| Các tín hiệu chưa thông tin cần truyền (như âm thanh, hình ảnh, video) thường có tần số rất thấp không thể truyền đi được một khoảng cách dài, vậy bằng cách nào người ta có thể truyền chúng đi xa? |
Để truyền tín hiệu đi xa chúng ta phải biến đổi nó thành sóng điện từ có tần số cao bằng cách trộn tín hiệu cần truyền với sóng điện từ có tần số cao. Quá trình này được gọi là biến điệu. Như vậy, biến điệu là quá trình sử dụng sóng điện từ có tần số cao (sóng mang) để mang (phát) các tín hiệu có tần số thấp (sóng âm tần). Có nhiều cách để biến điệu đó là biến điệu biên độ (Amplitude Modulation - AM), biến điệu tần số (Frequency Modulation - FM) và biến điệu pha (Phase Modulation - PM) của một tín hiệu sóng mang.
I. BIẾN ĐIỆU BIÊN ĐỘ (AM)
Biến điệu biên độ, là một kĩ thuật được sử dụng để truyền thông tin qua một sóng mang, biên độ của tín hiệu sóng mang thay đổi theo biên độ của sóng âm tần theo thời gian, tần số và pha của sóng mang được giữ nguyên không thay đổi.
Hình 4.1. Tín hiệu biến điệu
Biên độ
Tín hiêu âm tần
Thời gian
Tín hiệu sóng mang
Tín hiệu được biến điệu
Đường bao của tín hiệu điều biến
Biên độ nhỏ nhất
Biên độ lớn nhất
Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lí biến điệu biên độ
Sóng âm tần
Tín hiệu sau biến điệu
Bộ nhân
Sóng mang
Bộ tạo dao động
(Trang 28)
Bộ nhân thực hiện việc nhân hai tín hiệu tương tự đầu vào để tạo ra một tín hiệu tương tự ở đầu ra. Biên độ của tín hiệu đầu ra là tích của hai biên độ tín hiệu đầu vào.
Hình 4.1 và 4.2 trình bày dạng tín hiệu và nguyên tắc làm việc của biến điệu AM. Tín hiệu âm tần chứa thông tin cần truyền, tín hiệu sóng mang được sử dụng để mang/phát tín hiệu âm tần đi xa. Trong tín hiệu được biến điệu, sóng âm tần chính là đường bao của sóng mang. Biến điệu AM thường được thực hiện bằng cách sử dụng một bộ nhân đơn giản bởi vì biên độ của sóng mang cần được thay đổi theo biên độ của sóng âm tần.
| EM CÓ BIẾT Tín hiệu âm tần có thể lấy từ micro sau đó khuếch đại qua mạch khuếch đại âm tần, hoặc có thể lấy từ các thiết bị khác như đài cassette, đầu đĩa CD,... Tín hiệu cao tần, có tần số trên 30 kHz được tạo bởi mạch tạo dao động. Tần số cao tần là tần số quy định của đài phát. Tín hiệu đầu ra là sóng mang có tần số băng tần số cao tần, có biên độ thay đổi theo tín hiệu âm tần. |
| ? Trong biến điệu AM, đặc tính nào của sóng mang thay đổi, đặc tính nào giữ nguyên? |
| Hình 4.3 trình bày băng thông (dải tần số đo bằng hiệu của tần số cao nhất và tần số thấp nhất) của tín hiệu biến điệu. Biến điệu tạo ra một dải tần số BAM gấp hai lần băng thông của tín hiệu âm tần và bao phủ toàn bộ vùng xung quanh của tần số sóng mang. Trong đó: fm là tần số cũng là băng thông của tín hiệu âm tần; fc là tần số của tín hiệu sóng mang. Mỗi tín hiệu biến điệu AM chiếm một băng thông nhất định có tần số trung tâm chính là tần số sóng mang fc, mỗi một trạm thu phát phải sử dụng các tần số sóng mang khác nhau để tránh nhiễu/chồng lấn lên nhau. Do đó, việc phân chia và cấp phát các dải tần số là hết sức quan trọng. |
Hình 4.3. Băng thông của tín hiệu biên độ
Hình 4.4. Cấp phát băng tần cho AM |
Theo tiêu chuẩn, băng thông của một tín hiệu audio (tiếng nói hoặc âm nhạc) thường từ 4 kHz đến 5 kHz, vì vậy theo Hình 4.3, một trạm Radio AM cần có băng thông từ 9 kHz đến 10 kHz.
Ở các nước châu Âu, châu Á sử dụng dải tần từ 526,5 kHz đến 1606,5 kHz cho phát thanh, khoảng cách mỗi kênh là 9 kHz. Còn ở các nước châu Mỹ sử dụng dải tần từ 525 kHz đến 1705 kHz, khoảng cách mỗi kênh là 10 kHz.
Các trạm AM có các tần số sóng mang nằm bất kì đâu trong dải này. Tuy nhiên, tần số sóng mang của mỗi trạm phải cách nhau ít nhất 9 kHz hoặc 10 kHz để tránh nhiễu. Hình 4.4 trình bày việc cấp phát băng tần cho phát thanh AM ở các khu vực khác nhau trên thế giới.
(Trang 29)
| ? Trong dải tần số từ 526,5 kHz đến 1606,5 kHz (Hình 4.4) có bao nhiêu kênh radio AM? Tại cùng một thời điểm có bao nhiêu kênh được phép hoạt động? |
II. BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ (FM)
Biến điệu tần số là một kĩ thuật được sử dụng để truyền thông tin qua một sóng mang, tần số của tín hiệu sóng mang thay đổi theo biên độ của sóng âm tần, biên độ đỉnh và pha của tín hiệu sóng mang không thay đổi.
Hình 4.5 trình bày mối quan hệ giữa tín hiệu âm tần, tín hiệu sóng mang và tín hiệu FM sau khi biến điệu. Tín hiệu âm tần chứa thông tin cần truyền, tín hiệu sóng mang được sử dụng để mang/phát tín hiệu âm tần đi xa.
Hình 4.6 trình bày sơ đồ nguyên lí của biến điệu FM. Biến điệu FM thường được thực hiện bằng việc sử dụng bộ dao động được điều khiển bằng điện áp (Voltage Controlled Oscillator - VCO). Đây là bộ dao động điện tử có tần số dao động được điều khiển bằng điện áp đầu vào, tín hiệu đầu ra của bộ VCO có tần số thay đổi theo biên độ điện áp của tín hiệu đầu vào (tín hiệu âm tần) trên một dải tần số nhất định.
Hình 4.5. Biến điệu tần số
Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lí biến điệu tần số
Hình 4.7. Băng thông của tín hiệu FM. Hình 4.7 trình bày băng thông của tín hiệu FM. Băng thông thực tế thường khó xác định chính xác, nhưng theo kinh nghiệm nó có thể gấp vài lần băng thông của tín hiệu âm tần BFM = 2(1+ b)B với b là hệ số, phụ thuộc vào kĩ thuật biến điệu. B là băng thông của tín hiệu âm tần.
Hình 4.7. Băng thông của tín hiệu tần số
BFM = 2(1+ b)B
(Trang 30)
Băng thông của tín hiệu audio phát theo kiểu âm thanh nổi (stereo) có độ rộng khoảng 15 kHz. Băng tần phát sóng FM nằm trong dải tần số rất cao (VHF) của phổ radio, từ 87,5 đến 108 MHz, được chia thành các kênh, mỗi kênh cách nhau một khoảng 100 kHz hoặc 200 kHz tùy thuộc vào quốc gia và vùng lãnh thổ (tại Việt Nam là 100 kHz). Nếu khoảng cách kênh là 100 kHz (0,1 MHz) thì sẽ có khoảng 200 kênh trong dải từ 88 MHz đến 108 MHz (Hình 4.8). Các trạm FM phải cách nhau ít nhất 100 kHz để những khoảng chống lấn và giao thoa lên nhau, như vậy sẽ chỉ có 100 kênh có thể hoạt động tại cùng một thời điểm.
Hình 4.8. Cấp phát băng tần FM
Không sử dụng
Không sử dụng
88 MHz
100 kHz
108 MHz
III. SO SÁNH GIỮA BIẾN ĐIỆU AM VÀ FM
Trong biến điệu FM, thông tin được mang bởi tần số của sóng mang không phải biên độ do đó ảnh hưởng của nhiễu giảm đáng kể so với biến điệu AM. Ngoài ra, băng thông của tín hiệu FM bao phủ toàn bộ dải tần số mà con người có thể nghe thấy nên biến điệu FM có chất lượng âm thanh tốt hơn so với AM. Tại các tần số cao, tín hiệu FM đi qua tầng điện li không bị phản xạ do đó phạm vi phủ sóng của FM hẹp hơn nhiều so với AM.
| Hãy tìm hiểu trên Internet, sách, báo và cho biết kênh VOV giao thông phát sóng sử dụng biến điệu AM hay FM? |
| ? Trong Hình 4.8, nếu khoảng cách kênh FM giữa hai đài là 0,2 MHz thì sẽ có bao nhiêu kênh FM trong dải từ 88 MHz đến 108 MHz? và tại cùng một thời điểm có bao nhiêu kênh FM được phép hoạt động? |
| Từ các đặc điểm của biến điệu AM và FM đã phân tích ở trên, hãy thảo luận để rút ra sự khác nhau cơ bản giữa biến điệu AM và FM theo các nội dung gợi ý sau: a) Ảnh hưởng của nhiễu. b) Dải tần số sử dụng. c) Độ rộng kênh/băng thông. d) Khả năng khôi phục tín hiệu. e) Phạm vi phát sóng. g) Ảnh hưởng bởi nhiễu. |
(Trang 31)
IV. TẦN SỐ VÀ BƯỚC SÓNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG CÁC KÊNH TRUYỀN THÔNG
Như chúng ta đã biết, biến điệu thông tin là môi trường được sử dụng để truyền tải thông tin từ nơi phát đến nơi thu. Kênh có dây truyền tải thông tin bằng dây dẫn hoặc cáp (cáp đồng, cáp quang). Kênh vô tuyến sử dụng không gian tự do (không khí) để truyền tải thông tin. Có một số kênh truyền thông phổ biến như:
– Kênh truyền thông AM: Tần số từ 530 kHz đến 1700 kHz.
– Kênh truyền thông FM: Tần số từ 88 MHz đến 108 MHz.
– Kênh truyền hình tần số rất cao (VHF) và tần số cực cao (UHF): Tần số từ 30 MHz đến 3000 MHz.
– Kênh truyền thông tần số siêu cao (Viba hay SHF): Tần số từ 300 MHz đến 300 GHz.
– Kênh truyền thông bằng sóng quang: Tần số từ 187 THz đến 374 THz.
| ? 1. Hãy cho biết đài tiếng nói Việt Nam VOV3 phát trên tần số nào? 2. Hãy cho biết đài tần số ngắn và sóng trung mà đài VOV1 đang sử dụng là bao nhiêu? |
| – Tìm hiểu cách phân chia, cấp phát tần số của một số kênh truyền thông trên thực tế. – Liệt kê một số tần số phát sóng trên radio Việt Nam, một số kênh truyền hình của Đài truyền hình Việt Nam. – Từ tần số của các kênh phát thanh và truyền hình đã liệt kê ở trên, em hãy tính bước sóng tương ứng của chúng. |
| EM ĐÃ HỌC
|
| EM CÓ THỂ
|
(Trang 32)
| EM CÓ BIẾT 1. Quá trình phát tín hiệu ở đài phát AM, FM Tín hiệu âm tần sau khi được biến điệu thành sóng mang, được khuếch đại lên công suất hàng nghìn oát sau đó được truyền tới anten phát.
Hình 4.10. Quá trình phát sóng radio AM và việc thu tín hiệu khi đài phát ở xa máy thu Tín hiệu âm tần Sóng mang Tín hiệu cao tần Đòi phát Anten phát Tầng điện li Sóng điện từ Trái Đất Radio Sóng AM có thể truyền đi xa hàng ngàn kilômét và truyền theo đường thẳng. Với các đài phát cách rất xa chúng ta, sóng điện từ truyền theo đường thẳng gặp tầng điện li sẽ phản xạ nhiều lần trên mặt đất trước khi đến máy thu, vì vậy tín hiệu bị suy giảm đi rất nhiều và không ổn định. Thông thường để truyền tín hiệu đi xa, các đài phát AM sử dụng băng sóng ngắn (từ 4 MHz đến 23 MHz). Với biến điệu FM, tần số của sóng mang thay đổi theo biên độ của tín hiệu âm tần, khoảng biến đổi là 150 kHz. Ví dụ với đài tiếng nói Việt Nam phát trên sóng FM 100 MHz thì nó phát đi một dải tần từ 99,85 đến 100,15 MHz. Do nhược điểm của sóng FM là cự li truyền sóng ngắn, chỉ truyền được từ vài chục đến vài trăm kilômét nên sóng FM thường được sử dụng làm sóng phát thanh trên các địa phương. 2. Quản lí, cấp phát tần số vô tuyến điện Bộ Thông tin và Truyền thông là đơn vị chịu trách nhiệm quản lí về tần số vô tuyến điện, ban hành quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về thiết bị vô tuyến điện, phát xạ vô tuyến điện, tương thích điện từ, an toàn bức xạ vô tuyến điện; Thực hiện quy hoạch tần số vô tuyến điện, phân bổ băng tần phục vụ mục đích quốc phòng, an ninh; Quy định điều kiện phân bố, ấn định và sử dụng tần số vô tuyến điện; Cấp, sửa đổi, bổ sung, gia hạn, thu hồi giấy phép sử dụng tần số vô tuyến điện; Quản lí lệ phí cấp giấy phép sử dụng tần số vô tuyến điện, phí sử dụng tần số vô tuyến điện theo quy định của pháp luật về phí và lệ phí; Tổ chức việc phối hợp tần số vô tuyến điện và quỹ đạo vệ tinh với các quốc gia, vùng lãnh thổ và tổ chức quốc tế; Đăng kí tần số vô tuyến điện và quỹ đạo vệ tinh với tổ chức quốc tế; Kiểm tra, kiểm soát tần số vô tuyến điện, xử lí nhiễu có hại,... |
