Tổng quan về hệ thống thông tin

  • 61 trang
  • file .doc
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo thuộc khoa Điện-
Điện tử, trường Đại học Hàng Hải Việt Nam đã truyền thụ cho em những kiến thức
quý báu để có thể thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Và đặc biệt là sự hướng dẫn và
chỉ bảo nhiệt tình của thầy Lê Quốc Vượng cho em trong hơn một tháng qua, cùng
với sự giúp đỡ tích cực của các bạn cùng lớp để hoàn thành đồ án này.
Tuy nhiên, do thời gian thực hiện cũng như là kiến thức có hạn của một sinh
viên nên không thể tránh khỏi những sai xót. Vậy nên, em rất mong nhận được
những lời góp ý quý báu từ các thầy (cô) để em hoàn thiện, bổ sung và nâng cao
kiến thức của mình.
1
LỜI CAM ĐOAN
Kính thưa: Các thầy trong hội đồng phản biện
và thầy hướng dẫn Lê Quốc Vượng
Em tên là: Đinh văn Ngọc, sinh viên lớp DTV52DH2, mã sinh viên 42135, sinh
viên khoa Điện – Điện tử, trường Đại học Hàng Hải Việt Nam.
Em xin cam đoan nội dung đồ án tốt nghiệp em trình bày dưới đây không hề
được sao chép từ các đồ án có nội dung tương tự trước đó. Toàn bộ nội dung đồ án
này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Lê Quốc Vượng. Nếu
có gì vi phạm em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
2
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................2
MỤC LỤC..................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DÙNG TRONG ĐỒ ÁN.......4
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH..........................................................................................5
LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN....................................7
1.1 Các khái niệm chung............................................................................................7
1.2 Khái quát về hệ thông thông tin...........................................................................8
1.2.1. Phân loại hệ thống thông tin........................................................................8
1.2.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thông tin................................................9
1.3 Những vấn đề cơ bản của hệ thống truyền tin....................................................13
CHƯƠNG II: QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ.............................15
I. QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ.....................................................................................15
1.1 Khái niệm chung................................................................................................15
1.2 Mục đích và điều kiện của quá trình điều chế...................................................16
1.2.1 Mục đích.....................................................................................................16
1.2.2 Điều kiện.....................................................................................................16
1.3 Các phương pháp điều chế.................................................................................16
1.3.1 Điều chế biên độ (AM)...............................................................................16
1.3.1.1 Điều chế AM truyền thống...................................................................16
1.3.1.2 Điều chế song biên DSB......................................................................22
1.3.1.3 Điều chế đơn biên SSB........................................................................24
1.3.2 Điều chế tần số (FM) và điều chế pha (PM)...............................................25
1.3.2.1 Điều chế tần số (FM)............................................................................25
1.3.2.2 Điều chế pha (PM)...............................................................................27
II. QUÁ TRÌNH GIẢI ĐIỀU CHẾ..........................................................................29
2.1 Giải điều chế AM truyền thống..........................................................................29
2.2: Giải điều chế DSB và SSB................................................................................31
CHƯƠNG III: NỘI DUNG MÔ PHỎNG...............................................................32
3.1 Lý thuyết............................................................................................................32
3.1.1 Điều chế AM truyền thống..........................................................................32
3.1.2 Giải điều chế AM truyền thống...................................................................34
3.2 Dẫn dắt và chương trình mô phỏng....................................................................35
3.2.1 Quá trình điều chế.......................................................................................35
3.2.1.1 Dẫn dắt.................................................................................................35
3.2.1.2 Chương trình mô phỏng.......................................................................36
3
3.2.2 Quá trình giải điều chế................................................................................45
3.2.2.1 Dẫn dắt.................................................................................................45
3.2.2.3 Chương trình con dùng trong mô phỏng..............................................49
3.2.3 Kết quả mô phỏng.......................................................................................51
3.3 Phát triển............................................................................................................55
3.3.1 Sơ đồ thuật toán..........................................................................................55
3.3.2 Xây dựng code lệnh....................................................................................55
3.3.3 Kết quả thực hiện........................................................................................57
KẾT LUẬN..............................................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................59
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DÙNG TRONG
ĐỒ ÁN
AM Amplitude Modulation – điều chế biên độ
DSB Double Side Bande – điều chế song biên
SSB Single Side Bande – điều chế đơn biên
FM Frequency Modulation – điều chế tần số
PM Phase Modulation – điều chế pha
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng Tên bảng Số trang
3.1 Giá trị độ lệch (d) tương ứng hệ số điều chế (a). 57
4
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình Tên hình Số trang
1.1 Sơ đồ khối chức năng của hệ thống thông tin 3
1.2 Hệ thống thông tin 11
2.1 Các phương pháp điều chế tương tự 15
2.2 Dạng tín hiệu điều chế AM truyền thống 17
2.3 Sơ đồ khối điều chế AM mức thấp 18
2.4 Sơ đồ khối điều chế AM mức cao 18
2.5 Phổ của tín hiệu AM 20
2.6 Dạng tín hiệu điều chế DSB-AM 22
2.7 Sơ đồ mạch điều chế DSB-AM 23
2.8 Đồ thị phổ của tín hiệu DSB-AM 24
2.9 Sơ đồ mạch điều chế đơn biên SSB 24
2.10 Phổ của các tín hiệu điều chế AM, DSB, SSB 26
2.11 Dạng tín hiệu điều chế FM 28
2.12 Dạng tín hiệu điều chế pha 29
2.13 Sơ đồ khối giải điều chế AM 30
2.14 Mạch tách sóng đường bao không có điện trở 31
2.15 Mạch tách sóng đường bao có điện trở 31
2.16 Giải điều chế tín hiệu DSB và SSB 31
Phổ của tín hiệu bản tin và tín hiệu điều chế AM truyền
3.1 33
thống
3.2 Ví dụ minh họa 40
3.3 Tín hiệu điều chế AM khi không có nhiễu tác động 49
3.4 Phổ của tín hiệu AM khi không có nhiễu tác động 50
3.5 Tín hiệu điều chế AM khi có nhiễu tác động 50
3.6 Phổ của tín hiệu điều chế AM khi có nhiễu tác động 51
3.7 Tín hiệu sau tách sóng 51
Tín hiệu bản tin được khôi phục khi không có nhiễu tác
3.8 52
động
3.9 Tín hiệu bản tin được khôi phục khi có nhiễu tác động 52
3.10 Sơ đồ thuật toán dolech.m 53
Độ sai khác giữa tín hiệu bản tin gốc và tín hiệu
3.11 54
đượckhôi phục sau giải điều chế
3.12 Mối quan hệ giữa độ lệch và hệ số điều chế 56
5
LỜI MỞ ĐẦU
Từ xưa đến nay trao đổi thông tin là một nhu cầu vô cùng quan trọng của con
người. vào cái thời xa xưa ấy khi công nghệ truyền dẫn vẫn chưa phát triển thì để
liên lạc với nhau ở những khoảng cách xa là vô cúng khó khăn và người ta chỉ có
cách liên lạc truyền thống chẳng hạn như là viết thư tay sau đó bức thư được người
đưa thư đưa tới người nhận bằng ngựa - thuyền… điều này rất mất thời gian và
cũng như là không được kinh tế cho lắm.
Ngày này, để truyền thông tin đi những khoảng cách xa người ta thường dùng
đến sóng điện từ nhờ đó thông tin có thể truyền đi được tới hàng ngàn cây số chỉ
trong khoảng thời gian ngắn. Sóng điện từ trong trường hợp này như là phương tiện
để mang thông tin từ phía gửi đến phía nhận.
Thông tin mà con người muốn gửi đi có thể là âm thanh hoặc ký tự… những
thông tin này sẽ được biến đổi thành các tín hiệu điện. Các tín hiệu này có tần số rất
thấp vì vậy chúng bị suy hao nhanh trong không gian nên không trực tiếp dùng
chúng để truyền thông tin mà phải đưa tín hiệu này vào tín hiệu có tần số cao hơn
(it nhất là 30kHz – sóng điện từ) để có thể truyền đi xa. Ở phía gửi, quá trình đưa
tín hiệu tần số thấp vào tín hiệu có tần số cao hơn rất nhiều để truyền đến nơi nhận
được gọi là quá trình điều chế,.Ở phía nhận, việc lấy tín hiệu tần số thấp ban đầu ra
khỏi tín hiệu cao tần được gọi là giải điều chế.
Để hiểu rõ các quá trình trên một cách trực quan nhất, em xin dùng công cụ
matlab để mô phỏng và cũng như tìm hiểu một thông số quan trọng đó là hệ số điều
chế đến tín hiệu tái tạo được sau giải điều chế đối với phương pháp điều chế được
sử dụng khá phổ biến hiện nay đó là: Điều chế AM truyền thống.
6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
1.1 Các khái niệm chung
Tin tức ( news ) là phản ánh của sự vật khách quan đối với sự nhận biết của con
người. Tin tức có tính chất là sự mới mẻ và độ tin cậy.
Thông tin ( information ) là vật liệu đầu tiên được xử lý trong quá trình truyền
tin. Đối với khái niệm thông tin thì hiện nay chưa có một định nghĩa chính xác và
đầy đủ, tuy nhiên chúng ta có thể tạm thời hiểu đinh nghĩa về thông tin như sau:
Thông tin là toàn bộ những cảm nhận chủ quan của con người về thế giới xung
quanh có được do sự tiếp xúc của các giác quan với môi trường xung quanh. Như
vậy thông tin là toàn bộ những hiểu biết của con người và càng tiếp xúc với môi
trường chúng ta càng thu thập thêm được nhiều thông tin và tăng vốn hiểu biết của
bản thân. Thông tin là sự phản ánh mang tính hướng đích ( sự quan tâm của người
nhận ) của sự vật khách quan đối với sự nhận biết của con người.
Một tin nếu được một ai đó quan tâm thì đó chính là thông tin đối với người đó.
Trong cuộc sống, chúng ta luôn có nhu cầu trao đổi thông tin cho nhau và quá
trình trao đổi thông tin đó còn được gọi là quá trình truyền tin. Những thông tin khi
truyền có thể tồn tại ở nhiều dạng năng lượng khác nhau như: âm điện, sóng điện từ
và sóng ánh sáng …những dạng năng lượng mang tin được gọi là vật mang.
Trong bất kỳ một hệ thống truyền tin nào, tại điểm thu ngoài tín hiệu thông tin
hữu ích nhân được còn có tạp nhiễu kèm theo. Tạp nhiễu do bản thân hệ thống tác
động gây ra được gọi là tạp âm và do tác động bên ngoài gây ra được gọi là can
nhiễu.
Tạp nhiễu giới hạn khả năng truyền tin của hệ thống. Nếu không có tạp nhiễu
chúng ta có thể truyền các đoạn tin đến các ranh giới ngoài vũ trụ mà chỉ cần một
năng lượng rất nhỏ, tuy nhiên trong thực tế phải tính đến yếu tố suy hao năng lượng
sóng của môi trường truyền và các yếu tố can nhiễu gây lên.
7
Tín hiệu (signal) là vật mang đã chứa thông tin - đại diện cho thông tin. Cho nên
trước đây khi khái niệm thông tin chưa được xác đinh cụ thể như hiện nay, người ta
vẫn nghiên cứu định lượng các hệ thống truyền tin bằng cách tính toán và thực
nghiệm sự biến đổi năng lượng mang tin trong hệ thống đó. Trên quan điểm năng
lượng , lý thuyết mạch, lý thuyết tín hiệu đã giải quyết những vấn đề tổng quát về
phân tích- tổng hợp mach và tín hiệu, nhờ đó kĩ thuật truyền tin đã có những bước
tiến bộ khá dài.
Nhưng đồng thời với sự phát triển mạnh mẽ của mình, ngành kĩ thuật truyền tin
đã nảy sinh nhiều vấn đề mà những lý thuyết xây dựng trên quan điểm năng lượng
không giải thích được một cách đầy đủ, như vấn đề về mối liên hệ cơ bản giữa các
hệ thống truyền tin sử dụng năng lượng khác nhau, như vấn đề bảo tồn thông tin
trong hệ thống thông tin vũ trụ trong đó năng lượng tải tin rất nhỏ bé, như vấn đề
bảo tồn tốc độ truyền tin nhanh và chính xác trong các hệ thống truyền số liệu, như
gia công thông tin trong các thiết bị tính toán điều khiển… vậy nên phải xây dựng
những tiêu chuẩn chung để có thể đánh giá và so sánh các hệ thống truyền tin, giải
quyết những vấn đề cơ bản của sự truyền tin là: tốc độ truyền tin và khả năng
chống nhiễu của hệ thông truyền tin, thiết lập những mô hình của hệ thống truyền
tin thực, chỉ ra các phương hướng cải tiến hiệu quả...
Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu mô hình tổng quát của hệ thống truyền tin và
những vấn đề lý thuyết cơ bản mà hệ thống đặt ra.
1.2 Khái quát về hệ thông thông tin
1.2.1. Phân loại hệ thống thông tin
Những hệ thống thông tin mà con người đã đang khai thác và sử dụng có rất
nhiều dạng, chúng ta có thể dựa trên nhiều cơ sở khác nhau để phân loại chúng
như:
8
Dựa trên cơ sở năng lượng mang tin chúng ta có thể phân loại hệ thống truyền
tin thành:
 Hệ thống điện tín dùng năng lượng điện một chiều
 Hệ thống vô tuyến điện dùng năng lượng sóng điện từ
 Hệ thống thông tin quang năng (hệ thống báo hiệu, hệ thống thông tin hồng
ngoại, laser, cáp quang…)
 Hệ thống dùng sóng âm và siêu âm
Dựa trên cơ sở biểu hiện bên ngoài của thông tin chúng ta phân loại hệ thống
truyền tin thành:
 Hệ thống truyền số liệu.
 Hệ thống truyền hình.
 Hệ thống truyền thoại.
Những cách phân loại nêu trên dựa theo nhu cầu kỹ thuật, giúp chúng ta nhận
thức vấn đề một cách cụ thể và tìm hiểu khai thác hệ thống một cách dễ dàng.
Ngoài ra, chúng ta có thể căn cứ vào đặc điểm của thông tin đưa vào kênh
truyền để phân loại các hệ thống truyền tin thành hai hệ thống truyền tin như sau:
 Hệ thống truyền tin rời rạc.
 Hệ thống truyền tin liên tục.
1.2.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thông tin
Truyền tin ( Transmission) là sự dịch chuyển từ điểm này đến điểm khác trong
một môi trường xác định. Hai điểm này sẽ được gọi là điểm nguồn tin (Information
source ) và điểm nhận tin ( Information destination ). Môi trường truyền tin
(Transmission Media) được gọi là kênh tin (Channel).
Nguồn tin Kênh tin Nhận tin
Hình 1.1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống thông tin
9
Như vậy sơ đồ khối chứa năng của hệ thống thông tin bao gồm ba khâu chính:
nguồn tin, kênh tin và nhận tin (hình 1.1).
Nguồn tin là nơi sản sinh ra và chứa các tin cần truyền đi.
Khi một đường truyền tin được thiết lập để truyền tin từ nguồn tin đến nhận tin,
một dãy các phần tử cơ sở ( các tin) của nguồn tin sẽ đươc truyền đi với một phân
bố xác xuất nào đó. Dãy này được gọi là một bản tin ( message). Vậy nên nguồn tin
là tập hợp các tin mà hệ thống truyền tin dùng để lập các bản tin khác nhau để
truyền tin.
Kênh tin là môi trường lan truyền thông tin. Để có thể lan truyền thông tin trong
một môi trường vật lý xác định, thông tin phải được chuyển thành các tín hiệu thích
hợp với môi trường truyền lan. Vậy kênh tin là nơi hình thành và truyền tín hiệu
mang tin đồng thời tại đây cũng sinh ra tạp nhiễu phá hủy thông tin. Trong lý
thuyết truyền tin kênh là là khái niệm trừu tượng đại diện cho hỗn hợp tin hiệu và
tạp nhiễu. Dựa vào khái niệm trên ta có thể phân loại kênh một cách dễ dàng mặc
dù trong thực tế có rất nhiều dạng kênh thông tin khác nhau như:
 Truyền tín hiệu theo đường dây song hành, cáp đồng trục, ống dẫn sóng.
 Truyền tín hiệu lan qua tầng điện ly, không hoặc có phản xạ.
 Tín hiệu truyền lan qua tầng đối lưu, không hoặc có phản xạ và khúc xạ.
 Tín hiệu truyền lan trên mặt đất, trong đất.
 Tín hiệu truyền lan trong nước
Nhận tin là quá trình phục hồi tín hiệu ban đầu từ tín hiệu ra của kênh thông tin.
Sơ đồ tổng quát chức năng các khối cơ bản của hệ thống thông tin đã nêu trên
có vẻ vẫn còn khá là chung chung chỉ cho chúng ta thấy được chức năng của các
khối cơ bản trong hệ thống thông tin mà khi ta nhìn vào vẫn chưa thấy được quá
trình cụ thể trong mỗi khối sau đây em xin nêu khái quát một sơ đồ khối chi tiết
hơn:
10
Máy phát Máy thu
Thông
Thông tin
tin đầu Xử lý tín
Xử lý tín đầu ra
vào hiệu
hiệu m’(t)
m(t) Tạp
nhiễu
n(t)
Các mạch Các phương Các mạch
sóng mang tiện truyền sóng mang
s(t) dẫn r(t)
(kênh tin)
Hình 1.2: Hệ thống thông tin
Nguồn thông tin đầu vào của hệ thống được biểu diễn bởi dạng tín hiệu đầu vào
m(t). Tín hiêụ của đoạn tin đầu ra của hệ thống được biểu diễn bởi m’(t). Dấu “ ‘ “
chỉ ra đoạn tin nhận được ở phía thu có thể không giống với đoạn tin đầu vào ở
phía phát có thể nói rằng đoạn tin m’(t) ở phía thi có thể bị sai lạc do can nhiễu trên
kênh truyền lớn, hoặc có sự suy giảm khác trong hệ thống chẳng hạn như độ chọn
lọc hay tính phi tuyến không đạt như mong muốn. Các tín hiệu của nguồn có thể ở
dạng tương tự hoặc số, tùy thuộc vào hệ thống cụ thể mà có thể ở dạng âm thanh,
hình ảnh hoặc số liệu. Ở các hệ thống kênh đa chức năng thì cùng một lúc ở đầu
vào hoặc đầu ra có thể có nhiều dang tin khác nhau.
Bộ xử lý tín hiệu vào ở khối phát phải được thích ứng với nguồn tín hiệu để
nâng cao hiệu suất truyền. Trong một hệ thống số bộ xử lý có thể gồm một máy
tính nhỏ hoặc một bộ vi xử lý để giảm độ thừa của nguồn vào.
Bộ xử lý tín hiệu cũng có thể cung cấp mã kênh truyền, mã phát hiện lỗi hoặc
sửa lỗi nhằm giảm bớt sai số của đoạn tin ở đầu vào máy thu do tạp nhiễu của kênh
11
truyền gây ra. Trong hệ thống thông tin tương tự thì bộ xử lý tín hiệu có thể là các
bộ lọc dải thông
Các mạch sóng mang tại khối phát có tác dụng chuyển tín hiệu băng tần cơ sở
sang một băng tần thích hợp để phù hợp với kênh truyền. Ví dụ:
Nếu kênh truyền là cáp xoắn đôi thì phổ s(t) ( tín hiệu đầu ra của mach sóng
mang ) sẽ nằm trong khoảng âm thanh từ 300 đến 3700 Hz, nhưng nếu kênh là một
đường dây sợi quang thì phổ cảu s(t) sẽ nằm ở các tần số ánh sang.
Nếu kênh truyền các tín hiệu băng tần cơ sở thì không cần đén các mạch sóng
mang vậy s(t) chính là đầu ra của bộ xử lý tín hiệu tại máy phát.\
Các mạch sóng mang là rất cần thiết khi kênh chỉ có thể truyền các tần số nằm
trong một băng tần xung quanh tần số sóng mang f c ( “ c “là viết tắt của “carrier “),
trong đó fc>>0. Trong trường hợp này s(t) được gọi là tín hiệu thông dải ví nó được
thiết kế là tập hợp của các tần số bao quanh fc. Ví dụ:
Một trạm phát thanh điều biên có tần số được phân định là 800 kHz, khi đó tần
số sóng mang là fc = 800 kHz. Việc ánh xạ dạnh sóng của tin tức đầu vào của băng
tần cơ sở sang tín hiệu dải thông được goi là sự điều chế m(t) là tín hiệu âm thanh
trong phát thanh AM.
Kênh truyền dẫn có thể được chia thành hai loại :
Dây cứng như: Đường dây điện thoại, dây xoắn đôi, cáp đồng trục, ống dẫn
song và dây sợi quang.
Dây mền như: Không khí, chân không, nước biển.
Nguyên lý chung về điều chế số và tương tự được áp dụng cho tất cả các loại
kênh, cho dù các đặc tính kênh truyền có thể quy định những gới hạn mà chỉ thích
hợp một loại tín hiệu cụ thể. Kênh truyền gây ra những suy giảm tín hiệu, mức tạp
nhiễu của kênh cũng như tạp nhiễu do máy thu không hoàn hảo có thể gây ra sự sai
lệch so với tín hiệu ban đầu của nguồn. Tạp nhiễu kênh truyền có thể tăng do các
nhiễu loạn điện tự nhiên như ( sấm – chớp ) hoặc do các nguồn do con người tạo ra
12
như: các đường đây cao áp, các hệ thống đánh lửa của ô tô, thậm chí là sự chuyển
mạch của các máy tính số gần đó. Kênh truyền có thể chứa các bộ khuếch đại chủ
động, chẳng hạn như các bộ lặp trong hệ thống điện thoại liên tỉnh hoặc các bộ phát
đáp trong hệ thống thông tin vũ trụ. Các thiết này tất nhiên là cần thiết để giúp cho
việc giữ tín hiệu luôn luôn lớn hơn mức tạp nhiễu. Ngoài ra tín hiệu trong kênh có
thể đi theo nhiều đường có trễ thời gian và đặc tính tiêu hao thời gian khác nhau.
Các biến đổi đó dẫn đến hiện tượng phading tín hiệu đầu ra của kênh truyền.
Máy thu lấy tín hiệu sai lạc tại đầu ra của kênh truyền và chuyển nó sang một tín
hiệu băng tần cơ sở để bộ xử lý băng tần cơ sở của máy thu có thể xử lý được. Bộ
xử lý băng tần cơ sở “dọn dẹp” tín hiệu này và cung cấp tín hiêu m’(t) cho đầu ra
của hệ thống.
Trong hệ thống thông tin tương tự, thước đo chất lượng thường được lấy là tỉ số
tín hiệu trên tạp âm (S/N) tai đầu ra của máy thu.
1.3 Những vấn đề cơ bản của hệ thống truyền tin
Trong phần trên chúng ta đã phân loại hệ thống truyền tin làm hai nhóm chính,
một là nhóm các hệ thống truyền tin rời rạc hai là nhóm các hệ thống truyền tin liên
tục. khi nói đến chức năng của hệ thống truyền tin có đề cập đến biểu thức S r(t) =
Nn(t)Sv(t)*H(t) + Nc(t) tổng quát mô hình kênh tin. Trong biểu thức đó tùy thuộc
vào dạnh của Sv(t), chúng ta có kênh tin rời rạc hoặc liên tục. Sau đây chúng ta sẽ
dựa trên sự phân loại như vậy để phân tích các vấn đề cơ bản của hệ thống truyền
tin. Trước hết ta liệt kê những vấn đề cơ bản liên quan đến quá trình truyền tin.
Các vấn đề cơ bản của hệ thống truyền tin gồm có:
Hiệu suất truyền tin, hay tốc độ truyền tin của hệ thống. Đó là lượng thông tin
hệ thống cho phép ( hay có thể ) truyền đi trong một đơn vị thời gian.
Độ chính xác truyền tin, hay nói cách khác là khả năng chống nhiễu của hệ
thống.
13
Yêu cầu quan trong đối với bất kỳ một hệ thống truyền tin nào là thực hiện được
sự truyền tin nhanh chóng và chính xác. Mỗi một kênh truyền sẽ có một tốc độ
truyền tin giới hạn nghĩa là giới hạn nghĩa là khối lượng thông tin lớn nhất mà kênh
cho truyền qua với một độ sai lệch nhỏ tùy ý.
Trong nhiều trường hợp nguồn tin nguyên thủy là liên tục nhưng dùng kênh rời
rạc để truyền tin. Vậy nguồn tin liên tục trước khi được mã hóa phải được rời rạc
hóa cho phù hợp với kênh truyền.
Khi thông tin được truyền trên cự ly rất lớn, người ta thường dùng năng lượng
tin là sóng điện từ, đưa tín hiệu tin tức vào sóng mang cao tần bằng cách thay đổi
một trong các thông số của sóng mang theo quy luật của tín hiệu tin tức người ta
gọi đó là quá trình điều chế. Trong trường hợp này nếu công suất máy phát bị hạn
chế, năng lượng tín hiệu và tạp nhiễu ở đầu thu sẽ xấp xỉ bằng nhau, một vấn đề lý
thuyết đặt ra là xác định cấu trúc thiết bị thu tín hiệu lý tưởng, nghĩa là phải phát
hiện và tách được tín hiệu trên nền tạp nhiễu. Quá trình tách tin hiệu tin tức ra khỏi
hỗn hợp tạp nhiễu + tín hiệu mang tin được gọi là quá trình giải điều chế.
Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu khái quát về quá trình điều chế và giải điều chế tín
hiệu tương tự.
14
CHƯƠNG II: QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ
I. QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ
1.1 Khái niệm chung
Điều chế là quá trình ghi tín hiệu tin tức vào tín hiệu sóng mang cao tần bằng
cách thay đổi một trong các thông số ( tần số, biên độ, pha) của sóng mang theo
quy luật của tin tức.
Theo khái niệm được nêu trên ta có thể phân loại quá trình điều chế tương tự
thành ba dạng chính đó là:
Các phương pháp điều chế
tương tự
Biên độ Tần số Pha
DSB-AM SSB-AM
AM truyền thống
Hình 2.1: Các phương pháp điều chế tương tự
Điều chế biên độ (AM – Amplitude Modulation): biên độ của tín hiệu sóng
mang cao tần thay đổi theo quy luật của tin tức.
Điều chế biên độ (AM) lại được chia thành:
 Điều chế AM truyền thống.
 Điều chế đôi biên biên độ cân bằng DSB-AM (DSB – Double Side Bande)
 Điều chế đơn biên SSB-AM (SSB – Single Side Bande)
15
Điều chế tần số (FM – Frequency Modulation): Tần số của sóng mang thay đổi
theo quy luật của tín hiệu tin tức.
Điều chế pha (PM – Phase Modulation): Pha của sóng mang thay đổi theo quy
luật của tín hiệu tin tức.
1.2 Mục đích và điều kiện của quá trình điều chế.
1.2.1 Mục đích
Đối với anten, bức xạ của tín hiệu cao tần có hiệu quả khi bước sóng của nó tỉ
lệ với kích thước anten.
Tín hiệu cao tần ít bị suy hao trong không gian vì vậy mà thông tin có thể
truyền đi được xa hơn.
Mỗi một dịch vụ vô tuyến có một băng tần riêng biệt. Quá trình điều chế giúp
chuyển phổ của tín hiệu băng gốc lên một băng tần thích hợp.
1.2.2 Điều kiện
Tần số của sóng mang cao tần fc ≥ (8÷10) fmax, trong đó fmax là tần số cực đại
của tín hiệu băng gốc.
Thông số của sóng mang cao tần ( biên độ, tần số, pha) biến đổi theo quy luật
của tín hiệu tin tức mà không phụ thuộc vào tần số của nó.
Biên độ cực đại của sóng mang cao tần phải lớn hơn biên độ của tín hiệu điều
chế.
1.3 Các phương pháp điều chế
1.3.1 Điều chế biên độ (AM)
Định nghĩa: biên độ sóng mang cao tần thay đổi theo quy luật của tín hiệu băng
gốc.
1.3.1.1 Điều chế AM truyền thống.
16
Hinh 2.2: Dạng tín hiệu điều chế AM truyền thống
17
Sơ đồ khối điều chế AM mức thấp:
Sóng mang
(carrier)
c(t)=Vc cos(ωct) Điều chế
AM mức anten
thấp
KĐCS cao tần
Tín hiệu băng gốc
m(t)=Vm cos(ωmt)
Hình 2.3: Sơ đồ khối điều chế AM mức thấp
Sơ đồ khối điều chế AM mức cao:
Sóng mang
(carrier)
c(t)=Vc cos(ωct) Điều chế
AM mức anten
thấp
KĐCS cao tần
Tín hiệu băng gốc
m(t)=Vm cos(ωmt)
Hình 2.4: Sơ đồ khối điều chế AM mức cao
18
Tín hiệu sóng mang: c(t)=Vc cos(ωct) trong đó Vc là giá trị biên độ sóng mang
ωc là tần số sóng mang.
Tín hiệu băng gốc: m(t) = Vm cos(ωmt); trong đó Vm là giá trị biên độ tín hiệu
băng gốc, ωm là tần số của tín hiệu băng gốc.
Lưu ý: ωc >> ωm
Khi chưa có tín hiệu băng gốc đưa vào ( Vm = 0), nghĩa là máy phát hoạt động ở
chế độ sóng mang, khi đó đầu ra có dạng: VAM = Vc cos(ωct).
Khi có tín hiệu băng gốc đưa vào (Vm ≠ 0) máy phát, khi đó đầu ra có dạng:
VAM(t) = Vc cos ωct + Vm cos ωmt cos ωct
= Vc (1 + cos ωmt)cosωct
= Vc (1 + mAcos ωmt)cosωct
Hệ số điều chế:
mA = =
Để tín hiệu điều chế AM không bị méo thì: mA ≤ 1
Biến đổi công thức của VAM(t) bằng công thức biến đổi lượng giác ta có:
VAM(t) = Vc cosωct + mA[ cos(ωc + ωm )t + cos(ωc – ωm)t ]
= Vc cosωct + mAcos(ωc + ωm )t + mAcos(ωc – ωm)t
Từ công thức khai triển phía trên ta có thể nhận thấy: Tín hiệu AM điều chế
đơn âm gồm hai thành phần bao gồm:
 Thành phần sóng mang: Vccosωct
 Hai biên: Biên tần trên: mAcos(ωc + ωm )t
Biên tần dưới: mAcos(ωc – ωm)t
Phổ tín hiệu AM điều chế đơn âm:
19
Phổ trung
tâm
Phổ biên dưới
LSB VC
VC VC Phổ biên trên
USB
ωc – ωm ωc ωc + ωm ω
Hình 2.5: Phổ của tín hiệu AM
LSB: Lower Side Band.
USB: Upper Side Band.
Công suất ra ở chế độ sóng mang:
Pc =
Trong đó: Vc là giá trị biên độ sóng mang
Rtd là tải tương đương
Công suất đầu ra AM ở chế độ tải tin:
PAM = Pc(1 + )
Nhận xét: Công suất đầu ra AM phục thuộc vào công suất sóng mang và hệ số
điều chế.
Khi điều chế cực đại nghĩa là: mA = 1, thì công suất đầu ra AM lớn nhất bằng:
PAM max = Pc
Công suất trung bình điều chế AM:
PAMtb = Pc + PLSB + PUSB
Từ công thức trên chúng ta có thể thấy: Công suất trung bình điều chế AM là
tổng công suất sóng mang, công suất biên dưới và công suất biên trên.
Băng thông của điều chế AM: BWAM = 2fm
20