1. Trang Chủ
  2. Phần cứng
  3. Giáo trình Tín hiệu và hệ thống: Phần 2 - CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng

Giáo trình Tín hiệu và hệ thống: Phần 2 - CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng

(NB) Tiếp theo phần 1 Giáo trình Tín hiệu và hệ thống: Phần 2 gồm có 1 chương cung cấp những kiến thức về cơ bản về điều chế tín hiệu, điều chế tương tự, điều chế xung (pulse modulation). Mời các bạn cùng tham khảo! CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ CHƯƠNG 5 TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ 5.1 CƠ BẢN VỀ ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU Điều chế (Modulation) là quá trình ánh xạ tin tức vào sóng mang bằng cách thay đổi thông số của sóng mang (biên độ, tần số hay pha) theo tin tức. Điều chế đóng vai trò rất quan trọng, không thể thi

Thể loại Tài liệu miễn phí Phần cứng

Số trang 35

Ngày tạo 5/20/2020 5:42:03 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 2.13 M

Tên tệp

Tải Giáo trình Tín hiệu và hệ thống: Phần 2 - CĐ Kỹ Th... (.pdf)

Xem mẫu

  1. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ CHƯƠNG 5 TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ 5.1 CƠ BẢN VỀ ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU Điều chế (Modulation) là quá trình ánh xạ tin tức vào sóng mang bằng cách thay đổi thông số của sóng mang (biên độ, tần số hay pha) theo tin tức. Điều chế đóng vai trò rất quan trọng, không thể thiếu trong hệ thống thông tin. 5.1.1 Vị trí của điều chế trong hệ thống thông tin Hệ thống thông tin bao gồm bên phát, bên thu và môi trường truyền như hình 5.1. Hình 5.1: Sơ đồ khối hệ thống thông tin Bên phát trước khi truyền đi phải điều chế tín hiệu và bên thu làm quá trình ngược lại là giải điều chế. 5.1.2 Mục đích của điều chế Điều chế có 3 mục đích chính sau:  Tạo ra tín hiệu phù hợp với kênh truyền  Cho phép sử dụng hiệu quả kênh truyền  Tăng khả năng chống nhiễu cho hệ thống 58
  2. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ 5.1.3 Phân loại các phương pháp điều chế Dựa vào kỹ thuật điều chế (thay đổi thông số của song mang) hoặc dạng tín hiệu ngõ vào, điều chế được phân loại thành các phương pháp như hình 5.2. Hình 5.2: Các phương pháp điều chế 5.2 ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ Tín hiệu tin tức làm thay đổi các thông số: biên độ, tần số hoặc pha của sóng mang điều hòa cao tần. 5.2.1 Sóng mang trong điều chế tương tự Dạng sóng mang ban đầu: y(t)=Ycos(t + ) Y: Biên độ. : Tần số góc. : Pha ban đầu. Dạng sóng mang sau điều chế: y(t) = Y(t)cos(t) Y(t): biên độ tức thời (phương trình đường bao). (t): pha tức thời. Tần số góc tức thời: d (t )  (t )  dt Tần số tức thời: 1 d (t ) f (t )  2 dt  Nếu (t): không đổi; Y(t): thay đổi  y(t)=Y(t)cos(t +): điều chế biên độ.  Nếu (t): thay đổi; Y(t): không đổi  y(t) = Ycos(t): điều chế pha. 59
  3. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ 5.2.2 Điều chế biên độ (Amplitude Modulation) Hệ thống AM-SC (Amplitude Modulation with Suppressed Carrier): Còn gọi là điều chế DSB-SC: Double Side Band with Suppressed Carrier)  Dạng tín hiệu AM-SC: y AM  SC (t )  x(t )  cost (5.1)  Quá trình điều chế: Hình 5.3: Điều chế AM-SC Hình 5.4: Tín hiệu và phổ của điều chế AM-SC  Quan hệ trong miền tần số: 1 YAM  SC ( )   X (  )  X (  )  2 (5.2) 60
  4. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ 1  AM  SC ( )    X (  )   X (  ) 4 (5.3)  Quá trình giải điều chế: Hình 5.5: Giải điều chế AM-SC  Trong miền thời gian: m(t) = x(t).cost.cost = [x(t) + x(t).cos2t]/2 Qua bộ lọc LPF, chỉ còn lại thành phần tần số thấp x’(t) = x(t)/2.  Trong miền tần số: 1 M ( )  YAM  SC (  )  YAM SC (  ) 2 1 1  X ( )   X (  2)  X (  2)  2 4 Qua bộ lọc LPF, chỉ còn lại thành phần phổ tần số thấp: X’() = X()/2. Nhận xét:  Mạch giải điều chế phức tạp.  Băng thông (bandwidth): BWAM  SC  2max (5.4)  Công suất của tín hiệu AM-SC: 1 Py AM SC  Px 2 (5.5) 61
  5. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ Ví dụ 1: Cho mạch điều chế AM-SC: Tin tức: x(t) = cos(2103t) Sóng mang: y(t) = cos(2104t) Hãy: a) Vẽ x(t) và yAM-SC(t). b) Xác định và vẽ X(), X(), YAM-SC() và AM-SC(). c) Tính Px và PAM-SC. Lời giải: a. Dạng sóng tín hiệu AM-SC: b. Phổ tín hiệu tin tức: x(t )  cos(2 103 t )  X ( )   (  2 103 )   (  2 103 )  Phổ tín hiệu AM-SC: y AM  SC (t )  cos(2 103 t ) cos(2 104 t ) 1  YAM  SC ( )   (  2 103  2 104 )   (  2 103  2 104 )  2 1  (  2 103  2 104 )   (  2 103  2 104 )  2 62
  6. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ  Mật độ phổ công suất: Dựa vào kết quả sau  Mật độ phổ tín hiệu tin tức: 1 1   X ( )  2  2  (  2 103 )  2  (  2 103 )  2 2      (  2 103 )   (  2 103 ) 2 2  Mật độ phổ tín hiệu AM-SC: 1 1   AM  SC ( )  2  2  (  2 103  2 10 4 )  2  (  2 103  2 10 4 )  4 4  1 1   2  2  (  2 103  2 10 4 )  2  (  2 103  2 10 4 )  4 4     (  2 103  2 104 )   (...)   (...)   (...)  8 c. Công suất tín hiệu:  2 2 1 1 1 1 1 Px   | X n |         PAM  SC  Px  2 n  2 2 2 2 4 Hệ thống AM (còn gọi là điều chế DSB):  Dạng tín hiệu AM: y AM (t )  [ A  x(t )]cost (5.6)  Quá trình điều chế: Hình 5.6: Điều chế AM  Quan hệ trong miền tần số: 1 YAM ( )  A  (  )   (  )    X (  )  X (  ) 2 (5.7)  A2 1  AM ( )   (  )   (  )   X (  )   X (  ) 2 4 (5.8) 63
  7. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ Hình 5.7: Tín hiệu và phổ của điều chế AM  Quá trình giải điều chế: Hình 5.8: Giải điều chế AM  Tách sóng đồng bộ: (giống giải điều chế AM-SC)  Tách sóng đường bao: sơ đồ mạch đơn giản  Điều kiện để tách sóng đường bao không bị méo: A  max{ x(t ) ; x(t )  0} (5.9) 64
  8. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ Nhận xét:  Mạch giải điều chế đơn giản.  Băng thông (bandwidth): BWAM  SC  2max (5.10)  Hiệu suất năng lượng không cao: (5.11) Trường hợp, x(t) = acost, hiệu suất cực đại: max  33.33% Ví dụ 2: Cho mạch điều chế AM: yAM(t) = [A+x(t)]cos(2105t) Hãy: a. Vẽ yAM(t) khi A=2. b. Xác định phổ X(), YAM() . c. Tính Px và PAM. d. Xác định giá trị của A để tách sóng không bị méo trong mạch tách sóng hình bao. Lời giải: a. Dạng sóng tín hiệu AM: 65
  9. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ b. Xác định phổ:  Vì x(t) là tín hiệu tuần hoàn, nên phổ có dạng:  X ( )  2  n  X n (  n0 ) Trong đó: X T ( n0 ) Xn  ;T  4 T t t xT (t )  4    2    X ( )  4  2 Sa 2  2  4 Sa2 2 4 n  X n  2 Sa 20 n  2 Sa20 n  2Sa 2  2Sa n; 0  2 / T   / 2 2 Vậy, phổ tín hiệu tin tức:   2 n     n   X ( )  2   2Sa  2Sa n   (  n )  2   2 Sa 2  (  n )  4 ( ) n   2  2 n   2 2   Phổ tín hiệu AM: 1 YAM ( )  A  (  105  )   (  105  )    X (  105  )  X (  105  )   ... 2 c. Tính công suất: T /2 0 1 1 4 1 A2 2 A2 Px   | x(t ) | dt  2   | 2t  2 | dt   PAM  Px    2 2 T T /2 4 2 3 2 2 3 2 d. Để tách sóng không bị méo: x(t) + A  0, t. Suy ra: A  2 66
  10. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ Các hệ thống điều chế biên độ khác:  Hệ thống SSB-SC (Single Side Band with Suppressed Carrier):  Hệ thống SSB (Single Side Band):  Hệ thống VSB (Vestigial Side Band): 67
  11. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ So sánh các phương pháp điều chế biên độ thể hiện như bảng 5.1. Bảng 5.1: So sánh đặc điểm các phương pháp điều biên 5.2.3 Điều chế góc Hệ điều pha PM (Phase Modulation):  Dạng tín hiệu PM: yPM (t )  Y cos[t  k p x(t )] (5.12) Trong đó: x(t): tín hiệu tin tức; kp: hằng số tỉ lệ  Các thông số quan trọng:  Pha tức thời:  PM (t )  t  k p x(t )  Tần số góc tức thời: dx (t )  PM (t )    k p dt 68
  12. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ  Độ lệch pha: PM |  (t )  t | k p x(t ) max  Độ lệch tần số: dx(t )  PM | (t )   | k p dt max  PM dải hẹp (NBPM-Narrow Band PM): Mạch tạo tín hiệu NBPM: Hình 5.8: Điều chế NBPM  PM  k p | x(t ) |max 1 Sử dụng công thức gần đúng: cos k p x(t )  1;sin k p x(t )  k p x (t ) Biểu thức (5.12) thành ra: yNBPM (t )  Y cos t cos(k p x(t ))  Y sin t sin(k p x(t ))  Y cos t  Yk p x(t )sin t (5.13)  Phổ của tín hiệu NBPM: Y YNBPM ( )  Y  [ (  )   (  )]  k p  X (  )  X (  )  2j  PSD của tín hiệu NBPM: Yk p   (  )   (  ) 2 Y 2  NBPM ( )  [ (  )   (  )]   X X  2 4  Băng thông tín hiệu NBPM: BWNBPM  2max 69
  13. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ  PM dải rộng (WBPM: Wide band PM):  Công thức Carson xác định độ rộng phổ: BWWBPM  2( PM  2)max Hệ điều tần FM (Frequency Modulation):  Dạng tín hiệu FM: yFM (t )  Y cos[t  k f  x(t )dt ] (5.14) Trong đó: x(t): tín hiệu tin tức; kf: hằng số tỉ lệ.  Các thông số quan trọng:  Pha tức thời:  FM (t )  t  k f  x(t )dt  Tần số góc tức thời:  FM (t )    k f x (t )  Độ lệch pha:  FM |  (t )  t | k f  x(t )dt max  Độ lệch tần số: FM | (t )   | k f x(t ) max 70
  14. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ  FM dải hẹp (NBFM-Narrow Band FM):  FM  k f |  x(t )dt |max 1  Tương tự như NBPM, biểu thức tín hiệu NBFM: y NBFM (t )  Y cos t  Yk f  x(t )dt.sin t  Băng thông tín hiệu NBFM: BWNBFM  2max  FM dải rộng ( WBFM -Wide Band FM):  Công thức Carson xác định độ rộng phổ: BWWBFM  2( FM  2max ) Nhận xét về PM và FM:  So sánh với điều chế biên độ:  Khả năng chống nhiễu cao hơn AM.  Băng thông tín hiệu WBPM và WBFM rộng hơn tín hiệu AM nhiều.  Quan hệ giữa FM và PM: Hình 5.9: Quan hệ điều chế FM và PM 71
  15. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ 5.3 ĐIỀU CHẾ XUNG (PULSE MODULATION) 5.3.1 Sóng mang trong điều chế xung Dãy xung vuông đơn cực: t  1 t   t  nT  y (t )  Y      |||  T T  Y  n     ;   T  (5.15) Trong đó: Y: biên độ xung T: chu kỳ lặp lại xung : độ rộng xung 5.3.2 Hệ thống điều chế PAM (Pulse Amplitude Modulation) Hệ thống PAM lý tưởng:  Dạng tín hiệu: 1  t  yPAM (t )  x(t ) |||   T T  (5.16)  Quá trình điều chế: Hình 5.10: Điều chế PAM lý tưởng 72
  16. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ  Phổ của PAM lý tưởng: 1     2 YPAM ( )   X ( ) |||    ; 0  2   0   T 1     2  X ( )  0   (  n0 )   n   1    X (  n0 ) T n  (5.17) Hình 5.11: Tín hiệu và phổ của điều chế PAM lý tưởng  Quá trình giải điều chế:  Tín hiệu PAM được đưa qua bộ lọc có đáp ứng tần số:    H ( )  T     2max  73
  17. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ  Phổ của tín hiệu ngõ ra: 1     X '( )  YPAM ( )  H ( )   X (  n0 )  T    T n  2max  Nếu: 0  2m , ta có: X '( )  X ( ) Vậy tín hiệu khôi phục đúng. 0  2m Điều kiện: chính là nội dung của định lý lấy mẫu Nyquist. Hệ thống PAM thực tế:  Dạng tín hiệu : t  1 t y (t )  x(t ).Y     |||     T T  (5.18)  Quá trình điều chế: 74
  18. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ Hình 5.12: Điều chế PAM thực tế  Phổ của PAM lý tưởng: 1 2 YPAM ( )   X ( )  Y ( ); 0  2 T 1        X ( )  2  Y San  (  n0 )  2  n  T T  Y  n  T  Sa n  T X (  n0 ) (5.19) Hình 5.13: Tín hiệu và phổ của điều chế PAM thực tế  Quá trình giải điều chế: 75
  19. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ  Tín hiệu PAM được đưa qua bộ lọc có đáp ứng tần số: T    H ( )  Y   2   max   Phổ của tín hiệu ngoõ ra: X '( )  YPAM ( )  H ( ) Y   n  T      T T  n  Sa X (  n0  )   Y   2   max  Nếu: 0  2m , ta có: X '( )  X ( ) Vậy tín hiệu khôi phục đúng. Nhận xét:  Phổ của tín hiệu PAM rộng vô hạn, nhưng phần lớn công suất tập trung trong khoảng (-2/, 2/).  Vì phổ của PAM tập trung xung quanh tần số thấp, nên muốn truyền đi cần điều chế lần nữa (ví dụ PAM-AM, PAM-FM, vv…) Ví dụ 3: Cho hệ thống PAM như sau: 76
  20. CHƯƠNG 5: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ 2 x(t )  Sa0t ; 1  ; T    H ( )      20  Hãy: a. Xác định và vẽ Z() khi 1=3 0; 1=1.5 0 b. Xác định v(t) và tính Ev trong hai trường hợp 1=3 0; 1=1.5 0. Lời giải: a. Do z(t) là tín hiệu PAM lý tưởng, nên phổ có dạng sau: 1  2 YPAM ( )  T  X (  n ); n  1 1  T Trong đó:     x(t )  Sa (0t )  X ( )    0  20  1      n1   Z ( )     T n  0  20  b. Xác định tín hiệu ngõ ra: 77
nguon tai.lieu . vn
Tin học văn phòng Đồ họa - Thiết kế - Flash Quản trị Web Cơ sở dữ liệu Quản trị mạng Kỹ thuật lập trình Hệ điều hành Phần cứng An ninh - Bảo mật Chứng chỉ quốc tế Thủ thuật máy tính Điện - Điện tử Kinh tế học Hoá học Xã hội học Môi trường