1

MỤC LỤC









MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 4

LỜI MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 7

1.1 Sóng vô tuyến trong thông tin viễn thông 7

1.2 Điều chế biên độ 12

1.2.1Điều chế biên độ truyền sóng mang (Double Side Ban Transmitted
Carrier). 17

1.2.2 Điều chế DSB-SC (Double SideBand- Supperssed carrier) 20

1.3 Điều chế đơn biên (SSB: single sideband) 24

1.3.1Một số ưu điểm của điều chế đơn biên (SSB) so với DSB 25

1.3.2 Các phương pháp điều chế đơn biên 26

1.4 Điều chế biên độ dải biên dớt (Vestigial SideBand – VSB) 29

1.5 Các mạch điều chế cụ thể 30

1.5.1 Mạch điều chế AM dùng diode 30

1.5.2Mạch điều chế vòng 30

1.5.3Mạch điều biên dùng transistor 32

CHƯƠNG 2: GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 33

2.1 Khái niệm tách sóng điều biên 33

2.2 Tách sóng DSB-AM 33

2.2.1 Hoàn điệu cổng. 33

2.2.2 Hoàn điệu bình phương 34

2.2.3 Tách sóng không kết hợp (Incoherent detection) 35

2.2.4 Tách sóng kết hợp (coherent) 37


2.3Tách sóng SSB-AM 37

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ĐIỀU BIÊN TRONG MÁY PHÁT HÌNH,
PHÁT THANH 39

3.1 ỨNG DỤNG ĐIỀU BIÊN TRONG MÁY PHÁT HÌNH 39

2

3.1.1 Chức năng và nhiệm vụ của máy phát hình. 42

3.1.2 Sơ đồ khối cơ bản của máy phát hình 42

3.1.3 Đặc điểm của loại máy phát điều chế ở mức công suất lớn. 46

3.1.4 Khối chủ sóng hình. 47

3.1.5 Mạch trộn tần tạo cao tần hình 49

3.1.6 Mạch bội tần. 51

3.1.7 Mạch khuếch đại và sửa âm tần 53

3.1.8 Bộ tiền điều chế. 53

3.1.9 Tính toán mạch điều chế AM 54

3.1.10 Chức năng và đặc tính các tầng khuếch đại cao tần. 56

3.1.11 Bộ trung hợp và mạch lọc hài 57


3.1.12 Dây dẫn cao tần và Anten. 58

3.2 Ứng dụng điều chế AM trong máy phát thanh 59

3.2.1 Khảo sát máy phát AM mức thấp 59

3.2.2 Máy phát AM mức cao 61

3.2.3 Một số mạch điện cơ bản trong máy phát thanh AM 62

Chương 4: MÔ PHỎNG ĐIỀU CHẾ AM DÙNG MATLAB 69

4.1 Giới thiệu chương trình MATLAB: 69

4.2 Giới thiệu về chương trình mô phỏng 70

4.2.1 Mô phỏng điều biên với tín hiệu sóng sin 70

4.2.2 Mô phỏng điều chế với tín hiệu file wav 75

KẾT LUẬN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

Phụ lục 79








3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT










AM

Amplitude Modulation

Điều chế biên độ
B Băng thông cơ sở
DSB Double SideBand Điều chế biên độ triệt sóng mang
Fc Frequency carrier Tần số sóng mang
FM Frequency Modulation Điều chế tần số
FSK
LFP
Frequency Shift Keying
Low-Pass Filter

Khóa dịch tần số
Bộ lọc thông thấp
LSSB Lower Single SideBand Điều chế đơn biên dưới
SNR Signal-to-noise ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
SSB Single SideBand Điều chế đơn biên
USSB Upper Single SideBand Điều chế đơn biên trên
VCO
W

Voltage Controlled Oscillator



Bộ dao động điều khiển bằng điện áp
Băng thông tín hiệu gốc

4

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU







Hình 1.1: Một tín hiện nhiễu trắng. 10
Hình1.2: Nhiễu xuyên âm 11
Hình 1.3: Nhiễu xuyên kênh 11
Hình 1.4 Sơ đồ khối điều chế biên độ 12

Hình 1.5 dạng tín hiệu miền thời gian với hệ số điều chế m=1 14
Hình 1.6 dạng tín hiệu miền thời gian với hệ số điều chế m<1 15
Hình 1.7 Hình dạng phổ của tín hiệu điều biên 15
Hình 1.8 mô phỏng phổ của tín hiệu sau điều chế 16
Hình 1.9: đặc tuyến điều chế tĩnh A-giá trị cực đại B-tải tin chưa điều chế 16
Hình 1.10 Sơ đồ điều chế DSB-TC 17
Hình 1.11 Biến đổi furier của 2 sóng AM 18
Hình 1.12 Sự tách sóng điều biên hai kênh hai kênh 19
Hình 1.13 Biến đổi F của TC-AM 19
Hình 1.14 Mô phỏng tín hiệu điều chế DSB-SC. 21
Hình 1.15: Phân tích phổ tín hiệu điều chế DSB-SC 21
Hình 1.16 Tích của s(t) với hàm cổng tuần hoàn 22
Hình 1.17 Mạch tạo xung cổng dùng diode 23
Hình 1.18 Biểu diễn furier của tín hiệu biến điệu bình phương. 23
Hình 1.19 Điều biên cân bằng. 24
Hình 1.20 Biểu diễn phổ của 2 băng cạnh USSB và LSSB 25
Hình 1.21: Sơ đồ khối và dải phổ của tín hiệu của phương pháp lọc 27
Hình 1.22: Phổ tín hiệu theo phương pháp tổng hợp 28
Hình 1.23 Phổ điều chế điều biên rớt 29
Hình 1.24 Sơ đồ mạch điều chế AM dùng diode 30
Hình 1.25: Mạch điều biên vòng dùng diode. 31
Hình1.26: Điều biên colector 32
Hình 2.1 Sơ đồ hoàn điệu cổng 33
Hình 2.2 Sơ đồ tách sóng không kết hợp 36
Hình 2.3 Biểu diễn sự phóng nạp của tụ khi giải điều chế 36
Hình 2.4 Sơ đồ tách sóng kết hợp 37
5

Hình 2.5 Sơ đồ khối hoàn điệu SSB-AM 38
Hình 3.1 Phổ của tín hiệu NTSC 40

Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật của các hệ 41

Hình 3.3 Sơ đồ khối máy phát hình điều biến ở mức công suất lớn 44
Hình 3.4Mạch tạo dao động tần hình 48
Hình 3.5 Mạch điện trộn tần 50
Hình 3.6 Mạch điện trộn tần số trung tần tiếng 51
Hình 3.7 Mạch điện bội tần 52
Hình 3.8 Mạch ghim dùng transistor 53
Hình 3.9 Mạch điện điều biên AM cân bằng dùng transistor và diode 55
Hình 3.10 Mạch điện tương đương của bộ lọc hài 58
Hình 3.11 sơ đồ khối máy phát thanh AM mức thấp. 60
Hình 3.12 sơ đồ máy phát AM mức cao. 61
Hình 3.13 Mạch điều biên cực E dùng một transistor 62
Hình 3.14 mạch điều chế AM công suất trung bình 64
Hình 3.15 Mạch điều chế AM DSB-TC 66
Hình 3.16 Mạch dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp. 68
Hình 4.1 Giao Menu của chương trình mô phỏng 70
Hình 4.2 Mô phỏng tín hiệu nhiễu gauss 71
Hình 4.3 Mô phỏng điều chế DSB-TC với tín hiệu tin tức là sóng sin 73
Hình 4.4 Mô phỏng điều chế DSB-SC tín hiệu sóng sin 74
Hình 4.5 Mô phỏng điều chế đơn biên USSB 74
Hình 4.6 mô phỏng điều chế và giải điều chế file .wav 76







6


LỜI MỞ ĐẦU







Ngày nay với sự phát triển công nghệ thông tin thì tín hiệu số ngày càng được
sử dụng rộng rãi, và trong kỹ thuật thông tin vô tuyến.
Âm thanh mà tai người cảm nhận được là những dao động cơ học có tần số từ
16Hz đến 20000Hz. Trong kỹ thuật truyền thanh để gửi âm thanh từ đầu phát đến
đầu thu người ta phải biến đổi âm thanh thành tín hiệu điện âm tần nhờ micro.
Tín hiệu này có tần số rất nhỏ không thể bức xạ ra môi trường không gian. Do
vậy để truyền các tín hiệu âm tần từ đầu phát đến đầu thu với một cự li xa trong
không gian người ta phải gửi tín hiệu này vào một sóng mang cao tần. Phương
thức gửi tín hiệu âm tần vào sóng mang cao tần gọi là phương pháp điều
chế.Trong thực tế tồn tại nhiều phương pháp điều chế tín hiệu, như điều chế
ASK, FSK, PSk, QAM, FM, AM mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng.
Việc điều chế và tách sóng là khâu rất quan trọng trong quá trình truyền thông
tin đối với cả thông tin số cũng như thông tin tương tự chính vì vậy trong nội
dung đồ án em chọn đề tài “Tìm hiểu kỹ thuật điều chế AM” nhằm tìm hiểu thêm
về những vấn đề trong điều chế và giải điều chế tương tự đồng thời làm quen và
ứng dụng phần mềm matlab để mô phỏng tín hiệu.
Nội dung đồ án gồm 5 phần:
Chương 1: Điều chế biên độ
Chương 2: Giải điều chế biên độ
Chương 3: Ứng dụng điều biên trong máy phát thanh phát hình
Chương 4: Mô phỏng điều chế AM bằng Matlab

Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.Rất
mong sự chỉ bảo, góp ý, phê bình của quý thầy cô và các bạn.



7

CHƯƠNG 1: ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ
1.1 Sóng vô tuyến trong thông tin viễn thông
- Tín hiệu tin tức
Trong truyền thông, tin tức và dữ liệu là tất cả những gì cần trao đổi chúng có thể là
tiếng nói hình ảnh, tập hợp các con số các ký hiệu,các đại lượng đo lường được đưa
vào máy phát để phát đi hay nhận được ở máy thu.
Tín hiệu chính là tin tức đã được xử lý để có thể truyền đi trên hệ thống thông tin.
Ví dụ : Tín hiệu âm tần có giải tần từ 20Hz đến 20KHz và không có khả năng bức
xạ thành sóng điện từ để truyền trong không gian với khoảng cách xa.
-Tín hiệu sóng mang
Là tín hiệu cao tần có tần số trên 30 KHz tín hiệu cao tần có tính chất bức xạ thành
sóng điện từ. Thí dụ trên một dây dẫn có tín hiệu cao tần chạy qua, thì dây dẫn có
một sóng gây can nhiễu ra xung quanh, đó chính là sóng điện từ do dòng điện cao
tần số bức xạ ra không gian.
-Băng thông kênh truyền (Bandwidth)
Bởi vì một tín hiệu bất kỳ có thể được xem như là một sự kết hợp của một chuỗi các
sóng hình sin, nên ta có thể xem rằng, sự truyền tải một tín hiệu bất kỳ tương đương
với việc truyền tải các sóng hình sin thành phần. Vì tần số của chúng là khác nhau,
chúng có thể đến nơi với độ suy giảm là khác nhau, một trong số chúng có thể
không còn nhận ra được. Nếu ta định nghĩa một ngưỡng còn “nghe” được f1, thì tất
cả các tín hiệu hình sin có tần số nhỏ hơn f
1
được xem như bị mất. Tương tự các tín

hiệu có tần số lớn hơn f
2
cũng được xem là bị mất. Những tín hiện có thể nhận ra
được ở bên nghe là các tín hiệu có tần số nằm giữa f
1
và f
2
. Khoảng tần số này được
gọi là độ rộng băng thông.
Nói một các khác, với một tín hiệu phức tạp bất kỳ, tín hiệu này sẽ truyền tải được
nếu như tần số của các sóng hình sin thành phần của nó có tần số nằm trong khoảng
băng thông của kênh truyền. Chúng ta cũng nhận thấy rằng, băng thông càng lớn thì
càng có nhiều tín hiệu được truyền đến nơi. Chính vì thế chúng ta thường quan tâm
đến các kênh truyền có băng thông rộng.Ví dụ: độ rộng băng thông của kênh truyền
điện thoại là 3100Hz vì các tín hiệu âm thanh có thể nghe được nằm ở khoảng tần
số từ 300 Hz đến 3400 Hz.

8

Tên gọi băng
tần
Viết
tắt
Băng
tần
ITU
Tần số và

bước sóng
trong không

khí
Ứng dụng
Tần số cực
kỳ thấp
ELF 1 3–30 Hz
100,000 km –
10,000 km
Thông tin dưới nước
Tần số siêu
thấp
SLF 2 30–300 Hz
10,000 km –
1000 km
Thông tin dưới nước
Tần số cực
thấp
ULF 3 300–3000 Hz
1000 km –
100 km
Thông tin dưới nước, thông tin
trong hầm mỏ
Tần số rất
thấp

VLF


4 3–30 kHz
100 km –
10 km

Dẫn đường, tín hiệu thời gian,
thông tin dưới nước, thiết bị hiển
thị nhịp tim không dây, địa vật lý
Tần số thấp

LF


5 30–300 kHz
10 km – 1 km
Dẫn đường, tín hiệu thời gian,
quảng bá (sóng dài) AM (Châu
Âu và một phần Châu Á), RFID,
vô tuyến nghiệp dư
Tần số trung
bình

MF




6 300–
3000 kHz
1 km – 100 m
Quảng bá (sóng trung) AM, vô
tuyến nghiệp dư, cảnh báo tuyết lở

Tần số cao


HF


7 3–30 MHz
100 m – 10 m
Quảng bá sóng ngắn, vô tuyến
nghiệp dư, thông tin ngoài đường
chân trời, RFID, radar ngoài
đường chân trời, thông tin vô
tuyến thiết lập liên kết tự động
(ALE) / (NVIS), điện thoại vô
tuyến di động và hàng hải
9

Tần số rất
cao

VHF


8 30–300 MHz
10 m – 1 m
Vô tuyến FM, thông tin quảng bá,
thông tin giữa máy bay-máy bay
và máy bay-mặt đất. Thông tin di
động mặt đất và hàng hải, vô
tuyến nghiệp dư và vô tuyến thời
tiết
Tần số cực
cao


UHF


9 300–
3000 MHz
1 m –
100 mm
Quảng bá truyền hình, lò vi sóng,
thông tin/thiết bị vi ba, thiên văn
vô tuyến, điện thoại di động,
WLAN, Bluetooth, ZigBee, GPS
và vô tuyến hai chiều như vô
tuyến di động mặt đất, FRS và
GMRS, vô tuyến nghiệp dư
Tần số siêu
cao

SHF


10 3–30 GHz
100 mm –
10 mm
thiên văn vô tuyến, thông tin/thiết
bị vi ba, WLAN, radar, vệ tinh
thông tin, truyền hình vệ tinh,
DBS, vô tuyến nghiệp dư
Tần số cực
kỳ cao

EHF 11 30–300 GHz
10 mm –
1 mm
thiên văn vô tuyến, thông tin vi ba
cao tần, viễn thám, vô tuyến
nghiệp dư, vũ khí định hướng
chùm năng lượng trực tiếp, máy
quét sóng milimet
Terahertz hay
Tần số cực
cực cao
THz
or
THF
12 300–
3,000 GHz
1 mm –
100µm
Ứng dụng tiềm năng trong y học,
thay thế cho tia-X, thông tin/tính
toán terahertz, viễn thám, vô
tuyến nghiệp dư…
< 3 Hz

> 100,000 km
Tạp âm điện từ tự nhiêu và do con
người tạo ra

Bảng 1.1 Phần bố băng tần và ứng dụng
Vô tuyến AM sóng dài = 148.5 – 283.5 KHz (LF)

10

Vô tuyến AM sóng trung = 530 KHz – 1710 KHz (MF)
Vô tuyến AM sóng ngắn = 3 MHz – 30 MHz (HF)
-Nhiễu trong thông tin vô tuyến
+ Nhiễu trắng (White noise)
Nhiễu trắng là một tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố công suất phẳng nghĩa là
tín hiệu nhiễu có công suất bằng nhau trong toàn khoảng băng thông. Tín hiệu này
có tên là nhiễu trắng vì nó có tính chất tương tự với ánh sáng trắng.

Hình 1.1: Một tín hiện nhiễu trắng.
+Nguồn sinh ra nhiễu trắng:
-Nhiễu sinh ra do chuyển động nhiệt của các điện tử trong linh kiện bán dẫn.
-Những âm thanh như tiếng gió tiếng nước của là nguồn nhiễu trắng
-Các vấn đề như thời tiết con người.
+Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference)
-Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát trên cùng một tần số hoặc trên cùng
một kênh. Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu với cường độ
phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát, và sóng mang.
Nhiễu đồng kênh thường gặp trong hệ thống thông tin số cellular, Trong đó để tăng
hiệu suất sử dụng phổ bằng cách sử dụng lại tần số. Như vậy có thể coi nhiễu đồng
kênh trong hệ thống cellular là nhiễu gây nên do các cell sử dụng cùng 1 kênh tần
số.
+ Nhiễu xuyên âm (Intersymbol Inteference)
Dải thông tuyệt đối của các xung nhiều mức đỉnh phẳng là vô hạn. Nếu các xung
này được lọc không đúng khi chúng truyền qua một hệ thống thông tin thì chúng sẽ
11

trải ra trên miền thời gian và xung cho mỗi kí hiệu sẽ chèn vào các khe thời gian
bên cạnh gây ra nhiễu giữa các kí hiệu (ISI)


Hình1.2 Nhiễu xuyên âm
-Để giảm nhiễu xuyên âm người ta phải làm thế nào hạn chế dải thông mà vẫn
không gây ra ISI
-Khi dải thông bị giới hạn, xung sẽ có đỉnh tròn thay vì đỉnh phẳng
-Một trong những phương pháp để loại bỏ nhiễu ISI là dùng bộ lọc cos nâng và
bộ lọc ngang ép không (phương pháp Nyquist I)
-Nhiễu xuyên kênh (Interchannel Interference)
-Gây ra do các thiết bị phát trên các kênh kề nhau

Hình1.3: Nhiễu xuyên kênh
-Thường xảy ra do tín hiệu truyền trên kênh vô tuyến bị dịch tần gây can nhiễu
sang các kênh kề nó
-Để loại bỏ nhiễu xuyên kênh người ta phải có khoảng bảo vệ (guard band)
giữa các dải tần
Tác động của môi trường truyền tới việc truyền tín hiệu
12



Điều chế

AM

Tín hiệu
điều biên
Khi tín hiệu truyền qua môi trường (vô tuyến hay hữu tuyến) thì ít nhiều sẽ bị các
tác động làm sai lạc. Các yếu tố ảnh hưởng đến truyền tin có thể kể tới là:
-Gây méo tín hiệu (distortion)
-

Nhiễu
(Interference)
-
Suy hao

- Méo tuyến tính và méo phi tuyến
Méo tuyến tính là méo gây ra cho tín hiệu bởi các phần tử tuyến tính trên kênh
truyền, trong đó các phần tử (trong nhiều trường hợp lại có thể xem chúng như các
hệ thống - đơn giản là xem chúng như những khối/block) tuyến tính là các phần tử
mà phép toán biểu diễn quan hệ đầu ra theo đầu vào thỏa mãn tính chất xếp chồng.
Nguyên nhân:
Các mạch lọc chế tạo không hoàn hảo
Do môi trường truyền:
- Dây kim loại: tần số càng cao tiêu hao càng nhiều nhưng độ tăng không đều mà
lượn nét, mấp mô.
Méo phi tuyến, trái lại, lại gây bởi các phần tử phi tuyến (không thỏa mãn tính chất
xếp chồng, có đặc tuyến vào-ra là một đường không thẳng)
1.2 Điều chế biên độ
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.
Điều chế biên độ hay còn gọi là điều biên (AM) được thực hiện bằng cách thay đổi
biên độ của tín hiệu sóng mang theo biên độ của tín hiệu thông tin cần gửi đi, trong
đó tần số và pha của sóng mang thì giữ nguyên
Sóng mang
U
c
=U
c
cos(w

c
t)

U
s
=u
0
*cos(w
s
t)
Tin tức

Hình 1.4 Sơ đồ khối điều chế biên độ
13

Phương pháp điều chế này gồm điều chế hai biên (DSB-SC), điều chế biên độ
truyền thống (DSB-TC), điều chế đơn biên (SSB-AM) và điều chế biên độ triệt một
phần dải biên (VSB-AM). Sự phụ thuộc giữa tín hiệu điều chế và biên độ của sóng
mang đã được điều chế có thể rất đơn giản, ví dụ như trong trường hợp DSB-AM,
hoặc phức tạp hơn nhiều như trong SSB-AM hay VSB-AM. Các hệ thống điều chế
biên độ thường được đặc trưng bởi một yêu cầu khá thấp về độ rộng băng thông và
tính hiệu quả về công suất so với các mạch điều chế tần số hoặc pha. Yêu cầu về độ
rộng băng thông đối với hệ thống AM dao động trong khoảng W tới 2W, trong đó
W là ký hiệu cho độ rộng băng thông của tín hiệu bản tin. Đối với SSB-AM có độ
rộng băng thông là W, đối với DSB-AM và AM truyền thống là 2W còn đối với hệ
thống VSB-AM thì độ rộng băng thông sẽ từ W tới 2W.
Tín hiệu âm tần có thể lấy từ Micro sau đó khuếch đại qua mạch khuếch đại âm tần,
hoặc có thể lấy từ các thiết bị khác như đài Cassette, Đầu đĩa CD …
Tín hiệu cao tần được tạo bởi mạch tạo dao động, tần số cao tần là tần số theo quy
định của đài phát.

Tín hiệu đầu ra là sóng mang có tần số bằng tần số cao tần, có biên độ thay đổi theo
tín hiệu âm tần.
Ưu điểm: của sóng AM là có thể truyền đi xa tới hàng nghìn Km
Nhược điểm: của sóng AM là dễ bị can nhiễu, dải tần âm thanh bị cắt sén do đặc
điểm của mạch tách sóng điều biên, do đó chất lượng âm thanh bị hạn chế.
Cơ sở lý thuyết điều chế biên độ
Tin tức s(t) là tín hiệu âm tần có công thức :
s(t) = U
s
cos2πf
0
t
Khi tin tức là âm thanh của người phát ra nó không có đặc trưng riêng biệt nào về
mẫu dạng sóng .Với tín hiệu âm thanh có đặc tính sinh lý học có dải tần số từ 20Hz
– 15Khz ngoài dải tần này khi biến đổi furier :S(f)=0 với f>15Khz.
Giả sử muốn truyền đi tín hiệu audio trong môi trường không khí với tần số 3Khz
theo tính toán sẽ cần anten sẽ cần có chiều dài bằng ¼ độ dài quãng đường truyền
sóng.Mặt khác tín hiệu này còn liên quan đến việc truyền không hiệu quả trong
không khí và sự giao thoa do các dải tần của dài khác chèn lên.Do vậy ta phải cải
tiến tần số ,thường dùng với tín hiệu khác có tần số cao hơn.Tín hiệu sau điều chế sẽ
ít nhạy cảm với nhiễu so với tín hiệu gốc.
14

Tải tin là tín hiệu cao tần có công thức:
u
c
(t) = U
o
cos(2πf
c

t + θ)
Trong đó tần số của sóng mang f
c
> f
s
(tần số của tin tức)
Bước sóng f
c
dược chọn hợp lý sóng mang có thể được truyền đi có hiệu quả .Ví dụ
có thể chọn sóng có dải tần trong khoảng giữa 0,5-3 Mhz để truyền xa đến 250Km
.Bước sóng của các tần số tương ứng cỗ 100Mhz như vậy chiều dài anten được rút
ngắn đến mức chấp nhận được.
=







 
Tín hiệu điều chế AM (theo phép cộng) có dạng:
u
AM
(t) = [U
0
+ s(t)]cos(2πf
c
t + θ)
u

AM
(t) = [U
0
+ U
s
.cos2πF
s
t].cos(2πfct + θ)
= U
0
[1+Us/U0.cos2πF
s
t].cos(2πf
c
t + θ)
Đặt m = Us/U
0
là độ sâu điều chế
u
AM
(t) = U
0
[1 + m.cos2πF
s
t].cos(2πf
c
t + θ)
u
AM
(t) = [U

0
+ m.U
0
cos2πf
s
t].cos(2πf
c
t + θ) (1.1)
Hệ số điều chế m=
U
s
U
c


Hình 1.5 dạng tín hiệu miền thời gian với hệ số điều chế m=1
Khi hệ số điều chế m>1 lúc này tín hiệu sau điều chế sẽ không khôi phục được tại
bên thu chính vì vậy các hệ thống điều chế không bao giờ được xảy ra trường hợp
này.


15


Hình 1.6 dạng tín hiệu miền thời gian với hệ số điều chế m<1
Ta biết rằng biến đổi Fourier của hàm cosin như sau:
F[cos( 

t + θ) ] =








  

 



  


(1.2)
Từ biểu thức (1.2) biến đổi Fourier của biểu thức (1.1) sẽ được như sau:
U(f) =



[ δ(f- fc) + α.M(f-fc)+ δ(f+fc) +α.M(f+fc)] (1.3)
Công thức (1.3) ta thấy rằng phổ của tín hiệu sau điều chế cũng bị dịch chuyển đi
một khoảng tần số là fc .
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu được cho bởi:






= µ
!"
#$%
(1.4)
Trong đó µ là hiệu suất điều chế. Chúng ta thấy rằng so với DSB-AM, tỷ số SNR bị
giảm đi theo một hệ số bằng µ. Sự sụt giảm về chất lượng hoạt động này là một hệ
quả trực tiếp từ việc một phần đáng kể khi công suất nằm ở sóng mang (các hàm
delta trong biểu thức phổ), mà nó không mang thông tin gì và bị lọc bỏ tại máy thu.
Phổ của tín hiệu điều chế AM được minh họa trong hình (1.7).

Hinh 1.7 Hình dạng phổ của tín hiệu điều biên
16


Hình 1.8 mô phỏng phổ của tín hiệu sau điều chế
BW
AM
=2*f
0
(f
0
tần số của tin tức cần điều chế)
Trong điều chế đơn biên tín hiệu gồm 2 biên tần như hình 1.7 sẽ được lọc để chỉ
truyền đi dải trên hoặc dưới với độ rộng BW=f
0
, điều này có ý nghĩa giúp giảm sự
lãng phí băng thông do hai biên tần trên và dưới cùng chứa một lượng thông tin như
nhau nhưng việc thực hiện khó khăn hơn do phải thiết kế mạch lọc có độ chính xác
cao.
-Hệ số méo phi tuyến

( ) ( )
( )
Ωω±ω
ω±ωω±ω
++
=
ΩΩ
0
00
I
II
k
2
3
2
2

I
(ωc ± nωs)
(n ≥ 2) :là biên độ các thành phần dòng điện ứng với hài bậc cao của tín
hiệu điều chế;
I
(ωc ± ωs)
là biên độ các thành phần biên tần
Để đặc trưng cho méo phi tuyến
trong mạch điều khiển, người ta
dùng đặc tuyến điều chế tĩnh (hình 1.9).
Đặc tuyến điều chế tĩnh cho biết quan hệ
giữa biên độ tín hiệu ra và giá trị tức thời
của tín hiệu điều chế ở đầu vào.



Dạng tổng quát của đặc tuyến điều chế tĩnh được biểu diễn trên hình 1-9.
Đường đặc tuyến điều chế tĩnh lý tưởng là một đường thẳng từ C đến A. Đặc tuyến
điều chế tĩnh không thẳng sẽ làm cho lượng biến đổi của biên độ dao động cao tần
A

B

C

U
Ω
I
0
Hình 1.9: đặc tuyến điều chế tĩnh A-
giá trị cực đại B-tải tin chưa điều chế
.

17

đầu ra so với giá trị ban đầu (điểm B) không tỷ lệ đường thẳng với trị tức thời của
điện áp điều chế. Do đó trên đầu ra thiết bị điều biên, ngoài các thành phần hữu ích
(các biên tần), còn có các thành phần bậc cao không mong muốn khác. Trong đó
đáng lưu ý nhất là thành phần của tần số ω
c
± 2ω
s
có thể lọt vào các biên tần mà
không thể lọc được.

Để giảm méo phi tuyến, cần hạn chế phạm vi làm việc của bộ điều chế trong đoạn
đường thẳng của đặc tuyến điều chế tĩnh. Lúc đó buộc phải giảm độ sâu điều chế
1.2.1Điều chế biên độ truyền sóng mang (Double Side Ban Transmitted
Carrier).
- Biến điệu DSB-TC là phương pháp điều chế biên độ trong đó tín hiệu sau điều chế
vẫn còn tồn tại thành phần sóng mang.
Điều chế DSB-TC, công suất thành phần sóng mang chiếm phần lớn. Với
+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.
-Phương pháp điều biên DSB-TC:

Hình 1.10 Sơ đồ điều chế DSB-TC
Trong sơ đồ điều chế trên tín hiệu tin tức được cho vào mạch nhân với tín hiệu sóng
mang sau đó tín hiệu sau bộ nhân được cộng chung với tín hiệu sóng mang sau khi
đã được khuếch đại công suất đối với sóng mang.
Với sơ đồ điều chế như hình trên cho ta công thức về tín hiệu thu được biểu diễn
bởi
S
m
(t)=S(t)cos2&

'  (

)*+&

'. (1.5)
=U
s

(cos(w
c
+w
t
)+cos(w
c
-w
t
))+,(

)*-' (1.6)
Phân tích biểu thức (1.5) ta thấy ngoài tín hiệu sóng mang còn có tín hiệu
18

được biểu diễn bởi S(t). cos(2πf
c
t) như vậy khi tin tức thay đổi dẫn tới tín hiệu sau
điều chế thay đổi theo biên độ của tín hiệu cần truyền .Xét về tần số tín hiệu tin tức
sẽ bị dịch tần một khoảng bằng với tần số của sóng mang theo (1.6) (dải tần f
c
-f
m
và
f
c
+f
m
) do đó thuận đạt được mục đích truyền sóng đi xa. Nếu gán các giá trị tiêu
biểu f
m

=15khz và f
c
=1Mhz ta sẽ thấy tần số bị chiếm bởi sóng biến điệu là từ
985000 đến 1.015.000Hz
+ Với khoảng tần số này anten có chiều dài hợp lý có thể xây dựng được, đó là một
trong hai vấn đề cần giải quyết.
+Vấn đề thứ hai là tách kênh trong một hệ đa hợp.Ta thấy nếu một tín tức biến điệu
một sóng hình sin có tần số f
c1
, một tin tức khác biến điệu sóng mang có tần số f
c2

thì các ảnh furier của hai tín hiệu này sẽ không phủ lên nhau.Và f
c1
,f
c2
cách nhau ít
nhất 2f
m.

Hình 1.11 Biến đổi furier của 2 sóng AM
Thực tế các tín hiệu có thể tách được nếu chúng không bị phủ lên nhau (hoặc về
thời gian hoặc về tần số).Nếu chúng không phủ lên nhau về thời gian có thể dùng
các cổng hoặc các switch để tách.Nếu chúng không phủ nhau về tần số thì các tín
hiệu có thể tách ra bằng mạch lọc thông dải .Vậy một hệ thống như hình (1.11) có
thể tách sóng mang bị biến điệu.
Việc điều chế những tin tức khác nhau với những sóng mang cũng có tần số khác
nhau giúp việc tách kênh trong hệ đa hợp trở lên dễ dàng vì vậy có thể dùng điều
biên trong kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số OFDM. Theo đó dải tần sóng
mang được chia ra thành nhiều dải tần con, mỗi dải tần con được điều chế để truyền

đi luồng dữ liệu tốc độ thấp tập hợp của dòng dữ liệu tốc độ thấp sẽ là dòng dữ liệu
tốc độ cao cần truyền.
19


Hình 1.12 Sự tách sóng điều biên hai kênh hai kênh
Nhận xét
Qua việc biểu diễn tín hiệu thu được sau điều chế tồn tại 3 dải tần
-

Thành phần (1) biên độ U
0
, còn tần số sóng mang fc;
- Thành phần (2) biên độ mU
0
/2, còn tần số biên trên là (fc+f
m
);
- Thành phần (3) biên độ mU
0
/2, còn tần số biên dưới là (fc-f
m
).

Hình 1.13 Biến đổi F của TC-AM
- Công suất của thành phần sóng mang: P
c
=

./0

1
2
(

)*+&

'
3

4
5
6
4
5
7'
=

./0
1
(


89:;

<π=9>


4
5
?4

5
7' =
@
5

0

- Công suất của thành phần biên trên:
Pb =

.0
1
A
B
5
9/C
5
<
89:;

<π

=98=D

>


E

4

5
6
4
5
7' =,,
@
5

/C
5
F0
=G

C
5
<

- Vì công suất hai biên tần bằng nhau nên công suất toàn bộ tín hiệu AM :
P
AM
= Pc + 2Pb = Pc [ 1 + m
2
/2].
20

Ta có nhận xét công suất đầu ra AM lớn nhất phụ thuộc vào công suất sóng mang
và hệ số điều chế: khi điều chế cực đại tức là m=1 thì theo (1.1) biên độ
V
Ammax
=U

c
(1+m)
Do đó P
Ammax
=
@

5
8C
5
0
 G

H  

=4P
c
.
Công suất trung bình trong một chu kỳ điều chế khi m=1 :
P
AM
= Pc [1 + m
2
/2] =3/2P
c
Hệ số lợi công suất k=
I
J
I
KL


I
M
/D
5
/I9,2,,8,D
5
N3

C
5
8C
5

Khi hệ sâu điều chế bằng 1 thì k=1/3 nghĩa là công suất hữu ích chỉ bằng 1/3 công
suất phát đi.
1.2.2 Điều chế DSB-SC (Double SideBand- Supperssed carrier)
Trong điều chế DSB_SC, biên độ của tín hiệu đã điều chế tỷ lệ thuận với tín hiệu
bản tin. Ta có tín hiệu sau điều chế như sau :
U(t) = Ac.m(t)cos(2πfct)
Và tín hiệu sóng mang được cho bởi biểu thức sau :
C(t) = Ac.cos(2πfct)
Trong đó:
Ac : Biên độ sóng mang
fc : Tần số sóng mang
So với phương pháp điều chế DSB-TC thì phần công suất lãng phí do phải

truyền đi thêm sóng mang đã được loại bỏ mà không gây mất tín hiệu do tín
hiệu sóng mang thực chất không chứa đựng tin tức hữu ích.
m(t) là tín hiệu bản tin. Ở đây m(t) là một tín hiệu có thể là một hàm đơn giản như

hàm sin hoặc cos nhưng cũng có những tín hiệu bản tin rất phức tạp nó có thể là tổ
hợp của nhiều biểu thức khi đó việc tính toán là vô cùng phức tạp. Biểu diễn trên
miền tần số của tín hiệu sau điều chế DSB-AM nhận được bằng cách lấy biến đổi
Fourier của hàm U(t) ta được :
U(f) =



M(f – fc) +



M(f + fc)
Trong đó M(f) là biến đổi Fourier của m(t). Hiển nhiên kiểu điều chế này dẫn đến
một sự dịch chuyển tần số đi một khoảng ±fc và một sự thay đổi tỷ lệ biên độ là



,
21

đối với phổ của tín hiệu bản tin. Băng thông truyền dẫn được ký hiệu bởi O
>
bằng
hai lần độ rộng băng thông của bản tin :O
>
= 2W


Hình 1.14 Mô phỏng tín hiệu điều chế DSB-SC.

Quan hệ năng lượng trong điều biên
- Công suất trung bình trong một chu kỳ điều chế
P
AM
=G

/
C
5


-Công suất biên tần
P
bt
(w
c
+w
s
)=P
bt
(w
c
-w
s
)= G

/
C
5
<



Hình1.15: Phân tích phổ tín hiệu điều chế DSB-SC
-Các nguyên tắc thực hiện điều chế DSB:
Sự biến điệu là quá trình dời tần và không có một hệ tuyến tính nào thực hiện được
điều đó .Một hệ phi tuyến thay đổi theo t nói chung là rất phức tạp.Tuy nhiên trong
trường hợp biến điệu người ta có thể thực hiện được bằng hai kiểu gián tiếp:
22

+Biến điệu cổng (Gated mudolator)
+Biến điệu theo luật bình phương (Square - Law Modulator)
-Biến điệu cổng:
Dựa vào sự kiện phép nhân của S(t) với một hàm tuần hoàn bất kỳ sẽ tạo ra
một chuỗi sóng AM với những sóng mang là bội số của tần số .

Hình 1.16 Tích của s(t) với hàm cổng tuần hoàn
Output của mạch nhân hình 1.16 là s(t)P(t)=s(t)
2
P


Q
P
R
STU,+&V

'
∞
RW
3


Trong đó f
c
–tần số cơ bản của cổng tuần hoàn
a
n
– các hệ số khai triển của P(t)
Giả sử P(t) là hàm chẵn (để tránh viết các số hạng sin trong dãy).Lọc BPF sẽ chặn
tất cả trừ thành phần tần số nào ta sẽ chọn kết quả là ở ngõ ra sẽ thu được sóng điều
biên.Mạch lọc điều hợp với tần số cơ bản,nhưng nó có thể điều hợp với tần số họa
tần của sóng AM có tần số sóng mang cao hơn.Trong thực tế ta chọn họa tần thấp vì
hệ số F sẽ suy giảm biên độ tín hiệu khi n tăng.P(t) là một hàm cổng gồm một dãy
xung tuần hoàn .
Vì P(t) có giá trị bằng 0 hoặc 1 do vậy mạch nhân có thể có cơ chế hoạt động on/off
. Bất lợi của đóng ngắt cơ khí là chậm yêu cầu tần số đóng ngắt phải bằng tần số của
sóng mang hoặc họa tần cần chọn nếu tần số lớn cỡ MHz thì đóng ngắt cơ khí
không đáp ứng được yêu cầu.
Với việc đóng ngắt sử dụng phần tử khác ở đây dùng diode cầu như hình
23


Hình1.17 Mạch tạo xung cổng dùng diode
Khi Uc*cos2&

' X *' thì cả 4 diode khóa dẫn tới mạch tương tự công tắc thường
mở. Ngược lại khi Uc*cos2&

' Y *' khi đó mạch tương tự công tắc thường
đóng.Giới hạn duy nhất của mạch đóng ngắt này là tần số đóng ngắt của diode.
Có thể dùng linh kiện tác động như transistor hoạt động giữa vùng khóa và vùng

bão hòa.Khi transistor khóa tương đương với sw hở khi dẫn bão hòa tương với sw
đóng.
-Biến điệu theo luật bình phương: Loại này dựa trên định luật “bình phương của
một tổng hai hàm có chứa một số hạng là tích của hai hàm đó “

2
Z

'

 )*+&

'
3

 Z


'

 )*

+&

' +Z

'

/ )*+&


'
Số hạng mà ta mong muốn là +Z

'

/ )*+&

' và phải tìm cách loại ra khỏi 2 tần
số kia .Rõ ràng chúng chồng lên nhau về mặt thời gian xét về mặt tần số biến đổi
furier của Z


'

bị giới hạn dưới 2f
m
tương tự )*

+&

' bị giới hạn bởi tần số 2f
c

Mặt khác ta lại có biểu diễn furier của các số hạng ở hình1.18 dưới đây

Hình 1.18 Biểu diễn furier của tín hiệu biến điệu bình phương.
Xem hình 1.18 trên cho thấy khi fc >3f
m
thì tín hiệu không bị chồng lên nhau vậy có
thể tách chúng ra bằng mạch lọc BPF để thu được tín hiệu Am thực tế tín hiệu sóng

mang có fc >> f
m
lên điều kiện trên dễ dàng thỏa mãn.
24

Các diode bán dẫn có đặc tuyến rất giống với luật bình phương (trong vùng hoạt
động của nó)

Hình1.19 Điều biên cân bằng.
Xây dựng bộ phận bình phương thì không đơn giản, bất kỳ một linh kiện phi tuyến
nào cũng cho một tín hiệu ra tương ứng với tín hiệu vào bởi một hệ thức mà ta khai
triển thành chuỗi lũy thừa
Với y(t) là output và x(t) là input biểu diễn mỗi quan hệ giữa y(t) và x(t) sẽ là
y(t)=a
0
+a
1
x(t)+a
2
x
2
(t)+a
3
x+a
3
x
3
(t)+…-số hạng mà ta cần quan tâm là a
2
x

2
(t) và phải
tìm cách tách ra khỏi các thành phần khác.
Trong mạch trên cộng sóng mang với tin tức s(t) sau đó đưa chúng vào linh kiện phi
tuyến (bình phương) áp dùng cho cả -s(t).Mạch tổng sẽ lấy hiệu số của hai tín hiệu
làm loại bỏ số hạng lũy thừa lẻ trong khai triển đồng thời giúp số hạng
+Z

'

/ )*+&

' không đổi dấu khi –s(t) thay bằng s(t) vậy sẽ làm tăng đôi biên
độ tín hiệu.Vậy khi số hạng bậc 2 bị triệt tiêu nên tín hiệu thu được sẽ là SC-AM
1.3 Điều chế đơn biên (SSB: single sideband)
Ta biết tin tức chỉ chứa trong biên tần, nên chỉ cần truyền đi một biên tần là đủ
thông tin về tin tức. Quá trình điều chế nhằm tạo ra một dải biên tần gọi là điều chế
đơn biên. Tải tần chỉ cần dùng để tách sóng do đó có thể nén toàn bộ hoặc một phần
tải tin trước khi truyền đi. Trong các hệ thống DSB nói trên khoảng băng tần cần
thiết để truyền tín hiệu thuộc khoảng fc-fm và fc+fm khổ băng tổng cộng là 2fm vì
vậy trong phương pháp SSB ta chỉ truyền đi 1 băng tần trên hoặc dưới.
Biểu diễn trên miền thời gian của các tín hiệu này là :
U(t) =



m(t)cos(2πfct) ±




[(t)sin(2πfct) (1.7)
Trong đó dấu trừ ứng với USSB-AM còn dấu cộng ứng với LSSB-AM.
25

Tín hiệu được ký hiệu bằng [(t) là biến đổi Hilbert của m(t), nó tạo ra một trục đối
xứng qua vị trí của sóng mang. Trên miền tần số ta có
\
@$
(f) = m(f+fc), fc ≤ |f| (1.8)
0 với mọi giá trị khác của f
\
]$
(f) = m(f-fc) |f| ≤ fc (1.9)
0 với mọi giá trị khác của f


Hình1.20 Biểu diễn phổ của 2 băng cạnh USSB và LSSB
Ta thấy băng tần của biến điệu SSB chỉ chiếm một phần băng tần được chiếm của
DSB.
1.3.1Một số ưu điểm của điều chế đơn biên (SSB) so với DSB
(1) Phổ của tín hiệu điều chế LSSB và USSB là một nửa độ rộng băng của DSB
và AM truyền thống do đó bằng với độ rộng băng thông của tín hiệu bản tin tức là :
Bt= W.
Bởi vậy trong cùng một dải tần số thì số đài có thể bố trí tăng gấp đôi.
(2) Dùng tín hiệu SSB sẽ thực hiện được sự bảo mật tốt, do nếu không biết tần
số sóng mang thì sẽ không thu được tin tức. Do vậy máy phát và máy thu SSB được
sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực quân sự
(3) Đối với tín hiệu AM trong giải truyền sóng ngắn, do sự phân tán của đặc
tuyến pha mà xẩy ra sự chia pha các dao động trong dải biên. Điều đó làm méo tín
hiệu truyền và làm giảm biên độ điện áp ở đầu vào bộ tách sóng của máy thu AM.

Tổn hao công suất ở đầu ra, do đó được đánh giá là 50%. Còn đối với tín hiệu SSB
thì mọi tin tức điều được phát trong một dải biên nên không có hiện tượng chia pha.
(4) Do hiện tượng pha đinh trong truyền sóng mà tần số sóng mang f
0
có thể bị suy
giảm. Đối với máy thu AM có lúc m > 1 sẽ gây méo do quá điều chế. Nếu pha đinh
rất lớn làm mất hẳn tần số sóng mang thì máy thu sẽ không thu được gì. Còn đối với