Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo giáo trình môn thông tin và điều độ trong hệ thống điện
Thäng Tin V Âiãưu ÂäüTrong Hãû Thäúng Âiãûn Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc Bạch khoa - Âải hc  Nàơng 1 Chỉång 1 TÄØNG QUAN VÃƯ CẠC TÊN HIÃÛU V HÃÛ THÄÚNG THÄNG TIN 1.1 Cạc khại niãûm cå bn : 1.1.1 Ngưn tin ngun thy: l táûp håüp nhỉỵng tin tỉïc ngun thy chỉa qua mäüt phẹp biãún âäøi nhán tảo no vê dủ nhỉ: tiãúng nọi, ám nhảc, hçnh nh v.v. . Nhỉ váûy tin tỉïc âỉåüc sinh ra nhåì cạc ngưn tin ngun thy. 1.1.2 Tên hiãûu thäng tin: l dảng váût l chỉïa âỉûng tin tỉïc v truưn lan trong hãû thäúng thäng tin tỉì nåi gỉíi âãún nåi nháûn tin. Âãø cho âån gin ta s gi tàõt tên hiãûu thäng tin l tên hiãûu. Cọ thãø phán loải tên hiãûu nhỉ sau : •Tên hiãûu xạc âënh: l tên hiãûu m quạ trçnh biãún thiãn ca nọ âỉåüc biãøu diãùn bàòng mäüt hm thåìi gian â hon ton xạc âënh. Biãøu thỉïc gii têch hay âäư thë thåìi gian ca tên hiãûu xạc âënh l hon ton âỉåüc biãút trỉåïc . Vê dủ : )sin()(ϕω+= tAts l tên hiãûu hçnh sin cọ biãn âäü A, táưn säú gọc ω v gọc pha ϕ l 1 tên hiãûu xạc âënh. •Tên hiãûu ngáùu nhiãn: l tên hiãûu m quạ trçnh biãún thiãn ca nọ khäng thãø biãút trỉåïc. Giạ trë ca tên hiãûu ngáùu nhiãn åí tỉìng thåìi âiãøm l khäng biãút trỉåïc. Ngoi cạch phán loải nhỉ trãn ta cn cọ thãø chia cạc tên hiãûu ra thnh 2 nhọm l tên hiãûu liãn tủc v tên hiãûu råìi rảc: Tên hiãûu âỉåüc gi l liãn tủc nãúu sỉû thay âäøi ca nọ l liãn tủc, cn nãúu ngỉåüc lải tên hiãûu l råìi rảc. Củ thãø hån, cọ thãø phán ra 4 loải sau âáy: -Tên hiãûu cọ biãn âäü v thåìi gian liãn tủc gi l tên hiãûu tỉång tỉû (analog). -Tên hiãûu cọ biãn âäü råìi rảc, thåìi gian liãn tủc gi l tên hiãûu lỉåüng tỉí. -Tên hiãûu cọ biãn âäü liãn tủc, nhỉng thåìi gian råìi rảc gi l tên hiãûu råìi rảc. -Tên hiãûu cọ biãn âäü v thåìi gian âãưu råìi rảc gi l tên hiãûu säú (digital). Thäng Tin V Âiãưu ÂäüTrong Hãû Thäúng Âiãûn 2 Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc Bạch khoa - Âải hc  Nàơng 1.1.3 Hãû thäúng thäng tin: l täø håüp cạc thiãút bë k thût, cạc kãnh tin âãø truưn tin tỉïc tỉì ngưn tin âãún nåi nháûn tin. Cáúu trục täøng quạt nháút ca mäüt hãû thäúng thäng tin nhỉ sau: Hçnh 1.1 trong âọ: Ngưn tin : l táûp håüp cạc tin m hãû thäúng thäng tin phạt ra. Kãnh tin:l nåi hçnh thnh v truưn tên hiãûu mang tin âäưng thåìi åí âáúy xy ra cạc tảp nhiãùu phạ hoải tin tỉïc Thu tin : L cå cáúu khäi phủc tin tỉïc ban âáưu tỉì tên hiãûu láúy åí âáưu ra ca kãnh tin. 1.1.4 Âån vë thäng tin: bit (binary digit) . Mäüt bit l dung lỉåüng ca mäüt ngưn tin cọ 2 trảng thại cọ thãø (thäng thỉåìng qui ỉåïc l 0 hồûc 1). Trong thỉûc tãú thỉåìng dng cạc bäüi säú ca bit nhỉ: 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 Cạc âàûc trỉng cå bn ca tên hiãûu xạc âënh: K hiãûu s(t) l biãøu thỉïc thåìi gian ca tên hiãûu xạc âënh. a/ Âäü di v trë trung bçnh ca tên hiãûu: - Âäü di ca tên hiãûu s(t) l thåìi gian täưn tải ca tên hiãûu âọ kãø tỉì lục nọ bàõt âáưu xút hiãûn cho âãún khi cháúm dỉït. Thäng säú ny qui âënh thåìi gian m hãû thäúng thäng tin bë màõc báûn trong viãûc truưn âi tin tỉïc chỉïa trong tên hiãûu . - Nãúu âäü di ca mäüt tên hiãûu xút hiãûn vo thåìi âiãøm t0 l τ, thç trë trung bçnh ca nọ theo thåìi gian bàòng Ngưn tin Kãnh tin Thu tin Nhiãùu Thäng Tin V Âiãưu ÂäüTrong Hãû Thäúng Âiãûn Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc Bạch khoa - Âải hc  Nàơng 3 dttststt∫+=ττ00)(1)( (1.1) b/ Nàng lỉåüng cäng sút v trë hiãûu dủng ca tên hiãûu: - Nàng lỉåüng Es ca tên hiãûu s(t) l têch phán ca bçnh phỉång tên hiãûu trong sút thåìi gian täưn tải ca nọ: ∫+=τ00)(2ttsdttsE. (1.2) Våïi âënh nghéa ca nàng lỉåüng nhỉ váûy, ta coi tên hiãûu cọ tênh cháút nhỉ âiãûn ạp, dng âiãûn hay cạc âải lỉåüng tỉång tỉû khạc. - Cäng sút trung bçnh ca tên hiãûu: dttststt∫+=ττ0)(1)(22, (1.3) trong âọ biãøu thỉïc )(2tsâỉåüc gi l cäng sút tỉïc thåìi ca tên hiãûu. Nhỉ váûy cäng sút trung bçnh ca tên hiãûu chênh l trë trung bçnh ca cäng sút tỉïc thåìi. - Trë hiãûu dủng ca tên hiãûu l càn báûc hai ca cäng sút trung bçnh: ∫+=ττ00)(12tthddttss (1.4) c/ Di âäüng ca tên hiãûu: l t säú cạc giạ trë cỉûc âải v cỉûc tiãøu ca cäng sút tỉïc thåìi ca tên hiãûu. Thỉåìng thäng säú ny âỉåüc âo bàòng âån vë lägarêt (ben hay âãxiben): DdB=10 lgminmax22)()(lg20min)(max)(tstststs= (1.5) Thäng säú ny âàûc trỉng cho khong cỉåìng âäü m tên hiãûu s tạc âäüng lãn cạc thiãút bë. d/ Tè säú S/N (tên hiãûu/nhiãùu) (signal to noise ratio): NSPPNS==ξ, (1.6) trong âọ PS: cäng sút tên hiãûu, PN: cäng sút nhiãùu. Tè säú S/N cng cn cọ thãø viãút dỉåïi dảng mỉïc tên hiãûu: )(lg10lg10 dBPPNS=ξ. (1.7) e/ Di thäng ca tên hiãûu (BW - Bandwidth): l hiãûu giỉỵa cạc giåïi hản táưn säú ca di chỉïa cạc thnh pháưn táưn säú hỉỵu êch ca 1 tên hiãûu. Thäng Tin V Âiãưu ÂäüTrong Hãû Thäúng Âiãûn 4 Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc Bạch khoa - Âải hc  Nàơng Vê dủ: Cọ thãø xem tiãúng nọi con ngỉåìi cọ di táưn säú nàòm trong khong tỉì f1=300 Hz âãún f2=3000 Hz. Khi âọ di thäng: BW= f2 - f1 =3000-300 =2700 Hz. Cạc tên hiãûu cọ di thäng låïn thç r rng l nãn âỉåüc truưn âi åí cạc táưn säú cao âãø cọ låüi hån (trạnh giao thoa våïi cạc tên hiãûu khạc). 1.3 Phỉång phạp phäø: Phỉång phạp ny cho phẹp xạc âënh cạch truưn tên hiãûu cng våïi âäü biãún dảng cho phẹp qua cạc mảch âiãûn cọ di táưn säú bë giåïi hản, vê dủ nhỉ cạc mảch v thiãút bë cọ di táưn säú lm viãûc hẻp, cạc bäü lc âiãûn, cạc bäü khúch âải, cạc bäü biãún âäøi, cạc kãnh tin .v.v .Cå såí ca phỉång phạp phäø l sỉû khai triãøn cạc hm säú tưn hon vo chùi Fuariã. Gi sỉí cọ tên hiãûu s(t) tưn hon våïi chu k T, (s(t)= s(t+nT) våïi mi säú ngun n), âäưng thåìi s(t) tha mn cạc âiãưu kiãûn Âirichlã (bë chàûn, liãn tủc tỉìng âoản, cọ säú hỉỵu hản cạc âiãøm cỉûc trë trong mäùi chu k). Khi âọ tên hiãûu s(t) cọ thãø biãøu diãùn âỉåüc dỉåïi dảng chùi Fuariã phỉïc: ∑+∞−∞==ktjkkeAtsω)(, (1.8) trong âọ : Tπω2= : táưn säú gọc cå bn, (1.9) ∫−−==2/2/)(1TTjktjkkkecdtetsTAϕω: biãn âäü phỉïc. (1.10) Säú hảng tjkkeAω gi l thnh pháưn âiãưu ha báûc k ca tên hiãûu s(t), ck : mäâun ca biãn âäü phỉïc Ak , táûp håüp +∞−∞=kkc }{ gi l phäø biãn âäü ca tên hiãûu s(t), ϕ k : pha ban âáưu ca biãn âäü phỉïc Ak, táûp håüp +∞−∞=kk}{ϕ gi l phäø pha ca tên hiãûu s(t). Nãúu biãút phäø pha v phäø biãn âäü ta cọ thãø tháúy ràòng tên hiãûu tưn hon s(t) hon ton âỉåüc xạc âënh. Gi sỉí tên hiãûu s(t) khäng tưn hon, ta cọ thãø xem nọ nhỉ l mäüt tên hiãûu tưn hon våïiï chu k T → ∞. Khi âọ nãúu s(t) cng tha mn cạc âiãưu kiãûn Âirichlã thç ta cng cọ âỉåüc biãøu diãùn ca tên hiãûu khäng tưn hon s(t) dỉåïi dảng têch phán Fuariã: Thäng Tin V Âiãưu ÂäüTrong Hãû Thäúng Âiãûn Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc Bạch khoa - Âải hc  Nàơng 5 ωωωdeStstj∫∞∞−= )()( (phẹp biãún âäøi Fuariã ngỉåüc), (1.11) trong âọ: dtetsStj∫∞∞−−=ωπω)(21)( (1.12) gi l phäø ca tên hiãûu khäng tưn hon s(t) (phẹp biãún âäøi Fuariã thûn). Nãúu biãút phäø S(ω) ta hon ton cọ thãø xạc âënh âỉåüc tên hiãûu khäng tưn hon s(t). Nọi chung phäø S(ω) l hm phỉïc: )()()(ωϕωωjeSS = =Re {S(ω)} + j.Im {S(ω)}= P(ω) + jQ(ω) (1.13) P(ω) : phäø thỉûc ca tên hiãûu s(t), Q(ω) : phäø o ca tên hiãûu s(t), )(ωS : phäø biãn âäü ca tên hiãûu s(t), )()()(22ωωωQPS += , (1.14) ϕ (ω) : phäø pha ca tên hiãûu s(t), ωωωϕ()()(PQtg = , (1.15) )()()()(sin22ωωωωϕQPQ+= , (1.16) )()()()(cos22ωωωωϕQPP+= . (1.17) Tỉì trãn ta nháûn tháúy cạc tên hiãûu tưn hon s cọ phäø vảch (phäø råìi rảc), cn cạc tên hiãûu khäng tưn hon s cọ phäø liãn tủc. 1.4 Nhiãùu trong cạc hãû thäúng thäng tin : Nhiãùu l tỉì dng âãø chè táút c cạc loải tên hiãûu khäng cọ êch tạc âäüng lãn cạc tên hiãûu cọ êch, gáy khọ khàn cho viãûc thu v xỉí l tên hiãûu ny. Nhiãùu gáy nãn cạc sai säú cng nhỉ lm biãún dảng tên hiãûu. Nãúu ta truưn 1 tên hiãûu s(t) âãún âáưu vo ca kãnh tin, thç trãn âáưu ra ta s thu âỉåüc nọi chung khäng phi l tên hiãûu s(t) m l x(t) = n(t).s(t) +c(t), (1.18) trong âọ: n(t) gi l nhiãùu nhán, c(t) gi l nhiãùu cäüng. Nhiãùu cäüng c(t) khäng phủ thüc vo tên hiãûu v bë gáy ra båíi cạc trỉåìng ngoi (âiãûn trỉåìng, tỉì trỉåìng, trỉåìng âiãûn tỉì, trỉåìng ám thanh v.v .) Nhiãùu nhán bë gáy ra båíi sỉû thay âäøi hãû säú truưn ca kãnh tin. Nhiãùu nhán thỉåìng tháúy trong khi truưn cạc tên hiãûu vä tuún åí sọng ngàõn. Thäng Tin V Âiãưu ÂäüTrong Hãû Thäúng Âiãûn 6 Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc Bạch khoa - Âải hc  Nàơng Theo ngưn gäúc, nhiãùu cọ thãø âỉåüc phán ra 2 nhọm: nhiãùu khê quøn v nhiãùu cäng nghiãûp. Nhiãùu khê quøn (hay cọ ti liãûu cn gi l nhiãùu tỉû nhiãn) gáy ra do hoảt âäüng ca cạc hiãûn tỉåüng trong khê quøn nhỉ giäng, bo, sáúm, chåïp v.v. (thäng thỉåìng l åíì táưn säú tháúp). Trong thåìi gian giäng, bo, sáúm, chåïp, trong mạy thu radio thènh thong nghe tháúy nhỉỵng tiãúng lảo xảo mảnh, âàûc biãût khi lm viãûc åí sọng di. Nhiãùu khê quøn khäng nh hỉåíng âãún cạc di sọng ngàõn l di sọng âỉåüc dng nhiãưu trong thäng tin vä tuún âiãûn. Ngoi ra nhiãùu khê quøn cn sinh ra do bỉïc xả tỉì cạc ngưn ngoi trại âáút m mảnh nháút l do bỉïc xả ca màût tråìi. Cạc bỉïc xả ny lm nh hỉåíng âãún låïp iän họa trong táưng cao ca khê quøn, lm thay âäøi âiãưu kiãûn truưn lan ca cạc sọng ngàõn, v do âọ nh hỉåíng âãún thäng tin åí di sọng ny. Hån nỉỵa pháưn låïn nàng lỉåüng bỉïc xả nàòm trong miãưn táưn säú siãu cao (cạc di sọng centimet v âãcimet) v âỉåüc cạc mạy thu vä tuún lm viãûc åí cạc di sọng ny trỉûc tiãúp thu láúy dỉåïi dảng nhiãùu . Nhiãùu cäng nghiãûp l nhiãùu do cạc thiãút bë âiãûn cọ thãø gáy ra nhỉ : cạc âäüng cå âiãûn cọ thanh gọp, cạc dủng củ âiãûn dng trong gia âçnh, cạc thiãút bë âiãûn trong y tãú, cạc thiãút bë cäng nghiãûp åí táưn säú cao (l âục v täi cao táưn, l sáúy cao táưn v.v.) Cạc nhiãùu phiãưn phỉïc nháút do hãû thäúng âạnh lỉía trong cạc âäüng cå âäút trong gáy ra, v cúi cng cạc chng âiãûn (våïi råle âọng måí) cng l ngưn nhiãùu mảnh. Bn cháút ca nhiãùu cäng nghiãûp l khi cạc thiãút bë âiãûn kãø trãn lm viãûc s sinh ra bỉïc xả âiãûn tỉì mảnh. Cạc bỉïc xả âiãûn tỉì ny cọ thãø l nhỉỵng kêch thêch âäüt biãún cạc dao âäüng tàõt dáưn do sỉû tảo thnh tia lỉía gáy ra. Chụng cng cọ thãø tảo ra cạc dao âäüng cao táưn khäng suy gim (vê dủ nhỉ trong cạc l nhiãût cao táưn). Âãø chäúng lải cạc nhiãùu cäng nghiãûp, cáưn phi dng cạc bäü pháûn khỉí cạc bỉïc xả âiãûn tỉì, dáûp tàõt cạc tia lỉía sinh ra trong cạc thiãút bë m trong âọ chụng khäng giỉỵ nhiãûm vủ ch úu. Cạc thiãút bë táưn säú cao phi âỉåüc chãú tảo âụng âàõn âãø gim sỉû bỉïc xả âãún cỉûc tiãøu v nãúu cáưn phi bc kim thiãút bë. Nhiãùu khê quøn v nhiãùu cäng nghiãûp âỉåüc gi l nhiãùu ngoi hay can nhiãùu. Ngoi ra cn cọ nhiãùu trong l nhiãùu ngay trong bn thán hãû thäúng thäng tin do bn thán cạc thiãút bë sinh ra trong quạ trçnh lm viãûc, nhỉ do hiãûu ỉïng nhiãût, do sỉû thàng giạng ca cạc âải lỉåüng váût l v.v .Nhiãùu trong cn âỉåüc gi l tảp ám. Cháút lỉåüng ca tên hiãûu cọ thãø âỉåüc âo bàòng t säú S/N (tên hiãûu/nhiãùu) biãøu diãùn båíi âån vë dB. . 1) . Trong thỉûc tãú thỉåìng dng cạc bäüi säú ca bit nhỉ: 1 Kbit= 210 bit = 10 24 bit 1 Mbit= 210 Kbit = 10 24 Kbit 1 byte = 8 bit 1Kbyte = 210 byte = 10 24. 1 Chỉång 1 TÄØNG QUAN VÃƯ CẠC TÊN HIÃÛU V HÃÛ THÄÚNG THÄNG TIN 1. 1 Cạc khại niãûm cå bn : 1. 1 .1 Ngưn tin ngun thy: l táûp håüp nhỉỵng tin tỉïc