Bài giảng Hệ thống viễn thông: Chương 4 - Trương Thu Hương

Chương
 4:
 Hệ
 thống
 AM-­‐FM
 
Giảng
 viên:
 Trương
 Thu
 Hương
 
Email:
 
 

 


Đầu
 ra
 của
 chương
 
•  Truyền
 sóng
 
•  Điều
 biên
 –
 AM

 

•  Điều
 tần
 -­‐
 FM
 

2


Tài liệu tham khảo
•  Telecommunication Circuit Design, Patrick D.
van der Puije, 2002
•  Fundamentals of communication systems,
John Proakis, Prentice Hall 2005
•  Wikipedia
•  Google

3


Giới
 thiệu
 
•  Rất
 nhiều
 nguồn
 thông
 Rn

 tạo
 ra
 Tn
 hiệu
 
tương
 tự
 
–  Ví
 dụ:
 Rếng
 nói,
 âm
 nhạc,
 ảnh
 và
 video
 

•  Tuy
 xu
 hướng
 chung
 là
 truyền
 dẫn
 số,
 truyền
 
dẫn

 Tn
 hiệu
 tương
 tự
 vẫn
 là
 đáng
 kể
 
–  Ví
 dụ:
 phát
 thanh
 truyền
 hình
 quảng
 bá.
 


Hệ thống AM ( Amplitude Modulation)
•  Khái niệm
–  Công thức, chi tiết điều chế, dạng sóng, dải tần số

•  Phân loại
•  Ứng dụng:
–  Truyền dữ liệu AM, phát quảng bá AM

5

AM – Dải tần số
•  Việc cấp phát thanh AM được chi phối bởi các điểu lệ về sóng
vô tuyến của ITU, và tại cấp quốc gia thì bởi đơn vị quản lý
viễn thông của quốc gia đó.
•  Sóng dài là sóng tại 153–279 kHz; trong lịch sử các tần số cao
413 kHz được sử dụng, nhưng hiện tại, không có nhà phát
thanh LW nào phát trên 279 kHz.
•  Sóng trung : 520–1,610 kHz. Ở châu Mỹ, (ITU region 2) sử
dụng độ phân kênh 10 kHz; nơi khác 9 kHz.
•  Sóng ngắn: 2,300–26,100 kHz, chia thành 15 dải phát quảng
bá. Phát quảng bá bằng sóng ngắn nhìn chung sử dụng độ
phân kênh ( channel spacing) 5 kHz.
•  Các tần số khác
6


AM – Phân loại
•  double-sideband suppressed carrier (DSB-SC)
•  double side band amplitude modulation (DSBAM).
•  double-sideband reduced carrier (DSBRC)
•  single side band with compressed carrier
•  single side band


Điều chế
•  Tín hiệu bản tin tương tự: m(t)
–  Tín hiệu thông thấp có băng thông W:
 M(f)
 =

 0
 với
 |f|
 >W
 
•  m(t)
 được
 truyền
 đi
 trên
 kênh
 thông
 Rn
 bằng
 cách
 ấn
 vào
 Tn
 
hiệu
 sóng
 mang
 c(t)
 

 
 
 c(t)
 =
 Accos(2πfct

 +
 Φc)
 
Trong
 đó:
 
Ac:
 Biên
 độ
 sóng
 mang
 
fc:
 Tần
 số
 sóng
 mang
 
Φc:
 pha
 của
 sóng
 mang
 
•  Điều
 chế
 chuyển
 Tn
 hiệu
 gốc

 m(t)
 từ
 thông
 thấp
 sang
 thông
 
dải,
 xung
 quanh
 tần
 số
 sóng
 mang
 fc
 

8


Điều biên truyền thống
•  Dòng sóng mang : c(t)
 =
 Accos(2πfct)
 
 
•  Tín hiệu bản tin: m(t) = M× cos(2πfmt)
 
 
•  Sóng mang được điều biên: u(t)= Ac

 [1+
 m(t)]cos(2πfct)
 

 
Tín hiệu điều biên có thể được biểu diễn:
u(t)= Ac
 [1+
 M
 × cos(2πfmt)]
 cos(2πfct)
 
 
Ta có:
M ! Ac #
u(t) = Ac cos2! fc t +
$cos2! ( fc " fm ) t + cos2! ( fc + fm ) t %&
2
Thành
 phần
 sóng
 mang
 

Thành
 phần
 băng
 cạnh
 trên
 

(Tn
 hiệu
 DSB-­‐AM)
 

9


AM – Dạng sóng
M
 

Sóng
 mang
 

 chưa
 điều
 chế
 

Tần
 số
 đường
 bao
 fm
 

Sóng
 mang

 
 
được
 điều
 chế
 

Tín
 hiệu
 sóng
 mang
 
Tần
 số
 
 fc
 

•  Sóng
 được
 điều
 biên:
 tần
 số
 sóng
 mang
 vẫn
 hình
 sin
 với

 fc
 
trong
 khi
 đường
 bao
 thay
 đổi
 theo
 tần
 số
 fm.
 
 
10


Phổ của tín hiệu điều biên
! MAc
#
! MAc
#
U ( f ) = F !" Ac cos ( 2! fc t )#$ + F &
cos ( 2! ( fc % fm ) t )' + F &
cos ( 2! ( fc + fm ) t )'
" 2
$
" 2
$
A

= c !"! ( f % fc ) + ! ( f + fc )#$
2
+

M ( Ac !
"! ( f % fc + fm ) + ! ( f + fc % fm )#$
4

+

M ( Ac !
"! ( f % fc % fm ) + ! ( f + fc + fm )#$
4

Sóng
 mang
 
Tần
 số
 cạnh
 
dưới
 

-­‐fc
 -­‐
 fm
 

Tần

 số
 
cạnh
 trên
 

-­‐fc
 

-­‐fc
 +
 fm
 

|U
(f)|
 

M ! Ac
4

fc
 -­‐
 fm
 

M ! Ac
2

fc

 

M ! Ac
4

fc
 +
 fm
 

11


Công
 suất
 của
 Tn
 hiệu
 AM
 
•  a:
 hệ
 số
 điều
 chế
 
 -­‐
 đo
 sự
 thay

 đổi
 của
 biên
 độ
 xung
 quanh
 1
 
sóng
 mang
 chưa
 điều
 chế
 
•  Có
 thể
 biểu
 diễn
 m(t)
 như
 sau:
 

 
 m(t)
 =
 a
 .
 mn(t)
 

 Trong
 đó
 mn(t)
 là
 hàm
 chuẩn
 hóa
 sao
 cho
 
 

 
 
 max|mn(t)|=1
 
•  Công
 thức
 trên
 được
 thực
 hiện
 bằng
 cách
 dùng:
 
m (t )
mn (t ) =
max m (t )

•  Tín
 hiệu
 điều
 chế
 có
 thể
 được
 biểu
 diễn:
 

u (t ) = Ac !"1+ a • mn (t )#$ cos ( 2! fc t )


m(t)
 
SAM(t)
 
SAM(t)
 

Quá
 điều
 biên
 (a>1)
 


Công

 suất
 Tn
 hiệu
 
•  Công
 suất
 Tn
 hiệu
 bản
 Rn
 
T /2

2

1
Pm = lim & !"1+ am n (t )#$ dt
T!" T
%T /2
mn(t)
 không
 chứa
 thành
 
phần
 1
 chiều
 

1 T /2 !

= lim & "1+ a 2 mn2 (t )#$dt
T'( T
%T /2
= 1+ a 2 Pmn

n 

Công
 suất
 Tn
 hiệu
 điều
 chế
 
Ac2 Ac2 2
Pu =
+
a Pmn
2
2
Công
 suất
 sóng
 mang
 

Công
 suất
 bản
 Rn

 


Phổ
 Tn
 hiệu
 điều
 biên
 
 

Phổ tần số của sóng AM khi tín hiệu dùng để điểu chế
dạng một tần số bị thay thế bằng một dải tần số âm thanh
15


FM
•  Khái niệm
–  Công thức, chi tiết về điều chế, dạng sóng, dải tần
số

•  Phân loại
•  Sơ đồ khối
•  Ứng dụng:
–  Truyền tin FM, phát quảng bá FM

16


FM

 –
 Dải
 tần
 
•  Có thể truyền FM trên bất cứ tần số nào
•  Dải sóng FM thường được hiểu là dải sóng phát thanh
quảng bá FM II
•  Dải phát quảng bá trên thế giới
–  Quanh thế giới, dải quảng bá từ 87.5 tới 108.0 MHz.
–  Ở Mỹ: 87.9 to 107.9 MHz.
–  Nhật là trường hợp ngoại lệ duy nhất, dải 76 tới 90
MHz
–  Tại Liên Xô cũ, và tại một số quốc gia khối phía đông
có sử dụng một dải phụ là từ 65.9 tới 74 MHz.
17


Ứng
 dụng
 

•  Thườn được dùng tại các tần số vô tuyến VHF cho dịch vụ
phát thanh quảng bá âm nhạc và tiếng nói có chất lượng cao
HIFI Analog TV sound is broadcast using FM.
•  Dạng băng hẹp được dùng cho liên lạc thoại trên các sóng phát
thanh thương mại và nghiệp dư (radio settings
•  Tại vô tuyến hai chiều, FM băng hẹp (N-FM) được dùng để
lưu giữ băng thông.
•  FM cũng được dùng tại các tần số trung gian bởi các hệ thống
VCR tương tự, bao hồm VHS

•  FM cũng được dùng tại tần số âm thanh để tổng hợp âm tiếng
động/âm thanh. Kỹ thuật này gọi là tổng hợp FM là đặc tính
chuẩn cho một vài card âm thanh của một số thế hệ máy tính
cá nhân

18


FM - Điều tần
•  FM: dạng điều chế biểu diễn thông tin như biến thiên về
tần số tức thời của sóng mang
•  Giả sử tín hiệu cần truyền là:
biên độ bị giới hạn

m (t ) = a cos ( 2! fm t )

•  Sóng mang hình sin:

c (t ) = Ac cos ( 2! fc t )

m (t ) ! 1

trong đó:
fc là tần số cơ bản của sóng mang tính bằng hertz
Ac là biên độ bất kì.
19


FM - Điều tần
•  Sóng mang được điều chế bởi tín hiệu như sau:

u (t ) = Ac cos ( 2! fc t + ! (t ))
•  Tần số tức thời của tín hiệu điều tần:

1 d
fi (t ) = fc +
! (t )
2! dt
•  Độ lệch tần số tức thời tỉ lệ thuận với tín hiệu bản tin

1 d
!f = fi (t ) ! fc =
! (t ) = k f m (t )
2! dt
•  Trong đó: kf_là hằng số độ lệch tần số
20


FM - Điều tần
•  Suy ra:
t

! (t ) = 2! k f

$ m (t ) dt

"#

!fmax = k f max m (t )
•  Tín hiệu điều tần biểu diễn như sau:

"
u (t ) = Ac cos $ 2!
#

t

!
0

t
%
"
%
fi (t ) dt ' = Ac cos $ 2! ! () fc + k f m (t )*+ dt '
&
# 0
&

21


FM – dạng sóng

Sóng được điều tần: tần số sóng mang thay đổi khi tín hiệu
thay đổi.
22