Giáo trình Thông tin và điều độ trong hệ thống điện - Chương 2: Biến đổi tín hiệu
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
Chæång 2
BIÃN ÂÄI TÊN HIÃU
2.1. Så âä nguyãn ly chung cua mät HTTT (Hã Thäng Thäng Tin)
truyãn tên hiãu tæång tæ :
Mäi HTTT co nhiãm vu truyãn tin tæc tæ nåi phat âãn nåi nhán tin.
Dæåi âáy la så âä nguyãn ly chung cua mät HTTT truyãn tên hiãu tæång tæ:
May phat
Biãn âäi
Nguän tin
- Âiãu chã
tin tæc - tên hiãu
- Khuãch âai
- (Anten phat)
Tin tæc
ban âáu
Tên hiãu
bë âiãu
chã
Tên hiãu
âiãn
Kãnh truyãn
Tên hiãu
âiãn tán
tháp
Tin tæc
May thu
Biãn âäi
- (Anten thu)
- Khuãch âai
- Giai âiãu chã
Nhán tin
tên hiãu - tin tæc
Hçnh 2.1 Så âä nguyãn ly chung cua 1 HTTT.
- Nguän tin la nåi cung cáp cac tin tæc ban âáu chæa å dang tên hiãu
âiãn, nhæ tiãng noi trong âiãn thoai; tiãng noi, ám nhac trong thäng tin phat
thanh; tiãng noi, ám nhac va hçnh anh trong truyãn hçnh...
- Âã co thã truyãn tin tæc ngæåi ta thæång chuyãn no thanh tên hiãu
âiãn phu håp cho cac hã thäng thäng tin. Vê du micro trong thäng tin âiãn
thoai va phat thanh, micro va camera âäi våi truyãn hçnh v.v...
- May phat la khäi bao gäm cac chæc nàng: biãn âäi cac tên hiãu
âiãn thanh dang tiãn låi cho viãc truyãn âi xa, co kha nàng chäng nhiãu cao
va khäng lam meo tên hiãu trong qua trçnh xæ ly. Co thã thæc hiãn âæåc cac
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
7
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
muc tiãu cå ban nay nhå kháu âiãu chã tên hiãu. Ngoai ra âã âam bao cäng
suát phat may phat phai thæc hiãn khuãch âai tên hiãu. Âäi våi cac hã thäng
thäng tin vä tuyãn, may phat phai co anten phat âã bæc xa tên hiãu âiãn
thanh song âiãn tæ lan truyãn trong khäng gian .
- Tên hiãu sau khi qua may phat âæåc truyãn lãn kãnh truyãn âã âãn
may thu. Co hai loai kãnh truyãn cå ban la dáy dán (cap âiãn, cap quang)
va vä tuyãn (truyãn trong khäng gian). Cac kãnh tin âæåc dung trong thäng
tin âiãn thoai, âiãn bao, truyãn hçnh cäng nghiãp, phat thanh, truyãn hçnh,
thäng tin vã tinh va âo læång, âiãu khiãn tæ xa...
- Tên hiãu sau khi qua kãnh truyãn se âi âãn may thu. Cac bä phán cå
ban cua may thu la anten thu (trong træång håp kãnh truyãn vä tuyãn), cac
bä khuãch âai va giai âiãu chã. Sau khi qua cac thiãt bë nay tên hiãu se âæåc
tra vã dang tên hiãu âiãn tán tháp ban âáu nhæng ván chæa thêch håp cho nåi
nhán tin la con ngæåi. Vç váy tên hiãn âiãn cán phai qua bä biãn âäi tên
hiãu-tin tæc la cac thiãt bë nhæ äng nghe trãn may âiãn thoai, loa trong radio
va man hçnh våi loa trãn tivi, man hçnh may vi tênh, may in v.v..., qua âo
con ngæåi se nhán âæåc cac tên hiãu vát ly ban âáu.
2.2. Muc âêch cua âiãu chã tên hiãu :
Âënh nghéa: Âiãu chã tên hiãu la phep toan chuyãn âäi tæ mät tên
hiãu mang tin tæc sang mät tên hiãu khac ma khäng lam thay âäi vã tin tæc
mang theo.
Tên hiãu å âáu ra bä biãn âäi tin tæc-tên hiãu co tán sä rát tháp do âo
khäng thã truyãn âi xa vç hiãu suát truyãn khäng cao. Ngæåi ta thæc hiãn
âiãu chã tên hiãu våi cac muc âêch chênh sau âáy:
- Chuyãn phä cua tên hiãu lãn pham vi tán sä cao, å âo ta co thã co
kêch thæåc håp ly cua anten phat. Trong træång håp kãnh truyãn la dáy dán
dai thäng cua âa sä cac cap cung nàm trong miãn tán sä cao, cac tên hiãu
tán sä tháp se bë suy giam. Do co sæ dëch chuyãn phä tên hiãu cac hiãu æng
âo se bë mát âi. (Trong ly thuyãt træång âiãn tæ ngæåi ta chæng minh âæåc
kêch thæåc cua anten phat phai ≥ 1/10 λ (âä dai bæåc song phat xa), phä
cua tên hiãu tiãng noi thæång vao khoang 200Hz - 10 kHz , nhæ váy kêch
thæåc cua anten phai lån cå hang chuc km nãu phat tên hiãu å tán sä tháp.
- Âiãu chã tên hiãu cho phep ta sæ dung hæu hiãu kãnh truyãn. Nãu
khäng co âiãu chã thç trãn mät kãnh truyãn chè truyãn âi âæåc mät tên hiãu
tai mäi thåi âiãm. Nãu truyãn âäng thåi hai hay nhiãu tên hiãu cung mät luc
8
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
thç khäng thã tach riãng chung ra âæåc å âáu thu. Âiãu chã tên hiãu la dëch
chuyãn phä cua tên hiãu tæ tán sä tháp lãn miãn tán sä cao khac nhau, å âáu
thu se thu âæåc riãng re tæng tên hiãu nhå nhæng mach loc thäng dai.
-Âiãu chã tên hiãu tàng kha nàng chäng nhiãu cho HTTT, båi vç cac
tên hiãu âiãu chã co kha nàng chäng nhiãu, mæc âä tuy thuäc vao cac loai
âiãu chã khac nhau.
2.3 Phán loai âiãu chã :
Âiãu chã tên hiãu âæåc thæc hiãn å bãn phat våi muc âêch la chuyãn
phä cua tên hiãu tæ miãn tán sä tháp lãn miãn tán sä cao. Viãc dëch chuyãn
phä cua tên hiãu lãn tán sä cao âæåc thæc hiãn bàng cach lam thay âäi cac
thäng sä cua song mang co tán sä cao. Trong thæc tã ngæåi ta dung hai loai
song mang la cac dao âäng hçnh sin cao tán hoàc cac day xung, do âo tæång
æng ta se co hai hã thäng âiãu chã la âiãu chã liãn tuc va âiãu chã xung.
T/h âiãu chã
T/h bë âiãu chã
Bä âiãu chã
(t/h tin tæc)
T/h song mang
Hçnh 2.2 Nguyãn tàc chung âiãu chã tên hiãu.
Trong hã thäng âiãu chã liãn tuc, tên hiãu âiãu chã (tên hiãu tin tæc)
se tac âäng lam thay âäi cac thäng sä nhæ biãn âä, tán sä hoàc goc pha cua
song mang la cac dao âäng âiãu hoa. Song mang co thäng sä thay âäi theo
tên hiãu tin tæc âæåc goi la tên hiãu bë âiãu chã.
Trong hã thäng âiãu chã xung, song mang la cac day xung vuäng
goc tuán hoan, tin tæc se lam thay âäi cac thäng sä cua no la biãn âä, âä
räng va vë trê xung.
Sæ khac nhau càn ban giæa tên hiãu âiãu chã liãn tuc va âiãu chã
xung la å chä trong hã thäng âiãu chã liãn tuc tên hiãu mang tin tæc âæåc
truyãn âi liãn tuc theo thåi gian. Con trong hã thäng âiãu chã xung, tên hiãu
mang tin tæc chè âæåc truyãn trong khoang thåi gian co xung.
2.4. Âiãu chã tên hiãu liãn tuc (tæång tæ ):
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
9
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
Goi λ(t) la tên hiãu mang tin tæc (tán sä tháp) va hån næa λ(t) âa âæåc
chuán hoa nghéa la:
-1 ≤ λ(t) ≤ 1 hay λ(t) ≤ 1
(2.1)
(chàng han bàng cach chia λ(t) cho λmax)
Khi âo âiãu chã 1 song mang âiãu hoa hçnh sin dang:
u(t) =U0sin(ω0t+ϕ0)
(2.2)
co thã âæåc thæc hiãn theo biãn âä Uo , tán sä ω0 va pha ϕ0. Cung co
thã thæc hiãn âiãu chã âäng thåi, chàng han nhæ væa theo tán sä lán biãn âä
v.v..
Cac biãu thæc âäi våi tên hiãu hçnh sin bë âiãu chã båi tên hiãu mang
tin tæc λ(t) tæång æng våi âiãu biãn AM (Amplitude Modulation), âiãu tán
FM (Frequency Modulation) va âiãu pha PM (Phase Modulation) se co
dang sau âáy :
u(t)AM= U0 [1+mλ(t)]sin(ω0t+ϕ0)
t
(2.3)
u(t)FM= U0sin(ω0t + ∆ω λ(t)dt +ϕ0]
∫
0
(2.4)
u(t)PM= U0sin[ω0t +∆ϕ.λ(t) +ϕ0],
(2.5)
trong âo:
m: hã sä âiãu biãn, m ≤1
∆U= mU0 : sä gia cæc âai cua biãn âä âiãn ap,
∆ω: sä gia cæc âai cua tán sä,
∆ϕ: sä gia cæc âai cua goc dëch pha.
Tên hiãu mang tin tæc λ(t) noi chung co thã la mät ham bát ky, dæåi
âáy ta se giåi han båi viãc xet træång håp hay gàp nhát la tên hiãu:
λ(t)=cos Ωt,
(2.6)
trong âo tán sä Ω tháp hån nhiãu so våi ω0 .
2.4.1. Âiãu biãn :
Tæ biãu thæc (2.3) ta tháy âiãu biãn nghéa la lam thay âäi biãn âä U0
cua song mang U0sin(ω0t+ϕ0) thanh biãn âä U0+ mU0.cos Ωt (âæång bao
trãn hçnh 2.3) dao âäng theo sæ thay âäi cua tên hiãu mang tin tæc λ(t) = cos
Ωt.
10
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
2
1.5
1
 æ å n g b a o
U (1+mcos(Ω t))
0
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
t (s)
Hçnh 2.3 Âiãu biãn (AM).
Tæ (2.3) va (2.6) ta co :
u(t)AM = U0 [1+m cos Ωt]sin(ω0t+ϕ0)
= U0[sin(ω0t+ϕ0)+ m.sin(ω0t+ϕ0).cos Ωt]
=U0sin(ω0t+ϕ0)+ (m/2).U0.sin[(ω0 +Ω)t +ϕ0 ]+ (m/2).U0.sin[(ω0-Ω)t
+ϕ0]}(2.7)
U
U0
USB
ω0-Ω ω0 ω0+Ω
LSB
(m/2)U0
ω
Hçnh 2.4 Phä biãn âä cua tên hiãu âiãu biãn AM (3 vach).
Nhæ váy æng våi tên hiãu mang tin tæcλ(t) = cos Ωt thç tæ biãu thæc
trãn ta rut ra âæåc nhán xet la phä cua tên hiãu âiãu biãn (hçnh 2.4) la phä
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
11
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
vach gäm 3 vach tao thanh tæ 3 tán sä: vach trung tám æng våi tán sä song
mang ω0 va 2 vach nàm âäi xæng å 2 bãn vach trung tám æng våi cac tán sä
ω0-Ω va ω0+Ω. Cac vach nay con âæåc goi la cac dai biãn dæåi (LSB -
Lower Side Band) va dai biãn trãn (USB - Upper Side Band). Dai thäng
cua tên hiãu âiãu biãn u(t)AM:
BW=[(ω0+Ω) - (ω0-Ω)] / (2π) = Ω/π.
(2.8)
Ca 3 tán sä ω0 , ω0-Ω va ω0+Ω âãu nàm å miãn tán sä cao (do
ω0>>Ω). Nhæ váy ta âa dëch chuyãn âæåc tán sä tháp Ω vao miãn tán sä
cao.
Trong træång håp tên hiãu λ(t) tuán hoan va âæåc biãu diãn dæåi
dang täng cua cac thanh phán âiãu hoa hçnh sin:
n
λ(t) = C sin(kΩt+ϕ )
(2.9)
∑
k
k
k=1
thç:
n
u(t) = U [1 + m C sin(kΩt+ϕ ) ] sin(ω t+ϕ )=
∑
AM
0
0
0
k
k
k=1
n
m
=U0sin(ω0t+ϕ0) -
C cos[(ω -kΩ)t+ϕ -ϕ ]+
∑
0
0
k
k
2
k=1
n
m
+
C cos[(ω + kΩ)t + ϕ +ϕ ]}
(2.10)
∑
0
0
k
k
2
k=1
U
U0
ω
ω0
Hçnh 2.5 Phä biãn âä cua tên hiãu âiãu biãn AM (2n+1 vach).
Phä biãn âä cua tên hiãu âiãu biãn u(t)AM trong træång håp nay (hçnh
2.5) se gäm 2n+1 vach æng våi cac tán sä ω0, ω0-Ω, ω0+Ω, ω0-2Ω,
ω0+2Ω,...,ω0-nΩ, ω0+nΩ. Dai thäng cua tên hiãu âiãu biãn u(t)AM:
BW=[(ω0+nΩ) - (ω0-nΩ)] / (2π) = nΩ/π.
(2.11)
12
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
Khi truyãn cac tên hiãu âiãu biãn cán phai chu y âã cac anten va cac
mach thu phat phai cho qua âæåc tát ca cac dai biãn.
Xet træång håp âån gian khi tên hiãu âiãu biãn chè co 2 dai biãn.
Cäng suát cua tên hiãu âiãu biãn:
PAM=PC+PLSB+PUSB
(2.12)
Trong âo:
PC: cäng suát song mang (carrier),
PLSB , PUSB : cäng suát cua cac dai biãn.
Cäng suát cua mäi dai biãn:
P .m2
C
PLSB = PUSB
=
.
(2.13)
4
Tæ (2.12) va (2.13) ta co biãu thæc cäng suát cua tên hiãu âiãu biãn:
m2
PAM = P .(1+
) .
(2.14)
C
2
Vê du: Gia sæ hã sä âiãu biãn m=1 va PC=100 W. Ta co:
100
PLSB = PUSB
=
=25 W,
4
PAM = 100+25+25 = 150 W.
Nhæ váy trong træång håp nay cäng suát cua cac dai biãn (50 W)
chiãm 1/3 cäng suát cua tên hiãu âiãu biãn, con lai 2/3 la cäng suát song
mang. Tuy nhiãn ban thán song mang khäng chæa thäng tin truyãn âi ma
chênh cac dai biãn måi thæc hiãn nhiãm vu nay. Co nghéa la 2/3 cäng suát
cua tên hiãu âiãu biãn la "thæa", chè co 1/3 cäng suát cua cac dai biãn måi
co êch. Vç váy âiãu biãn AM nhæ trãn la phæång phap âiãu chã chæa hiãu
qua.
Khi hã sä âiãu biãn m cang be thç cäng suát cua cac dai biãn se cang
be. Nãu hã sä âiãu biãn m cang lån thç cäng suát cua cac dai biãn cung se
cang lån, nghéa la tên hiãu se cang manh khi âæåc truyãn âi. Vç váy nãu m
cang lån gán bàng 1 thç cäng suát cua tên hiãu âiãu biãn cang manh. Tuy
nhiãn trong thæc tã kho long thæc hiãn âiãu biãn våi m=1 vç cac tên hiãu
tiãng noi, hçnh anh (video)... khäng co biãn âä cä âënh ma biãn âä va tán sä
cua chung thay âäi trong mät pham vi räng. Nãu cäng suát cua cac dai biãn
âæåc truyãn âi bë yãu thç tên hiãu nhán âæåc tæång æng cung yãu va hã
thäng thäng tin se kem tin cáy.
Ta tháy chè co cac dai biãn måi chæa thäng tin cán truyãn (chæa tán
sä tin tæc Ω bãn trong), trong khi song mang thç khäng, hån næa song mang
lai chiãm cäng suát qua lån (2/3 täng cäng suát trong træång håp âiãu biãn
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
13
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
100% æng våi m=1). Vç váy âã cai tiãn âiãu biãn AM, ngæåi ta tçm cach
loc, lam triãt tiãu thanh phán phä æng våi song mang.
Nãu trong qua trçnh âiãu chã lam triãt tiãu song mang, chè con âã lai
2 dai biãn, ta co cach truyãn thäng dai biãn kep DSB (Double Side Band).
U
U0
USB
ω0-Ω ω0 ω0+Ω
LSB
(m/2)U0
ω
Hçnh 2.6 Truyãn thäng dai biãn kep DSB (Double Side Band).
Tuy nhiãn trong thæc tã DSB thæång êt âæåc dung vç no rát kho giai
âiãu chã å thiãt bë thu. Do thäng tin truyãn âi å 2 dai biãn thæc chát gán
giäng nhau (1 dai co chæa tán sä ω0-Ω, 1 dai chæa tán sä ω0+Ω) nãn hoan
toan co thã chè cán truyãn âi 1 dai biãn, con dai biãn kia chàn lai. Khi âo ta
co cach truyãn thäng âån biãn SSB (Single Side Band). Tên hiãu SSB co
thã hoàc la dai biãn trãn (USB) hoàc la dai biãn dæåi (LSB). Trong thæc tã
1 may phat SSB tao ra ca 2 dai biãn va co 1 bä chuyãn mach cho phep chon
dai biãn trãn hoàc dæåi âã truyãn âi.
Khi tên hiãu tiãng noi (hoàc tên hiãu âiãu chã noi chung) bàng 0
(chàng han khi ngæåi noi dæng lai nghè mät tê) thç tên hiãu SSB se khäng
âæåc tao ra. Ngæåc lai trong AM khi khäng co tên hiãu âiãu chã, song mang
ván phai âæåc truyãn âi. Do âo SSB hiãu qua hån nhiãu so våi AM.
Truyãn thäng âån biãn co cac æu âiãm chênh sau:
- Tên hiãu SSB chè chiãm co 1 næa khäng gian phä so våi cac tên hiãu
AM hay DSB. Âiãu âo cho phep tiãt kiãm khäng gian phä va cho phep
truyãn âæåc nhiãu tên hiãu hån trong cung 1 dai tán sä (so våi AM va
DSB), âäng thåi khi âo kha nàng giao thoa giæa cac tên hiãu cung giam
xuäng.
- Cäng suát tên hiãu báy giå chè hoan toan táp trung trong 1 dai biãn,
vç váy tên hiãu truyãn âi se manh hån va co thã truyãn âi xa hån, tin cáy
hån. Hiãu suát truyãn cao hån so våi AM va DSB.
14
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
- Dai thäng cua SSB nho hån so våi AM va DSB (va tæång æng dai
thäng cua mach thu cung nho hån). Vç váy tên hiãu SSB se êt bë tac âäng
cua nhiãu hån. Nhiãu la tên hiãu ngáu nhiãn âæåc hçnh thanh tæ 1 sä læång
bát âënh cac tán sä nao âo. Do âo viãc thu hep dai thäng co tac dung loc båt
phán nao cac tán sä cua nhiãu.
- Tên hiãu SSB êt faâin hån so våi tên hiãu AM. Faâin å âáy nghéa la
tên hiãu tàng hoàc giam manh khi may thu nhán no. Faâin xuát hiãn trong
AM vç song mang va cac dai biãn co thã âæåc may thu âæåc lãch nhau vã
thåi gian va pha våi nhau. Ly do la vç song mang va cac dai biãn do nàm å
cac tán sä khac nhau nãn chëu sæ tac âäng cua táng iän hoa trong khê quyãn
mät cach khac nhau. Táng iän hoa nay co tac dung uän cong cac tên hiãu
song mang va cac dai biãn xuäng màt âát å cac goc khac nhau mät êt, vç
váy cac tên hiãu nay co thã âi âãn thiãt bë thu khäng âäng thåi. Âäi våi tên
hiãu SSB chè co 1 dai biãn, loai faâin nay se khäng xuát hiãn.
Khi tên hiãu u(t)AM âi âãn thiãt bë giai âiãu chã (bä tach song) thç se
thæc hiãn qua trçnh khäi phuc ngæåc lai tên hiãu λ(t), tæc la dëch chuyãn
ngæåc lai phä vao miãn tán sä tháp. Ta xet 1 bä giai âiãu chã âån gian loai
tuyãn tênh 2 næa chu ky, chè cho qua thanh phán dao âäng âiãu biãn 1 cæc
(vê du toan gia trë dæång). Khäng mát tênh täng quat ta gia sæ ϕ0= 0. Khi âo
âiãn ap trãn âáu ra cua thiãt bë giai âiãu chã tuyãn tênh 2 næa chu ky noi
trãn se co dang :
u(t)= U0 (1+ m cos Ωt) |sin ω0t|.
(2.15)
Khai triãn |sinω0t| vao chuäi Fuariã:
∞
cos2kω t
2
0
|sinω0t|= 1− 2
.
(2.16)
∑
π
k=1 4k 2 −1
Khi âo:
∞
∞
cos2kω0t
cos2kω t.cosΩt
2
0
u(t) = U 1+ mcosΩt − 2
− 2m
∑
∑
0
k=1 4k 2 −1
k=1
4k 2 −1
π
∞
∞
∞
cos2kω0t
cos(2kω0 + Ω)t
4k2 −1
cos(2kω − Ω)t
2
0
=
U 1+ mcosΩt − 2
− m
−m
∑
∑
∑
0
k=1 4k2 −1
k=1
k=1
4k2 −1
π
(2.17)
2
u(t) tao thanh tæ tên hiãu co thanh phán khäng âäi U0.1, thanh phán tên
π
2
hiãu âiãu chã U0m.cosΩt va cac thanh phán con lai co tán sä cao 2kω0-Ω,
π
2kω0, 2kω0+Ω (k=1,2,...). Phä cua tên hiãu u(t) co dang nhæ å hçnh 2.7. Nãu
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
15
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
å âáu ra cua bä giai âiãu chã ta âàt bä loc thäng tháp chè cho qua tán sä
khäng qua Ω thç tát ca cac thanh phán co tán sä cao se bë giæ lai sau khi qua
bä loc thäng tháp, chè co tán sä cua tên hiãu mang tin tæc ban âáu Ω la âi
qua âæåc âã âãn thiãt bë thu.
U
ω
Ω
2ω0
4ω0
6ω0
Hçnh 2.7 Phä cua tên hiãu AM å âáu ra bä giai âiãu chã.
2.4.2. Âiãu tán va âiãu pha :
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
t (s)
Hçnh 2.8 Âiãu tán (FM).
Khäng mát tênh täng quat, ta gia sæ ϕ0,
λ(t)=cos Ωt,
(2.18)
16
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
trong âo tán sä tên hiãu âiãu chã Ω tháp hån nhiãu so våi tán sä song
mang ω0 .
Khi âo tæ (2.4) va (2.18) ta co biãu thæc cua tên hiãu âiãu tán:
t
u(t)FM = U0 sin ω0t + ∆ω cosΩtdt
∫
0
= U0sin(ω0t + m.sin Ωt) ,
trong âo:
(2.19)
(2.20)
∆ω: sä gia cæc âai cua tán sä,
∆ω
m=
: hã sä âiãu tán.
Ω
u(t)FM = U0[cos(m.sin Ωt).sin ω0t + sin(m.sin Ωt).cos ω0t)]
Nãu ta chon hã sä âiãu tán m<<1 thç khi âo:
m.sin Ωt <<1 ⇒ sin(m.sin Ωt) ≈ m.sinΩt
cos(m.sin Ωt)≈1
(2.21)
(2.22)
Thay (2.21) va (2.22) vao (2.20) ta âæåc:
uFM(t) = U0[sin ω0t + m.sinΩt.cos ω0t]
=U0[sin ω0t + (m/2).sin(ω0+ Ω)t - (m/2)sin(ω0- Ω)t]
(2.23)
Nhæ váy phä cua tên hiãu âiãu tán trong træång håp hã sä âiãu tán m
be (m<<1) cung gäm ba thanh phán tæång tæ nhæ âiãu biãn våi cac tán sä
ω0, ω0-Ω, ω0+Ω, chè co khac la phä pha å tán sä ω0-Ω thç ngæåc lai 1 goc
1800 so våi âiãu biãn (dáu træ træåc biãu thæc (m/2)sin(ω0- Ω)t ).
Trong træång håp chung khi hã sä âiãu tán m tàng lãn, khäng thoa
man âiãu kiãn m<<1 næa thç phä cua tên hiãu âiãu tán se må räng ra, chæ
khäng con co dang nhæ trãn næa. Âã phán têch phä cua tên hiãu âiãu tán cán
phai khai triãn cac ham cos(m.sinΩt) va sin(m.sin Ωt) vao chuäi Fuariã nhå
cac ham Bessel Jk(m) loai mät bác k våi k la sä nguyãn:
m
( )2i+k
∞
J (m) = (−1)i
.
(2.24)
2
∑
k
i=−∞
i!(i + k)!
Cac ham Bessel thæång âæåc láy tæ bang sä hoàc âæåc tênh nhå mät
sä cac phán mãm nhæ MATLAB, MATHCAD.
Khi âo ta co:
u(t)FM = U0sin(ω0t + m.sin Ωt)
∞
=U { J (m)sinω t + J (m)[sin(ω + kΩ)t + (-1)ksin(ω - kΩ)t]
(2.25)
∑
0
0
0
0
0
k
k=1
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
17
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
Nhæ váy uFM(t) la täng cua cac dao âäng gäm thanh phán co cung tán
sä song mang ω0 ; cac thanh phán dai biãn våi tán sä ω0 + kΩ va ω0 - kΩ va
biãn âä âæåc xac âënh thäng qua cac ham Bessel.
Màc du qua trçnh âiãu tán tao ra nhiãu dai biãn trãn va dæåi, trong
thæc tã chè co nhæng dai biãn nao co biãn âä lån måi chæa âæng thäng tin.
Dai biãn nao co biãn âä be hån 1%U0 thç âæåc xem nhæ khäng chæa thäng
tin tên hiãu âiãu chã. Vç váy dai thäng cua tên hiãu âiãu tán FM co thã xem
nhæ thu hep båt lai.
Co thã xac âënh gán âung dai thäng cua tên hiãu âiãu tán u(t)FM theo
qui tàc Carson: Gia thiãt chè xet cac dai biãn cua tên hiãu âiãu tán co biãn
âä lån hån 2% biãn âä song mang U0 . Khi âo dai thäng cua tên hiãu âiãu
tán se la:
BW=(∆ω+Ω) / π.
(2.26)
FM co kha nàng chäng nhiãu va hiãu suát truyãn tin cao hån so våi
AM. Âàc biãt FM co hiãu æng "nuät kãnh": Khi 2 tên hiãu FM cung tán sä
cung âi âãn may thu, nãu tên hiãu nao co biãn âä lån hån 2 lán so våi tên
hiãu kia thç no dæång nhæ "nuät kãnh", loai bo hoan toan tên hiãu yãu hån
va chiãm hãt ca kãnh. Trong khi âo trong AM ta co thã se thu âæåc ca 2 tên
hiãu cung mät luc. Do âo chát læång thäng tin FM se cao hån so våi AM.
Tuy nhiãn khi2 tên hiãu FM å cung tán sä manh gán nhæ nhau thç co thã
xuát hiãn hiãn tæång khi thç tên hiãu nay chiãm kãnh, khi thç tên hiãu kia.
18
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
t (s)
Hçnh 2.9 Âiãu pha (PM).
Ngoai ra FM co nhæåc âiãm la chiãm dung dai tán sä tæång âäi lån
(so våi AM) va cac mach âiãu chã, giai âiãu chã phæc tap hån so våi AM.
Biãu thæc cua tên hiãu âiãu pha PM (hçnh 2.9) co cáu truc tæång tæ
nhæ âiãu tán FM:
u(t)PM= U0sin[ω0t +∆ϕ.λ(t)]
= U0sin[ω0t +∆ϕ.cosΩt]
(2.27)
Âiãu tán va âiãu pha con âæåc goi chung la âiãu chã goc.
2.5. Biãn âäi tên hiãu liãn tuc thanh tên hiãu råi rac, âiãu chã ma xung
PCM (Pulse Code Modulation)
Viãc truyãn âi va nhå cac tên hiãu råi rac tæång æng våi viãc truyãn
va nhå mät táp håp hæu han cac ky tæ hoàc mät day cac sä.
Nãu tên hiãu liãn tuc co phä tán sä giåi han thç no luän luän co thã
âæåc truyãn âi thäng qua cac gia trë cua mçnh vao nhæng thåi âiãm råi rac.
Kha nàng thay thã tên hiãu liãn tuc bàng cac gia trë råi rac nhæ thã goi la sæ
råi rac tên hiãu ma cå så cua no la âënh ly Kachennhikov-Shannon hay con
goi la âënh ly råi rac tên hiãu hay âënh ly láy máu.
2.5.1. Âënh ly Kachennhikov-Shannon : ( K-S)
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
19
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
Âënh ly: Nãu phä cua tên hiãu λ(t) khäng chæa cac tán sä væåt qua
Fm(Hz) thç no hoan toan âæåc xac âënh båi cac gia trë cua mçnh vao cac thåi
âiãm cach nhau mät khoang ∆t, trong âo:
1
∆t ≤
(2.28)
2Fm
Tên hiãu co phä giåi han λ(t) co thã biãu diãn dæåi dang chuäi læång
giac:
∞
sin 2πFm (t − k∆t)
λ(t) = λ(k∆t)
(2.29)
∑
k=−∞
2πFm (t − k∆t)
Nhæ váy tên hiãu λ(t) hoan toan âæåc xac âënh båi cac gia trë cua
1
mçnh λ(k∆t) cach nhau cac âoan ∆t trong âo ∆t≤
, ∆t con âæåc goi la
2Fm
khoang cach råi rac tên hiãu.
1 khi t = k∆t
sin 2πFm (t − k∆t)
2πFm (t − k∆t)
(Læu y la:
=
)
0 khi t = i∆t (i ≠ k)
Theo âënh ly K-S thç âã xac âënh mät tên hiãu co phä giåi han trãn
khoang thåi gian T ta chè cán n gia trë cua tên hiãu nay ma:
T
T
1
n =
≥
= 2Fm .T .
(2.30)
∆t
2Fm
Cung tæ âënh ly K-S ta suy ra âæåc ràng thay vç âã truyãn âi 1 tên
hiãu liãn tuc thç ta co thã truyãn âi tên hiãu råi rac trong dang mät day cac
xung ma biãn âä cua no bàng gia trë cua tên hiãu liãn tuc âæåc truyãn âi tai
1
cac thåi âiãm råi rac k∆t va âoan thåi gian giæa chung ∆t ≤
, tán sä láy
2Fm
máu fmáu≥2Fm
- Âënh ly K-S co y nghéa rát lån âäi våi cac HTTT ngay nay båi vç
tên hiãu sä la loai tên hiãu dã tao ma kha nàng chäng nhiãu lai rát cao. Do
âo cac hã thäng thäng tin sä âang dán dán thay thã cac hã thäng thäng tin
tæång tæ, nhát la trong lénh væc âiãn thoai, truyãn hçnh...
2.5.2. Âiãu chã ma xung PCM:( Pulse Code Modulation):
Âënh nghéa: Âiãu chã ma xung PCM vã cå ban la sæ chuyãn âäi
tæång tæ -sä thuäc mät kiãu âàc biãt trong âo tin tæc chæa trong cac máu tæc
thåi cua mät tên hiãu tæång tæ âæåc biãu diãn bàng cac tæ sä trong mät
chuäi bit näi tiãp. (Mät tæ sä bao gäm n chæ sä nhë phán)
20
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
Trong thæc tã ma nhë phán dã tao, dã truyãn, dã xæ ly...nãn PCM
âæåc æng dung rát räng rai. Ngoai ra PCM con co ty sä S/N rát cao.
Tên hiãu PCM âæåc tao ra bàng cach thæc hiãn ba qua trçnh cå ban:
- Láy máu (con goi la âiãu chã biãn âä xung PAM (Pulse-Amplitude
Modulation)).
- Læång tæ hoa.
- Ma hoa.
Nãu sau âo tên hiãu PCM âæåc truyãn âi trong cac hã thäng viãn
thäng lam viãc chu yãu å phä tán sä cao thç træåc khi truyãn âi xa no phai
âæåc âiãu chã cao tán con khi truyãn træc tiãp trong dáy dán dai thäng räng
thç khäng cán thiãt phai âiãu chã cao tán tên hiãu PCM .
Sau âáy ta se xet lán læåt tæng qua trçnh nãu trãn:
2.5.2.1. Råi rac hoa tên hiãu (hay láy máu):
La qua trçnh láy máu âënh ky tên hiãu tæång tæ âã thu âæåc gia trë
biãn âä tæc thåi cho tæng lán láy máu, sau âo chè co nhæng thäng tin cua
cac máu nay âæåc truyãn âi. Nhæ váy cac máu la råi rac, nhæng tai âáu thu
ngæåi ta se khäi phuc lai âæåc tên hiãu ban âáu nãu qua trçnh âiãu chã âam
bao cac âiãu kiãn sau:
- Tên hiãu âiãu chã co phä tán hæu han.
- Qua trçnh láy máu thæc hiãn âung theo âënh ly K-S, tæc la tán sä láy
máu:
fmáu ≥ 2Fm
(2.31)
Viãc råi rac hoa tên hiãu co nhiãu tac dung:
- Náng cao chát læång lam viãc, âam bao âä tin cáy, chäng nhiãu tät,
cho phep sæ dung ky thuát sä.
- Sæ dung räng rai trong cac hã thäng thäng tin sä âã læu træ, âiãu
chã va truyãn dæ liãu...
Noi cach khac qua trçnh råi rac hoa tên hiãu co thã xem nhæ la qua
trçnh thay thã tên hiãu liãn tuc bàng mät day tên hiãu xung råi rac. Day tên
hiãu xung nay phai âàc træng, mä ta âæåc dang tên hiãu liãn tuc, va no âæåc
láy tai cac thåi âiãm må xung.
Day xung nay co tán sä cang cao cang tät vç se khäng lam biãn dang
phä tên hiãu liãn tuc. Nhæng thæc tã khäng thã tàng dán tán sä âãn vä han,
vç se lam mát âi âä räng xung, tæc khäng con y nghéa råi rac hoa tên hiãu.
Co nghéa la vã màt ly tæång thç xung láy máu co âä räng vä cung nho,
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
21
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
nhæng trong thæc tã thç âä räng xung co giåi han va thæång nho hån nhiãu
so våi chu ky cua tên hiãu láy máu.
Nhæ váy sau khi láy máu ta âæåc tên hiãu la day xung co biãn âä thay
âäi (con goi la tên hiãu âiãu biãn xung PAM - Pulse Amplitude
Modulation).
Vê du: Tên hiãu âiãn thoai co giåi han tán sä trong khoang 300 - 3400
Hz. Váy tán sä láy máu la f ≥ 2 . 3400 = 6800 Hz. Täc âä láy máu âæåc
khuyãn nghë la 8000 xung/s, tæc la tán sä láy máu lån hån 2 lán tán sä 3400
Hz mät êt. Tæång æng ta co chu ky láy máu la:
T = 1/8000 = 125.10-6 s = 125 µs.
Con âä räng xung thæång nho hån nhiãu (co træång håp láy 0,9-1
µs).
Viãc råi rac hoa tên hiãu co thã thæc hiãn nhå cac bä nhán.
Tên hiãu âãn ngo vao A, tán sä láy máu vao tæ ngo B, ngo ra Y nhán
âæåc tên hiãu âiãu biãn xung PAM (hçnh 2.10).
22
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
A
Bä nhán
B
Y
Hçnh 2.10. Råi rac hoa tên hiãu
2.5.2.2. Læång tæ hoa va ma hoa tên hiãu:
ÂN : Læång tæ hoa tên hiãu la sæ thay thã cac máu âa âæåc láy tæ tên
hiãu tæång tæ bàng mät táp håp hæu han co mæc biãn âä âa âæåc án âënh
cua bä læång tæ . Gia trë biãn âä cua cac máu tæ nho nhát âãn lån nhát âæåc
chia thanh cac khoang goi la bæåc læång tæ .
Thäng qua læång tæ hoa, tên hiãu λ(t) se âæåc biãu diãn bàng mät
táp håp cac sä nguyãn va viãc truyãn tin tæc liãn tuc λ(t) báy giå âæåc thay
bàng sæ truyãn âi táp håp cac sä nguyãn âo. Nhæ váy læång tæ hoa gán
giäng nhæ sæ quy tron sä, mæc âä quy tron cang nho thç âä chênh xac cang
cao. Âä chênh xac cua viãc læång tæ hoa phu thuäc vao viãc chon khoang
chia ∆λ trãn truc tung hay con goi la cac bæåc læång tæ hoa.
λk+1
∆λk+1
λk
λ(k∆t) --> λk
∆λk
λk-1
Hçnh 2.11. Âiãu kiãn læång tæ hoa
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
23
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
Nãu: λk-1 + 1/2 ∆λk ≤ λ(k∆t) < λk+1 - 1/2 ∆λk+1
(2.32)
Thç læång tæ hoa tên hiãu se xáp xè gia trë λ(k∆t) thanh λk .
Læång tæ hoa tên hiãu cho phep lam giam âi anh hæång cua cac
nhiãu yãu .
λ(t)
7
6
5
4
3
2
1
0
t
∆t
Hçnh 2.12. Vê du vã læång tæ hoa.
Vê du vã læång tæ hoa âæåc minh hoa trãn hçnh 2.12. Trãn hçnh ve
thã hiãn 8 mæc læång tæ qua bä 8 sä nguyãn tæ 0 âãn 7 trãn truc tung.
Âæång cong λ(t) âæåc råi rac hoa qua 8 máu (8 hçnh chæ nhát co gach cheo)
tênh tæ trai sang phai. Khi læång tæ hoa, cac máu 1 va 8 nhán gia trë la 1, cac
máu 2 va 7 nhán gia trë la 3, cac máu 3 va 6 nhán gia trë la 4, cac máu 4 va
5 nhán gia trë la 5.
Sä mæc læång tæ M tæång æng våi sä tä håp ma nhë phán trong thiãt
bë ma hoa sau nay, nãn ta co biãu thæc sau:
M = 2m ,
(2.33)
våi M: sä mæc læång tæ hoa;
m: sä bêt dung trong tä håp ma nhë phán.
Nãu cac bæåc læång tæ hoa la âãu nhau trãn suät truc tung ta co
læång tæ hoa âãu, nãu no thay âäi ta co læång tæ hoa khäng âãu.
Âàc âiãm cua læång tæ hoa âãu :
- Cac bæåc læång tæ hoa âãu bàng nhau .
- Gáy sai sä trong giäng nhau cho cac tên hiãu co biãn âä khac
nhau.
- Ty sä tên hiãu trãn nhiãu (S/N) se rát kem âäi våi tên hiãu yãu .
Âã âam bao ty sä S/N âäi våi cac mæc tên hiãu yãu phai giam bæåc
læång tæ xuäng hay nghéa la tàng sä mæc læång tæ . Âiãu âo se âäng nghéa
våi viãc tàng sä bêt cua tä håp ma truyãn âi; thiãt bë ma hoa se rát cäng
kãnh, phæc tap va tän kem.
Trong mät sä træång håp vê du nhæ tên hiãu thoai co xac suát tên
hiãu yãu kha lån. Âã giam sä bêt trong tä håp ma (tæång æng giam sä mæc
24
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
læång tæ) ma ván âam bao sä S/N læång tæ hoa cán thiãt, ta co thã dung
phæång phap læång tæ hoa khäng âãu hay con goi la læång tæ hoa phi tuyãn.
Âã thæc hiãn læång tæ hoa khäng âãu ngæåi ta âàt mät bä khuãch
âai phi tuyãn (con goi la bä nen) træåc bä læång tæ âãu. con å phêa thu âã
khäi phuc lai tên hiãu ngæåi ta sæ dung dan bàng cach dung bä khuãch âai
phi tuyãn bu (con goi la bä dan) co âàc tênh âäi xæng våi phêa phat.
x2(t)
Cac kháu nhæ thæång lã
Kãnh truyãn
Bä khuãch âai
Bä læång tæ
âãu
x1(t)
phi tuyãn (bä nen)
x'2(t)
Bä khuãch âai
phi tuyãn bu
May thu
x'1(t)
Hçnh 2.13. Så âä læång tæ hoa khäng âãu.
Qua trçnh nen dan cac biãn âä cua tên hiãu âæåc goi la companding.
Luát nen gian tên hiãu co tac dung lam tàng gia trë tæc thåi cua tên hiãu yãu
va giam gia trë tæc thåi cua tên hiãu manh. Âàc tênh nen dan xáy dæng trãn
yãu cáu bæåc læång tæ co gia trë min âäi våi tên hiãu yãu va tàng dán theo
mæc biãn âä tên hiãu sao cho ty sä S/N luän luän cä âënh va cao hån so våi
læång tæ hoa âãu træc tiãp.
Trong cac bä khuãch âai phi tuyãn ngæåi ta hay dung cac luát nen µ
(å My, Canaâa, Nhát) va luát nen A (å Cháu Áu) nhæ sau:
* Luát nen µ cho tên hiãu x1(t) âa âæåc chuán hoa ( |x1(t)| ≤ 1):
ln(1+ µ x1 (t))
x2 (t) =
(2.34)
ln(1+ µ)
trong âo µ la mät hàng sä dæång, thäng thæång ngæåi ta dung µ=255 hoàc
µ=100.
* Luát nen A cho tên hiãu x1(t) âa âæåc chuán hoa ( |x1(t)| ≤ 1):
A x1 (t)
1
khi 0 ≤ x1 (t) ≤
1+ ln A
1+ ln(A x1 (t))
A
x (t) =
(2.35)
2
1
khi ≤ x1 (t) ≤1
trong âo A la mät hàng sä dæång, ngæåi ta thæång dung A=87,6.
1+ ln A
A
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
25
Thäng tin va Âiãu âä trong Hã Thäng Âiãn
Cac luát dan tai cac bä khuãch âai phi tuyãn bu (bä dan) hoan toan
âäi xæng lai våi cac luát nen (xem hçnh 2.13):
* Luát dan µ :
'
2
(1+ µ)e x (t) −1
x1' (t) =
.
(2.36)
(2.37)
µ
* Luát dan A:
1+ ln A
1
x2' (t)
khi 0 ≤ x2' (t) ≤
x' (t) =
A
1+ ln A
≤ x2' (t) ≤1
1
1
1
exp[(1+ ln A) x2' (t) -1] khi
A
1+ ln A
Sau khi råi rac hoa va læång tæ hoa, tên hiãu âæåc âæa vao bä ma
hoa. Thiãt bë nay biãn âäi cac gia trë å âáu ra cua bä læång tæ thanh cac
xung nhë phán hoàc cac tæ ma (gäm nhom cac xung nhë phán). Viãc thay
âäi mät gia trë tháp phán bàng mät day xung nhë phán goi la ma hoa.
26
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Ky thuát - Âai hoc Âa Nàng
20 trang
20540
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Thông tin và điều độ trong hệ thống điện - Chương 2: Biến đổi tín hiệu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thong_tin_va_dieu_do_trong_he_thong_dien_chuong_2.pdf
