Điện điện tử - Chương 1: Giới thiệu

1Chương 1 1 1. Các phần tử 2. Kênh thông tin 3. Mô hình toán học CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 6:37 PM Chương 16:37 PM 2 Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình Thông tin số - ĐH Kỹ thuật Công nghệ TPHCM [2] John G. Proakis – Digital Communications 4th Edition – McGraw Hill [3] Nguyễn Viết Kính, Trịnh Anh Vũ – Thông tin số - NXB Giáo Dục, 2008 [4] Peyton Z. Feebles – Digital Communication Systems – Prentical Hall, 1987 26:37 PM Chương 1 3 Nội dung • Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin số (OVERVIEW ON DIGITAL COMMUNICATIONS) Các phần tử cơ bản của hệ thống thông tin số Kênh thông tin và những đặc trưng cơ bản Mô hình toán học cho kênh thông tin Những nét khái quát về quá trình phát triển của hệ thống thông tin số • Chương 2: Xác suất và quá trình ngẫu nhiên trong thông tin PROBABILITY AND STOCHASTIC PROCESSES Xác suất, biến ngẫu nhiên và những phân bố xác suất Quá trình ngẫu nhiên, phổ mật độ công suất Quá trình ngẫu nhiên rời rạc băng thông giới hạn và định lý lấy mẫu Tín hiệu và hệ thống ngẫu nhiên rời rạc Bài tập 6:37 PM Chương 1 4 Nội dung • Chương 3: Mã hóa nguồn – SOURCE ENCODING Mô hình toán học cho thông tin Entropy và đo lường thông tin cho các biến ngẫu nhiên liên tục Mã hóa nguồn rời rạc , thuật toán Lempel-Zip Lượng tử hóa biên độ Điều chế xung mã vi sai DPCM Mã hóa khối Mã hóa phân tích và tổng hợp Mã hóa giảm độ dư thừa thông tin Bài tập • Chương 4: Đặc tính hóa các hệ thống và tín hiệu thông tin CHARACTERIZATION OF COMMUNICATION SIGNALS AND SYSTEMS Biểu diễn các tín hiệu dãy thông Biểu diễn các tín hiệu dãy thông tuyến tính Biểu diễn các quá trình ngẫu nhiên dãy thông Biểu diễn không gian tín hiệu, các không gian vectors Biểu diễn các tín hiệu biến điệu số Đặc tính phổ của các tín hiệu biến điệu số Bài tập 36:37 PM Chương 1 5 Nội dung • Chương 5: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ DẢI NỀN BASEBAND DIGITAL TRANSMISSION. Tín hiệu và nhiễu Kỹ thuật biến điệu dải nền số (PSK, FSK, ASK,APK) Tách tín hiệu trong nhiễu Gauss Tách sóng Coherent Tách sóng non-coherent Sai số trong các hệ thống nhị phân Bài tập • Chương 6: PHÂN TÍCH TUYẾN THÔNG TIN COMMUNICATION LINK BUDGET ANALYSIS Kênh thông tin vô tuyến và những yếu tố suy cấp Công suất nhiễu và tín hiệu Phân tích Budget cho tuyến Chỉ số nhiễu, nhiệt độ nhiễu và nhiệt độ hệ thống Phân tích Budget cho một tuyến tiêu biểu Các trạm lặp vệ tinh Trade-off của hệ thống Bài tập 6:37 PM Chương 1 6 Nội dung • Chương 7: MÃ HÓA KÊNH – CHANNEL ENCODING Mã hóa chập Biểu diễn mã hóa chập Biểu diễn những vấn đề cho giải mã chập Đặc tính của Mã chập Thuật toán giải mã chập Mã phân kỳ thời gian và các ứng dụng Bài tập • Chương 8: MÃ HÓA VÀ GIẢI MÃ DỮ LIỆU DATA ENCRYPTION AND DECRYPTION Mô hình và mục tiêu của các hệ thống mã hoá dữ liệu Bảo mật của một hệ thống mật mã Mật mã thực tế Chuỗi mã hóa dữ liệu Bài tập 46:37 PM Chương 1 7 Danh sách đề tài mô phỏng 1. Các loại mã kênh: -Mã khối tuyến tính -Mã vòng -Mã BCH -Mã chập/Thuật toán Viterbi -Đan xen dữ liệu.... 2. Mã hóa dữ liệu 3. Bộ điều xung mã thực tế 4. Kỹ thuật trải phổ 5. Kỹ thuật đa truy nhập: TDMA, FDMA, CDMA 6. Kỹ thuật điều chế số: ASK, FSK, PSK, QAM 7. Kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao OFDM 8. Các loại mã đường dây 9. Hệ thống phân cấp PDH và SHD 10.Vấn đề đồng bộ mạng (Đồng bộ clock) 11. Vấn đề đồng bộ thông tin (Đồng bộ khối - Block Synchronization) 12. Hiện tượng ISI và cách khắc phục 13. Chuyển mạch: chuyển mạch kênh, gói, nhãn, ATM, chuyển mạch mềm 14. Báo hiệu: Báo hiệu kênh chung - CCS và báo hiệu kênh liên kết CAS 15. Thuê bao ADSL 16. Các hệ thống thông tin số: Hệ thống thông tin di động:GSM,CDMA 6:37 PM Chương 1 8 Các phần tử cơ bản Receiver Transmitter Source Encoder Source Decoder Channel Encoder Channel Decoder Demodulator Output signal Information source Modulator channelBit Error Rate (BER) / Symbol Error Rate (SER) 56:37 PM Chương 1 9 Các phần tử cơ bản  Information source: thông tin vào (có thể là tín hiệu tương tự hay số)  Source encoder (data compression): mã hoá nguồn, chuyển thông tin ngõ vào thành dạng chuỗi nhị phân  Có thể thêm vào sau source encoder khối Encrypt (bảo mật thông tin)  Channel encoder (mã hoá kênh): thêm vào các bit để phát hiện và sửa sai  Modulate (điều chế): truyền tín hiệu trên kênh truyền  Channel: môi trường vật lý từ máy phát đến máy thu 6:37 PM Chương 1 10 Các phần tử cơ bản  Các phần tử khác:  Multiplex (ghép kênh): kết hợp nhiều nguồn tín hiệu  Spread spectrum (trải phổ): trải rộng phổ tín hiệu  Multiple Access (đa truy nhập): cho phép nhiều user cùng sử dụng  Synchronization (đồng bộ) 66:37 PM Chương 1 11 Sơ đồ khối Lọc phổ Tín hiệu Lấy mẫu Lượng tử hoá Mã hoá dữ liệu (Bảo mật) Mã hoá nguồn Mã hoá kênh Mã đường truyền Bộ điều chế G H ÉP K ÊN H Khuếch đại Giải mã nguồn Giải mã dữliệu Giải mã kênh Mạch so Sánh và Quyết định Giải điều chế G IẢ I G H ÉP K ÊN H DAC ADC CODEC MODEM T.H ra Kê nh đa tr uy nh ậpT.H vào 6:37 PM Chương 1 12 Kênh thông tin và các đặc tính Đường điện thoại: tuyến tính, băng giới hạn, thích hợp cho truyền tiếng nói băng cơ sở hoặc thông dải (300-3400Hz). Cáp đồng trục: độ rộng băng tần lớn, chống nhiễu từ bên ngoài, suy giảm nhanh. Sợi quang: độ rộng băng tần khoảng 2x1013Hz, suy hao nhỏ, không chịu ảnh hưởng của giao thoa sóng điện từ. Kênh vi ba: dải tần 1-30 GHz, kênh truyền ny tin cậy nhưng điều kiện khí hậu có thể ảnh hưởng chất lượng đường truyền. Kênh di động: loại kênh phức tạp nhất trong truyền thông vô tuyến. Kênh vệ tinh: Tần số thường dùng cho phát lên là 6 GHz và xuống là 4 GHz. Độ rộng băng tần khoảng 500MHz. 76:37 PM Chương 1 13 Kênh thông tin và các đặc tính  Tín hiệu: các dữ liệu được truyền đi (bất kể dạng thức, nguồn gốc hay loại dịch vụ) đều được chuyển sang các bit dữ liệu nhị phân 0/1.  Máy phát: truyền đi một dạng sóng từ một tập các dạng sóng (xác định) trong một khoảng thời gian hữu hạn. Ví dụ: Hệ thống BPSK: bit 0 : s0(t) = cos0t; 0  t  T bit 1 : s1(t) = - cos0t; 0  t  T  Tập dạng sóng ở phía phát: {cos0t; -cos0t}  Máy thu: dựa vào tín hiệu thu được (đã bị thay đổi khi qua kênh truyền), máy thu phải quyết định dạng sóng nào đã được phát đi  dữ liệu thu được là gì? Ví dụ: Hệ thống BKSK ở trên: Máy thu: ??? cos0t hay -cos0t đã được truyền đi  dữ liệu 0/1.  Chất lượng hệ thống: được đánh giá thông qua xác suất lỗi bit Pe, hay BER (Bit Error Rate). Đại lượng này phụ thuộc vào phương pháp điều chế, phương pháp mã hóa, công suất máy phát, đặc tính kênh truyền,vv 6:37 PM Chương 1 14 Kênh thông tin và các đặc tính 86:37 PM Chương 1 15 Mô hình toán học của kênh thông tin  Kênh nhiễu cộng (additive noise channel) s(t) n(t) r(t)  Kênh lọc tuyến tính (linear filter channel) s(t) n(t) r(t) Lọc tuyến tính c(t) VD: Tín hiệu chỉ có tổn hao trong không gian tự do hay máy thu chỉ có ảnh hưởng do nhiễu nhiệt VD: Tín hiệu trên kênh thoại 6:37 PM Chương 1 16 Mô hình toán học của kênh thông tin  Kênh lọc tuyến tính biến đổi theo thời gian (linear time-variant filter channel) s(t) n(t) r(t) Lọc tuyến tính c(t) VD: Kênh thông tin di động 96:37 PM Chương 1 17Mạng thông tin điện thoại số Điện thoại người gọi Tổng đài nội  hạt công ty Đường dây bên  trong  văn  phòng công ty Tổng đài  chuyển  mạch nội hạt Đoạn dây cuối Đường dây  trung kế Trung kế  đường dài Tổng đài  chuyển mạch đường dài Tổng đài   chuyển mạch  đường dài Tổng đài  chuyển  mạch nội hạt Tổng đài nội hạt  công ty Điện thoại người nhận Mạng thông tin số 6:37 PM Chương 1 18 Máy tính của  người sử dụng Thiết bị liên lạc máy   tính Modem Nhà cung cấp  dịch vụ  Internet Máy  chủ Bộ định  tuyến Bộ định  tuyến Cơ sở dữ liệu cộng tác và hệ thống  máy tính  hỗ trợ cho sự  hoạt động của  trangWeb Máy chủ Web Mạng thông tin máy tính Mạng thông tin số 10 6:37 PM Chương 1 19 Mạng thông tin số Truyền tin  xa Dịch vụ Video Dịch vụ  thoại Dịch vụ  thư nhanh và dữ liệu         Dịch vụ  thông tin Dịch vụ  bảo mật Đo lường từ xa Mua sắm  từ xa Truyền ảnh tĩnh Điện thoại Máy tính đa  phương tiện Máy  tính Video tốc độ  chậm Điện thoại Truyền  ảnh tĩnh Truy cập đa  dịch vụ sơ  cấp Chuyển mạch  nội hạt Truy cập đa  dịch vụ cơ sở Mạng thông tin số hiện đại và các dịch vụ tích hợp đang được hỗ trợ -Thoại -Truyền số liệu -Truyền ảnh tĩnh -Truyền ảnh động -Thư nhanh -Bảo mật dữ liệu -Đo lường từ xa -Mua sắm từ xa -Hội nghị truyền hình -Học trực tuyến