Điều chế AM

Điều chế AM

TRƯỜNG ĐẠI HOC KHOA HOC TU’ NHEN

KHOA ĐIỆN TU’ - ViEN THONG

Bài 2: Điều chế AM

Đặng Lê Khoa

Bộ môn Viễn thông - Mạng

Class 2

Nội dung

Lý do của các điều biến

Các loại điều biến AM

Baseband and Carrier Communication

e Baseband:

~_ Diễn tả dãy tần số của tín hiệu và hệ thống Thường được đo từ 0 đến

băng thông tôi đa hoặc tân sô cao nhât của tín hiệu

— Voice: Telephone 0-3.5KHz; CD 0-22.05KHz

- Video: Analog TV 4.5MHz, TV channel 1a 0-6MHz Tin higu số phụ

thuộc vào kích thước, sự chuyên động và sô khung trong mỗi giây

—_ Ví dụ: wire, coaxial cable, optical fiber

e Carrier Communication:

- Carrier: m6t dang sóng (thường sinusoidal) được điều chế để biểu diễn thông tin cần truyền Thường sóng mang có tần số cao hơn tín hiệu thông tin ở đải gốc (modulating signal)

~_ Modulation: là quá trình thay đổi của carrier signal dé sit dung tín hiệu này mang thong tin

BI

Faculty of Electronics & Telecommunications

Sử dụng hiệu quả băng thông

Chống lại nhiễu liên ký hiệu (inter-symbol-interference)

Chống lại lỗi và méo dạng

Types

Analog: AM (DSB, SSB, VSB), FM, Delta modulation

Digital: ASK, FSK, PSK, QAM,

Pulse modulation: PCM, PDM, Fiber, phone

Advanced: CDMA (3G), OFDM (WLAN, WMAN),

Faculty of Electronics & Telecommunications 1

Frequency Conversion

e Dichuyén tin hiéu đến tần số khác

TT ee igh intl) costal) ex(t) = Em(t)cos(art)

e Nhan hai tin hiéu sin tao ra hai tan ? "

dao động để tạo ra tín hiệu hình sin

ở tần số Osx như vậy:

@) = We — Ounx oo) — _&-

Then m(t)cos(@ct)cos(@mixt) = ý m(Đ[coS((@s + @w)È) + coS((@e — @wy⁄)Ð] We

=FM(t)[cos((2@, + o)t) + cos((œi)t)]

Faculty of Electronics & Telecommunications ữ1

Amplitude Modulation

e_ Khó khăn của hệ thống DSB-SC : không biết sóng mang ở bộ nhận

©_ Đáp ứng xung ở hình bên dưới chỉ ra sóng mang không bị triệt Đối với MỌ cho trước, phố tân tín hiệu điêu chê như sau:

©_ Với loại điều chế này, việc giải điều chế có thể được thực hiện bằng các

dùng hoặc không dùng bộ dao động nội đồng bộ với bộ truyên

Faculty of Electronics & Telecommunications (8)

AM Example

* m(t) c6 gid tri nho nhất khoảng -0.4 Cộng thêm một thành phần DC có biên

độ A=l cho ra tín hiệu luôn dương A+m() Vì vậy, đường bao của phần

dương là A+m(†) Một bộ tách ra đường bao có thé sir dung để lấy lại tín hiệu

AM Example (cont.)

©_ Việc chọn thành phần DC làm cho A+m(t) luén dương Nếu không, không

thê sử dụng bộ tách đường bao nhưng có thê sử dụng kỹ thuật kêt hợp

(coherent)

e_ Ví dụ, giá trị nhỏ nhất m(t) =-0.4 Vi vay, A > Imin(m@))I để dò đường biên

thành công Cái gì xảy ra nêu A< lm() |

Modulation Index

* Goi mp là trị tuyệt đối của đỉnh phần am cua m(t)

e EXAMPLE: Diéu ché don tone Goi m(t)=2sin(20t)

MODULATION INDEX: y = =

<

Then we see thatforA = m, » 0 4m <1

When/ > 1 (orA < m, ) the signal is overmodulated, and envelope detection can not be used

(However, we can still use synchronous demodulation) m(t) i UNE tar

=2 u= P=2 ju=05 A=4iju=1 A=2 nh

Mes WET Sy Dee And = \/ Uy \ fie

ne liệt HH | babel iit ứ Ath dụ i l i -

Faculty of Electronics & Telecommunications

(11)

Sideband and Carrier Power

am(t) = Acos(@ct) + m(t)cos(@et)

The first term is the carrier and the second term is sidebands which contain the signal itself The total AM signal power is the sum of carrier power and the sideband power

=

Carrier power P, = =

Sideband power P, =4Pn where P,, is the power of m(t)

The sideband power is the useful power

Bộ thu không kết hợp kém hơn 3dB so với

có 9 bộ thu kết hợp Bộ thu không kế hợp có

QAM

Băng thông tín hiệu AM : Băng thông tín hiệu AM là hai lần băng thông

của tín hiệu điều chế Một tín hiệu SkHz yêu cầu băng thông10kHz trong

truyện dân AM Nêu tân sô sóng mang là 1000 kHz, phô tân tín hiệu AM

là dải tần số từ 995kHz đến 1005 kHz

QUADRARTURE AMPLTTUDE MODULATION là một dạng cho phép

hai tín hiệu có thê truyên trên cùng một dải tân sô

Kết hợp về tần số và BALANCED MODULATOR

SSB Generator

Dùng một bộ lọc có đặc tính về tần số cắt thích hợp Rất khó đẻ thiết kế một

bộ lọc phù hợp Phô tần của tín hiệu âm thanh không có thành phần DC, vì

vậy phô tần của tín hiệu âm thanh bằng không xung quanh tần số sóng mang

Điều này có nghĩa là một bộ lọc chưa lý tưởng có thê đảm nhận tốt việc lọc

tín hiệu DSB để tạo ra tín hiệu SSB

Tín hiệu dải gốc là dai thông

Single Sideband (SSB)

e Mục đích: cắt giảm yêu cầu băng thông của tín hiệu AM còn phân nữa

Điều này có thể truyền chỉ phần “upper sideband” hoặc “lower sidebband”

của tín hiệu DSB AM

Faculty of Electronics & Telecommunications [17]

SSB Demodulation

Synchronous, SSB-SC demodulation

ssp (t) cos(@,t) = [m(t) cos(a@,t) + jm, (t) sin(@,1)|cos(@,t) = 4[m(t)( + cos(@,1)) + jm, (1) sin(20,1)]

SSB+C, envelop detection

Psspuc(t) = Acos(a,t) + [m(t) cos(a@,t) +m, (t)sin(@,t)]

An envelope detector can be used to demodulate such SSB signals

{Recall Acos(@) +Bsin(@) = (A? +B?) cos(a@+6), 6 =-tan"(#))

E() =((A+m())?+m(0))ˆ = (A2 +m°())+ mộ()+2 Am(0))°

SSB vs AM

Do không truyền sóng mang, điều này giảm khoảng 67% của

công suật truyền (-4.7dBm) Trong điều chế AM @ 100: 2/3

công suất gồm sóng mang; phan còn lại (1/3) công suất ở cả hai phía

Bởi vì trong SSB, chỉ một phía băng được truyền, điều này

giảm khoảng 50% trong công suat truyén

Cuối cùng, vì chỉ nhận được một phía băng, băng thông của tín hiệu truyên giảm còn phân nữa- như vậy công suât yêu cân

được giảm 50% so với AM

đến băng thông truyền lớn hơn băng thông của tín hiệu dải gốc nhưng nhỏ

M(a) is bandlimited to 2xB rad/sec

vse (@) = [M(@— a ) + M(o + Wc )JHi (o)

E(o) = [® vsB (0— œc ) + PvsB (+ Ge )]

= [Hi(@— Wc )M(@ — 2c ) + Hj (@+ We )M(@) + Hj (@— We )M(@) + Hi (@ + We )M(@+ 20c )]

High freq term High freq term

M(@) = E(@)Ho (o) = [Hi(@ + @e ) + Hị(@~ @ )|M(@)Ho (0)

Lowpass filter removes this

Thus we should have [Hi(@ + @¢)+Hi(®-@¢ )IHo(@)=1 for |o| < 2nB

Other Facts about VSB

—_ Giảm yêu cầu về bộ lọc và băng

thông đải gốc nhưng tăng băng

thông so với SSB

Faculty of Electronics & Telecommunications (22]

Comparison

¢ Common types & modulated signal

1.AM: suŒ)=A[l+m()]cos(2Z #)

3 QAM: Soam(t) = A,m, (1) cos(2z ft) + A,m,(t) sin(27 ft)

4 SSB: Seog (t) = A,m(t) cos(27 ft) $ A(t) sin(27 ft)

5 VSB: — sysg(t) = A.m(t) cos(27 f.t) F A.m(t) sin(2z f.t)

— Medium wave: 520-1,710kHz, AM radio

— Short wave: 2,300-26,100kHz, long distance, SSB, VOA

e Giới han

— Dễ ảnh hưởng đối với khi quyển

— Am thanh chất lượng thấp, trò chuyên và cung cấp tin tức vô tuyến

— Tốt hơn vào buổi tối, điện ly

Faculty of Electronics & Telecommunications [24]

— Trong bộ thu AM, tần số là 455 kHz,

— Trong bộ thu EM, thường là 10.7 MHz

“soe SN

Local Oscillator

— Quan tâm đến thiết kế bộ lọc

— Thường dùng ở các đài phát thanh

— Edwin Howard Armstrong

Faculty of Electronics & Telecommunications (25)

3 QAM: Soam(t) = A,m, (1) cos(2z ft) + A,m,(t) sin(27 ft)

4 SSB: Seog (t) = A,m(t) cos(27 ft) + Awm(t) sin(27 ft)

5 VSB: sysg(t) = A.m(t) cos(27 f.t) + A.m(t) sin(2z f.t)

Coherent Decoding and Amplitude Decoding

Demo for AM, DSB-SC via the scope, spectrum

Upper “Lower | LoWer / Upper

f

“WO W f —-W -ƒ -ƒ,+W 0 E-W fe +W

@ 0)

I2] Faculty of Electronics & Telecommunications

Carrier Recover Error

e SSB, chỉ thay đổi tần số, Af<30Hz

e Pilot: một tín hiệu thường ở một tần số đơn truyền trên hệ thống

truyền thông đề giám sát, điêu khiên, cân băng, đông bộ

Faculty of Electronics & Telecommunications [29]

Phase-Locked Loop

@ Phan quan trong của bộ nhận

e Dinh nghĩa: một hệ thống điều khiển hồi tiếp vòng Bộ này có thể phát ra tín

hiệu có tần số và pha liên quan đến tín hiệu tham chiếu

®_ Một mạch vòng khóa pha đáp ứng cả tần số và pha của tín hiệu vào, chúng sẽ

tự động điều khiển tăng hoặc giảm tần số của mạch dao động đến khi chúng phù hợp với tín hiệu tham chiếu cả về pha và tần số

Quadrature-carrier multiplexing system (a) Transmitter (b) Receiver

Message Product [+> km Multiplexed Product Pay ' mp2 | oe Aum

Faculty of Electronics & Telecommunications [32]

Filtering scheme for the generation of VSB modulated wave

Message Product Band pass modulated

signal m/(r) modulator filter, H(f) wave

t

A, Cos (27f,.1) carrier wave

filter in the receiver

Faculty of Electronics & Telecommunications

L

MHz (b)

Figure 2.16

Block diagram of mixer

Modulated wave s(t) ——>.j

with carrier frequency f,

Product modulator

Block diagram of FDM system

Illustrating the modulation steps in an FDM system

Carrier frequencies (in KHz) Carrier frequencies

of voice inputs (in kHz) of groups

FMA of SSB for Telephone Systems

Frequency Division Multiplexer

ae

Group Cautier (KH) tr) Mix Freq

Group Channel (H2) s0 108 Voice Channel 1 +a | eo B4 Input Freq + Ose + (BW * Offset) Voice Channel? _|_O-4 | 60 +@=1) | 64 es aad Voice Channel3_| 0-4 | 60+@72) | 88 72

Voice Chạmgl4 | 0-4 | 60+@*3) | 72 76 Voice Chanel | 0-4 | +@*4) | 76 80 Voice Channel| 0-4 | 60 +@=5) | — 80 B4

›= 3l Voice Channel? [0-4 |89+(4*8 | 84 8

— “x Voice Changl8_ | 0-4 | 80+(4*7) | — 8Ð %

m— Voice Channel| 0-4 | @+@re) | — 92 6

1 0 Yoke Voice Channel 10_| 0-4 | 80+*9) | 96 100, 2| secontuows |_ Sree Voice Channel 1i_[ 0-4 [60+ 4" 10] 100 104 Mux Voice Channel 12| 0-4 [80+ ~1)|— 104 108 +

Homework