Giáo trình Điện tử thông tin (Phần 2)

2
m1
2
mo
)t(C
mFM
ffff
f 
 trong đó 0momx
ff
J%.1J 
Chương 6: Các phương pháp điều chế tín hiệu 
87 
Nếu Fm = const, độ di tần càng tăng khi biên độ tín hiệu điều chế tăng, mf tăng, băng 
thông FM yêu cầu tăng. 
Hàm Bessell và điều chế góc: 
 Hàm phân bố đổi dấu, giá trị cực đại giảm khi hệ số điều chế tăng và n tăng. 
 Tại m = 2,4; 5,5; 8,6 có Jo(m) = 0. Tức là thành phần tần số o không tồn tại trong 
phổ tín hiệu điều chế góc. Do đó o gọi là tần số sóng mang trung tâm chứ không như tần 
số sóng mang AM có biên độ không đổi. Tuy nhiên trong nhiều tài liệu vẫn gọi o là tần 
số sóng mang. 
 Tổng công suất tín hiệu điều chế góc không đổi nhưng công suất phổ biên thay 
đổi theo. 
 mf = 
m
F
f 
, trong đó độ di tần f tỷ lệ với Vm, các giá trị mf = 2,4; 5,5; 8,6 tại đó 
Jo(m) = 0 là ngẫu nhiên không có quyền lựa chọn. Tại các giá trị đó, công suất phổ biên là 
cực đại bằng công suất sóng mang khi chưa điều chế. 
Tổng công suất cao tần tín hiệu điều chế góc không đổi, bằng công suất sóng mang khi 
không có điều chế. Về lý thuyết độ rộng băng thông cao tần tín hiệu FM - PM vô cùng 
lớn, tuy nhiên thực tế qui định giới hạn băng thông FM, PM đến thành phần phổ biến 
 0momn
ff
J.01,0J . Gọi V là biên độ sóng mang FM không điều chế trên tải R, ta có 
công suất sóng mang. 
 Total
2
0mC
P
R2
V
P
f
Công suất FM khi có điều chế: 
  2 mn2 m22 m12 mo0mCmFM
ffffff
J2...J2J2JPP 
99% năng lượng cao tần tập trung trong băng thông FM. Băng thông này tính theo công 
thức: 
ffmFM
mm1F2B hoặc 2( f + Fm) 
Fm - tần số tín hiệu điều chế tần thấp băng gốc, mf - hệ số điều chế FM. 
Băng thông 3dB của mạch cao tần phải lớn hơn băng thông tính theo công thức trên để 
không méo. FM dải hẹp (NBFM) dùng trong thông tin thoại FM với độ di tần (5  
15)KHz. FM dải rông có tính chống nhiễu cao dùng trong phát thanh FM Sterco, tiếng 
TV, vi ba, truyền hình vệ tinh. Theo FCC, độ di tần cực đại FM phát thanh và tiếng TV 
là 75KHz. 
Ví dụ 6.2: Độ di tần cực đại âm thanh TV 75 KHz, băng thông âm thanh TV (30 Hz  
15 KHz) 
1) f= 75 KHz; Fm = 0,1 KHz 
 BFM = 2(75 + 0,1) = 150KHz 
Chương 6: Các phương pháp điều chế tín hiệu 
88 
2) f = 75 KHz; Fm = 1 KHz 
 BFM = 2 (75 + l) = 152 KHz 
3) f = 75 KHz; Fm = 10 KHz 
 BFM = 2 (75 + 10) = 170 KHz 
Vậy tần số tín hiệu điều chế tần thấp thay đổi từ (0,l  10) KHz, băng thông thay đổi 
nhỏ từ 150 tới 170 KHz. Điều này lý giải tại sao FM đôi khi được qui về hệ thống có 
băng thông không đổi. 
6.4. ĐIỀU CHẾ THEO GÓC PHA 
PM là một dạng điều chế góc pha quan trọng dùng trong thông tin FM gián tiếp dải hẹp, 
thông tin vệ tinh, thông tin vũ trụ bởi vì tính chống nhiễu của PM và FM tốt hơn AM, tuy 
nhiên mạch PM dễ thực hiện từ VCXO có độ ổn định tần số cao. 
VCO tạo FM có độ di tần cao, chỉ số điều chế lớn, nhưng tần số sóng mang bị trôi. Độ ổn 
định tần số sóng mang là một tiêu chuẩn rất quan trọng mà PM dễ dàng thực hiện. FM 
gián tiếp qua PM có đa ổn định tần số sóng mang cao. 
Điều chế pha số PSK (phase shift key) dùng trong thông tin số, ở điều chế pha PM, tần 
số sóng mang cao tần không đổi, pha sóng mang cao tần biến đổi tỷ lệ với tín hiệu điều 
chế. Tín hiệu PM có dạng: 
 vPM = V cos [ct + kpm(t)] = V cos [ct + (t)] 
 m(t) - tín hiệu điều chế băng gốc = vm cos 2 Fmt 
 (t) = k.m(t) - pha tín hiệu cao tần tỷ lệ với vm. 
 kp - hằng số [rad/v] gọi là độ nhạy điều chế (Modulator sensi-tivity) 
Hình 6.5. Sơ đồ khối NBPM 
Giả sử tín hiệu điều chế m(t) = vm cos 2 Fmt. Ta có tín hiệu PM: 
 vPM(t) = V.cos(2 fct + kpvmcos2 Fmt) = V cos(2 fct + PK cos 2 Fmt) 
 mp = PK = kp.vm - độ di pha PM hay chỉ số điều chế pha 
 vPM(t) = V cos(2 fct + mp cos 2 Fmt) 
Chương 6: Các phương pháp điều chế tín hiệu 
89 
Với PM dải hẹp NBPM (  < 0,25) ta có: 
  
bieân
cmp
mangsoùng
c)t(NBPM
tsin)tcosm(VtcosVv   
6.5. CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ 
Tín hiệu số nhị phân băng gốc làm biến đổi một trong các thông số sóng cao tần (biên độ, 
hoặc tần số, hoặc pha) nên ta có điều chế số (ASK, FSK, PSK, QAM). Điều chế xung, 
PCM, đề cập trong tài liệu khác. 
 ASK - Amplitude shift keying 
 FSK - Frequanecy shift keying 
 PSK - Phase shift keying 
 QAM - Quadrature amplitude modulation. 
 ASK : Đề cập ở mục AM. 
 Điều chế FSK: 
FSK - trường hợp riêng của FM. Tín hiệu FSK có dạng: 
  
  t
2
cosVv
cc)t(
 c - Tần số sóng mang trung tâm. 
2
c
 
 - Độ di tần, tỷ lệ với biên độ và cực tính tín hiệu nhị phân ngõ vào. Ví dụ 
bit 1 là +1V, bit 0 là - 1V, tạo nên độ di tần tương ứng 
2
c
 
 và 
2
c
 
 . 
Tốc độ dịch tần sóng mang bằng tốc độ bit vào (bps) 
Chương 6: Các phương pháp điều chế tín hiệu 
90 
 fM (tần số fMark) ứng với logic 1 nhỏ hơn fS (fSpace) ứng với logic 0; 
 Tốc độ thay đổi tần số ra gọi là baud. Trong FSK tần số bit vào bằng tốc độ baud 
ra. 
FSK - một dạng FM, chỉ số điều chế 
b
MS
b
MS
FSK
f
ff
2
f
2
ff
m
b
MS
f
ff 
 - tốc độ di tần 
 fb - tốc độ bit vào 
 fb/2 - tần số cơ bản tín hiệu nhị phân vào 
 Thông thường mFSK < 1, ta có NBFM. 
Ví dụ 6.3: fb = 20 MbPS; fS = 80 MHz; fM = 60 MHz; fc = 70 KHz 
 Tính băng thông Nyquist tối thiểu (băng thông IF tối thiểu) 
 ;1
20
6080
f
ff
m
b
MS
FSK
 MHz10
2
f
b 
 BIF = 60MHz 
 FSK một dạng NBFM có 0,5 mFSK 1. 
 Phổ ví dụ trên có dạng: 
Điều chế BPSK: 
Khi tín hiệu số ở mức logic 1 (+V), D1,2 dẫn, D3,4 tắt, ngỏ ra cùng pha với sóng mang ngỏ 
vào. Khi tín hiệu số mức logic 0 (- V) D1,2 tắt, D3,4 dẫn, ngỏ ra có pha ngược với pha tín 
hiệu sóng mang ta có điều chế BPSK. 
Mạch điều chế cân bằng trên có tốc độ thay đổi pha ngỏ ra bằng tốc độ bit vào. Băng 
thông tín hiệu ngỏ ra lớn nhất khi chuỗi bit vào thay đổi mức logic 0 và 1 tuần tự, tần số 
cơ bản của chuỗi đó fa = 
2
f
b . Băng thông cao tần tối thiểu B = 2fa = fb. 
Chương 6: Các phương pháp điều chế tín hiệu 
91 
Phổ BPSK gồm 2 biên, triệt sóng mang. Mỗi biên có độ rộng phổ là 
2
f
b . Vậy băng thông 
tối thiểu BPSK trong trường hợp xấu nhất bằng fb. 
Ví dụ 6.4: Điều chế BPSK có fc = 70 MHz; fb = 10 MbPS; xác định tần số thấp nhất và 
cao nhất, băng thông BPSK. 
Giải: 
Ta có tín hiệu BPSK ngỏ ra = sin at . sin ct = sin 2 (5MHz)t . sin 2 (20MHz)t 
     
treânbieândöôùibieân
t)MHz5MHz70(2cost)MHz5MHz70(2cos
2
1
Tần số thấp nhất BPSK = 70 - 5 = 65 MHz. Tần số cao nhất BPSK = 70 + 5 = 75 MHz. 
Phổ BPSK: Băng thông BPSK tối thiểu B = 75 - 65 = 10 MHz = fb. 
B = 10MHz
65MHz 75MHz70MHz 
Bảng sự thật BPSK: 
Binary input Pha ngõ ra 
Logic 0 180o 
Logic 1 0o 
cos
c
t (+90o)
-cos
c
t (-90o)
sin
c
t
(0o)
sin
c
t
(180o)
Logic 1Logic 0
Chương 6: Các phương pháp điều chế tín hiệu 
92 
BÀI TẬP CHƯƠNG 6 
Bài 1: Nếu định nghĩa, điều kiện và phân loại các phương pháp điều chế tín hiệu. 
Bài 2: So sánh các phương pháp điều chế AM, FM và PM. 
Bài 3: Cho tín hiệu điều biên với hệ số điều chế m = 0,5; tần số điều chế  = 10 KHz; tải 
tin có biên độ 15V và tần số fo = 10 MHz, RL = 1K. 
a) Viết phương trình biểu diễn tín hiệu đã điều biên. 
b) Tính phổ của tín hiệu điều biên. 
c) Tính Ptt, Pbt,  
Bài 4: Cho tín hiệu tải tin 5cos106t và tín hiệu điều chế 3cos104t. Viết biểu thức dòng điện 
tổng trong bộ điều chế 
a) Vẽ tín hiệu đã điều biên. 
b) Vẽ phổ của tín hiệu điều biên. 
c) Tính Ptt, Pbt,  
Bài 5: Thiết kế bộ điều biên Collector có công suất ra PL = 100mW; tần số tải tin fo = 
1MHz; tần số điều chế  = 10KHz; Qo = 50, hệ số điều chế m = 0,5; với Transistor ở chế 
độ  = 90o. 
Bài 6: Thiết kế bộ điều biên Collector có tín hiệu tải tin 10cos 6,28.106t và tín hiệu điều 
chế 7cos 3,14.104t; RL = 1K. 
Bài 7: Thiết kế bộ điều tần dùng Varicap đơn có tần số tải tin fo = 100MHz; dải tần số 
điều chế f = 75 KHz; Qo = 50, L = 0,1 H. 
Bài 8: Cho tín hiệu tải tin 10cos 6,28.106t và tín hiệu điều chế 5cos 6,28.104t. 
a) Vẽ sơ đồ khối điều chế AM 
b) Viết biểu thức điều chế AM 
c) Tính công suất tín hiệu điều chế. 
Biết o = 3,14.103 rad/s. 
Bài 9: Vẽ các dạng sóng ra của các điều chế sau: 
a) Điều chế AM, FM và PM. 
b) Điều chế ASK, FSK và PSK. 
c) Điều chế QPSK và QAM 
Bài 10: Vẽ các chùm sao của các điều chế số: 
a) 8-PSK, 16-PSK 
b) 8-QAM, 16-QAM. 
 93 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Lại Nguyễn Duy, Bài giảng Điện tử thông tin, Trường CĐKT Cao Thắng, 2010. 
[2]. Hoàng Đình Chiến, Mạch điện tử 3, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM, 2011. 
[3]. Phạm Hồng Liên, Điện tử thông tin, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM, 2011. 
[4]. Lê Tiến Thường, Mạch điện tử 2, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM, 2012. 
[5]. Trần Thu Hà, Giáo trình Điện tử cơ bản, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM, 
2013. 
[6]. James K.Hardy, Electronic Communication Technology, Prentice-Hall International, 
1986. 
[7]. John G. Proakis, Digital Communications, McGraw-Hill, Third Edition, 1995. 
[8]. William Schweber, Electronic Communication Systems, Prentice-Hall International, 
1996. 
 94 
PHỤ LỤC 
TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ THÔNG TIN 
1. CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN TỬ 
Thông tin điện tử (TTĐT): Thông tin từ nơi này đến nơi khác bằng thiết bị điện tử. 
Sơ đồ khối cơ bản hệ thống TTĐT: 
 Máy phát: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử được thiết kế để biến đổi tin tức 
thành tín hiệu phù hợp môi trường truyền. 
 Môi trường truyền: Có thể có dây (hữu tuyến như cáp đồng trục, cáp quang) hay 
không dây (vô tuyến). 
 Máy thu: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử được thiết kế để nhận tín hiệu từ 
môi trường truyền, xử lý khôi phục lại tín hiệu ban đầu. 
 Nhiễu (tạp âm): Tín hiệu ngẫu nhiên không mong muốn, xen vào tín hiệu hữu ích, 
làm sái dạng tín hiệu thu. Nhiễu là một vấn đề quan trọng của TTĐT. 
Sơ đồ khối máy phát: 
Sơ đồ khối máy thu: 
 95 
Máy thu thanh và thu truyền hình dân dụng đổi tần 1 lần. Máy thu thông tin chuyên dụng 
đổi tần 2 lần tăng độ chọn lọc và loại nhiều tần số ảnh. 
Tín hiệu tương tự (Analog): Tín hiệu có biên độ liên tục theo thời gian. Ví dụ tín hiệu 
thoại, ca nhạc, video,  Tín hiệu số (Digital) - tín hiệu có biên độ rời rạc theo thời gian 
thường biểu diện ở dạng nhị phân 0 và 1. Ví dụ tín hiệu máy tính, CD, VCD, tín hiệu 
PCM,  Tín hiệu tương tự có thể truyền ở dạng tín hiệu số nhờ xử lý số tín hiệu 
Các tín hiệu ban đầu (nguyên thủy) dạng tương tự hay số gọi là tín hiệu băng gốc (băng 
gốc - Baseband Signals). Tín hiệu băng gốc có thể truyền trực tiếp trong môi trường truyền 
như điện thoại, tín hiệu truyền giữa các máy tính trong mạng LAN, .. hoặc gián tiếp bằng 
kỹ thuật điều chế. 
 Điều chế (Modulation): Quá trình biến đổi một trong các thông số sóng mang cao 
tần hình sin (biên độ, tần số, pha) tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc.(hoặc còn gọi là tín 
hiệu điều chế tần thấp). Có ba loại điều chế cơ bản. Điều biên AM, điều tần FM, 
điều pha PM và nhiều biến thể của chúng như SSB, MGSK, DSB, FSK, PSK, QPSK, 
MPSK,  
 Đổi tần (Trộn tần - Mix): Quá trình dịch chuyển phổ tín hiệu đã điều chế lên cao 
(ở máy phát Tx) hoặc xuống thấp (ở máy thu Rx) mà không thay đổi cấu trúc phổ (dạng 
tín hiệu) của nó để thuận tiện xử lý tín hiệu. 
 Tổng hợp tần số (Frequency Synthesizers): Bộ tạo nhiều tần số chuẩn có độ ồn 
định cao từ một hoặc vài tần số chuẩn của dao động thạch anh. 
 Khuếch đại công suất cao tần (KĐCSCT - RF Power Amp): Khuếch đại tín hiệu 
đã điều chế ở tần số nào đó đến mức công suất cần thiết, lọc, phối hợp trở kháng với anten 
phát ATX. 
 Anten phát ATX: Phần tử biến đổi năng lượng điện cao tần thành sóng điện từ 
bức xạ vào không gian. 
 Anten thu ARX: Phần tử biến đổi năng lượng sóng điện từ thành tín hiệu cao tần 
ngõ vào máy thu Rx. Anten có tính thuận nghịch. 
 Bộ khuếch đại cao tần tín hiệu nhỏ (RF Amp): Thường là bộ khuếch đại nhiễu 
thấp LNA (Low Noise Amp). Nó khuếch đại tiền chọn lọc tín hiệu thu từ anten thu đến 
mức cần thiết đổi tần xuống trung tần (IF). 
 96 
Bộ khuếch đại trung tần (IF Amp - Intermediate Frequency Amp): Bộ khuếch đại 
có độ chọn lọc cao, độ khuếch đại lớn tín hiệu nhỏ sau đổi tần ở tần số trung tần đến mức 
cần thiết giải điều chế. 
 Giải điều chế: Quá trình khôi phục lại tín hiệu ban đầu (tín hiệu điều chế tần thấp) 
từ tín hiệu cao tần bị điều chế. 
Mạch điện tử thông tin liên quan đến tần số cao, tải chọn lọc tần số không thuần trở, phối 
hợp trở kháng, anten, xử lý tín hiệu,  Công nghệ hiện đại đã chuẩn hoá vi mạch 
hầu hết phần cao tần tín hiệu nhỏ máy thu và modul cho máy phát. 
2. PHỔ TẦN SỐ 
Phổ tần số chia ra nhiều dải tần số với mục đích phân loại sử dụng có hiệu quả. 
Tên dải tần Tần số Bước sóng 
Extremely Low Frequency ELF 30  300 Hz 107  106 m 
Voice Frequency VF 300  3000 Hz 106  105 m 
Very Low Frequency VLF 3  30 KHz 105  104 m 
Low Frequency LF 30  300 KHz 104  103 m 
Medium Frequency MF 300  3000 KHz 103  102 m 
High Frequency HF 3  30 MHz 102  101 m 
Very High Frequency VHF 30  300 MHz 101  1 m 
Ultra High Frequency UHF 300  3000 MHz 1  10-1 m 
Super High Frequency SHF 3  30 GHz 10-1  10-2 m 
Extremely High Frequency EHF 30  300 GHz 10-2  10-3 m 
Infrared 0,7  10 m 
The Visible Spectrum (light) 0,4  0,8 m 
Dải tần viba (microwave) có tần số từ 1GHz tới 40 GHz chia làm nhiều dải nhỏ: 
L band : 1  2 GHz 
S band : 2  4 GHz 
C band : 4  8 GHz 
X band : 8  12 GHz 
Ku band : 12  18GHz 
K band : 18  27 GHz 
Ka band : 27  40 GHz 
 97 
3. BĂNG THÔNG 
Băng thông là hiệu giữa tần số 1ớn nhất và nhỏ nhất của tín hiệu. Đó là khoảng tần số mà 
phổ tín hiệu chiếm giữ hoặc là khoảng tần số tín hiệu truyền từ máy phát tới máy thu. 
Khi tín hiệu điều chế tần thấp được điều chế lên sóng mang cao tần phổ của tín hiệu cao 
tần bị điều chế chiếm giữ một băng thông quanh tần số sóng mang. Tuỳ kiểu điều chế mà 
băng thông cao tần có độ rộng khác nhau. Các kỹ thuật viễn thông hướng tới giảm băng 
thông truyền tin, giảm nhiễu, tiết kiệm phổ tần số, bởi lẽ phổ tần số là tài nguyên có giới 
hạn của nhân loại cần được sử dụng có hiệu quả. Ở mỗi quốc gia đều có cơ quan giám 
định, phân bổ tần số hoạt động cho các thiết bị điện tử viễn thông nằm trong hiệp hội 
viễn thông quốc tế ITU (Intemational Telecommunication Union), một tổ chức do liên 
hợp quốc điều phối. 
Mức công suất dBm và dBW là hai mức công suất chuẩn thường dùng trong thông tin. 
Với dBm chuẩn theo lmW, còn dBW chuẩn theo lW: 
mW1
P
lg10PdBm 
W1
P
lg10PdBW 
Độ lợi khuếch đại công suất tính theo dB là: 
)dB(A
P
P
lg10P p
in
out
dB 
Việc sử dụng các chuẩn trên làm việc tính toán trở nên đơn giản. 
4. CÁC ỨNG DỤNG KỸ THUẬT THÔNG TIN ĐIỆN TỬ 
Thông tin một chiều (Simplex): 
- Phát thanh quảng bá AM, FM. 
- Truyền hình cáp. 
- Nhắn tin. 
- Đo xa, điều khiển xa. 
- Định vị toàn cầu GPS,  
Thông tin hai chiều (Duplex): 
- Điện thoại công cộng. 
- Điện thoại vô tuyến di động hoặc cố định. 
- Điện thoại di động tế bào. 
- Thông tin vệ tinh. 
- Thông tin hàng không. 
- Thông tin số liệu giữa các máy tính, ...