Chương 1: Tín hiệu điều biến

Chư ng 1: Tín hiệ đ u biế u iề n Tiế1: Mở ầ t đu Xét khái niệ cơbả củ lý thuyế truyề tin: m n a t n  Tin: khái niệ ban đu không đ nghĩ gợ số thố nhấvớ m ầ ị nh a, i ý ng t i nhau, hình dung thếnào tin? Tin nhữ đ u, sựkiệ ý, câu ng iề n, chuyệ mà ngư i muố truyề đt cho hoặ thu nhậ n… n n c n đợ từ c quan sát khách quan  Tín hiệ theo đ nghĩlà biể hiệ vậlý củ tin u: ị nh a u n t a Ví dụ :  Thơng tin thoạbao gồ i m: o Tin: nộ dung cuộ nói chuyệ i c n o Tín hiệ tiế nói Vậlý: sóng âm u: ng t  Thông tin radio: o Tin: nộ dung cuộ truyề tin i c n o Tín hiệ sóng đ n từ (Trư ng đ n từ c xạ radiation) u: iệ iệ bứ Đ c đ m củ tín hiệ radio: ặ iể a u Có tầ sốrấ cao n bứ xạ n t phậ c sóng (anten phát), muố bứ xạ n c tố phảcó kích thư c hình họ xấ xỉ sóng củ dao đng ( ) t i c p bư c a ộ Bư c sóng bé kích thư c anten nhỏ đ tính khả ớ ó thi vậlý củ anten cao Bư c sóng ngắ tầ số t a n n cao Ví dụ1 cho f = 50 Hz : 3.108 c 6.106 (m ) = 6000 (km) Ta có: λ c.T = = = 50 f  6000 = = 1500 (km) (Kích thư c củ anten) a 4 Cho f = 1Mhz = 10 Hz c 3.108   = 300 (m) f 10  300 = = 75 (m) 4 Như tín hiệ ban đu (từkhông đ n đ ợ chuyể thành đ n) tầ ng u ầ iệ c n iệ n sốkhông đ cao đ trự tiế bứ xạMuố bứ xạ i xa, cầ có biệ pháp ủ ể c p c n c đ n n đa lên miề tầ số (quá trình đ gọ trình đ u biế n n cao ó i iề n) Tham gia thành phân đ u khiể có thành phầ iề n n:  Tín hiệ ban đu x(t): hàm tin Hàm tin x(t) khách quan yêu cầ u ầ u, bấkì t  Tảtin: dao đng có tầ số i ộ n cao: u(t) Tảtin u(t): kĩ t chủ ộ i thuậ đng Phân loạđ u biế i iề n: Do tảtin lự chọ mà có loạđ u biế khác Xét loạ đ u i a n i iề n i iề biế n:  Loạ1: tín hiệ đ u biế cao tầ (Đ i u iề n n BCT): tả tin u(t) đ ợ chọ i ưc n sau: dao đng đ u hịa có tầ số ộ iề n cao  Loạ2: Tín hiệ đ u biế xung: dãy xung (tín hiệ đt biế tuầ i u iề n u ộ n) n hồn có tầ số n cao  Loạ 3: Tín hiệ đ u biế số hàm tin x(t) có số(0,1), bứ i u iề n : ng c xạ Tiế2: Tổ quan hiệ đ u biế cao tầ t ng tín u iề n n Tảtin dao đng đ u hịa, tầ số i ộ iề n cao: Có thông số ặ trư đc ng: U : Biên đ u (t )  U ộ u (t )  cos( t  ) U   : Tầ số n góc rad s  f0  2 Chú ý: - Phân biệ  f0 dự vào đ n vị kí hiệ t a u - Khi chuyể từ sang f0 ý hệ : 2π n ổ số Biể thứ tảtin: u c i u (t )  0.cos( t  ) U  (1) Trong đ  : góc pha ban đu ó: ầ (   Góc pha: t )  t  (0)  Khi t =   (khơng tổ qt) ng Chính xác dị pha so vớ cos .t ;  >0: sớ pha ch i m 0 Khi  ng ộ ng ng thự “ c: méo” Tiế4: Phổ a tín hiệ đ u biên (AM) t củ u iề Mở ầ đu Phổ cấ tạ tầ số a tín hiệ : u o n củ u Quang phổ cấ tạ tầ số a ánh sáng : u o n củ •Mỗmàu mộ tầ số i t n •Tín hiệ có mộ tầ sốánh đn sắ u t n : c •Tín hiệ có nhiề tầ số ánh sáng trắ u u n : ng 2.Biể diễ phổ u n cho dao đ ng đ u hoà theo tầ số ộ iề n : Giả t: x (t )  os  t+ ; chuẩ hóa x(t), đ n sắ (1 tầ sốΩ thiế c  n c n : )  Ta có: udb (t )   cos(  )os  t   U  t c   Phư ng pháp biể diễ phổ u n theo tầ số dao đng đ u hòa n cho ộ iề Mộ dao đng đ u hòa đ ợ biể diễ bằ mộvạ t ộ iề c u n ng t ch (phía > 0)    trụ tầ số0 c n ω Hoành đ củ vạ tầ số đng ộ a ch: n dao ộ Đ dài củ vạ biên đ dao đng ộ a ch: ộ ộ Dị pha: viếgiá trị theo mạ ch t kèm ch - Hàm tin x (t ) cos (t+  )    - Tảtin: u (t )  cos (t+) i U 0  U0 0 -Tín hiệ đ u biên: u iề   U udb (t )  cos  t   U    cos        t      U  cos        t     0 U     U0  0 U       Nhậ xét: n a Phổ hiệ đ u biên gồ tín u iề m: - Mộvạ trung tâm tầ số (vạ tầ số t ch n  ch n mang) - Xung quanh vạ tầ số ch n mang vạ xứ   gọ ch ố ng  i vạ tầ số ch n bên Cả vạ đu n số (  ), nên dễ ch ề tầ cao  dàng bứ xạ c b Khái niệ bềrộ phổ B (dảtầ bă tầ m ng : i n, ng n) ị nh a ng củ u m c n  Theo đ nghĩlà khoả mà phổ a tín hiệ chiế trụ tầ số   0 Áp dụ cho tín hiệ đ u biên: Bdb   : tín hiệ dảhẹ ng u iề u i p Xét giá trị đi: tư ng ố Bdb   1    0  : i tầ số dả n cao (sóng trung, sóng ngắ n) c Thơng tin tồn cầ u: Phân loạsóng phư ng thứ truyề lan: i c n 3.108  Sóng dài (LW): λ 1000 m, f   > 3.10  MHz 0.3 10 Sóng đt: sóng giả nhanh, sử ng thơng tin ấ m dụ  Sóng trung (MW): 100 m    1000 m , 0.3MHz f  MHz  Sóng ngắ (SW1,2 ): 10m   m , 3MHz f  MHz n  100 30 Sóng trờ phả xạ tầ ion (đ n ly), phủ i: n từ ng iệ sóng tồn cầ u:  Sóng cự ngắ  c n: 10m  Sóng met, sóng decimet, …  Sóng vũ : xuyên qua tầ đ n li, thơng tin tầ mắnhìn trụ ng iệ m t Bài tậ p         Cho hàm tin: x(t )  os  103 t   0, 2.sin  t   c   10     Và tảtin: u (t )  c os   t   i 0,1 10 a.Viế biể thứ udb (t ) vớ γ 80 % Chỉ hệ đ u biên t u c i = rõ số iề phậ (Ứ vớ mọtầ số a x(t)) n ng i i n củ b.Tính vẽ cho tín hiệ phổ u Bài giả i U  c   a Theo công thứ udb ( t)   x( t) os 0 t   c: Vớ U  ,   i 0.1 x(t) Mà x(t) = x1(t) + x2 (t) xmax = x 1max + x 2max = 1+ 0,2 = 1,2   2 rad / s ,   10  0 Thay vào ta đ ợ c:  0,8            udb (t)     3.t  0.2.sin  10.t  .cos  106.t   0,1 1 cos  10  3   2 6 4  3    1,2     0,8   0,16           cos103.t   sin 10.t  cos 106.t   0,1 1   3  2  1,2  4  3  1,2   Như 0,8  0,67 , 1,   0,67    0,13  0,8 vậ y:  1 b Đ thị củ tín hiệ phổ a u: 0.0065  /12  (106  1500) 0.033  /2    0,  0.1  / 0.033  /6  0.0065 (106  500) 106 0,8  0.13 1, (106  500) /12 (106  1500) Cho tín hiệ có phổ u hình vẽ a.Viếbiể thứ thờgian cho tín hiệ loạđ u biế t u c i u rõ i iề n b.Tính hệ đ u biế số iề n Giả i  s( t)  0,1.cos(2 t  )  10    0,033{cos[2  (10 500)t  ]  cos[2  (10 500)t  ]}  7   6,510 {cos[2  (10 1500)t  ]  cos[2  (10 1500)t  ]} 12 12      0,066cos( 6t  )cos( 3t  )  10 10 13.10 cos( 6t  )cos(3 3t  ) 10 10     0,1cos( t  )[0,66cos( t  )  10 10 0,13cos(3 t  )] 10 s( t)  db ( t) U f Tiế5 Tín hiệ đ u biế góc t u iề n Xét chung trư ng hợ Đ u tầ đ u pha: gọchung đ u biế góc p: iề n iề i iề n Ta có: udt (t )  0.cos  U  (t)dt  0cos  0t   x(t ) dt  U      udp (t )  cos 0 t  x (t )   U    Hai biể thứ gầ giố nhau, hàm tin x(t) nằ góc pha, u c n ng m khác: Vớ udt (t ) : x(t) nằ  i m dt Vớ udp (t ) : x(t) trự tiế i c p Giả t: x (t )  os(t+ thiế c ) Chuẩ hóa đn sắ n c Lúc ta có:   udt (t )  0cos  0t  sin(   )   U  t       udp (t )  cos0 t  cos(t  )   U     Đnh nghĩcác hệ đ u biế góc: ị a số iề n Chỉ đ u biế góc β Chỉ đ u biế góc β đ sâu đ u pha (Đ sâu: số iề n : số iề n ộ iề ộ lư ng biể thị c đ ả hư ng củ hàm sinx(t) đn dị pha u(t)) ợ u mứ ộ nh a ế ch Vớhai biể thứ i u c    dt      dp Đ lệ tầ số(di tầ  : theo đ nghĩ đ sâu đ u tầ (đi lư ng ộ ch n n)  ị nh a ộ iề n ợ biể thị c đ ả hư ng củ hàm tin x(t) đn tầ số a u(t)) u mứ ộ nh a ế n củ Vớtín hiệ đ u tầ  dt   i u iề n:   Vớtín hiệ đ u pha:  dp   i u iề   Quan hệ ng quát:    tổ   10 s (t ) t 1( t ) t ) dt 1( F  t ) t 1(   9)Tính mậđ phổ a hàm trễ t ộ củ s(t ) s(t  )   S( F (t  ) t  )exp(-j  )dt ) s   s(   t    t1   t1 dt1 t1 t    Đ t  1  ặt t   dt dt   S( t1 )exp(-j1 )dt1 exp(-j  ) ) s( t        S ( ) (10) Tính phổ i rạ (tín hiệ tuầ hồn) từ t đ phổ chu kỳ rờ c u n mậ ộ Biể thứ chu kì củ s(t)= s(t+T) u c a  s(t)   s(t)=     T T  t 2 T t  - T F T (t ) t )exp(-j s  s( t)dt T  So sánh vớ chuỗFourier i i  Ak 1 T  T s ( t ) e x p (-jk T  2 t)d t T  2  ST  k  T  T  107  2  C k 2 Ak  S T  k  T  T  T F s  t e -j d T ( t )  s x p t t  S T ( ) T  108 Chư ng 5: Các hệ ng xửlý tín hiệ tư ng tựvà số thố u Tiế1 Hệ ng xử tín hiệ tư ng tự t thố lý u x (t )  (t )  Hệ ng xử thố lý tín hiệ u y(t) Tín hiệ vào u (tác đng) ộ Tín hiệ (đ u áp ứ ng) Mạ đ n tử ch iệ - Tính y(t), biếx(t), cho hệ ng: t thố Hàm đ ợ tính: chọ tín hiệ vào x(t) đc biệ ưc n u ng ặ t:   t )  (   t 0 t 0 xung đn vị    ( t ) dt 1   Đ ứ củ hệ ng đ i vớ t ) : h(t ) : đ ứ xung áp ng a thố ố i ( áp ng - Đ c đ m củ xung t ) : ặ iể a ( x ( t ) x ( t )  ( t )  Mộtín hiệ x(t) bấkỳ phép tốn chậ (*) củ vớ t ) t u t p a i (    x ( t )  ( t  ) d  x ) (  x  (t )   x (t ) x(t )  (t )  X ( ) Hệ ng xử thố lý tín hiệ u H ( ) h(t): hàm đc tính theo thờ gian ặ i Áp dụ F  ng: 109 t  t   y (t )  (t )  (t ) x h Y (  ( X ( ) H ) )  () F  (t ) X x  H h  () F ( t )   Y y  () F  ( t ) Y ( ) Y (  (  (  H (  ) H ) X ) ) X ( ) :hàm truyề n Tiế2 Hệ ng xử tín hiệ rờ rạ (HTRR) t thố lý u i c K1 x(k ) x(t ) t x(t) Hệ ng thố rờ rạ i c t ) t k ( t xk  k  y (k ) yk t K : đng vớ K1 nh i K1 đ mở óng theo nhị  p t Xung đ n vị i rạ rờ c:  k     K2 k k Hệ ng thố rờ rạ i c yk  ( k ) : đ ứ h áp ng xung rờ rạ i c   yk xi hk  : Đ ây i   xk xi k i i   i   phép nhân chậ x k k p h Áp dụ F  rờ rạ hóa ng i c 110  t + X (  )   ( t ) e x p ( -j  t ) d t x -     t  k t x ( k t ) e x p ( - j  t ) t k       x k z k  X ( z ) t  e x p ( j  ) z (a ) k   (a): gọlà biế Z i n ổ  X ( z ) Z k   x k z x   k k   X(z) Y(z) = H(z).X(z) HTRR H(z)  k n i c H ( z ) Z k   hk z  : hàm truyề rờ rạ h  k    y ( z ) Z  k   y k z k y  k   Ý nghĩcủ Z  : a a  X ( z )   x k z k x x1 z 1 x z 2  x k z k  k  Z  : Biể thị nhị trễ vị u trễ p: đn 111 Tiế3 Tổ hợ cấ trúc HTRR theo hàm truyề H(z) t ng p u n H(z) đ thứ a c: n H ( z ) hk z k đ ứ xung hữ hạ (n < ) áp ng u n k - Mạ nhân Y(z)=H(z).X(z) ch Ví dụ : X ( z ) x0 x1 z  x z  H ( z ) h0 h1 z 1 h2 z 2 h3 z  Y ( z )  y k z k k 112 Hệ ng đ ứ xung vô hạ (IIR) thố áp ng n  H ( z ) hk z k k      chuỗhộ tụ lim hữ hạ (hưng i i : u n phân thứ c) Ví dụ rờ rạ hóa hàm đ n vị : i c : 1(t ) t k  k ) 1( t k 0  1( k )    k  Z  k )   hộ tụ 1(  zk i k    z   cấ số z1 p nhân công z  i 1  N z lim N    z   1 z z  Hệ ng IIR: thố n a z  k k N ( z) H ( z)   k m D( z)  b z  i i n m i y z j x z  l Y ( z)  j H ( z)  p X (z) j l l Đ ng nhấ2 H(z) vớ ta có t i p  m  n y j z j  bi z    k z   l z   i  a k x l   i 1  k 0  j l Số ng bậ k củ đ ứ Y(z) hạ c a áp ng 113 k k i l k k l i y k  y i b k i a l x k l y k a l x k l  y k i b i Ví dụ : z 1 2 z 2 H ( z)  2 z 1  z 2 3 z 3 x ( k )  2 z 1 z  0, z 3 H ( z)   Y (z) X (z) z 1 2 z 2 y  y1 z 1  y z 2   2 z 1 z 2 3 z 3 2 z 1 z 2 0 , z 3           z yz y ) (1 z 2 z 0,5  (1z  z )(y0 1 2z    z )(1z   z ) y x a 1 y0 z 1  y1 z 1 2 z 1  z 1 y1 3 2 5 114 Theo lý thuyế t y1  x1  x0  y0     a a b 1 y2  x2  x1  x0  y1  y0       a a a b b  2 10 y3 a0 x3  x2  x1  x0  y2  y1  y0        a a a b b b 0,5 16 9,5 y4  x4  x3  x2  x1  x0  y3  y2  y1  y0 a a a a a b b b b Nhậ xét: n Vớhệ ng IIR: đ ứ yk i thố áp ng (ởthờ đ m t = k  khơng thuộ vào tín hiệ vào ởcùng thờ i iể t) phụ c u i đ m thờ đ m trư c xk  l  iể i iể mà phụ thuộ tín hiệ c u l 0,1,2    :cấ n i  u trúc có vòng phả hồ a x k thờ đ m khác yk  i  i iể i 0,1,2 l l k l gọ hệ i thố đ quy ng ệ Sơ u trúc: Dạ chuẩ đ cấ ng n k a l 0 l x k l k k l=0 i Yk  a k x k-l -  i yk  b i  115 Sắ xế lạ p p i: Tiế4 Các cấ trúc song song nố tầ t ng u i ng Nhậ xét đ cấ trúc chuẩ n sơ u ng n Có nhiề vòng phả hồ m vòng (m: bậ củ mẫ thứ nên dễ t ổ u n i: c a u c) mấ n đ Hạ chế vòng phả hồ ị nh n số n i m = 1: Khâu bậ 1, m = 2: Khâu bậ nốsong song hoặ nố tiế c c i c i p Cấ trúc song song: u n H ( z)  a k z k N ( z)  k m D(z) bi z i i Giảphư ng trình: i m D ( z ) 1 b i z i 0 (m nghiệ đ ợ gọlà đ m cự pi ) m ưc i iể c i m  D ( z ) z m    p i   z 1  i   Phân tích H(z) ta có phân thứ tốgiả c i n: 116 m H ( z )  i Ai  1 p i z Xét hai trư ng hợ p: c: p i thự Ai khâu bậ c  p i z 1 Ai Ai* p i phứ cặ liên hiệ c: p p khâu bậ c  1  p i z 1  p i* z  Cấ trúc song song: u n a z  k k m Ai H (z)  m   p z 1  i i 1 i  bi z  k i H11 l khâu bậ c Y (z ) H1l X (z ) H 21 H 2r m l khâu r bậ c Ví dụ : z  2 z  H ( z)  z 1  2 z 1 1 z 2 2 z  2 z    z  z 1 2 2 z 1 12         P1 A B C z    1 z  2 z   z  Giảra ta đ ợ i c: A 0.4; B  1.8;  117 C 1.6 P12  j H ( z)  z 1 Y (z ) X ( z)   z 1.8 1.6 H ( z)   z   z 1 Cấ trúc nốtầ u i ng n H (z)  a k k z k m  b i z : Dạ chuẩ ng n  i i Cấ trúc nốtầ u i ng: n GiảN(z) = 0, i a  z k k  k  nghiệ đ m khơng q k m iể Ví dụ : z   z  2 0.5  z  z  0.5 H ( z)    1 z 1  2 z 1 z 2  z 1 1  z 1  2  0.5 z 2     Pi   A B  Cz     z  z 1 0.5 z     Giảra ta đ ợ i c: A  0.4;  B 0.9;  0,  0, z 1  0, H ( z )     1  1 z  0.5 z    z 118 C  0.8 Pi  j 0.4 H1 ( z)  1 z  H1 X ( z) Y ( z) X ( z) 0.9  z  0.8 H2 (z)   1  z z 0.5 H X ( z) N ( z )  0.5  z  z   0.5    z   0.5(1   )(1  z  ) z  0.5  z 2  H (z)  1  0.5(1 z  )(1 2 z  ) z  z 1  1  0.5(1 z  )  z   z  0.5 1 z z 1   z 1 0.5       H1  0.5(1   ) z1  X(z) H  z 1  1 z H2   1  z 1 0.5z 2  Tóm tắ t: Dạ chuẩ : m vòng phả hồ ng n n i Song song: H Ai p iZ z    i  pi thự bậ c: c pi phứ bậ c: c Nốtầ H i ng: n z    H i i 119 Y(z) H (z) H1 ( z ) m H2 Tiế5 Các sơ u trúc khâu bậ 1,2 t đ cấ c Sơ u trúc khâu bậ 1: đ cấ c Y1 X  Z Z Y a  Y1   1  X Y aY 1 X   aZ    Y2  1Z  Y    Z Y X 2   aZ  Sơ u trúc khâu bậ 2: đ cấ c Y1 X  Z Y2 Z Z a1 a2  Y X 1    1Z  Z  a a  Y a a 1 X  1Y2  2Y3    Z  Y Y  2  Y X 2  1Z  1Z   Z  a a   Y Y  Y  3  Z  Z  Z 3  Y X a  a    1Z  Z  120 Y3 121 ... diễ tín hiệ u n u: 1 0 0 0 1 0 x0  t x1 t x2 t t Ti 11: Điều biến dạng số t - Biến đổi chuỗi bit đến dạng sóng liên tục, giống nh- điều biến dạng t-ơng tự, điều biến dạng số làm thay đổi tính... làm thay đổi tính chất sóng mang - Các biến đổi diến riêng biệt không liên tục Số lần biến đổi giây gọi tỷ lệ bit tín hiệu - Kỹ thuật điều biến dạng phổ biến lµ ASK, FSK vµ PSK Amplitude Shift... Ebert sử dụng phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT) hệ thống truyền liệu song song, nh- đ-ợc sử dụng để điều chế giải điều chế tín hiệu OFDM Tại đầu phát, trình sóng mang thực phép biến đổi tần số