Phân tích ảnh hưởng của sai pha trong hệ thống thông tin ứng dụng điều chế biên độ cân bằng (băng kép) không sóng mang (DSBAM)

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu tại khoa Điện-Điện tử trường Đại học Hàng
Hải Việt Nam, được sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, cô giáo, cùng bạn bè em
đã hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình.
Có được thành quả ngày hôm nay, cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn tới các
thầy (cô) giáo trong khoa Điện-Điện tử trường Đại học Hàng Hải Việt Nam đã
truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại
trường. Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới thầy Lê Quốc Vượng đã giúp
đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.
Do thời gian có hạn, cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên trong đồ án tốt
nghiệp này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế nhật định. Vì vậy, em
rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, sự chỉ bảo của các thầy cô cùng toàn
thể các bạn để em có điều kiện bổ sung, nâng cao hiểu biết của mình, phục vụ tốt
hơn cho công tác thực tế sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Nhũng nội dung trong đồ án tốt nghiệp này là do tôi thực hiện dưới sự hướng
dẫn trực tiếp của thầy Lê Quốc Vượng.
Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, thời
gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá, tôi xin chịu
hoàn toàn trách nhiệm.
Sinh viên,

ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU...............................................iv
DANH MỤC CÁC HÌNH..........................................................................................v
MỞ ĐẦU....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1:..............................................................................................................2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN.........................................................2
CHƯƠNG 2: ĐIỀU CHẾ.........................................................................................11
CHƯƠNG 3:............................................................................................................32
MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG SAI PHA..................................................................32
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................65
PHỤ LỤC.................................................................................................................66
1.CÁC CHƯƠNG TRINH CON.........................................................................66
2.CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH...............................................................................66
3.CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỘ MÉO.......................................................68
NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN................................71
ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN................................................................72

iii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
ASK
FSK
PSK
DPSK
QAM

ACSSB
DM
DSB-SC
DSB-RC
SSB hoặc SSB-AM
PCM
VSB hoặc VSB-AM
FM
PM
PPM
PFM- PPM
PAM
USSB
LSSB

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH

STT Hình
1
1.1
2
2.1
3
2.2
4
2.3
4

5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

Tên hình
Sơ đồ hệ thống thông tin tổng quát
Sơ đồ khối điều chế AM mức thấp
Sơ đồ khối điều chế AM mức cao
Đường bao cao tần AM lặp lại dạng tín hiệu điều chế

Trang
5
15
15

16

2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12

m(t) =Vmcosωmt
Phổ của tín hiệu điều chế AM
Tín hiệu điều chế AM
Mạch tách sóng đường bao
Sơ đồ khối phương pháp tách sóng biên độ đồng bộ
Tín hiệu điều chế DSB-AM
Phổ của tín hiệu điều chế DSB-AM
Biểu diễn của tín hiệu biến điệu bình phương
Mạch đổi tần vòng
Sơ đồ khối điều chế AM-SSB bằng phương pháp

17
19
20
21
22
22
23

24
26

2.13

lọc
Sơ đồ khối điều chế AM-SSB bằng phương pháp

26

2.14

xoay pha 90 0
Sơ đồ khối điều chế AM-SSB bằng phương pháp

27

3.1
3.2
3.3

xoay pha 90 0 hai lần
Phổ của tín hiệu bản in tiêu biểu
Sơ đồ khối giải điều chế với các tín hiệu DSB-AM
Phổ của tín hiệu bản tin và phổ của tín hiệu đã điều

32
34
36

3.4

chế
Phổ của tín hiệu bản tin và phổ của tín hiệu đã điều

38

3.5
3.6
3.7
3.8
3.9

chế
Phổ của tín hiệu sau điều chế
Tín hiệu lối ra mạch trộn
Các phổ của các tín hiệu bản tin và sau giải điều chế
Tín hiệu bản tin và tín hiệu lối ra bộ giải điều hế
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM khi

40
40
41
42
47

phi=0
v

24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37

3.10

Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

48

3.11

khi phi=pi/100
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

49

3.12

khi phi=pi/80
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

50

3.13

khi phi=pi/50
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

51

3.14

khi phi=pi/30
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

52

3.15

khi phi=pi/20
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

52

3.16

khi phi=pi/18
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

53

3.17

khi phi=pi/16
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

53

3.18

khi phi=pi/14
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

54

3.19

khi phi=pi/10
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

55

3.20

khi phi=pi/8
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

55

3.21

khi phi=pi/6
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

56

3.22

khi phi=pi/4
Tín hiệu bản tin và tín hiệu giải điều chế DSB-AM

57

3.23

khi phi=pi/3
Độ méo của tín hiệu giải điều chế khi có sai pha

60

vi


MỞ ĐẦU

Ngày nay, khi nhu cầu trao đổi thông tin liên lạc ngày càng cao thì các hệ thống
thông tin liên lạc lại càng phát triển nhanh chóng. Trong hơn chục năm trở lại đây
đã cho thấy sự biến đổi của các hệ thống thông tin liên lạc một cách ngoạn mục, với

việc đưa vào khai thác trên diện rộng cơ sở hạ tầng viễn thông, cung cấp đa dạng
các dịch vụ mới.Tuy nhiên, một vấn đề nan giải ra là làm thế nào để đảm bảo được
chất lượng thông tin một cách tốt nhất. Đây luôn là mối quan tâm của rất nhiều
người và đặc biệt là những kỹ sư tương lai, đồ án tốt nghiệp này, em xin trình bày
một khía cạnh nhỏ : “Phân tích ảnh hưởng của sai pha trong hệ thống thông tin
ứng dụng điều chế biên độ cân bằng (băng kép) không sóng mang (DSB-AM)”
mô phỏng ảnh hưởng dựa trên ứng dụng phần mềm Matlab. Cấu trúc đồ án gồm 3
chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin
Chương 2: Điều chế
Chương 3: Mô phỏng ảnh hưởng sai pha
Do hạn chế về thời gian, cũng như kiến thức còn hạn chế nên đồ án này không
tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự thông cảm và những ý kiến
đóng góp để đồ án được hoàn thiện hơn và giúp em có thêm hiểu biết phục vụ cho
công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!

1


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
1.1.Giới thiệu chung về hệ thống thông tin
1.1.1.Khái niệm cơ bản
Trong các hoạt động của con người, các thuật ngữ như hệ thống triết học, hệ
thống thông tin, hệ thống pháp luật,… đã trở nên quen thuộc. Một cách đơn giản ta
có thể hiểu: Hệ thống (system) là một vật chất hoặc phi vật chất như người, thông
tin, máy móc, dữ liệu, các phương pháp xử lý, quy trình xử lý,… gọi là các phần tử
của hệ thống. Tập hợp các phần tử trong hệ thống có những mối quan hệ ràng buộc
lẫn nhau cùng hoạt động để hướng tới một mục đích chung.Trong hoạt động đó có

trao đổi vào ra với môi trường ngoài.
Tin tức (news,nouvelles): Là phản ánh của sự vật khách quan đối với sự nhận
biết của con người. Tin tức có tính chất mới mẻ và độ tin cậy.
Thông tin (information): Thông tin có thế hiểu là sự cảm hiểu của con người của
con người với thế giới xung quanh ( thông qua tiếp xúc với nó). Như vậy thông tin
là sự hiểu biết của con người và càng tiếp xúc với môi trường xung quanh thì con
người càng hiểu biết và làm tăng lượng thông tin thu nhận được. Hay nói cách
khác:Thông tin là sự phản ánh mang tính hướng đích của sự vật khách quan đối với
sự nhận biết của con người.
Tin tức và thông tin gắn liền với sự giao lưu trao đổi, nếu không có giao lưu trao
đổi thì sẽ không thành tin tức hoặc thông tin.
Trong cuộc sống con người luôn có nhu cầu trao đổi thông tin với nhau, hay có
nhu cầu truyền tin với nhau. Thông tin khi truyền được mang dưới dạng năng lượng
khác nhau như sóng ánh sáng, sóng điện từ, âm điện,…Những dạng năng lượng
này dùng để mang thông tin được gọi là vật mang. Nó là quá trình vật lý cụ thể, vật
2


mang đã chứa thông tin trong nó là một đại diện của thông tin và nó được gọi là tín
hiệu.
Hệ thống thông tin: là một hệ thống mà mục đích tồn tại của nó là cung cấp
thông tin phục vụ cho các hoạt động của con người trong một tổ chức nào đó. Ta
có thể hiểu rằng: Hệ thống thông tin là hệ thống mà mối liên kết giữa các thành
phần của nó cũng như mối liên hệ giữa nó với các hệ thống khác là sự trao đổi
thông tin.
Các hệ thống thông tin được sử dụng để truyền tin tức từ nơi này tới nơi khác.
Tin tức được truyền đưa từ nguồn tin (là nơi sinh ra tin tức) tới bộ nhận tin( là đích
mà tin tức được truyền tới) dưới dạng các bản tin gọi là hệ thống truyền tin hay hệ
thống viễn thông. Bản tin là một dạng hình thức chứa đựng một lượng thông tin nào
đó. Các bản tin tạo ra từ nguồn tin có thể rời rạc hay liên tục tương ứng chúng ta có

nguồn tin rời rạc hay liên tục. Đối với nguồn tin liên tục, tập các bản tin là một tập
vô hạn, đối với nguồn tin rời rạc tập các bản tin có thể là một tập hữu hạn.
Biểu diễn vật lý của một bản tin được gọi là tín hiệu. Có rất nhiều loại tín hiệu
khác nhau tùy theo đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn tín hiệu. Ví dụ như:
cường độ dòng điện, cường độ ánh sáng, điện áp,… tùy theo dạng của các tín hiệu
được sử dụng để truyền tải tin tức trong các hệ thống truyền tin là các tín hiệu
tương tự (analog) hay tín hiệu số (digital) mà tương ứng có các hệ thống thông tin
tương tự hay hệ thống thông tin số.
Trong bất kì một hệ thống viễn thông nào, tại điểm thu, ngoài tín hiệu thông tin
hữu ích nhận được còn có tạp nhiễu kèm theo. Tạp nhiễu do bản thân hệ thống tác
động gây nên được gọi là tạp âm và do tác động bên ngoài được gọi là can
nhiễu.Tạp nhiễu giới hạn khả năng truyền tin của hệ thống, nếu không có tạp nhiễu
thì ta có thể truyền các đoạn tin đi xa mà chỉ cần một năng lượng vô cùng nhỏ.
Tuy nhiên, trong thực tế phải tính đến các yếu tố suy hao năng lượng sóng của
môi trường truyền và các yếu tố can nhiễu gây nên.
3


Trong hệ thống viễn thông có sự tham gia của máy tính, tin tức, và thông tin
được biểu thị dưới dạng dữ liệu hay số liệu. Mạng truyền xử lý tin tức thông tin
dưới dạng dữ liệu còn gọi là mạng truyền dữ liệu.
Ngày nay kĩ thuật hiện đại có thể truyền thông tin, tin tức dưới các dạng thoại,
hình ảnh, số liệu trên một hệ thống viễn thông.
1.1.2.Phân loại hệ thống
Những hệ thống truyền tin cụ thể mà con người đã sử dụng và khai thác có rất
nhiều dạng,người ta có thể phân loại chúng dựa trên nhiều cơ sở khác nhau.
+ Trên cơ sở năng lượng mang tin người ta phân loại hệ thống truyền tin thành:
- Hệ thống điện tín dùng năng lượng điện một chiều
- Hệ thống thông tin vô tuyến điện dùng năng lượng sóng điện từ
- Hệ thống thông tin quang năng (hệ thống báo hiệu, thông tin hồng ngoại,

laser,..)
- Hệ thống thông tin dùng sóng âm, siêu âm (năng lượng cơ học)
+ Dựa trên cơ sở biểu hiện bên ngoài của thông tin phân loại thành:
- Hệ thống truyền số liệu
- Hệ thống truyền hình
- Hệ thống thông tin thoại
+ Căn cứ vào đặc điểm của thông tin đưa vào kênh để phân loại thành:
- Hệ thống truyền tin rời rạc
- Hệ thống truyền tin liên tục
1.2.Sơ đồ hệ thống thông tin
a.Sơ đồ tống quát
Ta có thể định nghĩa: Truyền tin (Transmission) là dịch chuyển thông tin từ
điểm này đến điểm khác trong một môi trường xác địch. Hai điểm này gọi là điểm
4


nguồn tin (Information source) và điểm nhận tin (Information Destination). Môi
trường truyền thông tin (Transmission Media) còn được gọi là kênh tin (Channel).
Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống truyền tin tổng quát gồm có ba khâu
chính: nguồn tin, kênh tin và nhận tin.

nguồn tin

kênh tin

Nhận tin

Hình 1.1.Sơ đồ hệ thống thông tin tổng quát
Trong sơ đồ này:
*Nguồn tin là nơi sản sinh ra hay chứa tin cần truyền đi.

Khi một đường truyền tin được thiết lập để truyền tin từ nguồn tin đến nhận tin,
một dãy các phần tử cơ sở của nguồn sẽ được truyền đi với một phân bố xác suất
nào đó. Dãy này được gọi là bản tin (Message). Vậy ta có thể định nghĩa rằng:
Nguồn tin là tập hợp các tin mà hệ thống truyền tin dùng để lập các bản tin khác
nhau để truyền tin.
Nguồn tin được đưa trực tiếp vào kênh truyền để truyền đi. Cũng như có thể
bằng phép biến đổi nhân tạo như rời rạc hóa theo thời gian và theo mức rồi đưa vào
kênh truyền. Lúc này tin trước khi đưa vào kênh đã trở thành tin rời rạc,nguồn tin
lúc này là nguồn tin rời rạc và kênh tin được gọi là kênh tin rời rạc,để phân biệt
với đưa tin liên tục vào kênh gọi là nguồn tin liên tục và kênh tin liên tục. Sự phân
biệt về bản chất của nguồn tin rời rạc với nguồn tin liên tục là số lượng các tin
trong nguồn rời rạc hữu hạn và số lượng các tin trong nguồn liên tục không đếm
được.
Để nghiên cứu định lượng nguồn tin cũng như hệ thống truyền tin, chúng ta có
thể mô hình hóa toán học nguồn tin bằng bốn quá trình sau:
5


- Quá trình ngẫu nhiên liên tục: Nguồn tiếng nói, hình ảnh, âm thanh là tiêu
biểu cho quá trình này. Trong các hệ thống thông tin thoại, truyền hình, truyền
thanh với các tín hiệu điều biên, điều tần thông thường chúng ta gặp các nguồn như
vậy.
- Quá trình ngẫu nhiên rời rạc: Một quá trình ngẫu nhiên liên tục sau khi được
lưởng tử hóa theo mức sẽ trở thành quá trình này.Một ngôn ngữ, tín hiệu điện tín,
các lệnh điều khiển là nguồn rời rạc loại này.
- Dãy ngẫu nhiên liên tục: Đây là trường hợp một nguồn liên tục đã được gián
đoạn hóa theo thời gian, như thường gặp trong các hệ thông tin xung điều biên
xung, điều pha xung, điều tần xung, …. không bị lượng tử hóa.
- Dãy ngẫu nhiên rời rạc: trong các hệ thống thông tin xung có lượng tử hóa
như điêu biên (pha, tần) xung lượng tử hóa, điều xung mã (PCM).

*Kênh tin là môi trường truyền lan thông tin
Để lan truyền được thông tin trong một môi trường vật lý xác định, thông tin
được chuyển thành tín hiệu thích hợp với môi trường truyền lan. Vậy nên kênh tin
là nơi hình thành và truyền tín hiệu mang thông tin đồng thời ở đó sinh ra các tạp
nhiễu phá hủy thông tin. Từ khái niệm kênh tin, ta dễ dàng phân loại kênh tin thành
nhiều dạng khác nhau.
Ta biết rằng tín hiệu có thể truyền lan trong nhiều môi trường khác nhau. Khi tín
hiệu đi qua các môi trường như vậy ngoài sự biến đổi về năng lượng, dạng của tín
hiệu cũng bị thay đổi do tác động của tạp nhiễu tồn tại trong các môi trường vật lý
đó hoặc do phương thức truyền lan, sự biến đổi các thông số vật lý của môi trường
gây ra sự điều chế tín hiệu không cần thiết.Rõ ràng tác động của nhiễu lên tín hiệu
tiêu biểu cho môi trường truyền lan của tín hiệu. Vậy nên có thể lấy tạp nhiễu làm
đặc tính chung của môi trường truyền lan của tín hiệu và để phân tích và phân loại
môi trường. Tuy rằng trong thực tế môi trường truyền lan rất khác nhau,nhưng
chúng ta vẫn có thể quy nạp về các dạng cơ bản sau:
6


- Môi trường trong đó tác động tạp nhiễu cộng là chủ yếu;
- Môi trường trong đó tác động tạp nhiễu nhân là chủ yếu;
- Môi trường gồm cả nhiễu cộng và nhiễu nhân.
Ngoài ra trong trường hợp sự truyền tin xảy ra giữa hai vật di động so với nhau,
tín hiệu sẽ bị điều tần phụ do hiệu ứng Doppler gây nên, chúng ta xếp riêng một
loại gọi là kênh có hiệu ứng Doppler.
*Nhận tin là cơ cấu khôi phục thông tin ban đầu từ tín hiệu lấy ở đầu ra của
kênh.
Nhận tin là đầu cuối của hệ thống truyền tin, nhận tin thường gồm một bộ nhận
biết thông tin được phát và xử lý thông tin. Bộ xử lý thông tin có thể là người hay
thiết bị. Nếu bộ xử lý thông tin là thiết bị tự động chúng ta có một hệ thống truyền
tin tự động.Vì tín hiệu nhận được ở đầu ra của kênh là một hỗn hợp tín hiệu và tạp

nhiễu xảy ra trong kênh, nên nói chung tín hiệu ra không giống với tín hiệu đưa vào
kênh. Nhiệm vụ chính cần thực hiện tại nhận tin là từ tín hiệu nhận được phải xác
định được tín hiệu nào đưa vào đầu vào kênh.
1.3.Nguồn tin của hệ thống
- Một nguồn tin số: tạo ra một tập hữu hạn các đoạn tin có thể có.
Ví dụ như máy đánh chữ, có một số hữu hạn các ký tự phát ra từ nguồn này.
- Một nguồn tin tương tự: tạo ra các đoạn tin được xác định trên một dãy liên tục
Ví dụ microphone: Điện áp đầu ra mô tả tin tức âm thanh và nó được phân bố trên
một khoảng liên tục các giá trị.
Một hệ thống truyền tin số truyền tin tức từ nguồn tới bộ thu.
Một hệ thống truyền tin tương tự truyền tin tức từ một nguồn tương tự tới bộ
thu.
Một dạng sóng số được định nghĩa như một hàm thời gian có một tập rời rạc các
giá trị. Nếu dạng sóng là một dạng sóng nhị phân thì chúng chỉ có hai giá trị là 0
7


hoặc 1. Một dạng sóng tương tự là một hàm thời gian có một khoảng liên tục các
giá trị. Trong một hệ thống thông tin số điện tử, dòng điện và điện áp thường có
dạng số; tuy nhiên nó cũng có thể có dạng tương tự. Ví dụ như tin tức từ một nguồn
nhị phân có thể được truyền tới bộ thu bằng cách sử dụng một sóng hình sin
1000Hz biểu diễn số nhị phân 1 và một chùm sóng hình sin 500Hz biểu diễn số nhị
phân 0. Ở đây, tin tức nguồn số được truyền tới bộ thu bằng dạng sóng tương tự,
nhưng nó vẫn được gọi là một hệ thống thông tin số. Cũng như vậy, một tín hiệu
tương tự mô tả một nguồn tương tự. Từ cách nhìn này, chúng ta thấy một kỹ sư
viễn thông cần phải biết cách phân tích các mạch tương tự cũng như các mạch số.
Đặc điểm cơ bản của hệ thống thông tin tương tự là tín hiệu có thể nhận được vô
số giá trị, lấp đầy liên tục một giải nào đó.Thêm vào đó thời gian tồn tại của tín
hiệu tương tự là một giá trị không xác định cụ thể, phụ thuộc vào thời gian tồn tại
của bản tin do nguồn tin sinh ra. Tín hiệu analog có thể là tín hiệu rời rạc hay liên

tục tùy theo tín hiệu là một hàm rời rạc hay liên tục của biến thời gian. Ví dụ như
tín hiệu điện thoại ở lối vào micro.
Nếu nguồn tin là liên tục, trước tiên khi đưa tin vào kênh phải thông qua một
phép biến đổi liên tục thành rời rạc,sau đó sử dụng các phương pháp mã hóa để đáp
ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống truyền tin. Phép biến đổi nguồn tin liên
tục thành rời rạc hoặc liên tục gồm hai khâu: Một là rời rạc hóa theo thời gian hay
gọi là khâu lấy mẫu, hai là khâu lượng tử hóa theo mức hay khâu rời rạc hóa.
1.4.Rời rạc hóa và mã hóa
- Lấy mẫu
Lấy mẫu một hàm tin nghĩa là trích từ hàm đó ra các mẫu tại những thời điểm
nhất định, hay thay hàm tin liên tục bằng một hàm rời rạc là những mẫu của hàm
trên lấy tại những thời điểm gián đoạn sao cho hàm thay thế không bị mất mát
thông tin so với hàm được thay thế.
8


Theo Định lý lấy mẫu theo thời gian:
“Một hàm s(t) có phổ hữu hạn, không có thành phần tấn số lớn hơn ω max có thể
được thay thế bằng các mẫu của nó lấy tại những thời điểm cách nhau một khoảng
∆t ≤ π / ω max ”[1]

- Lượng tử hóa
Định nghĩa:“Hàm s(t) là một thể hiện cả một nguồn tin liên tục, có biên độ biến
đổi liên tục trong phạm vi (smin , smax). Ta phân chia phạm vi đó thành một số mức
nhất định, đánh số các mức từ s min =s0,s1,s2,….,sn= smax .Việc gián đoạn hóa sự biến
đổi biên độ của s(t) là cho biên độ lấy mức s i nhất định khi nó tăng hoặc giảm đến
mức đó. Như vậy s(t) sẽ trở thành một hàm biến đổi theo bậc thang gọi là hà
lượng tử hóa. Khi số thứ tự các mức được quy ước trước, việc gửi đi một hàm liên
tục trở thành gửi đi những con số ở những thời điểm tương ứng. Theo các con số
đó có thể dễ dàng khôi phục lại hàm lượng tử hóa s’(t). Sự lựa chọn các mức thích

đáng sẽ làm giảm sự khác nhau giữa s(t0 và s’(t), gọi là sai só lượng tử, đồng thời
giảm sai nhầm trong quá trình truyền tin. ” [1]
Sau khi lượng tử hóa nguồn tin liên tục thành nguồn tin rời rạc với bộ chữ A là
tập hợp hữu hạn các mức lượng tử, và một tin gửi đi của nguồn sẽ trở thành một
dãy hữu hạn các mức. Sau khi rời rạc hóa, nguồn tin là rời rạc giúp chúng ta thuận
lợi trong một số phép biên đổi để nâng cao chất lượng thông tin trong quá trình
truyền dẫn.
- Mã hóa
“Mã hóa là phép biến đổi cấu trúc thống kê của nguồn. Phép biến đổi ấy tương
đương trên quan điểm thông tin và nhằm mục đích cái tiến kỹ thuật của hệ thống
truyền tin. Nói cách khác, lớp tin ở đầu vào thiết bị mã hóa được thay thế bằng một
lớp tin khác tương đương và kinh tế hơn, như tốc độ hình thành tin gần với khả

9


năng cho thông tin qua kênh hơn, tính chống nhiễu của tin qua kênh truyền cũng
tăng lên.”[1]

10


CHƯƠNG 2: ĐIỀU CHẾ
2.1.Khái niệm
a.Khái niệm
Trong các hệ thống truyền tin liên tục, các tin hình thành từ nguồn tin liên tục
được biến đổi thành các đại lượng điện (dòng hoặc áp) và chuyển vào kênh. Khi
muốn chuyển các kênh đó qua một cự ly lớn, phải cho qua một phép biến đổi khác
gọi là điều chế. Điều chế có nghĩa là chuyển thông tin thành một dạng năng lượng
thích hợp với môi trường truyền lan, trong đó dạng năng lượng được dùng ít bị tổn

hao và ít bị biến dạng do các tác động của nhiễu.
Giải điều chế là phép biến đổi ngược của điều chế, nhưng tín hiệu đầu vào của
thiết bị giải điều chế không chỉ là tín hiệu đầu ra của thiết bị điều chế, mà còn là
một hỗn hợp tín hiệu điều chế và tạp nhiễu. Nhiệm vụ của giải điều chế là từ trong
hỗn hợp đó lọc ra được thông tin dưới dạng một hàm điện liên tục hoặc là một dãy
xung điện rời rạc giống như thông tin ở đầu vào thiết bị điều chế, với sai số trong
phạm vi cho phép.
Hay nói cách khác, Điều chế tín hiệu là quá trình biến đổi một hay nhiều thông
số của một tín hiệu tuần hoàn theo sự thay đổi một tín hiệu mang thông tin cần
truyền đi xa. Tín hiệu tuần hoàn đó gọi là sóng mang, còn tín hiệu mang thông tin
gọi là tín hiệu được điều chế. Ở phía thu, bộ giải điều chế dựa vào sự thay đổi
thông số đó của sóng mang tái tạo lại tín hiệu mang thông tin ban đầu. Các thông số
của sóng mang được dùng trong quá trình điều chế có thể là biên độ, tần số hay là
pha.
b.Mục đích
* Điều chế
Điều chế đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống thông tin.

11


- Đối với một anten, bức xạ năng lượng của tín hiệu cao tần có hiệu quả khi
bước sóng của nó (tương ứng cũng là tần số) cùng bậc với kích thước vật lý của
anten.
- Tín hiệu cao tần ít bị suy hao khi truyền đi trong không gian
- Mỗi dịch vụ vô tuyến có một băng tần (kênh) riêng biệt. Quá trình điều chế
giúp chuyển phổ của tín hiệu băng gốc lên các băng tần thich hợp.
- Để có thể bức xạ tín hiệu vào không gian dưới dạng sóng điện từ
- Cho phép sử dụng hiệu quả kênh truyền
- Tăng khả năng chống nhiễu cho hệ thống

* Giải điều chế
Nhiệm vụ của giải điều chế là từ trong hỗn hợp đó lọc ra được thông tin dưới
dạng một hàm điện liên tục hoặc là một dãy xung điện rời rạc giống như thông tin ở
đầu vào thiết bị điều chế, với sai số trong phạm vi cho phép.
c.Điều kiện điều chế
- Tần số sóng mang cao tần ƒ c≥(8÷10)ƒmax , trong đó ƒmax là tần số cực đại tín
hiệu điều chế BB.
- Thông số sóng mang cao tần (hoặc tần só, hoặc biên độ, pha) biến đổi tỷ lệ với
biên độ tín hiệu điều chế BB mà không phụ thuộc vào tần số của nó.
- Biên độ sóng mang cao tần Vω>Vm (biên độ tín hiệu điều chế băng gốc Base
Band-BB).
d.Ứng dụng điều chế biên độ
Ngày nay, tuy điều chế biên độ chỉ được ứng dụng rộng rãi trong Kỹ thuật
Truyền thanh băng tần thấp trong khoảng 550 – 1600 KH đối với băng tần MW
hoặc lớn hơn đối với các băng tần SW1, SW2… mà không được ứng dụng trong
viễn thông hiện đại vì nhược điểm của nó là khả năng mang Thông tin thấp và hay
bị nhiễu loạn tác động…Tuy vậy, trong truyền hình tương tự, điều chế biên độ cũng
có thể dùng để điều chế tín hiệu hình ảnh với dải thông khá rộng theo quy định là
12


4,43 MHz đối với hệ truyền hình NTSC và 6,5 MHz đối với Hệ truyền hình màu
PAL hoặc SECAM.
2.2.Phân loại điều chế
a.Điều chế tương tự
Trong điều chế tương tự, việc điều chế được thực hiện liên tục theo tín hiệu
thông tin tương tự. Các phương pháp điều chế tương tự thông dụng là:
* Điều biên (amplitude modulation)
- Điều chế hai biên(DSB-AM):
+ Điều chế hai biên triệt sóng mang ( DSB-SC: Double Bide BandSupperssed carrier)

+ Điều chế hai biên nén sóng mang ( DSB-RC)
- Điều chế đơn biên (SSB-AM):
+ Điều chế đơn biên (SSB hoặc SSB-AM)
+ Điều chế đơn biên triệt sóng mang ( SSB-SC)
- Điều chế vết đơn biên ( VSB hoặc VSB-AM: Vestigial Side Band)
- Điều chế biên độ truyền thống
* Điều chế tần số ( FM- Frequency Modulation)
* Điều chế pha (PM-Phase Modulation)
Ngoài ra còn có một điều chế phụ:
* Điều chế xung
- Điều chế góc pha xung (PPM-Pule Phase Modulation)
- Điều chế độ rộng xung (PFM- PPM-Pule Frequency Modulation)
- Điều chế biên độ xung (PAM-Pule Amplitude Modulation)
* Điều chế mã xung (PCM-Pule Code Modulation)
* Điều chế delta (DM-Delta Modulation).
13


Những năm gần đây, do sự phát triển của lý thuyết thông tin và lý thuyết tín
hiệu, người ta bắt đầu dùng các tín hiệu dải rộng ( là tín hiệu giả nhiễu, có phổ và
hàm tương quan giống tạp âm trắng) và áp dụng phương pháp điều chế giả nhiễu có
hiệu quả cao.
b.Điều chế số
Trong điều chế số, số sóng mang tương tự sẽ được biến đổi theo một chuỗi bít
có chiều dài cố định hay thay đổi. Đây cũng có thể được coi là một dạng biến đổi
tương tự - số. Hình dạng của sóng mang được lấy từ một tập hợp hữu hạn các
symbol.
Các phương pháp cơ bản:
- Khóa dịch biên độ (ASK: Amplitude Shift Key)
- Khóa dịch tần số (FSK: Frequence Shift Key)

- Khóa dịch pha (PSK-Phase Shift Key)
- Khóa dịch pha tương đối (DPSK-Diferential FSK)
- Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
Trong QAM, tín hiệu đồng pha ( tín hiệu I, ví dụ như tín hiệu cos) và tín hiệu
trực pha (tín hiệu Q, ví dụ như tín hiệu sin) được điều biên. Nó cũng có thể được
coi là hai kênh riêng. Tín hiệu thu được là sự kết hợp của PSK và ASK với tối thiểu
hai pha và tối thiểu hai biên độ.

14


Điều chế AM
mức thấp

2.3.Điều chế biên độ
2.3.1.Điều chế AM
- Định nghĩa: biên độ sóng mang cao tần tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc gọi là

điều chế AM.
- Sơ đồ khối điều chế AM mức thấp
anten

Sóng mang:
xc(t)=Vccos ct

Tín hiệu băng gốc:
m(t)=Vmcos mt
Hình 2.1.Sơ đồ khối điều chế AM mức thấp
- Sơ đồ khối mạch điều chế AM mức cao

Sóng mang:
xc(t)=Vccos ct
Tín hiệu băng gốc:

Đ
i
ề
u
c
h
ế
A

m(t)=Vmcos mt
M
Hình 2.2.sơ đồ khối điều chế AM mức cao

m
- Đường bao cao tần AM lặp lại dạng ứ tín hiệu điều chế.
- Cách đánh giá điều chế AM thông qua c đường bao:
c
15
a
o


Hình 2.3.Đường bao cao tần AM lặp lại dạng tín hiệu điều chế m(t) =Vmcosωm.
- Tín hiệu sóng mang:

xc(t)=Vccos ct

Trong đó, Vc là giá trị biên độ tín hiệu sóng mang, c là tần số gốc tín hiệu
sóng mang.
- Tín hiệu băng gốc:

m(t)=Vmcos mt

Trong đó, Vm là giá trị biên độ tín hiệu băng gốc,

m

là tần số gốc tín hiệu

băng gốc.
Lưu ý:

c

lớn hơn rất nhiều

m

.

- Khi chưa có tín hiệu băng gốc đưa vào (V m=0), nghĩa là máy phát hoạt động
ở chế độ sóng mang, khi đó ngõ ra có dạng:
- Khi có tín hiệu băng gốc đưa vào (V m=0) máy phát, khi đó ngõ ra có dạng:

16

(*)

Hệ số điều chế:
Biến đổi công thức (*), dùng công thức biến đổi lượng giác ta được:

(**)
Nhận xét công thức (**): Tín hiệu AM điều chế đơn tần gồm thành phần sóng
mang và hai biên. Phổ tín hiệu AM có dạng như sau:
Phổ trung tâm
Phổ biên dưới LSB
Phổ biên trên USB

LSB: Lower Side Band
USB: Upper Side Band
Hình 2.4.Phổ tín hiệu điều chế AM
- Công suất ra ở chế độ sóng mang:
17


Trong đó: Vc là giá trị biên độ sóng mang, Req là tải tương đương.
- Công suất ngõ ra AM lớn nhất :

Ta thấy:
+ Công suất ngõ ra AM lớn nhất phụ thuộc vào công suất sóng mang và hệ số điều
chế.
+ Khi điều chế cực đại, nghĩa là m A=1, thì công suất ngõ ra AM lớn nhất trong
trường hợp này là:

PAmmax=(3/2)Pc.

- Công suất trung bình điều chế AM:
PAMtb=Pc+PUSB+PLSB
Nhận xét: Công suất trung bình điều chế AM là tổng công suất sóng mang, công
suất biên dưới và công suất biên trên.
- Băng thông của điều chế AM: BWAM=2fm.

=μ

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu được cho bởi:

Trong đó μ là hiệu suất điều chế. Ta thấy rằng so với DSB-AM, tỷ số SNR bị
giảm đi theo một hệ số bằng μ. Sự sụt giảm về chất lượng hoạt động này là một hệ
quả trực tiếp từ việc một phần đáng kể khi công suất nằm ở sóng mang, mà nó
không mang thông tin gì và bị lọc bỏ tại máy thu.
Các hệ thống điều chế biên độ thường được đặc trưng bởi một yêu cầu khá thấp về
độ rộng băng thông và tính hiệu quả về công suất so với các mạch điều chế tần số
hoặc pha. Yêu cầu về độ rộng băng thông đối với hệ thống AM dao động trong
khoảng W tới 2W, trong đó W là ký hiệu cho độ rộng băng thông của tín hiệu bản
tin. Đối với SSB-AM có độ rộng băng thông là W, đối với DSB-AM và AM truyền
thống là 2W còn đối với hệ thống VSB-AM thì độ rộng băng thông sẽ từ W tới 2W.
18


+Ưu điểm: của sóng AM là có thể truyền đi xa tới hàng nghìn Km
+Nhược điểm: của sóng AM là dễ bị can nhiễu, dải tần âm thanh bị cắt sén do
đặcđiểm của mạch tách sóng điều biên, do đó chất lượng âm thanh bị hạn chế.
Nhận xét điều chế AM:
- Công suất mang không tải tìn thì chiếm nhiều.
- Công suất cao tần tải tin nhỏ ở hai biên như nhau và phụ thuộc vào hệ số mA.

- Băng thông cần truyền lớn gấp đôi cần thiết nên phí và tăng nhiễu.
- Hiệu quả sử dụng công suất cao tần kém.
- Tính chống nhiễu kém.
- Dễ thực hiện tín hiệu AM và máy thu giải điều chế đơn giản, giá thành rẻ.
- Điều chế AM dùng trong phát thanh quảng bá MW-SW.
2.3.2.Giải điều chế AM
a.Nguyên lý giải điều chế AM
Giải điều chế thực chất là quá trình tách tín hiệu bản tin đã được điều chế.
Quá trìnhgiải điều chế tùy thuộc vào kiểu điều chế. Đối với DSB-AM và SSBAM, phương pháp giải điều chế là giải điều chế kết hợp (coherent) yêu cầu cần
phải có một tín hiệu có cùng tần số và pha giống với tín hiệu sóng mang tại máy
thu. Đối với AM truyền thống sử dụng các bộ tách sóng đường bao cho giải điều
chế. Trong trường hợp này việc biết chính xác tần số và pha của sóng mang không
phải là điều thiết yếu, cho nên quá trình giải điều chế dễ dàng hơn nhiều.
b.Các phương pháp giải điều chế AM
Phương pháp 1:Tách song đường bao
Để tách tín hiệu tín hiệu tin tức ra khỏi sóng mang từ tín hiệu điều biên AM
người ta có thể sử dụng phương pháp tách sóng đường bao.

19