Hệ thống viễn thông - Chương  4: Hệ thống AM - FM

Chương  4:  Hệ  thống  AM-­‐FM   Giảng  viên:  Trương  Thu  Hương   Email:  huong.truong@mail.hut.edu.vn   Đầu  ra  của  chương   •  Truyền  sóng   •  Điều  biên  –  AM   •  Điều  tần  -­‐  FM   2 Tài liệu tham khảo •  Telecommunication Circuit Design, Patrick D. van der Puije, 2002 •  Fundamentals of communication systems, John Proakis, Prentice Hall 2005 •  Wikipedia •  Google 3 Giới  thiệu   •  Rất  nhiều  nguồn  thông  Rn  tạo  ra  Tn  hiệu   tương  tự   – Ví  dụ:  Rếng  nói,  âm  nhạc,  ảnh  và  video   •  Tuy  xu  hướng  chung  là  truyền  dẫn  số,  truyền   dẫn  Tn  hiệu  tương  tự  vẫn  là  đáng  kể   – Ví  dụ:  phát  thanh  truyền  hình  quảng  bá.   Hệ thống AM ( Amplitude Modulation) •  Khái niệm –  Công thức, chi tiết điều chế, dạng sóng, dải tần số •  Phân loại •  Ứng dụng: –  Truyền dữ liệu AM, phát quảng bá AM 5 AM – Dải tần số •  Việc cấp phát thanh AM được chi phối bởi các điểu lệ về sóng vô tuyến của ITU, và tại cấp quốc gia thì bởi đơn vị quản lý viễn thông của quốc gia đó. •  Sóng dài là sóng tại 153–279 kHz; trong lịch sử các tần số cao 413 kHz được sử dụng, nhưng hiện tại, không có nhà phát thanh LW nào phát trên 279 kHz. •  Sóng trung : 520–1,610 kHz. Ở châu Mỹ, (ITU region 2) sử dụng độ phân kênh 10 kHz; nơi khác 9 kHz. •  Sóng ngắn: 2,300–26,100 kHz, chia thành 15 dải phát quảng bá. Phát quảng bá bằng sóng ngắn nhìn chung sử dụng độ phân kênh ( channel spacing) 5 kHz. •  Các tần số khác 6 AM – Phân loại •  double-sideband suppressed carrier (DSB-SC) •  double side band amplitude modulation (DSB- AM). •  double-sideband reduced carrier (DSBRC) •  single side band with compressed carrier •  single side band Điều chế •  Tín hiệu bản tin tương tự: m(t) –  Tín hiệu thông thấp có băng thông W:  M(f)  =  0  với  |f|  >W   •  m(t)  được  truyền  đi  trên  kênh  thông  Rn  bằng  cách  ấn  vào  Tn   hiệu  sóng  mang  c(t)        c(t)  =  Accos(2πfct  +  Φc)   Trong  đó:   Ac:  Biên  độ  sóng  mang   fc:  Tần  số  sóng  mang   Φc:  pha  của  sóng  mang   •  Điều  chế  chuyển  Tn  hiệu  gốc  m(t)  từ  thông  thấp  sang  thông   dải,  xung  quanh  tần  số  sóng  mang  fc   8 Điều biên truyền thống •  Dòng sóng mang : c(t)  =  Accos(2πfct)     •  Tín hiệu bản tin: m(t) = M× cos(2πfmt)     •  Sóng mang được điều biên: u(t)= Ac  [1+  m(t)]cos(2πfct)   Tín hiệu điều biên có thể được biểu diễn: u(t)= Ac  [1+  M  × cos(2πfmt)]  cos(2πfct)     Ta có: 9 u(t) = Ac cos2! fct + M ! Ac 2 cos2! fc " fm( ) t + cos2! fc + fm( ) t #$ %& Thành  phần  sóng  mang   Thành  phần  băng  cạnh  trên   (Tn  hiệu  DSB-­‐AM)   AM – Dạng sóng •  Sóng  được  điều  biên:  tần  số  sóng  mang  vẫn  hình  sin  với  fc   trong  khi  đường  bao  thay  đổi  theo  tần  số  fm.     10 Tần  số  đường  bao  fm   Tín  hiệu  sóng  mang   Tần  số    fc   Sóng  mang     được  điều  chế   Sóng  mang    chưa  điều  chế   M   Phổ của tín hiệu điều biên 11 fc  +  fm  fc  -­‐  fm   fc  -­‐fc  +  fm  -­‐fc  -­‐  fm   -­‐fc   M !Ac 4 M !Ac 2 Sóng  mang   Tần  số   cạnh  trên   Tần  số  cạnh   dưới   U f( ) = F Ac cos 2! fct( )!" #$+F MAc 2 cos 2! fc % fm( ) t( ) ! "& # $' +F MAc2 cos 2! fc + fm( ) t( ) ! "& # $' = Ac 2 ! f % fc( )+! f + fc( ) !" #$ + M ( Ac 4 ! f % fc + fm( )+! f + fc % fm( ) !" #$ + M ( Ac 4 ! f % fc % fm( )+! f + fc + fm( ) !" #$ |U (f)|   M !Ac 4 Công  suất  của  Tn  hiệu  AM   •  a:  hệ  số  điều  chế    -­‐  đo  sự  thay  đổi  của  biên  độ  xung  quanh  1   sóng  mang  chưa  điều  chế   •  Có  thể  biểu  diễn  m(t)  như  sau:      m(t)  =  a  .  mn(t)    Trong  đó  mn(t)  là  hàm  chuẩn  hóa  sao  cho          max|mn(t)|=1   •  Công  thức  trên  được  thực  hiện  bằng  cách  dùng:   •  Tín  hiệu  điều  chế  có  thể  được  biểu  diễn:   mn t( ) = m t( ) max m t( ) u t( ) = Ac 1+ a•mn t( )!" #$cos 2! fct( ) Quá  điều  biên  (a>1)   m (t )   S A M (t )   S A M (t )   Công  suất  Tn  hiệu   •  Công  suất  Tn  hiệu  bản  Rn   Pm = limT!" 1 T 1+ am n t( ) !" #$ %T /2 T /2 & 2 dt = lim T'( 1 T 1+ a 2mn2 t( )!" #$ %T /2 T /2 & dt =1+ a2Pmn Pu = Ac2 2 + Ac2 2 a 2Pmn mn(t)  không  chứa  thành   phần  1  chiều   n  Công  suất  Tn  hiệu  điều  chế   Công  suất  sóng  mang   Công  suất  bản  Rn   Phổ  Tn  hiệu  điều  biên     Phổ tần số của sóng AM khi tín hiệu dùng để điểu chế dạng một tần số bị thay thế bằng một dải tần số âm thanh 15 FM •  Khái niệm –  Công thức, chi tiết về điều chế, dạng sóng, dải tần số •  Phân loại •  Sơ đồ khối •  Ứng dụng: –  Truyền tin FM, phát quảng bá FM 16 FM  –  Dải  tần   •  Có thể truyền FM trên bất cứ tần số nào •  Dải sóng FM thường được hiểu là dải sóng phát thanh quảng bá FM II •  Dải phát quảng bá trên thế giới –  Quanh thế giới, dải quảng bá từ 87.5 tới 108.0 MHz. –  Ở Mỹ: 87.9 to 107.9 MHz. –  Nhật là trường hợp ngoại lệ duy nhất, dải 76 tới 90 MHz –  Tại Liên Xô cũ, và tại một số quốc gia khối phía đông có sử dụng một dải phụ là từ 65.9 tới 74 MHz. 17 Ứng  dụng   •  Thườn được dùng tại các tần số vô tuyến VHF cho dịch vụ phát thanh quảng bá âm nhạc và tiếng nói có chất lượng cao HIFI Analog TV sound is broadcast using FM. •  Dạng băng hẹp được dùng cho liên lạc thoại trên các sóng phát thanh thương mại và nghiệp dư (radio settings •  Tại vô tuyến hai chiều, FM băng hẹp (N-FM) được dùng để lưu giữ băng thông. •  FM cũng được dùng tại các tần số trung gian bởi các hệ thống VCR tương tự, bao hồm VHS •  FM cũng được dùng tại tần số âm thanh để tổng hợp âm tiếng động/âm thanh. Kỹ thuật này gọi là tổng hợp FM là đặc tính chuẩn cho một vài card âm thanh của một số thế hệ máy tính cá nhân 18 FM - Điều tần •  FM: dạng điều chế biểu diễn thông tin như biến thiên về tần số tức thời của sóng mang •  Giả sử tín hiệu cần truyền là: biên độ bị giới hạn •  Sóng mang hình sin: trong đó: fc là tần số cơ bản của sóng mang tính bằng hertz Ac là biên độ bất kì. 19 c t( ) = Ac cos 2! fct( ) m t( ) = acos 2! fmt( ) m t( ) !1 FM - Điều tần •  Sóng mang được điều chế bởi tín hiệu như sau: •  Tần số tức thời của tín hiệu điều tần: •  Độ lệch tần số tức thời tỉ lệ thuận với tín hiệu bản tin •  Trong đó: kf_là hằng số độ lệch tần số 20 u t( ) = Ac cos 2! fct +! t( )( ) fi t( ) = fc + 1 2! d dt ! t( ) !f = fi t( )! fc = 1 2! d dt ! t( ) = k fm t( ) FM - Điều tần •  Suy ra: •  Tín hiệu điều tần biểu diễn như sau: 21 u t( ) = Ac cos 2! fi t( )dt 0 t ! " # $ % & '= Ac cos 2! fc + k fm t( )() *+dt 0 t ! " # $ % & ' ! t( ) = 2!k f m t( )dt "# t $ !fmax = k f max m t( ) FM – dạng sóng Sóng được điều tần: tần số sóng mang thay đổi khi tín hiệu thay đổi. 22