Trong ngành viễn thông, sóng tải (sóng mang) là một dạng sóng (thường là sóng hình sin) được điều biến với một tín hiệu nhập liệu để chuyển vận thông tin. Loại sóng này thường được sử dụng để truyền thông tin xuyên qua không gian như là một sóng điện từ hoặc cho phép vài sóng tải tần số khác nhau chia sẻ chung một môi trường phát sóng vật lý bằng phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số. Mời các bạn tìm hiểu tổng quan sóng mang là gì trong bài viết dưới đây.
I. Sóng mang là gì?
Trong viễn thông, sóng mang, tín hiệu sóng mang hay chỉ là sóng mang, là một dạng sóng (thường là hình sin) được điều chế (sửa đổi) với tín hiệu mang thông tin nhằm mục đích truyền tải thông tin. Sóng mang này thường có tần số cao hơn nhiều so với tín hiệu đầu vào. Mục đích của sóng mang thường là truyền thông tin trong không gian dưới dạng sóng điện từ (như trong truyền thông vô tuyến), hoặc cho phép một số sóng mang ở các tần số khác nhau chia sẻ một phương tiện truyền dẫn vật lý chung bằng cách ghép kênh phân tần (như trong truyền hình cáp hệ thống). Thuật ngữ này bắt nguồn từ truyền thông vô tuyến, trong đó sóng mang tạo ra các sóng mang thông tin (điều chế) trong không khí từ máy phát đến máy thu. Thuật ngữ này cũng được sử dụng cho phát xạ không điều chế trong trường hợp không có bất kỳ tín hiệu điều chế nào.
Trong sản xuất âm nhạc, tín hiệu sóng mang có thể được điều khiển bằng tín hiệu điều chế để thay đổi đặc tính âm thanh của bản ghi âm và thêm cảm giác về độ sâu và chuyển động.
II. Tổng quan về sóng mang.
Thuật ngữ sóng mang bắt nguồn từ vô tuyến. Trong hệ thống thông tin liên lạc vô tuyến, chẳng hạn như phát thanh hoặc truyền hình, thông tin được truyền trong không gian bằng sóng vô tuyến. Khi kết thúc gửi, thông tin, dưới dạng tín hiệu điều chế, được đưa vào một thiết bị điện tử gọi là máy phát. Trong máy phát, một máy phát dao động điện tử tạo ra dòng điện xoay chiều hình sin có tần số vô tuyến điện; đây là sóng mang. Tín hiệu thông tin được sử dụng để điều chế sóng mang, làm thay đổi một số khía cạnh của sóng mang, để gây ấn tượng với thông tin trên sóng. Dòng điện xoay chiều được khuếch đại và đưa vào ăng-ten của máy phát, bức xạ sóng vô tuyến mang thông tin đến vị trí của máy thu. Tại máy thu, sóng vô tuyến đập vào ăng ten của máy thu, tạo ra một dòng điện dao động cực nhỏ trong nó, được đưa vào máy thu. Trong máy thu, tín hiệu điều chế được trích xuất từ sóng mang đã được điều chế, một quá trình được gọi là giải điều chế.
Hầu hết các hệ thống vô tuyến trong thế kỷ 20 đều sử dụng điều chế tần số (FM) hoặc điều chế biên độ (AM) để bổ sung thông tin cho sóng mang. Phổ tần số của tín hiệu AM hoặc FM được điều chế từ máy phát vô tuyến được trình bày ở trên. Nó bao gồm một thành phần mạnh (C) ở tần số sóng mang {\ displaystyle f_ {C}} {\ displaystyle f_ {C}} với điều chế nằm trong dải biên hẹp (SB) ở trên và dưới tần số sóng mang. Tần số của đài phát thanh hoặc đài truyền hình được coi là tần số sóng mang. Tuy nhiên bản thân sóng mang không hữu ích trong việc truyền thông tin, vì vậy năng lượng trong thành phần sóng mang là lãng phí công suất máy phát. Do đó, trong nhiều phương pháp điều chế hiện đại, sóng mang không được truyền đi. Ví dụ, trong điều chế đơn biên (SSB), sóng mang bị triệt tiêu (và trong một số dạng SSB, bị loại bỏ). Sóng mang phải được đưa vào máy thu bằng bộ dao động tần số nhịp (BFO).
Các sóng mang cũng được sử dụng rộng rãi để truyền nhiều kênh thông tin qua một cáp đơn hoặc phương tiện truyền thông khác bằng cách sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số (FDM). Ví dụ, trong hệ thống truyền hình cáp, hàng trăm kênh truyền hình được phân phối đến người tiêu dùng thông qua một cáp đồng trục, bằng cách điều chế mỗi kênh truyền hình trên sóng mang có tần số khác nhau, sau đó gửi tất cả các sóng mang qua cáp. Tại đầu thu, các kênh riêng lẻ có thể được tách ra bằng các bộ lọc thông dải sử dụng các mạch điều chỉnh để có thể hiển thị kênh truyền hình mong muốn. Một kỹ thuật tương tự được gọi là ghép kênh phân chia bước sóng được sử dụng để truyền nhiều kênh dữ liệu qua một sợi quang bằng cách điều biến chúng trên các sóng mang ánh sáng riêng biệt; chùm ánh sáng có bước sóng khác nhau.
II. Điều chế hoạt động như thế nào?
Tần số của kênh RF được hiểu đúng nhất là tần số của sóng mang.
Sóng mang là sóng thuần có tần số không đổi, hơi giống sóng sin. Bản thân nó không mang nhiều thông tin mà chúng ta có thể liên quan đến (chẳng hạn như lời nói hoặc dữ liệu).
Để bao gồm thông tin lời nói hoặc thông tin dữ liệu, cần phải đặt một sóng khác (được gọi là tín hiệu đầu vào) lên trên sóng mang. Quá trình áp đặt tín hiệu đầu vào lên sóng mang được gọi là quá trình điều chế. Nói cách khác, điều chế thay đổi hình dạng của sóng mang để mã hóa bằng cách nào đó lời nói hoặc thông tin dữ liệu mà chúng ta muốn mang theo. Điều chế giống như ẩn một đoạn mã bên trong sóng mang.
Bất kỳ sóng nào cũng có ba tính chất cơ bản:
- Biên độ - chiều cao của sóng
- Tần số - một số sóng truyền qua trong một giây nhất định
- Pha - trong đó pha ở bất kỳ thời điểm nào
Có các chiến lược khác nhau để điều biến sóng mang. Đầu tiên, người dùng có thể điều chỉnh chiều cao của sóng mang. Nếu độ cao của tín hiệu đầu vào thay đổi theo độ lớn của giọng nói của người dùng và sau đó thêm tín hiệu này vào sóng mang, thì biên độ của sóng mang sẽ thay đổi tương ứng với tín hiệu đầu vào được đưa vào đó. Đây được gọi là điều chế biên độ hoặc AM.
Tần số của tín hiệu đầu vào cũng có thể được thay đổi. Nếu tín hiệu đầu vào này được thêm vào sóng mang thuần, do đó nó sẽ làm thay đổi tần số của sóng mang. Bằng cách đó, người dùng có thể sử dụng các thay đổi của tần số để mang thông tin giọng nói. Đây được gọi là điều chế tần số hoặc FM.
Hai chiến lược này có thể được kết hợp để tạo ra một sơ đồ thứ ba. Trên thực tế, bất kỳ chiến lược nào kết hợp tín hiệu đầu vào với sóng mang để mã hóa giọng nói hoặc thông tin hữu ích khác được gọi là sơ đồ điều chế.
Các sơ đồ điều chế có thể là tương tự hoặc kỹ thuật số. Sơ đồ điều chế tương tự có sóng đầu vào thay đổi liên tục giống như sóng sin. Trong sơ đồ điều chế kỹ thuật số, nó phức tạp hơn một chút. Giọng nói được lấy mẫu ở một số tốc độ và sau đó được nén và chuyển thành một luồng bit - một luồng gồm các số không và một - và điều này đến lượt nó được tạo thành một loại sóng cụ thể sau đó được chồng lên sóng mang.
Câu hỏi lớn là, tại sao lại có sóng mang trong điều chế? Tại sao không chỉ đơn giản là sử dụng tín hiệu đầu vào trực tiếp? Rốt cuộc, nó đang mang tất cả thông tin mà chúng ta quan tâm và nó chỉ chiếm một vài kilohertz và băng thông. Vậy tại sao không sử dụng trực tiếp? Tại sao sóng mang và điều chế lại cần thiết?
Điều thú vị là các tín hiệu đầu vào có thể được truyền (không có sóng mang) bằng sóng điện từ tần số rất thấp. Tuy nhiên, vấn đề là điều này sẽ cần một chút khuếch đại để truyền những tần số rất thấp đó. Bản thân các tín hiệu đầu vào không có nhiều công suất và cần một ăng-ten khá lớn để truyền thông tin.
Để giữ cho thông tin liên lạc rẻ và thuận tiện và cần ít năng lượng hơn để truyền tải nhiều thông tin nhất có thể, hệ thống sóng mang với sóng mang được điều chế được sử dụng.
Chúc bạn thành đạt trong công việc và hạnh phúc trong cuộc sống !
Hotline / Zalo: 089 6688 629
Website: //uniduc.com/vi
-------------////--------------------------------------------////------------
HUMANOID ROBOT CỦA CÔNG TY UNIDUC SẢN XUẤT PHÁT TRIỂN.
Điều chế biên độ (hay còn gọi là điều biên, tiếng Anh: Amplitude Modulation, viết tắt là "AM") là một kỹ thuật được sử dụng trong điện tử viễn thông, phổ biến nhất là dùng để truyền thông tin qua một sóng mang vô tuyến. Kỹ thuật này là thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang theo biên độ của tín hiệu thông tin cần gửi đi, hay nói cách khác là điều chế sóng mang bằng biên độ theo tín hiệu mang tin. Ví dụ, thay đổi cường độ tín hiệu có thể được dùng để phản ánh các âm thanh được tái tạo lại bởi một người nói, hoặc để xác định độ chói của các điểm ảnh truyền hình. (Trái ngược với điều biên là điều tần, cũng thường được sử dụng để truyền âm thanh, trong đó tần số truyền được thay đổi; và điều pha thường được sử dụng trong điều khiển từ xa, trong đó pha của tín hiệu sóng mang được thay đổi)
Vào giữa những năm 1870, một dạng điều biên—ban đầu được gọi là "những dòng gợn"—là phương pháp đầu tiên thành công tạo âm thanh chất lượng tốt qua các đường dây điện thoại. Bắt đầu với các thuyết minh âm thanh của Reginald Fessenden vào năm 1906, nó cũng là phương pháp đầu tiên được sử dụng cho đài phát thanh, và ngày nay vẫn được sử dụng cho nhiều hình thức viễn thông—"AM" thường được dùng để chỉ dải sóng quảng bá là dải sóng trung (xem vô tuyến AM).
Hình 2: Phổ của một tín hiệu AM (2 biên).
Sóng mang được lấy là sóng hình sin đơn giản, chẳng hạn:
c ( t ) = C ⋅ sin ( ω c t + ϕ c ) , {\displaystyle c(t)=C\cdot \sin(\omega _{c}t+\phi _{c}),\,}tần số sóng mang (Hz) được tính: ω c / ( 2 π ) . {\displaystyle \omega _{c}/(2\pi ).\,}
Với tổng quát, C {\displaystyle C\,} và ϕ c {\displaystyle \phi _{c}\,} là các hằng số tùy ý biểu diễn cho pha ban đầu và biên độ sóng mang. Để đơn giản, ta thiết lập các giá trị tương ứng với C {\displaystyle C\,} bằng 1 và ϕ c {\displaystyle \phi _{c}\,} bằng 0.
m(t) biểu diễn một dạng sóng bất kỳ, đây là thông tin cần được truyền. Và để hằng số M biểu diễn cường độ của thông tin. Ví dụ:
m ( t ) = M ⋅ cos ( ω m t + ϕ ) . {\displaystyle m(t)=M\cdot \cos(\omega _{m}t+\phi ).\,}Do đó, thông tin có thể chỉ là một tín hiệu âm thanh đơn giản của tần số ω m / ( 2 π ) . {\displaystyle \omega _{m}/(2\pi ).\,}
Thông thường ω m ≪ ω c {\displaystyle \omega _{m}\ll \omega _{c}\,} và min [ m ( t ) ] = − M . {\displaystyle \min[m(t)]=-M.\,}
Sau đó tín hiệu điều chế biên độ được tạo ra bằng cách nhân tín hiệu mang tin và tín hiệu sóng mang:
| y ( t ) {\displaystyle y(t)\,} | = [ A + m ( t ) ] ⋅ c ( t ) , {\displaystyle =[A+m(t)]\cdot c(t),\,} |
| = [ A + M ⋅ cos ( ω m t + ϕ ) ] ⋅ sin ( ω c t ) . {\displaystyle =[A+M\cdot \cos(\omega _{m}t+\phi )]\cdot \sin(\omega _{c}t).} |
A {\displaystyle A\,} biểu diễn hằng số khác ta có thể chọn. Giá trị A=1, và M=0.5, kết quả là tín hiệu y(t) được mô tả bằng phổ tín hiệu trên miền tần số với "mức điều chế 50%" ở hình 4.
Với thí dụ đơn giản này, y(t) có thể được biểu diễn dưới dạng lượng giác tương đương sau:
y ( t ) = A ⋅ sin ( ω c t ) + M 2 [ sin ( ( ω c + ω m ) t + ϕ ) + sin ( ( ω c − ω m ) t − ϕ ) ] . {\displaystyle y(t)=A\cdot \sin(\omega _{c}t)+{\begin{matrix}{\frac {M}{2}}\end{matrix}}\left[\sin((\omega _{c}+\omega _{m})t+\phi )+\sin((\omega _{c}-\omega _{m})t-\phi )\right].\,}Do đó, tín hiệu được điều chế có 3 thành phần, thành phần tần số sóng mang và hai thành phần tần số biên tần (sóng hình sin) có tần số lớn hơn và nhỏ hơn ω c . {\displaystyle \omega _{c}.\,}
Chú ý rằng việc chọn A=0 sẽ loại trừ thành phần sóng mang, nhưng các dải biên vẫn còn. Đây là kiểu truyền DSBSC. Để tạo ra sóng mang đầy đủ và hai dải biên (A3E), ta phải chọn: A ≥ M . {\displaystyle A\geq M.\,}
Để được thêm các dạng tổng quát của m(t), dạng lượng giác là chưa đủ. Nhưng nếu đồ thị trên của hình 2 miêu tả phổ tần số của m(t), thì đồ thị dưới mô tả sóng mang được điều chế. Nó có hai nhóm: một ở tần số dương (0 + ω c {\displaystyle +\omega _{c}} ) và một tại tần số âm (0 − ω c {\displaystyle -\omega _{c}} ). Mỗi nhóm gồm hai dải biên và một thành phần hẹp ở giữa biểu diễn năng lượng tại tần số sóng mang. Ta chỉ cần quan tâm đến tần số dương. Tần số âm là thành phần toán học không chứa thông tin thêm. Vì vậy, ta thấy rằng phổ của một tín hiệu AM bao gồm cơ bản là phổ gốc (2 biên) dịch lên tần số sóng mang.
Đối với biến đổi toán học của hình 2, nó là kết quả của việc tính toán biến đổi Fourier của: [ A + m ( t ) ] ⋅ sin ( ω c t ) , {\displaystyle [A+m(t)]\cdot \sin(\omega _{c}t),\,} sử dụngcasc cặp biến đổi sau:
m ( t ) ⟺ F M ( ω ) sin ( ω c t ) ⟺ F i π ⋅ [ δ ( ω + ω c ) − δ ( ω − ω c ) ] A ⋅ sin ( ω c t ) ⟺ F i π A ⋅ [ δ ( ω + ω c ) − δ ( ω − ω c ) ] m ( t ) ⋅ sin ( ω c t ) ⟺ F 1 2 π ⋅ { M ( ω ) } ∗ { i π ⋅ [ δ ( ω + ω c ) − δ ( ω − ω c ) ] } = i 2 ⋅ [ M ( ω + ω c ) − M ( ω − ω c ) ] {\displaystyle {\begin{aligned}m(t)\quad {\stackrel {\mathcal {F}}{\Longleftrightarrow }}&\quad M(\omega )\\\sin(\omega _{c}t)\quad {\stackrel {\mathcal {F}}{\Longleftrightarrow }}&\quad i\pi \cdot [\delta (\omega +\omega _{c})-\delta (\omega -\omega _{c})]\\A\cdot \sin(\omega _{c}t)\quad {\stackrel {\mathcal {F}}{\Longleftrightarrow }}&\quad i\pi A\cdot [\delta (\omega +\omega _{c})-\delta (\omega -\omega _{c})]\\m(t)\cdot \sin(\omega _{c}t)\quad {\stackrel {\mathcal {F}}{\Longleftrightarrow }}&{\frac {1}{2\pi }}\cdot \{M(\omega )\}*\{i\pi \cdot [\delta (\omega +\omega _{c})-\delta (\omega -\omega _{c})]\}\\=&{\frac {i}{2}}\cdot [M(\omega +\omega _{c})-M(\omega -\omega _{c})]\end{aligned}}}Hình 3: ảnh phổ của một chương trình quảng bá AM gồm 2 dải biên (màu xanh) ở giữa là tín hiệu sóng mang (màu đỏ).
Dưới dạng tần số dương, băng thông truyền dẫn của AM gấp hai lần băng thông tín hiệu gốc (dải biên)—các dải biên của tần số dương và âm đều được dịch lên tần số sóng mang. Do đó, DSB-AM (điều biên với sóng mang đầy đủ và hai dải biên) là không hiệu quả, vì chỉ có vài đài phát thành có thể được cấp dải tần hoạt động trong dải tần số quảng bá được cấp trước. Các phương pháp triệt sóng mang khác nhau trong các dạng điều chế biên độ đã sử dụng để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và phổ. Với dạng điều biên triệt sóng mang sẽ không có việc tập trung phần lớn năng lượng ở thành phần trung tâm của phổ. Hiệu quả sử dụng năng lượng máy phát của DSB-AM tương đối thấp (khoảng 33%). Nhưng lợi ích của kiểu điều chế này là máy thu rẻ, dễ sản xuất, dễ dàng lọc được thông tin từ tín hiệu thu được. Các dạng AM triệt sóng mang có hiệu quả sử dụng năng lượng có thể đạt đến 100%, do đó không phí năng lượng trên sóng mang nhưng lại không mang thông tin.
Như với các chỉ số điều chế khác, trong AM, chỉ số này cũng còn được gọi là độ sâu điều chế, hệ số điều chế. Đối với AM, nó liên quan đến sự biến thiên trong biên độ sóng mang và nó được xác định bằng:
h = p e a k v a l u e o f m ( t ) A = M A , {\displaystyle h={\frac {\mathrm {peak\ value\ of\ } m(t)}{A}}={\frac {M}{A}},} ở đây M {\displaystyle M\,} và A {\displaystyle A\,} được nói đến ở phần trên. Peak value of m(t) - giá trị đỉnh của m(t).Nếu h = 0.5 {\displaystyle h=0.5} , biên độ sóng mang biến thiên 50% trên và dưới mức không điều chế, và với h = 1.0 {\displaystyle h=1.0} nó biến thiên 100%. Để tránh méo dạng tín hiệu và hiện tượng quá điều chế trong chế độ truyền A3E, độ sâu điều chế phải thỏa mãn h <= 1. Các hệ thống máy phát thực tế sẽ kết hợp sử dụng một số mạch giới hạn, như mạch VOGAD, để đảm bảo tránh méo.
Mức độ biến thiên của các tín hiệu điều chế với tỷ lệ điều chế khác nhau được chỉ ra bên dưới. Trong mỗi hình, biên độ cực đại cao hơn so với hình trước đó.
Hình 4: Độ sâu điều chế
- radio AM
- Dải sóng trung sử dụng cho quảng bá vô tuyến AM
- Dải sóng dài sử dụng cho quảng bá vô tuyến AM
- Điều chế tần số
- Vô tuyến sóng ngắn sử dụng phổ biến cho AM, một phần FM trên tần số 25MHz.
- Điều chế, danh sách các kỹ thuật điều chế khác
- Hệ thống báo hiệu điều chế biên độ (AMSS), một hệ thống số thêm thông tin tốc độ bit thấp vào một tín hiệu AM.
- Dải biên.
- Các kiểu phát vô tuyến, các kiểu phát được ITU chỉ định.
- Điều chế biên độ trực giao, kỹ thuật điều chế biên độ trong thông tin số.
- Newkirk, David and Karlquist, Rick (2004). Mixers, modulators and demodulators. In D. G. Reed (ed.), The ARRL Handbook for Radio Communications (81st ed.), pp.15.1–15.36. Newington: ARRL. ISBN 0-87259-196-4.
- Amplitude Modulation by Jakub Serych, Wolfram Demonstrations Project.
- Amplitude Modulation, by S Sastry.
- [1]