Xử lý tín hiệu số

DUONG TŮ CÜƯNG xŮ LÝ TÍN HIÉIJ SŐ X'T ÄN KHOA HOC VÄ KÝ THUÄT TS DUONGTÜ cUdNG 01 VIÉN 13 007 xr3 TiN HIÉU SO THU NHÅ XIJÄT BÅN KHOA HQC vÅ K? THUAT HÄ NÖI - 2001 MUC LUC Trang Lòl NOI DÂU Chtdng TiN HIÊU VX HÊ THƠNG Rịl RAC THEO THị1 GIAN I.I Câc tin hiêu ròi rac theo thòi gian 1.I.I Câc phüdng phâp biêu dién tin hiêu ròi rac 1.1.2 Mât vài tin hiêu ròi rac cd bân 1.1.2 Phân loai câc tin hiëu ròi rac 11 12 1.1.3 Câc thao tâc xü 19 ddn giàn tin hiêu ròi rac 15 theo thòi gian 1.2 Câc th6ng tin hiêu ròi 1.2.1 Mô tâ vào/ra cûa thô'ng 1.2.2 Bieu di6n thơ'ng rịi r4C theo thịi gian bàng sd dơ khơl 1.2.3 Phân loai câc thơ'ng rịi rac theo thòi gian ' 1.2.4 Quan liên k6t cüa câc thơ'ng rịi rac theo thịi gian 19 19 23 25 32 34 34 1.3.1 Ky thuat phân tfch th6ng tuy6n tfnh 36 Phân tich tin hiëu ròi rac theo thòi gian thành câc xung 1.3.2 1.3.3 Dâp üng cûa thô'ng LTI dô'iv6i tâc dông bâ't k}-tdng chap : 38 42 Câc tinh châ't cüa tdng châp tich thơ'ng rịi rac tu'n tfnh bâ't bi6n 1.3 Phân 1.3.5 1.3.6 theo thịi gian HQ thơ'ng tuy6n tfnh bâ'tbi6n nhân quâ HQ th6ng tuy6n tinh bâ'tbi6n dn dinh 50 52 1,3.7 Hê th6ng v6i dâp üng xung cô chiêu dài hüu han vô han .54 1.4 HQ thơ'ng rịi rac theo thịi gian düQc mơ tâ thơng qua phüdng trình 55 saiphân 55 1.4.1 HQth6ng rịi rac theo thịi gian dè qui khơng dè qyi 1.4.2 HQth6ng tuy6n Pinh bâ't bi6n düQcd4c trüng bdi phüdng trình sai phân tuy6n tinh sơ'hàng (PT- SPTT-HSH) 1.4.3 Giâi phüdng 1.4.4 Dâp trình sai phân 59 tuy6n tinh sô'hàng üng xung cüa th6ng dè qui tuy6n tinh bâ't bi6n theo thòi gian 1.5 Thuc hiên câc th6ng ròi 1.5.1 Câ'u trüc thuc hiën cûa thô'ng LTI 1.5.2 Thuc hiën dë qui không dè qui cüa th6ng FIR 1.6 Tüdng quan cua câc tin hiêu ròi rac 1.6.1.Tüdng quan chéo tu tüdng quan Câu h6i tap chüdng 73 76 76 82 84 85 88 Lt TiN SÔ Chtdng BIÉN Dôl Z vÀ CNG DUNG TRONG PHAN TiCH HÊ THÔNG LTI 97 2.1 Biê'n ddi Z 2.1.1 Biê'n ddi Z truc ti6p 2.1.2 Bién ddi Z ngüQc 2.2 Tfnh châ't cüa biê'n ddi Z 2.2.1 Tinh tuy6n tinh 97 97 106 107 107 2.2.2 Tinh tré 2.2.3 Nhân v6i hàm mü an 2.2.4 Lâ'y biê'n 2.2.5 Dao hàm cûa bi6n ddi Z 2.2.6 Tdng chap cûa hai dây 2.2.7 Tüdng quan cûa hai dây 2.2.8.Tich cüa hai dây 2.2.9 Day liên hop phüc 115 115 116 2.2.10 Dinh 116 Ij giâ tri dàu 2.3 Bién ddi Z hüu ty th6ng 112 112 114 116 2.3.1.Cuc không (Poles and Zeros) 2.3.2 Hàm 110 116 cûa thơ'ng tu'n tfnh bâ'tbi6n theo thịi gian 2.4 Bién ddi Z ngüQc 2.4.1 Phüdng phâp th4ng dd 2.4.2 Xâc dinh biê'n ddi Z ngüQcbàng phüdng phâp khai tridn thành chu6i lüy thùa 2.4.3 Xâc dinh bi6n ddi ngüQcbàng phüdng phâp khaitridn thành phân thüc tôlgiàn 2.4.4 Phân tich bi6n ddi Z hüu 2.5.Biê'nddi Z mot phia 120 123 123 126 128 135 137 137 2.5.1 Dinh nghïa tfnh châ't cüa bi6n dôi Z mot phia 141 2.5.2 Giài phüdng trình sai phân 2.6 Phân tich th6ng tuy6n tfnh bâ't bi6n tfieo thòi gian miên Z 143 2.6.1 Dâp üng cüa th6ng v6i hàm th6ng hdu ty diêu kiën khdi tao bàng không 2.6.2 Dâp üng cûa th6ng cuc - không v6i diêu kiën khdi t40 khâc không 145 2.6.3 Dâp üng ttc thòi dâp üng trang thâi bên cûa th6ng 147 2.6.4.Tinh nhân quà dn dinh 2.6.5 Hûy bd câc không cuc 148 151 2.6.6 Cuc bêi tinh dn dinh 153 2.6.7 Tiêu chudn dn dinh SchÜr , Cohn 2.6.8 Tinh dn dinh cûa thô'ng bac hai 156 Câu hôi tap chüdng 160 MucLuc Chto•ng PHAN TiCH TiN HIÊU vÀ HÊ THÔNG TRONG MIÊN TÂN S6 165 3.1 Phân tich tin hiêu liên tuc miên tàn sô' 3.1.1 Câc tin hiêu trgc giao truc chudn 3.1.2 Phân tich tàn sơ'cûa tin hiêu tn hồn liên tuc 3.1.3.Phân tich tin hiêu khơng tn hồn miên tàn s6 3.2 Phân 3.2.1 3.2.2 3.2.3 tich tin hiêu ròi rac miên tân s6 Chi Fourier cua tin hiêu tn hồn rdi Phd mat dơ cơng s'tcûa tin hiêu tn hồn Bi6n ddi Fourier cûa tfn hiêu rịi r4C khơng tn hồn 3.2.4 Sü tu cûa bà6n dơi Fourier 3.2.5 Phd mat dô nàng lüQng cûa tin hiëu không tuàn hồn 3.2.6 Quan giüa bi6n dơi Fourier bi6n ddi Z 3.2.7 Dinh 19 lâ'ymâu 3.2.9 Phân loai theo miên tàn sô'cûa tin hiëu theo miên Tfnh châ'tdô'ixüng cûa bi6n ddi Fourier 3.3.2 Tfnh châ'ttuy6n tinh 3.3.3 Tfnh châ'ttré vê thịi gian 3.3.4 Tinh châ't bi6n sơ'n dâo 3.3.5 Dinh 19 tdng châp 3.3.6 Dinh 19 tüdng quan 3.3.7 Dinh Ij Wiener - Khintchine 3.3.8 Tinh châ't tré tàn sô' miên 193 198 198 206 207 207 208 209 209 209 210 211 211 212 3.3.9 Dinh 19diêu biên 3.3.10 Quan Parseval 3.3.11 Tich cüa hai dây 3.3.12 Vi phân 168 168 172 176 177 180 185 186 tàn sơ': khâi niêm vê bê rong phd (bandwidÇh) , 3.3 Câc tfnh châ'WcÜabi6n ddi Fourier doi v6i tin hièu ròi rac theo thòi gian 3.3.1 165 166 166 167 tàn sô' 3.4, Dac tinh cûa thô'ng tuy6n tinh bâ't biê'n theo thòi gian miên 213 tàn sơ' 3.4.1 Dâp üng dơỵ vơi tin hiêu mü phüc tin hiêu hình sin: Hàm 3.4.2 Dâp dâp üng tàn s6 üng dôi v6i tin hiêu vào không tuàn hồn 3.4.3 Quan giüa hàm thơ'ng hàm dâp üng tàn s6 3.4.4 Dânh giâ hình hQCcüa hàm dâp üng tàn s6 rn4t ph{ng Z 3.5 th6ng tuy6n tinh bâ't bi6n - bê IQCtàn sô' 3.5.1 Câc d4c diêm cûa bQ IQCIYtudng 3.5.2 Câc bQIQCthông thâ'p, thông cao thông dâi 3.5.3 BQ cong hüdng sô 3.5.4 Bơ loc hình chü V 213 221 223 227 231 232 235 241 244 LV TIN SO 3.5.5 Bö loc hinh räng luqc 3.5.6 Bé loc thöng tät 3.5.7 Bö dao dQng hinh sin sö" Cau höi vä båi tap chitdng 254 Chucng BIEN Döl FOURIER Röl RAC 262 247 249 252 4.1 Lå'y mÄu mién tan sö': Bién döi Fourier röi rac 4.1.1 Lå'y mäu mi6n tan sö'vå khöi phyc 14itin hi+u röi rec theo thöi gian 4.1.2 Bién ddi Fourier röi roc (DFT) 4.1.4 Quan hö cåa DFT vä cåc bién ddi khåc 4.2 Cåc tfnh chå'tcåa DFT 4.2.1.Tfnh tuÄn hoån, tuyén tfnh vä tfnh döå xüng 4.2.2.Tdng ch4p vöng 4.2.3 MQt s6tfnh chå't khåc cåa DFT 4.3 Cåc phddng phåp loc tuyén tfnh dua trén DFT 4.3.1 Sü dyng DFT IQC tuyé'n tfnh 4.3.2 LQCCéc däy c6 dö däi dü li+u 16n 4.4 Phän Cåu tfch tfn hiéu mién tan s6bÄng höi vä bäi tap chüdng DFT DFT - Cäc thuat toån FFT 5.1.1 Phddng phåp tfnh trVc tiép cåa DFT 5.1.2 Phddng phåp chia nhd Cidtfnh DFT 5.1.3 Thuåtto' 5.1.4 Thu4t 5.1.6 Thuc 5.2 Üng FFT cd s62 toån FFT cd sư'4 hien cåc thu4t tổn FFT dung cåa cåc thu4t toån FFT 275 275 281 286 290 291 294 298 309 309 310 311 317 326 330 5.2.1.Tfnh tổn hiéu q DFT cåa hai däy sư'thuc 332 332 5.2.2.Tfnh tổn hiéu q DFT cåa däy sư'thuc 2N didm 333 5.2.3.Sü dung thu4t toån FFT IQC tuyén tfnh vå tüdng quan 334 5.3.Sü dyng phddng phåp IQC tuyén tfnh dd tfnh DFT 5.3.1.Thu4t Cåu 262 267 273 305 Chucng cÅc THUAT TỔN BIEN Dưl NHANH FOURIER 5.1 Tfnh toån nhanh 262 toån Goertzel håi vä bäi tap chüdng TAI LI@IJTHAM KHÅo 335 336 Lòl DÂU Mdc dù vê bdn chdt tV nhiên hâu hêỵ cdc tin hiêu thVc tê'dêu cé dgng ttdng tV, vêy xù 15'tin hi?u s61gi mât phtdng phdp hay dit@cst dvng tin hiêu Diêu phdt Sinh nhiêu nguyên nhân: viêc xù 155 I Nguyên nhân tht nhdt dé cdc thơhg sơ'lêp trình dit@c tơ rat mêm dèo can thvc, hiên mât sô' thay ddi viêc xt loftin hiêu thông qua viêc sta ddi chûdng trình dang dt@cdp dung Dơỵ v6i cdc thơhg xù If tin hiêu ttdng tet diêu së dơn dê'n viêc thay doi câu hình cüa thiêỵ bi ề vêy thơhg can phdi ditqc thidt kê'và tht nghiêm lgi dd cé thdddp tng dü@cyêu câu mû Khi xt If tin hiêu thi dê chinh xdc cỹng dụng mõt vai trũ rdt quan trỗng viêc xdc dinh cau hình cüa bê xt If tin hiêu Dơỵ_Véicdc mgch tûdng tV thi sv dao dêng gid tri cüa cdc phân tt cdc diêu kiên khdch quan mot trÒ nggi rdt Idn can kiêm sodt dê chinh xdc cüa cdc thôhg xù Ij tin hiêu dgng Tuy vêy, dê chinh xdc lgi cé th/dit@c kiêm sodt Dơỵ va cdc sai sơ' ttdng dơỵ nhd cdc thơhg xù If tin hiêu thơhg dê chinh xdc phân Ibn chi phv thuêc vào dé chinh xdc cüa bê chuyên ddi tit@ngtV/s6(A/D) cüa bê xt Ij tin hiêu sô.' Nguyên nhân tht ba dôn dê'nviêcst dyng thôhg xt If tin hiêu s6d6 cdc tin hiêu d dỗzngny cụ thờ9dộ dng dit@cItu trt trờn cdc phttdng tien nhzt bdng, dia tùmà không dôn dêh dê'n sv mdt mdt hc sai lech vê thơng tin (ngồi cdc sai lêch duqc Sinh bÒidé chinh xdc cùa bê chuydn ddi A/ D cüa bê xt Ij sô) Diêu cho phép cdc tin hiêu s6c6 th/ dé dàng dt@C mang di nhiêu ndi vêy cé thddU@cxt lofthơng qua phüdng phdp mơ phịng cdc phịng thi nghiêm trudc chê' tgo cdc thôhg Thêm vào dé viêc xt If tin hiêu sơ'Ị dgng phtc tỗp van cộ th' dit@cthVc hiờn thụng qua cdc thuêt todn thic}ehep Day Uà diêu kh6 nhiêu không thetc hiên dit@ctrên cdc thông xù Ij tin hiQu titdng tV cdc thao tdc xt If khdc Do cé th/ thay ddi mot cdch mêm déo dơỵ nên so vbi thơhg tztdng tet thi thôhg xt Ij tin hiëu cé gid thành ré hdn Trudc dây, tơ'cdé thVc hiên cùa mdy tinh cịn chém nên viêc xt Ij tin hiêu sdc6 nht@cdiêm thịi gian thvc hiên khơng thvc Diêu dơ dlt@ckhdc phvc thÙigian gan day Tt ndm 1982 vÛisv phdt triên cüa công nghê vi diên tt, nhiêu vngch vi dien tt chuyên dvng vbi nhiêu chtc ndng dô duqc thiê't kê' st LY TiN HIÉU S6 dyng réng räi vöi gid thånh hg nhtt TMS 320, NEC 7720 v.v Våi töédé cao, cåc vi mgch nåy ditgc sit deng rdt hiéu quå vi,ecxü' IYtin hi?u sdå th&igian thvc Didu nåy dä låm cho ky thuét xå' IYtin hi?u sö'cö thé9ctttQcåp deng réng räi nhi6u linh vVckhåc Hi?n ky ithuét xå IYtin hiéu sö'dang dttqc st? deng rdt hi?u quå viéc xÜtIYtinh dgng,ahogt hinh), thiéi bi lu&ng, diéu khidn (phån tich Phd, didu khién vi tri vå töé dé, lec nhiéu, giåm tié'ng ön ), xü IYtiéhg nöi, (nhén dgngtié'ng nöi, am thånh sö), quån (truyön thöng, bdo m@t, If tin hi?u rada, sonar v.v.) L'å vién thöng y Sinh hoc Nhzt véy, cö thé' thdy rang th&idgi ngåy ky thu@txdt tm hi?u sö mang mét tam quan treng déc biét vå véy vi?c näm vüng cåc kié'n thüc vé van dd nåylå hé't süc can thiéi Giåo trinh "Xå IS'tin hi?u söl'duqc bién sogn nham phyc mec dich nöi trén vå chüng töi hy veng rang phån nåo sé dåp üng duec nhu cåu cåa cdc bgn Sinh vién vå nhiéu döi tztQngjehåc quan tam dé'n Iinh vVcnåy Giåo trinh bao göm chztdng ChztdngI giöi thiéu vé tin hi?u rgé theo th&igian, cåc déc trztng cåa h? thöhg tuyé'n tinh bdt bié'n theo th&igian vå cåch xåc dinh dåp tng xung cåa cåc h? thdng tuyé'n tinh bdt bié'n theo th&igian thöng qua cöng thüc tong chäp.Trong chztdngnåy cüng dd cép din phtdng 'trinh sai phån tuyé'n tinh he sö häng nhzt lå mét déc trztng Clia h? thö'ng tuyé'ntinh bdt bié'n.Biéh ddi Z nhu Iå mét cöng cw dd phån tich h? thöhg tuyé'n tinh bdt bié'n duec mö td tLtdnÅdöi chi tiéi chitdng 11 Trong chUdng nåy ben dec sé låm quen vÖi cåc phép Lbié'n ddi Z thu@nvå ngUQc.Chuang Ill igiöi thiéu cåc kVn thüc vé chum •vå bVn döi Fourier cåa cåc tin hiéu lién tec vå rgc theo th&igian tn hổn vå khưng tn hổn cüng nhu viéc phån tic)? he thö'ng midn tan sdthöng qua håm dåp üng 'tan sö.' Trong chUdng 111cüng dé cép dé'n mét sö"phucng phåp don gidn dé0thiét ké' cåc bé lec vƯi ddp ztng xung cư dé dåi hüu hen vå vö hgn ChUdng IV gidi thiéu vé bié"n ddi Fourier rgc (DFT) vå mö tå hai phtdng phåp st deng DFT dd thVc hién viéc lec tuyén tinh Viéc sit dyng DFT ddphån tich tin hiéu midn tan sö'cüng duec dd dé'ntrong chUdng nåy Trén cd så cåa.DFT, qua chUdng V bgn dec sé 10m quen vƯimét s6phUdngphåp vå thu@ttổn bitn adi nhanh Fourier nhtt thu@ttổn cd Sd hai vå cd sö'bdn phån chia theo thåi gian hc tan sdcüng nhtt tht tổn Goertzel Do khn khdcư hen nén tåi lieu chi trung giƯi thiQu cåc kié"nthüc cd bdn vé xdtl' tin hi?u sö',tuy chüng töi hy veng rang tåi lieu sé phån nåo dåp ztng duec sVguan tåm cåa cåc bgn Méc db dä héi süc cö gäng qua trinh bién sogn nhung chäc chän tåi lieu sé khöng trånh duec cåc sai söt, chüng töi Xin chån thånh cåm Onmpi y kié'n döng göp cåa bgn dec dé cåc Iån tåi bdn sau tåi lieu duec bon, Mei y kié'n döng göp Xin gdti vé,'Nhå hod?? xudt bdn Khoa hQC,va KY thu@t - 70 Tran Hung Dgo, Hå Néi, Tåc gid