Điều chế biên độ(Amplitude Modulation)

Chương 2

Điều chế biên độ
(Amplitude Modulation)

Ha Hoang Kha



1. Giới thiệu
 Tín

hiệu dải nền (baseband) là tín hiệu được tạo ra từ
nguồn tin.

-



2

Tín hiệu thoại có băng tần từ 0-3.4KHz
Tín hiệu video trong truyền hình có băng tần 0-4.3MHz
Tín hiệu PCM mã lưỡng cực có tốc độ xung Rb có dải tần 0-Rb Hz.

Tín hiệu dải nền có công suất lớn ở tần số thấp nên không thể truyền qua kênh
vô tuyến, nhưng có thể truyền qua đôi dây dẫn, cáp đồng trục và cáp quang.


 Điều

chế dịch phổ tần tín hiệu dải nền, cho phép nhiều tín
hiệu đồng thời truyền trên một kênh.

 Điều

chế dịch tín hiệu lên tần số cao để antenna bức xạ
hiệu quả với kích thước hợp lý.

 Điều

chế là biến đổi biên độ, tần số hoặc pha của sóng
mang sine cao tần theo tín hiệu baseband m(t)

 Có

3 loại điều chế cơ bản: điều chế biên độ (AM: Amplitude Modulation), điều
chế tần số (FM: Frequency Modulation) và điều chế pha (PM: Phase Modulation)

3


2. Điều chế biên độ
 Nhắc

lại một số công thức:

c  2f c
x(t )  cos c t

Fourier

x(t )  m(t ) cos(2f c t )
 Điều

1
1
 ( f  fc )   ( f  fc )
2
2

1
1
X ( f )  M ( f  fc )  M ( f  fc )
2
2

chế biên độ: biên độ sóng mang cao tần biến thiên theo tín hiệu dải nền (tín
hiệu tin) m(t). Nói cách khác, thông tin được chứa trong biên độ của sóng mang.

4


2.1. Điều chế biên độ hai dải bên (DSB-SC)

 Tín

hiệu dải nền (tín hiệu tin tức):

 Sóng

mang:

m(t )

xc (t )  cos c t

 Điều

chế hai dải bên triệt sóng mang: biên độ tức thời của
tín hiệu điều chế tỷ lệ với tín hiệu tin tức.

xDSB  SC (t )  m(t ) cos c t
5

Double-SideBand Suppressed Carrier


1
m(t ) cos c t  [ M ( f  f c )  M ( f  f c )]
2
M(f)

2A

-fM

fM

f

XDSB_SC(f)

-fc

-fc +fM

LSB: Lower Sideband, USB: Uper Sideband
6

fc -fM

fc

f
fc +fM


 Để

tránh chồng phổ

fc  f M

 Trong

các ứng dụng quãng bá, một antenna chỉ có thể bức
xạ một dải hẹp không méo, do đó
f  f
c

- Phát thanh AM, B=5KHz và sóng mang có tần số từ 550KHz đến 1600KHz, do đó
trong tầm từ 100 đến 300.

fc / f M

7

M


Giải Điều chế DSB-SC
 Quá

trình khôi phục tín hiệu tin tức từ tín hiệu điều chế
được gọi là giải điều chế.

1
e(t )  xDSB  SC (t ) cos ct  m(t ) cos ct  [m(t )  m(t ) cos 2ct ]
2
1
1
E ( f )  M ( f )  [ M ( f  2 f c )  M ( f  2 f c )]
2
4
2

8

-2fc

2fc

f


 Yêu

cầu sóng mang có cùng tần số và pha chính xác như
của sóng mang điều chế.

 Phương

pháp này gọi là tách sóng đồng bộ (synchronous
detection) hoặc tách sóng kết hợp (coherent detection)

9


Các bộ điều chế DSB-SC
 Bộ

điều chế nhân: sử dụng bộ nhân tương tự để nhân m(t)
với cosct. (khó thực hiện và không kinh tế)

 Bộ

điều chế phi tuyến: sử dụng linh kiện phi tuyến như
diode hoặc transistor.

 Giả

sử đặc tính phi tuyến:

y (t )  ax(t )  bx 2 (t )

-

10

z (t )  2am(t )  bm(t ) cos c t

 single balanced modulator


Bộ điều chế chuyển mạch

f

w(t ) 

1 2
1
1
 (cos c t  cos 3c t  cos 5c t  )
2 
3
5

Tc=2/c

fc

11

m(t ) w(t ) 

fc

1
2
1
1
m(t )  (m(t ) cos c t  m(t ) cos 3c t  m(t ) cos 5c t  )
2

3
5


2.2. Điều chế biên độ AM
 DSB-SC

yêu cầu bộ thu tạo ra dao động nội có tần số và pha đồng
bộ với sóng mang ở bộ phát. Khi đó, bộ thu phức tạp và chi phí cao.

 Điếu

chế AM: sóng mang được phát cùng với tín hiệu điều

chế.

x AM (t )  A cos c t  m(t ) cos c t  [ A  m(t )] cos c t

1
A
X AM ( f )  [ M ( f  f c )  M ( f  f c )]  [ ( f  f c )   ( f  f c )]
2
2

12


13


mp

 Hệ

số điều chế

 Tín

hiệu AM có thể giải điều đồng bộ như DSB-SC.



A

  1 , có thể dùng kỹ thuật tách đường bao.

2
A
 Công suất sóng mang: P 
2
c
m
2 P  (t )
 Công suất dải bên:
c
2
 Khi

 Hiệu

14

 Khi

suất:

Ps

Ps  Pc

m(t )  A cos mt

 max  33%


Mạch điều chế AM

 Phần

2

tử phi tuyến diode vout (t )  avin (t )  bvin (t )

vbb ' (t )  am(t )  ca cos c t  bm (t )
2

 2cbm(t ) cos c t  b cos c t
2

15

vo (t )  ca cos c t  2cbm(t ) cos c t


Giải điều chế AM
 Tách

16

 RC

đường bao:

nên lớn so với 1/c, nhưng nên nhỏ so với 1/2fM


2.3. QAM (Quadrature AM)

 DSB

chiếm băng thông 2 lần so với tín hiệu dải
nền (không hiệu quả).

 QAM

sử dụng 2 sóng mang cùng tần số như pha trực giao
(phase quadrature) để truyền 2 tín hiệu DSB.

xQAM (t )  m1 (t ) cos c t  m2 (t ) sin c t

xQAM (t )

17


2.3. QAM (Quadrature AM)


Hai tín hiệu, mỗi tín hiệu băng tần fM Hz có thể được phát đồng
thời qua băng thông 2fM sử dụng DSB và ghép kênh trực giao.

 Kênh

trên được gọi là kênh I-phase và kênh dưới
gọi là kênh trực pha Q (Quadrature).

xQAM (t )

18

x1 (t )  m1 (t )  m2 (t ) cos 2c t  m2 (t ) sin 2c t


 Giả

sử sóng mang bên thu là:

2 cos(c t   )
 Tìm

 Sự

tín hiệu giải điều chế ?

sai lệch tần số hoặc pha của dao động nội ở bộ thu không những dẫn đến
suy hao và méo tín hiệu mà còn sự giao thoa giữa 2 kênh.

19


2.4. AM-SSB (Single Sideband)
M(f)

f

fc

f

-fc

fc

f

-fc

fc

f

fc
fc

20


2.4. AM-SSB (Single Sideband)
M(f)

M+(f)

M-(f)

M-(f+fc)

M+(f-fc)

M+(f+fc)
M-(f-fc)
21


2.4. AM-SSB (Single Sideband)
 | M  ( ,) | | M  ( )phổ
|

không đối xứng qua 0  tín hiệu trong
miền thời gian là phức.

 | M  ( ,) | | M  (đối
)|

xứng vơí nhau  tín hiệu trong miền thời
gian là liên hợp phức cuả nhau.
m (t )  m (t )  m(t )
1
m (t )  [m(t )  jmh (t )]
2
1
m (t )  [m(t )  jmh (t )]
2


22

Xác định mh ?

2.4. AM-SSB (Single Sideband)
M  ( )  M ( )u ( )
1
1
1
M ( )[1  sgn( )]  M ( )  M ( ) sgn( )
2
2
2
1
M h ( )   jM ( ) sgn( )
mh ( )  m(t ) *
t

M  ( ) 

 Bộ

biến đổi Hilbert

 e  j / 2   0

H ( )   j sgn( )  

j / 2
0
 e

làm trễ pha /2

 Tín

hiệu SSB
xSSB (t )  m(t ) cos c t mh (t ) sin(c t )

23

dấu – cho USB và + cho LSB


Tạo tín hiệu AM-SSB


Phương pháp lọc: cho tín hiệu DSB-SC qua bộ lọc có tính
chọn lọc tần số cao để loại bỏ sideband không mong muốn.

 Phương

24

pháp dịch pha:

Khó khăn là không thể dịch pha cho tín hiệu có 1 khoảng
tần số.


Giải điều chế SSB-SC
 SSB-SC

có thể dùng giải điều chế kết hợp.

1
1
xSSB (t ) cos c t  m(t )  [m(t ) cos 2c t mh (t ) sin 2c t ]
2
2

-2fc

25

2fc

f