cơ sở lý thuyết truyền tin (F6)

MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG - NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN Sơ lược lịch sử phát triển đặc điểm mơn học Có thể nói Hartley người đưa khái niệm số đo lượng thông tin vào năm 1928 Đây khái niệm sở đặt móng cho việc xây dựng lý thuyết thơng tin Những cơng trình Feeb với “cơ sở lý thuyết chọn tuyến tính - 1935”; Komerbteukob với “Lý thuyết chống nhiễu -1946”; Kormozopob, Xuterute, Wiener… Những cơng trình nghiên cứu Shannon, chứng minh loạt định lý khả thông qua kênh truyền có nhiễu có xét đến cấu trúc thống kê tin đánh dấu hồn thiện lý thuyết thơng tin – 1948 Cũng lý thuyết toán học Lý thuyết thơng tin dựa vào mơ hình tốn học đối tượng mà nghiên cứu cụ thể mơ hình tốn học việc truyền, thu, biến đổi xử lý tin Nó tách rời khỏi chất vật lý cụ thể nguồn tin, tin, tín hiệu, kênh truyền… Lý thuyết truyền tin nhánh thực dụng lý thuyết thơng tin mang số đặc điểm lý thuyết thơng tin, tức xét tới mơ tả tốn học tín hiệu, cấu trúc thiết bị thu, nhận, xử lý tin để đạt mục tiêu định (Hình vẽ.) (Hình vẽ) Một số định nghĩa khái niệm a Thông tin (tin tức) Cũng khối lượng lượng, nói thơng tin quảng tính thứ vật chất tồn với tồn vật chất Thơng tin tính chất xác định vật chất mà người hệ thống điều khiển thu nhận từ giới vật chất bên ngồi từ q trình xảy bên Thực chất ngành khoa học khám phá cấu trúc cách thu thập xử lý thông tin Thông tin đa dạng thể nhiều cách: cấu trúc; trình độ tổ chức; thuộc tính b Tin Là dạng vật chất biểu diễn thơng tin Có hai dạng tin bản: tin liên tục, tin rời rạc c Tín hiệu Các đại lượng vật lý biến thiên phản ánh tin cần truyền gọi tín hiệu: Dịng điện, trường điện từ, sóng âm… Khơng phải thân đại lượng tín hiệu mà tham số biến thiên tín hiệu Như tín hiệu hàm thời gian hàm xác định ngẫu nhiên thời gian Sơ đồ khối hệ thống truyền tin Một hệ thống truyền tin gồm khâu sau: Nguồn tin, Máy phát, đường truyền tin, máy thu, nhận tin a Nguồn tin Là nơi sinh tin tức (thơng tin) Nếu tập tin sinh nguồn tin tương ứng nguồn rời rạc Nếu tập tin sinh vơ hạn nguồn tin tương ứng nguồn liên tục Nguồn tin có tính chất sau: + Tính thống kê: Thể chỗ xác suất xuất tin khác khác P(a) ≠ P(b) + Tính hàm ý (tính chất có nhớ): Xác suất xuất tin giống sau dãy tin khác khác P(a/t) ≠ P(a/o) (hình vẽ) b Máy phát Là thiết bị biến đổi tập tin thành tập tín hiệu tương ứng để truyền Yêu cầu phép biến đổi phải đơn trị hai chiều c Đương truyền tin Là môi trường vậ lý tin truyền từ nơi phát đến nơi thu Có hậu tín hiệu đường truyền: + Gây tổn hao lượng + Mất mát thông tin d Máy thu Là thiết bị lập lại (khơi phục lại) tin ban đầu từ tín hiệu nhận nghĩa máy thu thực phép biến đổi ngược lại với phép biến đổi máy phát e Nhận tin Là thiết bị có chức sau: + Ghi giữ tin (Băng ghi, phiếu ghi số liệu…) + Biểu tin (bằng âm thanh, hình ảnh…) + Xử lý tin (do người máy…) f Nhiễu Là tất yếu tố xấu làm ảnh hưởng tới độ xác việc truyền tin, hay nói cách khác tác động gây rối loạn việc thông tin Các tiêu chất lượng hệ thống truyền tin a Tính hữu hiệu: + Tốc độ truyền tin cao (bps) + Truyền đồng thời nhiều tin b Độ tin cậy + Phản ánh độ xác tin truyền (khả chống nhiễu hệ thống truyền tin) Độ tin cậy đánh giá xác suất thu sai Ps c Tính kinh tế Được đánh giá chi phí cho mục đích thơng tin ($/b) d Chỉ tiêu an tồn sử dụng Một số phương pháp biến đổi thông tin số a Định dạng/ mã nguồn - Mã hóa kí tự - Lấy mẫu - Lượng tử hóa - Điều chế mã xung (PMC) - PMC vi sai - Điều chế delta (DM) - DM có độ dốc biến đổi liên tục - Mã hóa dự đốn tuyến tính LPC (có máy mã thoại đại) b Điều chế - Kết hợp (Coherent) + PSK: Manip pha + FSK: Manip tần số + ASK: Manip biên độ + Hỗn hợp (kết hợp phương thức trên) Manip pha tương đối mức OQPS - Không kết hợp + PSK vi phân + FSK + ASK c Mã kênh - Dạng sóng + Tín hiệu có m giá trị + Tín hiệu trực giao + Tín hiệu sóng trực giao - Dãy có cấu trúc + Mã khối + Mã liên tục d Dồn kênh / đa truy cập - Phân chia tần số (FDM/FDMA) - Phân chia thời gian (TDM/TDMA) - Phân chia không gian (SDMA) - Phân chia cực tính (PDMA) - Phân chia mã (CDMA) e Trải phổ - Dãy trực tiếp (DS) - Nhảy tần (FH) - Nhảy thời gian (TH) - Hỗn hợp f Đồng - Đồng sóng mang - Đồng dấu - Đồng khung - Đồng mạng g Mật mã - Mã hóa theo khối - Mã hóa theo dịng liệu - Mã cổ điển - Mã khóa cơng khai CHƯƠNG I LÝ THUYẾT TÍN HIỆU §1 BIỂU DIỄN PHỔ CỦA TÍN HIỆU Khai triển trực giao a Định nghĩa Hệ hàm {U n (t ), n = ÷ ∞} gọi trực giao khoảng t0 ÷ t0 + T ∫ U (t ).U n m T c m = n (t )dt =  (1.1) 0 m ≠ n Trong đó: ∫= T t0 + T ∫ t0 ; c = const Khi c = hệ hàm {Un(t)} gọi trực chuẩn b Khai triển Một hàm phức tạp (f) biểu diễn dạng tổ hợp tuyến tính hàm số cấp đơn giản Un(t) thuộc họ hàm trực giao ∞ f (t ) = ∑ anU n (t ) n =0 Nghĩa tổ hợp thỏa mãn điều kiện hội tụ tổng Như tín hiệu vật lý X(t) viết dạng ∞ X (t ) = ∑ anUn (t ) (1.2) n =0 (1.2) Gọi khai triển X(t) theo hệ hàm trực giao Un(t) Hệ số an xác định cách lấy tích phân khoảng t0 ÷ t0 + T tích X(t).Un(t) an = X (t ).Un (t )dt (1.3) c ∫T Để biểu diễn tín hiệu dạng (1.2) cách tương đương cần phải thỏa mãn điều kiện ∞ X (t ) − ∑ anUn (t )