TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Chủ biên: NGUYỄN THỊ THU
-------***--------

GIÁO TRÌNH
TÍN HIỆU VÀ PHƯỜNG THỨC TRUYỀN DẪN
( Lưu hành nội bộ)

HÀ NỘI 2012

1


LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề
Điện tử dân dụng thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề
cho học sinh. Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng
thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế.
Nội dung của giáo trình “TÍN HIỆU VÀ PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN”
đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết
hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo
phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,.
Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới
và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu
để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho
thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng
nghề.
Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc

Lý

Thực hành

số

thuyết

Bài tập

(LT hoặc
TH)

6

6

0

0

2

2

0

2

2


3

- Các phương thức giải điều chế tín
hiệu
Các phương thức truyền dẫn sóng
điện từ

8

6

2

16

15

0

6

6

0

6

6


dụng
- Chức năng và nhiệm vụ của các
khối trong hệ thống thông tin dân
dụng
- Nguyên lý đổi tần và dịch phổ tín
hiệu
Các phương thức điều chế và giải
điều chế tín hiệu

- Cấu tạo và tính chất của các môi
trường truyền dẫn
- Các Phương thức truyền dẫn tín
hiệu và lĩnh vực áp dụng
- Các loại anten thông dụng
Cộng

0

0

4


MỤC LỤC

ĐỀ MỤC

TRANG

MÔN HỌC : TÍN HIỆU VÀ PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN................................. 7

1.1.1 Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian t............................... 48
1.2 Khái niệm về sóng điện từ và tín hiệu thông tin ............................................... 50
1.3 Tính chất và các thành phần cơ bản của sóng điện từ ....................................... 51
2.

Các phương thức điều chế tín hiệu ..................................................................... 53
2.1 Điều chế biên độ .............................................................................................. 53
2.2 Điều tần và điều pha (FM,PM) ......................................................................... 75

3.

Các phương thức giải điều chế tín hiệu .............................................................. 94
3.1 Giải điều chế tín hiệu điều biên (AM) .............................................................. 94
5


Giải điều chế tín hiệu điều tần và điều pha (FM,PM) ............................................. 98
Nguyên lý giải điều chế tín hiệu điều tần ............................................................... 98
4.

Bài tập ............................................................................................................. 105

CHƯƠNG 3 : CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN SÓNG ĐIỆN TỪ ................... 106
1.

Cấu tạo và tính chất của các môi trường truyền dẫn ......................................... 107
1.1 Sợi quang ....................................................................................................... 107
1.2 Tầng đối lưu ................................................................................................... 108
1.3 Tầng điện ly ................................................................................................... 109


-

-

-

Sau khi học xong, người học có thể trình bày được các khái niệm cơ bản về
các dạng tín hiệu dùng trong công nghệ điện tử và truyền thông. Trình bày
được các phương thức truyền dẫn tín hiệu , và nguyên tắc hoạt động của
chúng.
Nhận biết được thiết bị điện tử trong hệ thống thông tin dân dụng. Cân chỉnh
hoặc cài đặt các thiết bị thu phát truyền tin trong hệ thống thông tin dân
dụng
Người học được hướng dẫn về thái độ trong môi trường làm việc .

Nội dung của môn học:
Cụ thể như sau:

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DÂN DỤNG
Mã chương: MH 17 01
Giớithiệu :
Hệ thống thông tin dân dụng có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong cuộc sống
hàng ngày, nó giúp chúng ta có thể trao đổi thông tin, dữ liệu ở khoảng cách xa. Nó
còn giúp chúng ta kết nối và trao đổi thông tin kiến thức lẫn nhau giúp nâng cao
chất lượng cuộc sống và con người.
Mục tiêu :
Học xong chương này học viên có khả năng:

7


8


Nguồn tin phát

Khối phát

Môi
trường
thông tin

Khối thuNơi nhận tin

Nhiễu ,can nhiễu hoặc tác nhân gây méo
dạng

Hình 0.1Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thông tin dân dụng
Hình 1.1 giới thiệu một sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống thông tin dân dụng
,trong đó các tín hiệu phát và thu lan truyền trong môi trường đều được xem dưới
dạng tín hiệu điện .
1.2 Nhiệm vụ của từng khối chức năng
 Khối phát có chức năng xử lý tín hiệu tin tức và cung cấp vào môi
trường thông tin một tín hiệu có dạng phù hợp với đặc tính của môi
trường với điều kiện là nội dung của tin tức được truyền truyền đi
không thay đổi.Khối phát có thể gồm các phần mã hóa ,điều chế và
khuếch đại phát.
 Môi trường thông tin là một môi trường vật lý cụ thể cho phép truyền
tải tín hiệu từ nơi phát đến nơi thu .Môi trường thông tin có thể dưới
dạng hưu tuyến hoặc dưới dạng vô tuyến .Môi trường thông tin có gây
đặc tính suy hao công suất tín hiệu và gây trễ pha tín hiệu khi truyền

 Can nhiễu là nhiễu gây ra bởi các tác nhân chủ quan của con
ngươi như nhiễu do nguồn tín hiệu từ nguồn phát khác ,nhiễu
do nguồn cung cấp công suất ,nhiễu do các thiết bị phụ trợ
…,Can nhiễu xuất hiện ở các dãi tần số khác với tần số muốn
thu .Can nhiễu có thể được loại bỏ dễ dàng nhờ các phép lọc tần
số thông thường .Tuy nhiên ,can nhiễu cùng dãi tần rất khó
được loại trừ ,người ta phải dùng các phép mã hóa nguồn phù
hợp.
 Tác nhân gây méo dạng tín hiệu thường sảy ra do các thành
phần tử linh kiện trong thiết bị không có đặc tính tuyến tính
.Tuy nhiên ,điểm khác biệt giữa các tác nhân gây méo dạng này
với nhiễu và can nhiễu là sự méo dạng chỉ sảy ra khi có tín hiệu
phát .Sự méo dạng có thể được khắc phục nhờ các bộ sủa dạng
(equalizer) trong hệ thống thông tin.

10


 Trong hệ thống thông tin nếu tin tức luôn truyền theo một duy nhất
từ nguồn phát đến nguồn thu ta có hệ thông truyền đơn
công(simple)
Nếu hệ thống cho phép truyền tin tức theo hai chiều đồng thời gọi
là hệ thống song công ( full duplex)
Nếu hệ thống cho phép thông tin theo hai chiều tuần tự nhau (tại
một thời điểm chỉ có một bên phát và một bên thu) hệ thống bán
song công(half duplex)
2.Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin dân dụng
2.1 Nguyên lý hoạt động
Tin tức từ nguồn tin phát đi được đưa vào khối phát.Tin tức ở đây có thể là
digital hay analog tùy vào hệ được dùng.Nó có thể là tin tức về video,audio,hay

Tia hồng ngoại kết hợp với bức xạ của nam châm tạo ra sức nóng. Tia tử ngoại, tia
cực tím, tia X, tia gamma…rất ít ứng dụng trong ngành thông tin, vì nó không
được ứng dụng nhiều.
2.2 Nguyên lý hoạt động của từng khối
 Nguyên lý hoạt động của khối truyền tin : là nhận thông tin và
chuyển hóa thành tín hiệu và sau đó xử lý tín hiệu cho phù hợp với
môi trường truyền và cuối cùng là phát đi trên môi trường truyền
dẫn .
12


Thông tin có thể là âm thanh, hình ảnh, tiếng nói, văn bản …
Xử lý có thể là mã hóa nguồn, ghép kênh, điều chế…
 Môi trường truyền tin : Tùy thuộc vào phương thức truyền dẫn,
chúng ta sẽ có môi trường truyền tin. Người ta sử dụng môi trường
truyền tin để truyền thong tin dựa trên các nguyên tắc lan truyền
tín hiệu trong vật lý như lan truyền sóng âm,lan truyền tín hiệu
trong dây dẫn, hay lan truyền sóng trong không khí…
 Nguyên lý hoạt động của khối nhận thông tin : Khối nhận thông
tin hoạt động dựa trên các nguyên tắc thu tín hiệu trong các môi
trường truyền dẫn trong vật lý, ví dụ như thu sóng vô truyến, thu
tín hiệu điện trong dây điện ,cáp ….
3. Chức năng và nhiệm vụ của các khối trong hệ thống thông tin dân dụng
3.1 Phân loại các hệ thống thông tin dân dụng
3.1.1 Thông tin vô tuyến cố định
Thông tin vô tuyến cố định được sử dụng chủ yếu trong truyền dẫn viba
chuyển tiếp đường dài. Các máy phát máy thu được đặt ở các trạm đầu cuối hoặc
trạm lặp.
3.1.2 Thông tin vô tuyến di động
Gần đây ,thông tin di đông đã trở thành một ứng dụng trong lĩnh vực thông


14


b) Thông tin di động hàng hải:

15


Hình 0.3Thông tin di động hàng hải
Thông tin di động hàng hải được phân chia thành hệ thống thông tin tàu thuyền
giữa trạm gốc ở cảng và tàu đi dọc theo bờ biển và hệ thống thông tin vệ tinh hàng
hải đến các tàu ngoài khơi xa.Thông tin điện thoại tàu thuyền được phát triển từ
điện báo vô tuyến sử dụng bằng sóng ngắn trung bình ,còn hệ thống điện thoại tàu
bè thực sự sử dụng băng tần VHF là hệ thống điện thoại của Great lakes ở Mỹ năm
1952.ở châu âu kênh thông tin hai hướng mở rộng được phát triển theo các kiểu
của Mỹ .Các nước ở vùng biển bắc bắt đầu khai thác hệ thống này năm
1956,nhưng hệ thống này thuộc kiểu khai thác công nhân với băng tần 150Mhz.
Sau đó ITU - R đã khuyến nghị kiểu truy nhập tự động và bây giờ hệ thống
450Mhz NMT được khai thác ở phía bắc và kiểu tự động băng tần 250Mhz được
sử dụng ở nhật .
Trong thời kỳ đầu của thông tin vệ tinh hàng hải ,hệ thống MARISATA được
khai thác như một nội bộ công ty và theo đó INMARSAT được thiết lập và khai
thác vào năm 1979 và rất nhiều dịch vụ như điện thoại ,telex,dữ liệu và cứu hộ
hàng hải được cung cấp.
Hệ thống giải pháp tổng thể GMDSS (hệ thống cứu hộ và an toàn hàng hải đang
được phát triển và sẽ được sử dụng).

16


tần và sóng phân cực khác nhau. Có hai loại vệ tinh: vệ tinh quỹ đạo và vệ tinh địa
tĩnh. Vệ tinh địa tĩnh có ưu điểm là vị trí của nó không thay đổi so với mặt đất, nó
được phóng vào quỹ đạo ở độ cao 36000km so với đường xích đạo, thời gian để vệ
tinh quay quanh một vòng trái đất là 24h.
Vệ tinh thông tin: bao gồm các thiết bị để phục vụ cho mục đích thông tin (thiết bị
chức năng) và các thiết bị chung dùng cho việc trợ giúp các thiết bị chức năng.
Thiết bị chức năng bao gồm anten để thu sóng vô tuyến từ trạm mặt đất và thiết bị
chuyển tiếp thông tin để biến đổi và khuếch đại sóng vô tuyến thu rồi phát xuống
mặt đất.
Các trạm mặt đất: bao gồm các phương tiện thông tin trên mặt đất sử dụng cho
thông tin vệ tinh. Các phương tiện thông tin vệ tinh được chia thành anten, hệ
thống máy phát và máy thu, hệ thống điều khiển thông tin.
3.2 Các nhược điểm của thông tin vô tuyến
3.2.1 Fading
Fading là hiện tượng sai lạc tín hiệu thu môt cách bất thường xảy ra đối với các hệ
thống vô tuyến do tác đông của môi trường truyền dẫn.
Các yếu tố gây ra Fading đối với các hệ thống vô tuyến măt đất như:
Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn
Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa, tuyết, sương mù...sự hấp thụ
này phụ thuôc vào dải tần số công tác đăc biệt là dải tần cao (>10Ghz).
Sự khúc xạ gây bởi sự không đổng đều của mật đô không khí.
Sự phản xạ sóng từ bề măt trái đất, đăc biệt trong trường hợp có bề măt nước và sự
phản xạ sóng từ các bất đổng nhất trong khí quyển. Đây cũng là môt yếu tố dẫn
đến sự truyền lan đa đường.
Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chướng ngại trên đường truyền lan sóng điện
từ, gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín hiệu nhận được
là tổng của rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường.
19



Nói chung là đối toàn bộ băng thông kênh truyền thì nó ảnh hưởng không đều, chỗ
nhiều chỗ ít, chỗ làm tăng chỗ làm giảm cường độ tín hiệu. Loại này chủ yếu do
fading đa đường gây ra.

Hình 0.8Hiện tượng Fading
Tác hại lớn nhất của loại fading này là gây nhiễu liên kí tự -ISI.Selective fading tác
động lên các tần số khác nhau (trong cùng băng tần của tín hiệu) là khác nhau, do
21


đó việc dự trữ như flat fading là không thể. Do đó để khắc phục nó, người ta sử
dụng một số biện pháp:
1/Phân tập (diversity): không gian (dùng nhiều anten phát và thu) và thời gian
(truyền tại nhiều thời điểm khác nhau).
2/ Sử dụng mạch san bằng thích nghi, thường là các ATDE (Adaptive Time
Domain Equalizer) với các thuật toán thích nghi thông dụng là Cưỡng ép không ZF
(Zero Forcing) và Sai số trung bình bình phương cực tiểu LMS (Least Mean
Square error);
3/Sử dụng mã sửa lỗi để giảm BER (vốn có thể lớn do selective fading gây nên);
4/Trải phổ tín hiệu (pha-đinh chọn lọc thường do hiện tượng truyền dẫn đa đường
(multipath propagation) gây nên, trải phổ chuỗi trực tiếp, nhất là với máy thu
RAKE, có khả năng tách các tia sóng và tổng hợp chúng lại, loại bỏ ảnh hưởng của
multipath propagation);
5/Sử dụng điều chế đa sóng mang mà tiêu biểu là OFDM (ứng dụng trong di động
3G, trong WIFI, WIMAX hay trong truyền hình số mặt đất DVB-T...)
Tóm lại, fading phẳng chủ yếu do mưa mù và đa đường (nếu do hiện tượng đa
đường thì chỉ với các kênh băng thông hẹp), fading chọn lọc thì chủ yếu do fading
đa đường và kênh truyền rộng.
b) Fading nhanh và fading chậm.
* Nguyên nhân:

phục không bị sai lỗi.
Độ suy giảm thường là một hàm tăng theo tần số

23


Hình 0.9Suy hao do mưa.
Thường để phát đi xa thì người ta cần các bộ khuếch đại lại tín hiệu và chuyển tiếp,
với tần số càng cao thì thường bộ khuếch đại càng phải gần lại.

24


Hình 0.10Suy hao do mưa phụ thuộc vào tần số và cường độ mưa, góc ngẩng.

Hình 0.11Suy hao do cường độ mưa.
25