GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆUGIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT TÍN HIỆU
Chương 1: Tín hiệ u điề u biế n Tiết1: Mởđầu Xét khái niệ m cơbả n lý thuyế t truyề n tin: Tin: khái niệ m ban đ ầ u không đ ị nh nghĩ a, gợ i sốý thố ng nhấ t với nhau, hình dung thếnào tin? Tin đ iề u, sựkiệ n, ý, câu chuyệ n… mà ngư ời muố n truyề n đ t cho hoặ c thu nhậ n đ ợc từquan sát khách quan Tín hiệ u: theo đ ị nh nghĩ a biể u hiệ n vậ t lý củ a tin Ví dụ : Thơng tin thoạ i bao gồ m: o Tin: nộ i dung cuộ c nói chuyệ n o Tín hiệ u: tiế ng nói Vậ t lý: sóng âm Thông tin radio: o Tin: nộ i dung cuộ c truyề n tin o Tín hiệ u: sóng đ iệ n từ (Trư ờng đ iệ n từbức xạ- radiation) Đặ c điể m tín hiệ u radio: Có tầ n sốrấ t cao bộphậ n xạsóng (anten phát), muố n bứ c xạ tố t phả i có kích thư ớc hình họ c xấ p xỉbư ớc sóng dao đ ộ ng ( ) Bư ớc sóng bé kích thư ớc anten nhỏkhi đ ó tính khảthi vậ t lý củ a anten cao Bướ c sóng ngắ n tầ n sốcàng cao Ví dụ : cho f = 50 Hz 3.108 c 6.106 (m ) = 6000 (km) Ta có: λ= c.T = = 50 f 6000 = = 1500 (km) (Kích thướ c củ a anten) 4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cho f = 1Mhz = 10 Hz c 3.108 = 300 (m) f 10 300 = = 75 (m) 4 Như ng tín hiệ u ban đ ầ u (từkhông đ iệ nđ ượ c chuyể n thành đ iệ n) tầ n sốkhông đ ủcao đ ểtrực tiế p xạ Muố n xạđ i xa, cầ n có biệ n pháp đ a lên miề n tầ n sốcao (quá trình đ ó gọ i q trình đ iề u biế n) Tham gia thành phân đ iề u khiể n có thành phầ n: Tín hiệ u ban đ ầ u x(t): hàm tin Hàm tin x(t) khách quan yêu cầ u, bấ t kì Tả i tin: dao đ ộ ng có tầ n sốcao: u(t) Tả i tin u(t): kĩ thuậ t chủđộ ng Phân loạ iđ iề u biế n: Do tả i tin lựa chọ n mà có loạ iđ iề u biế n khác Xét loạ iđ iề u biế n: Loạ i 1: tín hiệ uđ iề u biế n cao tầ n (ĐBCT): tả i tin u(t) đ ượ c chọ n sau: dao đ ộ ng đ iề u hòa có tầ n sốcao Loạ i 2: Tín hiệ uđ iề u biế n xung: dãy xung (tín hiệ uđ ộ t biế n) tuầ n hồn có tầ n sốcao Loạ i 3: Tín hiệ uđ iề u biế n số : hàm tin x(t) có ng số(0,1), bứ c xạ Tiế t 2: Tổng quan vềtín hiệ u điề u biế n cao tầ n Tả i tin dao đ ộ ng đ iề u hòa, tầ n sốcao: u (t ) U cos(0 t 0 ) Có thông sốđ ặ c trư ng: U : Biên độu (t ) U CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 0 : Tần sốgóc rad s f0 2 Chú ý: - Phân biệ t 0 f0 dựa vào đ ơn vịvà kí hiệ u - Khi chuyể nđ ổ i từ0 sang f0 ý hệsố : 2π Biể u thức tả i tin: u (t ) U 0.cos(0.t 0 ) (1) Trong đ ó: 0 : góc pha ban đ ầ u Góc pha: (t ) 0 t 0 Khi t = (0) 0 (khơng tổ ng quát) Chính xác dị ch pha so với cos 0 t ; 0 >0: sớ m pha Khi 0 1: ng hình bao biên đ ộcó ng khác ng x(t): không trung thự c: “ méo” Tiế t 4: Phổcủ a tín hiệ u điề u biên (AM) Mởđầu Phổ : cấ u tạ o tầ n sốcủ a tín hiệ u Quang phổ : cấ u tạ o tầ n sốcủ a ánh sáng •Mỗ i màu mộ t tầ n số •Tín hiệ u có mộ t tầ n số : ánh đ n sắ c •Tín hiệ u có nhiề u tầ n số : ánh sáng trắ ng 2.Biể u diễ n phổcho dao động điề u hoà theo tầ n số : Giảthiế t: x (t ) cos .t+; chuẩ n hóa x(t), đ ơn sắ c (1 tầ n số : Ω) Ta có: udb (t ) U .cos(t ) cos 0 t 0 Phươ ng pháp biể u diễ n phổtheo tầ n sốcho dao đ ộ ng đ iề u hòa Mộ t dao đ ộ ng đ iề u hòa đ ượ c biể u diễ n bằ ng mộ t vạ ch (phía > 0) trụ c tầ n số0 ω Hoành đ ộcủ a vạ ch: tầ n sốdao đ ộ ng Độdài củ a vạ ch: biên đ ộdao đ ộ ng Dị ch pha: viế t giá trị kèm theo mạ ch - Hàm tin x (t ) cos (t+ ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Tả i tin: u (t ) U cos (0t+0 ) 0 U0 0 -Tín hiệ uđ iề u biên: .U udb (t ) U cos 0 t 0 cos 0 t 0 .U cos 0 t 0 U0 0 0 U0 0 U0 0 0 0 Nhậ n xét: a Phổtín hiệ uđ iề u biên gồ m: - Mộ t vạ ch trung tâm tầ n số0 (vạ ch tầ n sốmang) - Xung quanh vạ ch tầ n sốmang vạ ch đ ố i xứng 0 gọ i vạ ch tầ n sốbên Cả3 vạ ch đ ề u ởtầ n sốcao ( 0 ), nên dễdàng bứ c xạ b Khái niệ m bềrộ ng phổ : B (dả i tầ n, bă ng tầ n) ị nh nghĩ a khoả ng mà phổcủ a tín hiệ u chiế m trụ c tầ n số Theo đ 0 Áp dụ ng cho tín hiệ uđ iề u biên: Bdb 2 : tín hiệ u dả i hẹ p Xét giá trịtư ơng đ ố i: Bdb 1 0 0 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 0 : ởdả i tầ n sốcao (sóng trung, sóng ngắ n) c Thơng tin tồn cầ u: Phân loạ i sóng phươ ng thứ c truyề n lan: 3.108 Sóng dài (LW): λ> 1000 m, f 3.10 0.3 MHz 10 Sóng đ ấ t: sóng giả m nhanh, sửdụ ng thơng tin Sóng trung (MW): 100 m 1000 m , 0.3MHz f 3MHz Sóng ngắ n (SW1,2 ): 10m 100m , 3MHz f 30MHz Sóng trời: phả n xạtừtầ ng ion (đ iệ n ly), phủsóng tồn cầ u: Sóng cực ngắ n: 10m Sóng met, sóng decimet, … Sóng vũtrụ : xuyên qua tầ ng đ iệ n li, thông tin tầ m mắ t nhìn Bài tậ p Cho hàm tin: x(t ) cos .103 t 0, 2.sin 3.103.t Và tả i tin: u (t ) 0,1.c os 2.106 t a.Viế t biể u thức udb (t ) với γ= 80 % Chỉrõ hệsốđ iề u biên phậ n (Ứng với mọ i tầ n sốcủ a x(t)) b.Tính vẽphổcho tín hiệ u Bài giả i x( t) cos 0 t 0 a Theo công thứ c: udb ( t) U0 Vớ i U 0.1, x(t) 1 Mà x(t) = x1(t) + x2 (t) xmax = x 1max + x 2max = 1+ 0,2 = 1,2 0 2.106 rad / s , 0 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thay vào ta đ ượ c: 0,8 udb (t) 0,1 cos 10 t 0.2.sin 3 10.t cos 2 10 t 1,2 3 0,8 0,16 0,1 1 cos 10 t sin 3.10.t cos 2.10 t 1,2 4 3 1,2 Như 0,8 0,67 , 1, 2 0,67 0,13 0,8 vậ y: 1 b Đồthị phổcủ a tín hiệ u: 0.0065 /12 (106 1500) 0.033 / 2 0, 0.1 / 0.033 / 0.0065 (106 500) 106 0,8 0.13 1, (106 500) 7/12 (106 1500) Cho tín hiệ u có phổnhưhình vẽtrên a.Viế t biể u thức thờ i gian cho tín hiệ u rõ loạ iđ iề u biế n b.Tính hệsốđ iề u biế n Giả i s( t) 0,1.cos(2.10 t ) 0,033{cos[2(106 500)t ] cos[2(106 500)t ]} 7 6,510 3{cos[2(106 1500)t ] cos[2(106 1500)t ]} 12 12 0,066cos(106t )cos(103t ) 13.103 cos(106t )cos(3103t ) 0,1cos(10 t )[0,66cos(103 t ) 0,13cos(3103 t )] s( t) U db ( t) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt f Tiế t Tín hiệ u điề u biế n góc Xét chung trườ ng hợ p: Điề u tầ n đ iề u pha: gọ i chung đ iề u biế n góc Ta có: udt (t ) U 0.cos (t)dt U 0cos 0t x(t ) dt udp (t ) U cos 0 t .x (t ) 0 Hai biể u thức gầ n giố ng nhau, hàm tin x(t) nằ m góc pha, khác: Vớ i udt (t ) : x(t) nằ m dt Vớ i udp (t ) : x(t) trực tiế p Giảthiế t: x (t ) cos(t+) Chuẩ n hóa đ n sắ c Lúc ta có: udt (t ) U 0cos t sin( t ) 0 udp (t ) U cos 0 t .cos(t ) 0 Đị nh nghĩ a hệsốđiề u biế n góc: Chỉsốđ iề u biế n góc β : Chỉsốđ iề u biế n góc βlà đ ộsâu đ iề u pha (Độsâu: đ i lượ ng biể u thị mức đ ộả nh hư ởng củ a hàm sinx(t) đ ế n dị ch pha u(t)) Vớ i hai biể u thứ c dt dp Độlệ ch tầ n số(di tầ n) : theo đ ị nh nghĩ a đ ộsâu đ iề u tầ n (đ i lư ợng biể u thị mức độả nh hư ởng củ a hàm tin x(t) đ ế n tầ n sốcủ a u(t)) Vớ i tín hiệ uđ iề u tầ n: dt Vớ i tín hiệ uđ iề u pha: dp . Quan hệtổ ng quát: . 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt s (t ) t 1( t ) 1(t ) dt F t 1(t ) 9)Tính mậ tđ ộphổcủ a hàm trễ s(t ) s(t ) S() F s(t ) s(t )exp(-j t )dt t1 t1 dt1 t1 t Đặ t t t1 dt dt S() s( t1 )exp(-jt1 )dt1 exp(-j ) S ( ) (10) Tính phổrờ i rạ c (tín hiệ u tuầ n hoàn) từmậ tđ ộphổ1 chu kỳ Biể u thức chu kì củ a s(t)= s(t+T) s(t) s(t)= 0 T T t 2 T t - T F sT (t ) s(t )exp(-jt)dt T So sánh vớ i chuỗ i Fourier Ak 1 T T s ( t ) e x p (-jk T 2 t)d t T 2 S T k T T 107 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2 C k 2 Ak S T k T T T F t e x p -j t dt s T ( t ) s S T ( ) T 108 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 5: Các hệthống xửlý tín hiệ u tương tựvà số Tiế t Hệthống xửlý tín hiệ u tương tự x (t ) (t ) Hệthố ng xửlý tín hiệ u y(t) Tín hiệ u vào (tác đ ộ ng) Tín hiệ u (đáp ứ ng) Mạ ch đ iệ n tử - Tính y(t), biế t x(t), cho hệthố ng: Hàm đ ượ c tính: chọ n tín hiệ u vào x(t) ng đ ặ c biệ t: 0 ( t ) t 0 t 0 xung đ n vị ( t ) dt 1 Đáp ứng củ a hệthố ng đ ối vớ i (t ) : h(t ) : đ áp ứ ng xung - Đặ cđ iể m củ a xung (t ) : x ( t ) x ( t ) ( t ) Mộ t tín hiệ u x(t) bấ t kỳlà phép tốn chậ p (*) củ a vớ i (t ) 0 x (t ) x ( ) ( t ) d x ( t ) x (t ) x(t ) (t ) X () Hệthố ng xử lý tín hiệ u t t y (t ) x (t ) h (t ) Y () H () X () H () h(t): hàm đ ặ c tính theo thời gian Áp dụ ng: F 1 109 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt X () F x (t ) h (t ) H () F Y () F y ( t ) Y () Y () H () X () H () X () :hàm truyề n Tiế t Hệthống xửlý tín hiệ u rời rạ c (HTRR) K1 x(k t ) x(t ) x(t) Hệthố ng rờ i rạ c (t ) t kt x k k y (k t ) yk K2 : đ ồng nh vớ i K1 K1 đ óng mở theo nhị p t Xung đ ơn vịrời rạ c: 0 k K2 k 0 k 0 Hệthố ng rờ i rạ c yk h( k ) : đáp ứng xung rời rạ c yk xi hk i : Đây xk xik i i i phép nhân chậ p x k hk Áp dụ ng F 1 rờ i rạ c hóa 110 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt t + X ( ) x ( t ) e x p ( -j t ) d t - t k t x ( k t ) e x p ( - j t ) t k x k z k X ( z ) t 1 e x p ( j ) z (a ) k (a): gọ i biế nđ ổ iZ X ( z ) Z x k x k z k k X(z) Y(z) = H(z).X(z) HTRR H(z) n rờ i rạ c H ( z ) Z hk hk z k : hàm truyề k y ( z ) Z y k y k z k k Ý nghĩ a củ a Z 1 : X ( z ) x k z k x x1 z 1 x z 2 x k z k k Z 1 : Biể u thị trễ1 nhị p: trễđơ n vị 111 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tiế t Tổng hợp cấ u trúc HTRR theo hàm truyề n H(z) H(z) đ a thức: n H ( z ) hk z k đáp ứng xung hữ u hạ n (n < ) k 0 - Mạ ch nhân Y(z)=H(z).X(z) Ví dụ: X ( z ) x0 x1 z 1 x z 2 H ( z ) h0 h1 z 1 h2 z 2 h3 z 3 Y ( z ) y k z k k 0 112 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệthống đáp ứng xung vô hạ n (IIR) H ( z ) hk z k k 0 chuỗ i hộ i tụ : lim hữu hạ n (hư ng vềphân thức) Ví dụ: rờ i rạ c hóa hàm n vị : 1(t ) t kt 1(k ) k 0 0 1( k ) k 0 Z 1( k )zk hộ i tụ k 0 1 z 1 z 2 cấ p sốnhân công i z 1 z N lim N z 1 z z 1 Hệthố ng IIR: n a z k k N ( z) H ( z) k 0 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 0 Đồ ng nhấ t H(z) với ta có p m n j i k l y z b z a z j i k xl z j i 1 k 0 l 0 Sốhạ ng bậ c k củ ađ áp ứ ng Y(z) 113 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt k k i 1 l 0 k k l 0 i 1 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 ) 1 2 z 1 z 2 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 2z z 3z )(y0 yz y2z ) (1z 2z )(1 2z z 0,5z ) (1 y x a 1 y0 z 1 y1 z 1 2 z 1 1 z 1 y1 3 2 5 114 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Theo lý thuyế t y1 a0 x1 a1 x0 b1 y0 2 1 1 5 y2 a0 x2 a1 x1 a2 x0 b1 y1 b2 y0 1 2 2 10 1 8 y3 a0 x3 a1 x2 a2 x1 a3 x0 b1 y2 b2 y1 b3 y0 0,5 1 4 16 5 3 9,5 y4 a0 x4 a1 x3 a2 x2 a3 x1 a4 x0 b1 y3 b2 y2 b3 y1 b4 y0 Nhậ n xét: Vớ i hệthố ng IIR: đ áp ứng yk (ởthờ iđ iể m t = k t) không chỉphụthuộ c vào tín hiệ u vào ởcùng thời đ iể m thời đ iể m trướ c xk l l 0,1,2 mà cịn phụthuộ c tín hiệ u :cấu trúc có vịng phản hồi a x k thờ iđ iể m khác yk i i 0,1,2 l l k l gọ i hệ thố ng đ ệquy Sơđ ồcấ u trúc: Dạ ng chuẩ n1 k a l 0 l x k l k k l=0 i 0 Yk a k x k-l - bi yk i 115 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sắ p xế p lạ i: Tiế t Các ng cấ u trúc song song nối tầ ng Nhậ n xét vềsơđ ồcấ u trúc ng chuẩ n Có q nhiề u vịng phả n hồ i: m vòng (m: bậ c củ a mẫ u thứ c) nên dễmấ tổ n đ ị nh Hạ n chếsốvòng phả n hồ i m = 1: Khâu bậ c 1, m = 2: Khâu bậ c nố i song song hoặ c nố i tiế p Cấ u trúc song song: n H ( z) a k z k N ( z) k 0 m D(z) bi z i i 0 Giả i phươ ng trình: m D ( z ) 1 b i z i 0 (m nghiệ mđ ượ c gọ i đ iể m cự c pi ) i 1 m D ( z ) z m z p i i 1 Phân tích H(z) ta có phân thứ c tố i giả n: 116 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt m H ( z ) i 1 Ai 1 p i z Xét hai trường hợp: p i thực: Ai khâu bậ c1 p i z 1 Ai Ai* p i phức: cặ p liên hiệ p khâu bậ c2 p i z 1 p i* z 1 Cấ u trúc song song: n a z k k m A H (z) m i 1 pi z bi z i i 1 k 0 i0 H11 l khâu bậ c1 Y (z ) H1l X (z ) H 21 H 2r m l khâu r bậ c2 Ví dụ: z 1 2 z 2 H ( z) 1 z 1 2 2 z 1 1 z 2 z 1 2 z 2 z 1 2 z 1 1 z 2 P12 1j P1 A B C z 1 z 1 2 z 1 1z 2 Giả i ta đ ượ c: A 0.4; B 1.8; C 1.6 117 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt H ( z) z 1 Y (z ) X ( z) 1.8 1.6z 1 H ( z) 2 z 1 1z2 Cấ u trúc nố i tầ ng n H (z) a k k 0 z k m b i z : Dạ ng chuẩ n i i 0 Cấ u trúc nố i tầ ng: n Giả i N(z) = 0, a z k 0 k k 0 nghiệ m đ iể m khơng q k Ví dụ: z 1 2 z 2 0.5 0.5 z 1 z 2 H ( z) z 1 z 1 1 z 1 0.5 z 2 2 2 z 1 z 2 Pi Pi 1j A B Cz 1 1 z z 1 0.5 z 2 Giả i ta đ ượ c: A 0.4; B 0.9; C 0.8 0, 0, 0, z 1 H ( z ) 1 z z 1 0.5 z 2 118 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 0.4 H1 ( z) z 1 H1 X ( z) Y ( z) X ( z) 0.9 0.8z 1 H2 (z) 1 1z 0.5z2 H X ( z) N ( z ) 0.5 0.5z 1 z 2 0.5 z 1 2 z 2 0.5(1 z 1 )(1 2 z 1 ) H (z) 0.5(1 z 1 )(1 2 z 1 ) 1 z 1 z 1 0.5(1 z 1 ) 2 z 1 0.5 z 2 z 1 1 z 1 0.5 z 2 1 H1 0.5(1 z 1 ) X(z) H 1 z 1 H2 2 z 1 H2 1 1z 1 0.5z 2 H (z) H1 ( z ) Tóm tắ t: Dạ ng chuẩ n : m vịng phả n hồ i m Song song: H Ai p iZ z i 1 1 pi thực: bậ c1 pi phức: bậ c2 Nố i tầ ng: H n z H i i 1 119 CuuDuongThanCong.com Y(z) https://fb.com/tailieudientucntt Tiế t Các sơđồcấ u trúc khâu bậ c 1,2 Sơđồcấ u trúc khâu bậ c 1: Y1 X Z Z 1 Y a Y X Y1 X aY2 1 aZ 1 1 Y Y Z Z 1 2 Y X 2 aZ 1 Sơđồcấ u trúc khâu bậ c 2: Y1 X Z Y2 Z 1 Z 1 Y3 a1 a2 Y1 X 1 2 a Z a Z Y1 X a1Y2 a 2Y3 Z 1 Y Y Z Y2 X 2 1 2 a Z a Z 2 Y Y Z Y Z 3 Z 2 Y3 X 1 2 a Z a Z 120 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 121 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... 1/T sóng mang độc lập tuyến tính (trực giao nhau) 25 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Gọi tập hợp tín hiệu xác định [a,b] k ký hiệu thứ k tập, tín hiệu trực giao nÕu: b nÕu... mang thành phần DC Kết tín hiệu thu đ-ợc tích phân thời khoảng ký hiệu OFDM để khôi phục lại liệu ban đầu Nếu sóng mang ký hiệu OFDM có số nguyên lần chu kỳ thời khoảng ký hiệu kết t-ơng quan cđa... chống lại nhiễu lân cận Từ đẫn tới kết hiệu suất sử dụng phổ không cao Các sóng mang tín hiệu OFDM đ-ợc đặt có phần chỗng lẫn lên (trong miền tần số) mà tín hiệu thu không chịu ảnh h-ởng nhiễu sóng