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

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành quá trình hơn 4 năm học tại Trường đại học Hàng hải Việt
Nam nói chung và hoàn thành đồ án tốt nghiệp nói riêng, em nhận đã được sự
giúp đỡ nhiệt tình, tận tâm của thầy cô, gia đình, bạn bè. Đạt được kết quả như
ngày hôm nay, em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới:
Ban giám hiệu Trường đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo cho em một môi
trường học tập chất lượng, năng động.
Quý thầy cô chuyên ngành Điện tử-Viễn thông những năm qua đã luôn
đồng hành, tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kỹ năng chuyên môn, kimh
nghiệp làm việc.
Thầy PGS.TS Lê Quốc Vượng, trường đại học Hàng hải Việt Nam, thầy đã
dành rất nhiều tâm huyết hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt thời gian
thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, gia đình luôn là chỗ
dựa vững chắc, tạo mọi điều kiên tốt nhất cho em được học tập và hoàn thành đồ
án tốt nghiệp này. Bên cạnh đó,còn có những người bạn luôn động viên, cùng
nhau học tập và giúp đỡ em vượt qua khó khăn.
Xin chân thành cảm ơn!

1


LỜI CAM ĐOAN
Do hạn còn nhiều hạn chế về kiến thức, chuyên môn, nội dung đồ án chưa
thực sự được hoàn thiện, còn nhiều khiếm khuyết, thiếu sót. Em rất mong nhận
được góp ý quý báu từ thầy cô. Tuy nhiên, em xin cam đoan nội dung đồ án này
dựa trên kết quả của quá trình nghiên cứu, tìm hiểu, tổng hợp của em, không có
sự sao chép kết quả nghiên cứu của tác giả khác. Nội dung đồ án có sự tham
khảo, trích dẫn từ một số nguồn được liệt kê trong mục các tài liệu tham khảo.

2

MỤC LỤC

3


MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
MF

Medium Frequency – Tần số trung bình

HF

High Frequency – Tần số cao

VHF

Very High Frequency – Tần số rất cao

AM

Amplitude Modulation – Điều chế biên độ

DSB-AM Double Side Band-Amplitude Modulation – Điều chế biên độ cân
bằng
SSB-SC

Single Side Band-Suppressed Carrier – Điều chế đơn biên không
sóng mang.

LSSB

Lowet Single Side Band – Điều chế đơn biên tần thấp

USSB

Upper Single Side Band – Điều chế đơn biên tần cao

VSB

Vestigial Side Band – Điều chế vết đơn biên

FM

Frequency Modulation – Điều chế tần số

PM

Phase Modulation – Điều chế pha

LPF

Low Pass Filter – Lọc thông thấp

PLL

Phase Locker Loop – Mạch vòng khóa pha

VCO

Voltage Controlled Oscillator – Bộ dao động nội điều khiển bằng
điện áp

4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Tran

Số hình

Tên hình

1.1

Minh họa hệ thống thông tin

2

1.2

Phân loại hệ thống thông tin

3

1.3

Sơ đồ khối của hệ thống thông tin

4

1.4

Mô hình kênh với tín hiệu vào và ra

5

1.5

Mô tả quá trình lượng tử

7

1.6

Phân loại điều chế

8

2.1

Sơ đồ điều chế

9

2.2

Điều chế trong hệ thống thông tin

10

2.3

Tín hiệu tin tức, sóng mang, tín hiệu điều chế AM

11

2.4

Dạng sóng của tín hiệu AM với Vmax, Vmin

12

2.5

Tín hiệu điều chế AM với m=0.5

13

2.6

Tín hiệu điều chế AM với m=1

13

2.7

Tín hiệu điều chế AM với m>1

13

2.8

Phổ tín hiệu điều chế biên độ AM

14

2.9

Đường bao tín hiệu AM

15

2.10

Mạch tách sóng đường bao dùng diode

15

2.11

Sơ đồ khối tách sóng biên độ đồng bộ

16

2.12

Sơ đồ khối điều chế tần số FM

17

2.13

Tín hiệu tin tức, tín hiệu sóng mang và tín hiệu điều tần

17

2.14

Phổ của tín hiệu FM trong các trường hợp

19

2.15

Giải điều tần FM dùng PLL

19

2.16

Sơ đồ khối điều chế pha PM

20

2.17

Dạng tín hiệu tin tức, sóng mang và tín hiệu điều chế pha
PM

g

21

2.18

Điều chế DSB-SC-AM

22

2.19

Dạng tín hiệu tin tức, sóng mang và tín hiệu DSB-SC

22

2.20

Sơ đồ khối tạo tín hiệu SSB qua DSB-SC

23

5


2.21

Dạng tín hiệu tin tức, sóng mang và tín hiệu điều chế SSB

24

2.22

Phổ của tín hiệu điều chế SSB

25

3.1

Phổ tín hiệu bản tin, tín hiệu USSB-AM, tín hiệu LSSB-AM

27

3.2

Giải điều chế SSB-AM

28

3.3

Biến đổi Hilbert của tín hiệu bản tin.

30

3.4

Tín hiệu sau điều chế LSSB-AM

30

3.5

Phổ tín hiệu điều chế LSSB-AM

31

3.6

Phổ tín hiệu lối ra bộ trộn

32

3.7

Phổ tín hiệu lối ra bộ giải điều chế

32

3.8

Phổ tín hiệu bản tin

33

3.9

Tín hiệu bản tin và tín hiệu thu được sau giải điều chế

33

3.10

Vị trí tần số sóng mang

35

3.11
3.12
3.13
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20

Đặc tính bộ lọc thông thấp
Quá trình điều chế và giải điều chế L/U-SSB-AM

36
37

Lưu đồ thuật toán

39

π
100

42

π
40

42

Trường hợp

ϕ=

ϕ=

Trường hợp
Trường hợp

ϕ=

Trường hợp
Trường hợp
Trường hợp
Trường hợp
Trường hợp

6

π

30

43

ϕ=

π
20

43

ϕ=

π
10

44

ϕ=

π
8

44

ϕ=

π
6

45

ϕ=

π
4

45


3.21
3.22
3.23

Trường hợp
Trường hợp

ϕ=

π
3

46

ϕ=

π
2

46

Độ méo của tín hiệu giải điều chế khi xảy ra sai pha

7

48


MỞ ĐẦU
Ở Việt Nam hiện nay, hệ thống thông tin đang phát triển một cách rất
nhanh, và ngày càng hiện đại, ta bắt gặp mọi lúc mọi nơi như điện thoại cố định,
điện thoại di động, truyền hình cáp, truyền hình số, truyền hình vệ tinh…, việc
thông tin liên lạc có thể thực hiện dễ dàng không chỉ trong một quốc gia mà còn
mở rộng ra toàn cầu. Đặc biệt, hệ thống thông tin số dần thay thế hệ thống thông
tin tương tự, tuy nhiên hệ thống thông tin tương tự vẫn tồn tại nhờ ưu điểm phổ
chiếm của tín hiệu nhỏ hơn.
Trong bất kỳ một hệ thống thông tin nào dù là tương tự hay số thì điều chế
luôn bắt buộc không thể thiếu và quá trình giải điều chế rất quan trọng, ảnh
hưởng đến chất lượng hệ thống, đến tín hiệu thu được, đặc biệt là khi xảy ra sai
pha. Nội dung của đồ án này xét đến hệ thống thông tin tương tự đi sâu vào:
“Phân tích ảnh hưởng của sai pha trong hệ thống thông tin ứng dụng điều
chế biên độ đơn băng không sóng mang (L/U-SSB-AM)”
Nội dung đồ án gồm ba phần:
Chương I: Bao quát về hệ thống thông tin.
Chương II: Các phương pháp điều chế tương tự.
Chương III: Phân tích ảnh hưởng của sai pha trong hệ thống thông tin ứng
dụng điều chế biên độ đơn băng không sóng mang (L/U-SSB-AM).
Nội dung chi tiết của đồ án được trình bày như sau:

8

CHƯƠNG I: BAO QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN.
1.1.

Các khái niệm liên quan,mô hình và phân loại hệ thống thông tin.

1.1.1.

Các khái niệm liên quan trong hệ thống thông tin.
Tin tức (news) là sự phản ánh của sự vật khách quan đối với sự nhận biết

của con người.
Thông tin (information) là sự phản ánh mang tính hướng đích (sự quan tâm
của người nhận) của sự vật đối với sự nhận biết của con người (dạng thể hiện
của tin tức), Một tin tức được ai đó quan tâm chính là thông tin với người đó
Bản tin là dạng hình thức chứa đựng một lượng thông tin nào đó. Dạng
hình thức có thể là văn bản, bản nhạc, đoạn thoại hoặc hình vẽ…
Hệ thống thông tin là hệ thống dùng các biện pháp để thông báo cho nhau
những thông tin cần thiết từ nguồn phát đến bộ thu (nơi nhận), tức là truyền tin
(Communication) với nhau.

Hình 1.1. Minh họa hệ thống thông tin.
Dạng năng lượng(âm điện, sóng điện từ, sóng ánh sang…) được dùng để
mang thông tin đựợc gọi là sóng mang (Carrier).
9


Tín hiệu (Signal) là biểu diễn vật lý của thông tin. Muốn truyền tin thì
trước hết thông tin phải được biến đổi thành một đại lượng vật lý trung gian.

Trong bất kỳ hệ thống thông tin nào, tại phía thu, ngoài thông tin hữu ích
thu được còn kèm theo tạp nhiễu. Tạp nhiễu gồm tạp âm và can nhiễu. Tạp âm
sinh ra do bản thân các thiết bị bên trong tác động vào hệ thống như tạp âm
nhiệt, can nhiễu do tác động bên ngoài gây ra.
Yêu cầu của một hệ thống thông tin là tin tức truyền đi tới bộ thu càng ít lỗi
càng tốt,đảm bảo các yêu cầu năng lượng truyền cho phép và giá thành.
1.1.2.

Phân loại hệ thống thông tin điển hình.
Hệ thống thông tin cụ thể có nhiều dạng và khi phân loại người ta dựa trên

nhiều cơ sở khác nhau.

Hình 1.2. Phân loại hệ thống thông tin.
10


1.1.3.

Vấn đề cơ bản của hệ thống thông tin.
Trong hệ thống thông tin cần đảm bảo các vấn đề cơ bản như:

-

Hiệu suất truyền tin: hay còn gọi là tốc độ truyền tin, là lượng thông tin mà hệ
thống cho phép hoặc có thể truyền đi trong một dơn vị thời gian. Nguời ta mong
muốn hệ thống đạt dược tốc độ truyền tin ngày càng cao.

-

Độ chính xác truyền tin: khả năng chống tạp nhiễu, đảm bảo thông tin chính xác
của hệ thống.
Đối với bất kỳ một hệ thống thông tin nào thì việc truyền tin điều yêu cầu
tối đa nhanh chóng và chính xác cao. Truyền tin với cự ly lớn dùng sóng điện từ,
nếu công suất phát hạn chế, năng lượng tin hiệu và tạp nhiễu ở đầu thu xấp xỉ
bằng nhau, nguời ta phải tìm cách xác định cấu trúc của thiết bị thu tối ưu dể
phát hiện và tách được tín hiệu có ích trong nền tạp âm lớn.
1.2.

Sơ đồ khối của hệ thống thông tin và hoạt động của hệ thống.

1.2.1.

Sơ đồ khối của hệ thống thông tin.

Hình 1.3. Sơ đồ khối của hệ thống thông tin.

11


Giải thích hoạt động của hệ thống.

1.2.2.

Hệ thống gồm các khối cơ bản: bên phát (nguồn tin tức, biến đổi tin tức
thành tín hiệu, xử lý tín hiệu, ghép nối tới kênh truyền), kênh truyền dẫn, bên
thu (ghép nối từ kênh truyền, xử lý tín hiệu ngược, biến đổi tín hiệu thành tin
tức, nhận tin tức)
Nguồn tin tức: là nơi sản sinh hay chứa các tin cần truyền đi, là tập hợp các
tin mà hệ thống thông tin dùng để tập hợp các bản tin cần truyền.

Biến đổi tin tức thành tín hiệu: Biến đổi tin tức cần truyền thành các dạng
tín hiệu tương tự hoặc số.
Xử lý tín hiệu: Biến đổi tín hiệu từ dạng tương tự thành các dạng khác,
khuếch đại tín hiệu lên đủ lớn đảm bảo có thể phát tín hiệu đi xa.
Ghép nối tới kênh truyền dẫn:Thực hiện điều chế tín hiệu, ghép kênh để
tăng hiệu suất đường truyền (truyền tin từ nhiều nguồn khác nhau đến các đích
khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn), mã hóa đường truyền (chống
nhiễu và các tác động xấu của đuờng truyền ảnh hưởng đến thông tin)…
Kênh truyền dẫn:Đường truyền vật lý của tín hiệu, có thể hiểu kênh truyền
là môi trường để hình thành tín hiệu mang tin và lan truyền tín hiệu mang tin.Tín
hiệu lan truyền được trong nhiều môi trường khác nhau, không chỉ bị biến đổi về
năng lượng mà dạng tín hiệu cũng bị thay đổi do tạp nhiễu, phương thức truyền
lan, biến đổi của các thông số môi trường gây ra điều chế tín hiệu không cần
thiết.

Hình 1.4. Mô hình kênh với tín hiệu vào và ra.
Ta có: r(t)=nn(t).s(t)+nc(t)
Trong đó:
-

s(t), r(t) : tín hiệu vào,ra kênh truyền.

-

nn(t),nc(t): nhiễu nhân, nhiễu cộng.
12


-

nc(t) : nhiễu cộng.

Nhiễu cộng sinh ra tín hiệu ngẫu nhiên tác động cộng thêm vào tín hiệu đầu
ra kênh, do các nguồn nhiễu công nghiệp, vũ trụ tạo ra với dải phổ rất rộng bao
trùm lên tín hiệu.
Nhiễu nhân tác động nhân thêm vào tín hiệu . Nhiễu nhân do phương thức
truyến lan của tín hiệu hoặc biến đổi thông số vật lý của một bộ phận môi trường
truyền lan gây ra.
Ghép nối từ kênh truyền dẫn: Thực hiện giải điều chế, tách kênh, giải mã
hóa đường truyền…
Xử lý tín hiệu ngược: Biến đổi tín hiệu từ dạng khác thành tín hiệu tương
tự, khuếch đại tín hiệu…
Biến đổi tín hiệu thành tin tức: biến đổi từ các dạng tín hiệu thành tin tức.
Nhận tin tức:ở phía thu, đầu cuối của hệ thống thông tin. Nhận tin thường
gồm bộ nhận biết thông tin và bộ xử lý thông tin. Tín hiệu ra của hệ thống do tác
động của tạp nhiễu trên kênh truyền nên không giống với tín hiệu nguồn tin tức
ban đầu vào hệ thống, nó sẽ có sự sai khác ít nhiều. Vì vậy nhiệm vụ chính của
nhận tin là từ tín hiệu nhận được phải xác định được tín hiệu nào được đưa vào
đầu vào kênh, khôi phụ được tín hiệu ở điểm thu.
1.3.

Phép biến đổi tín hiệu trong hệ thống thông tin.

1.3.1.

Rời rạc hóa nguồn tin liên tục.
Muốn biến đổi nguồn tin liên tục thành rời rạc để truyền đi phải thực hiên

qua hai khâu là rời rạc hóa theo thời gian (lấy mẫu) và lượng tử hóa.
Lấy mẫu: tín hiệu rời rạc là tín hiệu có độ lớn biến thiên liên tục theo biên

độ nhưng bị gián đoạn theo thời gian. Lấy mẫu một hàm tin là thay hàm tin liên
tục bằng một hàm rời rạc là những mẫu của hàm trên lấy tại những thời điểm
gián đoạn. Yêu cầu của việc lấy mẫu là hàm thay thế phải tương đương với hàm
được thay thế.
Việc lấy mẫu phải tuân theo định lý lấy mẫu theo thời gian: “Một hàm s(t)
có phổ hữu hạn, không có thành phần tần số lớn hơn ω max có thể được thay thế
13


bằng các mẫu của nó lấy tại những thời điểm khác nhau một khoảng Δt ≤ π/
ωmax”.
Lượng tử hóa: Tín hiệu lượng tử là tín hiệu liên tục theo thời gian nhưng có
biên độ gián đoạn theo các mức có giá trị nhất định, gọi là mức lượng tử. Lượng
tử hóa tín hiệu là quá trình biến đổi tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục thành
biên độ gián đoạn theo các mức lượng tử.
Quá trình lượng tử được thể hiện bằng đặc tuyến lượng tử , là đường gãy
khúc bậc thang như hình:

Hình 1.5. Mô tả quá trình lượng tử.
Trong đó:
•

•

N- tổng số mức lượng tử.
B- độ lớn bước lượng tử:

B=

smax − smin

∆s
=
N −1
N −1

Với smax, smin là các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của tín hiệu. Δs là khoảng biến
thiên của tín hiệu.
•

vi là vạch chia mức tương ứng với ai là mức lượng tử quu ước.

•

gj là giới hạn phân chia mức lượng tử (i, j là các chỉ số)
14


1.3.2.

Mã hóa.
Mã hóa là phép biến đổi cấu trúc thống kê của nguồn, nhằm cải thiện các

chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống thông tin. Mã hóa chính là quá trình làm tương
đương (thường là thuật toán) giữa một mức lượng tử đã quy ước, mà nó nhận
được sau quá trình điều chế xung mã, với một từ mã. Phép rời rạc hóa là ví dụ
đơn giản của mã hóa.
Giải mã là quá trình ngược lại của mã hóa, tức là làm tương ứng giữa mỗi
từ mã với một lượng tử quy ước.
1.3.3.

Điều chế và giải điều chế.
Trong hệ thống thông tin, để truyền tin qua một cự ly lớn, thông tin phải

qua một phép biến đổi gọi là điều chế (Modulation). Điều chế là chuyển thông
tin thành một dạng năng lượng thích hợp với môi trường truyền, sao cho dạng
năng lượng đó ít bị tổn hao, biến dạng do tác động của tạp nhiễu.
Yêu cầu của điều chế ngoài chọn năng lượng thích hợp còn phải tùy theo
tính chất của tạp nhiễu trong kênh truyền mà xây dựng một hệ thống tín hiệu có
sự phân biệt để quả trình giải điều chế có thể nhận dạng được tín hiệu.
Phân loại điều chế thể hiện như hình:

Hình 1.6. Phân loại điều chế .
Giải điều chế là quá trình biến đổi ngược của điều chế, tín hiệu vào của bộ
giải điều chế là hỗn hợp tín hiệu điều chế và tạp nhiễu. Từ hỗn hợp tín hiệu, thiết
bị giải điều chế lọc ra thông tin dưới dạng điện áp liên tục hoặc xung điện rời rạc
giống thông tin đầu vào thiết bị điều chế với sai số nằm trong giới hạn cho phép.
15


CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ.
2.1.

Vị trí và mục đích của điều chế trong hệ thống thông tin.
Muốn truyền thông tin qua một khoảng cách nào đó thì chỉ truyền qua

khoảng cách ngắn do hạn chế về tần số và công suất. Vì vậy để truyền được tín
hiệu đi xa thì người ta phải biến đổi các tín hiệu này thành các loại tín hiệu đặc
biệt có chứa tin tức và có thể dễ dàng lan truyền được thông qua kênh truyền
dẫn. Tín hiệu này gọi là tín hiệu điều chế, quá trình biến đổi tín hiệu mang tin
tức thành tín hiệu điều chế gọi là điều chế tín hiệu.

Trong quá trình điều chế người ta thường sử dụng một tín hiệu có tần số
cao hơn tần số của tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc) và cho các thông số (biên
độ, tần số, góc pha…) của tín hiệu này thay đổi tỷ lệ với tín hiệu tin tức. Tín
hiệu này được gọi là sóng mang. Sóng mang là tín hiệu cao tần không mang tin
tức và là tín hiệu tương tự. Tín hiệu tin tức là tín hiệu tần số thấp (thường gọi là
tín hiệu âm tần).

Hình 2.1. Sơ đồ điều chế.
Tín hiệu cao tần c(t) thay đổi một thông số theo tín hiệu tin tức m(t) được
tín hiệu điều chế u(t) dễ truyền lan trên kênh truyền.
Điều chế giữ vai trò quan trong, không thể thiếu trong bất kỳ hệ thống
thông tin nào. Sở dĩ phải điều chế vì:
-

Các kênh truyền dẫn được đặc trưng bởi dải thông hạn chế, chỉ cho đi qua những
dải tần nhất định mà không làm suy hao, nhiễu một cách đáng kể. Vì thế, dùng
sóng mang siêu cao tần chuyển tín hiệu tin tức để dịch lên dải tần phù hợp với
kênh truyền, ít bị suy hao hơn.
16


-

Tần số là tài nguyên có hạn, mỗi dịch vụ vô tuyến có một bằng tần sử dụng
riêng biệt, không được lấn chiếm nhau. Quá trình điều chế giúp chuyển phổ tín
hiệu băng gốc lên băng tần thích hợp.

-

Trong thông tin vô tuyến truyền lan sóng điện từ, yêu cầu anten thu phải có kích

thước ngắn nhất, bằng 1/10 bước sóng điện từ mà nó thu. Tuy nhiên, kích thước
anten lại tỷ lệ thuận với bước sóng và tỷ lệ nghịch với tần số tín hiệu truyền, cho
lên tần số tín hiệu truyền đi phải được đẩy lên cao bằng điều chế.
Vị trí của điều chế được thể hiện như hình 2.2

Hình 2.2. Điều chế trong hệ thống thông tin.
Điều kiện điều chế:
-

Tần số sóng mang fc ≥ (8÷10)Fmax. (Fmax là tần số cực đại của tín hiệu tin tức)

17


Thông số của tín hiệu cao tần (biên độ, tần số, pha) biến đổi tỷ lệ với biên độ tín
hiệu điều chế băng gốc mà không phụ thuộc vào tần số của nó.
2.2.

Các phương pháp điều chế tương tự.

2.2.1.

Điều chế biên độ AM.
Điều chế biên độ là quá trình làm thay đổi biên độ của sóng mang cao tần

theo quy luật của tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc).
Giả sử:
Tín hiệu tin tức m(t ) = A.sin(2π ft )
Sóng mang c(t ) = B.cos(2π ft )
Trong đó: A,B lần lượt là biên độ của tín hiệu tin tức, sóng mang.

f, fc lần lượt là tần số của tín hiệu tin tức và sóng mang.
Tín hiệu điều chế biên độ AM có dạng:
u AM (t ) = [B+ A.sin(2π ft)].cos(2π f c t ) = B.[1 +

A
sin(2π f ct )] = B.[1 + m A .sin(2π f ct )]
B
.

(Với mA là hệ số điều chế biên độ)
Biểu diễn tín hiệu như sau:
tin hieu tin tuc

m(t)

0.5
0
-0.5

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

t

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0.7

0.8

0.9

1

song mang

c(t)

1
0
-1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5
t

tin hieu dieu che bien do AM
2
u(t)

-

0
-2

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5
t

0.6

Hình 2.3. Tín hiệu tin tức, sóng mang, tín hiệu điều chế AM.
18


Ta thấy đường bao biên độ của tín hiệu điều chế biên độ AM chính là dạng
của tín hiệu tin tức.
Hệ số điều chế: là giá trị quan trọng liên quan đến mức độ thay đổi biên độ
tín hiệu của sóng mang điều chế, là tỷ lệ giữa biên độ tín hiệu tin tức và biên độ
tín hiệu sóng mang điều chế.
Ký kiệu hệ số điều chế là m.

m=

A Vmax − Vmin
=

B Vmax + Vmin

Vmax, Vmin lần lượt là biên độ có giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của tín hiệu điều
chế AM.
tin hieu dieu che
3

Vmax

2

1

VM

Vmin
0

-1

-2

-3

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1
t

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Hình 2.4. Dạng sóng của tín hiệu AM với Vmax, Vmin.
Độ sâu điều chế: giá trị của hệ số điều chế dưới dạng phần trăm. Thông
thường độ sâu điều chế ≤ 100%. Nếu độ sâu điều chế quá 100% sẽ xảy ra hiện
tượng quá điều biên.
Khi hiện tượng này xảy ra, tín hiệu AM thu được sẽ vượt quá ngưỡng
không và đảo chiều. Quá điều biên này sẽ phát sinh thêm tần số mới làm bên thu
khó thu tín hiệu, gây ảnh hưởng đến các kênh khác.
Trường hợp m=0.5 tương ứng với độ sâu điều chế 50%.

19


Hình 2.5. Tín hiệu điều chế AM với m=0.5.

Trường hợp m=1 tương ứng với độ sâu điều chế 100%.

Hình 2.6. Tín hiệu điều chế AM với m=1.
Trường hợp m>1 tương ứng với độ sâu điều chế quá 100%. Lúc này, xảy ra
hiện tương quá điều biên. Tín hiệu sau điều chế bị méo.

Hình 2.7. Tín hiệu điều chế AM với m>1.
Phổ của tín hiệu điều chế AM: biểu diễn của tín hiệu này trên miền tần số.
Ta có: u AM (t ) = [ B + A.sin(2π ft )].cos(2π f ct )
A
A
= B.cos(2π f c t ) + m. .sin[2π (f c + f )t + m. .sin[2π ( f c − f )t ]
2
2
20


Từ biểu thức trên của tín hiệu AM, ta thấy có 3 thành phần:
-

Sóng mang: B.cos(2π f ct )

A
m. .sin[2π ( f c − f )t ]
2
- Biên tần dưới (LSB):

A
m. .sin[2π ( f c + f )t ]
2

- Biên tần trên (USB):

Phổ tín hiệu: m(t) là M(f), c(t) là
uAM (t) là

U AM (t ) =

C( f ) =

A
[δ ( f c − f ) + δ ( f c + f )]
2

A
mA
A
mA
δ ( fc − f ) +
( fc − f ) + ( fc + f ) +
( fc + f )
2
2
2
2

Hình 2.8. Phổ tín hiệu điều chế biên độ AM.
Băng thông của tín hiệu AM: là khoảng cách tần số chênh lệch giữa dải
biên tần trên với dải biên tần dưới, BwAM =2fmax, fmax là tần số lớn nhất của tín
hiệu tin tức.
21

Công suất tín hiệu AM: Công suất ra của tín hiệu AM:

giá trị lớn nhất

PAM max =

PAM

m2
= Pc .(1 + )
2 đạt

3
Pc
2 (Pc là công suất tín hiệu sóng mang).

Công suất trung bình của điều chế biên độ AM: bằng tổng công suất sóng
mang, công suất dải biên tần dưới và công suất dải biên tần trên.

PAMtb = Pc + PLSB + PUSB
Giải điều chế biên độ AM: khôi phục lại tín hiệu tin tức từ tín hiệu điều chế
thu được (tách sóng). Các phương pháp:
Phương pháp tách sóng đường bao:

Hình 2.9. Đường bao tín hiệu AM.
Mạch tách sóng đường bao đơn giản gồm có diode tách sóng và một mắt
lọc RC (giá trị R,C phải được chọn thích hợp để tránh méo tín hiệu). Tín hiệu
sau tách sóng là tín hiệu tin tức m’.

Hình 2.10. Mạch tách sóng đường bao dùng diode.

22


Phương pháp tách sóng biên độ đồng bộ:
U A = B.[1 + m.sin(2π ft )]

u AM (t ) = U A .cos(2π f ct )

,

là biên độ của tín hiệu điều biên được nhân với một tín

hiệu không điều chế có cùng pha, tần số để tạo ra một tín hiệu u0.
u0 = [ B0 .cos(2π f c t )].[U A .sin(2π ft )] = K 0 [1 + cos(2π .2 f ct )]

(K0 là hệ số khuếch đại của mạch nhân)
Cho tín hiệu u0 qua mạch lọc thông thấp LPF, thành phần cao tần 2f c bị loại
bỏ, ta thu được tín hiệu tin tức m’(t).

Hình 2.11. Sơ đồ khối tách sóng biên độ đồng bộ.
Điều chế AM thường ứng dụng trong truyền thanh, truyền hình.
Ưu điểm: Truyền được tín hiệu với khoảng cách xa do tín hiệu AM có thể
phát tín hiệu có bước sóng trung, dài. Thiết bị đơn giản, giá rẻ cho việc sử dụng
phổ biến.
Nhược điểm: Kích thước anten rất lớn và cồng kềnh, băng thông lớn.Nhiễu
biên độ lớn do các thành phần gây nhiễu chủ yếu tác động đến biên độ của tín
hiệu, do đó khi truyền âm thanh chất lượng sẽ kém, độ chọn lọc không cao.

2.2.2.

Điều chế tần số FM.
Điều chế tần số FM (Frequency Modulation) là quá trình ghi tín hiệu tin

tức vào sóng mang mà tần số của sóng mang cao tần thay đổi theo quy luật tin
tức.
Sóng mang khi chưa bị điều chế có dạng: c (t ) = B.cos(ωct + ϕ0 ) = B.cos ϕ (t )
Nếu tín hiệu tin tức m(t) làm thay đổi tần số ωc ta có điều chế tần số FM.

23


dϕ (t )
= ωc + k f m(t )
ϕ (t ) = ωc (t ) + k f ∫ m(t )dt
dt
suy ra

ωFM =

(kf là độ nhạy điều chế)
Tín hiệu điều chế tần số FM có dạng:

uFM (t ) = B cos(ωct + k f ∫ m(t )dt

Giữa điều chê FM và PM(điều pha) có sự tương quan như sau:

Hình 2.12. Sơ đồ khối điều chế tần số FM.
Giả sử: m(t ) = A.sin(ωt ) , c (t ) = B.cos(Ωt )

Nếu tần số của sóng mang c(t) bị biến thiên theo biên độ của tín hiệu điều
chế m(t) thì ta được tín hiệu điều chế tần số (điều tần) là uFM(t):
u FM (t ) = B.cos[θ (t )]
với θ(t) là góc pha và là một hàm của tín hiệu m(t).
Hàm xung Ω:

Ω(t ) = Ω + k f m(t )

, hàm góc:

m(t ) = A.sin(ωt ) thì θ(t) được xác định:

θ (t ) = Ω.t − (

u FM (t ) = B.cos[Ω.t − (

24

θ (t ) = ∫ Ω(t ) dt

A.k f

ω

A.k f

ω

).cos(ωt )]

).cos(ωt )

khi đó:


Message Signal
Amplitude

1
0
-1

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05 0.06
Time
Carrier Signal

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.07

0.08

0.09

0.1

0.07

0.08

0.09

0.1

0.07

0.08

0.09

0.1

Amplitude

1
0
-1

0.05 0.06
Time
FM Signal

Amplitude

1
0
-1

0.05
Time

0.06

Hình 2.13. Tín hiệu tin tức, tín hiệu sóng mang và tín hiệu điều tần.
Độ lệch tần số F(t): là một dạng sóng since điều chế:
F ( t) =

Ω(t ) Ω
=
+ k f . A sin(ωt )
2π
2ω

Giá trị của F dao động trong khoảng Fmin÷ Fmax với
Ω A.k f
Ω A.k f
−
Fmax =
+
2π
2π và
2π
2π
F − Fmin
∆F = max
2
Lúc này độ lệch tần được xác định:
Fmin =

Hệ số điều tần:

mf =

∆F
f

Phổ của tín hiệu điều tần: Dựa vào các mối quan hệ lượng giác và hệ số
điều chế mf ta có thể biểu diễn tín hiệu điều tần như sau:
uFM (t ) = B.cos[(Ω.t + cos(ωt )]
u FM (t ) = B.{cos(Ω.t ).cos[m f .cos(ωt )] − sin(Ω.t ).sin[ m f .cos(ωt )]}

Biểu diễn dưới dạng hàm Bessel ta được:
∞

u FM (t ) = B.{J 0 .m f .cos(Ω.t ) + ∑ J n .m f .[cos(Ω + nω )t + ( −1) n cos(Ω − nω ).t ]}
n =1

Biên độ tỷ lệ với hàm Bessel loại một bậc n

25