Bài giảng thông tin số

Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số Bài 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Nội dung: 1. Quá trình phát triển 2. Hệ thống thông tin số 3. Tín hiệu và phân tích tín hiệu 4. Tín hiệu ngẫu nhiên Nội dung: 1. Quá trình phát triển 2. Hệ thống thông tin số 3. Tín hiệu và phân tích tín hiệu 4. Tín hiệu ngẫu nhiên 1 1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN Sơ lược quá trình phát triển các hệ thống thông tin số: - Năm 1837: Samuel Morse (1791-1872, American): phát triển hệ thống điện báo Hệ thống này sử dụng các chấm (dot) và gạch (dash) để biểu diển các ký tự. Đây được xem là hệ thống liên lạc số ra đời sớm nhất. - Năm 1875: Emile Baudot (1845 -1903, French): đưa ra hệ thống mã mới, mã Baudot, sử dụng các từ mã có chiều dài bằng 5 để mã hóa các ký tự. - Năm 1940 -> nay: Nền tảng bắt đầu hệ thống thông tin số hiện đại khi Nyquist xác định tốc độ tín hiệu tối đa khi truyền qua kênh truyền. Sau đó, Nyquist & Hartley đưa ra kết luận: tồn tại tốc độ dữ liệu tối đa để truyền thông qua kênh có độ tin cậy xác định. Shannon đưa ra những giới hạn cơ bản của hệ thống và công thức về dung lượng kênh truyền. Shannon & Hamming xây dựng các mã phát hiện lỗi và sửa lỗi -> kích thích việc nghiên cứu và có rất nhiều phương pháp mã hóa ra đời, …… Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số Sơ lược quá trình phát triển các hệ thống thông tin số: - Năm 1837: Samuel Morse (1791-1872, American): phát triển hệ thống điện báo Hệ thống này sử dụng các chấm (dot) và gạch (dash) để biểu diển các ký tự. Đây được xem là hệ thống liên lạc số ra đời sớm nhất. - Năm 1875: Emile Baudot (1845 -1903, French): đưa ra hệ thống mã mới, mã Baudot, sử dụng các từ mã có chiều dài bằng 5 để mã hóa các ký tự. - Năm 1940 -> nay: Nền tảng bắt đầu hệ thống thông tin số hiện đại khi Nyquist xác định tốc độ tín hiệu tối đa khi truyền qua kênh truyền. Sau đó, Nyquist & Hartley đưa ra kết luận: tồn tại tốc độ dữ liệu tối đa để truyền thông qua kênh có độ tin cậy xác định. Shannon đưa ra những giới hạn cơ bản của hệ thống và công thức về dung lượng kênh truyền. Shannon & Hamming xây dựng các mã phát hiện lỗi và sửa lỗi -> kích thích việc nghiên cứu và có rất nhiều phương pháp mã hóa ra đời, …… 2 2. HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống thông tin tổng quát: Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 3 Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống thông tin số: Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 2. HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ 4 3. TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Định nghĩa tín hiệu: Tín hiệu là một biểu diễn vật lý của thông tin, biến thiên theo thời gian, không gian hay các biến độc lập khác. Ví dụ: Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 5 2 ( ) 10 ( , ) 3 2 5 s t t s x y x xy y     3. TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Phân loại tín hiệu: - Tín hiệu đa kênh: được tạo từ nhiều nguồn tin khác nhau - Tín hiệu một chiều: tín hiệu là hàm theo một biến đơn - Tín hiệu M chiều: tín hiệu là hàm theo M biến - Tín hiệu thực hay phức Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số Phân loại tín hiệu: - Tín hiệu đa kênh: được tạo từ nhiều nguồn tin khác nhau - Tín hiệu một chiều: tín hiệu là hàm theo một biến đơn - Tín hiệu M chiều: tín hiệu là hàm theo M biến - Tín hiệu thực hay phức 6 3. TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số Tín hiệu xác định - Biết rõ sự biến thiên của tín hiệu theo thời gian - Biết rõ giá trị của tín hiệu tại tất cả các thời điểm - Mô hình toán học: biểu diễn bằng hàm theo biến t hoặc đồ thị Tín hiệu ngẫu nhiên - Không biết chắc chắn về sự biến thiên của tín hiệu - Không biết chắc giá trị của tín hiệu trước khi nó xuất hiện - Mô hình toán học: biểu diễn bằng xác suất hoặc các trị trung bình thống kê 7 Tín hiệu xác định - Biết rõ sự biến thiên của tín hiệu theo thời gian - Biết rõ giá trị của tín hiệu tại tất cả các thời điểm - Mô hình toán học: biểu diễn bằng hàm theo biến t hoặc đồ thị Tín hiệu ngẫu nhiên - Không biết chắc chắn về sự biến thiên của tín hiệu - Không biết chắc giá trị của tín hiệu trước khi nó xuất hiện - Mô hình toán học: biểu diễn bằng xác suất hoặc các trị trung bình thống kê 3. TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số • Tín hiệu tuần hoàn: - Lặp lại theo một chu kỳ nào đó • Tín hiệu không tuần hoàn: - Không có sự lặp lại 0 s(t) = s(t + T ) for - < t <  8 • Tín hiệu tuần hoàn: - Lặp lại theo một chu kỳ nào đó • Tín hiệu không tuần hoàn: - Không có sự lặp lại 3. TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Tín hiệu vật lý và tín hiệu toán học: Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 9 3. TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Tín hiệu liên tục, rời rạc, lượng tử và số Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 10 [...]... dt T /2 S ( f )df 2 S ( f )df 0 14 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 3 TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Băng thông của tín hiệu: Băng thông -3dB PSD Băng thông null-to-null Băng thông -35dB Băng thông -50dB f0 15 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 3 TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Tự tương quan (Autocorrelation): • Tín hiệu năng... viễn thông Thông Tin Số 4 TÍN HiỆU NGẪU NHIÊN (RANDOM SIGNAL) Nhiễu trong hệ thống thông tin : • Nhiễu: tín hiệu không mong muốn có mặt trong hệ thống • Nguyên nhân sinh ra nhiễu: nhân tạo và tự nhiên • Nhiễu nhiệt: do chuyển động hỗn loạn của các e- trong các vật dẫn • Mô tả nhiễu nhiệt: f (x) 1 exp 2 1 x 2 2 Phân bố Gausse 20 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số... viễn thông Thông Tin Số 2 KỸ THUẬT ĐiỀU CHẾ XUNG MÃ PCM KHỐI LẤY MẪU (SAMPLER) Tín hiệu điều chế biên độ xung PAM (Pulse Amplitude Modulation) có dạng đỉnh phẳng (flat top) Định lý lấy mẫu: 3 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số KHỐI LƯỢNG TỬ HÓA (QUANTIZER) Minh họa hoạt động lượng tử hóa 4 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số KHỐI... viễn thông Bài 1 Thông Tin Số SỐ HÓA VÀ ĐỊNH DẠNG Nội dung: 1 Giới thiệu 2 Kỹ thuật điều chế xung mã PCM 3 Đặc điểm tín hiệu PCM 4 Lượng tử hóa và mã hóa không đều 5 Định dạng tín hiệu số 1 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 1 GiỚI THIỆU -Số hóa tín hiệu tương tự (Digitalize) - Định dạng tín hiệu số (Format) 2 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông. .. Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 3 TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Phổ của tín hiệu tuần hoàn – Chuỗi Fourier: Tín hiệu tuần hoàn s(t) chu kỳ T0: Ane j 2 s(t ) n t / T0 n An S( f ) 1 T0 T0 / 2 s(t )e j 2 n t / T0 dt An e j An T0 / 2 s(t )e j 2 ft Phổ biên độ: chẵn dt S( f ) e j S( f ) Phổ pha: lẻ 13 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 3 TÍN HiỆU VÀ PHÂN...Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 3 TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Các đại lượng đặc trưng: - Độ dài - Trị trung bình của một tín hiệu: - Trị trung bình của tín hiệu tuần hoàn: - Trị trung bình của một tín hiệu vật lý: - Thành phần DC 11 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 3 TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Tín hiệu năng lượng:... ) x 2 (t) 16 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 3 TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Tự tương quan (Autocorrelation): Tín hiệu công suất: R( ) 1 lim T T T/2 x(t)x(t )dt T/2 Tín hiệu thực tuần hoàn: 1 R( ) T0 T0 / 2 x(t )x(t )dt T0 / 2 17 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 4 TÍN HiỆU NGẪU NHIÊN (RANDOM SIGNAL) Các hàm phân bố và mật... tử - viễn thông Thông Tin Số KHỐI MÃ HÓA (ENCODER) - Hoạt động lấy mẫu và lượng tử hóa tạo ra tín hiệu PAM lượng tử hóa là dãy xung rời rạc cách nhau Ts và có biên độ rời rạcvới M mức biên độ - Mỗi mẫu PAM lượng tử hóa được mã hóa thành một từ mã PCM - Gọi n là số bits cần thiết để mã hóa mỗi từ mã PCM, được chọc sao cho: 6 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 3 ĐẶC... pk out 3 M2 1 4( M 2 1) Pe 8 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 4 LƯỢNG TỬ HÓA VÀ MÃ HÓA KHÔNG ĐỀU * Khuếch đại nén phi tuyến gọi là bộ nén (compressor) tại đầu phát * Quá trình giải nén hay giãn (expandor) tại máy thu 9 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 5 MÃ HÓA ĐƯỜNG TRUYỀN (LINE CODE) * Điện áp truyền dẫn và thành phần một... (LINE CODE) * Mã AMI (Alternative Mark Inversion) – Bipolar RZ 13 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 5 MÃ HÓA ĐƯỜNG TRUYỀN (LINE CODE) * Mã AMI (Alternative Mark Inversion) – Bipolar RZ 14 Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 5 MÃ HÓA ĐƯỜNG TRUYỀN (LINE CODE) * Mã Manchester 15 . 9 1 PSD Băng thông -3 dB Băng thông null-to-null Băng thông -3 5dB 15 - 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 f 0 Băng thông -5 0dB 3 dffSdffSdtts T P T T T s 3. TÍN HiỆU VÀ PHÂN TÍCH TÍN HiỆU Băng thông của tín hiệu: Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số - 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 0 0 . 1 0. THÔNG TIN SỐ Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống thông tin tổng quát: Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện tử - viễn thông Thông Tin Số 3 Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống thông tin