Giáo trình Thông tin và điều độ trong hệ thống điện - Chương 1: Tổng quan về các tín hiệu và hệ thống thông tin
Thäng Tin Va Âiãu ÂäTrong Hã Thäng Âiãn
Chæång 1
TÄNG QUAN VÃ CAC TÊN HIÃU VA
HÃ THÄNG THÄNG TIN
1.1 Cac khai niãm cå ban :
1.1.1 Nguän tin nguyãn thuy: la táp håp nhæng tin tæc nguyãn thuy chæa
qua mät phep biãn âäi nhán tao nao vê du nhæ: tiãng noi, ám nhac,
hçnh anh v.v. . Nhæ váy tin tæc âæåc sinh ra nhå cac nguän tin nguyãn
thuy.
1.1.2 Tên hiãu thäng tin: la dang vát ly chæa âæng tin tæc va truyãn lan
trong hã thäng thäng tin tæ nåi gæi âãn nåi nhán tin. Âã cho âån gian ta se
goi tàt tên hiãu thäng tin la tên hiãu. Co thã phán loai tên hiãu nhæ sau :
•Tên hiãu xac âënh: la tên hiãu ma qua trçnh biãn thiãn cua no âæåc biãu
diãn bàng mät ham thåi gian âa hoan toan xac âënh. Biãu thæc giai têch hay
âä thë thåi gian cua tên hiãu xac âënh la hoan toan âæåc biãt træåc .
Vê du : s(t) = Asin(ωt + ϕ) la tên hiãu hçnh sin co biãn âä A, tán sä
goc ω va goc pha ϕ la 1 tên hiãu xac âënh.
•Tên hiãu ngáu nhiãn: la tên hiãu ma qua trçnh biãn thiãn cua no khäng thã
biãt træåc. Gia trë cua tên hiãu ngáu nhiãn å tæng thåi âiãm la khäng biãt
træåc.
Ngoai cach phán loai nhæ trãn ta con co thã chia cac tên hiãu ra thanh
2 nhom la tên hiãu liãn tuc va tên hiãu råi rac: Tên hiãu âæåc goi la liãn tuc
nãu sæ thay âäi cua no la liãn tuc, con nãu ngæåc lai tên hiãu la råi rac.
Cu thã hån, co thã phán ra 4 loai sau âáy:
-Tên hiãu co biãn âä va thåi gian liãn tuc goi la tên hiãu tæång tæ
(analog).
-Tên hiãu co biãn âä råi rac, thåi gian liãn tuc goi la tên hiãu læång
tæ.
-Tên hiãu co biãn âä liãn tuc, nhæng thåi gian råi rac goi la tên hiãu
råi rac.
-Tên hiãu co biãn âä va thåi gian âãu råi rac goi la tên hiãu sä
(digital).
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Bach khoa - Âai hoc Âa Nàng
1
Thäng Tin Va Âiãu ÂäTrong Hã Thäng Âiãn
1.1.3 Hã thäng thäng tin: la tä håp cac thiãt bë ky thuát, cac kãnh tin âã
truyãn tin tæc tæ nguän tin âãn nåi nhán tin.
Cáu truc täng quat nhát cua mät hã thäng thäng tin nhæ sau:
Nguän tin
Kãnh tin
Thu tin
Nhiãu
Hçnh 1.1
trong âo:
Nguän tin : la táp håp cac tin ma hã thäng thäng tin phat ra.
Kãnh tin:la nåi hçnh thanh va truyãn tên hiãu mang tin âäng thåi å
âáy xay ra cac tap nhiãu pha hoai tin tæc
Thu tin : La cå cáu khäi phuc tin tæc ban âáu tæ tên hiãu láy å âáu ra
cua kãnh tin.
1.1.4 Âån vë thäng tin: bit (binary digit) . Mät bit la dung læång cua mät
nguän tin co 2 trang thai co thã (thäng thæång qui æåc la 0 hoàc 1). Trong
thæc tã thæång dung cac bäi sä cua bit nhæ:
1 Kbit= 210 bit = 1024 bit
1 Mbit= 210 Kbit = 1024 Kbit
1 byte = 8 bit
1Kbyte = 210 byte = 1024 byte
1Mbyte = 210 Kbyte = 1024 Kbyte
1Gbyte = 210 Mbyte = 1024 Mbyte
...
1.2 Cac âàc træng cå ban cua tên hiãu xac âënh:
Ky hiãu s(t) la biãu thæc thåi gian cua tên hiãu xac âënh.
a/ Âä dai va trë trung bçnh cua tên hiãu:
- Âä dai cua tên hiãu s(t) la thåi gian tän tai cua tên hiãu âo kã tæ luc
no bàt âáu xuát hiãn cho âãn khi chám dæt. Thäng sä nay qui âënh thåi gian
ma hã thäng thäng tin bë màc bán trong viãc truyãn âi tin tæc chæa trong tên
hiãu .
- Nãu âä dai cua mät tên hiãu xuát hiãn vao thåi âiãm t0 la τ, thç trë
trung bçnh cua no theo thåi gian bàng
2
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Bach khoa - Âai hoc Âa Nàng
Thäng Tin Va Âiãu ÂäTrong Hã Thäng Âiãn
0 +τ
1 t
s(t) =
s(t)dt
(1.1)
∫
τ
t0
b/ Nàng læång cäng suát va trë hiãu dung cua tên hiãu:
- Nàng læång Es cua tên hiãu s(t) la têch phán cua bçnh phæång tên
hiãu trong suät thåi gian tän tai cua no:
t0 +τ
E = s2 (t)dt
.
(1.2)
s
∫
t0
Våi âënh nghéa cua nàng læång nhæ váy, ta coi tên hiãu co tênh
chát nhæ âiãn ap, dong âiãn hay cac âai læång tæång tæ khac.
- Cäng suát trung bçnh cua tên hiãu:
0 +τ
1 t
s2 (t) =
s2 (t)dt ,
(1.3)
∫
τ
t
trong âo biãu thæc s2 (t)âæåc goi la cäng suát tæc thåi cua tên hiãu. Nhæ váy
cäng suát trung bçnh cua tên hiãu chênh la trë trung bçnh cua cäng suát tæc
thåi.
- Trë hiãu dung cua tên hiãu la càn bác hai cua cäng suát trung bçnh:
1 t
0 +τ
shd =
s2 (t)dt
(1.4)
∫
τ
t0
c/ Dai âäng cua tên hiãu: la ty sä cac gia trë cæc âai va cæc tiãu cua
cäng suát tæc thåi cua tên hiãu. Thæång thäng sä nay âæåc âo bàng âån vë
lägarêt (ben hay âãxiben):
s2 (t)max
s2 (t)min
s(t)max
DdB=10 lg
= 20lg
(1.5)
s(t)min
Thäng sä nay âàc træng cho khoang cæång âä ma tên hiãu se tac âäng
lãn cac thiãt bë.
d/ Tè sä S/N (tên hiãu/nhiãu) (signal to noise ratio):
P
S
S
ξ =
=
,
(1.6)
N
PN
trong âo PS: cäng suát tên hiãu, PN: cäng suát nhiãu.
Tè sä S/N cung con co thã viãt dæåi dang mæc tên hiãu:
P
S
10lgξ =10lg (dB) .
(1.7)
PN
e/ Dai thäng cua tên hiãu (BW - Bandwidth): la hiãu giæa cac giåi
han tán sä cua dai chæa cac thanh phán tán sä hæu êch cua 1 tên hiãu.
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Bach khoa - Âai hoc Âa Nàng
3
Thäng Tin Va Âiãu ÂäTrong Hã Thäng Âiãn
Vê du: Co thã xem tiãng noi con ngæåi co dai tán sä nàm trong
khoang tæ f1=300 Hz âãn f2=3000 Hz. Khi âo dai thäng: BW= f2 - f1 =3000-
300 =2700 Hz.
Cac tên hiãu co dai thäng lån thç ro rang la nãn âæåc truyãn âi å cac
tán sä cao âã co låi hån (tranh giao thoa våi cac tên hiãu khac).
1.3 Phæång phap phä:
Phæång phap nay cho phep xac âënh cach truyãn tên hiãu cung våi âä
biãn dang cho phep qua cac mach âiãn co dai tán sä bë giåi han, vê du nhæ
cac mach va thiãt bë co dai tán sä lam viãc hep, cac bä loc âiãn, cac bä
khuãch âai, cac bä biãn âäi, cac kãnh tin .v.v...Cå så cua phæång phap phä
la sæ khai triãn cac ham sä tuán hoan vao chuäi Fuariã.
Gia sæ co tên hiãu s(t) tuán hoan våi chu ky T, (s(t)= s(t+nT) våi moi
sä nguyãn n), âäng thåi s(t) thoa man cac âiãu kiãn Âirichlã (bë chàn, liãn
tuc tæng âoan, co sä hæu han cac âiãm cæc trë trong mäi chu ky).
Khi âo tên hiãu s(t) co thã biãu diãn âæåc dæåi dang chuäi Fuariã
phæc:
+∞
s(t) =
A e jkωt
,
(1.8)
∑
k
k=−∞
trong âo :
2π
ω =
: tán sä goc cå ban,
(1.9)
T
1
T / 2
Ak =
s(t)e− jkωt dt = ck e jϕk : biãn âä phæc.
(1.10)
∫
T
−T / 2
Sä hang Ak e jkωt goi la thanh phán âiãu hoa bác k cua tên hiãu s(t),
ck : mäâun cua biãn âä phæc Ak ,
+∞
táp håp {ck }
goi la phä biãn âä cua tên hiãu s(t),
k=−∞
ϕk : pha ban âáu cua biãn âä phæc Ak,
+∞
táp håp {ϕk }
goi la phä pha cua tên hiãu s(t).
k=−∞
Nãu biãt phä pha va phä biãn âä ta co thã tháy ràng tên hiãu tuán
hoan s(t) hoan toan âæåc xac âënh.
Gia sæ tên hiãu s(t) khäng tuán hoan, ta co thã xem no nhæ la mät tên
hiãu tuán hoan våi chu ky T → ∞ . Khi âo nãu s(t) cung thoa man cac âiãu
kiãn Âirichlã thç ta cung co âæåc biãu diãn cua tên hiãu khäng tuán hoan
s(t) dæåi dang têch phán Fuariã:
4
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Bach khoa - Âai hoc Âa Nàng
Thäng Tin Va Âiãu ÂäTrong Hã Thäng Âiãn
∞
s(t) = S(ω)e jωt dω (phep biãn âäi Fuariã ngæåc),
−∞
(1.11)
∫
trong âo:
∞
1
S(ω) =
s(t)e− jωt dt
(1.12)
∫
2π
−∞
goi la phä cua tên hiãu khäng tuán hoan s(t) (phep biãn âäi Fuariã thuán).
Nãu biãt phä S(ω) ta hoan toan co thã xac âënh âæåc tên hiãu khäng
tuán hoan s(t). Noi chung phä S(ω) la ham phæc:
S(ω) = S(ω)e jϕ (ω ) =Re {S(ω)} + j.Im {S(ω)}= P(ω) + jQ(ω) (1.13)
P(ω) : phä thæc cua tên hiãu s(t),
Q(ω) : phä ao cua tên hiãu s(t),
S(ω) : phä biãn âä cua tên hiãu s(t),
S(ω) = P2 (ω) + Q2 (ω) ,
(1.14)
ϕ (ω) : phä pha cua tên hiãu s(t),
Q(ω)
tgϕ(ω) =
,
(1.15)
(1.16)
P(ω
Q(ω)
P2 (ω) + Q2 (ω)
sinϕ(ω) =
,
P(ω)
P2 (ω) + Q2 (ω)
cosϕ(ω) =
.
(1.17)
Tæ trãn ta nhán tháy cac tên hiãu tuán hoan se co phä vach (phä råi
rac), con cac tên hiãu khäng tuán hoan se co phä liãn tuc.
1.4 Nhiãu trong cac hã thäng thäng tin :
Nhiãu la tæ dung âã chè tát ca cac loai tên hiãu khäng co êch tac âäng
lãn cac tên hiãu co êch, gáy kho khàn cho viãc thu va xæ ly tên hiãu nay.
Nhiãu gáy nãn cac sai sä cung nhæ lam biãn dang tên hiãu. Nãu ta truyãn 1
tên hiãu s(t) âãn âáu vao cua kãnh tin, thç trãn âáu ra ta se thu âæåc noi
chung khäng phai la tên hiãu s(t) ma la
x(t) = n(t).s(t) +c(t),
(1.18)
trong âo: n(t) goi la nhiãu nhán, c(t) goi la nhiãu cäng.
Nhiãu cäng c(t) khäng phu thuäc vao tên hiãu va bë gáy ra båi cac
træång ngoai (âiãn træång, tæ træång, træång âiãn tæ, træång ám thanh v.v...)
Nhiãu nhán bë gáy ra båi sæ thay âäi hã sä truyãn cua kãnh tin. Nhiãu
nhán thæång tháy trong khi truyãn cac tên hiãu vä tuyãn å song ngàn.
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Bach khoa - Âai hoc Âa Nàng
5
Thäng Tin Va Âiãu ÂäTrong Hã Thäng Âiãn
Theo nguän gäc, nhiãu co thã âæåc phán ra 2 nhom: nhiãu khê quyãn
va nhiãu cäng nghiãp.
Nhiãu khê quyãn (hay co tai liãu con goi la nhiãu tæ nhiãn) gáy ra do
hoat âäng cua cac hiãn tæång trong khê quyãn nhæ giäng, bao, sám,
chåp..v.v. (thäng thæång la å tán sä tháp). Trong thåi gian giäng, bao, sám,
chåp, trong may thu radio thènh thoang nghe tháy nhæng tiãng lao xao
manh, âàc biãt khi lam viãc å song dai. Nhiãu khê quyãn khäng anh hæång
âãn cac dai song ngàn la dai song âæåc dung nhiãu trong thäng tin vä tuyãn
âiãn. Ngoai ra nhiãu khê quyãn con sinh ra do bæc xa tæ cac nguän ngoai
trai âát ma manh nhát la do bæc xa cua màt tråi. Cac bæc xa nay lam anh
hæång âãn låp iän hoa trong táng cao cua khê quyãn, lam thay âäi âiãu kiãn
truyãn lan cua cac song ngàn, va do âo anh hæång âãn thäng tin å dai song
nay. Hån næa phán lån nàng læång bæc xa nàm trong miãn tán sä siãu cao
(cac dai song centimet va âãcimet) va âæåc cac may thu vä tuyãn lam viãc
å cac dai song nay træc tiãp thu láy dæåi dang nhiãu .
Nhiãu cäng nghiãp la nhiãu do cac thiãt bë âiãn co thã gáy ra nhæ :
cac âäng cå âiãn co thanh gop, cac dung cu âiãn dung trong gia âçnh, cac
thiãt bë âiãn trong y tã, cac thiãt bë cäng nghiãp å tán sä cao (lo âuc va täi
cao tán, lo sáy cao tán ..v.v.) Cac nhiãu phiãn phæc nhát do hã thäng âanh
læa trong cac âäng cå âät trong gáy ra, va cuäi cung cac chuäng âiãn (våi
råle âong må) cung la nguän nhiãu manh. Ban chát cua nhiãu cäng nghiãp
la khi cac thiãt bë âiãn kã trãn lam viãc se sinh ra bæc xa âiãn tæ manh. Cac
bæc xa âiãn tæ nay co thã la nhæng kêch thêch âät biãn cac dao âäng tàt dán
do sæ tao thanh tia læa gáy ra. Chung cung co thã tao ra cac dao âäng cao
tán khäng suy giam (vê du nhæ trong cac lo nhiãt cao tán). Âã chäng lai cac
nhiãu cäng nghiãp, cán phai dung cac bä phán khæ cac bæc xa âiãn tæ, dáp
tàt cac tia læa sinh ra trong cac thiãt bë ma trong âo chung khäng giæ nhiãm
vu chu yãu. Cac thiãt bë tán sä cao phai âæåc chã tao âung âàn âã giam sæ
bæc xa âãn cæc tiãu va nãu cán phai boc kim thiãt bë.
Nhiãu khê quyãn va nhiãu cäng nghiãp âæåc goi la nhiãu ngoai hay
can nhiãu. Ngoai ra con co nhiãu trong la nhiãu ngay trong ban thán hã
thäng thäng tin do ban thán cac thiãt bë sinh ra trong qua trçnh lam viãc,
nhæ do hiãu æng nhiãt, do sæ thàng giang cua cac âai læång vát ly
v.v...Nhiãu trong con âæåc goi la tap ám.
Chát læång cua tên hiãu co thã âæåc âo bàng ty sä S/N (tên
hiãu/nhiãu) biãu diãn båi âån vë dB.
6
Khoa Âiãn - Træång Âai hoc Bach khoa - Âai hoc Âa Nàng
6 trang
21820
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Thông tin và điều độ trong hệ thống điện - Chương 1: Tổng quan về các tín hiệu và hệ thống thông tin", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thong_tin_va_dieu_do_trong_he_thong_dien_chuong_1.pdf
