
như Hình 3.4a.
Khi m = 1 thì
2
V
V
0
AM
=
.
Nếu ta điều chế một dải âm tần

(Ω
min
÷Ω
max
) vào tải tin, ta sẽ có phổ
của tín hiệu AM như Hình 3.4c.
Ta thấy ngoài tải tin ω
0
có biên độ V
0
còn
có hai biên tần: biên tần trên có tần số từ
(ω
0
- Ω
min
) đến (ω
0
+ Ω
max
) và biên tần
dưới có tần số từ (ω
0
- Ω
max
) đến
(ω
0
+ Ω
min

) đối xứng qua tải tin.
Thực chất phổ của hai biên không đồng
đều nhau mà càng xa ω
0
thì biên độ càng
giảm do đặc tuyến lọc của bộ cộng hưởng
không phải là hình chữ nhật lý tưởng.

Tín hiệu băng gốc Tín hiệu điều chế AM
Hình 3.5 : Điều chế AM đơn âm
Nhận xét về điều chế AM:
• Công suất mang không tải tin thì nhiều
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 15
ω
0
- Ω ω
0
+ Ωω
0

Ω
min
Ω
max
ω
ω
ω
ω
0
- Ω

max
ω
0
+ Ω
max
ω
0

ω
0
- Ω
min
ω
0
+ Ω
min
0
0
0
Hình 3.4: Phổ của tín hiệu AM
V
AM
V
Ω
2
mV
0
V
0
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang

• Công suất cao tần tải tin nhỏ ở hai biên như nhau và phụ thuộc vào hệ số
điều chế m
• Băng thông cần truyền lớn gấp đôi cần thiết gây lãng phí và tăng nhiễu
• Xét về tính hiệu quả sử dụng công suất cao tần kém
• Dễ thực hiện tín hiệu AM và máy thu giải điều chế đơn giản, rẻ
• Điều chế AM dùng trong phát thanh quảng bá MW-SW
Ví dụ: Mô tả một phương pháp đơn giản để điều chế AM. Mạch gồm một mạng trộn
tín hiệu bằng điện trở (R
1
, R
2
, R
3
) một diot nắn và một khung cộng hưởng LC.
Hình 3.6: Điều chế AM bằng một diot
Tín hiệu điều chế được đưa đến đầu vào R
1
, tín hiệu sóng mang được đưa đến đầu
vào R
2
. Mạng điện trở R
1
, R
2
và R
3
thực hiện trộn tuyến tính hai tín hiệu với nhau theo
nguyên tắc cộng số học. Nếu tín hiệu điều chế là tín hiệu hình sin thì tín hiệu sau khi
trộn (lấy trên điện trở R
3

) có dạng như ở hình 4.3 (c). Ta thấy rằng sóng mang biến
thiên trên nền của tín hiệu điều chế, nhưng đây chưa phải là tín hiệu đã điều chế biên
độ. Ở đây hai tín hiệu mới được cộng với nhau, trong khi đó điều chế là nhân hai tín
hiệu với nhau. Tín hiệu sau khi cộng được nắn qua diode D. Sau khi nắn ta thu được
một dãy xung dương là tập hợp của các nửa chu kỳ dương của tín hiệu tổng, biên độ
của các xung thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế hình 4.3 (d). Các xung này
được đưa đến kích thích cho một mạch cộng hưởng song song LC. Khung cộng hưởng
LC này có tần số cộng hưởng riêng
f
LC
=
1
2
π
đúng bằng tần số của sóng mang.
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 16
Ngõ ra
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
Hình 3.7 :
a) Tín hiệu điều chế
b) Sóng mang
c) Tín hiệu trên điện trở R
3
d) Dòng tín hiệu qua diode
e) Tín hiệu trên khung cộng hưởng
Khi được kích thích thì khung LC sẽ dao động với tần số đúng bằng tần số sóng
mang, còn biên độ thì phụ thuộc vào biên độ của tín hiệu kích thích. Khi xung kích
thích có biên độ lớn thì dao động lấy ra trên khung có biên độ lớn, khi biên độ của
xung kích thích nhỏ thì dao động lấy ra trên khung có biên độ nhỏ.
Như đã nói ở trên, biên độ của các xung kích thích thay đổi theo quy luật của tín

hiệu điều chế nên dao động lấy ra trên khung LC cũng có biên độ biến thiên đúng theo
quy luật của tín hiệu điều chế. Đây chính là tín hiệu đã điều chế biên độ hình 4.3 (e).
3.1.2. Điều chế biên độ số (ASK)
Điều chế ASK là điều chế biên độ áp dụng cho tín hiệu điều chế là tín hiệu số.
Hình 3.8: Điều chế ASK
• S(t): tín hiệu điều chế (tín hiệu số)
• LO mạch dao động tạo sóng mang (Local Ocsilator)
• A.sinωt: sóng mang được tạo ra từ mạch dao động LO
• M: Bộ nhân
• BPF: bộ lọc thông băng (BPF: Band Pass Filter)
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 17
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
• S(t).Asinωt: sóng mang đã được điều chế biên độ
Tín hiệu điều chế S(t) là tín hiệu số được đưa đến đầu vào thứ nhất của bộ nhân
M. Sóng mang A.sinωt tạo ra từ bộ dao động LO được đưa đến đầu vào thứ hai của bộ
nhân. Bộ nhân M sẽ nhân tín hiệu điều chế S(t) với tín hiệu sóng mang A.sinωt. Ở đầu
ra của bộ nhân ta thu được thành phần cơ bản là S(t).Asinωt và một số thành phần
khác (ví dụ A.sin2ωt, S(t).A sin3ωt ). Tín hiệu này được đưa qua bộ lọc thông giải
để loại bỏ các thành phần không mong muốn. Kết quả ở đầu ra của bộ lọc ta thu được
tín hiệu đã điều chế biên độ (ASK) là S(t).Asinωt. Dạng sóng ra sau điều chế được mô
tả ở hình 4.5.
Điều chế ASK có ưu điểm là mạch điện điều chế và giải điều chế đều rất đơn
giản. Tuy nhiên có nhược điểm rất lớn là khả năng chống nhiễu thấp vì nhiễu dễ dàng
tác động vào vùng biên độ (vùng mang tin của sóng mang điều chế ASK).
Hình 3.9: Tín hiệu điều chế ASK
3.1.3. Mô phỏng tín hiệu AM bằng phần mềm Matlap
Trong tín hiệu đã điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin không mang
tin tức. Như vậy công suất tải tin là công suất tiêu hao vô ích, còn công suất biên tần là
công suất hữu ích.
• Công suất tải tin là công suất bình quân trong một chu kỳ tải tin:

• Công suất biên tần:

( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
8.1
2
m
PPPP
7.1
2
m
P
R2
1
2
mV
PP
2
btbtbt
2
L
2
0
btbt
000
000
ωΩ−ωΩ+ω
ωΩ−ωΩ+ω

=+=
=






==
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 18
P
ωo
= (1.6)
V
2
0
2R
L
(6)
(7)
(8)
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
Khi điều chế sâu (100%): m = 1 thì
2
P
P
0
bt
ω
=

(9)
Từ (3) ta có: V
AMmax
= V
0
(1+m)
Do đó:
( )
( )
2
L
2
2
0
maxAM
m1P
R2
m1V
P
0
+=
+
=
ω
(10)
Khi m = 1 thì P
AMmax
= 4P
ω
o

(11)
Vậy công suất trung bình trong một chu kỳ điều chế:
( )
12.1
2
m
1P
2
m
PPPPP
2
btAM
0000 







+=+=+=
ωωωω
Nếu m = 1 thì P
AM
= 3/2 P
ω
o
(13)
⇒ P
tb

= 1/3 P
AM
(14)
• Hệ số lợi dụng công suất:

( )
15.1
1m
2
1
2
m
1P
2
mP
P
P
k
2
2
2
AM
bt
0
0
+
=









+
==
ω
ω
Khi điều chế sâu nhất m = 1 thì
3
1
k =
tức là công suất hữu ích chỉ bằng một
phần ba tổng công suất phát đi.
Trên thực tế để tín hiệu không méo m = 0,7 ÷ 0.8 thì
3
1
k <
. Đây chính là nhược
điểm của tín hiệu AM.
• Hệ số méo phi tuyến:
( ) ( )
( )
Ωω±ω
ω±ωω±ω
++
=
ΩΩ
0

00
I
II
k
2
3
2
2
I
(
ω
t
±
n
ω
s)
(n ≥ 2) là biên độ các thành phần dòng điện ứng với hai bậc cao của tín
hiệu điều chế.
I
(
ω
t
±

ω
s)
là biên độ các thành phần biên tần.
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 19
(12)
(15)

Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
Để đặc trưng cho méo phi tuyến trong mạch điều khiển, người ta thường dùng
đặc tuyến điều chế tĩnh hình trên. Ta có thể thấy quan hệ giữa biên độ tín hiệu ra và
giá trị tức thời của tín hiệu điều chế ở đầu vào.
Đường đặc tuyến điều chế tĩnh lý tưởng là một đường thẳng từ C đến A. Đặc
tuyến điều chế tĩnh không thẳng sẽ làm cho lượng biến đổi biên độ dao động cao tần
đầu ra so với giá trị ban đầu (điểm B) không tỷ lệ đường thẳng với giá trị tức thời của
điện áp điều chế. Do đó trên đầu ra thiết bị điều biên, ngoài các thành phần hữu ích
(các biên tần), còn có các thành phần bậc cao không mong muốn khác. Trong đó thành
phần đáng lưu ý nhất là thành phần của tần số ω
t
± 2ω
s
có thể lọt vào các biên tần mà
không thể lọc được.
Để giảm méo phi tuyến, cần hạn chế phạm vi làm việc của bộ điều chế trong
đoạn đường thẳng của đặc tuyến điều chế tĩnh. Lúc đó buộc phải giảm độ sâu điều chế.
Ví dụ: Cho tín hiệu điều biên với hệ số điều chế m = 2, tần số điều chế Ω = 10
KHz. Tín hiệu tải tin có biên độ V
0
= 5mV và tần số ω
0
= 1 MHz. Viết phương trình tín
hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế? Vẽ dạng tín hiệu đã điều chế?
Giải:
Ta có V
0
(t) = 0.005 cos (2π*10
6
) t

Theo bài ra:
0
V
V
m
Ω
=
⇒ V
Ω
= mV
0
= 2*0.005 =0.01
⇒ Tín hiệu điều chế là:
V
Ω
= 0.01 cos (2π*10
4
) t
Mô phỏng tín hiệu đã điều chế:
fc=10^6;fm=10^4;
T=1/fc;
t=0:T/200:100*T;
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 20
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
V
AM
(t)=0.005*cos(2*pi*fc*t).*[1+2*cos(2*pi*fm*t)];
plot(t,V
AM
(t))

Title('DC-AM,m>1')
Hình 3.10: Mô phỏng tín hiệu bằng phần mềm
3.2. Điều chế tần số và điều chế pha
3.2.1. Điều chế tần số và pha (FM, PM)
PM là dạng điều chế pha trong đó tần số sóng mang cao tần không đổi, chỉ có pha
sóng mang cao tần biến đổi tỷ lệ với điều chế.
• Nếu như tín hiệu băng gốc làm thay đổi tần số sóng mang ta có điều chế tần
số FM.
• Nếu như tín hiệu băng gốc làm thay đổi pha ban đầu ta có điều chế pha PM.
Ta có mối quan hệ giữa pha và tần số:
Tải tin dao động điều hòa:
V
0
(t) = V
0
cos(ω
0
t +ϕ
0
) = V
0
cosϕ(t) (17)
Từ công thức (16) ta có:

( ) ( ) ( ) ( )
3.3tdttt
t
0
ϕ+ω=ψ
∫

Thay (18) vào (17) ta có biểu thức:

[ ]
)4.3()t(dt)t(cosV)t(V
00
ϕ+ω=
Giả thiết tín hiệu điều chế là tín hiệu đơn âm:
V
Ω
(t)= V
Ω
cosΩt (20)
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 21
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
x 10
-4
-0.015
-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
0.015
DC-AM,m>1
ω

= (3.1)
dψ
dt
(16)

(18)
(19)
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
Khi điều chế tần số thì tần số của tải tin sẽ biến thiên tỷ lệ với tín hiệu điều chế
và chúng được xác định theo các biểu thức sau:
ω(t) = ω
0
+ ∆ωcosΩt (21)
Trong đó: ∆ω : lượng di tần cực đại
Khi đó ta có chỉ số điều tần:
k: hệ số tỷ lệ
ϕ(t) = ϕ
0
+ ∆ϕ cosΩt (23)
∆ϕ: lượng di pha cực đại. Khi đó chỉ số điều pha:
m
p
= kV
Ω

= ∆ϕ (24)
Từ (21) ta có:
∆ω = kV
Ω
(25)
Nên khi V
Ω

= const thì ∆ω= const nhưng khi Ω thay đổi thì m
f

cũng thay đổi.
Từ (16) đến (25) ta nhận thấy khi V
Ω

= const thì m
p
= const, nhưng độ di tần khi
điều pha thì tăng tỷ lệ với tần số điều chế theo biểu thức:

( )
( )
11.3tsin.
dt
d
ΩΩϕ∆=
ϕ∆
=ω∆
Như vậy điều khác nhau cơ bản giữa điều chế tần số và điều pha là lượng di tần
khi điều pha tỷ lệ với biên độ điện áp điều chế và tần số điều chế, còn lượng di tần khi
điều chế tần số chỉ tỷ lệ với biên độ điện áp điều chế mà thôi.
Thay (21) và (23) vào (3) ta được:
V
FM
(t) = V
0
cos(ω
0
t +
Ω
ωΔ

sinΩt + ϕ
0
)
V
PM
(t) = V
0
cos(ω
0
t + ∆ϕcosΩt + ϕ
0
)
Phổ tín hiệu của điều chế tần số và điều chế pha:
Công thức (27) và (28) được viết lại như sau với ϕ
0
= 0:
V
FM
(t) = V
0
cos(ω
0
t + m
f
sinΩt) (29)
V
PM
(t) = V
0
cos(ω

0
t + m
p
sinΩt) (30)
Khi điều chế đơn âm, phổ của tín hiệu điều tần và điều pha chỉ chứa thành phần
ω
0
và nhiều thành phần tần số biên (ω
0
± nΩ) với n = 1, 2, 3. Biên độ của các thành
phần tần số biên tỷ lệ với hàm số Bessel loại 1 bậc n
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 22
m
f


= k = (3.7)

V
Ω
Ω Ω
∆ω
(22)
(26)
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang


• Khi chỉ tính đến các thành phần có J
n
(m

f
) ≥ 0,01 thì bề rộng dải tần điều tần của
tín hiệu điều tần chiếm là:
D
FM
= 2(m
f
+
f
m
+1)Ω
max

(31)
• Khi m
f
> 1 ta có biểu thức gần đúng
D
FM
≈ 2m
f
Ω
max
= 2∆ω (32)

Như vậy độ rộng dải tần của tín hiệu điều tần không phụ thuộc tần số điều chế
Ω. Đối với tín hiệu điều pha, độ rộng dải tần của nó được xác định gần đúng:
D
PM
≈ 2m

p
Ω
max
= 2Ω
max
.∆ϕ (33)
Vậy độ rộng dải tần của tín hiệu điều pha phụ thuộc điều chế tần số.
• Khi m
f
≤ 1 thì chỉ có một cặp biên tần có biên độ lớn hơn 5% biên độ dải tần.
Do đó: D
FM
≈ 2Ω
max
(34)
Trong trường hợp độ rộng dải tần của tín hiệu điều tần bằng độ rộng dải tần của
tín hiệu điều biên, ta gọi là điều tần dải hẹp. Ngược lại khi m
f
>1 ta gọi là điều tần dải
rộng.
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 23
J
1
J
2
J
0
Hình 3.11: Giá trị hệ số Bessel đối với J
0
, J

1
, J
2

phụ thuộc m
f
mf
0,2
0,4
0,6
0,8
1
ω
J
2
J
3
J
1
J
0
J
1
J
2
J
3
J
n
(m)

0
Hình 3.12: Phổ của hàm Bessel
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
Ta có thể thấy phổ tần băng hẹp của FM giống với phổ của AM. Được ứng dụng
dùng trong thông tin thoại FM với độ di tần (5-15 KHz)
Ứng dụng: phổ tần băng rông có tính chống nhiễu cao dùng trong phát thanh FM
stereo, tiếng TV, Viba, truyền hình vệ tinh. Theo chuẩn FCC, độ di tần cực đại FM
phát thanh và tiếng TV ± 75 KHz.
Hình 3.13: Điều chế PM
(a): Tín hiệu ban đầu
(b): Tín hiệu sóng mang
(c): Tín hiệu sau điều chế
Nhận xét về điều chế FM :
• Công suất AM thay đổi theo điều chế. Công suất FM không đổi.
• Băng thông: về lý thuyết băng thông FM vô cùng lớn nhưng trên thực tế
đôi khi băng thông FM được coi là không đổi với công thức:
• 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.
SVTH: Lê Hoài Giang Trang 24
(b)
(a)
(c)
mV
01
V
01
V
AM1
V
AM2

mV
02
V
02
∆ϕ
∆ϕ
V
Σ
V
Σ
V
Σ
0
Hình 3.15: Đồ thị vecto của tín
hiệu điều pha Amstrong
Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang
Ví dụ: Điều chế pha theo Amstrong
Tín hiệu tải tin được tạo ra từ bộ dao động thạch anh (để có tốc độ ổn định tần số
cao), được đưa tới hai bộ điều biên (ĐB
1
và ĐB
2
) lệch pha nhau 90
0
. Còn tín hiệu điều
chế âm tần V
Ω
được đưa đến hai mạch điều biên ngược pha. Điện áp ra trên hai bộ điều
biên là:
V

AM1
= V
01
(1 + mcosΩt) cosω
0
t
= V
01
cosω
0
t + (m/2) V
01
(cos(ω
0
t + Ω) + cos(ω
0
t - Ω)t)
V
AM2
= V
02
(1 + mcosΩt) cosω
0
t
= V
02
cosω
0
t + (m/2) V
01

(sin(ω
0
t + Ω) + sin(ω
0
t - Ω)t)

SVTH: Lê Hoài Giang Trang 25
Dao động
thạch anh
ĐB
1
ĐB
2
Di pha
90
0
Tổng
Hình 3.14: Điều chế pha theo Amstrong
VΩ