Mua thiết bị đo

Điều chế (Modulation) và Giải điều chế (Demodulation) tín hiệu là gì?

Bởi kythuatldc
dieu-che-tin-hieu-va-giai-dieu-che

Điều chế là gì?

Điều chế là quá trình chuyển đổi dữ liệu thành sóng vô tuyến bằng cách thêm thông tin vào tín hiệu sóng mang điện tử hoặc quang học. Sóng mang là tín hiệu có dạng sóng ổn định – biên độ và tần số không đổi.

Cách thức hoạt động của điều chế

Thông tin có thể được thêm vào sóng mang bằng cách thay đổi biên độ, tần số, pha, độ phân cực (đối với tín hiệu quang) và thậm chí các hiện tượng cấp độ lượng tử như spin.

Điều chế thường được áp dụng cho nhiều loại tín hiệu điện khác nhau như: sóng vô tuyến, tia laser (quang học) và mạng máy tính. Ngoài ra, điều chế còn có thể được áp dụng cho dòng điện một chiều (DC) – đây vốn được xem là sóng mang suy biến với biên độ cố định và tần số 0Hz – chủ yếu bằng cách bật và tắt, như trong điện báo mã Morse hoặc giao diện vòng lặp dòng điện kỹ thuật số.

Trường hợp đặc biệt không có sóng mang – thông điệp phản hồi cho biết thiết bị đính kèm không còn kết nối với hệ thống từ xa – được gọi là điều chế băng cơ sở.

Điều chế cũng có thể được áp dụng cho dòng điện xoay chiều tần số thấp (50-60 Hz) – như với mạng điện dân dụng.

Có những loại điều chế nào?

Trong thực tế, có rất nhiều phương thức điều chế. Trong khuôn khổ bài viết này, Kỹ Thuật Đo sẽ giới thiệu cho các bạn một số loại điều chế phổ biến nhất bên dưới

  • Điều chế biên độ (AM): phương thức điều chế này chủ yếu nhắm vào việc thay đổi độ cao (tức là cường độ hoặc độ mạnh) của tín hiệu để biểu thị dữ liệu được thêm vào tín hiệu đó
  • Điều chế tần số (FM): phương thức này chủ yếu nhắm vào việc thay đổi tần số của dạng sóng mang để phản ánh tần số của dữ liệu.
  • Điều chế pha (PM): Pha của dạng sóng mang được thay đổi để phản ánh những thay đổi về tần số của dữ liệu. Trong điều chế PM, tần số không đổi trong khi pha thay đổi so với tần số sóng mang cơ sở. Tương tự như FM.
  • Điều chế phân cực: Góc quay của tín hiệu sóng mang quang được thay đổi để phản ánh dữ liệu được truyền.
  • Điều chế mã xung (PCM): Lấy mẫu một tín hiệu tương tự để tạo ra một luồng dữ liệu, luồng dữ liệu này được sử dụng để điều chế tín hiệu mang kỹ thuật số
  • Điều chế biên độ vuông góc (QAM): Sử dụng hai sóng mang AM để mã hóa hai hoặc nhiều bit trong một lần truyền duy nhất.

cac-loai-dieu-che-tin-hieu

Kênh phát sóng radio và truyền hình, cũng như radio vệ tinh thường sử dụng điều chế AM hoặc FM.

  • Với điều chế FM: các loại radio hai chiều có thể truyền tín hiệu lên đến hàng chục dắm
  • Với điều chế SSB: các loại radio hai chiều có thể truyền tín hiệu xa hơn lên đến hàng trăm hoặc hàng nhìn dặm

Bên cạnh các dạng điều chế cơ bản bên trên, chúng ta còn có dạng điều chế phức tạp hơn bao gồm khóa dịch pha (PSK) và QAM. Điều chế Wi-Fi hiện đại sử dụng kết hợp PSK và QAM64 hoặc QAM256 để mã hóa nhiều bit thông tin vào mỗi ký hiệu được truyền.

PSK truyền tải dữ liệu bằng cách điều chế pha của tín hiệu sóng mang bằng cách thay đổi đầu vào sin và cosin tại các thời điểm chính xác. PSK được sử dụng rộng rãi cho mạng LAN không dây, RFID và truyền thông Bluetooth. Bộ giải điều chế xác định pha của tín hiệu nhận được và dịch nó trở lại ký hiệu mà nó đại diện.

Tại sao cần sử dụng điều chế

Sóng mang được sử dụng trong truyền tín hiệu tần số vô tuyến (RF) nhưng nó lại không mang nhiều thông tin. Để có thể thêm lời nói hoặc dữ liệu, một sóng khác phải được chồng lên sóng mang, quá trình này sẽ làm thay đổi hình dạng của sóng mang. Quá trình này được gọi là điều chế sóng mang.

Để truyền âm thanh, tín hiệu âm thanh trước tiên phải được chuyển đổi thành tín hiệu điện, sử dụng bộ chuyển đổi. Sau khi chuyển đổi, nó được sử dụng để điều chế tín hiệu mang.

Tín hiệu tương tự (Analog) so với kỹ thuật số (Digital)

Sơ đồ điều chế có thể là analog hoặc digital. Sơ đồ analog có sóng đầu vào thay đổi liên tục như sóng sin. Trong sơ đồ điều chế digital, giọng nói được lấy mẫu ở một tốc độ nào đó rồi nén lại và chuyển thành luồng bit, và luồng này lần lượt được tạo thành một loại sóng cụ thể sau đó được chồng lên tín hiệu sóng mang.

Điều chế (Modulator) và giải điều chế (DeModulator)

  • Nếu Điều chế (Modulator): là quá trình mã hóa thông tin trong tín hiệu được truyền
  • Thì Giải điều chế (DeModulator): là quá trình trích xuất thông tin từ tín hiệu được truyền.

Sẽ có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến mức độ trung thực của thông tin được trích xuất sao chép thông tin đầu vào gốc. Nhiễu điện từ có thể làm suy giảm tín hiệu và khiến tín hiệu gốc không thể trích xuất được. Bộ giải điều chế thường bao gồm nhiều giai đoạn khuếch đại và lọc để loại bỏ nhiễu.

Bạn có biết:

Một thiết bị thực hiện cả điều chế và giải điều chế được gọi là MODEM — Tên gọi này được tạo ra bằng cách kết hợp các chữ cái đầu tiên của MOdulator và DEModulator.

modem-la-gi

Modem âm thanh máy tính cho phép máy tính kết nối với máy tính khác hoặc với mạng dữ liệu qua đường dây điện thoại analog thông thường bằng cách sử dụng tín hiệu dữ liệu để điều chế âm thanh analog. Modem ở đầu xa giải điều chế tín hiệu âm thanh để khôi phục luồng dữ liệu. Modem cáp sử dụng dữ liệu mạng để điều chế tín hiệu của nhà cung cấp dịch vụ cáp.

Đôi khi, một tín hiệu sóng mang có thể mang nhiều hơn một luồng thông tin điều chế. Biện pháp ghép kênh cho phép kết hợp các luồng thành một sóng mang duy nhất

  • Ví dụ: bằng cách mã hóa một phân đoạn có thời lượng cố định của một luồng, sau đó của luồng tiếp theo,
  • Ví dụ: quay vòng qua tất cả các kênh trước khi quay lại kênh đầu tiên – một quá trình được gọi là ghép kênh phân chia thời gian (TDM). Một hình thức khác là ghép kênh phân chia tần số (FDM), trong đó nhiều sóng mang có tần số khác nhau được sử dụng trên cùng một phương tiện.

Ở một dạng khác, ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) điều chế nhiều bước sóng/tần số laser trên các liên kết cáp quãng đường dài để tăng tổng băng thông khả dụng.

Tại sao điều chế được sử dụng nhiều trong truyền thông?

Các loại sóng mang có tần số khác nhau có thể được truyền qua một phương tiện duy nhất, với mỗi sóng mang được điều chế bằng một tín hiệu độc lập. Ví dụ, Wi-Fi sử dụng các kênh riêng lẻ để truyền dữ liệu đồng thời đến và đi từ nhiều máy khách.

Tín hiệu sóng mang được sử dụng để giảm bước sóng để truyền và thu hiệu quả. Vì kích thước ăng-ten tối ưu là một nửa hoặc một phần tư bước sóng, tần số âm thanh 3000 Hz sẽ cần bước sóng 100 km và ăng-ten 25 km. Thay vào đó, sử dụng sóng mang FM 100 MHz, với bước sóng 3 mét, ăng-ten chỉ cần dài 80 cm giúp tiết kiệm chi phí vật liệu hơn rất nhiều

Điều chế và chu kỳ xung

Trong truyền thông không dây, chu kỳ xung là tỷ lệ thời gian mà mạng không dây truyền tín hiệu RF. Do đó, chu kỳ xung là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá bức xạ điện từ mà một người tiếp xúc. Chu kỳ xung thực tế có thể thay đổi, tùy thuộc vào tải dữ liệu trên mạng và tốc độ mạng. Vì vậy, chu kỳ xung có thể bị ảnh hưởng bởi việc mạng có được sử dụng cho VoIP, video phát trực tuyến hay video, …

Đo lường và phân tích điều chế tín hiệu

Để tạo ra và đo lường các tín hiệu điều chế một cách chuẩn xác, ta cần có những thiết bị phân tích có độ chính xác cao. Trong trường hợp này, bạn có thể kết hợp giữa máy hiện sóng, máy phát xung và máy phân tích phổ để có thể đo lường tín hiệu một cách chính xác nhất

Máy phát xung: đây là thiết bị cho phép bạn điều chế nhiều loại tín hiệu khác nhau từ AM, FM, PM đến các loại điều chế IQ như ASK, FSK, PSK và QAM một cách chuẩn xác. Ngoài ra, bạn cũng có thể dễ dàng lựa chọn dạng sóng của điều chế như sóng sine, sóng vuông, sóng răng cưa… với biên độ và tốc độ lấy mẫu tùy chỉnh

Máy phát xung Siglent SDG830 30MHz Máy phát xung, hàm Siglent SDG1032X, 30MHz, 2 CH Máy phát xung, hàm Siglent SDG2122X, 120MHz, 2 CH
Máy phát xung Siglent SDG830 Máy phát xung, hàm Siglent SDG1032X Máy phát xung, hàm Siglent SDG2122X
Ngoài ra bạn cũng có thể xem thêm các sản phẩm khác tại danh mục sản phẩm: Máy Phát Xung

Máy hiện sóng: thiết bị này cho phép bạn hiển thị các dạng sóng đo lường lên màn hình, từ đó có thể dễ dàng đọc được các thông số tín hiệu có thể dùng trong phân tích và sửa chữa tín hiệu

Máy hiện sóng Oscilloscope Siglent SDS1104X HD Máy hiện sóng, Oscilloscope Siglent SDS1052DL+, 50MHz, 2 CH Máy hiện sóng số Siglent SDS2354X HD
Máy hiện sóng Oscilloscope Siglent SDS1104X HD Máy hiện sóng, Oscilloscope Siglent SDS1052DL+ Máy hiện sóng số Siglent SDS2354X HD
Ngoài ra bạn cũng có thể xem thêm các sản phẩm khác tại danh mục sản phẩm: Máy Hiện Sóng

Related Posts

Xem chương trình quảng cáo