BÀI GIẢNG: LÝ THUYẾT TÍN HIỆU ĐẦY ĐỦ

Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Bài giảng: LÝ THUẾT TÍN HIỆU Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu LÝ THUYẾT TÍN HIỆU Chương1: Một số khái niệm Chương 2: Tín hiệu xác định Chương 3: Phân tích tín hiệu miền tần số Chương 4: Truyền tín hiệu qua mạch tuyến tính Chương 5: Tín hiệu điều chế 9/7/2009 Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương 1: Một số khái niệm I.Tín hiệu II.Phân loại tín hiệu III.Biểu diễn giải tích tín hiệu Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương 1: Một số khái niệm (tt) I.Tín hiệu: Nguồn tin Biến đổi tin tức ⇒ Tín hiệu Máy phát(Điều chế) Kênh truyền Máy thu (Giải điều chế) 9/7/2009 Biến đổi tín hiệu ⇒ Tin tức Nhận thông tin Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương 1: Một số khái niệm (tt) I Tín hiệu: Định nghóa: Tín hiệu biểu diễn vật lý tin tức mà ta cần chuyển từ nguồn tin đến nơi nhận tin Nhiệm vụ Lý thuyết tín hiệu: Tìm phương pháp biểu diễn tín hiệu: Công thức toán Đồ thị … Đưa phương pháp phân tích tín hiệu Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu: Phân loại theo trình biến thiên Phân loại dựa lượng tín hiệu Phân loại dựa hình thái tín hiệu Phân loại theo tần số tín hiệu 9/7/2009 Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu: Phân loại theo trình biến thiên: Tín hiệu xác định: Quá trình biến thiên hoàn toàn xác định biểu diễn hàm toán học Ví dụ: x(t) =cos 2t Tín hiệu ngẫu nhiên:Quá trình biến thiên trước ⇒ muốn biểu diễn phải tiến hành khảo sát, thông kê Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu (tt): Phân loại dựa lượng tín hiệu: Tín hiệu lượng: Là tín hiệu có lượng hữu hạn Năng lượng tín hiệu x(t) : +∞ Ex = ∫ x (t ) d t −∞ 9/7/2009 Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu (tt): Phân loại dựa lượng tín hiệu (tt): Ví dụ 2.1: x (t ) = e − t (t ) ∞ E x = ∫ e −4t d t = − −4t e ∞ = ; Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 10 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II.Phân loại tín hiệu (tt): 2.Phân loại dựa lượng tín hiệu (tt): Ví dụ 2.2: x (t ) = E = t (t ∞ x ∫ 9/7/2009 x ) ( t )d t = ∞ ∫t dt = ∞ ; Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 11 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II.Phân loại tín hiệu (tt): 2.Phân loại dựa lượng tín hiệu (tt): Tín hiệu công suất : Là tín hiệu có công suất hữu hạn T P = lim ∫ x (t )dt T →∞ T t0 Px = lim T →∞ 2T T ∫ Tín hiệu tuần hoàn Tín hiệu không tuần hoàn (bất kỳ) x (t )dt −T Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 12 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu (tt): Phân loại dựa lượng tín hiệu (tt): Tín hiệu công suất (tt): Ví dụ 2.3: Tìm công suất tín hiệu f(t): x(t)= 2(1 − e − t )1(t ) Từ hình vẽ ta thấy x → ∞ ⇒ x(t ) → T T 1 4(1 − e−t )2 dt x2 (t )dt = lim T →∞ 2T ∫ T →∞ 2T ∫ −T −T Px = lim T T 1 4(1 − 2e−t + e−2t )dt = lim [4T + 8e−T − 2e−2T ] T →∞ 2T ∫ T →∞ 2T = lim f(t)=2(1-e-t)1(t) = lim T →∞ 9/7/2009 [4T + 8e−T − 2e−2T − + 2] = 2T Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 13 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu (tt): Phân loại dựa lượng tín hiệu (tt): Tín hiệu công suất (tt): Ví dụ 2.4: x (t ) = A c o s t ; T T T A2 2 x ( t ) dt lim A cos tdt lim (1 + cos 4t )dt = = T →∞ T ∫ T →∞ T ∫ T →∞ 2T ∫ 0 Px = lim A2 = lim T →∞ 2T T A2 A2 ⎡ ⎤ t sin t lim T sin T ; + = + = [ ] ⎢⎣ ⎥⎦ T →∞ 2T Vậy x(t) tín hiệu công suất (có công suất hữu hạn) Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 14 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu (tt): Phân loại dựa lượng tín hiệu (tt): Chú ý: Tín hiệu lượng: thời hạn hữu hạn, t → ∞ x(t) → 0; Tín hiệu công suất :tín hiệu tuần hoàn, t → ∞ x(t) → constant (hằng số) ¾ ¾ Ví dụ 2.4: x(t) tín hiệu công suất x(t) A 9/7/2009 t → ∞ ⇒ x(t ) → A t Giaûng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 15 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II.Phân loại tín hiệu (tt): 2.Phân loại dựa lượng tín hiệu (tt): Ví dụ 2.5: x(t) ⎧0 : t > t , t > t ; x(t ) = ⎨ ⎩ A : t1 < t < t2 ; t → ∞ ⇒ x(t ) → A t1 x(t) tín hiệu lượng t2 t t Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 16 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu (tt): Phân loại dựa hình thái tín hiệu: Tín hiệu liên tục : Thời gian biên độ liên tục x(t) 9/7/2009 t Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 17 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu (tt): Phân loại dựa hình thái tín hiệu (tt): Tín hiệu lượng tử : Thời gian liên tục biên độ không liên tục x(t) t Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 18 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II.Phân loại tín hiệu (tt): 3.Phân loại dựa hình thái tín hiệu (tt): Tín hiệu rời rạc: Biên độ liên tục thời gian rời rạc x(t) 9/7/2009 t Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 19 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu (tt): Phân loại dựa hình thái tín hiệu (tt): Tín hiệu số: Biên độ thời gian rời rạc x(t) t Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu 20 Chương 1: Một số khái niệm (tt) II Phân loại tín hiệu (tt): Phân loại theo tần số tín hiệu : • Phổ tín hiệu x(t) biến đổi Fourier thuận tín hiệu x(t) Tín hiệu tần số thấp Tín hiệu tần số cao Tín hiệu dải hẹp (băng thông hep) Tín hiệu dải rộng (băng thông rộng) 9/7/2009 Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 10 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ (tt) a.Hệ điều pha PM (tt) ™ PM dải hẹp (NBPM-Narrow Band PM) Δθ PM = k p | x(t ) |max  Sử dụng công thức gần đúng: cos k p x(t ) ≈ 1;sin k p x(t ) ≈ k p x(t ) Biểu thức (*) thành ra: y NBPM (t ) = Y cos Ωt cos(k p x(t )) − Y sin Ωt sin(k p x(t )) = Y cos Ωt − Yk p x(t ) sin Ωt ¾ Phổ tín hiệu NBPM: Biểu thức NBPM Y YNBPM (ω ) = Y π [δ (ω − Ω) + δ (ω + Ω)] − k p [ X (ω − Ω ) + X (ω + Ω ) ] 2j ¾ PSD tín hiệu NBPM: Yk p ) ( Yπ Ψ NBPM (ω) = [δ (ω − Ω) + δ (ω + Ω)] + [ Ψ X (ω − Ω) + Ψ X (ω + Ω)] Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 18 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ (tt) a.Hệ điều pha PM (tt) ™ PM dải hẹp (tt) BW NBPM = 2ω max ¾ Băng thơng tín hiệu NBPM: ¾ Mạch tạo tín hiệu NBPM: π −Ykp x(t) × sinΩt −YsinΩt kp yNBPM (t) x(t) Y cos Ωt ™ PM dải rộng (WBPM: Wide band PM) ¾ Công thức Carson xác định độ rộng phổ: BWWBPM = 2(Δθ PM + 2)ωmax Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 19 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ (tt) 5.2.3 Điều chế góc: b Hệ điều tần FM (Frequency Modulation) ™ Dạng tín hiệu FM: ™ đó: y F M ( t ) = Y cos[ Ω t + k f x(t): tín hiệu tin tức ∫ x ( t )dt ] ϕ0: pha ban đầu kf: số tỉ lệ ™ Các thơng số quan trọng: ¾ Pha tức thời: θ FM (t ) = Ωt + k f ∫ x(t )dt ¾ Tần số góc tức thời: ΩFM (t ) = Ω + k f x(t ) ¾ Độ lệch pha: ¾ Độ lệch tần số: ΔθFM =| θ (t ) − Ωt |= k f (*) Tin tức trực tiếp thay đổi tần số tức thời ∫ x(t)dt max ΔΩFM =| Ω(t) −Ω= | kf x(t) max Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 20 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ (tt) b Hệ điều tần FM (tt) ™ FM dải hẹp (NBFM-Narrow Band FM) Δθ FM = k f | ∫ x(t )dt |max  ¾ Tương tự NBPM, biểu thức tín hiệu NBFM: y NBFM (t ) = Y cos Ωt − Yk f ∫ x(t )dt.sin Ωt ¾ Băng thơng tín hiệu NBFM: BW NBFM = 2ω max ™ FM dải rộng ( WBFM -Wide Band FM) ¾ Cơng thức Carson xác định độ rộng phổ: BWWBFM = 2( Δθ FM + 2ω max ) Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ 9/7/2009 21 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ (tt) c Nhận xét PM FM: ™ So sánh với điều chế biên độ: ¾ Khả chống nhiễu cao AM ¾ Băng thơng tín hiệu WBPM WBFM rộng tín hiệu AM nhiều ™ Quan hệ FM PM: x(t) dx(t ) dt x(t) x ( t ) dt ∫ Giảng viên: Th.S Lê Xuân Kỳ Bộ điều chế FM Bộ điều chế PM yPM (t) yFM (t) 9/7/2009 22 Bài giảng: Lý thuyết tín hiệu Chương TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ (tt) 5.3 Điều chế xung (Pulse Modulation): 5.3.1 Sóng mang điều chế xung: ¾ Dãy xung vuông đơn cực ⎛t y (t ) = Y ∏ ⎜ ⎝τ đó: ∞ ⎞ t ⎛ t − nT ⎟ ∗ ||| = Y ∑ Π ⎜ ⎠ T T ⎝ τ n =−∞ ⎞ ⎟; τ