kha hht02 am

1

Điều chế biên độChương 2

Click to edit Master subtitle styleHa Hoang Kha, Ph.D.Ho Chi Minh City University of TechnologyEmail: [email protected]

ộ(Amplitude Modulation)

Nội dung

1) Giới thiệu2) Điều chế Biên độ

‐ DSB‐ AM‐ SSB‐ VSB

2

[1] B. P. Lathi, Modern Digital and Analog Communication Systems, Oxford University Press, 2008. (Chapter 4)

Tài liệu tham khảo:

Điều Chế Biiên Độ H. H. Kha, Ph.D

2

1. Giới thiệu

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

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

Tín hiệu dải nền có công suất tập trung ở tần số thấpệu dả ề có cô g suấ ập u g ở ầ số ấpnên không thể truyền qua kênh vô tuyến, nhưng có thểtruyền qua đôi dây dẫn, cáp đồng trục và cáp quang.

Điều Chế Biiên Độ 3 H. H. Kha, Ph.D

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

Điều chế dịch tín hiệu lên tần số cao để antenna bức xạ

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

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

Có 3 loại điều chế cơ bản: điều chế biên độ (AM: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)

4Điều Chế Biiên Độ H. H. Kha, Ph.D

3

2. Điều chế biên độ

cc fπω 2=

Nhắc lại một số công thức:

ttx cωcos)( = )(21)(

21

cc ffff −++ δδ

)2cos()()( tftmtx cπ= )(21)(

21)( cc ffMffMfX −++=

Fourier

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


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

Sóng mang:

)(tmTín hiệu dải nền (tín hiệu tin tức):

ttx cc ωcos)( =Điều chế hai dải bên triệt sóng mang: biên độ tức thờicủa tín hiệu điều chế tỷ lệ với tín hiệu tin tức.

ttmtx cSCDSB ωcos)()( =−Double‐SideBand Suppressed Carrier


4

2AM(f)

)]()([21cos)( ccc ffMffMttm −++⇔ω

ffM‐fM

XDSB_SC(f)

LSB: Lower Sideband, USB: Upper Sideband

ffc‐fcfc +fMfc ‐fM‐fc +fM


Để tránh chồng phổ Mc ff ≥

Trong các ứng dụng quãng bá, một antenna chỉ có thểbức xạmột 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 /


5

Giải Điều chế DSB‐SCQuá trình khôi phục tín hiệu tin tức từ tín hiệu điều chế được gọi là giải điều chế.

]2cos)()([21cos)(cos)()( 2 ttmtmttmttxte cccSCDSB ωωω +=== −

11

f2fc‐2fc9

)]2()2([41)(

21)( cc ffMffMfMfE −+++=

Điều Chế Biiên Độ H. H. Kha, Ph.D

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


6

Bộ điều chế nhân: sử dụng bộ nhân tín hiệu tương tựđể nhân m(t) với cosωct. (khó thực hiện và không kinhtế)ộ điề hế hi ế ử d li h kiệ hi ế h

Các bộ điều chế DSB‐SC

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

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

ttbmtamtz cωcos)()(2)( += single balanced modulator

‐


f

Bộ điều chế chuyển mạch

fcfc

)5cos513cos

31(cos2

21)( −+−+= ttttw ccc ωωω

π

Tc=2π/ωc

)5cos)(513cos)(

31cos)((2)(

21)()( −+−+= ttmttmttmtmtwtm ccc ωωω

π12Điều Chế Biiên Độ H. H. Kha, Ph.D

7

2.2. Điều chế biên độ AMDSB‐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 hiệuđiều chế.

ttmAttmtAtx cccAM ωωω cos)]([cos)(cos)( +=+=

1 A )]()([2

)]()([21)( ccccAM ffffAffMffMfX −+++−++= δδ



8

Hệ số điều chế , với mp là biên độ đỉnh của m(t), nghĩa là m(t)≥ ‐mp.

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

Amp=μ

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

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

Công suất sóng mang:

Công suất dải bên:2

2APc =)(2 tmPs =

cs

s

PPP+

=η

ô g suấ dả bê

Hiệu suất:2s

Khi tAtm mωμ cos)( = %33max =η


Mạch điều chế AM)()()( 2 tbvtavtv ininout +=Phần tử phi tuyến diode

tbmtcatamtv cbb ω 2' )(cos)()( ++=

tbttcbm cc ωω 2coscos)(2 ++

ttcbmtcatv cco ωω cos)(2cos)( +=16Điều Chế Biiên Độ H. H. Kha, Ph.D

9

Giải điều chế AMTách đường bao:

RC nên lớn so với 1/ωc, nhưng nên nhỏ so với 1/2πfM17Điều Chế Biiên Độ H. H. Kha, Ph.D

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 trựcgiao (phase quadrature) để truyền 2 tín hiệu DSB.

ttmttmtx ccQAM ωω sin)(cos)()( 21 +=

)(txQAM


10

2.3. QAM (Quadrature AM)Hai tín hiệu, mỗi tín hiệu băng tần fM Hz có thể đượcphát đồng thời qua băng thông 2fM sử dụng DSB vàghép kênh trực giao.Kênh trên được gọi là kênh I‐phase và kênh dưới gọi làkênh trực pha Q (Quadrature).

)(txQAM

ttmttmtmtx cc ωω 2sin)(2cos)()()( 2211 ++=19Điều Chế Biiên Độ H. H. Kha, Ph.D

Giả sử sóng mang bên thu là:

)cos(2 θω +tc )( c

Tìm tín hiệu giải điều chế ?

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


11

2.4. AM‐SSB (Single Sideband)M(f)

f

f

fc

fcfc

f

f

fc

fc

‐fc

‐fc


2.4. AM‐SSB (Single Sideband)M(f)

M+(f)

M‐(f)

+( )

M+(f‐fc)M‐(f+fc)

M‐(f‐fc)

M+(f+fc)


12

2.4. AM‐SSB (Single Sideband)

, phổ không đối xứng qua 0 tín hiệutrong miền thời gian là phức.

| ( ) |M f+ | ( ) |M f−

, đối xứng vơí nhau tín hiệu trong miềnthời gian là liên hợp phức cuả nhau.

| ( ) |M f+ | ( ) |M f−

)()()( tmtmtm =+ −+

)]()([21)( tjmtmtm h+=+ 2

)]()([21)( tjmtmtm h−=−

Xác định mh ?


2.4. AM‐SSB (Single Sideband)( ) ( ) ( )M f M f u f+ =

1 1 1( ) ( )[1 sgn( )] ( ) ( )sgn( )2 2 2

M f M f f M f M f f+ = + = +2 2 2

( ) ( )sgn( )hM f jM f f= −t

tmtmh π1*)()( =

Bộ biến đổi Hilbert /2

/2

0( ) sgn( )

0

j

j

e fH f j f

e f

π

π

−⎧ >= − = ⎨

<⎩

làm trễ pha π/2

)sin()(cos)()( ttmttmtx chcSSB ωω ∓=Tín hiệu SSB

dấu – cho USB và + cho LSB 24Điều Chế Biiên Độ H. H. Kha, Ph.D

13

Tạo tín hiệu AM‐SSBPhương pháp lọc: cho tín hiệu DSB‐SC qua bộ lọc cótính chọn lọc tần số cao để loại bỏ sideband khôngmong muốn. Phương 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.

11 ]2sin)(2cos)([21)(

21cos)( ttmttmtmttx chccSSB ωωω ∓+=

f2fc‐2fc


14

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 cópháp 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 nhưngbề rộng phổ tín hiệu gấp đôi.ộ g p ệ g p

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


2.5. VSB (Vestigial Side band)M(f)

fM‐fM

fc‐fc

XDSB(f)

XSSB(f)

f

28

fc

fc‐fc

‐fc

XVSB(f)


15

Bộ lọc một dải bên và nén dải bên khác.

( ) [ ( ) ( )] ( )VSB c c iX f M f f M f f H f= + + −

( ) 2 ( ) cos 2 [ ( ) ( )]VSB c VSB c VSB ce t x t f t X f f X f fπ= ⇔ + + −

0( ) [ ( ) ( )] ( )VSB c VSB cM f X f f X f f H f= + + −Phổ ngõ ra


Để khôi phục lại tín hiệu dải nền:

BH 2||1)( ≤ BHH

Hcici

πωωωωω

ω 2||,)()(

)(0 ≤−++

=


16

2.6. Bộ thu thanh AM

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


Bài tập

Bài tập 1 (Lathi Book: 4.2.1)


17

Bài tập



Bài tập



18

Bài tập

Bài tập (Lathi Book: 4.8.1 và 4.8.2)


kha hht02 am

Documents