Điều chế là kỹ thuật chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu điện hoặc tín hiệu số để truyền tín hiệu đó qua môi trường truyền dẫn. Điều chế tín hiệu được thực hiện để truyền tín hiệu đi xa. Sau khi tín hiệu được truyền đi, tín hiệu đã điều chế phải được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu gốc để thu được thông tin ban đầu.

Việc chuyển đổi ngược này được thực hiện với sự trợ giúp của nhiều kỹ thuật giải điều chế khác nhau. Do đó, nó có nghĩa là tách tín hiệu khỏi sóng mang đã được điều chế. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về các kỹ thuật này, ứng dụng, ưu điểm và nhược điểm của chúng, v.v.

Giải điều chế là gì?

Giải điều chế là quá trình trích xuất thông tin gốc từ sóng mang đã được điều chế. Đây là một chức năng quan trọng được sử dụng trong các hệ thống truyền thông, cho phép khôi phục dữ liệu đã truyền ở đầu thu. Có nhiều loại bộ giải điều chế khác nhau với các tín hiệu đầu ra khác nhau, sẽ được thảo luận thêm.

Quá trình giải điều chế

Để hiểu khái niệm Giải điều chế, trước tiên chúng ta cần tìm hiểu về Điều chế. Điều chế là quá trình biến đổi các đặc tính của tín hiệu sóng mang như biên độ, tần số hoặc pha theo dải tần cơ sở hoặc tín hiệu thông tin. Quá trình ngược lại của điều chế là khôi phục tín hiệu từ tín hiệu đã điều chế và do đó thu được tín hiệu gốc. Do đó, mục đích của giải điều chế là thu được thông tin hoặc tín hiệu gốc từ tín hiệu đã điều chế.

Giải điều chế

Giải điều chế là kỹ thuật khôi phục tín hiệu gốc từ tín hiệu đã điều chế. Quá trình giải điều chế được thực hiện với sự trợ giúp của bộ giải điều chế. Bộ giải điều chế sẽ chuyển đổi biến thiên biên độ , tần số hoặc pha của sóng mang trở lại thành tín hiệu tin tức. Có ba loại bộ giải điều chế khác nhau để chuyển đổi các sơ đồ điều chế AM  (điều chế biên độ), FM (điều chế tần số) và PM (điều chế pha).

Nhu cầu giải điều chế

Giải điều chế rất quan trọng vì nó đảm bảo tín hiệu  âm thanh được truyền đi có thể được thu và xử lý chính xác. Giải điều chế là quá trình khôi phục tín hiệu gốc từ tín hiệu đã điều chế. Nó cho phép tách tần số âm thanh khỏi sóng mang tần số  cao hơn , giúp tín hiệu có thể nghe được và sử dụng được đối với người nghe, đồng thời tương thích với các thiết bị phát lại âm thanh tiêu chuẩn. Nếu không sử dụng giải điều chế, thông tin được truyền tải bởi sóng mang tần số cao sẽ không thể truy cập được.

Kỹ thuật giải điều chế

Có nhiều kỹ thuật giải điều chế khác nhau tùy thuộc vào loại điều chế. Một số kỹ thuật được liệt kê dưới đây:

• Bộ dò bao chỉnh lưu diode
• Máy dò sản phẩm
• Phát hiện đồng bộ

Bộ dò bao chỉnh lưu diode

Nó được sử dụng để giải điều chế tín hiệu điều chế biên độ. Mạch tách sóng diode đơn giản được trình bày dưới đây. Đây là dạng tách sóng đơn giản nhất vì nó bao gồm một diode và một tụ điện . Mặc dù nó không đáp ứng tiêu chuẩn của các kỹ thuật khác liên quan, nhưng đây là loại tách sóng cơ bản nhất và có thể tách sóng bao của tín hiệu AM.

Mạch dò diode đơn giản

Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:

• Tín hiệu từ các giai đoạn trước được đưa đến diode. Tụ điện giúp loại bỏ các thành phần tần số vô tuyến (RF) không mong muốn.
• Khi tín hiệu vô tuyến được đưa vào diode, chỉ một nửa dạng sóng đi qua nó và một nửa dạng sóng bị loại bỏ. Điều này là do đặc tính của diode, tức là dòng điện chỉ có thể chạy theo một hướng qua diode.
• Tín hiệu thu được được đưa vào đầu ra âm thanh như trong sơ đồ trên. Tín hiệu thu được này là tín hiệu đã giải điều chế.

Bộ dò bao chỉnh lưu diode  là một mạch rất đơn giản. Do tính đơn giản của nó, chi phí rất thấp. Tuy nhiên, nó cũng có một số nhược điểm như không tuyến tính do đặc tính diode, dẫn đến méo tín hiệu. Độ nhạy của nó kém hơn và hiệu suất bị ảnh hưởng bởi fading chọn lọc.

Máy dò sản phẩm

Mạch tách sóng tích số được sử dụng để giải điều chế tín hiệu SSB ( dải biên đơn ). Trong điều chế biên độ SSB, tín hiệu sóng mang đầu tiên bị triệt tiêu, sau đó hoặc dải biên trên hoặc dải biên dưới bị triệt tiêu. Sơ đồ mạch của mạch tách sóng tích số được trình bày bên dưới.

Máy dò sản phẩm

Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:

• Tín hiệu SSB được truyền từ biến áp IF . Nó sử dụng bộ dao động tinh thể tạo ra tín hiệu dao động cục bộ. Tín hiệu dao động cục bộ được tạo ra có tần số tương tự như tín hiệu sóng mang.
• Tín hiệu SSB sau đó được nhân với tín hiệu dao động cục bộ. Điều này dẫn đến việc tạo ra các tần số khác nhau, tức là tổng và hiệu của các tần số.
• Tín hiệu thu được sau đó được đưa đến bộ lọc thông thấp. Bộ lọc này sẽ chỉ cho tín hiệu tần số thấp, tức tín hiệu băng tần cơ sở, đi qua. Nhờ đó, chúng ta có thể trích xuất được tín hiệu gốc.

Kỹ thuật này được sử dụng trong nhiều ứng dụng truyền thông khác nhau trong quá trình giải điều chế. Ngoài ra, mạch này có thể được sử dụng để chặn tín hiệu mã Morse.

Phát hiện đồng bộ

Nó còn được gọi là bộ phát hiện đồng bộ và được sử dụng để giải điều chế tín hiệu đã được điều chế biên độ. Nó cũng bao gồm bộ dao động  tạo ra tín hiệu dao động cục bộ. Sau đó, tín hiệu này được nhân với tín hiệu đã được điều chế đầu vào. Tín hiệu thu được sau đó được đưa qua bộ lọc thông thấp để loại bỏ các thành phần tần số cao. Sơ đồ khối của bộ phát hiện đồng bộ được trình bày dưới đây.

Phát hiện đồng bộ

Tín hiệu được lọc chứa tín hiệu băng tần gốc. Tín hiệu nhận được sau đó được giải mã để trích xuất thông tin gốc. Điều này giúp cải thiện hiệu suất. Nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng của máy thu phát sóng như thiết bị liên lạc vô tuyến hoặc bộ đàm vì dễ tích hợp.

Kỹ thuật giải điều chế trong phát thanh AM, FM và PM

Dưới đây là các kỹ thuật giải điều chế cho hệ thống vô tuyến

Đài phát thanh AM

Hệ thống radio AM tuân theo các bước giải điều chế sau

• Chỉnh lưu : Tín hiệu nhận được trước tiên được gửi đi chỉnh lưu để chuyển đổi biên độ thay đổi thành các biến thể điện áp tương ứng.
• Lọc : Tín hiệu đã chỉnh lưu được đưa đến bộ lọc  thông thấp để loại bỏ các thành phần tần số cao, chỉ còn lại tín hiệu âm thanh băng tần cơ sở.
• Khuếch đại âm thanh : Sau đó, bộ lọc âm thanh này được khuếch đại đến mức phù hợp để sử dụng trong loa hoặc tai nghe.

Đài FM

Hệ thống radio FM tuân theo các bước giải điều chế sau

• Bộ phân biệt tần số hoặc Vòng khóa pha (PLL) : Các mạch này được sử dụng cho các kỹ thuật giải điều chế trong tín hiệu FM , bộ phân biệt tần số được sử dụng để phát hiện những thay đổi về tần số của tín hiệu nhận được và chuyển đổi chúng thành những thay đổi điện áp tương ứng, PLL được sử dụng để khóa tần số của tín hiệu nhận được và so sánh với tần số tham chiếu ổn định.
• Bộ dao động điều khiển điện áp (VCO) : Đầu ra của bộ phân biệt được sử dụng để điều khiển VCO, có thể được sử dụng để tạo tín hiệu âm thanh tỷ lệ thuận với sự thay đổi tần số của tín hiệu nhận được.
• Khuếch đại âm thanh : Sau đó, âm thanh này được khuếch đại đến mức phù hợp để sử dụng trong loa hoặc tai nghe.

Đài phát thanh PM (Điều chế pha)

Hệ thống radio PM tuân theo các bước giải điều chế sau

• Chuyển đổi thành tín hiệu AM : Đầu tiên, tín hiệu được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điều chế biên độ bằng bộ giải điều chế như bộ dò đồng dạng.
• Giải điều chế biên độ : Sau đó, tín hiệu AM được giải điều chế bằng các kỹ thuật giải điều chế biên độ như phát hiện đường bao.
• Trích xuất tín hiệu gốc : Tín hiệu giải điều chế chứa tín hiệu gốc đã điều chế với bất kỳ thông tin pha nào được mã hóa trong tín hiệu PM. Thông tin pha này được xử lý để khôi phục tín hiệu gốc.

Những thách thức đối với giải điều chế

Một số thách thức trong điều chế được thảo luận dưới đây:

Có hai thách thức chính khi thực hiện giải điều chế. Đó là:

• Đồng bộ hóa:  Việc duy trì đồng bộ hóa giữa tín hiệu điều chế đầu vào và bộ giải điều chế là rất phổ biến. Để khắc phục thách thức này, đồng bộ hóa sóng mang được sử dụng.
• Nhiễu và can nhiễu:  Trong quá trình khôi phục tín hiệu gốc, tín hiệu có thể bị méo do nhiễu và can nhiễu trên kênh truyền. Để khắc phục vấn đề này, các phương pháp hiệu chỉnh lỗi được sử dụng.

Sự khác biệt giữa Điều chế và Giải điều chế

Ưu điểm và nhược điểm của giải điều chế

Dưới đây là một số ưu điểm và nhược điểm của giải điều chế:

Ưu điểm của giải điều chế

• Nó giúp sử dụng băng thông  hiệu quả bằng cách cho phép nhiều tín hiệu đi qua một kênh duy nhất.
• Nó giúp khôi phục tín hiệu gốc, điều này rất cần thiết để lấy lại thông tin gốc từ tín hiệu.
• Nó cải thiện khả năng chống nhiễu, giúp nâng cao độ tin cậy của tín hiệu.
• Nó có thể giải điều chế tín hiệu AM, FM và PM. Điều này giúp cải thiện tính đa dạng của giải điều chế và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng.

Nhược điểm của giải điều chế

• Một số kỹ thuật giải điều chế, chẳng hạn như giải điều chế đồng bộ, là một quy trình rất phức tạp. Do tính phức tạp của quy trình, chi phí của hệ thống cũng tăng lên.
• Nó nhạy cảm với các điều kiện kênh như suy giảm và méo tiếng. Điều này có thể dẫn đến chất lượng tín hiệu thu được kém.
• Tiêu thụ điện năng cao ở một số kỹ thuật giải điều chế như giải điều chế kỹ thuật số.
• Khi phổ tần số quá đông đúc, nó có thể dẫn đến hiện tượng nhiễu xuyên âm và nhiễu sóng.

Ứng dụng của giải điều chế

• Hệ thống radar:  Kỹ thuật giải điều chế được sử dụng trong hệ thống radar để trích xuất thông tin về phạm vi, vận tốc, góc và nhiều thông tin khác. Nó hỗ trợ trong việc định vị, theo dõi thời tiết và phòng thủ.
• Truyền hình:  Kỹ thuật giải điều chế được sử dụng để khôi phục tín hiệu video và âm thanh, giúp hiển thị chính xác các chương trình truyền hình.
• Phát thanh vô tuyến:  Giải điều chế được sử dụng để trích xuất tín hiệu âm thanh cần phát sóng. Nó có thể thu được tín hiệu AM và FM để phát sóng trên một dải phổ tần số rộng.
•  Thông tin liên lạc dưới nước:  Để liên lạc dưới nước, tín hiệu âm thanh được sử dụng. Những tín hiệu âm thanh này cần được giải điều chế để nhận được thông tin gốc từ biển sâu.
• Y tế:  Kỹ thuật giải điều chế được sử dụng để tạo ra hình ảnh các cơ quan nội tạng. Nó được sử dụng rộng rãi trong MRI và siêu âm.

Phần kết luận

Trong bài viết trên, chúng ta đã nghiên cứu quá trình giải điều chế. Có nhiều kỹ thuật khác nhau được sử dụng trong quá trình giải điều chế. Có nhiều hệ thống giải điều chế khác nhau để giải điều chế tín hiệu AM, FM và PM. Chúng ta đã nghiên cứu hoạt động của các hệ thống này.

Bài viết cũng đề cập đến ứng dụng, nhu cầu, ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật giải điều chế. Kỹ thuật này thực hiện chức năng quan trọng bằng cách chuyển đổi tín hiệu và trích xuất tín hiệu gốc từ đó, đồng thời cho phép truyền thông tin từ nhiều nền tảng hoặc thiết bị khác nhau.

‍