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

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

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)

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)

Hình 5.4: Tín hiệu và phổ của điều chế AM-SC

 Quan hệ trong miền tần số:

 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

AM SC

(5.5)

Ví dụ 1: Cho mạch điều chế AM-SC:

21

 Mật độ phổ công suất: Dựa vào kết quả sau

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:

max{ ( ) ; ( ) 0}

(5.9)

Nhận xét:

 Mạch giải điều chế đơn giản

 Băng thông (bandwidth):

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):

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

 PM dải rộng (WBPM: Wide band PM):

 FM dải hẹp (NBFM-Narrow Band 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

5.3 ĐIỀU CHẾ XUNG (PULSE MODULATION)

5.3.1 Sóng mang trong điều chế xung

Dãy xung vuông đơn cực:

T: chu kỳ lặp lại xung

 Phổ của PAM lý tưởng:

0 0

2 1

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:

 Phổ của tín hiệu ngõ ra:

Vậy tín hiệu khôi phục đúng

Điều kiện: 02m chính là nội dung của định lý lấy mẫu Nyquist

Hình 5.13: Tín hiệu và phổ của điều chế PAM thực tế

 Quá trình giải điều chế:

 Tín hiệu PAM được đưa qua bộ lọc có đáp ứng tần số:

max

( )

2

T H

( ) ( ) ( )

1

22

 Điều chế độ rộng xung PDM (Pulse Duration Modulation)

 Điều chế vị trí xung PPM (Pulse Position Modulation)

 Vị trí của điều chế PAM trong hệ thống thông tin:

Điều chế PAM có vị trí trong hệ thống thông tin được thể hiện như trong

hình 5.14

Hình 5.14: Vị trí điều chế PAM trong hệ thống thông tin

Câu 2: Cho mạch điều chế AM: yAM(t) = [A+x(t)]cos(2103t)

Biết tin tức: x(t) = 2cos(210t) và A = 4

b) Xác định v(t) và tính Ev trong hai trường hợp 1=4 0; 1= 0.

Câu 5: Tín hiệu tin tức x(t) Saw0t, y AM_SC(t)  x(t) cos t Hãy:

a) Vẽ dạng sóng điều chế y AM_SC(t)

b) Xác định hàm mật độ phổ công suất của x (t),y AM_SC(t)

c) Xác định công suất P x,

SC AM

y

P

_

Câu 6: Một hệ thống thực hiện điều chế PAM như hình vẽ Biết x(t)  X(w)

Xác định phổ tín hiệu y PAM (t) trong 2 trường hợp:

T

t T

t Y t y



1

*)

t Y t x t

b) Cho y PAM (t) đi qua mạch lọc 

0

) (

w

w w w

w w w

) cos 1

( )

t w t

w m t

điều chế m = 0,5 và w w o

2

1

1  Hãy tìm tín hiệu ở đầu ra mạch lọc z(t), phổ Z(w)

và công suất của tín hiệu

Câu 9: Cho các tín hiệu x(t) = cos2ot + 2cos4ot và yAM(t) = [3 + x(t)]cos100ω0t Hãy xác định:

a) X() và vẽ phổ của x(t) Tính Px

b) YAM() và vẽ phổ của yAM(t) Tính PAM

Câu 10: Cho x(t)  cos 2t 3 sin 3t 4 cos 5t Xác định:

a) Phổ của tín hiệu x(t)

b) Hàm mật độ phổ công suất và công suất của tín hiệu x(t)

Câu 11: Cho y AM(t)2x(t)cos106t, x(t)  cos 2 103t

K(w)

K(w)

Trong đó: j t

e t Sa t

k t Sa t x t t

x1( )4sin 40, 2( ) 4 , ( )( 22 ) 40 a) Tìm ( )

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM

1 Tín hiệu năng lượng là tín hiệu:

a có năng lượng hữu hạn b có công suất hữu hạn

c có năng lượng vô hạn d có công suất vô hạn

2 Tín hiệu công suất là tín hiệu:

a có năng lượng hữu hạn b có công suất hữu hạn

c có năng lượng vô hạn d có công suất vô hạn

3 Tín hiệu tương tự (analog) là tín hiệu:

a có biên độ và thời gian liên tục b có biên độ rời rạc và thời gian liên tục

c có biên độ liên tục và thời gian rời rạc d có biên độ rời rạc và thời gian rời rạc

4 Tín hiệu lượng tử là tín hiệu:

a có biên độ và thời gian liên tục b có biên độ rời rạc và thời gian liên tục

c có biên độ liên tục và thời gian rời rạc d có biên độ rời rạc và thời gian rời rạc

5 Tín hiệu rời rạc là tín hiệu:

a có biên độ và thời gian liên tục b có biên độ rời rạc và thời gian liên tục

c có biên độ liên tục và thời gian rời rạc d có biên độ rời rạc và thời gian rời rạc

6 Tín hiệu số (digital) là tín hiệu:

a có biên độ và thời gian liên tục b có biên độ rời rạc và thời gian liên tục

c có biên độ liên tục và thời gian rời rạc d có biên độ rời rạc và thời gian rời rạc

7 Khái niệm tín hiệu là:

a Sự biểu hiện vật lý của tin tức mà nó mang từ nguồn tin đến nơi nhận tin

b Nội dung mà tín hiệu thể hiện

c Một dạng tín hiệu mà nơi nhận tin không cần quan tâm

d Tất cả a, b, c đều sai

8 Khái niệm thông tin là:

a Sự biểu hiện vật lý của tin tức mà nó mang từ nguồn tin đến nơi nhận tin

b Nội dung mà tín hiệu thể hiện

c Một dạng tín hiệu mà nơi nhận tin không cần quan tâm

d Tất cả a, b, c đều sai

9 Phân tích phổ là phương pháp phân tích:

10 Tín hiệu nhân quả là tín hiệu:

a khác không khi t<0 b Bằng không khi t≥0

c khác không khi t≥0 d Bằng không khi t<0

11 Tích phân tín hiệu x(t) được tính theo công thức:

19 Tín hiệu phân bố dirac δ t được định nghĩa :

a.x t = cos 2t + sin 2t      b x t = cos 2t + jsin 2t     

c x t = cos 2t - jsin 2t       d x t = jcos 2t + sin 2t     

23 Cho tín hiệu   j2t

x t = e có chu kỳ T, ta có công suất trung bình tín hiệu:

P = 2

24 Tích chập trong miền thời gian sẽ là:

a Phép chập trong miền tần số b Phép nhân trong miền tần số

c Phép cộng tuyến tính trong miền tần số d Phép chia trong miền tần số

25 Tích chập trong miền tần số sẽ là:

a Phép chập trong miền thời gian b Phép nhân trong miền thời gian

c Phép cộng tuyến tính trong miền thời gian d Phép chia trong miền thời gian

2, trả lời các câu 46, 47, 48, 49, 50:

46 Tín hiệu điều chế AM là:

    6 AM

a y t = 2cos 100πt +4 cos(2.10 πt)    

    6 AM

b y t = 4cos 100πt +2 cos(2.10 πt)    

    6 AM

c y t = 2cos 100πt +1 cos(2.10 πt)     

AM

d y t = 1cos 100πt + 2 cos(2.10 πt)      

47 Phổ của tín hiệu điều chế AM là:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lại Nguyễn Duy, Nguyễn Phú Quới, Giáo trình Lý thuyết tín hiệu, Trường

Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng, 2014

[2] Phạm Thị Cư, Lý thuyết tín hiệu, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí

Minh, 2010

[3] Yuriy Shmaliy, Continuous Time Signal, Springer, 2006

[4] Bernd Girod, Signals and Systems, John Willey & Sons, 2001