Bài giảng Hệ thống viễn thông - Chương 4: Hệ thống AM-FM - Trương Thu Hương

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