Chương 2Điều chế biên độ

(Amplitude Modulation)

Ha Hoang Khahhkha@hcmut.edu.vn

2

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

- 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.

1. Giới thiệu

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.

3

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

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

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

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)

4

2. Điều chế biên độ

ttx ccos)( )(2

1)(

2

1cc ffff

cc f 2

)2cos()()( tftmtx c )(2

1)(

2

1)( cc ffMffMfX

Nhắc lại một số công thức:

Fourier

Điều 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.

5

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

Sóng mang:

)(tm Tín hiệu dải nền (tín hiệu tin tức):

ttx cc cos)( Điều chế hai dải bên triệt sóng mang: biên độ tức thời

của tín hiệu điều chế tỷ lệ với tín hiệu tin tức.

ttmtx cSCDSB cos)()(

Double-SideBand Suppressed Carrier

6LSB: Lower Sideband, USB: Uper Sideband

f

f

fc-fc

fM-fM

fc +fMfc -fM

2AM(f)

XDSB_SC(f)

-fc +fM

)]()([2

1cos)( ccc ffMffMttm

7

Để tránh chồng phổ Mc ff

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

Mc ff - Phát thanh AM, B=5KHz và sóng mang có tần số từ 550KHz đến 1600KHz, do đó

trong tầm từ 100 đến 300.

Mc ff /

8

Giải Điều chế DSB-SC

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

]2cos)()([2

1cos)(cos)()( 2 ttmtmttmttxte cccSCDSB

)]2()2([4

1)(

2

1)( cc ffMffMfMfE

f2fc-2fc

9

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)

10

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

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

Các bộ điều chế DSB-SC

)()()( 2 tbxtaxty Giả sử đặc tính phi tuyến:

ttbmtamtz ccos)()(2)( single balanced modulator

-

11

f

fcfc

Bộ điều chế chuyển mạch

)5cos5

13cos

3

1(cos

2

2

1)( ttttw ccc

)5cos)(5

13cos)(

3

1cos)((

2)(

2

1)()( ttmttmttmtmtwtm ccc

Tc=2/c

12

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.

ttmAttmtAtx cccAM cos)]([cos)(cos)(

)]()([2

)]()([2

1)( ccccAM ffff

AffMffMfX

13

14

Hệ số điều chế

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

cs

s

PP

P

Khi , có thể dùng kỹ thuật tách đường bao. 1

Công suất sóng mang:

Công suất dải bên:

Hiệu suất:

2

2APc

2

)(2 tmPc

A

mp

Khi tAtm m cos)( %33max

15

Mạch điều chế AM

)()()( 2 tbvtavtv ininout Phần tử phi tuyến diode

tbttcbm

tbmtcatamtv

cc

cbb

2

2'

coscos)(2

)(cos)()(

ttcbmtcatv cco cos)(2cos)(

16

Giải điều chế AM

Tách đường bao:

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

17

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.

ttmttmtx ccQAM sin)(cos)()( 21

)(txQAM

18

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.

ttmttmtmtx cc 2sin)(2cos)()()( 2211

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

)(txQAM

19

Giả sử sóng mang bên thu là:

)cos(2 tc

Tìm tín hiệu giải điều chế ?

Sự 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.

20

2.4. AM-SSB (Single Sideband)

M(f)

f

f

f

f

fc

fc

fc

fc

fc

-fc

-fc

21

2.4. AM-SSB (Single Sideband)

M-(f)

M(f)

M+(f)

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

M-(f-fc)

M+(f+fc)

22

2.4. AM-SSB (Single Sideband)

, 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 |)(| M

)()()( tmtmtm

)]()([2

1)( tjmtmtm h

)]()([2

1)( tjmtmtm h

Xác định mh ?

23

2.4. AM-SSB (Single Sideband)

)()()( uMM

)sgn()(2

1)(

2

1)]sgn(1)[(

2

1)( MMMM

)sgn()()( jMM h t

tmmh 1

*)()(

Bộ biến đổi Hilbert

0

0)sgn()(

2/

2/

j

j

e

ejH

làm trễ pha /2

)sin()(cos)()( ttmttmtx chcSSB

Tín hiệu SSB

dấu – cho USB và + cho LSB

24

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 pháp dịch pha:

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

25

Giải điều chế SSB-SC

SSB-SC có thể dùng giải điều chế kết hợp.

]2sin)(2cos)([2

1)(

2

1cos)( ttmttmtmttx chccSSB

f2fc-2fc

26

2.5. VSB (Vestigial Side band) VSB: điều chế biên độ triệt một phần dải bên. SSB có bề rộng phổ nhỏ nhưng khó thực hiện. Phương pháp lọc chọn tần số yêu cầu

phổ tín hiệu dải nền có biên độ không đáng kể ở DC và ở tần số gần 0: Phương pháp dịch pha không thể thực hiện chính xác.

DSB được thực hiện dễ hơn SSB nhưng yều cầu nhưng bề rộng phổ tín hiệu gấp đôi.

VSB dung hoà giữa SSB và DSB. VSB tương đối dễ thực hiện và băng tần khoảng 25% lớn hơn của SSB.

27

2.5. VSB (Vestigial Side band)

M(f)

fM-fM

fc-fc

XDSB(f)

XSSB(f)

fc

fc-fc

-fc

XVSB(f)

28

Bộ lọc một dải bên và nén dải bên khác.

)()]()([)( iccVSB HMMX

)]()([cos)(2)( cVSBcVSBcVSB XXttxte

)()]()([)( 0 HXXM cVSBcVSB

Phổ ngõ ra

29

Để khôi phục lại tín hiệu dải nền:

BHH

Hcici

2||,)()(

1)(0

30

2.6. Bộ thu thanh AM

IF: intermediate-frequency fIF=455KHz, fc=1000KHz