Bài giảng Kĩ thuật thông tin số

Nội dung text: Bài giảng Kĩ thuật thông tin số

1. Chæång I Chæång 1 Giåïi thiãûu chung Trong cuäüc säúng tæì xa xæa, con ngæåìi luän coï nhu cáöu trao âäøi våïi nhau nhæîng tám tæ, tçnh caím, nhæîng kinh nghiãûm âáúu sinh täön , nghéa laì coï nhu cáöu thäng tin (communication) tæïc trao âäøi tin tæïc våïi nhau. Hiãûn nay chæa coï mäüt âënh nghéa âáöy âuí vaì suïc têch cho khaïi niãûm tin tæïc (information), chuïng ta coï thãø taûm hiãøu âoï laì sæû caím hiãøu cuía con ngæåìi vãö thãú giåïi xung quanh thäng qua sæû tiãúp xuïc våïi noï. Chæång naìy seî giåïi thiãûu mäüt caïch chung nháút vãö nhæîng váún âãö liãn quan âãún thäng tin, giåïi thiãûu så læåüc vãö lëch sæí phaït triãøn cuía thäng tin, tçm hiãøu vãö caïc dëch vuû vaì caïc maûng viãùn thäng khaïc nhau, mä hçnh täøng quaït cuía hãû thäúng thäng tin vaì chæïc nàng cuía cacï kháu chênh trong hãû thäúng thäng tin, âàûc biãût nãu så âäö khäúi chæïc nàng âáöy âuí cuía mäüt hãû thäúng thäng tin säú âãø laìm cå såíö tçm hiãøu caïc chæång tiãúp theo sau. 1.1 Så læåüc vãö lëch sæí thäng tin Baíng sau seî nãu toïm læåüc vãö sæû phaït triãøn cuía lëch sæí thäng tin, bao gäöm nhæîng sæû kiãûn, nhæîng phaït minh quan troüng trong thäng tin. Nàm Sæû kiãûn 3000 tr.CN Ngæåìi Ai Cáûp cäø phaït triãøn hãû thäúng chæî viãút tæåüng hçnh 1500 tr.CN Ngæåìi Do Thaïi & AÍ Ráûp phaït minh kyï tæû alphabet 300 tr.CN Ngæåìi Hindu phaït minh ra säú âãúm 800 Ngæåìi AÍ Ráûp hoaìn thaình hãû thäúng säú viãút 1440 Johannes Gutenberg chãú taûo maïy âaïnh chæî 1622 "Baín tin cháu Áu" phaït haình dæåïi hçnh thæïc baín in 1752 Benjamin Franklin chængï minh seït coï baín cháút âiãûn 1799 Alessandro Volta phaït minh ra pin âiãûn âáöu tiãn 1820 Hans Christian Oersted chæïng minh ràòng doìng âiãûn taûo ra tæì træåìng 1827 George Simon Ohm âæa ra âënh luáût Ohm I = E/R 1831 Michael Faraday khaïm phaï ra ràòng sæû thay âäøi tæì træåìng taûo ra âiãûn træåìng 1834 Carl F. Gauss vaì Ernst H. Weber chãú taûo maïy âiãûn baïo âiãûn tæì 1838 William F. Cooke vaì Sir Charles Wheatstone chãú taûo maïy âiãûn baïo 1839 Joseph Niepace vaì Louis Daguerre phaït minh ra kyî thuáût chuûp aính 1844 Samuel F. B. Morse âãö xuáút thiãút láûp âæåìng dáy âiãûn baïo giæîa Baltimore. MD vaì Washington. DC - 1 -
2. Chæång I 1850 Gustav Robert Kirchhoff âæa ra âënh luáût Kirchhoff I 1858 Thiãút láûp hãû thäúng caïp xuyãn Âaûi Táy Dæång âáöu tiãn vaì bë hoíng sau 26 ngaìy 1864 James C. Maxwell dæû âoaïn coï bæïc xaû âiãûn tæì 1866 Thiãút láûp hãû thäúng caïp xuyãn Âaûi Táy Dæång láön thæï hai 1871 Täø chæïc Hiãûp Häüi Kyî Thuáût Âiãûn Baïo åí Luán Âän 1872 Cäng ty Western Electric âæåüc thaình láûp. Alexander Graham Bell laìm viãûc taûi cäng ty naìy khi nghiãn cæïu phaït minh chiãúc maïy âiãûn thoaûi 1876 Alexander Graham Bell nháûn bàòng phaït minh vãö viãûc phaït minh ra maïy âiãûn thoaûi (ngaìy 7/3/1876) (*) 1877 Thomas A. Edison phaït minh ra maïy haït 1879 Thomas A. Edison phaït minh boïng âeìn âiãûn 1883 Thomas A. Edison khaïm phaï doìng electron trong âæåìng háöm goüi laì "hiãûu æïng Edison", cå såí cuía âeìn tube ngaìy nay 1884 Thaình láûp Viãûn Kyî Thuáût Âiãûn Hoa Kyì (AIEE) 1885 Edward Branly phaït minh sæû taïch soïng radio kãút håüp 1887 Heinrich Hertz kiãøm tra lyï thuyãút cuía Maxwell 1889 George Eastman phaït triãøn film aính thæûc tãú 1889 Viãûn Kyî Thuáût Âiãûn (IEE) thaình láûp tæì Hiãûp Häüi Kyî Thuáût Âiãûn Baïo åí Luán Âän 1894 Oliver Lodge giåïi thiãûu quaï trçnh truyãön khäng dáy qua khoaíng caïch 150 yards 1897 Guglielmo Marconi âàng kyï baín quyãön saïng chãú hãû thäúng âiãûn baïo vä tuyãún 1898 Valdemar Poulsen phaït minh kyî thuáût ghi tæì trãn dáy theïp 1900 Guglielmo Marconi truyãön tên hiãûu vä tuyãún xuyãn Âaûi Táy Dæång láön thæï nháút 1904 John A. Fleming phaït minh ra diode âæåìng háöm 1905 Reginald Fessenden thæûc hiãûn truyãön tiãúng noïi vaì ám nhaûc bàòng radio 1906 Lee de Forest phaït minh sæû khuãúch âaûi bàòng triode âæåìng háöm 1907 Thaình láûp Hiãûp Häüi Âiãûn Baïo Vä Tuyãún 1908 A. A. Campbell-Swinton âãö xuáút y ï tæåíng cå baín vãö truyãön hçnh quaíng baï 1909 Thaình láûp Viãûn Vä Tuyãún - 2 -
3. Chæång I 1912 Viãûn Kyî Thuáût Vä Tuyãún thaình láûp tæì Hiãûp Häüi Âiãûn Baïo Vä Tuyãún vaì Viãûn Vä Tuyãún 1915 Bell System hoaìn thaình hãû thäúng âiãûn thoaûi xuyãn luûc âëa åí Hoa Kyì 1918 Edwin H. Amstrong phaït minh maïy thu âäøi táön 1920 KDKA, Pittsburgh, PA bàõt âáöu phaït thanh quaíng baï 1920 J. R. Carson æïng duûng láúy máùu trong thäng tin 1926 J. L. Baird vaì C. F. Jenkins phaït minh ra truyãön hçnh 1927 Harold Black chãú taûo bäü khuãúch âaûi häöi tiãúp ám taûi phoìng thê nghiãûm Bell 1928 Philo T. Farnsworth âæa ra hãû thäúng truyãön hçnh âiãûn tæí âáöu tiãn 1933 Edwin H. Amstrong phaït minh ra kyî thuáût âiãöu táön FM 1934 Thaình láûp Hiãûp Häüi Thäng Tin Liãn Bang (FCC) 1935 Robert A. Watson-Watt phaït triãøn hãû thäúng radar thæûc tãú âáöu tiãn 1935 Giåïi thiãûu film aính maìu 3 låïp 1936 Táûp Âoaìn Phaït Thanh Truyãön Hçnh Anh (BBC) bàõt âáöu truyãön hçnh quaíng ba ï 1937 Alex Reeves âãö xuáút kyî thuáût âiãöu xung maî PCM 1938 Chester Carlson phaït triãøn kyî thuáût copy ténh âiãûn 1939 R. H. Varian, S. F. Varian, W. C. Hahn vaì G. F. Metcalf phaït minh ra äúng dáùn soïng 1941 John V. Atanasoff phaït minh ra maïy tênh taûi træåìng Âaûi hoüc Bang Iowa 1941 FCC truyãön hçnh quaíng baï åí Hoa Kyì 1945 John W. Mauchly åí Âaûi hoüc Pennsylvania phaït triãøn maïy tênh säú âiãûn tæí ENIAC 1947 Walter H. Brattain, John Bardeen vaì William Shockley chãú taûo transistor åí phoìng thê nghiãûm Bell 1947 Steve O. Rice âæa ra caïch biãøu diãùn thäúng kã cho nhiãùu åí phoìng thê nghiãûm Bell 1948 Claude E. Shannon xuáút baín " Lyï thuyãút thäng tin" 1950 Aïp duûng kyî thuáût gheïp kãnh phán thåìi gian TDM vaìo âiãûn thoaûi 1950 Phaït triãøn âiãûn thoaûi vä tuyãún 1953 Thiãút láûp caïp âiãûn thoaûi xuyãn Âaûi Táy Dæång âáöu tiãn 36 kãnh 1954 J. P. Gordon, H. J. Zeiger vaì C. H. Townes saín xuáút maze (maser) thaình cäng 1955 J. R. Pierce âãö xuáút thäng tin vã û tinh - 3 -
4. Chæång I 1956 Videotape âæåüc sæí duûng láön âáöu båíi Ampex 1957 Liãn Xä phoïng thaình cäng vãû tinh âáöu tiãn Sputnik I 1958 A. L. Schawlow vaì C. H. Townes âæa ra nguyãn lyï laser 1958 Jack Kilby cuía Texas Instrument chãú taûo maûch têch håüp (IC) germani âáöu tiãn 1958 Robert Noyce cuía Fairchild chãú taûo maûch têch håüp (IC) silic âáöu tiãn 1960 Theodore H. Marman saín xuáút laser âáöu tiãn 1961 Hoa Kyì bàõït âáöu truyãön thanh FM stereo 1962 Vãû tinh Telstar I chuyãøn tiãúp tên hiãûu truyãön hçnh giæîa Hoa Kyì vaì Cháu Áu 1963 Thaình láûp Viãûn Kyî Thuáût Âiãûn vaì Âiãûn Tæí (IEEE) 1963-66 ÆÏng duûng maî sæía läùi vaì læåüng tæí hoaï thêch nghi cho thäng tin säú khäng läùi täúc âäü cao 1964 Hãû thäúng chuyãøn maûch âiãûn thoaûi âiãûn tæí (No. 1 ESS) âi vaìo hoaût âäüng 1965 Mariner IV truyãön aính tæì sao Hoaí vãö Traïi âáút 1965 Vãû tinh thäng tin thæång maûi âáöu tiãn Early Bird âi vaìo hoaût âäüng 1966 K. C. Kao vaì G. A. Hockham xuáút baín "Nguyãn lyï thäng tin quang" 1968 Phaït triãøn truyãön hçnh caïp 1971 Táûp âoaìn Intel âæa ra chip vi xæí lyï âáöu tiãn 4004 1972 Motorola âãö xuáút âiãûn thoaûi tãú baìo våïi FCC 1973 Giåïi thiãûu maïy queït (scanner) CAT 1976 Phaït triãøn maïy tênh caï nhán PC 1979 RAM 64 kb måí ra kyí nguyãn cuía VLSI 1980 Bell System phaït triãøn thäng tin såüi quang 1980 Philips vaì Sony saín xuáút âéa compact 1981 Saín xuáút maïy tênh caï nhán IBM 1984 Apple giåïi thiãûu maïy tênh Macintosh 1985 Maïy fax tråí nãn phäø biãún 1989 Motorola giåïi thiãûu âiãûn thoaûi tãú baìo boí tuïi 1990-nay Kyí nguyãn cuía xæí lyï tên hiãûu säú våïi vi xæí lyï, maïy hiãûn soïng säú, traíi phäø, maûng säú liãn kãút âa dëch vuû ISDN, truyãön hçnh phán giaíi cao HDTV, gheïp kãnh quang (*) Ngaìy 7/3/1876, nhaì phaït minh - tiãún sé Alexander Graham âæåüc tàngû bàòng saïng chãú vãö mäüt trong caïc thiãút bë coï yï nghéa nháút trong âåìi säúng chuïng ta, âoï laì maïy âiãûn thoaûi. Äng Bell âaî máút nhiãöu nàm nghiãn cæïu caïch liãn laûc våïi våü. Baì Bell bë âiãúc, nãn äng Bell tçm caïch - 4 -
5. Chæång I chuyãøn âäøi ám thanh thaình mäüt daûng tên hiãûu truyãön thäng khaïc sao cho baì våü coï thãø hiãøu âæåüc låìi noïi cuía äng ta. Do coï mäüt säú kinh nghiãûm vãö âiãûn baïo, åí âoï caïc baín tin âæåüc maî hoïa vaì truyãön qua caïp, Bell quyãút âënh bàõt chæåïc caïch truyãön thäng naìy. Khi aïp duûng nguyãn lyï cå baín laì tên hiãûu truyãön thäng coï thãø chuyãøn âäøi tæì ám thanh thaình âiãûn, äng Bell coï thãø noïi vaìo thiãút bë truyãön thäng, thiãút bë naìy laûi chuyãøn âäøi soïng ám thoaûi thaình nàng læång âiãûn. Sau âoï nàng læåüng âiãûn naìy duìng âãø taûo ra baín tin maî hoïa tæång tæû nhæ baín tin âiãûn baïo. Âiãöu naìy baïo hiãûu mäüt sæû täút laình, nhæng cäng viãcû nghiãn cæïu cuía äng cuìng våïi tråü lyï - tiãún sé Watson âaî traíi qua nhiãöu tháút baûi. Räöi mäüt ngaìy, váûn may âaî âãún. Trong khi âang laìm viãûc mäüt mçnh trong phoìng thê nghiãûm, Bell âaî laìm âäø axit ra baìn laìm viãûc. Axit naìy coï taïc duûng nhæ laì cháút xuïc taïc âãø taûo ra nguäön âiãûn maì sau naìy goüi laì pin. Khäng nháûn thæïc âæåüc sæû viãûc xaíy ra luïc âoï, tiãún sé Bell âaî goüi tiãún sé Watson. Tiãúng goüi cuía äng ta "tiãún sé Watson, vaìo âáy, täi cáön äng" âaî taïc âäüng âãún thiãút bë thê nghiãûm do hai äng chãú taûo træåïc âoï âãø laìm thiãút bë liãn laûc. Ám thanh cuía Bell âaî truyãön qua dáy dáùn âãún phoìng thæï hai nåi Watsonddang laìm viãûc. Nghe tiãúng kãu, Watson chaûy âãún giuïp Bell. Hoü phatï hiãûn ra ràòng nãúu pin âæåüc kãút näúi qua maûch âiãûn (dáy dáùn) trong khi ngæåìi sæí duûng noïi, soïng ám do ngæåìi taûo ra âæåüc truyãön qua âäi dáy dáùn naìy âãún maïy thu tiãúp nháûn doìng âiãûn vaì chuyãøn âäøi nàng læåüng âiãûn tråí laûi thaình ám thanh. Tæì ngaìy âoï, mäüt ngaìy may màõn, sæû ra âåìi cuía nãön cäng nghiãûp måïi âaî bàõt âáöu: maïy âiãûn thoaûi âæåüc phaït minh. Nàm 1877, Bell chaìo haìng baïn bàòng phaït minh cho Western Union Telegraph våïi giaï baïn 100.000 USD. (Pháön naìy trêch chæång I saïch Cáøm nang truyãön thäng thoaûi vaì säú liãûu - NXB Bæu âiãûn thaïng 5/1999) 1.2 Khaïi quaït vãö dëch vuû viãùn thäng vaì maûng viãùn thäng 1.2.1 Dëch vuû viãùn thäng Thäng tin (communications) laì sæû trao âäøi tin tæïc giæîa caïc âäúi tæåüng coï nhu cáöu bàòng mäüt cäng cuû naìo âoï. Viãùn thäng (telecommunications) laì mäüt trong caïc cäng cuû thäng tin. "Viãùn thäng" aïm chè mäüt khoaíng caïch âëa lyï âæåüc bàõc cáöu âãø thæûc hiãûn trao âäøi thäng tin tæì xa maì khäng cáön mäüt sæûû tråü giuïp nhán taûo naìo. Khoaíng caïch naìy haìm yï tæì vaìi inches âãún haìng ngaìn dàûm. Âãø trao âäøi thäng tin tæì xa, ngæåìi ta phaíi xáy dæûng maûng viãùn thäng (telecommunications network). Dëch vuû viãùn thäng (telecommunications services) laì hçnh thaïi trao âäøi thäng tin maì maûng viãùn thäng cung cáp.ú Caïc dëch vuû viãùn thäng ngaìy nay ráút phong phuï vaì âa daûng, phuûc vuû cho nhu cáöu trao âäøi thäng tin ngaìy caìng cao cuía ngæåìi sæï duûng. - 5 -
6. Chæång I Hçnh 1.1 trçnh baìy mäüt säú dëch vuû viãùn thäng cå baín cuìng maûng tæång âæång cung cáúp dëch vuû âoï: Maûng âiãûn thoaûi (telephone network) laì maûng láu âåìi nháút vaì låïn nháút trong caïc loaûi maûng viãùn thäng. Maûng âiãûn thoaûi âæåüc xáy dæûng nãn træåïc hãút laì âãø cung cáúp dëch vuû truyãön ám thoaûi, tuy nhiãn ngaìy nay phaûm vi æïng duûng cuía maûng âiãûn thoaûi ngaìy caìng âæåüc måí räüng: tæì dëch vuû thoaûi truyãön thäúng cho âãún dëch vuû thoaûi di âäüng, truyãön säú liãûu, fax, videotex Dëch vuû thoaûi Truyãön säú liãûu CSPDN Mang âiãn thoai PSPDN Mang Telex Videotex Fax Teletex Telex Hçnh 1.1 Mäüt säú dëch vuû viãùn thäng vaì maûng cung cáúp dëch vuû Maûng telex ra âåìi tæì nhæîng nàm 1930, cung cáúp dëch vuû telex (âiãûn baïo) - gåíi vaì nhánû caïc baín tin âaïnh maïy trãn toaìn thãú giåïi. Hån 1,2 triãûu thuã bao telex âaî âáúu näúi vaìo maûng telex. Theo tiãu chuáøn hiãûn haình, telex laì hãû thäúng thäng tin täúc âäü tháúp 50 bps. Säú læåüng kyï tæû coï thãø truyãön âi ráút haûn chãú bao gäöm caïc kyï tæû in hoa vaì mäüt êt kyï tæû âàûc biãût. Màûc duì váûy, dëch vuû telex váùn âæåüc æa chuäüng khi cáön gåíi âi caïc baín tin ngàõn. Ngaìy nay caïc thuã bao telex coï thãø gåíi caïc baín tin âãún thuã bao teletex nhåì vaìo sæû thám nháûp dãù daìng giæîa caïc maûng khaïc nhau. Maûng säú liãûu chuyãøn maûch kãnh cäng cäüng CSPDN (Circuit Switching Public Data Network) ra âåìi tæì nhæîng nàm 1980 taûi caïc quäúc gia Scandinavia. Säú læåüng thuã bao tàng lãn væåüt träüi trong vaìi nàm gáön âáy. CSPDN âaî läi cuäún âæåüc säú læåüng khaïch haìng ráút låïn gäööm ngán haìng (caïc dëch vuû tæû âäüng trong ngán haìng), cäng ty xàng dáöu (caïc traûm xàng), caïc âaûi lyï du lëch (hãû thäúng âàût veï) Âáy laì maûng hoaìn toaìn säú, âæåüc thiãút kãú cho muûc âêch truyãön säú liãûu våïi bäún täúc âäü laì 600, 2400, 4800 vaì 9600 bps. CSPDN laì maûng chuyãøn maûch kãnh (circuit - switching), nghéa laì ngæåìi gåíi vaì ngæåìi nháûn kãút näúi træûc tiãúp våïi nhau trong suäút thåìi gian truyãön dáùn vaì phaíi hoaût âäüng åí cuìng täúc âäü. Chãú âäü truyãön trong CSPDN laì song cäng (full duplex), nghéa laì säú liãûu truyãön âäöng thåìi theo caí hai hæåïng. Maûng säú liãu chuyãøn maûch goïi cäng cäüng PSPDN (Packet Switching Public Data Network) âæåüc giåïi thiãûu räüng raîi trãn toaìn thãú giåïi tæì giæîa nhæîng nàm 1970. Háöu hãt caïc maûng truyãön säú liãûu trãn thãú giåïi hiãûn nay laì maûng chuyãøn maûch goïi nhæ caïc maûng säú liãûu chuyãøn maûch goïi åí Táy Áu, USA, Canada, Nháût vaì nhiãöu næåïc khaïc. Khaïch haìng laì caïc træåìng âaûi hoüc, viãûn nghiãn cæïu, caïc cäng ty, caïc nhaì kinh doanh Âiãøm háúp dáùn cuía PSPDN laì giuïp khaïch - 6 -
7. Chæång I haìng coï thãø truy cáûp âãún caïc cå såí dæî liãûu räüng låïn trãn toaìn thãú giåïi, trao âäøi thäng tin giæîa caïc maïy tênh våïi giaï caí dãù cháúp nháûn. Trong PSPDN, baín tin âæåüc chia ra thaình caïc goïi tin (packet) vaì âæåüc gåíi âi ngay khi coï mäüt kãút näúi (connection) räùi. Caïc goïi tæì caïc thuã bao khaïc nhau coï thãø truyãön âi trãn cuìng mäüt kãút näúi âån, theo caïch naìy, mäüt vaìi cuäüc goüi coï thãø cuìng chia seí mäüt kãút näúi aío (virtual connection). Âãø caïc goïi âi âãún âuïng âêch, caïc goïi cáön phaíi mang âëa chè nháûn (receiver address). Khi âãún nåi caïc goïi cáön phaíi âæåüc kãút håüp laûi thanhì baín tin gäúc bãn phaït. Váûy âiãøm khaïc biãût cå baín so våïi maûng chuyãøn maûch kãnh laì åí âáy khäng täön taûi kãút näúi træûc tiãúp giæîa caïc thuã bao. Dëch vuû teletex coìn goüi laì " siãu telex", âáy chênh laì dëch vuû telex våïi nhiãöu æu âiãøm hån hàón. Láúy teletex åí Thuûy âiãøn laìm vê duû, âoï laì maûng säú liãûu chuyãøn maûch kãnh, duìng nhæ telex truyãön thäúng nhæng täúc âäü hån âãún gáön 50 láön (2400 bps), cho pheïp truyãön caí kyï tæû in hoa vaì in thæåìng, taûi thuã bao coï thãø âaïnh maïy vàn baín, soaûn thaío, læu træî vaì truyãön âãún thuã bao khaïc khi coï yãu cáöu. Nhåì täúc âäüü truyãön cao nãn coï thãø gåíi âi nhæîng taìi liãûu låïn maì nãúu duìng telex træåïc âáy seî ráút âàõt. Dëch vuû videotex laì dëch vuû âæåüc khai thaïc trãn maûng âiãûn thoaûi. Chè cáön sæí duûng PC laì ngæåìi sæí duûng coï thãø khai thaïc mäüt säú læåüng låïn dæî liãûu tæì caïc cå såí dæî liãûu, vê duû nhæ thäng tin vãö tên duûng cuía ngán haìng, âàng kyï phæång tiãûn giao thäng, giaï caí thë træåìng chæïng khoaïn Videotex cuîng bao gäöm dëch vuû thæ âiãûn tæí, cho pheïp truyãön baín tin giæîa caïc thuã bao trong maûng. Videotex laìm viãûc våïi täúc âäü 1200 bps hæåïng tæì cå såí dæî liãûu vãö thuã bao vaì täúc âäü 75 bps cho hæåïng ngæåüc laûi. Thäng tin cung cáúp trong maûng sæí duûng täúc âäü 1200 bps cho caí hai hæåïng. Truyãön säú liãûu trong maûng âiãûn thoaûi chuyãøn maûch cäng cäüng PSTN laì dëch vuû truyãnö säú liãûu trong PSTN duìng modem. Våïi sæû tråü giuïp cuía âiãûn thoaûi, kãút näúi âæåüc thæûc hiãûn giäúng nhæ mäüt cuäüc goüi âiãûn thoaûi thäng thæåìng âãún thuã bao yãu cáöu. Modem âaím baío cho caïc maïy tênh coï thãø kãút näúi våïi nhau thäng qua âæåìng dáy âiãûn thoaûi hoàûc âæåìng thuã riãng (leased line) Ngoaìi ra, coï thãø kãø thãm ráút nhiãöu maûng vaì caïc dëch vuû viãùn thäng khaïc nhau. Vê duû nhæ maûng caính baïo (alarm network), maûng bàng räüng (broadband network), maûng tæ (private network), maûng cuûc bäü LAN Dëch vuû caính baïo coï thãø âæåüc khai thaïc trãn maûng âiãûn thoaûi, khaïch haìng thuã mäüt âæåìng dáy âàûc biãût, kãút näúi âãún mäüt maìn hçnh giaïm saït âàtû taûi caính saït hoàûc cå quan an ninh âãø tçnh traûng an ninh âæåüc giaïm saït, theo doîi thæåìng xuyãn. Maûng bàng räüng cung cáúp nhæîng dëch vuû bàng räüng maì maûng âiãûn thoaûi khäng thãø âaïp æïng âæåüc. Nhæîng dëch vuû naìy bao gäöm truyãön hçnh caïp (cable TV), truyãön hçnh häüi nghë (conference TV), truyãön thanh häüi nghë (conference radio) Noï âoìi hoíi mäi træåìng truyãön phaíi laì caïp âäöng truûc (coaxial cable) hoàûc såüi quang (fiber optic). Maûng tæ âæåüc thiãút láûp cho caïc täø chæïc, caïc doanh nghiãûp Maûng naìy âäüc láûp våïi maûng âiãûn thoaûi, khäng tuán thuí caïc khuyãún nghë, caïc luáût cuía maûng âiãûn thoaûi. Maûng cuûc bäü LAN sæí duûng âãø truyãön thäng tin bãn trong caïc cäng ty lån,ï maûng naìy âäüc láûp våïi maûng âiãûn thoaûi. Tuy nhiãn khi cáön kãút näúi LAN våïi caïc maûng khaïc thç cáön phaíi tuán theo caïc chuáøn giao tiãúp thäng thæåìng. - 7 -
8. Chæång I Liãn maûng (interworking between networks) laì sæû håüp nháút cuía táút caí caïc loaûi maûng viãùn thäng khaïc nhau vaìo trong mäüt maûng chung duy nháút, bàòng caïch âæa thãm cäøng (gateway) vaìo maûng. Theo âoï, maûng duy nháút naìy coï thãø cung cáúp táút caí caïc daûng dëch vuû viãùn thäng khaïc nhau våïi giaï cæåïc tháúp nháút. Âáy laì maûng hoaìn toaìn säú goüi laì maûng säú liãn kãút caïc dëch vuû ISDN (Intergrated Service Digital Networks). Coï hai loaûi ISDN laì ISDN bàng heûp N- ISDN xáy dæûng trãn nãön taíng cuía maûng säú liãn kãút IDN vaì ISDN bàng räüng B-ISDN xáy dæûng trãn nãön taíng cuía cäng nghãû truyãön dáùn khäng âäöng bäü ATM (Asynchronous Transfer Mode) 1.2.2 Caïc thaình phánö chênh cuía maûng viãùn thäng Âãø xáy dæûng maûng viãùn thäng phuûc vuû cho nhu cáöu trao âäøi thäng tin cuía caïc âäúi tæåüng, yï tæåíng âáöu tiãn laì cáön phaíi cung cáúp caïc kãút näúi näúi táút caí caïc âäúi tæåüng våïi nhau tæìng âäi mäüt. Tuy nhiãn khi säú âäúi tæåüng tàng lãn vaì phaûm vi räüng hån lãn thç cáön phaíi phán chia phaûm vi âoï ra laìm nhiãöu khu væûc nhoí. Caïc âäúi tæåüng thuäüc khu væûc naìo seî âæåüc trung tám cuía khu væûc âoï phuûc vuû. Sau âoï âáúu näúi táút caí caïc trung tám naìy laûi våïi nhau. Táút caí caïc trang thiãút bë trong maûng viãùn thäng coï thãø phán thaình bäún nhoïm chênh nhæ sau (hçnh 1.2): Nhoïm mäüt laì thiãút bë âáöu cuäúi (terminal equipment) hay conì goüi la ì thuã bao (subscriber), laì ngæåìi sæí duûng (user), coï nhiãûm vuû âæa tin tæïc vaìo maûng vaì láúy tin tæïc tæì maûng. Nhoïm hai laì trung tám (center) hay coìn goüi la ì täøng âaìi (exchange), laì nuït maûng (node), coï nhiãûm vuû thu tháûp táút caí nhu cáöu cuía caïc âäúi tæåüng, xæí lyï tin tæïc, chuyãøn maûch âãø täø chæïc viãûc trao âäøi tin tæïc giæîa caïc âäúi tæåüng. Nhoïm ba laì maûng truyãön dáùn (transfer network), coï nhiãûm vuû kãút näúi nhoïm mäüt våïi hai goüi laì âæåìng dáy thuã bao (subscriber line) vaì kãút näúi nhoïm hai våïi hai goiü laì âæåìng dáy trung kãú (trunk line). Nhoïm bäún laì pháön mãöm (software) cuía maûng, coï nhiãûm vuû phäúi håüp hoaût âäüng cuía ba nhoïm trãn sao cho hiãûu quaí 3 1 ℡ 2 ℡ Hçnh 1.2 Caïc thaình pháön chênh cuía maûng viãùn thäng 1.2.3 Maûng viãùn thäng tæång tæû vaì maûng viãùn thäng säú Maûng viãùn thäng âæåüc goüi laì tæång tæû nãúu coï caïc âàûc âiãøm sau âáy: - Tên hiãûu truyãön trãn trung kãú laì tæång tæû - 8 -
9. Chæång I - Tên hiãûu truyãön trãn âæåìng dáy thuã bao laì tæång tæû - Caïc nuït maûng xæí lyï tên hiãûu tæång tæû Maûng viãùn thäng âæåüc goüi laì säú nãúu coï caïc âàûc âiãøm sau âáy: - Tên hiãûu truyãön trãn trung kãú laì säú - Tên hiãûu truyãön trãn âæåìng dáy thuã bao laì tæång tæû hoàûc coï thãø laì säú våïi maûng hoaìn toaìn säú - Caïc nuït maûng xæí lyï tên hiãûu säú 1.3 Hãû thäúng thäng tin 1.3.1 Khaïi niãûm vaì phán loaûi hãû thäúng hãû thäúng thäng tin Nhæîng hãû thäúng thäng tin (communication system) cuû thãø maì con ngæåìi âaî sæí duûng vaì khai thaïc ráút âa daûng vaì khi phán loaûi chuïng, ngæåìi ta coï thã ø dæûa trãn nhiãöu cå såí khaïc nhau. Vê duû trãn cå såí nàng læåüng mang tin ta coï thãø phán loaûi thaình: - Hãû thäúng âiãûn tên duìng nàng læåüng mäüt chiãöu - Hãû thäúng thäng tin vä tuyãún âiãûn duìng nàng læåüng soïng âiãûn tæì - Hãû thäúng thäng tin quang nàng - Hãû thäúng thäng tin duìng soïng ám, siãu ám Trãn cå såí biãøu hiãûn bãn ngoaìi cuía thäng tin ta coï thãø phán loaûi thaình: - Hãû thäúng truyãön säú liãûu - Hãû thäúng thäng tin thoaûi - Hãû thäúng truyãön hçnh Càn cæï vaìo âàûc âiãøm cuía tên hiãûu âæa vaìo kãnh ta coï thãø phán thaình hai loaûi chênh: - Hãû thäúng tæång tæû - Hãû thäúng säú Hçnh 1.3 trçnh baìy så âäö khäúi chæïc nàng cuía mäüt hãû thäúng thäng tin täøng quaït, gäöm coï ba kháu chênh: nguäön tin (information source), kãnh tin (channel) vaì nháûn tin (information destination): Nguäön tin Kãnh tin Nháûn tin Hçnh 1.3 Så âäö khäúi chæïc nàng cuía mäüt hãû thäúng thäng tin täøng quaït Nguäön tin laì nåi saín sinh ra hay chæïa caïc tin cáön truyãön âi. Khi mäüt âæåìng truyãön tin âæåüc thiãút láûp âãø truyãön tin tæì nguäön tin âãún nháûn tin, mäüt daîy caïc tin cuía nguäön seî âæåûc truyãön âi - 9 -
10. Chæång I våïi mäüt phán bäú xacï suáút naìo âo. Daîy naìy âæåüc goüi laì mäüt baín tin (message). Váûy coï thãø âënh nghéa: nguäön tin laì táûp håüp caïc tin maì hãû thäúng thäng tin duìng âãø láûp caïc baín tin khaïc nhau âãø truyãön âi. Säú læåüng caïc tin trong nguäön coï thãø hæîu haûn hay vä haûn tæång æïng våïi nguäön tin råìi raûc hay liãn tuûc. Kãnh tin laì mäi træåìng truyãön lan thäng tin. Âãø coï thãø truyãön lan trong mäüt mäi træåìng váût lyï xaïc âënh, thäng tin phaíi âæåüc chuyãøn thaình daûng tên hiãûu thêch håüp våïi mäi træåìng truyãön lan. Váûy kãnh tin laì nåi hçnh thaình vaì truyãön tên hiãûu mang tin âäöng thåìi åí âáúy cuîng saín sinh ra caïc nhiãùu (noise) phaï huíy thäng tin. Trong thæûc tãú kãnh tin coï ráút nhiãöu daûng khaïc nhau, vê duû dáy song haình, caïp âäöng truûc, äúng dáùn soïng, caïp såüi quang, vä tuyãún Nháûn tin laì cå cáúu khäi phuûc laûi thäng tin ban âáöu tæì tên hiãûu láúy åí âáöu ra cuía kãnh tin. 1.3.2 Hãû thäúng thäng tin säú Mäüt muûc tiãu quan troüng trong thiãút kãú hãû thäúng thäng tin laì giaï caí, âäü phæïc taûp vaì cäng suáút tiãu thuû tháúp nháút våïi bàng thäng truyãön dáùn vaì thåìi gian truyãön tháúp nháút. Bàng thäng laì säú âo täúc âäü truyãön tin tæïc nhanh hay cháûm, bàng thäng coï thãø thay âäøi âæåüc vaì do âoï, noï laì mäüt thäng säú quan troüng trong thiãút kãú hãû thäúng thäng tin. Baíng 1.1 laì bàng thäng danh âënh cuía ba loaiû tên hiãûu phäø biãún. Viãûc sæí duûng bàng thäng vaì thåìi gian truyãön hiãûu quaí âaím baío cho nhiãöu thuã bao coï thãø âæåüc phuûc vuû våïi mäüt bàng thäng haûn chãú vaì trong mäüt khoaíng thåìi gian haûn chãú. Tên hiãûu Bàng thäng Thoaûi 4 kHz Ám thanh quaíng baï 15 kHz Video 6 MHz Baíng 1.1 Bàng thäng danh âënh cuía mäüt säú tên hiãûu Hçnh 1.4 trçnh baìy caïc thaình pháön trong mäüt hãû thäúng thäng tin säú âáöy âuí. Thæûc tãú khäng phaíi táút caí caïc hãû thäúng thäng tin säú âãöu coï âáöy duí caïc thaình pháön nhæ thãú naìy. Háöu hãút tên hiãûu âæa vaìo hãû thäúng thäng tin säú (tiãúng noïi, hçnh aính, ám thanh ) laì tên hiãûu tæång tæû. Khäúi âënh daûng laìm nhiãûm vuû chuyãøn âäøi tên hiãûu tæì tæång tæ û sang daîy tæì maî säú. Caïc tæì maî naìy âæåüc biãøu diãùn bàòng caïc bit nhë phán, räöi tuyì æïng duûng cuû thãø maì biãøu diãùn caïc bit hay nhoïm bit åí daûng thæïc thêch håüp. Viãûc chuyãøn âäøi tæång tæû sang säú trong hãû thäúng thäng tin säú thæåìng theo phæång phaïp âiãöu xung maî PCM (Pulse Code Modulation). Khäúi giaíi âënh daûng thæûc hiãûn cäng viãûc ngæåüc laûi, chuyãøn âäøi tên hiãûu tæì säú sang tæång tæû. Viãûc säú hoïa tên hiãûu tæång tæû laìm tàng bàng thäng truyãön dáùn cuía tên hiãûu nhæng cho pheïp bäü thu hoaût âäüng åí tyí säú tên hiãûu trãn nhiãùu tháúp hån. Âáy laì mäüt vê duû vãö sæû máu thuáùn giæîa taìi nguyãn naìy (bàng thäng) so våïi taìi nguyãn khaïc (cäng suáút truyãön). Viãûc chuyãøn âäiø tæång tæû/säú vaì säú/tæång tæû duìng kyî thuáût xæí lyï tên hiãûu säú giuïp cho tên hiãûu âæåüc maî hoïa hiãûu quaí træåïc khi truyãön âi vaì giaíi maî bãn thu khi chuïng bë aính hæåíng båíi nhiãùu, meïo vaì giao thoa. - 10 -
11. Chæång I Âiãöu naìy khiãún cho bäü thu phaït phæïc taûp hån nhæng cho pheïp truyãön dáùn chênh xaïc vaì khäng coï läùi. Maî Máût Maî Âa Âënh Gheïp Âiãöu hoïa maî hoïa truy daûng kãnh chãú nguäön hoïa kãnh cáûp Kãnh thäng Giaíi Giaíi Giaíi Giaíi Gaíi Giaíi tin Taïch âënh maî máût maî âiãöu truy kãnh daûng nguäön maî kãnh chãú cáûp Hçnh 1.4 Så âäö khäúi chæïc nàng cuía hãû thäúng thäng tin säú âáöy âuí Khäúi maî hoïa nguäön laìm giaím säú bit nhë phán yãu cáöu âãø truyãön baín tin. Viãûc naìy coï thãø xem nhæ laì loaûi boí caïc bit dæ khäng cáön thiãút, giuïp cho bàng thäng âæåìng truyãön âæåüc sæí duûng hiãûu quaí hån. Khäúi máût maî hoïa laìm nhiãûm vuû máût maî hoïa baín tin gäúc nhàòm muûc âêch an ninh. Noï bao gäöm caí sæû riãng tæ (âaím baío chè ngæåìi phaït coï quyãön våïi tin âang truyãön måïi âæåüc nháûn noï) vaì xacï thæûc (âaím baío chè ngæåìi thu naìo maì ngæåìi phaït yãu cáöu thç måïi âæåüc nháûn tin). Khäúi maî hoïa kãnh laìm nhiãûm vuû âæa thãm caïc bit dæ vaìo tên hiãûu säú theo mäüt quy luáût naìo âáúy, nhàòm giuïp cho bãn thu coï thãø phaït hiãûn vaì tháûm chê sæía âæåüc caí läùi xaíy ra trãn kãnh truyãön. Viãûc naìy chênh laì maî hoïa âiãöu khiãøn läùi, vãö quan âiãøm tin tæïc, laì tàng thãm âäü dæ. Nhæ váûy coï thãø noïi maî hoïa âiãöu khiãøn läùi âæa thãm âäü dæ laì máu thuáùn våïi maî hoïa nguäön loaûi boí âäü dæ. Caí hai quaï trçnh âãöu âæåüc thæûc hiãûn trong cuìng hãû thäúng, tuy nhiãn, kiãøu dæ xuáút hiãûn tæû nhiãn trong tin truyãön laì khäng cáön thiãút, khäng phaíi laì kiãøu dæ phu ì håüp cho bãn thu coï thãø phaït hiãûn vaì sæía läùi. Giaíi maî nguäön, giaíi máût maî vaì giaíi maî hoïa kãnh âæåüc thæûc hiãûn åí bäü thu, caïc quaï trçnh naìy ngæåüc våïi caïc quaï trçnh maî hoïa bãn bäü phaït. Khäúi gheïp kãnh giuïp cho nhiãöu tuyãún thäng tin coï thãø cuìng chia seí mäüt âæåìng truyãön váût lyï chung nhæ laì caïp, âæåìng truyãön vä tuyãún Trong thäng tin säú, kiãøu gheïp kãnh thæåìng laì gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian (TDM), sàõp xãúp caïc tæì maî PCM nhaïnh vaìo trong mäüt khung TDM. Täúc âäü bit cuía tên hiãûu gheïp kãnh seî gáúp N láön täúc âäü bit cuía tên hiãûu PCM nhaïnh (N laì säú tên hiãûu PCM nhaïnh gheïp vaìo mäüt khung TDM) vaì bàng thäng yãu cáöu seî tàng lãn. Khäúi taïch kãnh bãn thu phán chia doìng bit thu thaình caïc tên hiãûu PCM nhaïnh. Khäúi âiãöu chãú giuïp cho doìng tên hiãûu säú coï thãø truyãön âi qua mäüt phæång tiãûn váût lyï cuû thãø theo mäüt täúc âäü cho træåïc, våïi mæïc âäü meïo cháúp nháûn âæåüc, yãu cáöu mäüt bàng thäng táön säú cho pheïp. Khäúi âiãöu chãú coï thãø thay âäøi daûng xung, dëch chuyãøn phäø táön säú cuía tên hiãûu âãún - 11 -
12. Chæång I mäüt bàng thäng khaïc phuì håüp. Âáöu vaìo cuía bäü âiãöu chãú laì tên hiãûu bàng gäúc trong khi âáöu ra cuía bäü âiãöu chãú laì tên hiãûu thäng daíi. Khäúi giaíi âiãöu chãú bãn thu chuyãøn daûng soïng thu âæåüc ngæåüc laûi thaình tên hiãûu bàng gäúc Khäúi âa truy cáûp liãn quan âãún caïc kyî thuáût hoàûc nguyãn tàõc naìo âoï, cho pheïp nhiãöu càûp thu phaït cuìng chia seí mäüt phæång tiãûn váût lyï chung (nhæ laì mäüt såüi quang, mäüt bäü phaït âaïp cuía vãû tinh ) Âáy laì biãûn phaïp hæîu hiãûu vaì håüp lyï âãø chia seí taìi nguyãn thäng tin haûn chãú cuía caïc phæång tiãûn truyãön dáùn. Coï mäüt säú kiãøu âa truy cáûp, mäùi kiãøu coï nhæîng æu âiãøm vaì khuyãút âiãøm riãng. Dæûa theo så âäö khäúi naìy, näüi dung chênh cuía män hoüc bao gäöm nhæîng váún âãö sau: 1. Tên hiãûu vaì phán têch tên hiãûu 2. Säú hoïa vaì âënh daûng tên hiãûu 3. Maî hoïa nguäön 4. Maî hoïa kãnh 5. Gheïp kãnh vaì âa truy cáûp 6. Âiãöu chãú Do nhæîng âàûc âiãøm riãng, pháön máût maî hoïa khäng âæåüc trçnh baìy åí âáy. 1.3.3 Æu âiãøm cuía thäng tin säú Qua xem xeït caïc khäúi chæïc nàng trong hãû thäúng thäng tin säú åí trãn, roî raìng laì hãû thäúng thäng tin säú phæïc taûp hån so våïi hãû thäúng thäng tin tæång tæû. Tuy nhiãn, thäng tin säú ngaìy caìng âæåüc æa chuäüng hån trong caïc hãû thäúng thäng tin hiãûn âaûi vaì tæång lai seî thay thãú dáön caïc hãû thäng thäng tin tæång tæû hiãûn âang täön taûi. Coï thãø kãø ra mäüt vaìi lyï do cuía âiãöu naìy nhæ sau: - Thêch håüp cho truyãön säú liãûu - Haû giaï thaình - Thuáûn låüi cho neïn säú liãûu - Coï khaí nàng maî hoïa kãnh âãø giaím aính hæåíng cuía nhiãùu vaì giao thoa - Dãù cán âäúi caïc máu thuáùn vãö bàng thäng, cäng suáút vaì thåìi gian truyãön âãø täúi æu hoaï viãûc sæí duûng caïc taìi nguyãn haûn chãú naìy - Gia tàng viãûc sæí duûng caïc maûch têch håüp - Giuïp cho chuáøn hoïa tên hiãûu báút kãø kiãøu, nguäön gäúc, dëch vuû. . . - Laì cå såí âãø hçnh thaình maûng têch håüp âa dëch vuû ISDN Sæû gia tàng yãu cáöu liãn kãút truyãön thoaûi vaì säú liãuû laì yãúu täú chênh thuïc âáøy sæû phaït triãøn cuía viãùn thäng. 1.3.4 Âæåìng truyãön tên hiãûu - 12 -
13. Chæång I Âæåìng truyãön giæîa bäü phaït vaì bäü thu coï thãø laì loaûi coï dáy hoàûc khäng dáy. Loaûi coï dáy nhæ laì càõp xoàõn âäi, caïp âäöng truûc hoàûc caïp såüi quang. Duì laì loaûi âæåìng truyãön naìo, tên hiãûu cuîng bë suy hao, meïo, giao thoa, nhiãùu . . . Coï thãø khàõc phuûc suy hao bàòng caïc bäü khuãúch âaûi hoàûc laì bäü làûp, khàõc phuûc meïo bàòng caïc bäü cán bàòng, khàõc phuûc giao thoa vaì nhiãùu bàòng caïc phæång phaïp xæí lyï tên hiãûu. Baín cháút cuía caïc âæåìng truyãön laì aính hæåíng chênh âãún viãûc thiãút kãú bäü phaït, bäü thu vaì bäü làûp. Truyãön tên hiãûu bàòng dáy dáùn coï caïc æu âiãøm nhæ sau: - Êt khi máút tuyãún - Nàng læåüng tên hiãûu khäng bë máút maït nhiãöu vaì giao thoa giæîa caïc hãû thäúng khaïc nhau êt khi nghiãm troüng vaì coï thãø boí qua - Caïc âàûc âiãøm cuía âæåìng truyãön (suy hao vaì meïo) thæåìng äøn âënh vaì dãù daìng buì âæåüc Tuy nhiãn, truyãön tên hiãûu bàòng dáy dáùn gàûp caïc khuyãút âiãøm nhæ sau: - Viãûc làõp âàût caïp ngáöm hoàûc caïp treo thæåìng âàõt tiãön vaì cáön phaíi coï kãú hoaûch láu daìi - Thäng tin quaíng baï yãu cáöu kãút näúi váût lyï âãún thuã bao phæïc taûp - Khäng thæûc hiãûn âæåüc thäng tin di âäüng - Khäng dãù cáúu hçnh laûi maûng Truyãön tên hiãûu khäng dáy coï caïc æu âiãøm nhæ sau: - Reí vaì dã ù thæûc hiãûn - Dãù thäng tin quaíng baï - Dãù thäng tin di âäüng - Dãù daìng vaì nhanh choïng cáúu hçnh laûi maûng, dãù thãm båït nuït maûng Tuy nhiãn, truyãön tên hiãûu khäng dáy gàûp caïc khuyãút âiãøm nhæ sau: - Nàng læåüng tên hiãûu bë máút maït nhiãöu trong quaï trçnh truyãön - Giao thoa giæîa caïc hãû thäúng khaïc nhau laì mäüt váún âãö nghiãm troüng - Dung læåüng haûn chãú - Caïc âàûc âiãøm cuía âæåìng truyãön thæåìng thay âäøi khäng âoaïn âæåüc, do âoï khoï âaím baío cháút læåüng thäng tin - Phaíi láûp kãú hoaûch phán bäú táön säú cáøn tháûn cho caïc hãû thäúng khaïc nhau 1.4 Giåïi thiãûu hiãûp häüi viãùn thäng quäúc tãú ITU Khi ngaìy caìng coï nhiãöu phaït minh måïi, ngaìy caìng coï nhiãöu saín pháøm vãö truyãön tin tung ra thë træåìng thç gáön nhæ chuïng ta råi vaìo tçnh traûng häùn âäün. Caïc thiãút bë thæûc hiãûn cuìng mäüt chæïc nàng nhæ nhau coï thãø khäng cuìng laìm viãûc våïi nhau, khäng thãø kãút näúi våïi nhau âæåüc - 13 -
14. Chæång I nãúu xuáút xæï tæì nhæîng haîng khaïc nhau, nhæîng quäúc gia khaïc nhau. Âãø giaíi quyãút tçnh traûng naìy, cáön âæa ra caïc tiãu chuáøn (standard) thêch håüp. Hiãûp häüi viãùn thäng quäúc tãú ITU (International Telecommunications Union) laì cå quan nghiãn cæïu xæí lyï caïc váún âãö liãn quan âãùn viãùn thäng trãn thãú giåïi. Âáy laì cå quan cuía Liãn hiãûp quäúc UN coï truûc såí âàût taûi Geneva. Caïc häüi âäöng thæåìng træûc bãn dæåïi ITU gäöm (hçnh 1.5): Ban thæ kyï, coï traïch nhiãûm coï traïch nhiãûm vãö kinh tãú vaì haình chênh Ban âàng kyï táön säú quäúc tãú IFRB, chëu traïch nhiãûm phäúi håüp vaì sæí duûng táút caí caïc loaûi táön säú vä tuyãún UÍy ban tæ váún quäúc tãú vãö thäng tin vä tuyãún CCIR, coï traïch nhiãûm giaíi quyãút caïc váún âãö khaïc vãö vä tuyãún UÍy ban tæ váún quäúc tãú vãö âiãûn thoaûi vaì âiãûn baïo CCITT, coï traïch nhiãûm vãö caïc khêa caûnh khaïc trong viãùn thäng. UN ITU Ban thæ kyï IFRB CCIR CCITT Hçnh 1.5 Täø chæïc cuía ITU Váûy CCITT laì mäüt chi nhaïnh cuía ITU liãn quan háöu hãút âãún caïc khuyãún nghë (recommendation) trong viãùn thäng. Caïc khuyãún nghë måïi âæåüc âæa ra bäún nàm mäüt láön, mäùi láön xuáút baín taìi liãûu bàòng mäüt maìu khaïc nhau, vê duû saïch vaìng nàm 1981, saïch âoí nàm 1985 Caïc nhoïm khuyãún nghë âæåüc kyï hiãûu bàòng caïc kyï tæû khaïc nhau. Vê duû nhæ khuyãún nghë loaût V cho truyãön säú liãûu trong maûng âiãûn thoaûi, loaût X cho caïc váún âãö khaïc vãö truyãön säú liãûu, loaût I cho ISDN TOÏM TÀÕT CHÆÅNG 1. Tin tæïc coï thãø taûm hiãøu laì sæû caím hiãøu cuía con ngæåìi vãö thãú giåïi xung quanh thäng qua sæû tiãúp xuïc våïi noï. Thäng tin laì sæû trao âäøi tin tæïc giæîa caïc âäúi tæåüng coï nhu cáöu bàòng mäüt cäng cuû naìo âoï. Viãùn thäng laì mäüt trong caïc cäng cuû truyãön thäng. " Viãùn thäng" aïm chè mäüt khoaíng caïch âëa lyï âæåüc bàõc cáöu âãø thæûc hiãûn trao âäøi thäng tin tæì xa. 2. Âãø trao âäøi thäng tin tæì xa, ngæåìi ta phaíi xáy dæûng mangû viãùn thäng. Coï thãø kãø ra mäüt säú maûng viãùn thäng nhæ: maûng âiãûn thoaûi, maûng säú liãûu chuyãøn maûch kãnh cäng cäüng CSPDN, maûng säú liãu chuyãøn maûch goïi cäng cäüng PSPDN - 14 -
15. Chæång I 3. Dëch vuû viãùn thäng laì hçnh thaïi trao âäøi thäng tin maì maûng viãùn thäng cung cáúp. Caïc dëch vuû viãùn thäng ráút phong phuï vaì âa daûng, phuûc vuû cho nhu cáöu trao âäøi thäng tin ngaìy caìng cao cuía ngæåìi sæí duûng. Coï thãø kãø ra mäüt vaìi dëch vuû viãùn thäng nhæ: dëch vuû thoaûi gäöm caí cäú âënh vaì di âäüng, truyãön säú liãûu, ám thanh, hçnh aính, videotex, fax, teletex, caính baïo tæì xa, thoaûi häüi nghë, video häüi nghë 4. Thaình pháön chênh cuía maûng viãùn thäng bao gäöm: nhoïm mäüt laì thiãút bë âáöu cuäúi hay coìn goüi la ì thuã bao, laì ngæåìi sæí duûng (user), coï nhiãûm vuû âæa tin tæïc vaìo maûng vaì láúy tin tæïc tæì maûng; nhoïm hai laì trung tám maûng hay coìn goüi la ì täøng âaìi, laì nuït maûng, coï nhiãûm vuû thu tháûp táút caí nhu cáöu cuía caïc âäúi tæåüng, xæí lyï thäng tin, chuyãøn maûch âãø täø chæïc viãûc trao âäøi thäng tin giæîa caïc âäúi tæåüng; nhoïm ba laì maûng truyãön dáùn, coï nhiãûm vuû kãút näúi nhoïm mäüt våïi hai goüi laì âæåìng dáy thuã bao vaì kãút näúi nhoïm hai våïi hai goüi laì âæåìng dáy trung kãú; nhoïm bäún laì pháön mãöm cuía maûng, coï nhiãûm vuû phäúi håüp hoaût âäüng cuía ba nhoïm trãn sao cho hiãûu qua.í 5. Maûng viãùn thäng tæång tæû laì maûng viãùn thäng coï caïc âàûc âiãøm sau: 2 Tên hiãûu truyãön trãn trung kãú laì tæång tæû 3 Tên hiãûu truyãön trãn âæåìng dáy thuã bao laì tæång tæû 4 Caïc nuït maûng xæí lyï tên hiãûu tæång tæû 6. Maûng viãùn thäng säú laì maûng viãùn thäng coï caïc âàûc âiãøm sau: 5 Tên hiãûu truyãön trãn trung kãú laì tæång tæû 6 Tên hiãûu truyãön trãn âæåìng dáy thuã bao laì tæång tæû 7 Caïc nuït maûng xæí lyï tên hiãûu säú 7. Hãû thäúng thäng tin laì hãû thäúng âæåüc xáy dæûng nãn nhàòm muûc âêch truyãön tin tæïc tæì bãn phaït âãún bãn thu. Mäüt hãû thäúng thäng tin täøng quaït gäöm coï ba kháu chênh: nguäön tin, kãnh tin vaì nháûn tin. Nguäön tin laì nåi saín sinh ra hay chæïa caïc tin cáön truyãön âi. Kãnh tin laì mäi træåìng truyãön lan thäng tin, âäömg thåìi cuîng saín sinh ra nhiãùu phaï huyí tin. Nháûn tin laì cå cáúu khäi phuûc laûi thäng tin ban âáöu tæì tên hiãûu láúy åí âáöu ra cuía kãnh tin. 8. Háöu hãút tên hiãûu âæa vaìo hãû thäúng thäng tin säú (tiãúng noïi, hçnh aính, ám thanh ) laì tên hiãûu tæång tæû. Khäúi âënh daûng laìm nhiãûm vuû chuyãøn âäøi tæång tæû sang säú, sau âoï tçm caïch biãøu diãùn caïc bit hay nhoïm bit åí daûng thæïc thêch håüp våïi tæìng æïng duûng cuû thãø. Khäúi maî hoïa nguäön laìm giaím säú bit nhë phán yãu cáöu âãø truyãön baín tin. Khäúi máût maî hoïa laìm nhiãûm vuû máût maî hoïa baín tin. Khäúi maî hoïa kãnh laìm nhiãûm vuû âæa thãm caïc bit dæ vaìo theo mäüt quy luáût naìo âáúy, nhàòm giuïp cho bãn thu coï thãø phaït hiãûn vaì tháûm chê sæía âæåüc caí läùi xaíy ra trãn kãnh truyãön. Khäúi gheïp kãnh giuïp cho nhiãöu nguäön tin coï thãø cuìng chia seí mäüt âæåìng truyãön váût lyï chung. Khäúi âiãöu chãú giuïp cho doìng tên hiãûu säú coï thãø truyãön âi qua mäüt phæång tiãûn váût lyï cuû thãø theo mäüt täúc âäü cho træåïc, våïi mæïc âäü meïo cháúp nháûn âæåüc, yãu cáöu mäüt bàng thäng táön säú cho pheïp. Khäúi âa truy cáûp liãn quan âãún caïc - 15 -
16. Chæång I kyî thuáût hoàûc nguyãn tàõc naìo âoï, cho pheïp nhiãöu bäü phaït cuìng chia seí mäüt phæång tiãûn váût lyï chung. 9. UÍy ban tæ váún quäúc tãú vãö âiãûn thoaûi vaì âiãûn baïo CCITT, coï traïch nhiãûm vãö nhiãöu khêa caûnh trong viãùn thäng. Âáy laì mäüt cå quan quäúc tãú thuäüc Hiãûp häüi viãùn thäng quäúc tãú ITU, liãn quan âãún nhiãöu khuyãún nghë trong viãùn thäng. Vê duû nhæ khuyãún nghë loaût V cho truyãön säú liãûu trong maûng âiãûn thoaûi, loaût X cho caïc váún âãö vãö truyãön säú liãûu, loaût I cho ISDN . - 16 -
17. - Chæång II- 9/15/2 Chæång 2 Tên hiãûu vaì phán têch tên hiãûu Nhæ âaî giåïi thiãûu trong chæång træåïc, chæång naìy chuïng ta seî tçm hiãøu nhæîng neït chênh vãö tên hiãûu vaì phæång phaïp phán têch tên hiãûu. Tên hiãûu (signal) laì biãøu diãùn váût lyï cuía tin tæïc. Trong hãû thäúng truyãön tin, tên hiãûu nháûn âæåüc thæåìng bao gäöm pháön chæïa tin tæïc mong muäún vaì pháön khäng mong muäún thãm vaìo. Pháön mong muäún goüi laì tên hiãûu coï êch, pháön khäng mong muäún goüi laì nhiãùu (noise). Trong chæång naìy giaí sæí tên hiãûu vaì nhiãùu âæåüc cäüng vaìo nhau åí bãn thu vaì goüi chung laì tên hiãûu. Trong thæûc tãú coï thãø nhiãùu taïc âäüüng vaìo tên hiãûu bàòng caïch nhán vê duû nhæ fading. Chæång naìy âæa ra caïc cäng cuû toaïn hoüc âãø biãøu diãnù tên hiãûu, trãn cå såí biãøu diãùn naìy tiãún haình phán têch tên hiãûu âãø ruït ra caïc âàûc træng thêch håüp cho tên hiãûu tuìy theo caïc khêa caûnh æïng duûng kyî thuáût khaïc nhau cuía noï. Chæång naìy táûp trung giåïi thiãûu phæång phaïp phán têch thåìi gian, phán têch phäø (spectral analysis) va ì phán têch tæång quan (correlation analysis). Phán têch thåìi gian âæåüc hiãøu theo nghéa biãøu diãùn tên hiãûu trong miãön thåìi gian vaì trãn cå såí âoï, tçm ra caïc âaûi læåüng âàûc træng cuía tên hiãûu nhæ nàng læåüng, cäng suáút, trë trung bçnh Phán têch phäø liãn quan âãún viãûc mä taí tên hiãûu trong miãön táön säú vaì mäúi liãn quan giæîa mä taí trong miãön táön säú vaì miãön thåìi gian. Phán têch tæång quan åí cuäúi chæång daình âãø phán têch tên hiãûu ngáùu nhiãn. Tên hiãûu trong thäng tin chênh laì loaûi tên hiãûu ngáùu nhiãn nay.ì 2.1 Giåïi thiãûu 2.1.1 Âënh nghéa tên hiãûu Tên hiãûu âæåüc âënh nghéa nhæ laì biãøu diãùn váût lyï cuía tin tæïc. Âoï laì mäüt âaûi læåüng váût lyï biãún thiãn theo thåìi gian, khäng gian hay caïc biãún âäüc láûp khaïc. Vãö màût toaïn hoüc, coï thãø xem tên hiãûu laì haìm theomäüt hoàûc nhiãöu biãún âäüc láûp. Vê duû nhæ, haìm x(t) = 5t mä taí tên hiãûu thay âäøi tuyãún tênh theo biãún thåìi gian t. Hay haìm 2 s(x,y) = 3x + 2xy +10y mä taí tên hiãûu theo hai biãún âäüc láûp x vaì y biãøu diãùn cho hai biãún khäng gian trong mäüt màût phàóng. Mäüt vê duû khaïc, tên hiãûu tiãúng noïi laì sæû thay âäøi aïp suáút khäng khê theo thåìi gian. Nhæng ta khäng thãø biãøu diãùn tên hiãûu tiãúng noïi laì mäüt haìm theo thåìi gian maì täøng quaït, ta chè coï thãø biãøu diãùn mäüt âoaûn (segment) tiãúng noïi nhæ laì täøng cuía nhiãöu haìm sin khaïc biãn âäü, táön säú vaì pha nhæ sau: - 17 -
18. - Chæång II- 9/15/2 N A (t)sin[2πF (t)t + θ (t)] ∑ i i i i=1 Hçnh 2.1 laì mäüt vê duû vãö daûng soïng tên hiãûu tiãúng noïi - tæì tiãúng Anh "away" Hçnh 2.1 Daûng soïng cuía tæì "away" 2.1.2 Phán loaûi tên hiãûu Coï nhiãöu caïch khaïc nhau âãø phán loaûi tên hiãûu. Trong mäüt vaìi æïng duûng, tên hiãûu coï thãø âæåüc taûo ra tæì nhiãöu nguäön hoàûc tæì nhiãöu bäü caím biãún. Nhæîng tên hiãûu nhæ váûy âæåüc goüi laì tên hiãûu âa kãnh (multichannel signals). Vê duû nhæ, tên hiãûu âiãûn tám âäö (ECG) 3 kãnh hoàûc 12 kãnh. Xeït säú biãún âäüc láûp, ta tháúy coï nhæîng tên hiãûu laì haìm theo mäüt biãún âån, goüi laì tên hiãûu mäüt hæåïng (one-dimensional signals), coï nhæîng tên hiãûu laì haìm theo M biãún (M > 1), goüi laì tên hiãûu M-hæåïng (M-dimensional signals). Vê duû nhæ, tên hiãûu aính ténh laì tên hiãûu 2 hæåïng vç aính laì hamì âäü saïng theo hai biãún khäng gian. Xeït giaï trë cuía haìm, coï thãø giaï trë âoï laì mäüt giaï trë thæûc hay phæïc. Do âoï ta coï thãø phán loaûi tên hiãûu thaình tên hiãûu thæûc hay phæïc. Trong män hoüc naìy, ta chè xeït tên hiãûu thæûc, mäüt kãnh, mäüt hæåïng, biãún laì biãún thåìi gian. Ta kyï hiãûu tên hiãûu naìy laì s(t) hay x(t). Âãø coï thãø phán têch tên hiãûu, yãu cáöu ta phaíi mä taí âæåüc tên hiãûu bàòng mäüt mä hçnh toaïn hoüc naìo âoï. Coï nhæîng tên hiãûu coï thãø xaïc âënh duy nháút bàòng mäüt mä hçnh toaïn hoüc quen thuäüc nhæ laì baíng biãøu, âäö thë Loaûi tên hiãûu naìy âæåüc goüi laì tên hiãûu xaïc âënh hay táút âënh (deterministic signals). Loaûi tên hiãûu nayì âæåüc duìng âãø nháún maûnh ràòng ta coï thãø biãút roî táút caí caïc giaï trë cuía tên hiãûu trong quaï khæï, hiãûn taûi vaì tæång lai. Tuy nhiãn, thæûc tãú coï nhiãöu tên hiãûu maì ta khäng thãø mä taí chênh xaïc âæåüc. Do âoï khäng thãø duìng mä hçnh toaïn hoüc quen thuäüc âãø biãøu diãùn tên hiãûu. Ta khäng thãø dæû âoaïn âæåüc haình vi cuía loaûi tên hiãûu naìy. Ta goüi âáy laì tên hiãûu ngáùu nhiãn (random signals). Âãø biãøu diãùn loaûi tên hiãûu naìy, ta phaíi dæûa vaìo caïc quan saït thäúng kã. Vê duû tên hiãûu tiãúng noïi, tên hiãûu nhiãùu laì nhæîng tên hiãûu ngáùu nhiãn. - 18 -
19. - Chæång II- 9/15/2 2.2 Biãøu diãùn tên hiãûu xaïc âënh theo thåìi gian 2.2.1 Tên hiãûu váût lyï vaì tên hiãûu toaïn hoüc Tên hiãûu váût lyï (physical signals) laì tên hiãûu coï thãø thæûc hiãûn âæåüc vãö màût váût lyï (physically realizable). Tên hiãûu váût lyï phaíi thoaí maîn caïc yãu cáöu sau: - Coï giaï trë hæîu haûn, xaïc âënh trong mäüt khoaíng thåìi gian hæîu haûn - Coï phäø hæîu haûn, xaïc âënh trong mäüt daíi táön säú hæîu haûn - Laì haìm liãn tuûc theo thåìi gian - Laì haìm thæûc - Coï tênh nhán quaí, nghéa laì biãn âäü s bàòng 0 våïi thåìi gian t < 0. Ngæåüc våïi tên hiãûu váût lyï laì tên hiãûu toaïn hoüc (mathematical signals). Âoï laì tên hiãûu chè coï yï nghéa lyï thuyãút vaì hoaìn toaìn khäng thãø thæûc hiãûn âæåüc vãö màût váût lyï. Hçnh 2.2 âæa ra mäüt vê duû vãö hai loaûi tên hiãûu xung vuäng váût lyï vaì toaïn hoüc. (a) t (b) t Hçnh 2.2 Tên hiãûu xung vuäng váût lyï vaì toaïn hoüc (a) Xung vuäng toaïn hoüc - (b) Xung vuäng váût lyï 2.2.2 Phán loaûi tên hiãûu dæûa theo daûng Goüi kyï hiãûu biãøu diãùn tên hiãûu laì s(t), åí âáy s laì biãn âäü vaì t laì thåìi gian. Dæûa theo biãn âäü vaì thåìi gian, ta coï thãø phán tên hiãûu thaình 4 loaûi: Tên hiãûu liãn tuûc (continuous-time signals) hay tên hiãûu tæång tæû (analog signals) laì tên hiãûu coï giaï trë xaïc âënh taûi moüi thåìi âiãøm tæì khi tên hiãûu sinh ra âãún khi kãút thuïc, nghéa laì caí biãn âä ü vaì thåìi gian âãöu liãn tuûc. Tên hiãûu råìi raûc (discrete-time signals) laì tên hiãûu chè xaïc âënh taûi caïc giaï trë naìo âoï cuía thåìi gian. Tên hiãûu naìy coï biãn âäü liãn tuûc vaì thåìi gian råìi raûc. Khoaíng caïch giæîa caïc thåìi âiãøm råìi raûc khäng nháút thiãút phaíi bàòng nhau, nhæng trong thæûc tãú thæåìng khoaíng caïch naìy âæåüc láúy bàòng nhau. Coï thãø taûo ra tên hiãûu råìi raûc bàòng hai caïch. Mäüt laìì láúy máùu tên hiãûu liãn tuûc, âáy laì caïch thäng thæåìng âãø chuyãøn tên hiãûu tæì liãn tuûc thaình råìi raûc. Hai laì âo (âãúm) mäüt âaûi - 19 -
20. - Chæång II- 9/15/2 læåüng naìo âoï theo mäüt chu kyì nháút âënh, vê duû nhæ cán em beï theo tæìng thaïng, âo aïp suáút khäng khê theo giåì Tên hiãûu læåüng tæí hoïa (quantization signals) laì tên hiãûu chè coï táûp hæîu haûn säú mæïc biãn âäü, nghéa laì biãn âäü råìi raûc vaì thåìi gian liãn tuûc. Vê duû nhæ tên hiãûu ra cuía bäü giæî máùu báûc khäng ZOH. Tên hiãûu säú (digital signals) laì tên hiãûu råìi raûc coï biãn âäü âæåüc råìi raûc hoïa, nghéa laì caí biãn âäü vaì thåìi gian âãöu råìi raûc. Hçnh 2.3 laì âäö thë cuía 4 loaûi tên hiãûu trãn. • • (a) (b) • • (c) (d) Hçnh 2.3 Âäö thë bäún loaûi tên hiãûu (a) Liãn tuûc - (b) Råìi raûc - (c) Læåüng tæí hoïa - (d) Säú 2.2.3 Caïc tên hiãuû toaïn hoüc cå baín - Tên hiãûu (delta) Dirac laì tên hiãûu âæåüc âënh nghéa båíi: ∞ ∫s(t)δ(t)dt = s(0) −∞ våïi s(t) laì haìm liãn tuûc taûi t = 0. Ngoaìi ra coìn coï âënh nghéa khaïc cho tên hiãûu Dirac laì: ∞ ∫ δ(t)dt = 1 −∞ - 20 -
21. - Chæång II- 9/15/2 vaì ⎧∞, t = 0 δ(t) = ⎨ ⎩0, t ≠ 0 Âäö thë cuía tên hiãûu Dirac nhæ hçnh 2.4. 1 0 Hçnh 2.4 Tên hiãûu Dirac Tên hiãûu Dirac âæåüc chæïng minh laì coï mäüt säú tênh cháút cuía nhæ: ∞ s(t)δ(t − t )dt = s(t ) ∫ 0 0 −∞ ∞ s(t + t )δ(t)dt = s(t ) ∫ 0 0 −∞ Aδ(−t) = Aδ(t) Aδ(t) = 0 , khi t ≠ 0 Aδ(t − t ) + Bδ(t − t ) = (A + B)δ(t − t ) 0 0 0 Våïi y(t) liãn tuûc taûi t ta coï: y(t)[Aδ(t − t )] = Ay(t )δ(t − t ) 0 0 0 0 ∞ , ± j2π tt , δ(t) = ∫ e dt −∞ -Tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë (unit step) laì tên hiãûu: ⎧1, t > 0 u(t) = ⎨ ⎩0, t < 0 Tæì âënh nghéa coï thãø suy ra mäúi quan hãû giæîa tên hiãûu Dirac vaì tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë nhæ sau: t ∫ δ(λ)dλ = u(t) −∞ vaì du(t) = δ(t) dt - 21 -
22. - Chæång II- 9/15/2 Âäö thë cuía tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë nhæ hçnh 2.5. 1 0 Hçnh 2.5 Tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë - Tên hiãûu chæî nháût (rectangular) laì tên hiãûu: t ⎪⎧1, t ≤ T / 2 Π( ) = ⎨ T ⎩⎪0, t > T / 2 Âäö thë cuía tên hiãûu chæî nháût nhæ hçnh 2.6. 1 -T/2 0 T/2 Hçnh 2.6 Tên hiãûu chæî nháût Mäúi quan hãû giæîa tên hiãûu chæî nháût vaì tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë nhæ sau: ⎛ t ⎞ ∏⎜ ⎟ = u(t + T / 2) − u(t − T / 2) ⎝ T ⎠ - Tên hiãûu tam giaïc (triangular) laì tên hiãûu: ⎧ t t ⎪1− , t ≤ T Λ( ) = ⎨ T T ⎪ ⎩0, t > T Âäö thë cuía tên hiãûu tam giaïc nhæ hçnh 2.7. 1 -T 0 T Hçnh 2.7 Tên hiãûu tam giaïc - 22 -
23. - Chæång II- 9/15/2 - Tên hiãûu däúc âån vë (unit ramp) laì tên hiãûu: ⎧t , t > 0 r(t) = ⎨ ⎩0 , t t x(t) = ⎨ 1 (a coï thãø laì säú thæûc hay phæïc) 0 , t < t ⎩⎪ 1 Âäö thë cuía tên hiãûu haìm muî våïi a thæûc vaì 0 < a < 1 nhæ hçnh 2.9. 0 Hçnh 2.9 Tên hiãûu haìm muî thæûc giaím - Tên hiãûu sin (tên hiãûu âiãöu hoìa) laì tên hiãûu: 2π 2π π x(t) = Acos( t + θ) = Acos(2πf t + θ) = Asin( t + θ + ) T 0 T 2 0 0 ÅÍ âáy A laì biãn âäü, f0 = 1 / T0 laì táön säú chè säú láön làûp laûi tên hiãûu trong 1 âån vë thåìi gian, θ laì pha chè sai khaïc vãö goïc giæîa tên hiãûu x(t) vaì tên hiãûu tham chiãúu coï pha laì 0. Âäö thë cuía tên hiãûu sin nhæ hçnh 2.10. A 0 - A Hçnh 2.10 Tên hiãûu sin - 23 -
24. - Chæång II- 9/15/2 Táûp caïc tên hiãûu sin coï chung táön säú âæåüc mä taí båíi táön säú âoï vaì biãn âäü vaì pha cuía mäùi tên hiãûu. Ta coï thãø biãøu diãùn biãn âäü vaì pha cuía mäùi tên hiãûu dæåïi daûng phæïc goüi laì phasor. jβ Sæí duûng cäng thæïc Euler, ta coï e = cosβ + jsinβ . Váûy ta coï thãø viãút laûi biãøu thæïc cuía tên hiãûu sin nhæ sau: j(2πf t+θ) j2πf t j2πf t 0 jθ 0 0 x(t) = Re[Ae ] ≡ Re[x (t)] ⇒ x (t) = [Ae ]e ≡ Xe p p åí âáy X laì säú phæïc, biãn âäü vaì pha cuía X laì biãn âäü vaì pha cuía tên hiãûu sin. Do âoï ta noïi X âàûc træng cho tên hiãûu sin ngoaûi træì táön säú. Ta noïi X laì biãøu diãùn phasor cuía tên hiãûu sin: jθ X = Ae 2.2.4 Caïc âaûi læåüng âàûc træng cuía tên hiãûu -Âäü daìi laì thåìi gian täön taûi cuía tên hiãûu tæì luïc bàõt âáöu xuáút hiãûn tên hiãûu cho âãún khi kãút thuïc. Thäng säú naìy qui âënh khoaíng thåìi gian báûn cuía hãû thäúng truyãön tin trong viãûc truyãön âi tin tæïc chæïa trong tên hiãûu. -Trë trung bçnh (time average) cuía mäüt tên hiãûu âæåüc tênh theo cäng thæïc: 1 T / 2 s(t) = lim s(t)dt T→∞ ∫ T −T / 2 Âënh nghéa tên hiãûu tuáön hoaìn våïi chu kyì T laì tên hiãûu thoaí maîn s(t) = s(t + T ) ∀t . Nhæ O 0 váûy tên hiãûu váût lyï khäng tháût sæû laì tên hiãûu tuáön hoaìn. Nãúu tên hiãûu tuáön hoaìn thç trë trung bçnh âæåüc tênh nhæ sau: 1 T / 2+a s(t) = ∫s(t)dt T −T / 2+a 0 0 våïi a laì hàòng säú tuìy yï coï thãø bàòng 0. Nãúu tên hiãûu váût lyï thç trë trung bçnh âæåüc tênh nhæ sau: t 1 2 s(t) = ∫s(t)dt t − t t 2 1 1 våïi t2 - t1 = T laì âäü daìi cuía tên hiãûu. -Thaình pháön mäüt chiãöu cuía tên hiãûu DC laì thaình pháön khäng âäøi theo thåìi gian. Täøng quaït mäüt tên hiãûu coï thãø âæåüc phán têch thaình täøng cuía hai thaình pháön laì thaình pháön mäüt chiãöu vaì thaình pháön khäng âäøi theo thåìi gian coï trë trung bçnh bàòng 0 goüi laì thaình pháön xoay chiãöu. Tæì âáy coï thãø dãù daìng suy ra thaình pháön mäüt chiãöu chênh laì trë trung bçnh cuía tên hiãûu. - Nàng læåüng chuáøn hoaï (normalized energy) cuía tên hiãûu âæåüc tênh theo: - 24 -
25. - Chæång II- 9/15/2 T / 2 2 E = lim s (t)dt T→∞ ∫ −T / 2 Âënh nghéa tên hiãûu nàng læåüng laì tên hiãûu coï nàng læåüng hæîu haûn khaïc 0. - Cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh (average normalized power) cuía tên hiãûu âæåüc tênh theo: T / 2 2 1 2 P = s (t) = lim s (t)dt T→∞ ∫ T −T / 2 Âënh nghéa tên hiãûu cäng suáút laì tên hiãûu coï cäng suáút hæîu haûn khaïc 0 vaì coï nàng læåüng vä haûn. Tæì âáy ta tháúy khäng coï tên hiãûu naìo væìa laì tên hiãûu nàng læåüng laûi væìa laì tên hiãûu cäng suáút - Trë hiãûu duûng rms (root mean square) cuía tên hiãûu âæåüc âënh nghéa laì càn báûc hai cuía cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh. 2.3 Chuäùi Fourier - Phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn Tên hiãûu s(t) nàng læåüng hæîu haûn tuáön hoaìn våïi chu kyì TO coï thãø âæåüc biãøu diãùn dæåïi daûng täøng vä haûn cuía caïc tên hiãûu sin. Täøng naìy goüi laì chuäùi Fourier (Fourier series), coï thãø âæåüc viãút dæåïi nhiãöu daûng khaïc nhau. Mäüt trong caïc daûng âoï laì: ∞ 2πnt ∞ 2πnt s(t) = A + a cos + b sin 0 ∑ n ∑ n n=1 T n=1 T 0 0 Hàòng säú AO laì trë trung bçnh cuía s(t), âæåüc tênh båíi: 1 T / 2 A = s(t)dt 0 ∫ T −T / 2 0 0 Caïc hãû säú an vaì bn âæåüc tênh båíi: 2 T / 2 2πnt a = s(t)cos dt n T ∫ T 0 −T / 2 0 0 2 T / 2 2πnt b = s(t)sin dt n ∫ T −T / 2 T 0 0 0 Mäüt daûng khaïc cuía chuäùi Fourier laì: ∞ ⎛ 2πnt ⎞ s(t) = C + C cos⎜ + Φ ⎟ 0 ∑ n n n=1 ⎜ T ⎟ ⎝ 0 ⎠ ÅÍ âáy CO , Cn vaì φn liãn quan våïi an , bn vaì AO theo cäng thæïc - 25 -
26. - Chæång II- 9/15/2 C = A 0 0 2 2 C = a + b n n n b Φ = −arctg n n a n Váûy chuäùi Fourier cuía mäüt haìm tuáön hoaìn laì täøng caïc haìi cuía táön säú cå baín fO = 1/TO .Hãû säú Cn goüi laì biãn âäü cuía thaình pháön phäø (spectral component) Cn cos (2π n fOt + φn) taûi táön säú nfO . Hçnh 2.11a chè ra phäø biãn âäü âiãøn hçnh (amplitude spectrum) Cn cuía tên hiãûu tuáön hoaìn. Phäø naìy coï daûng råìi raûc nãn coìn âæåüc goüi laì phäø vaûch (line spectrum). Chuäùi Fourier coìn coï thãø âæåüc biãøu diãùn dæåïi daûng haìm muî (exponential form) nhæ sau: ∞ j2π nt / T 0 s(t) = A e ∑ n n=−∞ åí âáy T / 2 0 − j2π nt / T 1 0 A = s(t)e dt n ∫ T −T / 2 0 0 Hãû säú An laì hãû säú phæïc, liãn hãû våïi Cn theo cäng thæïc : A = C 0 0 C jΦ A = n e n n 2 Caïc hãû säú An laì biãn âäü cuía thaình pháön phäø . Hçnh 2.11b chè ra phäø biãn âäü An . Âãø yï tháúy ràòng caïc vaûch phäø taûi hçnh 2.11a taûi táön säú fo âæåüc thay bàòng 2 vaûch phäø hçnh 2.11b våïi biãn âäü mäùi vaûch giaím âi mäüt næía, mäüt vaûch åí táön säú fO vaì vaûch kia åí táön säú -fO . Phäø biãn âäü hçnh 2.11a goüi laì phäø mäüt phêa (single - sided spectrum) coìn phäø biãn âäü hçnh 2.11b goüi laì phäø hai phêa (two - sided spectrum). Sæí duûng phäø hai phêa thuáûn tiãûn hån trong tênh toaïn, do âoïì sau naìy chuïng ta seî sæí duûng phäø hai phêa. Vãö màût lyï thuyãút säú vaûch phäø cuía s(t) laì vä haûn, nghéa laì phäø âæåüc phán bäú trãn suäút thang táön säú. Tuy nhiãn nãúu tênh toaïn cuû thãø seî tháúy våïi háöu hãút tên hiãûu thç khi n tàng âãún mäüt giaï trë âuí låïn naìo âoï, biãn âäü Cn seî giaím khaï nhanh vaì coï thãø boí qua. Do âoï thæûc tãú coï thãø xem nhæ phäø chè phán bäú trãn mäüt khoaíng táön säú hæîu haûn. Âënh nghéa khoaíng maì phäø chiãúm trãn thang táön säú goüi laì bãö räüng phäø (spectral bandwidth) cuía tên hiãûu. Caïch xaïc âënh bãö räüng phäø nhæ sau: goüi B laì bãö räüng phäø, B âæûoc tênh laì sai khaïc giæîa hai táön säú dæång låïn nháút vaì nhoí nháút maì trong khoaíng âoï - 26 -
27. - Chæång II- 9/15/2 S(f ) ≥ a S(f ) max Hãû säú a âæåüc choün laì hàòng säú dæång tuyì æïng duûng. Thæåìng choün a =1/ 2 = 0.707 . Ta nháûn tháúy tên hiãûu sin biãn âäü A coï cäng suáút trung bçnh laì A2 / 2 vaì tên hiãûu sin biãn âäü A / 2 coï cäng suáút trung bçnh bàòng mäüt næía laì A2 / 4. Ta biãút tyí säú cäng suáút laì 1/2 = -3 dB Do âoï bàng thäng våïi a =1/ 2 = 0.707 coìn âæåüc goüi laì bàng thäng - 3 dB. Hçnh 2.12 laì mäüt vê duû vãö xaïc âënh bàng thäng cuía tên hiãûu. C n (a) 0/T0 1/T0 2/T0 3/T0 . . . n/T0 A n (b) . . . -3/T0 -2/T0 -1/T0 0 1/T0 2/T0 3/T0 . . . n/T0 Hçnh 2.11 (a) Phäø biãn âäü mäüt phêa cuía tên hiãûu tuáön hoaìn. (b) Phäø biãn âäü hai phêa tæång æïng a A n max 0 n/T0 B Hçnh 2.12 Vê duû xaïc âënh bàng thäng tên hiãûu 2.4 Pheïp biãún âäøi Fourier - Phäø cuía tên hiãûu khäng tuáön hoaìn 2.4.1 Càûp biãún âäøi Fourier thuáûn vaì ngæåüc - 27 -
28. - Chæång II- 9/15/2 Xeït tên hiãûu s(t) khäng tuáön hoaìn. Âãø aïp duûng caïc cäng thæïc trong pháön træåïc ta xem tên hiãûu khäng tuáön hoaìn laì tên hiãûu tuáön hoaìn coï chu kyì låïn vä cuìng TO → ∞ . Nhæ ta âaî tháúy, tên hiãûu tuáön hoaìn laì täøng cuía caïc vaûch phäø. Caïc vaûch phäø naìy coï biãn âäü hæîu haûn vaì phán caïch nhau båíi khoaíng táön säú hæîu haûn fO = 1/TO . Khi TO → ∞ thç khoaíng caïch giæîa caïc vaûch phäø tråí nãn vä cuìng beï 1/TO → df. Biãún táön säú tæì khäng liãn tuûc tråí nãn liãn tuûc n /TO → f. Hãû säú Fourier An tråí thaình: T / 2 ∞ 0 − j2π nt / T 1 0 ⎡ − j2π f t ⎤ A(f ) = lim A = lim s(t)e dt = ⎢ s(t)e dt⎥df T →∞ n T →∞ ∫ ∫ 0 0 T −T / 2 −∞ 0 0 ⎣⎢ ⎦⎥ Nãúu têch phán trong dáúu moïc vuäng häüi tuû thç A(f) laì mäüt vä cuìng beï. Âàût: ∞ − j2 π f t S(f ) = ∫s(t)e dt −∞ S(f) âæåüc goüi laì máût âäü phäø (spectral density) hay phäø hay laì biãún âäøi Fourier (Fourier Transform) cuía tên hiãûu s(t). Cuîng láúy giåïi haûn nhæ trãn, ta coï thãø tênh ngæåüc s(t) tæì S(f) nhæ sau: ∞ ∞ j2π nt / T 0 j2 π f t s(t) = lim A e = S(f )e df T →∞ ∑ n ∫ 0 n=−∞ −∞ Caïc cäng thæïc S(f) vaì s(t) håüp thaình càûp biãún âäøi Fourier cuía tên hiãûu khäng tuáön hoaìn s(t). S(f) laì biãún âäøi thuáûn, s(t) laì biãún âäøi ngæåüc. Càûp biãún âäøi Fourier chè roî, vãö màût váût lyï, coï thãø xem tên hiãûu s(t) laì täøng cuía vä säú dao âäüng âiãöu hoaì coï táön säú biãún thiãn liãn tuûc trãn suäút truûc táön säú våïi biãn âäü vä cuìng beï phán bäú trãn truûc táön säú theo máût âäü S(f). 2.4.2 Máût âäü phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn Vç tên hiãûu tuáön hoaìn chàóng qua chè laì mäüt træåìng håüp âàûc biãût cuía tên hiãûu khäng tuáön hoaìn nãn täøng quaït, ta coï thãø gaïn caí khaïi niãûm máût âäü phäø cho tên hiãuû tuáön hoaìn. Do âàûc âiãøm cuía phäø vaûch nãn máût âäü phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn phaíi coï tênh cháút: låïn vä cuìng åí caïc vaûch phäø vaì triãût tiãu åí ngoaìi caïc vaûch âoï. Váûy coï thã ø duìng tên hiãûu Dirac âãø biãøu diãùn máût âäü phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn. Láúy biãún âäøi Fourier cho caí hai vãú cuía cäng thæïc chuäùi Fourier daûng haìm muî, aïp duûng tênh cháút cuía tên hiãûu Dirac ta âæåüc máût âäü phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn ST (f) nhæ sau: ∞ ∞ j2πn f t ⎛ 0 ⎞ − j2π f t S (f ) = ⎜ A e ⎟e dt T ∫ ⎜ ∑ n ⎟ −∞ ⎝ n=−∞ ⎠ ∞ ∞ − j2 π(f −n f )t 0 = A e dt ∑ n ∫ n=−∞ −∞ - 28 -
29. - Chæång II- 9/15/2 ∞ = A δ(f − nf ) ∑ n 0 n=−∞ 2.4.3 Phäø biãn âäü vaì phäø pha Täøng quaït phäø S(f) laì mäüt haìm phæïc theo biãún f. Do âoï ta coï thãø biãøu diãùn S(f) dæåïi daûng sau: jϕ(f ) S(f ) = Re[S(f )]+ jIm[S(f )] = S(f ) e Trong âoï: 2 2 S(f ) = Re [S(f )] + Im [S(f )] goüi laì phäø biãn âäü (amplitude spetrum), âån vë cuía phäø biãn âäülaì A/Hz hay V/Hz Im[S(f )] vaì ϕ(f ) = arctg goüi laì phäø pha (phase spectrum), âån vë cuía phäø pha laì radian Re[S(f )] hay âäü. Hçnh 2.13 laì phäø biãn âäü vaì phäø pha cuía tên hiãûu chæî nháût. Hçnh 2.13 Phäø biãn âäü vaì phäø pha cuía tên hiãûu chæî nháût 2.4.4 Âënh lyï Parseval vaì máût âäü phäø nàng læåüng Âënh lyï Parseval phaït biãøu nhæ sau: ∞ ∞ ∗ ∗ s (t)s (t)dt = S (f )S (f )df ∫∫1 2 1 2 −∞ −∞ Nãúu s (t) = s (t) = s(t) thç: 1 2 ∞ ∞ 2 2 E = ∫∫s(t) dt = S(f ) df −∞ −∞ Âáy cuîng chênh laì näüi dung cuía âënh lyï nàng læåüng Rayleigh. Chæïng minh: Biãún âäøi vãú traïi, aïp duûng cäng thæïc biãún âäøi Fourier ngæåüc, ta âæåüc: - 29 -
30. - Chæång II- 9/15/2 ∞ ∞ ⎡ j2 πf t ⎤ • Vãú traïi = S (f )e df s (t)dt ∫∫⎢ 1 ⎥ 2 −∞⎣⎢−∞ ⎦⎥ Giaí sæí caïc têch phán naìy âãöu häüi tuû tuyãût âäúi, theo âënh lyï Fubini ta coï thãø thay âäøi thæï tæû láúy têch phán vaì âæåüc nhæ sau: ∞ ∞ ∗ ⎡ − j2 π f t ⎤ Vãú traïi = S (f ) s (t)e dt df ∫∫1 ⎢ 2 ⎥ −∞ ⎣⎢−∞ ⎦⎥ ∞ ∗ = S (f )S (f )df ∫ 1 2 −∞ Âënh nghéa máût âäü phäø nàng læåüng ESD (Energy Spectral Density) cuía tên hiãûu nàng læåüng laì: E(f ) = S(f ) 2 Âån vë cuía E (f) laì joule trãn hertz (J/Hz). Sæí duûng âënh lyï Parseval coï thãø biãøu diãùn nàng læåüng chuáøn hoaï theo ESD nhæ sau: ∞ E = ∫ E (f)df −∞ 2.4.5 Máût âäü phäø cäng suáút Máût âäü phäø cäng suáút PSD (Power Spectral Density) laì haìm nãu lãn mäúi liãn quan giæîa cäng suáút chuáøn hoaï cuía tên hiãûu vaì mä taí tên hiãûu trong miãön táön säú. PSD âæåüc âënh nghéa theo caïch tæång tæû nhæ ESD. PSD hiãûu quaí hån ESD vç loaûi tên hiãûu cäng suáút âæåüc sæí duûng räüng raîi trong viãûc nghiãn cæïu caïc hãû thäúng truyãön tin. Træåïc hãút âënh nghéa haìm càõt goüt (truncated version) cuía mäüt tên hiãûu laì: ⎧s(t), − T / 2 < t < T / 2 ⎛ t ⎞ s (t) = ⎨ = s(t)Π⎜ ⎟ T ⎩0, t ≠ ⎝ T ⎠ Cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh tênh theo haìm càõt goüt laì: T / 2 ∞ 1 2 1 2 P = lim s (t)dt = lim s (t)dt T→∞ ∫∫T→∞ T T −T / 2 T −∞ Sæí duûng âënh lyï Parseval thç cäng suáút trãn tråí thaình: - 30 -
31. - Chæång II- 9/15/2 2 ∞ ∞ ⎛ ⎞ 1 2 ⎜ S (f ) ⎟ P = lim S (f ) df = lim T df T→∞ ∫ T ∫⎜ T→∞ ⎟ T −∞ −∞⎜ T ⎟ ⎝ ⎠ ÅÍ âáy ST (f) laì biãún âäøi Fourier cuía sT(t). Têch phán bãn vãú phaíi goüi laì PSD. Váûy âënh nghéa máût âäü phäø cäng suáút PSD cuía tên hiãûu cäng suáút laì: 2 ⎛ S (f ) ⎞ ⎜ T ⎟ P (f) = lim⎜ ⎟ T→∞⎜ T ⎟ ⎝ ⎠ Âån vë cuía PSD laì W/Hz hay V2 /Hz hay A2 /Hz. Læu yï ràòng PSD laì mäüt haìm thæûc khäng ám theo táön säú. Tæì âáy coï thãø biãøu diãùn cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh theo PSD nhæ sau: ∞ P = ∫ P (f) df −∞ 2.4.6 Caïc tênh cháút cuía phäø Baíng 2.1 nãu caïc tênh cháút cuía phäø. Pháön chæïng minh cho caïc tênh cháút naìy coi nhæ laì baìi táûp vãö nhaì. 2.5 Tên hiãûu ngáùu nhiãn ( quaï trçnh ngáùu nhiãn ) Âäúi våïi thäng tin, quan niãûm xaïc âënh vãö tên hiãûu chè coï thãø cháúp nháûn âæåüc vãö màût lyï thuyãút chæï khäng phuì håüp våïi thæûc tãú. Vç nãúu chuïng ta xem tên hiãûu laì biãøt træåïc thç vãö màût yï nghéa tin tæïc maì noïi, viãûc truyãön tên hiãûu laì khäng cáön thiãút. Hån næîa nhiãùu taïc âäüng vaìo hãû thäúng truyãön tin cuîng khäng thãø biãút træåïc. Tuy nhiãn nãúu chuïng ta hoaìn toaìn khäng biãút gç vãö tên hiãûu hay nhiãùu thç cuîng khäng coï cå såí gç âãø phán biãtû tên hiãûu coï êch våïi nhiãùu, vaì do âoï seî khäng thãø thu âæåüc tên hiãûu. Âãø thu âæåüc tên hiãûu thäng tin ta phaíi biãút âæåüc caïc âàûc tênh thäúng kã cuía noï vaì diãùn taí trãn cå såí lyï thuyãút xaïc suáút. Ta goüi caïc tên hiãûu xeït theo quan âiãøm thäúng kã naìy laì tên hiãûu ngáùu nhiãn hay coìn goüi laì quaï trçnh ngáùu nhiãn (random processes). 2.5.1 Âënh nghéa vaì phán loaûi quaï trçnh ngáùu nhiãn Âãø coï mäüt khaïi niãûm vãö quaï trçnh ngáùu nhiãn, træåïc hãút ta xeït mäüt vê duû cuû thãø. Theo doîi caïc daûng soïng âiãûn aïp phaït ra tæì cuìng mäüt nguäön nhiãùu hçnh 2.14, ta tháúy caïc daûng soïng âoï khäng giäúng nhau, âoï coï thãø laìξ (t),ξ (t), ,ξ (t) . Táûp táút caí caïc âæåìng cong ξ (t) goüi 1 2 i { i } laì táûp håüp (ensemble) vaì táûp håüp âoï âæåüc goüi laì quaï trçnh ngáùu nhiãn ξ(t) mä taí nhiãùu. Khi quan saït caïc daûng soïng âiãûn aïp phaït ra tæì cuìng mäüt nguäön nhiãùu, viãûc ta nháûn âæåüc mäüt âæåìng cong naìo trong táûp håüp âoï laì mäüt sæû kiãûn (event) ngáùu nhiãn khäng thãø dæû âoaïn âæåüc. Mäüt âæåìng congξ (t) goüi laì mäüt thãø hiãûn (sample function), caïc thãø hiãûn naìy tuy khaïc nhau i nhæng xeït theo quan âiãøm xaïc suáút thäúng kã thç chuïng laûi liãn hãû nhau båíi caïc quy luáût thäúng - 31 -
32. - Chæång II- 9/15/2 Baíng 2.1 Tênh cháút cuía phäø Tênh cháút Tên hiãûu Phäø a s (t) + a s (t) a S (f ) + a S (f ) Tuyãún tênh 1 1 2 2 1 1 2 2 − j2 πf T s(t − T ) 0 Trãù thåìi gian 0 e S(f ) s(at) 1 ⎛ f ⎞ Thang tyí lãû S⎜ ⎟ a ⎝ a ⎠ ∗ ∗ Liãn håüp phæïc s (t) S (−f ) Âaío thåìi gian s(−t) S(−f ) s(t)cos(2πf t + θ) 1 jθ − jθ Âiãöu chãú 0 [e S(f − f ) + e S(f + f )] 2 0 0 j2 πf t Trãù táön säú 0 S(f − f ) s(t)e 0 n n d s(t) (j2πf ) S(f ) Vi phán n dt t −1 1 (j2πf ) S(f ) − S(0)δ(f ) Têch phán ∫s(τ)dτ 2 −∞ s (t) ∗s (t) 1 2 S (f )S (f ) Cháûp ∞ 1 2 = s (τ)s (t − τ)dτ ∫ 1 2 −∞ S (f ) ∗S (f ) 1 2 s (t)s (t) Nhán 1 2 ∞ = S (υ)S (f − υ)dυ ∫ 1 2 −∞ n n −n n t s(t) d S(f ) Nhán våïi t ( − j2π) n df - Nãúu s(t) thæûc thç phäø biãn âäü laì haìm chàôn vaì phäø pha laì haìm leí - Nãúu s(t) thæûc chàôn thç S(f) laì haìm thæûc - Nãúu s(t) thæûc leí thç S(f) laì haìm thuáön tuïy aío. - 32 -
33. - Chæång II- 9/15/2 kã. Ta coï thãø âaût âæåüc caïc thãø hiãûn âoï bàòng caïch quan saït âäöng thåìi âáöu ra cuía nhiãöu nguäön nhiãùu giäúng hãût nhau. Âãø täøng quaït, säú nguäön nhiãùu phaíi laì vä haûn. ξ (t) 1 Nguäön nhiãùu ξ (t) 2 ξ (t) i Hçnh 2.14 Nguäön nhiãùu ngáùu nhiãn vaì mäüt vaìi thãø hiãûn cuía quaï trçnh nhiãùu ngáùu nhiãn Tæì vê duû trãn ta coï thãø âënh nghéa quaï trçnh ngáùu nhiãn laì mäüt táûp håüp caïc haìm theo thåìi gian ξ (t),ξ (t), ,ξ (t) (i → ∞) liãn hãû våïi nhau båíi nhæîng quy luáût thäúng kã. 1 2 i Coï thãø phán loaûi quaï trçnh ngáùu nhiãn thaình quaï trçnh ngáùu nhiãn liãn tuûc (continuous random process) hay råìi raûc (discrete randomm process) tuyì theo ξ(t) phán bäú liãn tuûc hay råìi raûc. Vê duû nhæ nhiãùu xeït åí trãn laì quaï trçnh ngáùu nhiãn liãn tuûc, tên hiãûu nhë phán åí âáöu ra bäü taûo nhë phán laì quaï trçnh ngáùu nhiãn råìi raûc (hçnh 2.15). ξ (t) 1 Taûo nhë phán ξ (t) 2 ξ (t) i Hçnh 2.15 Mäüt säú thãø hiãûn cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn råìi raûc - 33 -
34. - Chæång II- 9/15/2 2.5.2 Caïc haìm phán bäú xaïc suáút cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn Xeït åí mäüt thåìi âiãøm t , quaï trçnh ngáùu nhiãn laì mäüt âaûi læåüng ngáùu nhiãnξ(t ) coï thãø láúy 1 1 caïc giaï trëξ (t ),ξ (t ), ,ξ (t ) . Âaûi læåüng ngáùu nhiãn naìy coï haìm phán bäú xaïc suáút 1 1 2 1 i 1 têch luyî CDF (Culmative Distribution Function) âæåüc âënh nghéa laì: F (x, t ) = p ξ(t ) ≤ x 1 1 { 1 } vaì coï haìm máût âäü xaïc suáút PDF (Probability Density Function) âæåüc âënh nghéa laì: ∂F (x, t ) f (x, t ) = 1 1 1 1 ∂x CDF vaì PDF åí trãn âæåüc goüi chung laì caïc haìm phán bäú xaïc suáút cáúp mäüt (do chè xeït åí mäüt thåìi âiãøm). ÅÍ âáy chè coï mäüt biãún thåìi gian laì t1 nãn âãø cho goün coï thãø thay t1 bàòng t. Dãù daìng nháûn tháúy âæåìng cong CDF coï âàûc âiãøm laì âäöng biãún theo x vaì nàòm trong daíi (0,1); coìn âæåìng cong PDF coï âàûc âiãøm laì khäng ám vaì pháön diãûn têch giåïi haûn båíi PDF vaì truûc hoaình Ox laì 1.Hçnh 2.16 laì mäüt vê duû âäö thë cuía CDF vaì PDF Âënh lyï (khäng chæïng minh): x 2 F (x ,t ) − F (x ,t ) = p ξ(t ) ≤ x − p ξ(t ) ≤ x = p x ≤ ξ(t ) ≤ x = f (x,t )dx 1 2 1 1 1 1 {}1 2 {1 1}{1 1 2 }∫ 1 1 x 1 Âãø xaïc âënh hoaìn toaìn quaï trçnh ngáùu nhiãn ta xeït quaï trçnh ngáùu nhiãn åí N thåìi âiãøm khaïc nhau våïi N låïn vä vuìng. Tuy nhiãn trong nhiãöu træåìng håüp ta chè cáön xeït âãún N = 2 laì âuí. Khi N = 2 ta coï CDF vaì PDF cáúp hai nhæ sau: F (x , x , t , t ) = p ξ(t ) ≤ x ,ξ(t ) ≤ x 2 1 2 1 2 { 1 1 2 2 } ∂F (x , x , t , t ) f (x , x , t , t ) = 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 ∂x ∂x 1 2 CDF x PDF x Hçnh 2.16 CDF vaì PDF cuía mäüt quaï trçnh ngáùu nhiãn liãn tuûc - 34 -
35. - Chæång II- 9/15/2 2.5.3 Caïc trë trung bçnh theo táûp håüp Sau âáy laì mäüt säú trë trung bçnh theo táûp håüp (ensemble average) coï yï nghéa hån caí: Trë trung bçnh hay coìn goüi laì kyì voüng toaïn (expected value): ∞ m (t) = xf (x, t)dx 1 ∫ 1 −∞ Trë trung bçnh bçnh phæång hay coìn goüi laì moment cáúp hai (second moment): ∞ 2 m (t) = x f (x, t)dx 2 ∫ 1 −∞ Phæång sai (variance): ∞ 2 2 2 σ (t) = x − m (t) f (x, t)dx = m (t) − m (t) ∫[]1 1 2 1 −∞ Càn báûc hai cuía phæång sai goüi laì âäü lãûch chuáøn (standard deviation). Moment häùn håüp cáúp hai laì moment láúy åí hai thåìi âiãøm khaïc nhau cuía haìm phán bäú xaïc suáút hai chiãöu: ∞ ∞ m 2 (t1 , t 2 ) = ∫∫x1x 2f 2 (x1 , t1 , x 2 , t 2 )dx1dx 2 −∞−∞ 2.5.4 Caïc trë trung bçnh theo thåìi gian vaì haìm tæång quan Xeït mäüt thãø hiãûn laì ξ (t) cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn trong khoaíng thåìi gian quan saït laì T. i Cuîng giäúng våïi tên hiãûu xaïc âënh âaî xeït åí træåïc, âäúi våïi tên hiãûu ngáùu nhiãn, ta coï caïc trë trung bçnh theo thåìi gian (time average) sau âáy: Giaï trë trung bçnh (mean value): 1 T / 2 ξ (t) = lim ξ (t)dt i T→∞ ∫ k T −T / 2 Giaï trë trung bçnh bçnh phæång hay coìn goüi laì giaï trë quán phæång (mean-square value): T / 2 2 1 2 ξ (t) = lim ξ (t)dt i T→∞ ∫ i T −T / 2 Càn báûc hai cuía giaï trë quán phæång goüi laì giaï trë quán phæång gäúc (root-mean-square value) hay laì trë hiãûu duûng rms. Ta nháûn tháúy caïc trë trung bçnh trãn âáy phuû thuäüc vaìo thãø hiãûn i âæåüc choün vaì âäüc láûp våïi trë trung bçnh theo táûp håüp. - 35 -
36. - Chæång II- 9/15/2 Nãúu xeït quaï trçnh ngáùu nhiãn åí hai thåìi âiãøm caïch nhau mäüt khoaín laì τ ta coï haìm tæû tæång quan (autocorrelation function) âæåüc âënh nghéa nhæ sau: 1 T / 2 R (τ) = ξ (t)ξ (t + τ) = lim ξ (t)ξ (t + τ)dt i i i T→∞ ∫ i i T −T / 2 2.6 Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng vaì ergodic 2.6.1 Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng Quaï trçnh ngáùu nhiãn goüi laì dæìng (stationary) nãúu caïc haìm phán bäú xaïc suáút khäng thay âäøi âäúi våïi sæû di chuyãøn báút kyì cuía thåìi gian. Quaï trçnh ngáùu nhiãn goüi laì dæìng báûc N (stationary to the order N) nãúu våïi t , t , , t ta coï: 1 2 N ∗ ∗ ∗ f (x , x , , x , t , t , , t ) = f (x , x , , x , t + t , t + t , , t + t ) N 1 2 N 1 2 N N 1 2 N 1 2 N åí âáy t* laì mäüt hàòng säú thæûc báút kyì. Quaï trçnh ngáùu nhiãn âæåüc goüi laì dæìng chàût cheî (strict * stationary) nãúu báûc N låïn âãún vä cuìng. Khi choün t = -t1 thç PDF phuû thuäüc vaìo N-1 hiãûu thåìi gian t − t , t − t , , t − t . Váûy coï thãø noïi PDF cáúp 1 khäng phuû thuäüc vaìo thåìi gian, 2 1 3 1 N 1 PDF cáúp 2 chè phuû thuäüc vaìo hiãûu thåìi gian t − t = τ . 2 1 Roî raìng laì âäúi våïi quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng, caïc moment nhæ kyì voüng toaïn, moment cáúp 2, phæång sai, lãûch chuáøn âãöu laì hàòng säú, moment häùn håüp cáúp 2 laì haìm mäüt biãún. 2 m1 (t) = m1 , m 2 (t) = m 2 , σ (t) = σ, σ(t) = σ, m 2 (t1 , t 2 ) = m 2 (τ) 2.6.2 Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng ergodic Qua trçnh ngáùu nhiãn dæìng goüi laì dæìng ergodic nãúu táút caí caïc trë trung bçnh theo thåìi gian cuía mäüt thãø hiãûn báút kyì bàòng våïi trë trung bçnh theo táûp håüp tæång æïng. Váûy våïi quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng ergodic thç chè cáön choün mäüt thãø hiãûn cuîng âuí thay thãú cho toaìn bäü quaï trçnh vaì coï thãø âäöng nháút trë trung bçnh theo thåìi gian våïi trë trung bçnh theo táûp håüp: Thaình pháön mäüt chiãöu (giaï trë trung bçnh, kyì voüng toaïn): ξ (t) = ξ(t) = m i 1 Cäng suáút (giaï trë quán phæång, moment cáúp 2): 2 2 ξ (t) = ξ (t) = m i 2 Trë hiãûu duûng: 2 2 2 ξ (t) = m = σ + m 2 1 Haìm tæû tæång quan: - 36 -
37. - Chæång II- 9/15/2 ∞ ∞ R i (τ) = R(τ) = ∫ ∫ x1x 2f 2 (x1 , x 2 ,τ)dx1dx 2 = m 2 (τ) −∞ −∞ 2.6.3 Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng (wide-sense stationary) laì quaï trçnh ngáùu nhiãn chè dæìng âãún cáúp hai N = 2 (second-order stationary). Quaï trçnh dæìng chàût cheî thç âäöng thåìi cuîng laì dæìng theo nghéa räüng nhæng âiãöu ngæåüc laûi khäng âuïng. Quaï trçnh dæìng theo nghéa räüng hay chàût cheî âãöu laì nhæîng khaïi niãûm âaî âæåüc lyï tæåíng hoaï. Thæûc tãú khäng thãø coï nhæîng quaï trçnh nhæ váûy, trong thæûc tãú ta chè coï thãø quan saït quaï trçnh ngáùu nhiãn trong mäüt khoaíng thåìi gian hæîu haûn âuí låïn naìo âoï. 2.6.4 Tênh cháút cuía haìm tæång quan cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng Âäúi våïi quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng, haìm tæû tæång quan coï caïc tênh chátú sau: a- Haìm tæång quan laì haìm chàôn R(τ) = R(−τ) 1 T / 2 Tháût váûy, tæì cäng thæïc R(τ) = lim ξ(t)ξ(t + τ)dt , thay t = t − τ , vãú phaíi tråí T→∞ ∫ T −T / 2 thaình: 1 T / 2 lim ξ(t − τ)ξ(t)dt = R(−τ) = R(τ) T→∞ ∫ T −T / 2 2 b- Cäng suáút mäüt chiãöu cuía quaï trçnh R(∞) = m 1 Ta xeït moment gäúc häùn håüp cáúp hai: m 2 (t1 , t 2 ) = m 2 (τ) . Cho τ → ∞ , luïc âoï coï thãø coi hai âaûi læåüng ngáùu nhiãn ξ(t1 ) vaì ξ(t 2 ) âäüc láûp våïi nhau vaì PDF hai chiãöu cuía noï bàòng: f 2 (x1 , t1 , x 2 , t 2 ) = f1 (x1 , t1 )f1 (x 2 , t 2 ) = f1 (x1 )f1 (x 2 ) Luïc naìy ta coï: ∞ ∞ 2 R(∞) = m 2 (∞) = ∫ x1f1 (x1 )dx1 ∫ x 2f1 (x 2 )dx 2 = m1 −∞ −∞ Vãö váût lyï, trë trung bçnh biãøu thë thaình pháön mäüt chiãöu nãn bçnh phæång cuía trë trung bçnh 2 laì R(∞) = m biãøu thë cäng suáút mäüt chiãöu cuía quaï trçnh. 1 2 2 2 c- Cäng suáút täøng cuía quaï trçnh R(0) = ξ (t) = σ + m 1 1 T / 2 Tæì cäng thæïc R(τ) = lim ξ(t)ξ(t + τ)dt , cho τ = 0 , ta âæåüc: T→∞ ∫ T −T / 2 - 37 -
38. - Chæång II- 9/15/2 T / 2 1 2 R(0) = lim ξ(t)ξ(t)dt = ξ (t) = m 2 T→∞ ∫ T −T / 2 Vãö váût lyï, trë trung bçnh bçnh phæång hay moment cáúp 2 biãøu thë cäng suáút täøng. Maì ta âaî 2 2 2 biãút m 2 = σ + m1 , trong âoï m1 biãøu thë cäng suáút mäüt chiãöu nãn suy ra phæång sai σ2 chênh laì cäng suáút xoay chiãöu cuía quaï trçnh. d- Haìm tæång quan âaût giaï trë cæûc âaûi taûi gäúc R(τ) ≤ R(0) Ta xeït læåüng khäng ám sau: 1 T / 2 1 T / 2 lim [ξ(t) − ξ(t + τ)]2dt = lim [ξ2 (t) − 2ξ(t)ξ(t + τ) + ξ2 (t + τ)]dt T→∞ ∫ T→∞ ∫ T −T / 2 T −T / 2 = 2[R(0) − R(τ)] ≥ 0 Váûy R(τ) ≤ R(0) Hçnh 2.17 minh hoüa caïc tênh cháút væìa xeït trãn. R( τ ) cäng cäng suáút suáút xoay chiãöu täøng cäng suáút mäüt chiãöu τ Hçnh 2.17 Minh hoüa caïc tênh cháút cuía haìm tæång quan 2.7 Máût âäü phäø cäng suáút PSD 2.7.1 Âënh nghéa PSD Âãø thæûc hiãûn phán têch phäø cho quaï trçnh ngáùu nhiãn, ta xeït sæû måí räüng âënh nghéa PSD cuía tên hiãûu xaïc âënh sang cho quaï trçnh ngáùu nhiãn. Âënh nghéa haìm càõt goüt cuía mäüt thãø hiãûn ξ (t) nhæ sau: i ⎧ξ (t), − T / 2 ≤ t ≤ T / 2 ξ (t) = i Ti ⎨ ⎩0, t ≠ Biãún âäøi Fourier cuía haìm càõt goüt laì: ∞ T / 2 − j2 πf t − j2 πf t Ξ (f ) = ξ (t)e dt = ξ (t)e dt Ti ∫ Ti ∫ i −∞ −T / 2 - 38 -
39. - Chæång II- 9/15/2 ξ (f ) laì mäüt quaï trçnh ngáùu nhiãn vç ξ (t) laì mäüt quaï trçnh ngáùu nhiãn. Theo âënh lyï Ti Ti Parseval, nàng læåüng chuáøn hoaï trong khoaíng láúy têch phán (-T/2,T/2) laì: ∞ ∞ 2 2 E = ξ (t)dt = ξ (f ) df T ∫∫T T −∞ −∞ Nàng læåüng chuáøn hoaï trung bçnh laì: T / 2 ∞ ∞ 2 2 2 E = ξ (t)dt = ξ (t)dt = ξ (f ) df T ∫∫∫ T T −T / 2 −∞ −∞ Cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh laì: T / 2 ∞ ∞ 1 2 2 ⎡ 1 2 ⎤ 2 P = lim ξ (t)dt = lim ξ (t)dt = lim ξ (f ) df = ξ (t) T→∞ ∫∫T→∞ T ∫⎢T→∞ T ⎥ T −T / 2 −∞ −∞⎣ T ⎦ Cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh coìn coï thãø tênh âæåüc tæì PSD nhæ sau: ∞ 2 P = ξ (t) = ∫ P (f) df −∞ PSD cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn âæåüc tênh nhæ sau: ⎛ 2 ⎞ Ξ (f ) ⎜ T ⎟ P (f ) = lim⎜ ⎟ T→∞⎜ T ⎟ ⎝ ⎠ 2.7.2 Âënh lyï Wiener - Khintchine Thäng thæåìng PSD âæåüc tênh tæì haìm tæû tæång quan cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn theo âënh lyï Wiener - Khintchine nhæ sau: Nãúu ξ(t) laì mäüt quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng thç PSD laì biãún âäøi Fourier cuía haìm tæû tæång quan: ∞ − j2 π f τ P (f ) = ∫ R(τ)e dτ −∞ Vaì ngæåüc laûi: ∞ j2 πf τ R(τ) = ∫ P (f )e df −∞ Âënh lyï naìy cuîng coï thãø aïp duûng cho quaï trçnh ngáùu nhiãn khäng dæìng, våïi læu yï thay R(τ) bàòng R(t, t + τ) - 39 -
40. - Chæång II- 9/15/2 2.7.3 Tênh cháút cuía PSD Tæì cäng thæïc âënh nghéa PSD vaì tênh cháút cuía haìm tæång quan, ta dãù daìng suy ra caïc tênh cháút sau âáy cuía PSD: a- P (f) khäng ám b- Khi ξ(t) thæûc, P (f) thæûc vaì chàôn ∞ c- P (0) = ∫ R(τ)dτ −∞ ∞ d- R(0) = ∫ P (f)df −∞ TOÏM TÀÕT CHÆÅNG 1. Tên hiãûu laì biãøu diãùn váût lyï cuía tin tæïc. Âoï laì mäüt âaûi læåüng váût lyï biãún thiãn theo thåìi gian, khäng gian hay caïc biãún âäüc láûp khaïc. Vãö màût toaïn hoüc, coï thãø xem tên hiãûu laì haìm theo mäüt hoàûc nhiãöu biãún âäüc láûp. 2. Trong hãû thäúng thäng tin, tên hiãûu nháûn âæåüc thæåìng bao gäöm pháön chæïa tin tæïc mong muäún vaì pháön khäng mong muäún thãm vaìo. Pháön mong muäún goüi laì tên hiãûu coï êch, pháön khäng mong muäún goüi laì nhiãùu. 3. Coï nhiãöu phæång phaïp phán têch tên hiãûu khaïc nhau, nhæ phán têch thåìi gian, phán têch phäø, phán têch tæång quan 4. Coï thãø phán loaûi tên hiãûu theo nhiãöu caïch. Vê duû nhæ: dæûa vaìo säú biãún phán tên hiãûu thaình loaûi mäüt hæåïng vaì nhiãöu hæåïng, dæûa vaìo nguäön tên hiãûu phán tên hiãûu thaình loaûi mäüt kãnh vaì nhiãöu kãnh, dæûa vaìo hiãûn tæåüng phán tên hiãûu thaình loaûi xaïc âënh vaì ngáùu nhiãn, dæûa vaìo tênh tuáön hoaìn phán tên hiãûu thaình loaûi tuáön hoaìn vaì khäng tuáön hoaìn 5. Xeït tên hiãûu laì haìm theo biãún thåìi gian, kyï hiãûu laì s(t), trong âoï s laì biãn âäü. Coï thãø phán tên hiãûu naìy ra thaình 4 loaûi: tên hiãûu liãn tuûc hay tæång tæ û laì tên hiãûu coï giaï trë xaïc âënh taûi moüi thåìi âiãøm tæì khi sinh ra âãún khi kãút thuïc, tên hiãûu råìi raûc laì tên hiãûu chè xaïc âënh taûi caïc thåìi âiãøm råìi raûc naìo âo, tên hiãûu læåüng tæí hoïa laì tên hiãûu chè coï táûp hæîu haûn säú mæïc biãn âäü, tên hiãûu säú laì tên hiãûu råìi raûc coï biãn âäü âæåüc råìi raûc hoïa. 6. Tên hiãûu váût lyï laì tên hiãûu coï thãø thæûc hiãûn âæåüc vãö màût váût lyï. Ngæåüc våïi tên hiãûu váût lyï laì tên hiãûu toaïn hoüc. Âoï laì tên hiãûu chè coï yï nghéa lyï thuyãút vaì hoanì toaìn khäng thãø thæûc hiãûn âæåüc vãö màût váût lyï. 7. Trong lyï thuyãút tên hiãûu, thæåìng gàûp mäüt säú tên hiãûu toaïn hoüc laì: tên hiãûu Dirac, tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë, tên hiãûu chæî nháût, tên hiãûu tam giaïc, tên hiãûu däúc âån vë, tên hiãûu haìm muî, tên hiãûu âiãöu hoaì - 40 -
41. - Chæång II- 9/15/2 8. Caïc âaûi læåüng âàûc træng cho tên hiãûu laì: âäü daìi, trë trung bçnh, thaình pháön mäüt chiãöu DC, nàng læåüng chuáøn hoïa, cäng suáút chuáøn hoïa trung bçnh, trë hiãûu duûng. 9. Tên hiãûu s(t) nàng læåüng hæîu haûn tuáön hoaìn våïi chu kyì TO coï thãø âæåüc biãøu diãùn dæåïi daûng täøng vä haûn cuía caïc tên hiãûu sin. Täøng naìy goüi la ì chuäùi Fourier : ∞ 2πnt ∞ 2πnt s(t) = A + a cos + b sin 0 ∑ n ∑ n n=1 T n=1 T 0 0 Hàòng säú AO laì trë trung bçnh cuía s(t), caïc hãû säú an vaì bn tênh âæåüc tæì s(t). 10. Mäüt daûng khaïc cuía chuäùi Fourier laì: ∞ ⎛ 2πnt ⎞ s(t) = C + C cos⎜ + Φ ⎟ 0 ∑ n n n=1 ⎜ T ⎟ ⎝ 0 ⎠ ÅÍ âáy CO , Cn vaì φn coï liãn quan våïi an , bn vaì A0. Hãû säú Cn goüi laì biãn âäü vaì φn laì pha cuía thaình pháön phäø Cn cos (2π n fOt + φn) taûi táön säú nfO 11. Coï thãø duìng càûp (Cn,φn) âãø biãøu diãùn tên hiãûu tuáön hoaìn vaì goüi laì biãøu diãùn theo phæång phaïp phäø. Cn goüi la ì phäø biãn âäü va ì φn goüi laì phäø pha. Phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn coï daûng råìi raûc nãn coìn âæåüc goüi la ì phäø vaûch. 12. Chuäùi Fourier coìn coï thãø âæåüc biãøu diãùn dæåïi daûng haìm muî nhæ sau: ∞ j2π nt / T 0 s(t) = A e ∑ n n=−∞ Hãû säú An laì hãû säú phæïc, liãn hãû våïi Cn theo cäng thæïc : A = C 0 0 C jΦ A = n e n n 2 13. Caïc vaûch phäø Cn taûi táön säú f0 âæåüc thay bàòng 2 vaûch phäø An våïi biãn âäü mäùi vaûch giaím âi mäüt næía, mäüt vaûch åí táön säú fO vaì vaûch kia åí táön säú -fO . Phäø biãn âäü Cn goüi laì phäø mäüt phêa, coìn phäø biãn âäü An goüi laì phäø hai phêa. 14. Xem tên hiãûu khäng tuáön hoaìn laì tên hiãûu tuáön hoaìn coï chu kyì låïn vä cuìng TO → ∞ , tæì ∞ − j2 π f t chuäùi Fourier ta coï cäng thæïc biãún âäøi Fourier sau: S(f ) = ∫s(t)e dt . S(f) âæåüc −∞ goüi laì máût âäü phäø hay phäø cuía tên hiãûu s(t). ∞ ∞ j2π nt / T 0 j2 π f t 15. Coï thãø tênh ngæåüc s(t) tæì S(f) nhæ sau: s(t) = lim A e = S(f )e df T →∞ ∑ n ∫ 0 n=−∞ −∞ - 41 -
42. - Chæång II- 9/15/2 16. Vç tên hiãûu tuáön hoaìn chàóng qua chè laì mäüt træåìng håüp âàûc biãût cuía tên hiãûu khäng tuáön hoaìn nãn täøng quaït, ta coï thãø gaïn caí khaïi niãûm máût âäü phäø cho tên hiãûu tuáön hoaìn. Do âàûc âiãøm cuía phäø vaûch nãn máût âäü phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn phaíi coï tênh cháút: låïn vä cuìng ∞ åí caïc vaûch phäø vaì triãût tiãu åí ngoaìi caïc vaûch âoï: S (f) = A δ(f − nf ) T ∑ n 0 n=−∞ 17. Khoaíng maì phäø chiãúm trãn thang táön säú goüi la ì bãö räüng phäø cuía tên hiãûu. Bãö räüng phäø âæåüc tênh laì sai khaïc giæîa hai táön säú dæång låïn nháút vaì nhoí nháút maì trong khoaíng âoï coï: S(f ) ≥ a S(f ) . Hãû säú a âæåüc choün laì hàòng säú dæång tuyì æïng duûng. Bàng thäng våïi max a = 1 = 0.707 coìn âæåüc goüi laì bàng thäng -3dB. 2 jϕ(f ) 18. Ta coï thãø biãøu diãùn S(f) dæåïi daûng: S(f ) = Re[S(f )]+ jIm[S(f )] = S(f ) e Trong 2 2 âoï: S(f ) = Re [S(f )] + Im [S(f )] goüi laì phäø biãn âäü, âån vë laì A/Hz hay V/Hz vaì Im[S(f )] ϕ(f ) = arctg goüi laì phäø pha, âån vë la ì radian hay âäü. Re[S(f )] ∞ ∞ ∗ ∗ 19. Âënh lyï Parseval : s (t)s (t)dt = S (f )S (f )df ∫∫1 2 1 2 −∞ −∞ 2 20. Âënh nghéa máût âäü phäø nàng læåüng ESD cuía tên hiãûu nàng læåüng la:ì E (f ) = S(f ) . Âån vë cuía E (f) laì joule trãn hertz (J/Hz). 2 ⎛ S (f ) ⎞ ⎜ T ⎟ 21. Âënh nghéa máût âäü phäø cäng suáút PSD cuía tên hiãûu cäng suáút: P (f) = lim⎜ ⎟ . T→∞⎜ T ⎟ ⎝ ⎠ Âån vë cuía PSD la ì W/Hz hay V2 /Hz hay A2 /Hz. 22. Tên hiãûu ngáùu nhiãn hay quaï trçnh ngáùu nhiãn laì tên hiãûu maì ta khäng thãø biãút træåïc caïc haình vi cuía noï. Âënh nghéa quaï trçnh ngáùu nhiãn laì mäüt táûp håüp caïc haìm theo thåìi gian ξ (t),ξ (t), ,ξ (t) (i → ∞) liãn hãû våïi nhau båíi nhæîng quy luáût thäúng kã. 1 2 i 23. Coï thãø phán loaûi quaï trçnh ngáùu nhiãn thaình quaï trçnh ngáùu nhiãn liãn tuûc hay råìi raûc tuyì theo ξ(t) phán bäú liãn tuûc hay råìi raûc. 24. Haìm phán bäú xaïc suáút têch luyî CDF cáúp 1 laì: F (x, t ) = p ξ(t ) ≤ x vaì haìm máût âäü 1 1 { 1 } ∂F (x, t ) xaïc suáút PDF cáúp 1 laì: f (x, t ) = 1 1 . Âæåìng cong CDF âäöng biãún theo x vaì 1 1 ∂x nàòm trong daíi (0,1); âæåìng cong PDF khäng ám vaì pháön diãûn têch giåïi haûn båíi PDF vaì truûc hoaình Ox laì 1. - 42 -
43. - Chæång II- 9/15/2 25. Haìm CDF cáúp 2 vaì haìm PDF cáúp 2 láön læåüt laì: F (x , x , t , t ) = p ξ(t ) ≤ x ,ξ(t ) ≤ x 2 1 2 1 2 { 1 1 2 2 } ∂F (x , x , t , t ) f (x , x , t , t ) = 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 ∂x ∂x 1 2 26. Mäüt säú trë trung bçnh theo táûp håüp cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn laì:í trë trung bçnh hay kyì voüng toaïn, trë trung bçnh bçnh phæång hay coìn goüi laì moment cáúp hai, phæång sai, âäü lãûch chuáøn, moment häùn håüp cáúp hai. 27. Caïc trë trung bçnh theo thåìi gian cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn laì: giaï trë trung bçnh, giaï trë quán phæång, giaï trë quán phæång gäúc hay laì trë hiãûu duûng . 28. Nãúu xeït quaï trçnh ngáùu nhiãn åí hai thåìi âiãøm caïch nhau mäüt khoaín laì τ ta coï haìm tæû 1 T / 2 tæång quan: R (τ) = ξ (t)ξ (t + τ) = lim ξ (t)ξ (t + τ)dt i i i T→∞ ∫ i i T −T / 2 29. Quaï trçnh ngáùu nhiãn goüi laì dæìng nãúu caïc haìm phán bäú xaïc suáút khäng thay âäøi âäúi våïi sæû di chuyãøn báút kyì cuía thåìi gian. Luïc âoï, PDF cáúp 1 khäng phuû thuäüc vaìo thåìi gian, PDF cáúp 2 chè phuû thuäüc vaìo hiãûu thåìi gian t − t = τ , kyì voüng toaïn, moment cáúp 2, phæång 2 1 sai, lãûch chuáøn âãöu laì hàòng säú, moment häùn håüp cáúp 2 laì haìm mäüt biãún. 30. Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng goüi laì dæìng ergodic nãúu táút caí caïc trë trung bçnh theo thåìi gian cuía mäüt thãø hiãûn báút kyì bàòng våïi trë trung bçnh theo táûp håüp tæång æïng. 31. Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng laì quaï trçnh ngáùu nhiãn chè dæìng âãún cáúp hai. 32. Âënh nghéa PSD cuía tên hiãûu xaïc âënh coï thãø måí räüng sang cho quaï trçnh ngáùu nhiãn. Coï ∞ 2 thãø tênh âæåüc cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh tæì PSD nhæ sau: P = ξ (t) = ∫ P (f) df −∞ 33. Thäng thæåìng PSD âæåüc tênh tæì haìm tæû tæång quan cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn theo âënh lyï Wiener -Khintchine. - 43 -
44. - Chæång III - Chæång 3 Kyî thuáût säú hoaï vaì âënh daûng tên hiãûu Háöu hãút caïc tên hiãûu cáön truyãön qua hãû thäúng truyãön tin säú âãöu laì tên hiãûu tæång tæû. Vç thãú váún âãö âáöu tiãn cáön qua tám åí âáy laì säú hoaï tên hiãûu tæång tæû. Lénh væûc säú hoaï tên hiãûu tæång tæû âaî âæåüc nghiãn cæïu maûnh trong vaìi chuûc nàm tråí laûi âáy. Sæû nghiãn cæïu âoï âaî taûo ra ráút nhiãöu kiãøu biãún âäøi khaïc nhau vaì trong mäùi kiãøu laûi coï ráút nhiãöu biãún thãø. Viãûc choün kiãøu cuû thãø naìo laì phuû thuäüc vaìo lénh væûc æïng duûng vaì cháút læåüng truyãön dáùn maì ta mong muäún âaût âæåüc. Mäüt trong nhæîng phæång phaïp biãún âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú phäø biãún hån caí seî âæåüc trçnh baìy kyî trong chæång naìy laì âiãöu chãú xung maî PCM (Pulse Code Modulation). PCM cho cháút læåüng âaím baío våïi giaï thaình tæång âäúi. Tæì PCM coï nhæîng phæång phaïp biãún thãø cuîng khaï thäng duûng laì PCM delta, âiãöu chãú xung maî vi sai DPCM (Differential Pulse Code Modulation), âiãöu chãú delta DM ( Delta Modulation), DM thêch nghi ADM (Adaptive DM). Caïc phæång phaïp sau cho täúc âäü tên hiãûu säú tháúp hån so våïi PCM, dáùn âãún sæí duûng bàng thäng tiãút kiãûm hån. Tên hiãûu tæång tæû sau khi chuyãøn sang daûng säú cáön phaíi âæåüc biãøu diãùn dæåïi mäüt daûng thæïc thêch håüp âãø truyãön âi. Caïc daûng thæïc nhæ váûy goüi laì maî âæåìng (line code) vaì cäng viãûc âoï âæåüc goüi laì âënh daûng tên hiãûu säú (digital signal format). Chæång naìy seî giåïi thiãûu vãö mäüt säú loaûi maî âæåìng thæåìng gàûp cuìng våïi caïc âàûc âiãøm cuía chuïng. Coï thãø noïi tiãúng noïi laì loaûi tên hiãûu thäng tin âæåüc truyãön phäø biãún nháút trong maûng viãùn thäng. Chæång naìy seî daình mäüt pháön âãø giåïi thiãûu så læåüc vãö kyî thuáût maî hoïa tiãúng noïi täúc âäü tháúp nhåì vaìo caïc bäü maî hoaï thoaûi (voice coder). Quaï trçnh säú hoaï tiãúng noïi luïc naìy âæåüc thæûc hiãûn dæûa trãn nguyãn tàõc chè maî hoaï âãø truyãön âi caïc täø håüp ám vë laì yãúu täú cå baín cáúu thaình nãn tiãúng noïi. Bäü giaíi maî coï thã ø taûo laûi tiãúng noïi bàòng caïch khäi phuûc laûi caïc täø håüp ám vë naìy. Táút nhiãn luïc naìy tiãúng noïi chè âuí hiãøu chæï khäng coìn giæî âæåüc âäü phán biãût, tênh trung thæûc, ngæî âiãûu cuía ngæåìi noïi nhæ PCM. Pháön cuäúi chæång seî trçnh baìy vaìi neït vãö kyî thuáût maî hoïa audio cho täúc âäü tháúp nhæng cháút læåüng cao, dæûa trãn nguyãn tàõc maî hoïa bàng con (sub-band coding). 3.1 Láúy máùu Láúy máùu (sampling) laì bæåïc âáöu tiãn trong quaï trçnh biãún âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú theo kyî thuáût PCM. Muûc âêch cuía bæåïc láúy máùu naìy laì tæì tên hiãûu tæång tæû, ta taûo nãn mäüt daîy xung råìi raûc tuáön hoaìn räüng bàòng nhau, biãn âäü xung bàòng våiï giaï trë cuía tên hiãûu tæång tæû taûi thåìi âiãøm láúy máùu. Daîy xung råìi raûc âoï coìn âæåüc goüi laì tên hiãûu âiãöu chãú biãn âäü xung PAM (Pulse Amplitude Modulation). Hçnh 3.1 âæa ra mäüt vê duû vãö tên hiãûu PAM. Vç âènh cuía tên hiãûu PAM naìy bàòng phàóng nãn ta coìn goüi laì tên hiãûu flat-top PAM. Nãúu tên hiãûu PAM coï táön säú âuí låïn (tæïc laì khoaíng caïch giæîa caïc xung caûnh nhau âuí nhoí) thç coï thãø khäi phuûc laûi tên hiãûu tæång tæû ban âáöu tæì tên hiãûu PAM. - 44 -
45. - Chæång III - Âënh lyï láúy máùu Shannon âæa ra giåïi haûn dæåïi cuía táön säú âoï laì f ≥ 2f hoàûc ω ≥ 2ω , S m s m trong âoï f laì táön säú cuía tên hiãûu PAM vaì f laì táön säú cæûc âaûi cuía phäø tên hiãûu tæång tæû. S m Træåìng håüp tên hiãûu tæång tæû laì tên hiãûu thäng daíi coï phäø tæì fL âãún fH thç táön säú láúy máùu âæåüc choün nhæ sau: 2 2 ⎛ f ⎞ f ≤ f ≤ f trong âoï n = int⎜ H ⎟ n H s n −1 L ⎜ f − f ⎟ ⎝ H L ⎠ Vê duû: Âãø láúy máùu tên hiãûu thoaûi tæång tæû coï phäø tæì 0.3 - 3.4 kHz thç theo âënh lyï láúy máùu tênh âæåüc n = int(3.4/3.1) = 1. Suy ra fs ≥ 6.8 kHz. Thæûc tãú, CCITT quy âënh fs = 8 kHz. Hçnh 3.1 Tên hiãûu flat-top PAM 3.1.1 Láúy máùu tæû nhiãn (natural sampling) Viãûc taûo ra tên hiãûu PAM coï âènh bàòng phàóng nhæ hçnh 3.1 ráút giäúng våïi láúy máùu tæû nhiãn, trong âoï láúy máùu tæû nhiãn laì quaï trçnh nhán tên hiãûu tæång tæû våïi daîy xung láúy máùu pT(t). Daîy xung láúy máùu p (t) laì daîy xung vuäng tuáön hoaìn våïi chu kyì T =1/ f , f ≥ 2f , âäü räüng T S S m xung laì τ , chiãöu cao xung laì h = 1. Coï thãø khai triãøn Fourier cho daîy xung láúy máùu nhæ sau: τ 2π ∞ sin kπ − jk t 1 T p (t) = τ T e T T ∑ τ k=−∞ kπ T Tên hiãûu láúy máùu coï daûng: f (t) = f (t)p (t) S T Máût âäü phäø cuía tên hiãûu láúy máùu laì: - 45 -
46. - Chæång III - τ sin k 1 ∞ τ π 2π F (ω) = F(ω) ∗ P(ω) = T F(ω − k ) S ∑ τ 2π k =−∞ T kπ T T Hçnh 3.2 trçnh baìy tên hiãûu tæång tæû, daîy xung láúy máùu, tên hiãûu láúy máùu vaì phäø cuía chuïng. Âiãøm cáön læu yï trong træåìng håüp naìy laì âènh cuía tên hiãûu láúy máùu baïm theo sæû biãún thiãn cuía tên hiãûu tæång tæû. Hçnh 3.2 a, c, e láön læåüt laì âäö thë cuía tên hiãûu tæång tæû, daîy xung láúy máùu vaì tên hiãûu láúy máùu. Vê duû tên hiãûu tæång tæû laì tên hiãûu thäng tháúp våïi phäø coï daûng nhæ hçnh 3.2b. Vç daîy xung láúy máùu tuáön hoaìn nãn phäø cuía daîy xung láúy máùu åí hçnh 3.2 d laì phäø råìi raûc, bao gäöm caïc xung Dirac caïch âãöu nhau 1/T. Vaì vç daîy xung láúy máùu laì daîy xung vuäng tuáön hoaìn nãn âæåìng bao cuía caïc xung Dirac laì phäø cuía mäüt xung vuäng âån daûng (sinx)/x. Theo tênh cháút cuaí pheïp biãún âäøi Fourier thç pheïp nhán trong miãön thåìi gian tæång âæång våïi pheïp cháûp trong miãön táön säú nãn phäø cuía tên hiãûu láúy máùu coï âæåüc bàòng caïch tênh nhæ trçnh baìy trãn âáy vaì càn cæï vaìo âoï, ta coï âæåüc âäö thë phäø cuía tên hiãûu láúy máùu nhæ hçnh 3.2 f. Tæì hçnh 3.2 f, ta tháúy phäø cuía tên hiãûu láúy máùu bao gäöm vä säú phiãn baín phäø cuía tên hiãûu tæång tæû nàòm caïch nhau 2π/ T . Nãúu táön säú láúy máùu khäng thoaí maîn âënh lyï láúy máùu Shannon f ≥ 2f hoàûc ω ≥ 2ω thç xaíy ra hiãûn tæåüng caïc phiãn baín phäø chäöng láún lãn S m s m nhau. Ta goüi âáy laì hiãûn tæåüng chäöng phäø hay máûp måì phäø (aliasing). Hçnh 3.2 Tên hiãûu láúy máùu tæû nhiãn vaì phäø Viãûc thæûc hiãûn láúy máùu tæû nhiãn khaï dãù daìng, chè cáön mäüt chuyãøn maûch hai âáöu vaìo mäüt âáöu ra tæång tæû (analog bilateral switch) nhæ chè ra trong hçnh 3.3. Mäüt vê duû cuía loaûi chuyãøn maûch naìy laì 4016 (coï sàôn trong pháön cæïng cuía CMOS). - 46 -
47. - Chæång III - Chuyãøn maûch f(t) fs(t) pT(t) Clock Hçnh 3.3 Maûch taûo tên hiãûu PAM láúy máùu tæû nhiãn 3.1.2 Láúy máùu tæïc thåìi (instaneous sampling) Ngoaìi caïch láúy máùu tæû nhiãn, ta coìn coï thãø taûo ra tên hiãûu flat-top PAM nhæ hçnh 3.1. Viãûc láúy máùu kiãøu naìy coìn âæåüc goüi laì láúy máùu tæïc thåìi, yï muäún noïi giaï trë cuía tên hiãûu flat-top PAM bàòng våïi giaï trë cuía tên hiãûu tæång tæû åí ngay thåìi âiãøm láúy máùu vaì giæî nguyãn nhæ váûy trong suäút thåìi gian bàòng âäü räüng xung láúy máùu. Âãø taûo ra tên hiãûu flat-top PAM, ta sæí duûng bäü láúy máùu vaì giæî máùu (sampler & holder) nhæ chè ra trong hçnh 3.4. r rC > T Hçnh 3.4 Maûch láúy máùu va ì giæî máùu Vaìo thåìi âiãøm láúy máùu, khoïa âoïng laûi. Tuû C âæåüc naûp ráút nhanh do rC ráút nhoí. Tuû C naûp âãún âiãûn aïp bàòng våïi giaï trë âiãûn aïp cuía tên hiãûu tæång tæû vaìo. Quaï trçnh naìy chênh laì láúy máùu. Sau âoï khoïa måí ra. Do RC ráút låïn nãn âiãûn aïp trãn tuû C gáön nhæ khäng thay âäøi. Âáy chênh laì giai âoaûn giæî máùu. Trong thæûc tãú ngæåìi ta ráút quan tám âãún kiãøu láúy máùu tæïc thåìi. Lyï do laì chuïng ta khäng cáön duìng hçnh daûng cuía xung âãø chæïa thäng tin truyãön âi vaì dãù taûo ra daûng xung chæî nháût. Thäng tin åí âáy chè chæïa trong biãn âäü cuía xung ngay taûi thåìi âiãøm láúy máùu. Khi truyãön tên hiãûu qua khoaíng caïch xa, ta cáön duìng caïc bäü làûp (repeater) âãø loüc vaì khuãúch âaûi tên hiãûu træåïc khi truyãön tiãúp âãún bäü làûp kãú tiãúp hay bäü thu. ÅÍ âáy, bäü làûp chè cáön taïi taûo xung chæï khäng cáön khuãúch âaûi xung (khaïc cå baín våïi thäng tin tæång tæû) 3.1.3 Khäi phuûc tên hiãûu ban âáöu So saïnh hçnh daûng cuía tên hiãûu flat-top PAM åí hçnh 3.1 våïi hçnh daûng cuía tên hiãûu láúy máùu åí hçnh 3.2 e, ta tháúy chuïng khaïc nhau ráút êt. Do váûy maì viãûc khäi phuûc tên hiãûu tæång tæû ban - 47 -
48. - Chæång III - âáöu tæì tên hiãûu flat-top PAM hay tên hiãûu láúy máùu ráút giäúng nhau. Tæì biãøu thæïc máût âäü phäø vaì hçnh veî 3.2 ta tháúy: nãúu táön säú láúy máùu thoía âënh lyï láúy máùu thç tæì tên hiãûu PAM, ta coï thãø khäi phuûc âæåüc tên hiãûu gäúc ban âáöu nhåì mäüt bäü loüc thäng tháúp táön säú càõt fm. Tên hiãûu khäi phuûc caìng giäúng våïi tên hiãûu ban âáöu nãúu tyí säú τ/ T cæûc nhoí. Bäü loüc thäng tháúp naìy âæåüc goüi la ì loüc khäi phuûc (reconstruction filter). Tæì âáy, ta coï thãø tæû kiãøm tra laûi cäng thæïc læûa choün táön säú láúy máùu trong træåìng håüp tên hiãûu tæång tæû laì tên hiãûu thäng daíi thay vç laì tên hiãûu thäng tháúp. Ngæåüc laûi, nãúu táön säú láúy máùu khäng thoía âënh lyï láúy máùu thç do aính hæåíng cuía hiãûn tæåüng chäöng phäø (aliasing), ta khäng thãø khäi phuûc tên hiãûu ban âáöu. Váûy âãø chäúng aính hæåíng cuía chäöng phäø, ta âàût ngay træåïc bäü láúy máùu mäüt bäü loüc thäng tháúp âãø loaûi boí caïc thaình pháön táön säú låïn hån f / 2 . Viãûc loaûi boí naìy coï khi aính hæåíng âäi chuït âãún cháút læåüng tên hiãûu. S 3.1.4 Kãút håüp láúy máùu våïi gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian TDM Nhæ âaî trçnh baìy åí trãn, tyí säú τ / T ráút nhoí nghéa laì khoaíng caïch giæîa hai xung PAM caûnh S nhau ráút låïn. Ngæåìi ta låüi duûng khoaíng caïch låïn naìy âãø gheïp vaìo vaì truyãön âi caïc xung PAM khaïc cuía caïc tên hiãûu tæì caïc kãnh khaïc. Phæång phaïp naìy goüi laì gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian TDM (Time Division Multiplexing). Âãø minh hoüa nguyãn lyï TDM, ta xeït vê duû hçnh 3.5 thæûc hiãûn gheïp kãnh phán thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM laì f1(t) vaì f2(t). Khoaíng caïch giæîa hai xung PAM caûnh nhau trong doìng tên hiãûu gheïp kãnh khäng coìn laì T næîa maì laì T/2. f1(t) f2(t) T T/2 Hçnh 3.5 Gheïp kãnh theo thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM Så âäö thæûc hiãûn gheïp kãnh theo thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM trçnh baìy trãn hçnh 3.6. Giaí sæí hai tên hiãûu laì tên hiãûu thäng tháúp (low-pass), táön säú täúi âa laì 3 kHz, theo âënh lyï láúy máùu thç táön säú láúy máùu nhoí nháút laì 6 kHz. Âiãöu naìy yãu cáöu täúc âäü täúi thiãøu cuía âäöng häö laì 12 kHz cho hãû thäúng naìy hoaût âäüng. Ngoaìi caïch duìng chung bäü láúy máùu ta cuîng coï thãø sæí duûng riãng tæìng bäü láúy máùu cho mäùi kãnh. Viãûc truyãön tên hiãûu láúy máùu tæ û nhiãn hay flat-top PAM qua kãnh thäng tin yãu cáöu mäüt bàng thäng ráút räüng so våïi tên hiãûu tæång tæû ban âáöu vç âäü räüng xung quaï heûp. Khaí nàng chäúng nhiãùu cuía tên hiãûu PAM khäng âæåüc caíi thiãûn máúy so våïi truyãön træûc tiãúp tên hiãûu tæång tæû. - 48 -
49. - Chæång III - Âiãöu naìy dáùn âãún PAM khäng thêch håüp cho truyãön dáùn qua khoaíng caïch xa. Khi truyãön âi xa, phaíi chuyãøn âäøi PAM sang daûng säú. Baìi tiãúp theo seî xeït váún âãö chuyãøn âäøi tên hiãûu PAM sang daûng säú. f (t) 1 Láúy máùu LPF PAM- f2(t) Taûo xung Clock Hçnh 3.6 Så âäö thæûc hiãûn gheïp kãnh theo thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM 3.2 Âiãöu chãú xung maî PCM Kyî thuáût âiãöu chãú xung maî PCM âæåüc âãö xuáút láön âáöu tiãn vaìo nàm 1937 båíi Alec Reeves - mäüt kyî sæ cuía haîng STC ( báy giåì laì mäüt bäü pháûn cuía Northern Telecom). PCM laì mäüt kyî thuáût hiãûu quaí chuyãøn âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú, trong âoï caïc xung PAM råìi raûc âæåüc chuyãøn âäøi thaình mäüt tæì maî säú (digital word); âoï laì mäüt doìng bit näúi tiãúp (serial bit stream). Tæì nhæîng nàm 1960, caïc hãû thäúng thäng tin sæí duûng PCM ngaìy caìng räüng raîi vç nhæîng æu âiãøm näøi báût sau âáy: - Coï thãø sæí duûng caïc maûch säú khäng âàõt làõm trong hãû thäúng. - Tên hiãûu PCM xuáút phaït tæì táút caí caïc nguäön tên hiãûu tæång tæû (audio, video ) coï thãø kãút håüp våïi tên hiãûu säú liãûu (vê duû tæì maïy tênh) vaì truyãön chung qua hãû thäúng truyãön tin säú täúc âäü cao (high-speed digital communication system). - Khi truyãön tin qua khoaíng caïch xa, tên hiãûu PCM coï thãø âæåüc khäi phuûc hoaìn toaìn taûi mäùi traûm làûp trung gian (intermediate repeater station). Aính hæåíng cuía nhiãùu khäng bë têïch luyî maì chè cáön quan tám âãún nhiãùu truyãön dánù giæîa hai traûm làûp caûnh nhau. - Coï thãø giaím aính hæåíng cuía nhiãùu lãn tên hiãûu PCM bàòng caïch sæí duûng caïc kyî thuáût maî hoaï âàûc biãût, coï thãø sæía âæåüc háöu hãút caïc loaûi läùi. - Coï thãø giaím båït sæû làûp laûi khäng cáön thiãút hay coìn goüi laì âäü dæ (redundancy) trong baín tin. - Tên hiãûu PCM dãù læu træî. Caïc æu âiãøm trãn coï giaï trë væåüt träüi so våïi khuyãút âiãøm chênh cuía tên hiãûu PCM laì âoìi hoíi bàng thäng truyãön dáùn räüng hån tên hiãûu tæång tæû tæång æïng nhiãöu láön. Ba bæåïc cå baín âãø thæûc hiãûn PCM gäöm láúy máùu (sampling), læåüng tæí hoïa (quantizing) vaì maî hoïa (encoding) nhæ trçnh baìy trãn hçnh 3.7. Láúy máùu laì bæåïc nhàòm taûo ra tên hiãûu flat-top PAM âaî trçnh baìy trong baìi træåïc. Baìi naìy seî trçnh baìy hai bæåïc sau laì læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa. - 49 -
50. - Chæång III - Bäü phaït PCM PAM T.h flat- top læåüng tæí T .h tæång PCM tæû vaìo Loüc thäng Láúy máùu & PAM Læåüng tæí hoïa Maî hoïa tháúp giæî máùu hoïa M mæïc Kãnh Làûp khäi Làûp khäi Làûp khäi phuûc phuûc phuûc Bäü thu PCM PAM T.h tæång læåüng tæí tæû ra Maûch taïi PCM Giaíi maî hoïa Loüc thäng taûo tháúp Hçnh 3.7 Hãû thäúng truyãön dáùn PCM 3.2.1 Læåüng tæí hoïa Haûn chãú cuía hãû thäúng truyãön tin qua khoaíng caïch xa laì sæû têch luyî nhiãùu, khiãún cho sæû suy giaím cháút læåüng tên hiãûu gia tàng theo khoaíng caïch. Coï thãø giaím båït aính hæåíng naìy bàòng caïch thæûc hiãûn læåüng tæí hoïa (quantizing). Âoï laì sæû xáúp xè hoïa caïc giaï trë cuía caïc máùu tæång tæû bàòng caïch sæí duûng säú mæïc hæîu haûn M. Hoaût âäüng læåüng tæí hoïa âæåüc minh hoüa trãn hçnh 3.8. Tên hiãûu m(t) âæåüc âæa vaìo âáöu vaìo cuía bäü læåüng tæí hoaï, m (t) laì tên hiãûu ra cuía bäü læåüng tæí hoïa . q Quan saït trãn hçnh 3.8, ta tháúy m (t) coï daûng báûc thang biãn âäü råìi raûc, láúy caïc mæïc biãn âäü q gáön våïi m(t) laì m-2 m-1 m0 m1 m2 m3 Ta goüi caïc mæïc naìy laì mæïc læåüng tæí hoïa. Säú mæïc naìy hæîu haûn. m (t) chuyãøn tæì mæïc naìy sang mæïc kia åí taûi giao âiãøm giæîa m(t) vaì q âæåìng chênh giæîa hai mæïc. Sæû khaïc nhau giæîa m(t) vaì m (t) nhiãöu hay êt tuyì thuäüc vaìo q khoaíng caïch giæîa hai mæïc caûnh nhau goüi laì kêch thæåïc bæåïc S (step size). Cháút læåüng cuía tên hiãûu khäi phuûc coï thãø âæåüc caíi thiãûn nãúu giaím kêch thæåïc bæåïc, tuy nhiãn luïc âoï säú mæïc tàng lãn. Sau âáy laì mäüt säú vê duû vãö säú mæïc trong caïc hãû thäúng thæûc tãú: thoaûi cäng cäüng sæí duûng 256 mæïc, truyãön hçnh maìu thæång maûi sæí duûng 512 mæïc. - 50 -
51. - Chæång III - mq(t) S/2 S m(t) m2 m1 m 0 m-1 m-2 Hçnh 3.8 Minh hoüa hoaût âäüng læåüng tæí hoïa Báy giåì ta xeït âãún khaí nàng haûn chãú sæû têch luyî nhiãùu cuía tên hiãûu læåüng tæí hoïa. Giaí sæí tên hiãûu læåüng tæí hoïa âæåüc truyãön âãún mäüt traûm làûp, chëu aính hæåíng cuía nhiãùu nãn bë meïo (distorsion) nhæ veî trong hçnh 3.9 a. Cho tên hiãûu naìy âi vaìo bäü læåüng tæí hoïa mäüt láön næîa goüi laì taïi læåüng tæí hoïa (requantizer), âáöu ra luïc naìy âæåüc chè ra trãn hçnh 3.9 b. Quan saït trãn hçnh ta tháúy roî raìng laì läùi chè xuáút hiãûn nãúu biãn âäü nhiãùu væåüt quaï mäüt næía kêch thæåïc bæåïc vaì nhiãùu seî hoaìn toaìn bë loaûi boí nãúu biãn âäü åí dæåïi mäüt næía kêch thæåïc bæåïc. Váûy bàòng caïch tàng kêch thæåïc bæåïc ta coï thãø giaím båït sæû têch luyî nhiãùu. Tuy nhiãn tàng kêch thæåïc bæåïc thç seî dáùn âãún tàng sai khaïc giæîa tên hiãûu gäúc vaì tên hiãûu læåüng tæí hoïa. Sai khaïc naìy goüi laì nhiãùu læåüng tæí hoïa (quantizing noise). Ta coï thãø tênh âæåüc cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa nhæ sau: Goüi sai khaïc giæîa tên hiãûu gäúc vaì tên hiãûu læåüng tæí hoïa åí mäüt mæïc naìo âoï laì ξ . Theo sæû phán têch hoaût âäüng læåüng tæí hoïa åí trãn, ta ruït ra âæåüc daíi thay âäøi cuía ξ laì: − S/ 2 ≤ ξ ≤ S/ 2 Giaí sæí ξ phán bäú âãöu thç haìm máût âäü xaïc suáút seî laì: ⎧1/S, − S/ 2 ≤ ξ ≤ S/ 2 f (ξ) = ⎨ ⎩0, ξ ≠ Váûy cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa laì: S / 2 2 2 2 S P = ξ = m = ξ f (ξ)dξ = q 2 ∫ −S / 2 12 Roî raìng laì nhiãùu læåüng tæí hoïa seî tàng khi kêch thæåïc bæåïc tàng vaì ngæåüc laûi. 3.2.2 Maî hoïa Sæû kãút håüp giæîa hoaût âäüng láúy máùu vaì læåüng tæí hoïa taûo ra tên hiãûu PAM læåüng tæí hoïa (quantized PAM), âoï laì daîy xung råìi raûc caïch nhau TS vaì coï biãn âäü cuîng råìi raûc hoïa våïi M - 51 -
52. - Chæång III - mæïc biãn âäü. Træåïc khi truyãön âi, mäùi máùu PAM læåüng tæí hoïa âæåüc maî hoïa thaình mäüt tæì maî säú (digital word) goüi laì tæì maî PCM (PCM word). Coï thãø sæí duûng maî Gray hoàûc maî nhë phán âãø biãøu diãùn tæì maî PCM. Goüi na laì säú bit cáön thiãút âãø maî hoïa mäùi tæì maî PCM. Caí maî Gray vaì maî nhë phán âãöu laì maî cå säú 2 nãn phaíi choün n sao cho: log M ≤ n < log M +1 2 2 Läùi Nhiãùu låïn S/2 S (a) (b) Hçnh 3.9 (a) Tên hiãûu læåüng tæí hoïa våïi nhiãùu cäüng (b) Tên hiãûu sau bäü taïi læåüng tæí hoïa Trong thæûc tãú thç bäü læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa khäng taïch riãng maì gäüp chung trong bäü chuyãøn âäøi tæång tæû - säú ADC. Coï ba phæång phaïp thäng duûng âãø chuyãøn âäøi tæång tæû - säú laì phæång phaïp âãúm (counting) hay maî hoïa theo âäü däúc (ramp), phæång phaïp näúi tiãúp (serial) hay xáúp xè liãn tiãúp (successive approximation) hay coìn goüi laì phaín häöi (feedback) vaì phæång phaïp song song (parallel). Trong bäü maî hoïa âãúm trãn hçnh 3.10, khi lãûnh maî hoïa (encode command) phaït ra thç bäü láúy máùu thæûc hiãûn láúy máùu, mäüt âiãûn aïp däúc (daûng ràng cæa) âæåcü taûo ra vaìì bäü âãúm nhë phán bàõt âáöu âãúm. Âiãûn aïp âáöu ra cuía bäü taûo ràng cæa liãn tuûc so saïnh våïi âiãûn aïp cuía máùu tæång tæû. Khi âiãûn aïp ràng cæa bàòng våïi âiãûn aïp cuía máùu thç lãûnh âoüc (read command) âiãöu khiãøn âoüc ra giaï trë nhë phán cuía bäü âãúm, âáy chênh laì tæì maî PCM. Luïc naìy bäü âãúm vaì bäü taûo ràng cæa reset vãö giaï trë 0 vaì chuáøn bë cho máùu tiãúp theo. Phæång phaïp naìy chè yãu cáöu êt linh kiãûn nhæng täúc âäü maî hoïa bë haûn chãú båíi täúc âäü bäü âãúm. IC chuyãún âäøi A-D hiãûu Intersil ICL 7126 sæí duûng kyî thuáût naìy. Coï thãø caíi tiãún phæång phaïp âãúm bàòng caïch khäng sæí duûng bäü taûo âiãûn apï ràng cæa maì thay bàòng mäüt bäü têch phán chen giæîa bäü láúy máùu vaì so saïnh. Âiãûn aïp ra cuía bäü láúy máùu âæåüc láúy têch phán, âäü räüng cuía xung ra bäü têch phán tè lãû våïi giaï trë âiãûn aïp cuía máùu. Æu âiãøm cuía phæång phaïp naìy laì âäü tuyãún tênh vaì âäü chênh xaïc ráút cao, loaûi træì nhiãùu täút, âån giaín vaì kinh tãú. Khuyãút âiãøm chênh laì thåìi gian chuyãøn âäøi A-D daìi. Bäü maî hoïa näúi tiãúp trãn hçnh 3.11 hoaût âäüng bàòng caïch so saïnh liãn tiãúp âiãûn aïp cuía máùu tæång tæû våïi mäüt loaût caïc âiãûn aïp thæí (trial voltage). Caïc âiãûn aïp thæí naìy phuû thuäüc vaìo kãút - 52 -