Bài giảng Lý thuyết tín hiệu - Chương 4: Tín hiệu điều chế - Võ Thị Thu Sương

Chương IV: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ
1. Một số khái niệm cơ bản
2. Các hệ thống điều chế liên tục
3. Rời rạc tín hiệu
4. Điều chế xung
5. Phân kênh theo tần số và thời gian
1. 1 Sơ đồ hệ thống thông tin
1. 2 Mục đích điều chế
1.3 Phân lọai điều chế
1. Một số khái niệm cơ bản
1.1 Sơ đồ hệ thống thông tin
Ví dụ: 
- Điện thọai
- Truyền hình
- Phát thanh
- Vệ tinh
Hệ thống truyền tin tức từ nguồn đến nơi 
nhận tin
Sơ đồ hệ thống thông tin
Bộ biến đổi
Máy phát Kênh truyền Máy thu
Nguồn tin
ngõ vào
Bộ biến đổi
ngõ ra
Nhận tin
Nguồn tin: tương tự, số
Ví dụ: Tiếng nói, âm nhạc, hình ảnh.
Bộ biến đổi ngõ vào: Chuyển tin tức thành tín hiệu phù hợp cho các hệ 
thống thông tin. 
Ví dụ: Tiếng nói Microphone Điện áp
Máy phát: Khuếch đại, Điều chế 
Ví dụ: Đài truyền hình, đài phát thanh, web server
Máy thu: Giải điều chế, khuếch đại, lọc nhiễu
Ví dụ: TV, radio, 
Kênh truyền : Môi trường trung gian thực hiện việc truyền dẫn.
Ví dụ: không gian, dây dẫn, cáp đồng trục, cáp quang 
 Chuyển phổ của tín hiệu từ tần số thấp lên tần số 
cao và biến đổi thành dạng sóng điện từ lan 
truyền trong không gian
 Cho phép sử dụng hữu hiệu kênh truyền
 Tạo ra các tín hiệu có khả năng chống nhiễu cao
1.2 Mục đích điều chế
• Tần số tín hiệu
1.3 Phân loại điều chế
Các hệ thống điều chế
Liên tục
Xung
Biên độ Góc Tương tự Số
AM-SC AM SSB VSBSSB-SC PM FM PCMDeltaPAM PDM PPM
Chương IV: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ
1. Một số khái niệm cơ bản
2. Các hệ thống điều chế liên tục
3. Rời rạc tín hiệu
4. Điều chế xung
5. Phân kênh theo tần số và thời gian
2. Các hệ thống điều chế liên tục
2.1 Sóng mang điều hòa
2.2 Điều chế biên độ
2.3 Điều chế góc
2. 1 Sóng mang điều hòa
0
( ) c o sy t Y t
trong đó: Y biên độ , tần số là hằng số
(t) = t + 0 góc pha tức thời
Nếu tín hiệu tin tức x(t) tác động làm thay đổi biên độ của 
sóng mang ta có tín hiệu điều biên
0
( ) ( ) c o sy t Y t t
Y(t) đường bao biên độ, là hàm của thời gian biến thiên theo quy luật 
của TH x(t).
Nếu tín hiệu tin tức x(t) tác động làm thay đổi tần số hoặc 
góc pha của sóng mang ta có tín hiệu điều chế góc
( ) c o sy t Y t
2. 2 Tín hiệu điều biên
• Điều biên hai dải bên (DSB – Double Side band)
•Điều biên triệt sóng mang (AM-SC – Amplitude 
Modulation with Suppressed Carrier)
•Điều biên (AM – Amplitude Modulation)
•Điều biên một dải bên (SSB – Single Side band)
•Điều biên một dải bên triệt sóng mang (SSB-SC –
Single Side band with suppressed Carrier)
•Điều biên một dải bên (SSB– Single Side band)
•Điều biên triệt một phần dải bên (VSB – Vestigal Side 
band)
2. 2.1 Tín hiệu AM – SC 
Giả sử tín hiệu CS x(t) có bề rộng phổ trong khỏang 
( min- max) được đặc trưng bởi mật độ phổ CS x( )
TH x(t) tác động làm thay đổi biên độ của sóng mang ta 
có tín hiệu AM-SC như sau:
( ) ( ) c o s
AM SC
y t x t t
trong đó: Y(t) = x(t)
0 = 0 
Để tìm mật độ phổ CS y( ) của tín hiệu điều chế AM-SC 
ta xét nó trong khỏang thời gian T hữu hạn.
( ) ( ) c o s
T T
y t x t t
Trong đó: xT(t) = x(t) (t/T) là tín hiệu năng lượng có phổ 
Fourier thông thường XT( ). Vậy yT(t) = xT(t)cos t cũng là 
tín hiệu năng lượng, phổ của nó được xác định theo định 
lý điều chế
2. 2.1 Tín hiệu AM – SC 
1
( )
2
T T T
Y X X
Mật độ phổ năng lượng của yT(t)
2 21
( )
4
1
4
T T
T T T T
T T
Y X X
X X X X
2. 2.1 Tín hiệu AM – SC 
2 21
4
T T T
X X
T
 > > n e ân X 0
m T
D o X
Mật độ phổ công suất của tín hiệu AM-SC theo định nghĩa 
2 2
1
( ) l im lim
4
T T
y
T T
X X
T T
1
( )
4
y x x
Do
2
( ) l im
T
x
T
X
T
2. 2.1 Tín hiệu AM – SC 
Công suất của TH AM-SC:
1
2
1 1
2 4
1 1 1
2 2 2
y y
x x
x x
P d
d
d P
1
2
y x
P P
2. 2.1 Tín hiệu AM – SC 
t)( tx
t
)( ty
SCAM y
0
4
1
x
0
maxminminmax
Ví dụ 
1 1
( ) ( ) ( ) c o s 2
2 2
g T T T
y t x t x t t
2
( ) c o s ( ) c o s
g AM SC
y t y t t x t t
1 1
( ) ( ) c o s 2
2 2
x t x t t
2 2 21 1
2 2
4 1 6
g T T T T
X X X
1 1
( ) 2 2
2 4
g T T T T
Y X X X
Giải điều chế 
1 1
2 2
4 1 6
y g x x x
yg
2
0
4
1
2
Giải điều chế 
Tín hiệu x(t) có thể nhận được sau khi lọc bỏ các thành 
phần tín hiệu cao tần nhờ mạch lọc thông thấp
2.2.2 Tín hiệu AM
Tín hiệu AM có dạng :
( ) ( ) c o s c o s
AM
y t x t t A t
( ) ( ) c o s
AM
y t A x t t
trong đó: Y(t) = A+x(t)
0 = 0 
Làm tương tự như tín hiệu AM-SC ta có:
2
( )
2
1
 +
4
y
x x
A
t)( tx x
0
maxminminmax
Ví dụ 
y
0
4
1
yc(t)
t
A
A
c
y
2
2
A
A
A
ty
AM
R
C tyAM
tx
tAcos
L
( )x t
c o s t
( )
AM
y t
c o sA t
Sơ đồ khối tạo tín hiệu AM và mạch thực hiện
2
1 2
i a u a u
2.2.2 Tín hiệu AM
Giải điều chế tín hiệu AM
Tín hiệu AM đựơc giải điều chế trong mạch tách sóng 
hình bao như sau:
R CtyAM tuc
t
)( ty
AM
t
)( tu
c
quá điều chế
A
A
ty
AMuc(t)
t
Nếu đường bao biên độ có giá trị âm:
Như vậy A được chọn sao cho đường bao của TH AM là 
Y(t) = x(t) +A không âm. 
Điều này sẽ thỏa mãn nếu:
m a x ( ) : ( ) 0A x t x t
2.2.2 Tín hiệu AM
2.2.2 Tín hiệu AM
 Hệ số hiệu suất năng lượng : % 1 0 0 %
b
y
P
k
P
Pb: Công suất trung bình các dải bên
Py: Công suất của TH AM
AM-SC : % 1 0 0 %kb yP P
AM :
1
2
b x
P P
2
1 1
2 2
y x
P A P
2
% 1 0 0 %
x
x
P
k
A P
 Bề rộng phổ của các TH DSB :
m a x
2
AM SC AM
B B
2.2.2 Tín hiệu AM
Ví dụ với x(t) = acos 0t. Tín hiệu AM có dạng:
0 0
( ) c o s c o s 1 c o s c o s
AM
y t A a t t A m t t
0 0
1
( ) c o s c o s c o s
2
AM
y t A t m A t t
2
2
2
2
2
1
2
% 1 0 0 % 1 0 0 %
1 2
2
m A
m
k
m
A m A
m = a/A: độ sâu điều chế ( )0 1m
Với m = 1 ta có kmax= 33.33% hiệu suất năng lượng của 
TH AM không cao.
2. Các hệ thống điều chế liên tục
2.1 Sóng mang điều hòa
2.2 Điều chế biên độ
2.3 Điều chế góc
2.3 Điều chế góc
2.3.1 Tín hiệu điều chế góc
2.3.2 Tín hiệu điều pha PM
2.3.3 Tín hiệu điều tần FM
2. 3.1 Tín hiệu điều chế góc
( ) c o sy t Y t
 Tín hiệu điều pha PM (Phase Modulation)
txktt
pPM 0
dt
tdx
k
dt
td
t
pPM
 Tín hiệu điều tần FM (Frequency Modulation)
tần số sóng mang
0 góc pha ban đầu
kp hằng số tỉ lệ
dttxktt
pFM 0
txkt
fFM
Tín hiệu tin tức được gắn vào tần số (pha) của sóng mang
max
txk
pPM
 Độ lệch pha và tần số:
max
tt
max
t
•PM:
max
dt
tdx
k
pPM
•FM:
max
dttxk
fFM
max
txk
fFM
nếu
Tín hiệu PM dải hẹp
1
max
txk
pPM
nếu
Tín hiệu FM dải hẹp
1
max
dttxk
fFM
2. 3.1 Tín hiệu điều chế góc
 Quan hệ giữa PM và FM
dttxktt
pFM 0
txktt
pPM 0
Mạch 
tích 
phân
ĐC
PM
dttxtx ty
FM
Mạch 
vi 
phân
ĐC
FMdt
tdx
tx ty
PM
2. 3.1 Tín hiệu điều chế góc
 Sóng mang
Tín hiệu
Tín hiệu điều chế
2. 3.1 Tín hiệu điều chế góc
2.3 Điều chế góc
2.3.1 Tín hiệu điều chế góc
2.3.2 Tín hiệu điều pha PM
2.3.3 Tín hiệu điều tần FM
2.3.2 Tín hiệu điều pha PM
[ ]
P M p
y t Y C o s t k x t
 Tín hiệu PM dải hẹp: 1
max
txk
pPM
( )
1
p
jk x t j t j t
P M p
Z t Y e e Y jk x t e
( )
1
p
jk x t
p
e jk x t1
P M
 Do nên có thể chấp nhận
R e
P M P M p
y t Z t Y C o s t Y k x t S in t
•Bề rộng phổ BPM = 2wm
xx
p
PM
YkY
4
2
2
2
m
m
x
PM
mm mm
m
2
R e
P M P M p
y t Z t Y C o s t Y k x t S in t
Tín hiệu PM dải hẹp
 Tín hiệu PM dải rộng (điều chế ở mức cao):
(Rất khó phân tích với tín hiệu x(t) tổng quát)
Xét x(t) = Xsinwmt. Ta có: ]sin[ tXktYCosty mpPM
)( Xk
p
ttj
PM
mYetZ
sin
)(
tnJYtZty
n
mnPMPM
cos)(Re
có thể được khai triển thành chuỗi Fourier phức nhờ đẳng 
thức Bessel
tj
me
sin
n
tjn
n
tj
mm eJe
sin
Tín hiệu PM dải rộng
Hàm Bessell
Jo J1 J2 J3 J4 J5 J6 . . .
0 1
0.5 .94 .24 .03
1 .77 .44 .11 .02
2.4 0.0 .52 .43 .20 .06 .02
5.5 0.0 -.34 -.12 .26 .40 .32 .19 . . .
Hàm Bessell
0 .9 4 c o s 0 .2 4 c o s 0 .2 4 c o s
 + 0 .0 3 c o s 2 0 .0 3 c o s 2
P M m m
m m
y t Y t Y t Y t
Y t Y t
Tín hiệu PM dải rộng
0 .5Với ta có J0 = 0.94; J1 = 0.24; J2 = 0.03
mm
x
PM
mm
PM
mm
BPM
 Bề rộng phổ được tính gần đúng theo công thức Carson
) 0.5( )1(2
PMmPMPM
B
 )01( 2
PMmPMPM
B
Tín hiệu PM dải rộng
1 Với thì bề rộng phổ của TH PM không xác định
2 ( 0 .5 )
P M m P M
B PM dải hẹp
2.3 Điều chế góc
2.3.1 Tín hiệu điều chế góc
2.3.2 Tín hiệu điều pha PM
2.3.3 Tín hiệu điều tần FM
Với x(t)=cos(wmt)
][ dttxktYCosty
fFM
+ m
NBFMB 2 m
- m
WBFMB 2 m
.25Y2J2n( )
+ m- m
2.3.3 Tín hiệu điều tần FM
FM 
BFM
Đáp ứng tần số của 
mạch cộng hưởng
Giải điều chế
Chương IV: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ
1. Một số khái niệm cơ bản
2. Các hệ thống điều chế liên tục
3. Rời rạc tín hiệu
4. Điều chế xung
5. Phân kênh theo tần số và thời gian