PDF Giáo trình hệ thống viễn thông, Phan Văn Ca

Giáo trình hệ thống viễn thông, Phan Văn Ca

 

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................... 3
MỤC LỤC ................................................................................................ 5
Phần 1. TÍN HIỆU VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ............................ 15
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ................. 17
1.1. HỆ THỐNG THÔNG TIN ............................................................... 17
1.1.1. Tin tức và tín hiệu .......................................................................... 17
1.1.2. Các thành phần của hệ thống thông tin .......................................... 18
1.1.3. Những giới hạn trong hệ thống thông tin ...................................... 20
1.2. ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HÓA ................................................................ 22
1.2.1. Các phương pháp điều chế ............................................................. 22
1.2.2. Các ứng dụng và lợi ích của điều chế ............................................ 24
1.2.3. Các dải tần số thông tin ................................................................. 26
1.2.4. Phương pháp và lợi ích của việc mã hóa ....................................... 26
Chương 2. TÍN HIỆU VÀ PHỔ ............................................................ 27
2.1. PHỔ TÍN HIỆU VÀ CHUỖI FOURIER .......................................... 27
2.1.1. Vector pha và phổ tuyến tính ......................................................... 27
2.1.2. Tín hiệu tuần hoàn và công suất trung bình ................................... 29
2.1.3. Chuỗi Fourier của tín hiệu tuần hoàn ............................................ 29
2.1.4. Định lý công suất Parseval ............................................................ 32
2.2. PHÉP BIẾN DỔI FOURIER VÀ PHỔ LIÊN TỤC ......................... 32
2.2.1. Biến đổi Fourier ............................................................................. 32
2.2.2. Tín hiệu đối xứng và tín hiệu nhân quả ......................................... 33
2.3. QUAN HỆ TẦN SỐ-THỜI GIAN ................................................... 35
2.3.1. Tính chất xếp chồng ....................................................................... 35
2.3.2. Tính chất dịch chuyển tần thời gian và thay đổi thang đo ............. 35
6
2.3.4. Tính chất dịch chuyển tần số và hệ quả điều chế .......................... 35
2.3.5. Tính chất đạo hàm và tích phân ..................................................... 35
2.3.6. Phép nhân và phép tính chập ......................................................... 35
Chương 3. TRUYỀN TÍN HIỆU VÀ LỌC .......................................... 36
3.1. ĐÁP ỨNG CỦA HỆ TUYẾN TÍNH BẤT BIẾN ............................ 36
3.1.1. Đáp ứng xung và tích phân tuyến tính ........................................... 36
3.1.2. Hàm truyền và đáp ứng tần số ....................................................... 38
3.2. MÉO DẠNG TÍN HIỆU TRÊN ĐƯỜNG TRUYỀN ...................... 39
3.2.1. Truyền tín hiệu không méo ............................................................ 39
3.2.2. Méo tuyến tính ............................................................................... 39
3.2.3. Méo phi tuyến ................................................................................ 39
3.3. TỔN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN ........................................................ 40
3.3.1. Độ lợi công suất ............................................................................. 40
3.3.2. Tổn hao đường truyền và các bộ lặp .............................................. 40
3.4. LỌC TẦN SỐ ................................................................................... 41
3.4.1. Bộ lọc lý tưởng .............................................................................. 41
3.4.2. Bộ lọc thực tế ................................................................................. 43
3.5. HÀM TƯƠNG QUAN VÀ MẬT ĐỘ PHỔ ..................................... 43
3.5.1. Hàm tương quan của tín hiệu công suất......................................... 43
3.5.2. Hàm tương quan vào-ra ................................................................. 47
3.5.3. Hàm mật độ phổ ............................................................................. 47
Chương 4. TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN VÀ NHIỄU ............................ 49
4.1. QUÁ TRÌNH NGẪU NHIÊN .......................................................... 49
4.1.1. Quá trình ngẫu nhiên ..................................................................... 49
4.1.2. Quá trình dừng và quá trình Ergodic ............................................. 51
4.2. TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN ............................................................... 51
4.2.1. Công suất tín hiệu và trung bình thời gian ..................................... 51
4.2.2. Phổ công suất ................................................................................. 52
4.2.3. Tính chất chồng chập công suất ..................................................... 54
7
4.3. NHIỄU .............................................................................................. 55
4.3.1. Nhiễu nhiệt ..................................................................................... 55
4.3.2. Nhiễu trắng .................................................................................... 57
4.3.3. Băng thông tương đương của nhiễu ............................................... 57
4.4. TRUYỀN TÍN HIỆU CÓ NHIỄU .................................................... 58
4.4.1. Nhiễu cộng và tỷ số S/N ................................................................ 58
4.4.2. Truyền tín hiệu tương tự dải nền ................................................... 59
Phần 2. THÔNG TIN TƯƠNG TỰ ...................................................... 61
Chương 5. ĐIỀU CHẾ TUYẾN TÍNH ................................................ 63
5.1. TÍN HIỆU DẢI THÔNG .................................................................. 63
5.1.1. Mạch lọc dải thông ........................................................................ 63
5.1.2. Tín hiệu dải thông .......................................................................... 65
5.1.3. Truyền tín hiệu qua mạch dải thông .............................................. 68
5.2. ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ SONG BIÊN ................................................ 70
5.2.1. Quy ước về tín hiệu tin tức điều chế .............................................. 70
5.2.2. Điều chế AM .................................................................................. 71
5.2.3. Điều chế DSB ................................................................................ 74
5.2.4. Điều chế đơn âm ............................................................................ 77
5.3. MẠCH ĐIỀU CHẾ SONG BIÊN ..................................................... 78
5.3.1. Bộ điều chế nhân ........................................................................... 78
5.3.2. Bộ điều chế cân bằng và mạch bậc hai .......................................... 79
5.4. ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN .................................................................... 81
5.4.1. Tín hiệu SSB và phổ ...................................................................... 82
5.4.2. Tín hiệu VSB và phổ ..................................................................... 85
5.5. ĐỔI TẦN VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ ...................................................... 87
5.5.1. Đổi tần ........................................................................................... 87
5.5.2. Tách sóng đồng bộ (Synchronous Detection) ................................ 88
5.5.3. Tách sóng đường bao (envelop detection) ..................................... 90
8
Chương 6. ĐIỀU CHẾ HÀM MŨ ........................................................ 90
6.1. ĐIỀU TẦN VÀ ĐIỀU PHA (FM VÀ PM) ...................................... 90
6.1.1. Tín hiệu FM và PM ........................................................................ 90
6.1.2. FM và PM băng hẹp ...................................................................... 92
6.1.3. Điều chế đơn tần ............................................................................ 93
6.1.4. Điều chế đa tần .............................................................................. 96
6.2. BĂNG THÔNG VÀ MÉO DẠNG ................................................... 97
6.2.1. Ước lượng băng thông truyền ........................................................ 97
6.2.2. Méo tuyến tính ............................................................................... 98
6.3. MẠCH ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FM VÀ PM ................. 100
6.3.1. FM trực tiếp dùng VCO ............................................................... 101
6.3.2. Điều chế PM và FM gián tiếp ...................................................... 102
6.3.3. Mạch giải điều chế tần số ............................................................ 103
6.4. NHIỄU TƯƠNG TÁC TRONG THU FM VÀ PM ....................... 107
6.4.1. Nhiễu tương tác dạng sóng sin .................................................... 107
6.4.2. Tiền nhấn và giải nhấn ................................................................. 109
Chương 7. HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ ........................... 112
7.1. HỆ THỐNG THU ĐỔI TẦN NGOẠI SAI .................................... 112
7.2. GHÉP KÊNH TẦN SỐ .................................................................. 115
7.2.1. Hệ thống FDM ............................................................................. 115
7.2.2. Ghép kênh FM lập thể (FM stereo) ............................................. 117
7.3. VÒNG KHÓA PHA ....................................................................... 118
7.3.1. Nguyên lý PLL và khoá ............................................................... 119
7.3.2. Các ứng dụng của PLL ................................................................ 121
Chương 8. LẤY MẪU TÍN HIỆU VÀ ĐIỀU CHẾ XUNG .............. 125
8.1. LẤY MẪU TÍN HIỆU CÓ BĂNG TẦN GIỚI HẠN .................... 125
8.2. ĐIỀU BIÊN XUNG VÀ GHÉP KÊNH THỜI GIAN .................... 127
8.3. BĂNG THÔNG TÍN HIỆU GHÉP KÊNH TDM .......................... 129
8.4. PHỔ CỦA TÍN HIỆU LẤY MẪU ................................................. 131
8.4.1. Lấy mẫu lý tưởng ......................................................................... 131
9
8.4.2. Lấy mẫu với độ rộng xung  ........................................................ 132
8.4.3. Lấy mẫu và giữ ............................................................................ 137
8.5. LƯỢNG TỬ HÓA TÍN HIỆU ........................................................ 138
Phần 3. THÔNG TIN SỐ .................................................................... 141
Chương 9. TRUYỀN THÔNG DẢI NỀN .......................................... 143
9.1. TÍN HIỆU SỐ VÀ HỆ THỐNG SỐ ............................................... 143
9.1.1. Tín hiệu PAM số .......................................................................... 143
9.1.2. Giới hạn truyền ............................................................................ 145
9.2. NHIỄU VÀ SAI SỐ ........................................................................ 148
9.2.1. Xác suất lỗi nhị phân ................................................................... 148
9.2.2. Xác suất lỗi M-Ary ...................................................................... 151
9.3. KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ ................................................................. 153
9.3.1. Đồng bộ bit .................................................................................. 153
9.3.2. Đồng bộ khung ............................................................................ 155
Chương 10. ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ .................................................. 158
10.1. KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ PCM ................................. 158
10.1.1. Tạo và khôi phục PCM .............................................................. 158
10.1.2. Nhiễu lượng tử ........................................................................... 159
10.1.3. Lượng tử không đồng đều và companding ................................ 160
10.2. NHIỄU TRONG ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ PCM .......................... 162
10.2.1. Nhiễu giải mã ............................................................................. 162
10.2.2. Ngưỡng sai số ............................................................................ 163
10.3. ĐIỀU CHẾ DELTA VÀ MÃ HÓA DỰ ĐOÁN .......................... 164
10.3.1. PCM vi sai ................................................................................. 164
10.3.2. Điều chế Delta ........................................................................... 165
10.4. HỆ THỐNG GHÉP KÊNH PCM ................................................. 167
10.4.1. Hệ ghép kênh cơ sở T1 .............................................................. 167
10.4.2. Hệ ghép kênh cơ sở E1 .............................................................. 170
10
Chương 11. TRUYỀN THÔNG DẢI THÔNG ................................. 174
11.1. ĐIỀU CHẾ DỊCH BIÊN ASK ...................................................... 174
11.1.1. Biểu thức của tín hiệu ................................................................ 175
11.1.2. Phổ của tín hiệu ASK ................................................................ 175
11.1.3. Giải điều chế ASK kiểu kết hợp ................................................ 176
11.1.4. Giải điều chế ASK kiểu không kết hợp ..................................... 178
11.2. ĐIỀU CHẾ DỊCH PHA ................................................................ 178
11.2.1. Điều chế BPSK .......................................................................... 179
11.2.2. Điều chế QPSK .......................................................................... 188
11.2.3. Điều chế số dịch pha M trạng thái (M-ary PSK) ....................... 196
11.2.4. Xác suất lỗi của M-PSK ............................................................ 202
11.3. ĐIỀU CHẾ DỊCH TẦN FSK ....................................................... 202
11.3.1. Điều chế BFSK .......................................................................... 203
11.3.2. Điều chế dịch tần bậc M (M-FSK) ............................................ 211
11.4. ĐIỀU CHẾ TRỰC PHA QAM ..................................................... 213
11.4.1. Biểu thức của tín hiệu 16-QAM ................................................ 214
11.4.2. Phổ của tín hiệu QAM ............................................................... 215
11.4.3. Mạch điều chế và giải điều chế 16-QAM .................................. 215
11.5. ĐIỀU CHẾ DỊCH PHA TỐI THIỂU MSK .................................. 217
11.5.1. Biểu thức và dạng sóng của MSK ............................................. 218
11.5.2. Giản đồ vector của MSK ........................................................... 221
11.5.3. Phổ của tín hiệu MSK ................................................................ 222
11.5.4. Đặc tính pha liên tục của MSK .................................................. 224
11.6. SO SÁNH CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ SỐ ............................. 226
BÀI TẬP ............................................................................................... 228
PHỤ LỤC ............................................................................................. 246
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 274