Microsoft PowerPoint Lecture 01 1 Signal & Systems Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester 02/09 10 404001 Tín hiệu và hệ thống � CBGD Trần Quang Việt � Liên hệ Bộ môn CSKTĐ – P 104 nhà B3 � Email tq[.]
404001 - Tín hiệu hệ thống CBGD: Trần Quang Việt Liên hệ : Bộ môn CSKTĐ – P.104 nhà B3 Email : tqviethcmut@gmail.com ; tqviet@hcmut.edu.vn Tài liệu tham khảo [1] B P Lathi, Signal Processing and Linear Systems, Berkeley-Cambridge Press, 1998 [2] A V Oppenheim, Signals and Systems, Prentice-Hall, 1983 [3] Phạm Thị Cư, Lý Thuyết Tín Hiệu, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2005 Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 404001 - Tín hiệu hệ thống Đánh giá: Bài tập (Quiz, In-Class) : 20% - Quiz (15-30 phút): chiếm 80%; bàichọn maxTB - In-Class : chiếm 20% ; gọi lên bảng TB Kiểm tra kỳ (Mid) : 20% Thi cuối kỳ : 60% Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 404001 - Tín hiệu hệ thống Lecture-1 Giớ Giới thiệ thiệu tín hiệ hiệu hệ thố thống Giớ Giới thiệ thiệu chung Tín hiệ hiệu phân loạ loại tín hiệ hiệu Các phé phép tố tốn tín hiệ hiệu Các loạ loại tín hiệ hiệu thơng dụng Hệ thố thống phân loạ loại hệ thố thống Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Giới thiệu chung Biểu diễn tín hiệu theo thời gian Biểu diễn tín hiệu miền tần số Phân tích hệ thống tuyến tính miền tần số Điều khiển hệ thống tuyến tính miền tần số Thiết kế lọc miền tần số Lấy mẫu xử lý số tín hiệu Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Biểu diễn tín hiệu theo thời gian Thơng thường tín hiệu chuỗi giá trị theo thời gian Việc mô tả có ý nghĩa việc xác định việc diễn thời điểm cụ thể, nhiên không mơ tả tồn đặc tính tín hiệu Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Biểu diễn tín hiệu miền tần số Biểu diễn tín hiệu thành tổng tín hiệu hình sin Tín hiệu có thành phần tần số, tần số ω2 chiếm ưu thế; đóng góp ω1 & ω3 Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Biểu diễn tín hiệu miền tần số Khác biệt với biểu diễn tín hiệu theo thời gian: • Khơng quan tâm giá trị tín hiệu thời điểm cụ thể • Quan tâm tới độ lớn thành phần tần số ảnh hưởng chúng lên tín hiệu • Mỗi tín hiệu có đặc tính tần số riêng Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Biểu diễn tín hiệu miền tần số Tại phải dùng biểu diễn tín hiệu miền tần số? • Đơn giản cho việc biểu diễn & phân tích tín hiệu phức tạp Hợp âm piano • Nhiều hệ thống phân tích đơn giản nhờ cách biểu diễn (các hệ thống tuyến tính) • Cho thấy đặc tính hệ thống Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Phân tích hệ thống tuyến tính miền tần số Nhiều hệ thống thực tế tuyến tính mơ hình dạng tuyến tính ví dụ: muốn dự đốn chuyện xảy lái xe qua chướng ngại vật Chướng ngại vật mơ hình dạng hàm nấc Tính động lực học xe điều khiển theo phương trình dạng vi phân (rất khó giải cho tín hiệu bất kỳ) Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Phân tích hệ thống tuyến tính miền tần số Biểu diễn tín hiệu miền tần số giải tốn miền tần số cho ta kết dễ dàng; từ ta dự đốn chuyện xảy ra!!! Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Điều khiển hệ thống tuyến tính miền tần số Trên thực tế ta muốn hệ thống làm việc cách tự động • Độ cao máy bay • Xe với vận tốc cố định • Căn phịng trì nhiệt độ cố định Ví dụ: điều khiển xe với tốc độ cố định cho trước • Nhiều gas speed up • You khép kín vịng ĐK • You làm gì? Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Điều khiển hệ thống tuyến tính miền tần số • You làm gì? thực tế cần hệ thống tự động? Phân tích miền tần số giải thích cách thiết kế hệ thống mong muốn!!! Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Thiết kế lọc miền tần số Có nhiều hệ thống tuyến tính đóng vai trị lọc; lọc ứng dụng rộng rãi thực tế: • Audio: speech, music • Image, video • Viễn thông : AM, FM,… • Y học: lọc tín hiệu từ cảm biến Việc phân tích thiết kế lọc thực miền tần số!!! Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Thiết kế lọc miền tần số Ví dụ: Xử lý tín hiệu điện tim (ECG) • Tín hiệu x(t) = tín hiệu điện tim (cardiac signal)+ nhiễu (noise) • Bô lọc để loại nhiễu cần hiểu rõ đặc tính tần số tín hiệu Bộ lọc (Filter) Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Thiết kế lọc miền tần số Unfiltered signal Filtered signal Filtered signal Unfiltered signal Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Lấy mẫu xử lý số tín hiệu Kỹ thuật số phát triển thuận tiện cho việc phân tích tín hiệu thiết kế hệ thống Cần chuyển tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc Lấy mẫu • Tần số lấy mẫu để khơi phục lại tín hiệu? • Những ảnh hưởng việc lấy mẫu & cách khắc phục? Các vấn đề đặt giải dễ dàng phân tích tín hiệu hệ thống miền tần số Các vấn đề xử lý số tín hiệu dựa sở xử lý tín hiệu tương tự Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Tín hiệu phân loại tín hiệu Thơng thường tín hiệu tín hiệu truyền thơng tin tức Tín hiệu radio Tín hiệu truyền hình (broadcast or cable TV) Tín hiệu audio Tín hiệu dịng điện điện áp mạch điện Một cách tổng quát: đại lượng đo đạc xem xét tín hiệu: Nhiệt độ Sự tập trung enzyme tế bào Tỷ giá đồng dollars so với đồng euros Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Tín hiệu phân loại tín hiệu Độ lớn tín hiệu xác định thơng qua thơng số: ∞ Năng lượng: E f = ∫−∞ | f (t ) |2 dt Ef = ∫ ∞ −∞ ∞ −1 f (t )dt = ∫ 4dt + ∫ 4e− t ⇒ Ef = Công suất: Pf = lim T →∞ T /2 | f (t ) |2 dt ∫ − T / T (Điều kiện tồn tại: tín hiệu tuần hồn hàm thống kê thơng thường) Cơng suất tín hiệu tuần hồn: Pf = Pf = T /2 | f (t ) |2 dt T ∫−T / 1 1 | f (t ) |2 dt = ∫ t dt = ∫ − − 2 Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Tín hiệu phân loại tín hiệu Thứ nguyên lượng công suất: Ef lượng thực tế, mà lượng tiêu tán tải 1-ohm thứ nguyên phụ thuộc vào f(t): V2s or A2s Pf công suất thực tế, mà công suất tiêu tán tải 1-ohm thứ nguyên phụ thuộc vào f(t): V2s or A2s Phân loại tín hiệu: có nhiều cách phân loại tín hiệu Tín hiệu liên tục tín hiệu rời rạc Tín hiệu tương tự tín hiệu số Tín hiệu tuần hồn tín hiệu khơng tuần hồn Tín hiệu lượng tín hiệu cơng suất Tín hiệu xác định tín hiệu ngẫu nhiên Tín hiệu nhân tín hiệu khơng nhân Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Tín hiệu liên tục tín hiệu rời rạc Tín hiệu liên tục: có giá trị cụ thể thời điểm Tín hiệu rời rạc: có giá trị cụ thể thời điểm rời rạc Tín hiệu liên tục Tín hiệu rời rạc Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 10 Tín hiệu tương tự tín hiệu số Tín hiệu tương tự: có vơ số giá trị biên độ Tín hiệu số: có số giá trị biên độ hữu hạn (M-ary, M=2 binary) amplitude f(t) (b) (a) Analog vs digital t time (d) (c) Continuous-time vs discrete-time Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10 Tín hiệu tuần hồn tín hiệu khơng tuần hồn f(t) tuần hoàn với T>0 f(t) = f(t+T) với t f(t) t Giá trị nhỏ T gọi chu kỳ f(t) f(t) tín hiệu khơng tuần hồn khơng tồn giá trị T thỏa tính chất Tín hiệu tuần hồn tín hiệu vơ hạn, i.e, tín hiệu tồn với: -∞