ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
KỸ THUẬT HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

KỸ THUẬT GHÉP KÊNH/PHÂN
KÊNH FDM

Người hướng dẫn: ThS. ĐẶNG NGỌC HẠNH
Người thực hiện: Trương Hoàng Minh - 1914185
Đàm Tuấn Việt Vương - 1915996
Liêu Vinh Huy - 2011267
Nguyễn Thị Thủy Tiên - 2011267


THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022


PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN
STT

1
2
3
4

Họ và tên thành viên
Trương Hoàng Minh
Đàm Tuấn Việt Vương

Liêu Vinh Huy
Nguyễn Thị Thủy Tiên

Nhiệm vụ thực hiện

Python
Lý thuyết AM, lý thuyết DSB
Python
Lý thuyết FDM, lý thuyết SNR,
tổng hợp báo cáo

Kết quả (%)

ĐÁNH GIÁ CHÉO
Tổng điểm đánh giá là 100%
Người đánh
giá
TV1
TV2
TV3
TV4
TV5

TV1

TV2

TV3

TV4


TV5

70

10

5

5

10
0
0
0


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IV
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

V

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VI
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ

1


1.2

LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

1

CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH/KỸ THUẬT [ĐỀ TÀI] 3
2.1

MƠ HÌNH MƠ PHỎNG

3

2.2

THƠNG SỐ MƠ PHỎNG 3

2.3

THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ 3

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT 4
3.1

PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT 4

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN 5
TÀI LIỆU THAM KHẢO


6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 1-1: MỘT SỐ MƠ HÌNH MÁY BAY PHỔ BIẾN CÁNH CỐ ĐỊNH (BÊN
TRÁI) VÀ MÁY BAY CÁNH QUAY (BÊN PHẢI).........................................................1


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG 1-1: SO SÁNH FDM VÀ TDM


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AM

Amplitude modulation

DSB

Double sideband suppressed carrier modulation

DSL

Digital Subscriber Line

FDM

Frequency-division multiplexing


SNR

Signal to Noise Ratio

SSB

Single sideband modulation

VDSL

Very High Bit Rate Digital Subscriber Line

VSB

Vestigial sideband modulation

BB

Baseband


Bài tập lớn KTHTVT Trang 1/26

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
A. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ghép kênh là kỹ thuật rất quan trọng trong các hệ thống thơng tin hiện đại. Có
nhiều phương pháp ghép kênh được phát minh và đưa vào ứng dụng. Tùy
dạng thông tin gốc, môi trường truyền, quy mơ của hệ thống thơng tin người
ta có thể sử dụng một trong nhiều phương pháp ghép kênh hoặc có thể sử
dụng phối hợp các phương pháp ghép kênh để truyền thơng tin từ nguồn đến

đích.
Trước khi đi vào phần ghép kênh, ta cần nắm rõ những lý thuyết sau:
B. LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
I.

KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ AM

Điều chế là q trình biến đổi một trong các thơng số sóng mang cao tần (biên
độ hoặc tần số, hoặc pha) tỷ lệ với tín hiều điều chế băng gốc (BB - baseband)
Mục đích của việc điều chế:
 Đối với một anten, bức xạ năng lượng của tín hiệu cao tần có hiệu quả khi
bước sóng của nó (tương ứng cũng là tần số) cùng bậc với kích thước vật lý
của anten.
 Tín hiệu cao tần ít bị suy hao khi truyền đi trong khơng gian
 Mỗi dịch vụ vơ tuyến có một băng tần (kênh) riêng biệt. Quá trình điều chế
giúp chuyển phổ của tín hiệu băng gốc lên các băng tần thích hợp.
Điều kiện điều chế :
 Tần số sóng mang cao tần fC  (810) fmax, trong đó fmax tần số cực đại
tín hiệu điều chế BB.
 Thơng số sóng mang cao tần (hoặc biên độ, hoặc tần số, hoặc pha) biến đổi
tỷ lệ với biên độ tín hiệu điều chế BB mà không phụ thuộc vào tần số của nó
 Biên độ sóng mang cao tần V > Vm (bien độ tín hiệu điều chế BB)
Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 2/26

1. Định nghĩa

Điều chế biên độ là kỹ thuật thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang theo
biên độ của tín hiệu thơng tin cần gửi đi, hay nói cách khác là điều chế sóng
mang bằng biên độ theo tín hiệu mang tin. Ví dụ, thay đổi cường độ tín hiệu
có thể được dùng để phản ánh các âm thanh được tái tạo lại bởi một người
nói, hoặc để xác định độ chói của các điểm ảnh truyền hình.
Ví dụ: Ta có tín hiệu:

Hình 1.1: Đường bao cao tần AM lặp lại dạng tín hiệu điều chế

2. Biểu thức tốn học
Tín hiệu điều chế:
Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 3/26

Tín hiệu sóng mang:
Trong đó:
và

: lần lượt là biên độ của tín hiệu điều chế và tín hiệu sóng mang.

Khi đó, phương trình của sóng điều biến biên độ sẽ là:

Với

. Đề điều chế không méo thì


Trong trường hợp tổng quát:

Trong trường hợp m(t) là tổng các tín hiệu sin đơn tần:

3. Băng thơng của sóng AM
Băng thơng (BW) là hiệu số giữa tần số cao nhất và thấp nhất của tín hiệu.
Băng thơng cần thiết cho sóng điều chế gấp đơi tần số tín hiệu điều chế.

4. Cơng suất sóng AM
Cơng suất sóng AM được tính bằng cơng thức:

Trong đó:
: cơng suất của sóng mang

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 4/26

: cơng suất của tín hiệu điều chế
5. Nhận xét về điều chế biên độ AM:
Ưu điểm: Dễ thực hiện và máy thu giải điều chế đơn giản, giá rẻ.
Khuyết điểm:
- Cơng suất sóng mang không tải tin lớn
- Băng thông lớn gấp đôi cần thiết nên phí và tăng nhiễu.
- Hiệu quả sử dụng cụng sut cao tn ỗ rt nh.
- Tớnh chng nhiu kém
6. Mạch điều chế AM


Hình 1.2: Mạch điều chế AM dùng diode

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 5/26

Hình 1.3: Mạch điều chế dùng transistor
7. Ứng dụng điều chế AM
Được ứng dụng rộng rãi trong Kỹ thuật Truyền thanh Băng Tần thấp trong
khoảng 550 – 1600 KH đối với Băng tần MW hoặc lớn hơn đối với các Băng
tần SW1, SW2.
8. Giải điều chế AM
Phương pháp tách sóng hình bao:

Hình 1.4: Mạch tách sóng hình bao

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 6/26

Nguyên lý hoạt động của mạch:
Tín hiệu AM vào làm thay đổi giá trị điện áp trên diode D. Làm cho D tắt
hoặc dẫn.

Khi D dẫn: tụ được nạp bằng giá trị của

.

Khi D tắt: tụ xả qua điện trở R.
Kết quả là giá trị điện áp ở ngõ ra

bám theo đường bao của tín hiệu AM.

Đây chính là tín hiệu cần giải điều chế.
Kết quả tách sóng hình bao phụ thuộc vào thời hằng  = RC. Nếu  quá nhỏ tụ
xả nhanh làm cho đường bao bị nhấp nhô. Nếu  quá lớn tụ xả chậm khơng
theo kịp sự suy giảm của tín hiệu AM ngõ vào. Cả hai trường hợp sẽ làm cho
tín hiệu giải điều chế bị méo dạng.
II. KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ DSB
1. Cơ bản về tín hiệu DSB
Trong điều chế AM, biên độ tín hiệu sóng mang biến đổi theo tín hiệu sóng
ngõ vào, theo phương trình:

trong đó,

Với

, W là băng thông của tín hiệu m(t).

với

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10



Bài tập lớn KTHTVT Trang 7/26

Dãy phổ tín hiệu AM gồm ba thành phần: sóng mang fc, upper sideband fc
+ fm, lower sideband fc – fm. Trong đó thành phần sóng mang không mang
thông tin gây lãng phí năng lượng trong việc trùn tin.
Việc cơng suất sóng mang lãng phí trong điều chế biên độ AM có thể được
loại bỏ bằng cách cho µ = 1 trong cơng thức điều chế AM và triệt tiêu thành
phần tần số sóng mang khơng điều chế. Kết quả sóng điều chế trở thành:

được gọi là double-sideband–suppressed-carrier modulation (DSB-SC) hay
gọi tắt là điều chế DSB. Sơ đồ khối điều chế được thể hiện trên hình 2.1.
Dạng sóng điều chế được thể hiện trên hình 2.2. Đường bao ở đây có hình
dạng của

, chứ khơng phải là x(t) và sóng điều chế trải qua một pha đảo

ngược bất cứ khi nào x(t) vượt qua 0.
Với

với

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 8/26


Hình 1.5: Sơ đồ điều chế tín hiệu DSB
2. Điều chế DSB
Tín hiệu DSB-SC có thể được tạo ra từ hai bộ điều chế AM, gọi là mạch điều
chế cân bằng như trong hình 2.4. Tín hiệu ngõ ra của hai bộ điều chế AM:

Lấy S1(t) trừ cho S2(t), ta được tín hiệu điều chế DSB-SC:

Hình 1.6: Mạch điều chế DSB cân bằng
Lưu ý rằng nếu tín hiệu được điều chế có thành phần DC thì thành phần này
sẽ không bị loại bỏ mà nằm trong thành phần fc của tín hiệu sau điều chế.
Giải điều chế DSB

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 9/26

Tín hiệu DSB được giải điều chế bằng cách nhân tín hiệu nhận được, kí hiệu
xr(t), với sóng mang giải điều chế

và bộ lọc thơng thấp. Dành cho

hệ thống lý tưởng mà chúng ta đang xem xét ở đây, tín hiệu nhận được giống
hệt với tín hiệu truyền đi. Đầu ra của bộ nhân là:

hay

Hình 2.5 thể hiện sơ điều chế và giải điều chế DSB. Vì có thành phần


luôn dương nên giá trị của d(t) sẽ cùng dấu với giá trị của m(t). Do
phổ của 2 thành phần của d(t) không chồng lên nhau nên tín hiệu này có thể
qua mạch lọc thông thấp và

được chỉnh về giá trị đơn vị ở đầu ra của bộ

giải điều chế, và thu về lại được tín hiệu thông tin ban đầu m(t). Bộ lọc thông
thấp loại bỏ thành phần 2

phải có băng thông lớn hơn hoặc bằng băng thông

tín hiệu thông tin W.
Việc giải điều chế DSB là phức tạp bởi vì đòi hỏi độ nhất quán của sóng
mang giải điều chế của bộ nhận với sóng mang điều chế của bộ truyền. Một
kỹ thuật đơn giản để tạo ra sóng mang giải điều chế là bình phương tín hiệu
qua điều chế

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 10/26

Nếu m(t) là tín hiệu công suất thì

có giá trị DC khác không. Do đó,

có thành phần tần số rời rạc ở 2 , và có thể được tách ra nhờ bộ lọc dải

thông hẹp. Tần số của thành phần này sau đó được chia hai để tìm được sóng
mang giải điều chế mong ḿn.

Hình 1.7: Sơ đồ điều chế và giải điều chế DSB
III. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH FDM
Ghép kênh là kỹ thuật cho phép ta sử dụng một đường truyền chung để truyền
nhiều kênh thơng tin trên đó. Hệ thống truyền thơng gồm ba thành phần cơ
bản khơng thể thiếu đó là nguồn tin, đường truyền và đích đến. Bộ ghép kênh
đóng vai trò là nơi tập trung các nguồn tin sau khi được xử lý để truyền trên
đường truyền. Ở đầu ra, kỹ thuật phân kênh được dùng để tách riêng từng tín
hiệu được ghép ban đầu để đưa đến nơi nhận.
Có 3 kỹ thuật ghép kênh cơ bản:
- Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM- Frequency Division Multiplexing)
- Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM- Time Division Multiplexing)
- Ghép kênh phân chia theo mã (CDM - Code Division Multiplexing).
Khi cần một số kênh liên lạc trên cùng một phương tiện vật lý (dây / không
dây) để đa truy nhập hoặc phân tập kênh, ghép kênh có thể được sử dụng để
gửi tất cả các thông điệp, mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể.
Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 11/26

1. Kỹ thuật ghép kênh và phân kênh FDM
1.1.

Nguyên lý hoạt động


Trong viễn thông, ghép kênh phân chia theo tần số (tiếng Anh: Frequencydivision multiplexing; viết tắt: FDM) là một kỹ thuật mà băng thông tổng
được phân chia thành một chuỗi liên tiếp các dải tần phụ không trùng lặp, mỗi
dải tần số tín hiệu riêng biệt. Ghép kênh phân chia tần số (FDM) là một kỹ
thuật tương tự chỉ được thực hiện khi băng thông của liên kết cao hơn băng
thơng hợp nhất của các tín hiệu được truyền. Mỗi thiết bị gửi tạo ra các tín
hiệu điều chế ở tần số sóng mang khác nhau. Để giữ tín hiệu điều chế, tần số
sóng mang được cách ly bởi băng thơng thích hợp.
Kỹ thuật ghép kênh FDM dùng cho các tín hiệu tương tự, được dùng khi băng
thơng của đường truyền lớn hơn băng thơng tổ hợp của tín hiệu truyền.
Các tín hiệu sau điều chế sẽ có tần số khác nhau do đó ta có thể tách riêng các
tín hiệu bằng các bộ lọc ở bộ thu tín hiệu.

Hình1.9: Chuyển dữ liệu truyền với bộ ghép kênh(MUX)
và phân kênh( DEMUX)
1.2.

Sơ đồ khối

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 12/26

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10



Bài tập lớn KTHTVT Trang 13/26

 Quá trình ghép kênh FDM

Ban đầu, các tín hiệu ngõ vào đi qua bộ lọc thông thấp (LPF - là bộ lọc cho
phép các tần số thấp hơn tần số cắt đi qua, các tần số cao hơn sẽ bị loại bỏ) để
giới hạn băng thơng của tín hiệu. Sau đó, các tín hiệu sẽ được điều chế với các
sóng mang có tần số khác nhau. Có thể dùng nhiều phương pháp điều chế như
AM, FM,… nhưng thường dúng nhất là điều chế SSB.
Trong miền thời gian, các tín hiệu được điều chế có các tần số khác nhau sẽ
được tổng hợp lại thành một tín hiệu duy nhất và gửi đi trên một kênh truyền.

Hình 1-4: Tổng hợp tín hiệu trong miền thời gian
Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 14/26

Trong miền tần số, phổ của tín hiệu tổng hợp bao gồm tất cả các phổ của tín
hiệu trước đó sao cho các phổ khơng chồng lên nhau.

Hình 1-5: Tổng hợp tín hiệu trong miền tần số
Giữa các phổ tín hiệu là dải bảo vệ (Guard band) để khắc phục vấn đề nhiễu
xuyên kênh (Crosstalk) do đặc tính khơng lí tưởng của bộ lọc gây ra.

Hình 1-6: Khoảng bảo vệ (Guard band)
Băng thơng hệ thống FDM: BWFDM= n.BWi +(n-1)BWbảo vệ
BWFDM: Băng thông hệ thống FDM;

BWi : Băng thơng ngõ vào
n: số ngõ vào
 Q trình phân kênh FDM
Bộ phân kênh là các bộ lọc nhằm tách các tín hiệu ghép kênh thành các kênh
phân biệt. Sau khi tín hiệu truyền đến bộ thu, tín hiệu tổng hợp sẽ được tách
Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 15/26

thành các tín hiệu riêng nhờ vào bộ lọc thông dải (BPF - là bộ lọc cho phép
các tín hiệu trong một phạm vi nhất định đi qua đồng thời loại bỏ các tín hiệu
ngồi phạm vi này). Các tín hiệu này tiếp tục được giải điều chế và được đưa
xuống thiết bị thu tương ứng.

Hình 1-7: Phân kênh tín hiệu FDM
2. So sánh kỹ thuật ghép kênh, phân kênh FDM và TDM

Cơ sở so sánh

TDM

FDM

Căn bản

Quy mô thời gian được chia sẻ.


Tần suất được chia sẻ.

Được sử dụng với

Tín hiệu số và tín hiệu tương
tự

Tín hiệu tương tự

u cầu cần thiết

Đồng bộ hóa xung

Băng bảo vệ

Giao thoa

Thấp hoặc không đáng kể

Cao

Mạch điện

Đơn giản hơn

Phức tạp

Sử dụng

Sử dụng hiệu quả


Không hiệu quả

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 16/26

Bảng 1-1: So sánh FDM và TDM

IV. TỶ SỐ TÍN HIỆU TRÊN NHIỄU (SNR)
1. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (Signal to Noise Ratio) được định nghĩa là tỉ lệ của
mức năng lượng từ một tín hiệu (mang thơng tin có nghĩa) và mức năng lượng
nhiễu trên nền (tín hiệu không mong muốn). với A là biên độ căn bậc hai
trung bình (RMS) (ví dụ như căn bậc hai trung bình điện áp).
Để tính được tỷ số SNR chính xác thì cơng suất của tín hiệu và nhiễu (tiếng
ồn) phải cùng một hệ quy chiếu. Có nghĩa là chúng đều được tính theo Watt
thì đơn vị của SNR sẽ là số lần, khi chúng tính theo đơn vị dB thì SNR cũng
sẽ được tính theo đơn vị dB.
Cơng thức tính SNR:
[12]

[13]

[14]
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu càng cao thì càng tốt, vì khi đó tín hiệu mong muốn
thu được sẽ lớn hơn rất nhiều so với lượng tín hiệu khơng mong muốn. 

Tỷ lệ này thường được ghi trên các sản phẩm xử lý âm thanh, ví dụ như tai
nghe, điện thoại, loa, radio, máy thu,... 
2.

Các tiêu chuẩn của SNR về đánh giá khả năng kết nối mạng
không dây

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 17/26

Từ 5dB đến 10dB: là mức tối thiểu có thể thiết lập kết nối, trong khoảng này
thì khó mà có thể nhận biết sự khác biệt giữa tín hiệu (mong muốn) và nhiễu
(khơng mong muốn).
Từ 10dB đến 15dB là mức tối thiểu để thiết lập kết nối không tin cậy.
Từ 15dB đến 25dB là mức tối thiểu để thiết lập kết nối kém.
Từ 25dB đến 40dB được coi là mức tốt để thiết lập kết nối.
Trên 41dB được coi là mức rất tốt để thiết lập kết nối.
Ngồi ra SNR cịn được sử dụng để đánh giá các loại tín hiệu khác. Ví dụ như
tín hiệu sinh hóa giữa các tế bào, âm thanh cho bộ khuếch đại xe hơi và thiết
bị nguồn (DVD, CD,...).
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến SNR
3.1. Nguyên tắc khuếch đại đầu vào
Âm thanh bên trong thiết bị ghi âm được gọi là tầng nhiễu. Hay nói rộng hơn,
bất kỳ thiết bị nào chạy bằng điện đều có một tầng nhiễu.
Nếu tín hiệu âm thanh đến thiết bị mạnh thì mặc dù có nhiễu, nhưng âm thanh
khơng mong muốn sẽ nhỏ hơn rất nhiều khi đó thu được SNR chất lượng cao.

Nếu tín hiệu âm thanh đến thiết bị yếu, khi đó tín hiệu âm thanh sẽ nằm gần
tầng nhiễu, nếu tăng âm lượng (độ lợi) để tăng độ lớn của tín hiệu thì khi đó
nhiễu cùng tăng.
Tầng nhiễu thường được đánh giá bằng dB, nó sẽ khác nhau giữa các máy
thu, ví dụ như RØDE NT1 (sản phẩm của cơng ty Microphone RØDE) có độ
ồn đặc biệt thấp là 4dB, thường thì người ta sẽ bộ đệm 20dB để đảm bảo âm
thanh đến thiết bị có thể nghe được.
3.2. Mơi trường xung quanh
Vị trí của nguồn phát đến nguồn thu cũng có ảnh hưởng đến tỷ số SNR.

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT Trang 18/26

Hình 1-8: Ảnh hưởng của khoảng cách tới SNR
Như ví dụ trên thì ta thấy rằng, nếu người điều khiển di chuyển micro ra xa
giọng nói thì SNR sẽ thay đổi (nhỏ hơn), tương đương với điều này nhiễu
(không mong muốn) sẽ lớn hơn so với di chuyển micro lại gần.

Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh FDM

Nhóm 10