intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Tín hiệu và điều chế: Phần 1 - Trường Đại học Thái Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST
Báo xấu
11
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Tín hiệu và điều chế: Phần 1 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Một số khái niệm căn bản; tín hiệu xác định; phân tích tín hiệu trong miền tần số. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Tín hiệu và điều chế: Phần 1 - Trường Đại học Thái Bình

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI GIẢNG TÍN HIỆU VÀ ĐIỀU CHẾ (Tài liệu lưu hành nội bộ) Thái Bình, năm 2021 1
  2. MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................... 2 LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 5 CHƯƠNG 1 .................................................................................................................... 6 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CĂN BẢN............................................................................... 6 1.1 TÍN HIỆU VÀ NHIỄU .................................................................................... 6 1.2 PHÂN LOẠI TÍN HIỆU .................................................................................. 6 1 .2.1. Tín hiệu vật lý và mô hình lý thuyết ....................................................... 6 1.2.2 Tín hiệu xác định và tín hiệu ngẫu nhiên ................................................ 6 1.2.3 Tín hiệu năng lượng - Tín hiệu công suất ............................................... 7 1.2.4 Tín hiệu liên tục và rời rạc ....................................................................... 7 1.2.5 Các loại tín hiệu khác ............................................................................... 8 1.3 BIỂU DIỄN GIẢI TÍCH TÍN HIỆU .............................................................. 9 1.3.1. Biểu diễn liên tục tín hiệu ...................................................................... 9 1.3.2. Biểu diễn rời rạc tín hiệu ....................................................................... 9 CHƯƠNG 2 .................................................................................................................. 11 TÍN HIỆU XÁC ĐỊNH ................................................................................................ 11 2.1 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA TÍN HIỆU XÁC ĐỊNH ............... 11 2.1.1 Tích phân tín hiệu ................................................................................... 11 2.1.2 Trị trung bình .......................................................................................... 11 2.1.3 Năng lượng tín hiệu ................................................................................. 12 2.1.4 Công suất trung bình tín hiệu ................................................................ 12 2.2 TÍN HIỆU XÁC ĐỊNH THỰC ..................................................................... 12 2.2.1 Tín hiệu năng lượng có thời hạn hữu hạn (tín hiệu xung)................... 12 2.2.2 Tín hiệu năng lượng có thời hạn vô hạn ............................................... 15 2.2.3 Tín hiệu không tuần hoàn có công suất trung bình hữu hạn .............. 17 2.2.4 Tín hiệu tuần hoàn .................................................................................. 20 2.2.5 Tín hiệu gần tuần hoàn ........................................................................... 21 2.2.6 Tín hiệu phân bố...................................................................................... 22 2.4 PHÂN TÍCH TÍN HIỆU XÁC ĐỊNH RA CÁC THÀNH PHẦN .............. 27 2.5 PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN TÍN HIỆU ................................................... 30 2.5.1 Hệ số tương quan..................................................................................... 30 2.5.2 Hàm tương quan...................................................................................... 31 2.6 TÍCH CHẬP ................................................................................................... 34 2.6.1 Giới hạn của tích chập ............................................................................ 34 2
  3. 2.6.2 Sự hội tụ của tích chập ............................................................................ 35 2.6.3 Các tính chất của tích chập .................................................................... 35 CHƯƠNG 3 .................................................................................................................. 37 PHÂN TÍCH TÍN HIỆU TRONG MIỀN TẦN SỐ .................................................. 37 3.1 BIẾN ĐỔI FOURIER .................................................................................... 37 3.1.1 Định nghĩa ................................................................................................ 37 3.1.2 Các tính chất của phổ (các tính chất của biến đổi Fourier).................... 38 3.2 PHỔ CỦA MỘT SỐ TÍN HIỆU THÔNG DỤNG ...................................... 41 3.2.1 Phổ của tín hiệu năng lượng ................................................................... 42 3.2.2 Phổ của tín hiệu có công suất trung bình hữu hạn ............................... 44 3.2.3 Phổ của tín hiệu tuần hoàn ..................................................................... 44 3.3. MẬT ĐỘ PHỔ .................................................................................................. 48 3.3.1 Mật độ phổ năng lượng ........................................................................... 48 3.3.2 Mật độ phổ công suất .............................................................................. 49 CHƯƠNG 4 .................................................................................................................. 53 MÃ HÓA NGUỒN – MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN.......................................................... 53 4.1. MÃ HOÁ NGUỒN CHO DỮ LIỆU SỐ ......................................................... 53 4.1.1. Giới thiệu .................................................................................................... 53 4.1.2. Mã hoá Shanon-Fano ................................................................................ 53 4.1.3 Mã hóa Lempel-Zip .................................................................................... 55 4.2. MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN ................................................................................... 59 4.2.1. Unipolar ...................................................................................................... 60 4.2.2. Polar. ........................................................................................................... 60 4.2.3. Bipolar ........................................................................................................ 62 CHƯƠNG 5 .................................................................................................................. 69 TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ ................................................................................................ 69 5.1 CƠ BẢN VỀ ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU............................................................ 69 5.1.1. Vị trí của điều chế trong hệ thống thông tin...................................... 69 5.1.2. Mục đích của điều chế tín hiệu ........................................................... 70 5.1.3. Phân loại các phương pháp điều chế.................................................. 71 5.2 ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ ............................................................................... 72 5.2.1 Sóng mang trong điều chế tương tự ...................................................... 72 5.2.2 Điều chế biên độ ...................................................................................... 73 5.2.3 Điều chế góc ............................................................................................. 78 5.3 ĐIỀU CHẾ XUNG ......................................................................................... 82 5.3.1 Sóng mang trong các hệ thống điều chế xung: ..................................... 82 3
  4. 5.3.2 Điều chế PAM .......................................................................................... 83 ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP ................................................................................................. 85 4
  5. LỜI MỞ ĐẦU Học phần “Tín hiệu và điều chế” là học phần chuyên ngành dành cho sinh viên bậc đại học và cao đẳng ngành điện tử công nghiệp gồm hai tín chỉ lý thuyết. Để phục vụ cho quá trình dạy và học học phần này cho giảng viên và sinh viên, việc biên soạn tập Bài giảng Tín hiệu và điều chế theo đúng chương trình đào tạo đã được xây dựng là rất cần thiết. Nội dung tập Bài giảng Tín hiệu và điều chế được chia làm năm chương trình bày từ các khái niệm cơ bản cho đến các phương pháp phân tích và xử lý tín hiệu gồm mã hóa và điều chế tín hiệu. 5
  6. CHƯƠNG 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CĂN BẢN 1.1 TÍN HIỆU VÀ NHIỄU Tín hiệu là sự biểu hiện vật lý của tin tức mà nó mang từ nguồn tin đến nơi nhận tin. Mô hình toán học của tín hiệu là các hàm thực hay phức của một hay nhiều biến. Ví dụ s(t) là hàm của thời gian t nó biểu thị một đại lượng điện như tín hiệu âm thanh hoặc tín hiệu hình. Tín hiệu s(x, y) là hàm hai biến tọa độ không gian (x,y), đó là tín hiệu ảnh tĩnh. Tín hiệu s(x, y, t) là tín hiệu truyền hình. Nhiễu là tín hiệu không mong muốn nhận được ở phía thu. 1.2 PHÂN LOẠI TÍN HIỆU 1.2.1. Tín hiệu vật lý và mô hình lý thuyết Tín hiệu vật lý là tín hiệu: - Có năng lượng hữu hạn - Có biên độ hữu hạn - Biên độ là hàm liên tục - Có phổ hữu hạn và tiến tới không khi tần số tiến tới  . 1.2.2 Tín hiệu xác định và tín hiệu ngẫu nhiên - Tín hiệu xác định là tín hiệu mà quá trình biến thiên của nó được biểu diễn bằng một hàm thời gian đã hoàn toàn xác định. - Tín hiệu ngẫu nhiên thì sự biến thiên của nó không thể biết trước, muốn biểu diễn nó phải tiến hành quan sát thống kê. 6
  7. Tín hiệu hiệu Xác Ngẫu định định nhiên nhiên Tuần hoàn hoàn Không Không tuần Dừng Dừng Không dừng hoàn Sin Tuần Giả Tuần Quá Quá Egodic Không Loại Loại hoàn ngẫu hoàn độ egodic đặc nhiên quasi biệt Hình 1.1: Phân loại tín hiệu xác định và ngẫu nhiên 1.2.3 Tín hiệu năng lượng - Tín hiệu công suất Dựa vào năng lượng của tín hiệu thì có hai loại là tín hiệu năng lượng hữu hạn và tín hiệu công suất trung bình hữu hạn. - Tín hiệu năng lượng hữu hạn gồm những tín hiệu quá độ xác định và ngẫu nhiên. - Tín hiệu công suất bao gồm hầu như tất cả: tín hiệu tuần hoàn, tuần hoàn quasi và tín hiệu ngẫu nhiên xác lập. 1.2.4 Tín hiệu liên tục và rời rạc Có thể phân biệt thành bốn loại sau (hình 1.2): - Tín hiệu có biên độ và thời gian liên tục được gọi là tín hiệu tương tự (analog). - Tín hiệu có biên độ rời rạc, thời gian liên tục là tín hiệu lượng tử. - Tín hiệu có biên độ liên tục, thời gian rời rạc là tín hiệu rời rạc. - Tín hiệu có biên độ và thời gian đều rời rạc được gọi là tín hiệu số (digital). 7
  8. Hình 1.2: Phân loại tín hiệu liên tục và rời rạc Các hệ thống xử lý tín hiệu được phân loại dựa vào đặc trưng của tín hiệu mà nó xử lý. ta có các hệ thống xử lý tín hiệu tương ứng như sau: - Hệ thống tương tự: các mạch khuếch đại, lọc cổ điển, nhân tần số, điều chế tín hiệu… - Hệ thống rời rạc: các mạch tạo xung, các mạch điều chế xung… -Hệ thống số: mạch lọc số, mạch biến đổi Fourier và các quá trình đặc biệt khác. Ngoài ra cũng có những hệ thống hỗn hợp như hệ thống biến đổi tương tự số. 1.2.5 Các loại tín hiệu khác a) Bề rộng phổ của tín hiệu: là dải tần số (dương hoặc âm) tập trung công suất của tín hiệu và được xác định theo công thức sau: B = f2-f1 (1.1) Trong đó: 0  f1 < f2 ; f2 được gọi là tần số giới hạn trên của tín hiệu. Dựa vào bề rộng phổ có thể phân loại tín hiệu như sau: - Tín hiệu tần số thấp - Tín hiệu tần số cao - Tín hiệu dải hẹp - Tín hiệu dải rộng b) Tín hiệu có thời hạn hữu hạn: là tín hiệu có biên độ tiến tới không ở ngoài khoảng T. x(t) = 0 t >T 8
  9. c) Tín hiệu có biên độ hữu hạn là tất cả các tín hiệu vật lý thực hiện được, với chúng biên độ không vượt quá một giới hạn nào đó được tính toán tương ứng với thiết bị xử lý. Có thể viết : x(t)  K với -  < t <  (1.3) d) Tín hiệu nhân quả (causals) là tín hiệu bằng 0 với giá trị thời gian âm x(t) ≡ 0 t
  10. - Biểu diễn rời rạc liên quan đến hình ảnh một vectơ trong không gian n chiều (hoặc vô hạn chiều). - Biểu diễn rời rạc tín hiệu chính là công cụ để xử lý số tín hiệu. 10
  11. CHƯƠNG 2 TÍN HIỆU XÁC ĐỊNH MỞ ĐẦU Mô hình xác định của tín hiệu vật lý: - Các loại tín hiệu xác định được dùng để mô tả các tính chất của các hệ thống truyền tin rất tiện lợi, và hầu như trong tất cả các hệ thống thông tin, bên cạnh các tín hiệu ngẫu nhiên luôn luôn có tín hiệu xác định như là các sóng mang, tín hiệu đồng bộ, tín hiệu xung nhịp… - Tín hiệu xác định có mô hình toán học là các hàm thực hoặc phức theo thời gian, hoặc cũng có thể là các phân bố. - Trong tất cả các loại tín hiệu, người ta thường phân biệt thành hai loại tín hiệu mô tả các tín hiệu vật lý thực tế, đó là: tín hiệu có năng lượng hữu hạn và tín hiệu có công suất trung bình hữu hạn. 2.1 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA TÍN HIỆU XÁC ĐỊNH 2.1.1 Tích phân tín hiệu Cho tín hiệu x là tín hiệu xác định, tồn tại trong khoảng  
  12. t0 T 1  x = T  x(t) dt t0 (2.4) trong đó t0 là một điểm bất kỳ trên thang thời gian. 2.1.3 Năng lượng tín hiệu Năng lượng chứa trong tín hiệu x(t) được ký hiệu là Ex và được định nghĩa như sau:   Ex = x =  x2(t)dt 2 (2.5)  2.1.4 Công suất trung bình tín hiệu Các tín hiệu xung cũng có thể được đặc trưng bởi công suất trung bình trong khoảng thời gian được định nghĩa như sau: Px t ,t = x 2  = x 2 (t)dt t 2 (2.6) 1 2  t  t t1 2 1 Nếu tín hiệu x là các xung dòng điện hay điện áp, thì Px có ý nghĩa vật lý là công suất trung bình của tín hiệu x nhận được trên một đơn vị điện trở trong khoảng thời gian t1 ,t 2 .Với các tín hiệu có thời hạn vô hạn: 1 T Px= x 2  = lim T  2T  x 2 (t)dt T (2.7) - Với tín hiệu tuần hoàn chu kỳ T thì: 1 t0 T Px= x2  = T  x 2 (t) dt t 0 (2.8) Trong đó t0 là điểm bất kỳ trên thang thời gian. Dựa vào các thông số năng lượng của tín hiệu mà người ta phân chia chúng thành hai loại quan trọng là:  Tín hiệu có năng lượng hữu hạn, hay tín hiệu năng lượng nếu 0
  13. x(t) 1 -1/2 0 1/2 Hình 2.1: Tín hiệu xung vuông chuẩn 0 t  1/ 2  x(t)  (t)  1/ 2 t  1/ 2  1 t  1/ 2 x=1; Ex=1 Ta có thể biểu diễn các xung vuông góc nằm ở vị trí bất kỳ trên thang thời gian, có độ rộng và độ cao bất kỳ như trên hình 2.2. x(t) a c tc x(t)=a    t b   b   Hình 2.2: Tín x= ab; Ex= a2b hiệu xung vuông t  c  Khi nhân một tín hiệu bất kỳ với hàm    ta có thể giữ lại một phần của b  tín hiệu đó và bỏ đi những phần khác theo ý muốn. 13
  14. 2- Xung tam giác  (t) x(t) t -1 0 1 Hình 2.3: Xung tam giác chuẩn  0 t 1 x(t)=  (t)= với    t 1 t 1 x=1; Ex=2/3 3- Xung cosin x(t) X t -π/2w0 0 π/2w0 Hình 2.4: Xung cosin x(t)= Xcos  t.  t   0 /     0 X 2  = 2X ; Ex= x 0 2 0 14
  15. 4- Xung hàm mũ x(t) X 0 T Hình 2.5: Xung hàm mũ x(t)= Xet t  T / 2  ;  >0   T  x= X 1 eT   1e  X2 Ex= 2T 2 2.2.2 Tín hiệu năng lượng có thời hạn vô hạn 1- Hàm mũ suy giảm Hình 2.6: Hàm mũ suy giảm Xet t0 x(t)=  với  >0  0 t0 X X2 x=  ; Ex= 2 15
  16. 2- Tín hiệu sin suy giảm theo hàm mũ Hình 2.7: Tín hiệu sin suy giảm theo hàm mũ Xet sin  t t 0 x(t)=  0 với  0 t0  X 2 0 2 x=X 0 ; Ex= 02   2 4 ( 2   2 ) 0 3- Tín hiệu Sa sin 0t t0 x(t)= Sa(  t.)=   t với 0  0  t0  1 x=  ; Ex=  /  0 0 Hình 2.8: Tín hiệu Sa 16
  17. Tín hiệu Sa đóng vai trò quan trọng trong việc rời rạc tín hiệu. Vì vậy người ta ký hiệu nó bằng chữ Sa từ chữ Samling (tiếng anh là lấy mẫu) 4- Tín hiệu Sa2 0 sin 2  t x(t)= Sa2( t)= t0 0  ( t) 2 với  1 0 t0  x=  ; Ex= 2   0 3 0 5- Tín hiệu Gausse Hình 2.9: Tín hiệu Gausse x(t)= e t 2 x=1; Ex= 1 2 2.2.3 Tín hiệu không tuần hoàn có công suất trung bình hữu hạn 1- Bước nhảy đơn vị 1(t) Hình 2.10: Bước nhảy đơn vị 1 t 0 x(t)= 1(t)=  với t  0 1/ 2  t0  0 17
  18. 1 1  x = ;Px= 2 2 Bước nhảy có giá trị bất kỳ, tại một điểm bất kỳ ta có thể viết: x(t) = X1(t-T) (hình 2.11) x(t) X t 0 T x (t) Hình 2.11 x (t) x x a) b) 0 T t 0 T t Hình 2.12 Hình 2.12 ta có: x(t)= X t1(t)  (t  T )1(t  T ) (a) T t 1(t) 1(t  T ) X x(t)= (b) T 2- Hàm mũ tăng dần x(t) 1 t 0 18 Hình 2.13
  19. x(t)= 1 et 1(t)  >0 1 1  x = ;Px= 2 2 3- Tín hiệu Sgn(t) 1 Hình 2.14 t0  x(t)= Sgnt= 0 với t  0 1 t0   x =0; Px=1 4- Tín hiệu sit Hình 2.15: Tín hiệu sit t  x =Sit=  sad 0   x =0; Px=  2 19
  20. 2.2.4 Tín hiệu tuần hoàn 1- Tín hiệu sin Hình 2.16: Tín hiệu sin x(t)= Xsin 0 t, t(  ,  ) X 2  x =0; Px= 2 2- Dãy xung vuông góc lưỡng cực x(t) X … … -T -T/2 0 T/2 T t Hình 2.17: Tín hiệu xung vuông lưỡng cực  x =0 Px=X2 3- Dãy xung vuông góc đơn cực: Hình 2.18: Tín hiệu xung vuông đơn cực  x X T  2 P  X x 2T 0
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2418 lượt tải

ERROR:connection to 10.20.1.100:9315 failed (errno=111, msg=Connection refused)
ERROR:connection to 10.20.1.100:9315 failed (errno=111, msg=Connection refused)
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2