1
Chương 1: Tín hiệu điều biến
Tiết 1: Mở đầu
1. Xét 2 khái niệm cơbản của lý thuyết truyền tin:
 Tin: khái niệm ban đầu không định nghĩa, gợi ra 1 số ý thống nhất với
nhau, hình dung thế nào là tin? Tin là những điều, sựkiện, ý, câu
chuyện… mà con người muốn truyền đạt cho nhau hoặc thu nhận
được từ quan sát khách quan.
 Tín hiệu: theo định nghĩa là biểu hiện vật lý của tin.
Ví dụ:
 Thông tin thoại bao gồm:
o Tin: nội dung cuộc nói chuyện.
o Tín hiệu: tiếng nói. Vật lý: sóng âm thanh.
 Thông tin radio:
o Tin: nội dung cuộc truyền tin.
o Tín hiệu: sóng điện từ. (Trường điện từ bức xạ - radiation)
2. Đặc điểm của tín hiệu radio:
Có tần số rất cao vì bộ phận bức xạ sóng (anten phát), muốn bức xạ
tốt phải có kích thước hình học xấp xỉ bước sóng của dao động (
4

 ).
Bước sóng càng bé thì kích thước anten càng nhỏ khi đó tính khả thi
vật lý của anten càng cao. Bước sóng càng ngắn tần số càng cao.
Ví dụ: 1. cho f = 50 Hz.
Ta có: λ = .c T =
c
f
=
8
6

= 75 (m)
Nhưng tín hiệu ban đầu (từ không điện được chuyển thành điện) tần
số không đủ cao để trực tiếp bức xạ. Muốn bức xạ đi xa, cần có biện pháp
đưa lên miền tần số cao (quá trình đó gọi là quá trình điều biến).
Tham gia thành phân điều khiển có 2 thành phần:
 Tín hiệu ban đầu x(t): hàm tin. Hàm tin x(t) là khách quan yêu cầu,
bất kì.
 Tải tin: dao động có tần số cao: u(t). Tải tin u(t): do kĩ thuật chủ động.
Phân loại điều biến:
Do tải tin lựa chọn mà có các loại điều biến khác nhau. Xét 3 loại điều
biến:
 Loại 1: tín hiệu điều biến cao tần (ĐBCT): tải tin u(t) được chọn như
sau: dao động điều hòa có tần số cao.
 Loại 2: Tín hiệu điều biến xung: là 1 dãy xung (tín hiệu đột biến) tuần
hoàn có tần số cao.
 Loại 3: Tín hiệu điều biến số: các hàm tin x(t) có dạng số (0,1), bức
xạ.
Tiết 2: Tổng quan về tín hiệu và điều biến cao tần
Tải tin là dao động điều hòa, tần số cao:
0 0 0
( ) . os( . )u t U c t
 
 
Có 3 thông số đặc trưng:
0
U
: Biên độ
0
( )u t U
3

0

: góc pha ban đầu
Góc pha:
0 0
( ) .t t
  
 
Khi t = 0 thì
0
(0)
 

(không tổng quát)
Chính xác là dịch pha so với
0
os .c t

; khi 
0
>0: sớm pha
Khi 
0
<0: trễ pha
Khi
0 0 0
( , , )U
 
là các hằng số không đổi: được gọi là dao động thuần túy
điều hòa (cùng dao động).

( ) . os (t)dt os . ( )
dt
u t U c U c t x t dt
  
 
  
 
 
(3)
3. Tín hiệu điều pha (PM- Phase Modulation)
Hàm tin x(t) điều khiển dịch pha u(t).
0
( ) . ( )t x t
  
 
Biểu thức tín hiệu điều pha:
 
0 0 0
( ) . os . . ( )
dp
u t U c t x t
  
   (4)
Tiết 3: Tín hiệu điều biên (AM)
Từ (2) ta có:
 
 
 
 
 



Giả thiết: ( ) 1x t  chuẩn hóa hàm tin x(t)
: là hệ số điều biên: với điều kiện 0 1

  ; đơn vị là: %.
0
0 100% 100%
u
u


   
Nếu 1

 : điều biên quá mức dẫn đến làm “méo” hàm tin x(t).
5
Đồ thị minh họa
6
Tại máy phát : phát đi tín hiệu ( )
db
u t :
Tại máy thu: để nhận được tín hiệu giống với tín hiệu ban đầu phát đi
(x(t)), phải thực hiện việc hình bao biên độ.
Có hai khả năng có thể xảy ra:
γ < 1: dạng hình bao biên độ có dạng giống hàm tin x(t): trung thực
(không “méo”).
γ > 1: dạng hình bao biên độ có dạng khác dạng x(t): không trung
thực: “méo”
Tiết 4: Phổ của tín hiệu điều biên (AM)


 
0 ω
7
- Tải tin:
0 0 0
( ) cos( t+ )u t U
 

-Tín hiệu điều biên:
   
 
0
0 0 0 0 0
0
0 0
.
( ) os . . os
2
.
. os
2
db
U
u t U c t c t
U
c t

    


: tín hiệu dải hẹp.
Xét giá trị tương đối:
0 0
2
1
db
B
 

 
0



1
0

0


0
U
0
0
2
U

0
2
U

5
3.10
3.10 0.3
10
f MHz   .
Sóng đất: sóng giảm nhanh, ít sử dụng trong thông tin.
 Sóng trung (MW): 100 1000m m

  , 0.3 3MHz f MHz  .
 Sóng ngắn (SW
1,2
): 10 100m m

  , 3 30MHz f MHz 
Sóng trời: phản xạ từ tầng ion (điện ly), phủ sóng toàn cầu:
 Sóng cực ngắn: 10m


 Sóng met, sóng decimet, ….
 Sóng vũ trụ: xuyên qua tầng điện li, thông tin trong tầm mắt nhìn.
Bài tập
1. Cho hàm tin:
3 3
( ) os .10 . 0,2.sin 3 .10 .
6 4
x t c t t
 
 
   
   

0.1U  , x(t)1
Mà x(t) = x
1
(t) + x
2
(t)
x
max
= x
1max
+ x
2max
= 1+ 0,2 = 1,2
6
0
2 .10 /rad s
 
 ,
0
3



9
Thay vào ta được:
3 3 6
3 3 6
0,8
( ) 0,1 1 . os 10. 0.2.sin 3 .10. . os 2 .10.
1,2 6 4 3

1,2

  ,
2
0,8
0,2. 0.13
1,2

 
1 2
0,67 0,13 0,8
  
    
b. Đồ thị phổ của tín hiệu:
2. Cho tín hiệu có phổ nhưhình vẽ trên.
a.Viết biểu thức thời gian cho tín hiệu và chỉ rõ loại điều biến.
b.Tính các hệ số điều biến.
Giải
6
6 6
3 6 6
( ) 0,1.cos(2 .10 )
3
0,033{cos[2 (10 500) ] cos[2 (10 500) ]}
6 2
7
6,510 {cos[2 (10 1500) ] cos[2 (10 1500) ]}
12 12
s t t
t t

6
10
6
(10 1500)
6
(10 1500)
6
(10 500)
6
(10 500)
/12


/2


7 /12


/6


/3


0.0065
0.0065
0.033
0.033
0.1


  Chuẩn hóa và đơn sắc
Lúc này ta có:
0 0 0
( ) os sin( )
dt
u t U c t t

  

 
    
 

 
 
0 0 0
( ) . os . os( )
dp
u t U c t c t
   
    
1. Định nghĩa các hệ số điều biến góc:
Chỉ số điều biến góc β: Chỉ số điều biến góc βlà độ sâu điều pha (Độ sâu:
đại lượng biểu thị mức độ ảnh hưởng của hàm sinx(t) đến dịch pha u(t))
Với hai biểu thức trên thì
dt




pha ảnh hưởng dễ dàng phát hiện và loại trừ.
Tiết 6. Phổ của tín hiệu điều biến góc
1. Biểu thức đơn giản:
 
   
0 0
0 0 0 0
( ) cos sin
cos sin cos sin sin sin
dg
U t U t t
U t t U t t

   
   
   
(5a)
 
0 0
cos sin cosU t t
 
 : Biên độ biến thiên chậm ( theo tần số thấp )
- Biểu thức (5a) bao gồm 2 số hạng điều biến.
Vì vậy khi xét phổ ( )
dg
U t người ta quy về tín hiệu điều biên.
Khó khăn do 2 hàm đặc biệt:
 
cos sin t


0 2 0 0
( ) os sin t os sin sin sin
cos cos cos
cos 2 cos 2 ...
dg
u t U c c t U t t
J t U J t t
U J t t
   
    
  
   
    
 
      
 
0
= U
+
13
2. Đồ thị phổ biên độ:
Nhận xét:
Phổ của tín hiệu điều biến góc gồm:
Một vạch trung tâm tần số
0

hay gọi là vạch tần số mang.
Xung quanh
0


 
 
 
Giá trị của

:
thông thường: vài chục
Lớn: vài trăm  hàng nghìn
Rất lớn: vài chục nghìn.
 Điều tần và điều pha: tín hiệu dải rộng, băng rộng.
Xét giá trị tương đối:
0 0
2
1
dg
B

 

 
Tần số càng tăng (
0

) Tín hiệu siêu cao tần  sử dụng cho thông tin
địa phương.
dg
B : trả giá cho tính chống nhiễu.

0
 

6
x t t


 
và tải tin
8
( ) 0.1cos( .10 )
4
U t t


  .
a. Viết các biểu thức tính toán
dt
U ,
dp
U với 60

 .
Chỉ rõ các độ sâu điều biến.
b. Vẽ định tính phổ của các tín hiệu.
Bài giải
 
0 0
8 3
3
( ) os ( )
0.1 os .10 sin 2 .10
2 .10 6 4

 
 
Độ sâu điều pha: 60( )rad
 
  
Độ sâu điều tần:
3 4
60.2 .10 12 .10 ( / )rad s
  
  
2.Vẽ định tính phổ:
7 3
5 10 60 10  
…
f
…
7
5 10
7 3
5 10 10 
7 3
5 10 10 
 
1
0.1 60J
 
1
0.1 60J
 
0

+2T t
0
+kT….
16
 Đồ thị minh hoạ
Nhận xét:
a. hai tín hiệu điều tần xung và điều vị trí xung
- Giống nhau:
+ Khi thay đổi T  làm cho thời điểm xuất hiện (t
k
(t) thay đổi )thay
đổi.
b. Hai tín hiệu điều biên xung và điều độ rộng xung
- Giống nhau:
+ Diện tích xung tỷ lệ thuận với x(t).
Nếu xung là dòng điện A thì diện tích xung A.s = q
t
t
t
t
t
t
u(t)
1
0
-1
x(t)
h
0
0

Điều độ rộng xung có biên độ không đổi h
0
= const  chống nhiễu tốt
(thông dụng trong thông tin).
 Gắn tải tin vào một thông số nào đó ta có các loại điều biến xung khác
nhau (có bốn loại điều biến xung)
- Điều biên xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation).
h(t) =h
0
+ h.x(t).
- Điều tần xung (PFM: Pulse Frequency Modulation).

)(.
11
0
txf
TtT

- Điều vị trí xung (PPM: Pulse P osition Modulation)
t
h
(t) = t
k0
+ t
k
.x(t)
- Điều độ rộng xung (PWM: Pulse Width Modulation)
 
txt .
0

dạng
x
xsin
vạch tần số bên
Điều biến
xung
Điều biến
cao tần
Dãy xung
tải tin
Tải tin
điều hoà
tải tin

0

Hàm tin
19
Tit 9: Cỏc phng phỏp FDMA, TDMA, CDMA, OFDM
1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
- Dải tần đ-ợc chia làm các băng nhỏ, một hoặc nhiều ng-ời dùng có thể sử
dụng một băng.
- Mỗi ng-ời dùng đ-ợc cấp một kênh riêng có tần số khác với ng-ời dùng
khác.
- Khi số ng-ời dùng nhỏ hơn số kênh thì sự phân chia này là tĩnh, nh-ng
khi số ng-ời sử dụng tăng lên thì ph-ơng pháp phân bố kênh động là rất cần
thiết.
- Trong hệ thống cell việc phân bố kênh đ-ợc đi theo cặp nên mỗi thuê bao
sẽ đ-ợc cấp hai kênh phân phối để truyền từ ng-ời dùng đến trạm gốc
(uplink) và ng-ợc lại (downlink).

- Cách thứ hai là phát minh của Crowther: số l-ợng trạm không xác định và
có thể thay đổi. Khi một trạm có đ-ợc một khe, nó truyền đi một khung để
các trạm khác biết rằng nó đã sử dụng khe này.
- Cách thứ ba là phát minh của Roberts: cố gắng giảm hao hụt băng rộng
do va chạm.
Một khe đặc biệt trong khung đ-ợc chia ra làm các khe nhỏ để giải
quyết việc sự tranh dành các khe.
Khi một trạm muốn sử dụng một khe, nó gửi yêu cầu vào một khe
nhỏ ngẫu nhiên của khe dự trữ, lúc này các trạm sẽ tránh đ-ợc những khe đã
sử dụng để tránh việc tranh dành.
- Là sự lựa chọn của nhiều hệ thống cell thế hệ hai nh- GSM, IS-54, DECT
3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)
- Có nguồn gốc từ việc trải phổ, đ-ợc phát triển từ chiến tranh thế giới II.
Việc truyền tin qua các kênh đ-ợc sử dụng một mật mã mà cả hai bên đều
hiểu. Sử dụng ph-ơng pháp này khiến quân địch không thể biết nếu nh-
không có mật mã.
Dạng trải phổ này đ-ợc gọi là trải phổ nhảy tần (FHSS), mặc dù không
đ-ợc sử dụng nh- một kỹ thuật MAC nh-ng nó vẫn đ-ợc ứng dụng vào một
vài hệ thống nh- IEEE 802.11 của WLAN.
- CDMA th-ờng liên quan đến dạng thứ hai là trải phổ chuỗi trực tiếp
(DSSS), nó đ-ợc sử dụng trên tất cả các hệ thống điện thoại di động CDMA.
- CDMA sắp xếp tất cả các nút vào một băng rộng cùng một lúc. Tất cả các
nút đều có mã n bit, giá trị tham số n đ-ợc biết đến nh- là tỷ lệ chip của hệ
thống.
- Các bit có thể truyền cùng lúc bằng cách sử dụng mã, các mã đ-ợc sử
dụng cho liên lạc nh- sau: Nếu ng-ời sử dụng muốn truyền một dãy số nhị
22
phân thì cần truyền mã của nó, thay vì truyền bit 0 thì nó có thể truyền một
tín hiệu khác để thay thế.
- Đ-ờng truyền của mỗi ng-ời dùng đ-ợc phân biệt bằng một mã duy nhất

23
- Ưu điểm của ALOHA là sự đơn giản, nh-ng sự đơn giản lại là nguyên
nhân hoạt động kém của hệ thống. CSMA hiệu quả hơn ALOHA. Trạm
CSMA nghe xem đang có một tiến trình truyền thông nào khác đang hoạt
động không. Nếu có, nó sẽ đợi. Một số điểm cần chú ý trong CSMA:
P- persistent CSMA (CSMA liên tục): Nếu trạm CSMA nghe xem
đang có một tiến trình truyền thông nào khác đang hoạt động không. Nếu có,
nó sẽ chờ đợi cho quá trình đó kết thúc. Sau đó, nó sẽ truyền với một xác
suất p. Nếu p =1 nó sẽ trở thành 1-persistent CSMA.
CSMA không liên tục: trong khi đ-ờng truyền bận nó sẽ chờ đợi
mà không cố gắng để truyền đi và nó sẽ thử truyền lại trong một khoảng thời
gian ngẫu nhiên nào đó.
- Khi sự va chạm xảy ra giữa hai nút CSMA, các nút này sẽ bị giữ lại ở bộ
đệm và chờ đợi cho đến khi nó cố gẳng thử lại. Khoảng thời gian chờ đ-ợc
tính bằng:
t = ks
trong đó:
s là khe thời gian của hệ thống.
k là hệ số [0,,2
i-1
], i = min(c,cw), c là số lần va chạm và cw là hệ
thống thông số bị chi phối bởi chuỗi số ngẫu nhiên lớn nhất k.
CSMA đ-ợc sử dụng trong hệ thống mạng không dây, đặc biệt là WLAN và
là cơ sở của giao thức IEEE 802.3 của mạng có dây sử dụng cho mạng
Ethernet.
5. Đa truy nhập theo tần số trực giao OFDM.
OFDM là kỹ thuật điều giao đa sóng mang (MCM), nh-ng các sóng
mang con của nó đ-ợc ghép trực giao với nhau, vì vậy tiết kiệm đ-ợc băng
tần sử dụng. Để xử lý tín hiệu OFDM ng-ời ta dùng kỹ thuật FFT (biến đổi
Fourier nhanh) do vậy tốc độ nhanh và dễ thực hiện.

25
Hình 1.2 (a): FDM.(b): OFDM.
Từ hình vẽ 1.2(b) ta thấy khi sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang
trực giao có thể tiết kiệm đ-ợc khoảng 50% độ rộng băng tần. Để đạt đ-ợc
hiệu quả đó phải bảo đảm không có sự xuyên âm (crosstalk) giữa các sóng
mang. Điều này có nghĩa là đảm bảo đ-ợc tính trực giao giữa các sóng mang
đ-ợc điều chế. Sự trực giao giữa các sóng mang trong hệ là mối quan hệ toán
học một cách chính xác giữa các tần số của các sóng mang. Trong hệ thống
FDM truyền thống, sóng mang đ-ợc chia thành nhiều khoảng. Tại đầu thu,
tín hiệu thu đ-ợc có thể thu đ-ợc bằng cách sử dụng các bộ lọc thông th-ờng
và giải điều chế. Bằng cách thu này, dải thông bảo vệ giữa các sóng mang
khác nhau (là dải bảo vệ trong miền tần số) để chống lại nhiễu lân cận nhau.
Từ đó đẫn tới kết quả là hiệu suất sử dụng phổ không cao.
Các sóng mang trong tín hiệu OFDM đ-ợc đặt có một phần chỗng lẫn
lên nhau (trong miền tần số) mà tín hiệu thu vẫn không chịu ảnh h-ởng của
nhiễu do các sóng mang khác gây ra. Để đảm bảo điều này, các sóng mang
phải trực giao với nhau. Bộ thu hoạt động nh- là một tập hợp các bộ giải điều
chế, lọc mỗi sóng mang thành một phần DC. Kết quả là tín hiệu thu đ-ợc
tích phân trên thời khoảng của ký hiệu OFDM để khôi phục lại dữ liệu ban
đầu.
Nếu sóng mang trong ký hiệu OFDM có một số nguyên lần chu kỳ
trong thời khoảng của ký hiệu đó thì kết quả t-ơng quan của nó với các sóng
mang khác bằng 0.
Nếu khoảng cách giữa các sóng mang là 1/T thì các sóng mang là độc
lập tuyến tính (trực giao nhau)
f
f
(a)
(b)
Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 Ch5 Ch6