Chương 6: Hệ thống thông tin tương tự 6.1 Hệ thống ghép kênh theo tần số FDM 6.2 Dao động điều khiển bởi điện áp VCO 6.3 Vòng khóa pha PLL 6.4 Máy thu cho các điều chế sóng mang liên tục: AM, FM 6.5 Hệ thống truyền hình Th. Nguyễn Thanh Tuấn 1 Ghép kênh và đa truy cập ▪ ? Th. Nguyễn Thanh Tuấn 2 6.1 Ghép kênh theo tần số ▪ Nguyên lý hoạt động ▪ Sơ đồ khối ▪ Phổ phân bố kênh theo tần số ▪ Các khối điều chế chính và phụ – Tần số sóng mang chính và phụ – Khoảng bảo vệ Th. Nguyễn Thanh Tuấn 3 Ví dụ 1 Th.
Nguyễn Thanh Tuấn 4 Ghép kênh FDM ▪ Cần ghi chi tiết loại điều chế và tần số sóng mang ▪ Carrier mod: có thể sử dụng (ghi chi tiết loại điều chế và tần số sóng mang) hoặc không Th. Nguyễn Thanh Tuấn 5 Phân kênh FDM ▪ Cần ghi chi tiết phạm vi băng thông ▪ Carrier demod: có thể sử dụng (ghi chi tiết loại giải điều chế) hoặc không Th. Nguyễn Thanh Tuấn 6 Ví dụ 2a Th. Nguyễn Thanh Tuấn 7 Ví dụ 2b Th.
Nguyễn Thanh Tuấn 8 Hệ thống vệ tinh ▪ FDMA Th. Nguyễn Thanh Tuấn 9 FM stereo (phát) Th. Nguyễn Thanh Tuấn 10 FM stereo (thu) Th. Nguyễn Thanh Tuấn 11 Ghép kênh sóng mang cầu phương (dịch/xoay pha) Th.
Nguyễn Thanh Tuấn 12 Điều chế cầu phương QAM (QIM) Th. Nguyễn Thanh Tuấn 13 Ví dụ 3 Th. Nguyễn Thanh Tuấn 14 6.2 Voltage Controlled Oscillator (VCO) ➢ Oscillator frequency is controlled by external voltage. ➢ Oscillation frequency varies linearly with input voltage.
➢ If u(t) – VCO input voltage, then its output is a sinusoid of frequency f(t)=fo+KVCO.u(t) where fo - free-running frequency of the VCO. Nguyễn Thanh Tuấn 15 Điều chế FM trực tiếp dùng VCO Th. Nguyễn Thanh Tuấn 16 6.3 Vòng khóa pha Phase Locked Loop ➢ Bám theo vd (t ) Vd (t ) vi (t ) Phase tần số của tín fi Detector LPF Amp. hiệu ngõ vào.
f0 V0 (t ) VCO ▪ Bộ VCO ▪ Bộ phát hiện pha (so sánh pha): thường dùng bộ nhân ▪ Bộ lọc thông thấp (lọc vòng): thường dùng bộ lọc thụ động RC bậc 1 ▪ Bộ khuếch đại (Amp.): làm tăng độ nhạy của PLL Th. Nguyễn Thanh Tuấn 17 impluse response f(t) v in ( t ) = A i s in [ c t + i ( t ) ] v o ( t ) = Ao c o s[ c t + o ( t ) ] t o ( t ) = K v v 2 ( ) d − K m Ai Ao v 1 ( t ) = K m Ai Ao sin[ c t + i ( t )] cos[ c t + 0 ( t )] = sin[ i ( t )- 0 (t)] + sin[2 c t + i ( t ) + 0 (t)] 2 K m Ai Ao v 2 ( t ) = K d [sin e (t)] f ( t ) w here e (t) = i (t)- o (t) and Kd = 2 ➢ e(t) is called the Phase Error. The Phase Error voltage characteristics is SINUSOIDAL. Nguyễn Thanh Tuấn 18 Chế độ hoạt động PLL BL BC f min f1 fN f 2 f max f ▪ Daûi khoaù (lock range) BL: laø daûi taàn soá laân caän taàn soá dao ñoäng töï nhieân cuûa VCO (fN) maø PLL coøn coù theå ñoàng nhaát ñöôïc taàn soá f0 vôùi fi.
Daûi khoaù phuï thuoäc haøm truyeàn ñaït cuûa boä so pha, boä khueách ñaïi vaø VCO, khoâng phuï thuoäc vaøo baêng thoâng cuûa boä loïc thoâng thaáp. ▪ Daûi baét (capture range) BC : laø daûi taàn soá laân caän taàn soá dao ñoäng töï nhieân cuûa VCO (fN) maø ban ñaàu taàn soá fi phaûi loït vaøo ñeå PLL coù theå thieát laäp cheá ñoä ñoàng boä. Daûi baét phuï thuoäc nhieàu vaøo daûi thoâng boä LPF, sai leäch taàn soá giöõa fo, fi khoâng ñöôïc vöôït quaù baêng thoâng cuûa boä LPF. Nguyễn Thanh Tuấn 19 ➢ A PLL can track the incoming frequency only over a finite range → Lock/hold-in range ➢ The frequency range over which the input will cause the loop to lock → pull- in/capture range Th.
Nguyễn Thanh Tuấn 20 Tổng hợp tần số fx f N = out f out = fx M N M ▪ Frequency dividers use integer values of M and N. ▪ For M=1 frequency synthesizer acts as a frequency multiplier. Nguyễn Thanh Tuấn 21 Vấn đề thu tín hiệu Th. Nguyễn Thanh Tuấn 22 6.4 Máy thu AM/FM ▪ Tách sóng đồng bộ: chỉ cho ngõ ra thành phần cùng pha với tín hiệu sóng mang và triệt tiêu thành phần vuông pha với tín hiệu sóng mang.
▪ Tách sóng đường bao: chỉ cho ngõ ra thành phần đường bao dương (biên độ) của tín hiệu ngõ vào (thường có thêm chức năng loại bỏ thành phần DC trong tín hiệu ngõ ra). ▪ Tách sóng pha: cho ra thành phần chênh lệch pha tức thời giữa tín hiệu ngõ vào và tín hiệu sóng mang. ▪ Tách sóng tần số: cho ra thành phần chênh lệch tần số tức thời giữa tín hiệu ngõ vào và tín hiệu sóng mang (chính là đạo hàm của thành phần chênh lệch pha tức thời). Nguyễn Thanh Tuấn 23 Tách sóng đường bao ➢ The Time Constant RC must be chosen so that the envelope variations can be followed.
Nguyễn Thanh Tuấn 24 Tách sóng tích (đồng bộ) 1 1 v1 ( t ) = R ( t ) cos ct + ( t ) A0 cos (ct + 0 ) = A0 R ( t ) cos ( t ) − 0 + A0 R ( t ) cos 2ct + (t ) + 0 2 2 vout ( t ) = 1 2 1 A0 R ( t ) cos ( t ) − 0 = A0 Re g ( t ) e − j0 2 g (t ) = R(t )e j (t ) = x(t ) + jy (t ) Th. Nguyễn Thanh Tuấn 25 Giải điều chế DSB Vòng khóa pha Costa Th. Nguyễn Thanh Tuấn 26 Bộ giới hạn ➢ Limiter is a nonlinear circuit with an output saturation characteristic. ➢ It rejects envelope variations but preserves the phase variations.
Nguyễn Thanh Tuấn 27 Giải điều chế DSB Vòng bình phương Th. Nguyễn Thanh Tuấn 28 Tách sóng FM (FM discriminator) Th. Nguyễn Thanh Tuấn 29 Máy thu trực tiếp ▪ Với máy thu trực tiếp cần phải có hệ số phẩm chất bộ lọc rất cao, ví dụ này Q=107 Th. Nguyễn Thanh Tuấn 30 Máy thu đổi tần ▪ Tần số ảnh Th.
Nguyễn Thanh Tuấn 31 Ảnh hưởng của tần số trung tần Th. Nguyễn Thanh Tuấn 32 Máy thu đổi tần 2 lần Th. Nguyễn Thanh Tuấn 33 Quy hoạch băng tần FM đến năm 2020 ▪ 04/2013/TT-BTTTT Th. Nguyễn Thanh Tuấn 34 Băng tần ISM ▪ 03/2012/TT-BTTTT Th.
Nguyễn Thanh Tuấn 35 Quy hoạch băng tần phát thanh, truyền hình mặt đất ▪ Băng MF (526,25 - 1606,5 KHz): phát thanh AM, phát thanh số; ▪ Băng I VHF (54 - 68 MHz): phát thanh FM công suất nhỏ, phát thanh số; ▪ Băng II VHF (87 - 108 MHz): phát thanh FM, phát thanh số; ▪ Băng III VHF (174 - 230 MHz): truyền hình tương tự, truyền hình số (từ kênh 6 đến kênh 12) và phát thanh số; ▪ Băng UHF (470 - 806 MHz): truyền hình mặt đất công nghệ tương tự và số (từ kênh 21 đến kênh 62). Theo lộ trình số hóa thì một phần băng tần này sẽ được chuyển đổi sang cho các nghiệp vụ thông tin vô tuyến khác; ▪ Băng tần L (1.492 MHz): căn cứ vào điều kiện thực tế, băng tần này có thể được nghiên cứu phân bổ cho phát thanh công nghệ số. Nguyễn Thanh Tuấn 36 6.5 Truyền hình tương tự ▪ Tín hiệu hình (video) và tiếng (âm thanh) ▪ Truyền hình trắng đen và màu – Truyền hình là truyền bức hình phẳng theo không gian hai chiều, truyền từng điểm ảnh lần lượt theo chiều ngang và chiều dọc, chiều ngang gọi là quét dòng, chiều dọc gọi là quét mành. – Truyền hình là truyền đi các bức ảnh động, để mắt người cảm nhận sự chuyển động là liên tục thì cần truyền đi số bức ảnh sao cho mắt không thấy được sự nhấp nháy của ảnh.
Nguyễn Thanh Tuấn 37 Nguyên lý quét ▪ Người ta không truyền toàn bộ bức hình mà truyền lần lượt từng dòng từ trên xuống dưới như ta đọc một quyển sách. ▪ Một bức hình được chia làm 625 dòng quét từ trên xuống dưới (được quét làm hai mành, mỗi mành quét 312,5 dòng, một mành quét các dòng chẵn và một mành quét các dòng lẻ), sau đó truyền đi tín hiệu của từng dòng quét đến máy thu với tốc độ 15625 dòng/giây (tương ứng 50 mành/giây). ▪ Ở máy thu để tái tạo lại được hình ảnh cũ thì cũng phải quét lại 625 dòng cho một màn ảnh và cũng phải quét với tần số 15625 dòng/giây (tương ứng 50 mành/giây). Quá trình này gọi là đồng bộ giữa tín hiệu thu và phát.
Nguyễn Thanh Tuấn 38 Dạng sóng tín hiệu hình 54 10 25 (us) Th. Nguyễn Thanh Tuấn 39 Truyền hình đen trắng ▪ VHF: 48-230 MHz ▪ UHF: 400-880 MHz Th. Nguyễn Thanh Tuấn 40 Truyền hình màu Th. Nguyễn Thanh Tuấn 41 Hệ thống phát hình Th.
Nguyễn Thanh Tuấn 42 Hệ thống thu hình Th. Nguyễn Thanh Tuấn 43 Kênh truyền hình mặt đất tại Việt Nam ▪ Băng tần VHF/UHF: đơn vị MHz ▪ Kênh 3 (76-84): sóng mang hình (77.25), sóng mang tiếng (83.75) → chỉ ở Tam Đảo ▪ Kênh 6-12 (174-230): sóng mang hình (175.25), sóng mang tiếng (181.75) ▪ Kênh 21-62 (470-806): sóng mang hình (471.25), sóng mang tiếng (477. Nguyễn Thanh Tuấn 44 Lộ trình số hóa truyền hình Th. Nguyễn Thanh Tuấn 45 Tóm tắt ▪ Mục đích của ghép kênh? ▪ Nguyên lý ghép kênh theo tần số? ▪ Phân biệt ghép kênh và đa truy cập? ▪ Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của VCO, PLL? ▪ Nguyên lý hoạt động của các bộ tách sóng tương tự? Th.
Nguyễn Thanh Tuấn 46 Bài tập 1 ▪ Xác định băng thông sau điều chế AM 50%, DSB, USSB, LSSB, FM với độ nhạy di tần 25KHz của các tín hiệu thông tin (t:ms) sau: 1) cos2(1@t) 2) cos3(1@t) 3) sinc(t) = sin(t)/(t) 4) sinc(1@t) 5) sinc(t). Nguyễn Thanh Tuấn 47 Bài tập 2 ▪ Cho 3 tín hiệu tương tự băng gốc khác nhau có tần số lớn nhất lần lượt là 4KHz, 3Khz và 2KHz được ghép trên 1 kênh truyền có băng thông [10@ ÷ 12@]KHz. Vẽ 1 sơ đồ khối (nguyên lý) thực hiện việc ghép kênh theo tần số FDM (yêu cầu khoảng bảo vệ tối thiểu giữa các kênh là 1KHz) với các thông số cụ thể (phương pháp điều chế kèm thông số, tần số sóng mang) trong các trường hợp sau: a) Các tần số sóng mang lựa chọn tùy ý. b) Chỉ dùng trong các tần số sóng mang sau: 5KHz, 10KHz và 100KHz.