LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành quá trình hơn 4 năm học tại Trường đại học Hàng hải Việt
Nam nói chung và hoàn thành đồ án tốt nghiệp nói riêng, em nhận đã được sự
giúp đỡ nhiệt tình, tận tâm của thầy cô, gia đình, bạn bè. Đạt được kết quả như
ngày hôm nay, em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới:
Ban giám hiệu Trường đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo cho em một môi
trường học tập chất lượng, năng động.
Quý thầy cô chuyên ngành Điện tử-Viễn thông những năm qua đã luôn
đồng hành, tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kỹ năng chuyên môn, kimh
nghiệp làm việc.
Thầy PGS.TS Lê Quốc Vượng, trường đại học Hàng hải Việt Nam, thầy đã
dành rất nhiều tâm huyết hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt thời gian
thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, gia đình luôn là chỗ
dựa vững chắc, tạo mọi điều kiên tốt nhất cho em được học tập và hoàn thành đồ
án tốt nghiệp này. Bên cạnh đó,còn có những người bạn luôn động viên, cùng
nhau học tập và giúp đỡ em vượt qua khó khăn.
Xin chân thành cảm ơn!

1


LỜI CAM ĐOAN
Do hạn còn nhiều hạn chế về kiến thức, chuyên môn, nội dung đồ án chưa
thực sự được hoàn thiện, còn nhiều khiếm khuyết, thiếu sót. Em rất mong nhận
được góp ý quý báu từ thầy cô. Tuy nhiên, em xin cam đoan nội dung đồ án này
dựa trên kết quả của quá trình nghiên cứu, tìm hiểu, tổng hợp của em, không có
sự sao chép kết quả nghiên cứu của tác giả khác. Nội dung đồ án có sự tham
khảo, trích dẫn từ một số nguồn được liệt kê trong mục các tài liệu tham khảo.

2


LSSB

Lowet Single Side Band – Điều chế đơn biên tần thấp

USSB

Upper Single Side Band – Điều chế đơn biên tần cao

VSB

Vestigial Side Band – Điều chế vết đơn biên

FM

Frequency Modulation – Điều chế tần số

PM

Phase Modulation – Điều chế pha

LPF

Low Pass Filter – Lọc thông thấp

PLL

Phase Locker Loop – Mạch vòng khóa pha

VCO

4

1.4

Mô hình kênh với tín hiệu vào và ra

5

1.5

Mô tả quá trình lượng tử

7

1.6

Phân loại điều chế

8

2.1

Sơ đồ điều chế

9

2.2

Điều chế trong hệ thống thông tin


13

2.8

Phổ tín hiệu điều chế biên độ AM

14

2.9

Đường bao tín hiệu AM

15

2.10

Mạch tách sóng đường bao dùng diode

15

2.11

Sơ đồ khối tách sóng biên độ đồng bộ

16

2.12

Sơ đồ khối điều chế tần số FM



g

21

2.18

Điều chế DSB-SC-AM

22

2.19

Dạng tín hiệu tin tức, sóng mang và tín hiệu DSB-SC

22

2.20

Sơ đồ khối tạo tín hiệu SSB qua DSB-SC

23

5


2.21

Dạng tín hiệu tin tức, sóng mang và tín hiệu điều chế SSB


30

3.5

Phổ tín hiệu điều chế LSSB-AM

31

3.6

Phổ tín hiệu lối ra bộ trộn

32

3.7

Phổ tín hiệu lối ra bộ giải điều chế

32

3.8

Phổ tín hiệu bản tin

33

3.9

Tín hiệu bản tin và tín hiệu thu được sau giải điều chế


π
100

42

π
40

42

Trường hợp

ϕ=

ϕ=

Trường hợp
Trường hợp

ϕ=

Trường hợp
Trường hợp
Trường hợp
Trường hợp
Trường hợp

6

π

45

ϕ=

π
4

45


3.21
3.22
3.23

Trường hợp
Trường hợp

ϕ=

π
3

46

ϕ=

π
2

46



CHƯƠNG I: BAO QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN.
1.1.

Các khái niệm liên quan,mô hình và phân loại hệ thống thông tin.

1.1.1.

Các khái niệm liên quan trong hệ thống thông tin.
Tin tức (news) là sự phản ánh của sự vật khách quan đối với sự nhận biết

của con người.
Thông tin (information) là sự phản ánh mang tính hướng đích (sự quan tâm
của người nhận) của sự vật đối với sự nhận biết của con người (dạng thể hiện
của tin tức), Một tin tức được ai đó quan tâm chính là thông tin với người đó
Bản tin là dạng hình thức chứa đựng một lượng thông tin nào đó. Dạng
hình thức có thể là văn bản, bản nhạc, đoạn thoại hoặc hình vẽ…
Hệ thống thông tin là hệ thống dùng các biện pháp để thông báo cho nhau
những thông tin cần thiết từ nguồn phát đến bộ thu (nơi nhận), tức là truyền tin
(Communication) với nhau.

Hình 1.1. Minh họa hệ thống thông tin.
Dạng năng lượng(âm điện, sóng điện từ, sóng ánh sang…) được dùng để
mang thông tin đựợc gọi là sóng mang (Carrier).
9


Tín hiệu (Signal) là biểu diễn vật lý của thông tin. Muốn truyền tin thì
trước hết thông tin phải được biến đổi thành một đại lượng vật lý trung gian.

Độ chính xác truyền tin: khả năng chống tạp nhiễu, đảm bảo thông tin chính xác
của hệ thống.
Đối với bất kỳ một hệ thống thông tin nào thì việc truyền tin điều yêu cầu
tối đa nhanh chóng và chính xác cao. Truyền tin với cự ly lớn dùng sóng điện từ,
nếu công suất phát hạn chế, năng lượng tin hiệu và tạp nhiễu ở đầu thu xấp xỉ
bằng nhau, nguời ta phải tìm cách xác định cấu trúc của thiết bị thu tối ưu dể
phát hiện và tách được tín hiệu có ích trong nền tạp âm lớn.
1.2.

Sơ đồ khối của hệ thống thông tin và hoạt động của hệ thống.

1.2.1.

Sơ đồ khối của hệ thống thông tin.

Hình 1.3. Sơ đồ khối của hệ thống thông tin.

11


Giải thích hoạt động của hệ thống.

1.2.2.

Hệ thống gồm các khối cơ bản: bên phát (nguồn tin tức, biến đổi tin tức
thành tín hiệu, xử lý tín hiệu, ghép nối tới kênh truyền), kênh truyền dẫn, bên
thu (ghép nối từ kênh truyền, xử lý tín hiệu ngược, biến đổi tín hiệu thành tin
tức, nhận tin tức)
Nguồn tin tức: là nơi sản sinh hay chứa các tin cần truyền đi, là tập hợp các
tin mà hệ thống thông tin dùng để tập hợp các bản tin cần truyền.

nc(t) : nhiễu cộng.

Nhiễu cộng sinh ra tín hiệu ngẫu nhiên tác động cộng thêm vào tín hiệu đầu
ra kênh, do các nguồn nhiễu công nghiệp, vũ trụ tạo ra với dải phổ rất rộng bao
trùm lên tín hiệu.
Nhiễu nhân tác động nhân thêm vào tín hiệu . Nhiễu nhân do phương thức
truyến lan của tín hiệu hoặc biến đổi thông số vật lý của một bộ phận môi trường
truyền lan gây ra.
Ghép nối từ kênh truyền dẫn: Thực hiện giải điều chế, tách kênh, giải mã
hóa đường truyền…
Xử lý tín hiệu ngược: Biến đổi tín hiệu từ dạng khác thành tín hiệu tương
tự, khuếch đại tín hiệu…
Biến đổi tín hiệu thành tin tức: biến đổi từ các dạng tín hiệu thành tin tức.
Nhận tin tức:ở phía thu, đầu cuối của hệ thống thông tin. Nhận tin thường
gồm bộ nhận biết thông tin và bộ xử lý thông tin. Tín hiệu ra của hệ thống do tác
động của tạp nhiễu trên kênh truyền nên không giống với tín hiệu nguồn tin tức
ban đầu vào hệ thống, nó sẽ có sự sai khác ít nhiều. Vì vậy nhiệm vụ chính của
nhận tin là từ tín hiệu nhận được phải xác định được tín hiệu nào được đưa vào
đầu vào kênh, khôi phụ được tín hiệu ở điểm thu.
1.3.

Phép biến đổi tín hiệu trong hệ thống thông tin.

1.3.1.

Rời rạc hóa nguồn tin liên tục.
Muốn biến đổi nguồn tin liên tục thành rời rạc để truyền đi phải thực hiên

qua hai khâu là rời rạc hóa theo thời gian (lấy mẫu) và lượng tử hóa.
Lấy mẫu: tín hiệu rời rạc là tín hiệu có độ lớn biến thiên liên tục theo biên

∆s
=
N −1
N −1

Với smax, smin là các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của tín hiệu. Δs là khoảng biến
thiên của tín hiệu.
•

vi là vạch chia mức tương ứng với ai là mức lượng tử quu ước.

•

gj là giới hạn phân chia mức lượng tử (i, j là các chỉ số)
14


1.3.2.

Mã hóa.
Mã hóa là phép biến đổi cấu trúc thống kê của nguồn, nhằm cải thiện các

chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống thông tin. Mã hóa chính là quá trình làm tương
đương (thường là thuật toán) giữa một mức lượng tử đã quy ước, mà nó nhận
được sau quá trình điều chế xung mã, với một từ mã. Phép rời rạc hóa là ví dụ
đơn giản của mã hóa.
Giải mã là quá trình ngược lại của mã hóa, tức là làm tương ứng giữa mỗi
từ mã với một lượng tử quy ước.
1.3.3.


Trong quá trình điều chế người ta thường sử dụng một tín hiệu có tần số
cao hơn tần số của tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc) và cho các thông số (biên
độ, tần số, góc pha…) của tín hiệu này thay đổi tỷ lệ với tín hiệu tin tức. Tín
hiệu này được gọi là sóng mang. Sóng mang là tín hiệu cao tần không mang tin
tức và là tín hiệu tương tự. Tín hiệu tin tức là tín hiệu tần số thấp (thường gọi là
tín hiệu âm tần).

Hình 2.1. Sơ đồ điều chế.
Tín hiệu cao tần c(t) thay đổi một thông số theo tín hiệu tin tức m(t) được
tín hiệu điều chế u(t) dễ truyền lan trên kênh truyền.
Điều chế giữ vai trò quan trong, không thể thiếu trong bất kỳ hệ thống
thông tin nào. Sở dĩ phải điều chế vì:
-

Các kênh truyền dẫn được đặc trưng bởi dải thông hạn chế, chỉ cho đi qua những
dải tần nhất định mà không làm suy hao, nhiễu một cách đáng kể. Vì thế, dùng
sóng mang siêu cao tần chuyển tín hiệu tin tức để dịch lên dải tần phù hợp với
kênh truyền, ít bị suy hao hơn.
16


-

Tần số là tài nguyên có hạn, mỗi dịch vụ vô tuyến có một bằng tần sử dụng
riêng biệt, không được lấn chiếm nhau. Quá trình điều chế giúp chuyển phổ tín
hiệu băng gốc lên băng tần thích hợp.

-

Trong thông tin vô tuyến truyền lan sóng điện từ, yêu cầu anten thu phải có kích

f, fc lần lượt là tần số của tín hiệu tin tức và sóng mang.
Tín hiệu điều chế biên độ AM có dạng:
u AM (t ) = [B+ A.sin(2π ft)].cos(2π f c t ) = B.[1 +

A
sin(2π f ct )] = B.[1 + m A .sin(2π f ct )]
B
.

(Với mA là hệ số điều chế biên độ)
Biểu diễn tín hiệu như sau:
tin hieu tin tuc

m(t)

0.5
0
-0.5

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

song mang

c(t)

1
0
-1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5
t

tin hieu dieu che bien do AM
2
u(t)

-

0
-2


B Vmax + Vmin

Vmax, Vmin lần lượt là biên độ có giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của tín hiệu điều
chế AM.
tin hieu dieu che
3

Vmax

2

1

VM

Vmin
0

-1

-2

-3

0

0.2

0.4


Trường hợp m=1 tương ứng với độ sâu điều chế 100%.

Hình 2.6. Tín hiệu điều chế AM với m=1.
Trường hợp m>1 tương ứng với độ sâu điều chế quá 100%. Lúc này, xảy ra
hiện tương quá điều biên. Tín hiệu sau điều chế bị méo.

Hình 2.7. Tín hiệu điều chế AM với m>1.
Phổ của tín hiệu điều chế AM: biểu diễn của tín hiệu này trên miền tần số.
Ta có: u AM (t ) = [ B + A.sin(2π ft )].cos(2π f ct )
A
A
= B.cos(2π f c t ) + m. .sin[2π (f c + f )t + m. .sin[2π ( f c − f )t ]
2
2
20


Từ biểu thức trên của tín hiệu AM, ta thấy có 3 thành phần:
-

Sóng mang: B.cos(2π f ct )

A
m. .sin[2π ( f c − f )t ]
2
- Biên tần dưới (LSB):

A
m. .sin[2π ( f c + f )t ]
2



Công suất tín hiệu AM: Công suất ra của tín hiệu AM:

giá trị lớn nhất

PAM max =

PAM

m2
= Pc .(1 + )
2 đạt

3
Pc
2 (Pc là công suất tín hiệu sóng mang).

Công suất trung bình của điều chế biên độ AM: bằng tổng công suất sóng
mang, công suất dải biên tần dưới và công suất dải biên tần trên.

PAMtb = Pc + PLSB + PUSB
Giải điều chế biên độ AM: khôi phục lại tín hiệu tin tức từ tín hiệu điều chế
thu được (tách sóng). Các phương pháp:
Phương pháp tách sóng đường bao:

Hình 2.9. Đường bao tín hiệu AM.
Mạch tách sóng đường bao đơn giản gồm có diode tách sóng và một mắt
lọc RC (giá trị R,C phải được chọn thích hợp để tránh méo tín hiệu). Tín hiệu
sau tách sóng là tín hiệu tin tức m’.

2.2.2.

Điều chế tần số FM.
Điều chế tần số FM (Frequency Modulation) là quá trình ghi tín hiệu tin

tức vào sóng mang mà tần số của sóng mang cao tần thay đổi theo quy luật tin
tức.
Sóng mang khi chưa bị điều chế có dạng: c (t ) = B.cos(ωct + ϕ0 ) = B.cos ϕ (t )
Nếu tín hiệu tin tức m(t) làm thay đổi tần số ωc ta có điều chế tần số FM.

23


dϕ (t )
= ωc + k f m(t )
ϕ (t ) = ωc (t ) + k f ∫ m(t )dt
dt
suy ra

ωFM =

(kf là độ nhạy điều chế)
Tín hiệu điều chế tần số FM có dạng:

uFM (t ) = B cos(ωct + k f ∫ m(t )dt

Giữa điều chê FM và PM(điều pha) có sự tương quan như sau:

Hình 2.12. Sơ đồ khối điều chế tần số FM.
Giả sử: m(t ) = A.sin(ωt ) , c (t ) = B.cos(Ωt )

).cos(ωt )

khi đó:


Message Signal
Amplitude

1
0
-1

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05 0.06
Time
Carrier Signal

0

0.01


0.1

0.07

0.08

0.09

0.1

Amplitude

1
0
-1

0.05 0.06
Time
FM Signal

Amplitude

1
0
-1

0.05
Time

0.06


∆F
f

Phổ của tín hiệu điều tần: Dựa vào các mối quan hệ lượng giác và hệ số
điều chế mf ta có thể biểu diễn tín hiệu điều tần như sau:
uFM (t ) = B.cos[(Ω.t + cos(ωt )]
u FM (t ) = B.{cos(Ω.t ).cos[m f .cos(ωt )] − sin(Ω.t ).sin[ m f .cos(ωt )]}

Biểu diễn dưới dạng hàm Bessel ta được:
∞

u FM (t ) = B.{J 0 .m f .cos(Ω.t ) + ∑ J n .m f .[cos(Ω + nω )t + ( −1) n cos(Ω − nω ).t ]}
n =1

Biên độ tỷ lệ với hàm Bessel loại một bậc n

25