Bài dịch tín hiệu và hệ thống

GIỚI THIỆU
PHÁC THẢO CHƯƠNG
1.1 Các yếu tố và hạn chế của hệ thống thông tin
Thông tin, tin tức, và tín hiệu Các yếu tố của một hệ thống thông tin liên lạc cơ bản giới
hạn
1.2 Điều chế và mã hóa
Phương pháp điều chế Lợi ích điều chế và các ứng Phương pháp mã hóa và lợi ích
1.3 Quan điểm lịch sử và tác động xã hội
Quan điểm lịch sử và tác động xã hội
1.4 Tổng quan
Giới thiệu chương 1
A
Chú ý , vũ trụ ! Các vương quốc , bánh xe bên phải "! Cụm từ tiên tri này đại diện cho
các tin tức điện báo đầu tiên được ghi nhận. Samuel Morse gửi nó qua 1 quãng dường dài
16 km năm 1838. Vì vậy , một kỷ nguyên mới đã được sinh ra: thời đại của truyền thông
điện
Bây giờ, hơn một thế kỷ rưỡi sau đó , kỹ thuật thông tin liên lạc đã tiến đến mức ở Trái
đất mọi người có thể xem các phi hành gia làm việc trong không gian . Điện thoại, phát
thanh và truyền hình là một phần không thể tách rời của cuộc sống hiện đại . Các quãng
đường dài các văn bản mang, dữ liệu, thoại, và hình ảnh . Máy tính nói chuyện với máy
tính thông qua mạng internet toàn cầu, và kiểm soát hầu như tất cả các thiết bị điện trong
nhà. Các thiết bị truyền thông không dây có thể được kết nối ở bất cứ nơi nào chúng tôi
đến . Chắc chắn những bước tiến lớn đã được thực hiện kể từ ngày đó .Nhất định, thập kỷ
tới sẽ mở ra được nhiều thành tựu mới của kỹ thuật truyền thông .
Sách giáo khoa này giới thiệu hệ thống thông tin liên lạc điện tử, bao gồm thiết kế ,
phương pháp phân tích và thiết bị phần cứng. Chúng tôi bắt đầu với một cái nhìn tổng
quan mô tả thiết lập một cái nhìn tổng quan cho các chương tiếp theo .
1.1 YẾU TỐ VÀ GIỚI HẠN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG
Một hệ thống thông tin liên lạc truyền tải thông tin từ nguồn của nó đến một đích cách đó
1 khoảng cách nào đó. Hiện có rất nhiều ứng dụng khác nhau của hệ thống thông tin
truyền thông mà chúng ta không thể cố gắng để nghiên cứu hết. Chúng ta cũng có thể

thảo luận chi tiết tất cả các cá các thành phần tạo nên một hệ thống cụ thể. Một hệ thống
điển hình liên quan đến rất nhiều thành phần chạy âm điện của mạch kỹ thuật điện, điện
tử, ~ xử lý tín hiệu điện từ, vi xử lý, và các mạng lưới truyền thông, một vài tên của các
lĩnh vực có liên quan. Hơn nữa,việc nghiên cứu từng phần riêng biệt sẽ làm mờ các điểm
quan trọng rằng một hệ thống thông tin truyền thông là một hệ thống tích hợp toàn bộ mà
thực sự vượt quá số phần nhiên cứu.
Do đó, chúng tôi tiếp cận chủ đề từ một quan điểm tổng quát hơn. Nhận thức được
rằng tất cả các hệ thống thông tin truyền thông có cùng chức năng cơ bản truyền thông
tin, chúng tôi sẽ tìm ra và cô lập các nguyên tắc và các vấn đề về truyền đạt thông tin ở
dạng điện. Những điều này sẽ được xem xét đủ sâu để phát triển phân tích và phương
pháp thiết kế phù hợp với một loạt các ứng dụng. Tóm lại, phần này liên quan tới các hệ
thống thông tin truyền thông cũng như hệ thống nói chung.
Thông tin, tin tức, và tín hiệu
Rõ ràng, khái niệm của thông tin là vô cùng quan trongj trong truyền thông. Nhưng thông
tin một từ khó, về nghĩa và hiểu theo triết học thì không thể định nghĩa được một cách
chính xác. Chúng tôi tránh những khó khăn này bằng cách thay thế với tin tức, được định
nghĩa là biểu hiện vật lý của thông tin được sản xuất bởi nguồn. Bất cứ dạng của tin tức
thế nào, mục tiêu của một hệ thống thông tin truyền thông là để tái sản xuất tại điểm đến
một bản sao chấp nhận được của các thông báo nguồn. Có rất nhiều nguồn thông tin, bao
gồm: máy móc cũng như con người, và tin tức xuất hiện trong các hình thức khác nhau.
Tuy nhiên, chúng ta có thể xác định hai loại tin tức cơ bản khác nhau, tương tự và số. Sự
phân biệt này, lần lượt, quyết định tiêu chuẩn để truyền thông.
Hình 1.1 Hệ thống truyền thông với biến đổi đầu vào và đầu ra
Một tin tức tương tự là một đại lượng vật lý thay đổi theo thời gian, thường là trơn và
liên tục. Ví dụ các tin tức dạng tương tự là áp lực âm thanh khi nói, vị trí góc của một con
quay hồi chuyển máy bay, hoặc cường độ ánh sáng tại một số điểm trong một hình ảnh
truyền hình. Vì thông tin này nằm trong một sóng thay đổi theo thời gian, một hệ thống
thông tin truyền thông tương tự sẽ phân phối dạng sóng này với một mức độ quy định của
độ trung thực của âm thanh. Một thông điệp kỹ thuật số là một chuỗi các lệnh của các
biểu tượng được lựa chọn từ một tập hữu hạn các phần tử rời rạc. Ví dụ tin tức số là các

chữ cái in trên trang này, một danh sách các bài đọc nhiệt độ hàng giờ, hoặc các phím bạn
bấm vào bàn phím máy tính. Kể từ khi thông tin nằm trong biểu tượng rời rạc, hế thống
truyền thông kỹ thuật số sẽ phân phối các biểu tượng này với một mức độ quy định cụ thể
chính xác trong một mức quy định số lượng thời gian.












Cho dù tương tự hoặc kỹ thuật số, chỉ một số ít các nguồn tin là điện. Do đó, hầu hết các
hệ thống thông tin truyền thông có biến đổi đầu vào và đầu ra được hiển thị trong hình.
1,1-1. Biến đổi đầu vào chuyển đổi các tin tức thành tín hiệu điện, điện áp hoặc dòng
điện, và một bộ biến đổi khác tại điểm đến biến đổi đổi các tín hiệu ra dưới dạng tin tức
mong muốn. Ví dụ, bộ biến đổi giọng nói trong hệ thống thông tin truyền thông có thể là
một microphone ở đầu vào và một loa ở đầu ra. Chúng tôi sẽ giả định sau đây rằng các bộ
biến đổi thích hợp tồn tại, và chúng tôi sẽ tập trung chủ yếu vào nhiệm vụ truyền dẫn tín
hiệu. Trong phạm vi nghiên cứu. tín hiệu và tin tức sẽ được sử dụng thay thế cho nhau kể
từ khi tín hiệu, như tin tức, là một đặc trưng vật lí của thông tin.
Các yếu tố của một hệ thống truyền thông
Hình 1,1-2 mô tả các yếu tố của một hệ thống thông tin truyền thông, bỏ qua các bộ biến
đổi nhưng bao gồm cả nhiễu không mong muốn. Có ba yếu tố cơ bản của bất kỳ hệ thống
thông tin truyền thông nào, máy phát, kênh truyền dẫn và máy thu tín hiêu. Mỗi phần
đóng một vai trò đặc biệt trong việc truyền tín hiệu, như sau.

Máy phát xử lý tín hiệu đầu vào để tạo ra một tín hiệu truyền đi phù hợp với đặc điểm
của kênh truyền dẫn. Xử lý tín hiệu để truyền dẫn hầu như luôn luôn liên quan đến việc
điều chế và cũng có thể bao gồm mã hóa.
Các kênh truyền dẫn là phương tiện điện, là cầu nối từ nguồn tới đích. Nó có thể là một
cặp dây, một cáp đồng trục, một tín hiệu sóng phát thanh hoặc chùm tia laser. Mỗi kênh
luôn có một số lượng của việc truyền dẫn bị tổn thất hoặc bị suy giảm, vì vậy năng lượng
tín hiệu dần dần giảm với khoảng cách ngày càng tăng.


Hình 1.1 – 2 Cac thành phần của 1 hệ
thống truyền thông





 



! "#$%
!  

&'()'
*+,
Bộ thu xử lí các tín hiệu ra từ kênh để chuẩn bị cho việc chuyển tới bộ biến đổi tại
điểm đến. Hoạt động thu bao gồm khuếch đại để bù đắp cho tổn hao truyền tải, và giải
điều chế và giải mã ngược để xử lý tín hiệu được thực hiện ở máy phát. Lọc tín hiệu là
một chức năng quan trọng của máy thu, lí do sẽ được trình bày sau.
Có nhiều tác dụng không mong muốn khác nhau xuất hiện trong quá trình truyền tín

hiệu. Sự suy giảm là không mong muốn vì nó làm giảm cường độ tín hiệu tại máy thu.
Nghiêm trọng hơn, là sự bóp méo, cản trở, và nhiễu, xuất hiện làm thay đổi hình dạng tín
hiệu. Mặc dù nhiễu như vậy có thể xảy ra tại bất kỳ điểm nào, quy ước tiêu chuẩn hoàn
toàn là do kênh , với bộ truyền dẫn và máy thu là lý tưởng. Hình 1,1-2 phản ánh quy ước
này.
Sự méo là dạng sóng nhiễu loạn gây ra bởi đáp ứng không hoàn hảo của hệ thống đối
với tín hiệu mong muốn. Không giống như cản trở và nhiễu, méo biến mất khi tín hiệu
tắt. Nếu kênh có một đáp ứng tuyến tính nhưng bị méo, thì méo có thể được chinh lại
hoặc ít nhất là giảm méo, với sự giúp đỡ của các bộ lọc đặc biệt được gọi là bộ cân bằng.
Cản trở là sự nhiễm bởi các tín hiệu không liên quan từ nguồn- máy phát khác, hay
dây chuyền máy móc và, mạch chuyển đổi, và như vậy. Cản trở xảy ra thường xuyên
nhất trong hệ thống vô tuyến có ăng-ten nhận thường nhận nhiều tín hiệu cùng một lúc.
Nhiễu tần số vô tuyến (RFI) cũng xuất hiện trong hệ thống cáp nếu dây truyền hoặc mạch
thu nhận tín hiệu bức xạ phát ra từ các nguồn lân cận. Bộ lọc phù hợp có thể loại bỏ sự
can thiệp đến mức mà tín hiệu can thiệp chiếm dải tần số khác nhau hơn so với tín hiệu
mong muốn.
Nhiễu liên quan đến ngẫu nhiên và không thể đoán trước các tín hiệu điện được tạo
ra bởi xử lý tự nhiên đối với cả bên trong và bên ngoài vào hệ thống. Khi biến thể như
vậy ngẫu nhiên chồng trên một tín hiệu mang thông tin, tin tức có thể bị rối loạn 1 phần
hoặc hoàn toàn xóa sạch. Lọc làm giảm nhiễu, nhưng chắc chắn vẫn còn một số lượng
nhiễu mà không thể được loại bỏ. Nhiễu cấu thành một trong những hạn chế cơ bản của
hệ thống.
Cuối cùng, cần lưu ý rằng hình. 1,1-2 đại diện cho một cách này hay cách đơn công
(SX) truyền dẫn. Truyền thông 2 chiều, đòi hỏi một máy phát và thu tại mỗi đầu. Hệ
thống song công (FDX) có một kênh cho phép truyền theo cả hai hướng. Hẹ thống bán
song công (HDX) hệ thống cho phép truyền tín hiệu nhưng không phải cùng một lúc.
Hạn chế cơ bản
Một kỹ sư phải đối mặt với hai ràng buộc chung khi thiết kế một hệ thống truyền
thông. Một mặt là những vấn đề công nghệ, bao gồm cả các đa dạng như phần cứng có
sẵn, các yếu tố kinh tế, quy định liên bang, và nhiều thứ khác. Đây là những vấn đề về

tính khả thi có thể được giải quyết trong lý thuyết, mặc dù giải pháp hoàn hảo có thể
không thực tế. Mặt khác là giới hạn vật lý cơ bản, quy luật tự nhiên khi chúng liên quan
đến câu hỏi về giới hạn đó. Những hạn chế này cuối cùng gọi ra những gì có thể hoặc
không thể được thực hiện, bất chấp các vấn đề công nghệ. Các thông tin cơ bản của ruyền
tải bằng phương tiện điện là băng thông và nhiễu.
Khái niệm về băng thông áp dụng cho cả hai tín hiệu và hệ thống như là một thước
đo tốc độ. Khi một tín hiệu thay đổi nhanh với thời gian, tần số của nó, hoặc phổ, kéo dài
trên một phạm vi rộng và chúng ta nói rằng tín hiệu có một băng thông lớn. Tương tự như
vậy, khả năng của một hệ thống để theo dõi biến đổi tín hiệu được phản ánh trong sử
dụng đáp ứng tần số hoặc băng thông truyền tải. Bây giờ tất cả các hệ thống điện có chứa
yếu tố, lưu trữ năng lượng và năng lượng được lưu trữ không thể thay đổi ngay lập
tức.Do đó, tất cả các hệ thống thông tin liên lạc có một B băng thông hữu hạn mà giới
hạn tỷ lệ biến đổi tín hiệu.
Truyền thông theo điều kiện thời gian thực đòi hỏi phải truyền tải đầy đủ băng thông
để phù hợp với phổ tín hiệu, nếu không, tín hiệu thu sẽ bị biến dạng nghiêm trọng. Như
vậy, ví dụ, một băng thông của một số megahertz là cần thiết cho một tín hiệu TV video,
trong khi những thay đổi chậm hơn rất nhiều với tín hiệu thoại thành B
≈
3 kHz. Đối với
một tín hiệu kỹ thuật số với r mã trên giây, băng thông phải được B
≥
r/2. Trong trường
hợp truyền tải thông tin mà không có một hạn chế thời gian thực, băng thông có thể quyết
đinh tốc độ tín hiệu lớn nhất. Thời gian cần thiết để truyền tải một số lượng thông tin là
do đó tỉ lệ nghịch với B.
Nhiễu áp đặt một giới hạn thứ hai trên truyền tải thông tin. Tại sao nhiễu lại không
thể tránh khỏi? Thay vì tò mò, câu trả lời đến từ lý thuyết động học. Tại bất kỳ nhiệt độ
trên không độ tuyệt đối, nhiệt năng gây ra các hạt vi để biểu diễn chuyển động ngẫu
nhiên. Chuyển động ngẫu nhiên của các hạt tích điện như electron tạo ra dòng hoặc điện
áp ngẫu nhiên được gọi là nhiễu nhiệt. Ngoài ra còn có các loại nhiễu khác, nhưng nhiễu

nhiệt xuất hiện trong tất cả các hệ thống thông tin truyền thông.
Chúng tôi đo lượng nhiễu cho một tín hiệu thông tin theo tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SIN.
Nhiễu nhiệt thông thường là khá nhỏ, và SIN có thể quá lớn đến mức nhiễu cần chú ý.
Tại các giá trị thấp hơn của SIN, tuy nhiên, tiếng ồn làm giảm âm thanh có độ trung thực
trong truyền thông tương tự và sản xuất các lỗi trong kỹ thuật số cộng. vấn đề trở nên
nghiêm trọng nhất trên các liên kết đường dài khi mất truyền tải làm giảm công suấttín
hiệu nhận được xuống đến mức độ tiếng ồn. Khuếch đại tại bộ thu là không có lợi, bởi vì
nhiễu sẽ được khuếch đại cùng với tín hiệu.
Lấy cả 2 giới hạn , Shannon nói rằng tỷ lệ truyền thông tin không thể vượt quá công
suất kênh.
C = B Log (1 + S/N )
Mối quan hệ này, được gọi là định luật Hartley-Shannon, thiết lập một giới hạn trên
hiệu suất của một hệ thống thông tin liên lạc với một băng thông và tỉ lệ tín hiệu trên
nhiễu
1,2 Điều chế và mã hóa
Bộ điều chế và mã hóa được hoạt động ở máy phát để đạt được hiệu quả cao và
truyền tải thông tin đáng tin cậy. Vì chúng khác quan trọng nên sẽ được nghiên cứu sâu
hơn ở dưới đây. Sau đó, chúng tôi sẽ trình bày một số kĩ thuật điều chế và mã hóa.
Phương pháp điều chế
Điều chế liên quan đến hai dạng sóng: một tín hiệu điều biến đại diện tin tức, và một
sóng mang phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Một bộ điều biến làm thay đổi sóng mang
tương ứng với các biến thể của các điều chỉnh tín hiệu. Kết quả các sóng điều chế do đó
"mang" các tin tức thông tin. Chúng tôi thường yêu cầu rằng điều chế là một hoạt động
đảo ngược, do đó, tin tức có thể được lấy được bằng quá trình bổ sung của giải điều chế.
Hình 1,2-1 mô tả một phần của một tín hiệu điều biến tương tự (một phần) và dạng
sóng điều chế tương ứng thu được bằng cách thay đổi biên độ của một sóng mang (đoạn
này là điều chế biên độ quen thuộc (AM) được sử dụng cho đài phát thanh truyền hình và
các ứng dụng khác. Tin tức cũng có thể được biến đổi trên một song mang hình sin bởi
điều tần hoặc giai đoạn điều chế (AM). Tất cả các phương pháp điều chế cho song mang
hình sin được nhóm lại dưới tiêu đề của điều chế sóng liên tục (CW).

Ngẫu nhiên, bạn hoạt động như một bộ điều chế CW bất cứ khi nào bạn nói. Việc
truyền tải của giọng nói trong không khí được thực hiện việc tạo ra sóng mang tạo ra
trong các dây thanh âm và điều chỉnh các tông với các hành động cơ bắp của khoang
miệng. Vì vậy, những gì tai nghe như bài diễn văn là một làn sóng âm thanh được điều
chế tương tự như một tín hiệu AM.
Hầu hết các hệ thống truyền dẫn đường dài sử dụng điều chế CW với một tần số
song mang cao hơn nhiều so với các thành phần tần số cao nhất của các điều chế tín hiệu.
Phổ của tín hiệu điều chế sau đó bao gồm một dải tần số thành phần nhóm xung quanh
tần số sóng mang. Dưới những điều kiện này, chúng ta nói rằng điều chế CW sản xuất
dịch chuyển tần số. Trong AM phát thanh truyền hình, ví dụ, phổ tin tức thường chạy từ
100 Hz đến 5 kHz, nếu tần số sóng mang 600 kHz, sau đó phổ của sóng amng đã biên đổi
là 595-605 kHz

Hình 1.2-1. (a) Tín hiệu điều chế
(b) Sóng mang hình sin với điều biên;
(c) Sóng mang xung hoạt động với điều biên.
Một phương pháp điều chê xung khác, gọi là điều chế xung, nó
có một chu kỳ hoạt động của xung ngắn như sóng mang. Hình 1.2-1c
biểu diễn một dạng song với điều chế biên độ xung (PAM). Lưu ý rằng
xung PAM này gồm có lấy mẫu ngắn được lấy ra từ tín hiệu tương tự
như phần trên cùng của hình vẽ. Lấy mẫu là một phương pháp xử lý
tín hiệu quan trọng và là đối tượng cho điều kiện chắc chắn, nó có khả
năng xây dựng lại dạng sóng nguyên vẹn từ lấy mẫu tuần hoàn.
Nhưng điều chế xung do chính nó không đưa ra sự dịch chuyển
tần số cần thiết cho việc truyền tín hiệu hiệu quả. Nhiều máy phát do
đó kết hợp với điều chế xung và điều chế sóng mang. Một công nghệ
điều chế khác được miêu tả ngắn gọn, là điều chế xung với việc mã
hóa.
Những lợi ích và ứng dụng của điều chế
Mục đích trước hết của điều chế trong hệ thống thông tin là tạo ra

một tín hiệu điều chế thích hợp với những đặc trưng của kênh truyền.
Thực ra, đây là những lợi ích và ứng dụng thực tế điển hình của điều
chế được trình bày tóm tắt dưới đây.
Điều chế cho việc truyền hiệu quả. Việc truyền tín hiệu trên
một khoảng cách đáng lưu ý luôn luôn liên quan đến sóng điện từ chạy,
với một đường dẫn trung bình hoặc không có. Hiệu quả của một vài
phương pháp truyền thực tế phụ thuộc vào tần số của tín hiệu được
truyền. Bởi lợi dụng vào đặc tính dịch tần của điều chế sóng mang,
thông tin bản tin có thể được đánh dấu trên một vật mang tần số của
nó, đã được lựa chọn cho phương pháp truyền mong muốn.
Một trường hợp ở đây, tốc độ truyền sóng tầm nhìn thẳng yêu cầu
ăng-ten, với kích thước vật lý của nó ít nhất bằng 1/10 bước sóng của
tín hiệu. Sự truyền không điều chế của một tín hiệu âm thanh gồm
thành phần tần số dưới 100 Hz được gọi là ăng-ten dài 300 km. Truyền
tín hiệu được điều chế ở tần số 100 MH, như trong phát thanh truyền
hình FM, cho phép kích thước thực tế của một ăng-ten dài khoảng 1
mét. Đối với tần số dưới 100 MHz, những phương thức lan truyền khác
có hiệu quả tốt hơn với kích thước ăng-ten hợp lý. Tomasi (1994,
chương 10) đưa ra một sự luận giải nén của sự lan truyền vô tuyến và
ăng-ten.
Để xem lại mục đích, hình 1.2-2 thể hiện phần quang phổ điện từ
phù hợp với việc truyền tín hiệu. Hình vẽ bao gồm bước sóng trong
không gian tự do, tên băng tần, môi trường truyền dẫn và các phương
thức lan truyền. Nó cũng trình bày những ứng dụng được cho phép bởi
Ủy ban truyền thông Liên bang Mỹ.
Điều chế để vượt qua giới hạn phần cứng. Việc thiết kế một
hệ thống thông tin có thể được thúc đẩy bởi giá trị và lợi ích phần cứng,
phần cứng mà sự biểu diễn của nó thường phụ thuộc vào sự phức tạp
tần số. Điều chế cho phép người thiết kế xếp loại một tín hiệu theo
những thay đổi tần số mà đi xa giới hạn phần cứng. Một sự liên quan

riêng dọc theo con đường này là câu hỏi của băng thông phân đoạn,
được định nghĩa là băng thông được chia ra bởi tần số trung tâm. Giá
trị phần cứng và sự phức tạp là tối thiểu nếu băng thông phân đoạn
trong khoảng 1–10 %. Đếm những băng thông phân đoạn đáng lưu ý
thực sự làm cho những đơn vị điều chế được tìm ra ở máy thu giống ở
máy phát.
Nó cũng đi sau tín hiệu đó với băng thông rộng nên được điều chế
ở một tần số sóng mang cao. Từ khi tốc độ thông tin tỉ lệ với băng
thông theo định lý Hartly-Shannon, chúng ta kết luận rằng tốc độ thông
tin cao đòi hỏi có một tần số sóng mang cao. Ví dụ, một hệ thống vi ba
5 GHz có thể dung nạp nhiều thông tin gấp 10000 lần so với một kênh
vô tuyến 500 kHz trong cùng một khoảng thời gian đưa ra. Vì tới một
mức cao chưa từng trong quang phổ sóng điện tử, một chum tia sáng
la-de quang có băng thông khả năng tương đương với 10 triệu kênh
truyền hình.
Điều chế để giảm tạp âm và nhiễu. Một phương pháp mang ý
nghĩa nan giải để chống lại nhiễu và tạp âm là tăng công suất tín hiệu
tới khi nó hoàn toàn kết ghép thành một. Nhưng tăng công suất gây
tiêu tốn và có thể làm hỏng thiết bị. (Một trong những dây cáp đến bên
kia Đại Tây Dương sớm nhất dường như đã bị phá hủy bởi điện áp cao
làm mất liên lạc trong sự nỗ lực lấy tín hiệu phía thu có khả năng sử
dụng được). Rất may mắn, điều chế FM và ít nhiều loại khác có thuộc
tính mang giá trị vào việc trấn áp cả tạp âm và nhiễu.
Thuộc tính này được gọi là sự làm giảm tạp âm băng rộng, bởi
nó yêu cầu băng thông truyền đi phải tốt hơn so với băng thông của tín
hiệu điều chế. Điều chế băng rộng như vậy cho phép người thiết kế
trao đổi băng thông tăng lên để giảm công suất tín hiệu, một điều
tương ứng tuân theo định lý Hartley-Shannon. Chú ý rằng một tần số
sóng mang cao hơn cần phải thích hợp với điều chế băng rộng.
Điều chế để cấp phát tần số. Khi bạn bật đài hay ti vi từ trạm

phát thanh, bạn sẽ lựa chọn một trong số nhiều tín hiệu nhận được lúc
đó. Từ mỗi đài phát thanh có một tần số sóng mang được phân phối
khác nhau, tín hiệu mong muốn có thể được tách ra từ những tín hiệu
khác nhau nhờ bộ lọc. Nó không phải để điều chế, chỉ một trụ sở có thể
phát thanh truyền hình trong một khu vực đã định sẵn; cũng thế, hai
hoặc nhiều trạm phát thanh truyền hình tạo nên tình trạng lộn xộn
không thành công của nhiễu (chống nhiễu thành công).
Điều chế để ghép kênh. Ghép kênh là quá trình kết hợp các tín
hiệu riêng biệt để truyền đồng thời tín hiệu trên một kênh. Ghép kênh
phân chia theo tần số (FDM) sử dụng điều chế sóng mang CW để
đặt từng tín hiệu vào một tần số sóng mang khác nhau, và một hệ
thống các bộ lọc tách tín hiệu ở nơi nhận. Ghép kênh phân chia theo
thời gian (TDM) sử dụng điều chế xung để lấy mẫu các khe thời gian
không chồng lấn sang nhau. Trở lại hình vẽ 1.2-1c, ví dụ khoảng trống
giữa các xung có thể được lấp kín bằng lấy mẫu những tín hiệu khác
nhau. Một kênh chuyển mạch ở máy thu sau đó phân chia các mẫu để
xây dựng lại tín hiệu. Ứng dụng của ghép kênh bao gồm phát thanh
truyền hình nổi FM, dây cáp truyền hình và điện thoại từ xa.
Sự thay đổi của ghép kênh là đa truy nhập (MA). Bởi vì ghép
kênh kéo theo một sự phân công ổn định của nguồn thông tin thông
thường (như quang phổ tần số) ở cấp địa phương, MA liên quan đến
việc chia sẻ từ xa của nguồn. Ví dụ, đa truy nhập phân chia theo mã
(CDMA) sắp xếp một từ mã duy nhất cho từng người sử dụng tế bào số,
và những đường truyền đặc thù được tách ra bởi mối quan hệ giữa từ
mã của bên phát mong muốn và phần bên thu nhận được. Từ khi CDMA
cho phép nhiều người dùng khác nhau chia sẻ ở cùng dải tần một cách
đồng thời, nó cung cấp một con đường khác nhau để tăng hiệu quả
truyền thông.
Những phương pháp và lợi ích của mã hóa.
Chúng ta đã miêu tả việc điều chế như một sự hoạt động xử lý tín

hiệu của việc truyền dẫn hiệu quả. Mã hóa là một hoạt động xử lý,
biến đôi ký hiệu để cải thiện sự truyền thông khi thông tin là tín hiệu số
hay có thể gần ở dạng ký tự riêng biệt. Cả mã hóa và điều chế có lẽ
cần thiết cho việc truyền tín hiệu số khoảng cách dài đáng tin cậy.
Hoạt động của bộ mã hóa biến đổi một thông tin dạng số thành
một dãy ký tự mới. Giải mã chuyển đổi một dãy tín hiệu mã hóa trở về
thông tin ban đầu, dĩ nhiên, số ít các lỗi đã gây ra bởi cơ chế lan
truyền. Xem xét nguồn tín hiệu số khác nhau có M >> 2 kí tự. Truyền
không mã hóa một bản tin từ nguồn sẽ yêu cầu M dạng sóng khác
nhau, mỗi dạng cho từng kí tự. Cách luân phiên, từng kí tự có thế được
tượng trưng bởi một từ mã nhị phân bao gồm K chữ số nhị phân. Vì có
2
K
từ mã có khả năng lắp ghép từ K chữ số nhị phân, chúng ta cần K ≥
log, M chữ số trên từ mã sẽ mã hóa M nguồn kí tự. Nếu nguồn đưa ra r
kí tự trên giây, từ mã nhị phân sẽ có Kr chữ số trên giây, và yêu cầu
băng thông truyền đi là K lần băng thông của một tín hiệu không mã
hóa.
Trong sự thay đổi để tăng băng thông, mã hóa nhị phân của M kí
tự của nguồn tạo ra hai thuận lợi. Thứ nhất, phần cứng ít phức tạp là
cần thiết để điều khiển một tín hiệu nhị phân chỉ bao gồm hai dạng
sóng khác nhau. Thứ hai, cơ chê nhiễu có ít tác động vào một tín hiệu
nhị phân hơn nó có thể gây ra trên một tín hiệu gồm M dạng sóng khác
nhau, vì thế sẽ ít lỗi bởi nhiễu hơn. Do đó, phương pháp mã hóa này về
cơ bản là một phương pháp số để giảm nhiễu bẵng rộng.
Mã hóa kênh là một phương pháp dùng để đưa ra sự điều khiển
cải thiện nhiều hơn khả năng thực hiện trong một kênh có nhiễu. Mã
hóa điều khiển lỗi đi xa hơn trong việc điều khiển giảm nhiễu băng
rộng. Nhờ nối kết thêm các chữ số kiểm tra cho từng từ mã nhị phân,
chúng ta có thể tìm lỗi, hoặc thậm chi sửa chữa, phần lớn các lỗi được

tính đến. Mã hóa điều khiển lỗi làm tăng độ phức tạp của cả băng
thông và phần cứng, nhưng nó đem lại kết quả tốt trong giới hạn của
truyền thông số hầu như không có lỗi mặc dù tỉ số tín hiệu trên tạp âm
thấp.
Bây giờ, hãy xem xét giới hạn hệ thống chủ yếu khác: băng
thông. Nhiều hệ thống thông tin dựa vào mạng lưới điện thoại để
truyền dẫn. Từ khi băng thông của hệ thống truyền dẫn bị giới hạn bởi
sự trình bày thiết kế hàng thập kỷ, nhằm tăng tỉ số dữ liệu, băng thông
tín hiệu phải được tăng. Hệ thống liên kết dữ liệu máy tính tốc độ cao
là một ứng dụng đưa ra như việc tăng dữ liệu. Phương pháp mã hóa
nguồn tạo thuận lợi cho sự hiểu biết thống kê của tín hiệu nguồn cho
phép mã hóa hiệu quả. Như vậy, mã hóa nguồn có thể được quan sát
như mã hóa hai kênh, trong đó nó làm giảm sự phức tạp để đạt được
hiệu quả mong muốn.
Cuối cùng, những lợi ích của mã hóa số có thể được kết hợp chặt
chẽ trong truyền thông tương tự với sự giúp đỡ của một phương pháp
chuyển đổi tương tự sang số như điều chế xung mã (PCM). Một tín hiệu
PCM được sinh ra nhờ lấy mẫu bản tin tương tự, lượng tử hóa những giá
trị lấy mẫu, và mã hóa các hàm lấy mẫu. Trong mục tiêu truyền tín
hiệu số đáng tin cậy, có thể thay đổi được, và có hiệu quả, PCM đã trở
thành một phương pháp quan trọng trong truyền thông tín hiệu tương
tự. Hơn nữa, khi đồng thời với bộ vi xử lý tốc độ cao, PCM làm cho nó
có khả năng thay đổi xử lý tín hiệu số để hoạt động tương tự.
1.3 Quá trình trong lịch sử và tác động đến xã hội
Trong đời sống hằng ngày, chúng ta thường công nhận những
công nghệ mạnh mà cho phép chúng ta giao tiếp, gần như ngay lập
tức, với mọi người khắp thế giới. Nhiều người trong chúng ta bây giờ có
nhiều số điện thoại để sử dụng ở nhà, điện thoại cho kinh doanh, máy
fax, modem, các thiết bị truyền thông không dây cá nhân. Chúng ta gửi
văn bản, truyền hình, và âm nhạc qua thư điện tử, và lướt mạng để tìm

thông tin cùng giải trí. Chúng ta có nhiều trạm phát thanh truyền hình
hơn chúng ta biết làm gì với nó, và “điện tử nhanh” cho phép các thiết
bị trong gia đình giữ cho ta những thông báo về tình trạng của chúng.
Thật khó để tin rằng phần lớn các công nghệ đó đã được phát triển
trong hơn 50 năm.
Quá trình phát triển trong lịch sử
Tổ chức của văn bản này đã được điều khiển bởi sự đánh giá
mang tính sư phạm và không nhằm mang lại sự phát sinh của hệ thống
thông tin. Để đưa ra ngắn gọn nhất tiến trình lịch sử, một bản phác
thảo theo thứ tự thời gian của thông tin điện tử được đưa ra trong bảng
1.3-1. Bảng đã liệt kê các sáng chế, nhà khoa học tìm ra, giấy tờ quan
trọng, và kết hợp tên với các sự kiện đó.
Năm Sự kiện
1800-
1837
Sự phát triển đầu tiên: Volta khám phá ra pin đầu
tiên; luận án toán học của Fourier, Cauchy, và
Laplace; thí nghiệm trên điện học và từ học của
Oersted, Ampe, Faraday, và Henry; định luật Ôm
(1826); hệ thống điện báo của Gauss, Weber và
Wheatstone.
1838-
1866
Điện báo: Morse hoàn thành hệ thống của mình;
Steinheil tìm ra rằng Trái đất có thể có một quỹ
đạo dòng điện; khởi đầu các dịch vụ thương mại
(1844); phát minh ra dịch vụ ghép kênh; Wiliam
Thomson (Lord Kelvin) tính toán đáp ứng xung
của đường điện báo (1855); dây cáp xuyên Đại
Tây Dương được lắp ráp bởi Cyrus Field và

các cộng sự.
1845 Các định luật mạch điện của Kircho‰ được đề ra.
1864 Phương trình Maxwell dự đoán được bức xạ điện
từ.
1876-
1899
Điện thoại: Máy biến đổi âm thanh được hoàn
thành bởi Alexander Grahm Bell, sau đó ít lâu
được thử nghiệm bởi Reis; thay đổi điện thoại đầu
tiên, ở New Haven, với 8 đường dây (1878); Máy
biến đổi của Edison; giới thiệu các khối mạch dây
cáp; Strowger đưa ra máy chuyển mạch bước
nhảy tự động (1887); lý thuyết tải cáp của
Heaviside, Pupin, và Campbell.
1887-
1907
Điện báo không dây: Heinrich Hertz kiểm tra học
thuyết Maxwell, chứng minh bởi Marconi và
Popoy; Marconi sáng chế ra một hệ thống điện
báo không dây hoàn toàn (1897); học thuyết điều
chỉnh mạch điện của Sir Oliver Lodge; bắt đầu
các dịch vụ thương mại, bao gồm hệ thống thông
tin xuyên đại dương.
1892-
1899
Những công bố của Oliver Heaviside trên mạch
điện dùng phép toán tử và điện từ.
1904-
1920
Thông tin điện tử: Lee De Forest phát minh ra đèn

ba cực (đèn tri ốt) dựa trên đi-ốt bán dẫn
Fleming; các loại máy lọc cơ bản được đưa ra bởi
G. A. Campbell và một số khác; thí nghiệm với
truyền vô tuyến AM; đường điện thoại xuyên lục
địa với những bộ phát tín hiệu điện tử bởi Hệ
thống Bell (1915); giới thiệu điện thoại có ghép
kênh sóng mang; E. H. Armstrong hoàn thành
máy nhận vô tuyến đổi tần hai lần (1918); trạm
truyền sóng mang tính thương mại đầu tiên,
KDKA, Pittsburgh.
1920-
1928
Lý thuyết truyền dẫn: Giới hạn trên lý thuyết của
truyền tín hiệu và nhiễu bởi J. R. Carson, H.
Nyquist, J. B. Johnson và R. V. L. Hartley.
1923-
1938
Phát thanh truyền hình: Hệ thống hình thành ảo
máy móc chứng minh bởi Baird và Jenkins; các
học thuyết phân tích đòi hỏi băng thông;
Farnsworth và Zworykin đề ra hệ thống điện tử;
ống chân không chiếu sáng nhờ ca-tôt được hoàn
thành bởi Du Mont và những người khác; bắt đầu
kiểm tra trường và thí nghiệm quảng bá. Ủy ban
Truyền thông Liên bang được thành lập.
Bảng 1.3-1 Thứ tự thời gian của thông tin điện tử.
Năm Sự Kiện
1931 Bắt đầu dịch vụ máy đáng chữ
1934 H.S.Black phát triển bộ khuếch đại âm phản hồi
1936 Bài báo của Astrong trình bày các trường hợp về điều chỉnh tần số cho

đài phát thanh
1937 Alec Reeves hình thành ý tưởng về điều chế mã xung
1938-1945 Rada trong chiến tranh thế giới thứ 2 và sự phát triển của vi ba số, FM
được sử dụng rộng rãi trong thông tin lien lạc quân sự,cải tiến các thiết bị
điện tử, phần cứng và lý thuyết trong tất cả các lĩnh vực.
1944-1947 Lý thuyết thống kê thông tin liên lạc của Rice phát triển một đại lượng
toán học đại diện cho nhiễu; Weiner, Kolmogoroff, and Kotel'nikov áp
dụng phương pháp thống kê để phát hiện tín hiệu.
1948-1950 Lý thuyết thông tin và mã hóa của C.E.Shannon xuất bản đã lập lên
những trang mới cho thuyết thông tin; Hamming và Golay đưa ra cách
sửa lỗi mã
1948-1951 Tranzito được phát minh bởi Bardeen, Brattain và Shockley.
1950 Ghép kênh phân chia theo thời gian được áp dụng cho thông tin thoại.
1953 Tiêu chuẩn TV màu được xây dựng ở Mỹ.
1955 J. R. Pierce đề xuất hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh.
1956 Cáp biển đầu tiên (36 kênh thoại)
1958 Hệ thống truyền dữ liệu đường dài được phá triển cho mục đích quân sự.
1960 Maiman tìm thấy laze đầu tiên
1961 Mạng tích hợp đi vào sản suất, chương trình phát sóng âm thanh FM bắt
đầu ở Mỹ.
1962 Thông tin vệ tinh bắt đầu với Telstar 1
1962-1966 Dịch vụ truyền thông số tốc độ cao được cung cấp, dịch vụ điện thoại
Touch-Tone được giới thiệu, các kênh băng rộng được thiết kế cho tín
hiệu số, điều chế xung- mã chứng minh tính khả thi cho truyền kênh thoại
và hình, bước đột phá lớn trong lý thuyết và thực hiện truyền thông số,
bao gồm các phương pháp mã hóa điều khiển lỗi bởi Viterbi và những
người khác, và sự phát triển cân bằng thích ứng bởi Lucky và đồng
nghiệp.
1963 Trạng thái cứng của viba dao động được hoàn thiện bởi Gunn.
1964 Hệ thống chuyển đổi điện thoại hoàn toàn điện tử đi vào phục vụ.

1965 Mariner IV truyền hình ảnh từ sao Hỏa về Trái đất.
1966-1975 Hệ thống cáp truyền thông băng rộng, dich vụ vệ tinh thương mại tiếp tục
trở nên có sẵn, liên kết quang học bằng laser và sợi quang
1969 ARPANET được sáng lập (tiền thân của Internet)
1971 Intel phát triển bộ vi xử lý chip đơn đầu tiên
1972 Motorola phát triển điện thoại di động, phát sóng truyền hình trực tiếp
đầu tiên qua Đại Tây Dương thông qua vệ tinh.
1980 Đĩa nén được phát triển bởi Philips và Sony
1981 FCC thông qua các quy tắc tạo lên dịch vụ điện thoại di động thương
mại, máy tính IBM được giới thiệu (ổ đĩa cứng được giới thiệu hai năm
sau đó).
1982 AT & T đồng ý gạt bỏ 22 công ty dịch vụ điện thoại địa phương, bảy hệ
thống công ty điều hành khu vực Bell hình thành.
1985 Máy fax được phổ biến rộng rãi trong các văn phòng.
1988-1989 Lắp đặt cáp quang xuyên Thái Bình Dương và Đại Tây Dương cho thông
tin liên lạc sóng ánh sáng.
1990-2000 Hệ thông truyền thông số, xử lý tín hiệu số và các hệ thống thông tin liên
lạc trong các thiết bị gia dụng,kỹ thuật số điều chỉnh thu, mô tả trình tự
lan truyền hệ thống phổ, dịch vụ tích hợp kỹ thuật số mạng (ISDNs);tiêu
chuẩn truyền hình kỹ thuật số độ nét cao (HDTV) phát triển, máy nhắn
tin kỹ thuật số, máy tính cầm tay, kỹ thuật số di động
1994-1995 FCC kiếm 7,7 tỷ đô trong cuộc bán đấu giá phổ tần cho thiết bị thông tin
liên lạc băng rộng cá nhân.
1998 Dịch vụ truyền hình kỹ thuật số đưa ra ở Mỹ.
Một số thuật ngữ đã được đề cập trong bảng này, trong khi những thuật ngữ khác
sẽ được diễn dải cụ thể ở những chương sau khi chúng ta bàn về tầm ảnh hưởng và mối
tương quan của các sự kiện cụ thể. Do đó bạn có thế tìm kiếm nó một cách dễ dàng
thông qua xem lại bảng thời gian này.
Những tác động đến xã hội
Hành tinh của chúng ta cảm thấy nhỏ bé hơn so với những tiến bộ vượt bậc trong

thông tin liên lạc. Nhiều nguồn tin liên tục cung cấp cho chúng tôi với những tin tức mới
nhất của các sự kiện trên thế giới, và các nhà lãnh đạo sử dụng những điều tuyệt vời này
để hình thành những ý kiến trong làm chủ quốc gia trong và ngoài nước. Công nghệ
truyền thông thay đổi cách chúng ta làm kinh doanh, và các công ty mạnh không thể
thích ứng đang dần biến mất. Ngành công nghiệp cáp và viễn thông tách và hợp nhất với
một tốc độ chóng mặt, và ranh giới giữa các công nghệ và phần cứng máy tính và các
công ty phần mềm đang trở nên mờ nhạt. Chúng ta có thể (và dự kiến) được kết nối
24 giờ một ngày, bảy ngày một tuần, có nghĩa là chúng ta có thể tiếp tục nhận được E-
mail, điện thoại và fax liên quan đến công việc trong khi đi nghỉ tại bãi biển hoặc trong
một khu vực rất xa. Những thay đổi công nghệ thúc đẩy các cuộc cạnh tranh về những
chính sách mới, chủ yếu là về các vấn đề riêng tư cá nhân, an ninh thông tin và bảo hộ
quyền tác giả. Các doanh nghiệp mới tận dụng lợi thế của công nghệ mới với tốc độ
nhanh hơn so với luật pháp và các chính sách cần thiết để giải quyết các vấn đề này. Với
rất nhiều hệ thống máy tính kết nối Internet, các cá nhân độc ác có thể nhanh chóng phát
tán virus máy tính trên toàn cầu. Điện thoại di động trở lên rất phổ biến, do đó các rạp hát
và nhà hàng đã tạo ra chính sách để quản lý sử dụng điện thoại. Ví dụ, một thời gian
không lâu trước một chương trình sẽ hiện lên một thông báo rằng không được phép hút
thuốc trong phòng họp. Bây giờ một số rạp chiếu phim yêu cầu khán giả phải tắt điện
thoại di động. Pháp luật của Nhà nước, thành phố trực thuộc Trung ương, và những ủy
ban công ích phải thay đổi để thích ứng với cuộc cách mạng viễn thông. Và lực lượng
lao động phải được trang bị những tiến bộ trong công nghệ thông qua giáo dục thường
xuyên.
Với công nghệ mới phát triển theo cấp số mũ, chúng tôi không thể nói chắc chắn
thế giới sẽ như thế nào trong 50 năm nữa. Tuy nhiên, một nền tảng các vấn đề cơ bản của
hệ thống thông tin liên lạc, sự sáng tạo, cam kết áp dụng luật của công nghệ, và kỹ năng
giải quyết vấn đề sẽ trang bị cho các kỹ sư thông tin những định hướng trong tương lai.
1.4 Lời giới thiệu
Cuốn sách này giới thiệu một cách toàn diện về truyền thông tương tự và kỹ thuật
số. Việc xem xét những tài liệu gốc liên quan đến mỗi chủ đề sẽ được trình bày. Mỗi
chương bắt đầu với một cái nhìn tổng quan về các đối tượng được nghiên cứu và một

danh sách liệt kê các chủ điểm được học. Trong suốt văn bản, chúng tôi chủ yếu dựa trên
các mô hình toán học để giải quyết các vấn đề phức tạp. Hãy ghi nhớ, tuy nhiên các mô
hình như vậy phải được kết hợp giữa lý luận vật lý và đánh giá kỹ thuật.
Chương 2 và 3 làm việc với các tín hiệu xác định, phân tích trong miền thời gian và
tần số của việc truyền tín hiệu, nhiễu và lọc. Chương 4 và 5 thảo luận về làm thế nào và
lý do tại sao có các dạng khác nhau của điều chế mã sóng. Các chủ đề cụ thể bao gồm
điều chế dạng sóng, máy phát, và băng thông truyền dẫn. Lấy mẫu và điều chế xung được
giới thiệu trong chương 6, sau đó là hệ thống điều chế tương tự, bao gồm cả thu, hệ thống
ghép kênh, và các hệ thống truyền hình trong chương 7. Trước khi thảo luận về tác động
của nhiễu trên hệ thống điều chế CW trong Chương 10, Chương 8 và 9 áp dụng lý
thuyết xác suất và thống kê để nghiên cứu tín hiệu ngẫu nhiên và nhiễu.
Thông tin số bắt đầu trong chương 11 với truyền tải băng cơ bản(điều chế), do đó,
chúng ta có thể tập trung vào các khái niệm quan trọng của các tín hiệu số và phổ, nhiễu
và lỗi, và đồng bộ hóa.Chương 12 được rút ra sau khi học những chương trước để phục
vụ cho việc nghiên cứu điều chế mã xung, bao gồm cả PCM và hệ thống đa truy nhập số.
Một cuộc khảo sát ngắn về mã điều chỉnh lỗi được trình bày trong chương 13. Chương 14
nghiên cứu hệ thống truyền dẫn số của điều chế CW, so sánh hiệu xuất của các phương
pháp khác nhau. Một bài viết mở rộng về hệ thống trải phổ được trình bày trong Chương
15.Cuối cùng, giới thiệu lại về lý thuyết thông tin trong Chương 16 để xem xét về truyền
thông số và hoàn thiện lại chúng bởi định luật Hartley-Shannon.
Mỗi chương chứa vài bài tập được thiết kế để làm rõ và củng cố các khái niệm và
các kỹ thuật phân tích. Bạn nên làm việc các bài tập này sau khi bạn học, kiểm tra kết quả
của bạn với câu trả lời được cung cấp ở mặt sau của cuốn sách. Ngoài ra ở phía sau, bạn
sẽ tìm thấy các bảng tóm tắt tiện dụng của các tài liệu quan trọng và các mối quan hệ
toán học thích hợp cho mỗi bài tập và các vấn đề ở cuối của mỗi chương.
Mặc dù chúng tôi chủ yếu là mô tả hệ thống thông tin liên lạc trong những điều
khoản được quy định của "hộp đen”, chúng tôi thỉnh thoảng sẽ nhìn vào mạch điện tử để
thực hiện các hoạt động cụ thể. Như vậy những lỗi sẽ được minh họa cụ thể chứ không
phải là một phương pháp giải toàn diện trong lĩnh vực điện tử viễn thông.
Bên cạnh các cuộc thảo luận về điện tử, các chủ đề tùy chọn hoặc cao cấp hơn đã

được xen kẽ trong các chương khác nhau và được xác định bởi các ký hiệu đặc biệt. Các
chủ đề này có thể được bỏ qua. Những tài liệu bổ sung khác được chứa ở phụ lục.
Hai loại tài liệu tham khảo đã bao gồm sách và các bài báo được trích dẫn trong
cac chương cung cấp thêm thông tin về các mục cụ thể.Tài liệu tham khảo bổ sung được
thu thập trong một danh sách đọc bổ xung, như là một chú thích tham khảo cho những
người muốn theo đuổi các đối tượng một cách chuyên sâu hơn.
Cuối cùng, như bạn đã có thể quan sát, các kỹ sư viễn thông sử dụng nhiều thuật
ngữ và từ viết tắt. Hầu hết các chữ viết tắt được định nghĩa trong cuốn sách này đã được
liệt kê trong phần mục lục, bạn có thể tham khảo nếu bạn quên định nghĩa nào đó.
Chương 2
Tín hiệu và phổ
Nội dung chương
2.1 Giới hạn phổ và chuỗi Fourier
Pha và giới hạn phổ, chu kì tín hiệu và điều kiện hội tụ năng lượng trung bình của chuỗi
Fourier, định lý năng lượng của Gibbs Phenomenon Parseval.
2.2 Biến đổi Fourier và phổ liên tục
Tính đối xứng và nhân quả của tín hiệu trong khai triển Fourier, định lý năng lượng của
Rayleigh, định lý đối ngẫu.
2.3 Quan hệ thời gian và tần số
Chồng chất thời gian trễ và quy mô thay đổi tần số dịch và biến đổi tích phân và vi phân.
2.4 Tích phân kép định lý kép
2.5 Xung và biến đổi trong giới hạn
Tính chất của xung đơn vị, bước tần của xung và hàm dấu của xung trong miền
thời gian.
Tín hiệu điện là sự biến đổi theo thời gian của điện áp hoặc dòng điện. Mặc dù một
tín hiệu tự nhiên tồn tại trong miền thời gian, chúng tôi cũng có thể mô tả nó trong miền
tần số, chúng ta có thể xem các tín hiệu đó dạng hình sin ở các tần số khác nhau. Mô tả
miền tần số này được gọi là phổ.
Phân tích phổ bằng cách sử dụng phương pháp biến đổi Fourier là một trong
những phương pháp cơ bản của kỹ thuật viễn thông. Nó cho phép chúng ta xử lý toàn bộ

các tín hiệu có tính chất tương tự nhau trong miền tần số, chứ không phải gặp khó khăn
trong phân tích trong miền thời gian của tín hiệu riêng rẽ. Hơn nữa, khi kết hợp với các
đặc tính tần số đáp ứng của các bộ lọc và các thành phần hệ thống khác, phương pháp
quang phổ cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị cho công việc thiết kế.
Do đó, chương này được dành cho phân tích tín hiệu và phổ, đặc biệt chú ý đến
việc làm sáng tỏ thuộc tính của tín hiệu trong miền tần số. Chúng ta sẽ kiểm tra giới hạn
phổ cơ bản trên việc mở rộng chuỗi Fourier của tín hiệu tuần hoàn và sự liên tục phổ cơ
bản dựa trên phép biến đổi Fourier của tín hiệu không tuần hoàn. Hai loại phổ cuối cùng
sẽ được sáp nhập với sự giúp đỡ của các khái niệm xung.
Bước đầu tiên trong phân tích quang phổ, chúng ta phải viết phương trình mô tả
các tín hiệu theo hàm thời gian. Tuy nhiên, phương trình như vậy chỉ là mô hình toán học
của thế giới thực, và có các mô hình không hoàn hảo ở đó. Trong thực tế, việc mô tả
chính xác hoàn toàn các tín hiệu vật lý sẽ là khá phức tạp và không thực tế cho các mục
đích kỹ thuật. Do đó, chúng tôi cố gắng để đưa ra các mô hình tượng trưng với độ phức
tạp nhỏ nhất các thuộc tính quan trọng của các tín hiệu vật lý. Nghiên cứu các mô hình
tín hiệu khác nhau cung cấp cho chúng tôi với các nền tảng cần thiết để lựa chọn mô hình
thích hợp cho các ứng dụng cụ thể.Trong nhiều trường hợp, các mô hình này sẽ chỉ áp
dụng cho các tín hiệu đặc biệt . Trong suốt chương này việc phân loại tín hiệu theo những
chuyên đề sẽ được dựa trên những thuộc tính đặc biệt của chúng.
Mục tiêu
Sau khi nghiên cứu chương này và làm việc tập các bài tập, bạn sẽ có thể làm mỗi ý sau
đây:
1. Phác thao và dán nhãn cho một hoặc hai mặt của vạch phổ bao gồm tổng của các tín
hiệu sin ( phần 2.1)
2.Tính giá trị trung bình, công suất trung bình và tổng năng lượng của một tín hiệu đơn
(phần 2.1 và 2.2)
3.Viết biểu thức hàm mũ của chuỗi Fourier và hệ số, lượng giác Fourier và biến đổi
Fourier ngược (phần 2.2)
4.Xác định các thuộc tính trong miền thời gian của tín hiệu từ miền tần số của nó và
ngược lại ( phần 2.2).

5.Phác thảo và dán nhãn phổ của một dãy xung hình chữ nhật, một xung hình chữ nhật,
hoặc xung sin (phần 2.1 và 2.2)
6. Nói rõ và ứng dụng định lý công suất của Parseval và định lý năng lượng của
Rayleigh ( phần 2.1 và 2.2).
7. Nói rõ phép biến đổi của các định lý sau đây: chồng chất, thời gian trễ, thay đổi quy
mô, dịch tần số và điều chế, vi phân và tích phân (phần 2.3).
8. Sử dụng phép biến đổi các định lý để tìm và vẽ phổ của một tín hiệu được xác định
trong miền thời gian (phần 2.3).
9. Thiết lập tích chập và đơn giản hóa nó càng nhiều càng tốt khi một trong những hàm là
một xung hình chữ nhật (phần 2.4).
10.Trình bày và chỉ ra ứng dụng định lý xếp (phần 2.4)
11.Đánh giá hoặc đơn giản hóa các biểu thức có chứa xung (phần 2.5).
12. Tìm phổ của một tín hiệu bao gồm các hệ số, bước xung, xung sin hoặc xung chữ
nhật và tam giác (phần 2.5).
2.1 Giới hạn phổ và chuỗi Fourier
Phần này giới thiệu và giải thích trong miền tần số của việc quay góc pha.Chúng
tôi sẽ bắt đầu với các vạch phổ của một tín hiệu hình sin.Sau đó, chúng tôi sẽ mở rộng
chuỗi Fourier để có được những vạch phổ của bất kỳ tín hiệu tuần hoàn mà có công suất
trung bình hữu hạn.
Pha và giới hạn phổ
Xem xét dạng sóng hình sin hoặc ac (xen kẽ hiện tại) dạng sóng u (t) vẽ trong Hình
2,1-1. Theo quy ước, chúng ta chuyển về của hàm cosin:
v(t) = A cos (ω t + φ ) (1)
trong đó A là biên độ, w là tần số (radian), là góc pha và trên thực tế nó sẽ lớn nhất tại
thời điểm ban đầu và tại t= - /w Phương trình (1) có nghĩa là v (t) tuần hoàn với chu kỳ T
= 2π /ω. Nghịch đảo của chu kì bằng tần số:
f=1/T (2)
đơn vị là 1/s hoặc hec.
Rõ ràng, không có tín hiệu thực sự nào truyền mãi mãi, nhưng công thức (1) có thể
coi là một mô hình hợp lý cho một dạng sóng hình sin kéo dài một thời gian dài so với

chu kì.Đặc biệt, mạch xoay chiều ở trạng thái ổn định phụ thuộc vào sự tồn tại các hàm
sin được mô tả bởi một hàm mũ hoặc pha phức tạp.Pha cũng đóng một vai trò quan trọng
trong phân tích quang phổ.
Biểu diễn pha của một tín hiệu hình sin xuất phát từ đinh lý Euler.
= cos θ +j sinθ (3)
Hình 2.1-1 Dạng sóng của phương trình v(t)=Acos(ω
0
t+φ)
CHƯƠNG 2
•
Tín hiệu và phổ
Trong đó j
1−@
và
θ
là một góc bất kỳ. Nếu ta cho
θ
=
0
ω
t +
φ
ta có thể viết bất kỳ
hàm sin nào như là phần thực mũ phức, cụ thể là
A cos (
0
ω
t +
φ
) = A Re [

0
( )j t
e
ω φ
+
]
= Re [
e
j
A
φ
0
e
j t
ω
]
Điều này được gọi là một pha đại diện vì biểu thức bên trong các khung có thể được
xem một vector quay trong mặt phẳng phức mà trục là phần thực và phần ảo, như hình
minh họa 2.1-2a. Pha có chiều dài A, quay ngược chiều kim đồng hồ với tần số
0
f
, và
tại thời điểm t = 0 tạo 1 góc
φ
với trục thực. Chiếu pha lên trục thực bằng hàm sin trong
Eq.(4)
Bây giờ quan sát rằng chỉ có ba tham số hoàn toàn xác định một phasor: biên độ, góc
pha, và tần số quay. Để mô tả phasor tương tự trên miền tần số, chúng ta phải kết hợp
tương ứng biên độ và pha với tần số đặc biệt
0

f
. Do đó, một mô tả trên miền tần số
thích hợp sẽ là đường quang phổ trong hình 2.1-2b, bao gồm hai phần: biên độ so với tần
số và pha so với tần số.Con số này xuất hiện đơn giản có khi là tầm thường, tuy nhiên có
giá trị khái niệm tuyệt vời khi mở rộng tín hiệu phức tạp hơn. Nhưng trước hết, bốn quy
định về đường quang phổ nên biết.
Trong tất cả các bản vẽ của chúng ta phổ biến dùng độc lập f hertz là chu kỳ tần số,
chứ không phải tần số góc radian
ω
, và bất kỳ tần số cụ thể chẳng hạn như fo sẽ
được xác định bởi một chỉ số. (Chúng tôi sẽ vẫn sử dụng
ω
có hoặc không có như
một ký hiệu viết tắt cho
2 f
π
cho đến khi sự kết hợp xảy ra như vậy thường
xuyên.)
/. Góc pha sẽ được đo lường đối với cosin sóng hoặc tương đương,
đối với các trục thực tích cực của sơ đồ phasor. Do đó, sóng sin
cần phải được chuyển đổi sang cos qua công thức
0
0 0
sin cos( 90 )t
ω ω
= −
(5)
0. Chúng ta quan tâm biên độ luôn luôn là một số dương. Khi xuất hiện dấu âm, chúng
phải được hiểu là ở các pha bằng cách sử dụng công thức
0

cos cos( 180 )A t A
ω ω
− = ±
(6)
Nó không quan trọng cho dù bạn có + 180
0
hoặc - 180
0
vì phasor đều kết thúc lên
trong cùng một nơi.
1. Đơn vị của góc pha thường là độ mặc dù cũng có những đơn vị khác chẳng hạn như
góc
t
ω
vốn là radian. Không có sự nhầm lẫn kết quả từ ký hiệu hỗn hợp này vì đơn
vị góc là độ luôn luôn dễ hình dung.
Để minh họa các quy ước và để thực hiện thêm ý tưởng của đường quang phổ, ta xem
tín hiệu sau: