Bài giảng Hệ thống viễn thông - Chương 4: Hệ thống AM‐FM

Nội dung text: Bài giảng Hệ thống viễn thông - Chương 4: Hệ thống AM‐FM

1. Chương 4: Hệ thống AM-FM Giảng viên: Trương Thu Hương Email: huong.truong@mail.hut.edu.vn
2. Đầu ra của chương • Truyền sóng • Điều biên – AM • Điều tần - FM 2
3. 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
4. Giới thiệu • Rất nhiều nguồn thông n tạo ra n hiệu tương tự – Ví dụ: ếng nói, âm nhạc, ảnh và video • Tuy xu hướng chung là truyền dẫn số, truyền dẫn n hiệu tương tự vẫn là đáng kể – Ví dụ: phát thanh truyền hình quảng bá.
5. 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
6. 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
7. 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
8. 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 n bằng cách ấn vào n 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 n hiệu gốc m(t) từ thông thấp sang thông dải, xung quanh tần số sóng mang fc 8
9. 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: M A ! c # % u(t) = Ac cos2! fct + $cos2! ( fc " fm )t + cos2! ( fc + fm )t& 2 Thành phần sóng mang Thành phần băng cạnh trên (n hiệu DSB-AM) 9
10. AM – Dạng sóng M Tần số đường bao fm Tín hiệu sóng mang Tần số fc Sóng mang Sóng mang chưa điều chế được điều chế • Sóng được điều biên: tần số sóng mang vẫn hình sin với fc trong khi đường bao thay đổi theo tần số fm. 10
11. Phổ của tín hiệu điều biên !MA # !MA # ! # c c U ( f ) = F"Ac cos(2! fct)$+ F cos 2! ( fc % fm )t + F cos 2! ( fc + fm )t "& 2 ( )$' "& 2 ( )$' A c ! # = "! ( f % fc ) +! ( f + fc )$ 2 M A ( c ! # + "! ( f % fc + fm ) +! ( f + fc % fm )$ 4 M A ( c ! # + "! ( f % fc % fm ) +! ( f + fc + fm )$ 4 |U Sóng mang (f)| M ! Ac Tần số cạnh Tần số 2 M ! A M A dưới cạnh trên c ! c 4 4 11 -fc - fm -fc -fc + fm fc - fm fc fc + fm
12. Công suất của n 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: m(t) mn (t) = max m(t) • Tín hiệu điều chế có thể được biểu diễn: ! # u(t) = Ac "1+ a•mn (t)$cos(2! fct)
13. SAM(t) SAM(t) m(t) Quá điều biên (a>1)
14. Công suất n hiệu • Công suất n hiệu bản n T /2 2 1 ! # Pm = lim 1+ am t dt T!" & " n ( )$ T %T /2 T /2 1 2 2 mn(t) không chứa thành ! # = lim 1+ a mn t dt phần 1 chiều T'( & " ( )$ T %T /2 1 a2P = + mn n Công suất n hiệu điều chế A2 A2 P = c + c a2P u 2 2 mn Công suất sóng mang Công suất bản n
15. Phổ n 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
16. 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
17. 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
18. 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
19. 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: m(t) = acos(2! fmt) biên độ bị giới hạn m(t) !1 • Sóng mang hình sin: c(t) = Ac cos(2! fct) trong đó: fc là tần số cơ bản của sóng mang tính bằng hertz Ac là biên độ bất kì. 19
20. FM - Điều tần • Sóng mang được điều chế bởi tín hiệu như sau: u(t) = Ac cos(2! fct + !(t)) • Tần số tức thời của tín hiệu điều tần: 1 d fi (t) = fc + ! (t) 2! dt • Độ lệch tần số tức thời tỉ lệ thuận với tín hiệu bản tin 1 d !f = fi (t) ! fc = ! (t) = k f m(t) 2! dt • Trong đó: kf_là hằng số độ lệch tần số 20
21. FM - Điều tần • Suy ra: t !(t) = 2!k f $ m(t)dt "# !fmax = k f max m(t) • Tín hiệu điều tần biểu diễn như sau: " t % " t % ( * u(t) = Ac cos$2! ! fi (t)dt' = Ac cos$2! ! ) fc + k f m(t)+dt' # 0 & # 0 & 21
22. FM – dạng sóng Sóng được điều tần: tần số sóng mang thay đổi khi tín hiệu thay đổi. 22