Bài giảng Kỹ thuật hệ thống viễn thông - Chương 03: Truyền và tín hiệu lọc - Nguyễn Thanh Tuấn

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật hệ thống viễn thông - Chương 03: Truyền và tín hiệu lọc - Nguyễn Thanh Tuấn

1. 3.1 Hệ thống LTI ▪ Tuyến tính ▪ Bất biến ▪ Đáp ứng xung ▪ Hàm truyền ▪ Quan hệ vào-ra Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 2
2. Biến đổi Fourier thường gặp Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 4
3. Một số hàm truyền hệ thống Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 6
4. Bạn có biết? 1) Khi nào tín hiệu gọi là bị suy hao? Cách nào để khắc phục? 2) Khi nào tín hiệu gọi là bị méo dạng? Cách nào để khắc phục? 3) Khi nào tín hiệu gọi là không méo dạng? Điều kiện để đạt được là gì? 4) Khi nào tín hiệu gọi là bị nhiễu? Cách nào để khắc phục? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 8
5. Phân loại méo dạng ▪ Không méo dạng: + DC (mở rộng) ▪ Méo tuyến tính: do hệ thống tuyến tính (thường là kênh truyền) → xét hàm truyền (đáp ứng tần số) ▪ Méo phi tuyến: do hệ thống phi tuyến (thường là các thiết bị ở khối phát và thu) → xét đặc tính vào ra Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 10
6. Bộ cân bằng ▪ Chức năng ▪ Nguyên lý ▪ Vị trí ▪ Vẽ hàm truyền ▪ Viết biểu thức ▪ Thích nghi → uớc lượng kênh Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 12
7. Ví dụ ▪ Tìm lỗi sai trong bảng kết quả? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 14
8. Tính toán công suất ▪ Cộng (tổng) công suất: P = P1 + P2 (W, mW) ▪ Độ lợi công suất: g = Pout / Pin (W, mW) gdB = 10.log10(g) ▪ Suy hao công suất: L = Pin / Pout (W, mW) LdB = 10.log10(L) ▪ Quy ước: độ lợi > 1 (0 dB) và suy hao > 1 (0 dB) – Độ lợi 0.2 lần  Suy hao 5 lần (ưu tiên giá trị) – Suy hao 0.2 lần  Suy hao 5 lần (ưu tiên đặc tính) – Suy hao -20 dB  Suy hao 20 dB (ưu tiên đặc tính) Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 16
9. Tính toán suy hao công suất ▪ PoutW = PinW / L ▪ 10.log10(PoutW) = 10.log10(PinW / L) = 10.log10(PinW) – 10.log10(L) → PoutdBW = PindBW – LdB ▪ PoutmW = PinmW / L ▪ 10.log10(PoutmW) = 10.log10(PinmW / L) = 10.log10(PinmW) – 10.log10(L) → PoutdBmW = PindBmW – LdB Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 18
10. Ví dụ 2 System - 6 dBm ___ mW (1) + 19 dB ___ dBW (2) 1 W -2 dB - 4 dB + 35 dB (3) ___ dBm 40 mW -28 dB + 12 dB (4) ___ W - 19 dBm - 6 dB + 32 dB Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 20
11. Suy hao cáp truyền Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 22
12. Ví dụ 5 Cho 1 sợi cáp truyền có suy hao 100 lần. Nếu cắt đoạn cáp thành hai phần bằng nhau thì mỗi đoạn suy hao mấy lần, biết rằng: 1) Cáp có hệ số suy hao 3dB/km. 2) Cáp có hệ số suy hao 2dB/km. 3) Cáp có chiều dài ban đầu 3km. 4) Cáp có chiều dài ban đầu 2km. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 24
13. Suy hao trong không gian tự do Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 26
14. Tính công suất nhiễu P== S H().() f2 G f df ▪ Với hệ thống bất kì: nn ▪ Với bộ lọc lý tưởng băng thông BW: NN P= S =12 .00 df = 2 BW = N BW nn 22 0 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 28
15. Ví dụ 8 ▪ Parameter L is the transmission loss of the channel. The channel is also a source of noise. We are given the following parameters of the system: (i) The average noise level at the receiver is – 119.5 dBm, and (ii) We must maintain a signal-to-noise (SNR) ratio at the receiver to properly operate. PT (dBm) PR (dBm) Mobile Transmitter Receiver L (dB) 1) Calculate the average signal strength in dBm at the receiving antenna so that a 30 dB signal-to-noise (SNR) ratio is achieved. 2) If the propagation loss L is 100 dB, what is the minimum transmitter power needed to still maintain the 30 dB SNR ratio? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 30
16. Bộ lặp lại không tái tạo ▪ Cấu tạo: gồm bộ lọc thu và bộ độ lợi công suất với hệ số g cho trước. ▪ Trong trường hợp không cho hệ số g thì mặc định grepeater bù trừ suy hao trước đó. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 32
17. Ví dụ 10 ▪ Giả sử đường truyền chia thành m khoảng dài bằng nhau, mỗi khoảng suy hao công suất L1, và bộ lặp lại có độ lợi công suất L1 trong môi trường nhiễu AWGN với mật độ phổ công suất /2 → dùng m - 1 bộ lặp lại và 1 bộ lọc thu lý tưởng ➢ Độ cải thiện SNR có phụ thuộc công suất phát ST, mật độ phổ công suất nhiễu /2, băng thông bộ thu W và luôn tăng theo số bộ lặp lại? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 34
18. Bài tập 1 Cho hệ thống tuyến tính bất biến có hàm truyền H(f) như Hình 1. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 36
19. Bài tập 2 Cho tín hiệu băng gốc có tần số lớn nhất 5KHz và công suất 1@mW được truyền trực tiếp qua dây cáp có chiều dài 10km và hệ số suy hao công suất 2dB/km (tuyến tính theo dB). a) Tính công suất tín hiệu tại đầu cuối cáp truyền theo dBW trong trường hợp có sử dụng 1 bộ khuếch đại công suất có độ lợi 20dB và đặt cách đầu vào cáp truyền 2km. b) Làm lại câu a) trong trường hợp bộ khuếch đại công suất đặt cách đầu cuối cáp truyền 2km. c) Làm lại câu a) trong trường hợp bộ khuếch đại công suất đặt ngay chính giữa cáp truyền. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 38
20. Bài tập 2 (tt) g) Tính số bộ lặp lại tối ưu để tỉ số công suất tín hiệu trên nhiễu tại đầu cuối máy thu (S/N)D là lớn nhất; biết rằng các bộ lặp lại (có cùng độ lợi bù trừ suy hao từng chặng) cách đều nhau trên đường truyền và nhiễu AWGN ảnh hưởng như nhau với mỗi bộ lặp lại. h) Làm lại câu g) khi công suất phát tăng gấp đôi. i) Làm lại câu g) khi băng thông tín hiệu tăng gấp đôi. j) Làm lại câu g) khi chiều dài cáp truyền tăng gấp đôi. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 40
21. Bài tập 3 (tt) a) Tìm 1 biểu thức tín hiệu ngõ vào x1(t) khi tín hiệu ngõ ra có dạng y1(t) = 1@sin10 t (t:s). b) Vẽ dạng sóng của tín hiệu ngõ ra y2(t) khi tín hiệu ngõ vào 2 x2(t) = sin 2@0 t (t:s). c) Tính công suất của tín hiệu ngõ ra y3(t) khi tín hiệu ngõ vào x3(t) là chuỗi xung chữ nhật tuần hoàn có dạng sóng minh họa như Hình 1. d) Tìm điều kiện của tín hiệu ngõ vào để tín hiệu ngõ ra không méo dạng, nghĩa là y(t) = Kx(t-td). Xác định giá trị của K và td. e) Viết biểu thức hàm truyền của bộ cân bằng trong phạm vi tần số [3@  300] Hz. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 42
22. Bài tập 4 (tt) a) Tìm biểu thức tín hiệu ngõ vào x1(t) khi tín hiệu ngõ ra có dạng y1(t) = 1@sin100 t (t:s). b) Vẽ dạng sóng của tín hiệu ngõ ra y2(t) khi tín hiệu 2 ngõ vào x2(t) = 10sin 1@0 t (t:s). c) Tính giá trị của tín hiệu ngõ ra y3(t = 2ms) khi tín hiệu ngõ vào x3(t) = 20sin400 t – 1@cos500 t (t:s). d) Tính công suất của tín hiệu ngõ ra y4(t) khi tín hiệu ngõ vào x4(t) là chuỗi xung chữ nhật tuần hoàn có dạng sóng minh họa như Hình 1. e) Vẽ đáp ứng biên độ và pha của bộ cân bằng. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 44
23. Bài tập 6 ▪ Cho hệ thống truyền cáp với tổng suy hao L = 2@0dB có 10 khoảng lặp lại chiều dài bằng nhau (dùng 9 bộ lặp lại giống nhau) và tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại đầu cuối (S/N)D = 50dB. a) Xác định tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại đầu cuối (S/N)D theo dB khi không dùng bộ lặp lại. b) Xác định tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại đầu cuối (S/N)D theo dB khi dùng 99 bộ lặp lại. c) Xác định số bộ lặp lại tối thiểu để đảm bảo tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại đầu cuối (S/N)D ≥ 30dB. d) Xác định số bộ lặp lại tối ưu để tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại đầu cuối (S/N)D lớn nhất có thể. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 46
24. Bài tập 8 1) Tìm y(t) và Y(f) trong các trường hợp sau a) b) 2) Cần gắn thêm thành phần nối tiếp nào với hệ thống phi tuyến bậc hai trên để tạo thành hệ thống nhân đôi tần số? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 48
25. Bài tập 10 1) Tìm XA(a) 2) Tìm Xp(a) 3) Tìm công suất của tín hiệu x(t) 4) Tín hiệu x(t) có tuần hoàn không? Nếu có, tìm chu kì tuần hoàn và khai triển Fourier. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 50
26. Bài tập 12 ▪ Tính công suất? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 52
27. Bài tập 14 ▪ Cho hệ thống phi tuyến y( t) =+ x( t) 0.01 x2 ( t) và tín hiệu ngõ vào có phổ ff−+30 30 Xf( ) =22  +  10 10 1) Vẽ các phổ biên độ của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra. 2) Tính các năng lượng của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra. 3) Xác định và vẽ các hàm tự tương quan của tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra, biết rằng hàm tự tương quan và phổ biên độ bình phương là cặp biến đổi Fourier. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 54
28. Bài tập 15 (tt) Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 56
29. Bài tập 17 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 58
30. Bài tập 19 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 60