Chương 2: Điều chế tín hiệu tương tự

Tín hiệu tương tự khi truyền đi xa thì năng lượng của chúng bị suy giảm theo khoảng cách. Vì vậy, để có thể truyền tín hiệu đi xa và thích hợp với các dạng kênh truyền khác nhau cần phải thực hiện quá trình điều chế tín hiệu. Trong chương trình này, chỉ nghiên cứu nguyên lý của các tín hiệu điều chế tương tự và hàm phổ của chúng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 2: Điều chế tín hiệu tương tự NGUYÊN LÝ TRUYỀN THÔNG Thạc sĩ. VÕ KHIẾM TRUNG TÂM ỨNG DỤNG KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ & TIN HỌC LÂM ĐỒNG Email: vokhiemkh@yahoo.com Phone: 063. 501778 - 0913173367 Chương 2: ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ Tín hiệu tương tự khi truyền đi xa thì năng lượng của chúng bị suy giảm theo khoảng cách. Vì vậy, để có thể truyền tín hiệu đi xa và thích hợp với các dạng kênh truyền khác nhau cần phải thực hiện quá trình điều chế tín hiệu. Trong chương trình này, chỉ nghiên cứu nguyên lý của các tín hiệu điều chế tương tự và hàm phổ của chúng. Các sơ đồ điều chế chỉ trình bày dưới dạng nguyên lý. Các vấn đề giải pháp kỹ thuật, sơ đồ mạch điện cụ thể, sẽ được nghiên cứu kỹ hơn ở giáo trình Mạch điện tử thông tin. I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỀU CHẾ Điều chế là quá trình biến đổi dạng tín hiệu sóng mang (carrier) tuân theo một đặc trưng nào đó của tín hiệu đều chế ( tin tức ) cần truyền đi nhằm tạo ra một tín hiệu chứa nội dung tin tức nhưng có dạng thức phù hợp, có thể lan truyền trong môi trường. Để điều chế tín hiệu, cần phải có hai thành phần: - Tín hiệu đem điều chế, chứa tin tức, thường được kí hiệu là s(t) (hay x(t), w(t), m(t),..., tuỳ hoàn cảnh). s(t) = Uscos2πfst - Sóng mang (carrier ), còn gọi là dao động tải tin, ký hiệu là Uc(t) hay Xc(t)…. Đó là dao động tần số cao, thường dưới dạng điện thế hay dòng điện, như sau: Uc(t) = Uocos(2πfct + θ) CÁC KIỂU ĐIỀU CHẾ Uc(t) được đặc trưng bởi ba tham số là: biên độ, tần số, pha tức thời. Nói các khác: điều chế là ghi tín hiệu vào một trong các tham số của dao động mang, làm cho các tham số này bị thay đổi theo quy luật của tin tức. - Nếu ghi tín hiệu vào biên độ của dao động mang, làm cho biên độ thay đổi theo quy luật của tin tức. Ta có tín hiệu điều chế biên độ. - Nếu ghi tín hiệu vào tần số của dao động mang, thì tần số dao động mang thay đổi theo quy luật của tin tức. Ta có tín hiệu điều chế tần số. - Nếu ghi tín hiệu vào pha tức thời của dao động mang, thì pha tức thời bên cạnh sự thay đổi đều đặn theo thời gian, sẽ thay đổi theo quy luật của tin tức. Ta có tín hiệu điều chế pha. - Nếu ghi tín hiệu đồng thời vào hai tham số (biên độ và pha) của dao động mang, chúng ta có tín hiệu điều chế hỗn hợp. II. ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ AM (Amplitude Modulation )  1. Điều chế biên độ song biên Tin tức s(t) và sóng mang uc(t) biểu diễn như sau: s(t) = Uscos2πFt uc(t) = Uocos(2πfct + θ) Tín hiệu điều chế AM (theo phép cộng) có dạng: uAM(t) = [U0 + s(t)]cos(2πfct + θ) uAM(t) = [U0 + Us.cos2πFt].cos(2πfct + θ) = U0 [1+Us/U0.cos2πFt].cos(2πfct + θ) Đặt m = Us/U0 là độ sâu điều chế uAM(t) = U0[1 + m.cos2πFt].cos(2πfct + θ) uAM(t) = [U0 + m.U0cos2πFt].cos(2πfct + θ) Tín hiệu AM theo độ sâu điều chế m mU 0 mU 0 = U 0 cos(2πf ct + θ ) + cos[2π ( f c + F )t + θ ] + cos[2π ( f c − F )t + θ ] 2 2 Phổ biên độ - tần số tín hiệu AM đơn âm uAM(t) = [U0 + m.U0cos2πFt].cos(2πfct + θ)   Chúng ta có thể triển khai biểu thức như sau: uAM(t) = U0cos(2πfct + θ) + mU0cos(2πfct + θ). cos(2πFt) = U 0 cos(2πf c t + θ ) mU 0 + cos[2π ( f c + F )t + θ ] 2 mU 0 + cos[2π ( f c − F )t + θ ] 2 - Thành phần (1) biên độ U0, còn tần số sóng mang fc ; - Thành phần (2) biên độ mU0/2, còn tần số biên trên là (fc+F); - Thành phần (3) biên độ mU0/2, còn tần số biên dưới là (fc-F). Phổ tín hiệu AM Phổ biên độ - tần số tín hiệu AM Công suất các thành phần tần phổ - Công suất của thành phần sóng mang: Pc = U20 - Công suất của thành phần biên: Pb = (mU0/2)2 - Công suất toàn bộ tín hiệu AM : PAM = Pc + 2Pb = Pc [ 1 + m2/2] Điều chế AM, công suất thành phần sóng mang chiếm phần lớn. m = 1, thì 66% công suất dành cho sóng mang, chỉ 17% công suất để tải thông tin (một dải biên). m < 1, công suất để tải thông tin còn giảm hơn nữa, m = ½, thì gần 90% công suất cho sóng mang, hơn 5% công suất của tín hiệu để tải thông tin. m > 1, công suất thành phần sóng mang giảm đi. Nhưng độ rộng phổ tín hiệu AM tăng lên nhiều lần, Wm>1 = 6B = 3WmPhổ biên độ - tần số tín hiệu AM đa âm 2. Điều chế biên độ triệt sóng mang DSB – SC (Double SideBand Supperssed Carrier ). Điều chế AM có nhược điểm là lãng phí công suất phát cho sóng mang mà không chứa đựng thông tin. Trong ứng dụng, ta loại bỏ sóng mang trong tín hiệu điều chế, phương pháp này gọi là điều chế triệt sóng mang DSB – SC Tín hiệu AM có hai dải biên tần với sóng mang bị triệt, được tạo ra bằng cách nhân tín hiệu đem điều chế s(t) với sóng mang Uc(t), có dạng như sau: uDSB-SC(t) = s(t).U0 cos(2πfct + θ) Tín hiệu DSB – SC, do không có thành phần sóng mang nên toàn bộ công suất của tín hiệu dùng để tải thông tin (mỗi dải biên 50%). Tuy nhiên, khi nhận lại tín hiệu điều chế ở máy thu phải sử dụng mạch giải điều chế tích, nên giá thành sẽ cao hơn nhiều so với mạch tách sóng đường bao biên độ AM. Phổ biên độ - tần số tín hiệu DSB- SC   uDSB-SC(t) = s(t).U0 cos(2πfct + θ) Biểu thức này có thể viết lại đơn giản như sau:  uDSB-SC(t) = U0Uscos(2πFt) x cos(2πfct + θ) Chúng ta triển khai tiếp như sau: u (t) = Acos[2π(fc + F)t + θ] ...