Chương 2 Các Dạng Tín Hiệu Trong Thông Tin Vô Tuyến Bài Giảng Cơ Sở Kỹ Thuật Thông Tin Vô Tuyến

Slide 1 1Nguyễn Viết Đảm Fundamentals of Wireless Communication KHOA VIỄN THÔNG 1 Chương 2 BÀI GIẢNG CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN VÔ TUYẾN Hà nội 04 2017 CÁC DẠNG TÍN HIỆU TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Nguyễn[.]

Fundamentals of Wireless Communication KHOA VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN VÔ TUYẾN Chương CÁC DẠNG TÍN HIỆU TRONG THƠNG TIN VƠ TUYẾN Nguyễn Viết Đảm Khoa Viễn thơng HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Địa chỉ: PTIT- Km10- Đường Nguyễn Trãi, Quận Hà đông, Thành phố Hà nội Điện thoại: 0912699394 Email: damnvptit@gmail.com HàNguyễn nội 04-2017 Viết Đảm Fundamentals of Wireless Communication NỘI DUNG 2.1 Mở đầu 2.2 Các dạng hàm tín hiệu 2.3 Hàm tự tương quan mật độ phổ cơng suất 2.4 Tín hiệu ngẫu nhiên 2.5 Tín hiệu nhị phân băng gốc 2.6 Tín hiệu băng thông 2.7 Ảnh hưởng hạn chế băng thông định lý Nyquist 2.8 Ảnh hưởng đặc tính đường truyền 2.9 Câu hỏi tập Nguyễn Viết Đảm Fundamentals of Wireless Communication 2.2 Tín hiệu phân loại tín hiệu (1/7)  Phân loại sở tiêu chí: Tín hiệu có giá trị thay đổi theo thời gian => Tín hiệu tương tự, tín hiệu số Mức độ mơ tả dự đốn tính cách hàm => Tín hiệu tất định tín hiệu ngẫu nhiên Thời gian tồn tín hiệu (hàm) => hàm độ, hàm vơ tận (tuần hồn) Tín hiệu kiểu lượng, tín hiệu kiểu cơng suất Nguyễn Viết Đảm Fundamentals of Wireless Communication 2.2 Tín hiệu phân loại tín hiệu (2/7) (1) Thay đổi giá trị theo thời gian: Tương tự: Hàm liên tục theo thời gian, xác định thời điểm, nhận giá trị dương, không âm (thay đổi từ từ tốc độ thay đổi hữu hạn) Số: Hàm nhận tập hữu hạn giá trị dương, không hay âm (thay đổi giá trị tức thì, thời điểm thay đối tốc độ thay đổi vơ hạn cịn thời điểm khác không), điển hinhg hàm nhị phân Rời rạc: Tín hiệu x(kT) tồn xác định thời điểm rời rạc, đặc trưng chuỗi số Nguyễn Viết Đảm Fundamentals of Wireless Communication 2.2 Tín hiệu phân loại tín hiệu (3/7) (2) Mức độ mơ tả, dự đốn tính cách tín hiệu: Tín hiệu tất định: Xác định giá trị thời điểm mô tả biểu thức tốn rõ ràng, VD x(t)=5cos(10t) Tín hiệu ngẫu nhiên: Tồn mức độ bất định trước thực xảy ra, khơng thể biểu diễn biểu thức toán rõ ràng, xét khoảng thời gian đủ dài dạng sóng ngẫu nhiên coi q trình ngẫu nhiên có thể: (i) biểu lộ qui tắc đó; (ii) mơ tả dạng xác suất trung bình thống kê Cách mơ tả dạng xác suất q trình ngẫu nhiên thường hữu hiệu để đặc tính hóa tín hiệu, tạp âm, nhiễu, hệ thống truyền thơng Nguyễn Viết Đảm Fundamentals of Wireless Communication 2.2 Tín hiệu phân loại tín hiệu (4/7) (3) Thời gian tồn tín hiệu: Quá độ: tín hiệu tồn khoảng thời gian hữu hạn Vơ tận: tín hiệu tồn thời điểm, thường dùng để mô tả hoạt động hệ thống trạng thái ổn định (VD:hàm tuần hoàn, hàm vơ tận có giá trị lặp khoảng quy định, x(t) = x(t+T0) với -∞ < t < ∞) Nguyễn Viết Đảm Fundamentals of Wireless Communication 2.2 Tín hiệu phân loại tín hiệu (5/7) Công suất tức thời p(t) điện trở R v (t ) p (t )   i (t ).R R R 1 c«ng suÊt chuÈn hãa x(t) điện áp dòng điện p (t ) x (t ) Năng lượng công suất trung bình tín hiệu tiêu tán khoảng -T/2 đến T/2 E T x T P  Ex  T T T x T /2 T /2  x (t )dt T /2 T /2 x (t )dt Nguyễn Viết Đảm Fundamentals of Wireless Communication 2.2 Tín hiệu phân loại tín hiệu (6/7) Tín hiệu lượng  Ex  lim  T /2 T  T /  x (t )dt   x (t )dt Năng lượng tín hiệu toµn bé thêi gian Thực tế, thường phát tín hiệu có lượng hữu hạn (0được gọi tạp âm trắng   x 2  f X (x )  exp      2      N f N0 [w/Hz] Mật độ phổ công suất N x Hàm mật độ xác suất N0 Hàm tự tương quan Nguyễn Viết Đảm 35 Matlab Fundamentals of Wireless Communication 2.8 Ảnh hưởng đặc tính đường truyền (5/12) Tạp âm phân bố Gausơ  2   x  E[X ] 2    x 2  1 f X ( x)  exp     exp         2   E[x]=0  2         X(t) 0,606fX (0 ) f X ( x)dx dx 0,135fX (0 ) -2 -1 t x f X ( x)  1,0 0,977 0,841 Điện áp tạp âm Gauss hàm mật độ xác suất 0,5 Hàm FX(x) cho biết xác suất điện áp tạp âm thấp mức x 0,159 0,023 x  Hàm phân bố xác suất mật độ xác suất tạp âm Gauss FX ( x)  P( X  x)   2 trong®ã: Erf ( z )  Nguyễn Viết Đảm  z   u 2   exp     du    x  exp{u }du; víi z=   x 1 1  erf    2  36     Fundamentals of Wireless Communication 2.8 Ảnh hưởng đặc tính đường truyền (6/12)  Tạp âm trắng Mật độ phổ công suất N0 Tự tương quan Tạp âm trắng Hiệu số thời gian  Tần số Mật độ phổ công suất N0 Tự tương quan N0 w Tạp âm trắng băng thông hạn chế   N0 / 2, N ( f )    0, -W Nguyễn Viết Đảm W f W f W Tần số 37 Fundamentals of Wireless Communication 2.8 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TÍNH ĐƯỜNG TRUYỀN (7/12) Kênh AWGN truyền dẫn tín hiệu nhị phân qua kênh AWGN y(t) Si (t) A x(t), -A x(t), x(t) 1 y A    ph¸t tÝn hiƯu ph¸t tÝn hiƯu   fY ( y |1)  e 2 2 1-pe(1) 1 Pe(1) Đầu vào điều chế 1 y A      fY ( y | 0)  e 2 2 Đầu giải điều chế Pe(0) p(1|0) p(0|1) pe (0) pe (1) pe 1-pe(0) p(0)pe (0) pe (1) -A (bit 1) p(1|1) p(0|0) Pe (0)  p (0) e p(1)pe (1) pe 2 e y A u u Quyết định: y(t) e y A 2 dy u Nguyễn Viết Đảm e Pe (1)   dy pe (1) dy   e 2 2  Kênh nhị phân đối xứng (BSC) u 1 y A    u A (bit 0) U=0 y A 1 y A      e 2 u, định " " u, định " 1" u, dy y e z2 dz dy Q A A 38 Fundamentals of Wireless Communication 2.8 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TÍNH ĐƯỜNG TRUYỀN (7/12) ( y e  N0 Biên giới định Eb )2 / N fY ( y | 0)  ( y e  N0 Eb )2 / N0  A A y fY ( y |1)  t Nguyễn Viết Đảm 39 Fundamentals Wireless Communication XÁC SUẤT LỖI KHI TRUYỀN TÍNofHIỆU NHỊ PHÂN QUA KÊNH AWGN (8/12) fY ( y |1)  e 2 1 y A     2   Hàm mật độ xác suất tín hiệu thu phát bit (-A) u Pe (0)  e 2   pe u e Hàm mật độ xác suất tín hiệu thu phát bit (A) -A (bit 1) e 2 fY ( y | 0)  1 y A     2   y A u pe (0) 1 y A     2    Pe (1)   dy u dy A (bit 0) U=0 e y A 2 dy u pe (1) Nguyễn Viết Đảm e e 2 y A y 1 y A     2   dy e dy z2 dz Q A A 40 Matlab Fundamentals of Wireless Communication 2.8 Ảnh hưởng đặc tính đường truyền (9/12)  erfc  u   e dz    u  u   Q u  erfc       z 2    Q u   e dz   2 u    z2 Xác suất lỗi truyền tín hiệu nhị phân có biên độ {±A} qua kênh AWGN có phương sai tạp âm σ là: pe Q A erfc A Đặc điểm kênh AWGN: (i) không nhớ; (ii) phân bố Gausơ; (ii) mật độ phổ công suất N0/2 phân bố toàn dải tần xét; (iv) tác động lên tín hiệu truyền qua kênh theo tốn tử cộng 41 Nguyễn Viết Đảm Fundamentals of Wireless Communication 2.8 Ảnh hưởng đặc tính đường truyền (10/12) Truyền dẫn tín hiệu qua hệ thống tuyến tính –Tín hiệu tất định: –Tín hiệu ngẫu nhiên: Y f Y f X f H f X f H f •Truyền dẫn khơng méo (lý tưởng): Mọi thành phần tần số tín hiệu không đến với trễ thời gian, mà khuyếch đại suy hao Nguyễn Viết Đảm 42 Fundamentals of Wireless Communication 2.8 Ảnh hưởng đặc tính đường truyền (11/12)  Méo dạng sóng đặc tuyến tần số đường truyền  Đặc tính pha tần Dạng sóng khơng méo Dạng sóng méo Điện áp xung 2A () Tần số góc  a) Đặc tính pha tần A Thời gian t b) Biến đổi dạng sóng Méo dạng sóng xung đặc tính pha Nguyễn Viết Đảm 43 Fundamentals of Wireless Communication 2.8 Ảnh hưởng đặc tính đường truyền (12/12)  Méo dạng sóng đặc tuyến tần số đường truyền  Đặc tính biên tần A( Tần số góc  a) Đặc tính biên tần Điện áp xung Dạng sóng khơng méo Dạng sóng méo 2A A b) Biến đổi dạng sóng Thời gian t Méo dạng sóng xung ký hiệu ảnh hưởng trực tiếp đến BER Nguyễn Viết Đảm 44 Matlab Fundamentals of Wireless Communication 2.9 Phương pháp biểu diễn phân tích đánh giá tín hiệu điển hình (1/3) Mẫu bit Mã nhị phân sau lọc Mã nhị phân NRZ trước lọc Độ mở hình mắt đứng 000 Điện áp đỉnh H 001 010 Độ mở hình mắt ngang 011 Thời điểm phân biệt 100 101 Hình 2.18a Biểu đồ mắt thực tế 110 111 Xp chng Biểu đồ mắt Thi im ly mu lý tưởng Thời điểm lấy mẫu lý tưởng (vị trí mắt mở cực đại) Hình 2.18b Mẫu hình mắt bị giảm chất lượng Hình 2.17 Biểu đồ mắt tín hiệu trước sau lọc Nguyễn Viết Đảm 45 Fundamentals of Wireless Communication 2.9 Phương pháp biểu diễn phân tích đánh giá tín hiệu điển hình (2/3) Sự nhạy cảm với sai lệch đồng hồ Thời điểm lấy Méo điểm mẫu tối ưu cắt không Lượng méo đỉnh Dự trữ tạp âm Ảnh hưởng ISI lên độ mở mẫu mắt Nguyễn Viết Đảm 46 Fundamentals of Wireless Communication 2.9 Phương pháp biểu diễn phân tích đánh giá tín hiệu điển hình (3/3) Điểm tín hiệu tạo khoảng thời gian Ts = 2Tb (từ t1 đến t2) Q t7 t t6 t5 t4 t3 t2 t1 Q I -1 Ts =2Tb t1 t2 t3 t4 t5 Nguyễn Viết Đảm t (I theo t) Hệ toạ độ ba chiều thể quan hệ giữa: dạng sóng biểu đồ tán xạ t6 ) oI the t6 (Q (Q theo t) -1 Ts =2Tb I I t Q Điểm tín hiệu tạo khoảng thời gian Ts=2Tb (từ đến t1) 47 ... DUNG 2. 1 Mở đầu 2. 2 Các dạng hàm tín hiệu 2. 3 Hàm tự tương quan mật độ phổ cơng suất 2. 4 Tín hiệu ngẫu nhiên 2. 5 Tín hiệu nhị phân băng gốc 2. 6 Tín hiệu băng thông 2. 7 Ảnh hưởng hạn chế băng thông. .. loại tín hiệu cơng suất;  Các tín hiệu tất định khơng tuần hồn thuộc loại tín hiệu lượng Nguyễn Viết Đảm Fundamentals of Wireless Communication 2. 2 Tín hiệu phân loại tín hiệu (7/7) (4) Tín hiệu. .. vi ba số  Các tín hiệu thể xử lý bị lỗi hay xấp xỉ hố như:  Các tín hiệu sinh xử lý tín hiệu để truyền dẫn dẫn đến phát tín hiệu khác với tín hiệu mà người phát định phát  Các tín hiệu sinh