Bài giảng Lý thuyết tín hiệu - Tín hiệu và hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM LÝ THUYẾT TÍN HIỆU SIGNALS AND SYSTEMS GV. NGUYỄN TIẾN TÙNG Mobile: 0983888771 LƯU Ý:  Bài giảng này được giảng viên biên soạn chỉ nhằm cung cấp kiến thức chuyên ngành về Viễn thông cho sinh viên các hệ Cao Đẳng và Đại Học trường : Đại Học Công nghiệp TP.HCM Số tín chỉ: 2 đvht Lý thuyết : 30 tiết (4 tiết/tuần) Phương thức kiểm tra đánh giá Kiểm tra giữa kỳ Tiểu luận Thi kết thúc Hình thức thi: trắc nghiệm GIỚI THIỆU MÔN HỌC MỤC TIÊU Giúp sinh viên sinh hiểu được: Nắm bắt được bản chất và các mô hình toán học của tín hiệu Phân biệt được các loại tín hiệu: xác định, ngẫu nhiên Biết phân tích phổ tín hiệu cũng như các phương pháp điều chế tín hiệu NỘI DUNG CHƯƠNG 1: Tín hiệu và hệ thống CHƯƠNG 2: Hệ thống tuyến tính bất biến CHƯƠNG 3: Biến đổi chuỗi Fourier của tín hiệu tuần hoàn CHƯƠNG 4: Biến đổi Fourier liên tục theo thời gian CHƯƠNG 5: Biến đổi Fourier rời rạc theo thời gian CHƯƠNG 6: Mô tả đặc trưng trong miền thời gian và miền tần số của tín hiệu và hệ thống CHƯƠNG 7: Lấy mẫu CHƯƠNG 8: Hệ thống thông tin CHƯƠNG 9: Hệ thống hồi tiếp tuyến tính TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu chính: Alan V.Oppenheim, Alan S.Willsky, Signals and Systems, Prentice - Hall International, Inc, 1998 Tham khảo thêm: [1] Phạm Thị Cư, Lý thuyết tín hiệu, NXB Giáo dục 1996 [2] Fred J.Taylor, Principles of Communication systems, Mc Graw Hill, 1994. [3] John G.Proakis, Dimitris G. Manolakis, Digital Signal Processing, Macmillan Publishing Company,1988. MỞ ĐẦU CHAPTER 1: TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG 1.1 Tín hiệu liên tục và rời rạc 1.2 Phép biến đổi của các biến độc lập 1.3 Tín hiệu hàm mũ và hàm sin 1.4 Hàm xung đơn vị và hàm bước đơn vị 1.5 Hệ thống liên tục và rời rạc 1.6 Những đặc tính của hệ thống cơ bản 1.1 Tín hiệu liên tục và rời rạc 1.1.1 Những ví dụ và mô tả toán học của tín hiệu 1.1 TÍN HIỆU LIÊN TỤC VÀ RỜI RẠC 1.1.2 Công suất và năng lượng tín hiệu 1.1.1 Những ví dụ và mô tả toán học tín hiệu Vs và Vc The variations over time of the applied force f and the resulting automobile velocity v 1.1 TÍN HIỆU LIÊN TỤC VÀ RỜI RẠC Electrical signals Voltages and currents in a circuit Acoustic signals Acoustic pressure (sound) over time Mechanical signals Velocity of a car over time Video signals Intensity level of a pixel (camera, video) over time Tín hiệu được mô tả bằng toán học là những hàm của một hay nhiều biến độc lập. Hai loại tín hiệu cơ bản: Tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc. Tín hiệu liên tục: sử dụng ký tự t để mô tả tín hiệu liên tục, các hàm: x(t), y(t) Tín hiệu rời rạc: sử dụng ký tự n để mô tả tín hiệu rời rạc, các hàm: x[n], y[n] 1.1 TÍN HIỆU LIÊN TỤC VÀ RỜI RẠC: 1.1.1 Những ví dụ và mô tả toán học của tín hiệu 1.1.2 Năng lượng và công suất tín hiệu Năng lượng Công suất Tín hiệu liên tục: Tín hiệu rời rạc 1.1 TÍN HIỆU LIÊN TỤC VÀ RỜI RẠC: Tìm năng lượng Ex của tín hiệu 1.2 PHÉP BIẾN ĐỔI CỦA CÁC BIẾN ĐỘC LẬP 1.2.1 Một số ví dụ về phép biến đổi các biến độc lập 1.2.2 Tín hiệu tuần hoàn 1.2.3 Tín hiệu chẵn lẻ 1.2 PHÉP BIẾN ĐỔI CỦA CÁC BIẾN ĐỘC LẬP 1.2.1 Một số ví dụ về phép biến đổi các biến độc lập Dịch chuyển thời gian Khả đảo theo thời gian 1.2 PHÉP BIẾN ĐỔI CỦA CÁC BIẾN ĐỘC LẬP 1.2.1 Một số ví dụ về phép biến đổi các biến độc lập Co, giãn theo thời gian Ví dụ: 1.2 PHÉP BIẾN ĐỔI CỦA CÁC BIẾN ĐỘC LẬP 1.2.2 Tín hiệu tuần hoàn Một tín hiệu được gọi là tuần hoàn nếu nó lặp lại chính nó sau một khoảng thời gian. x(t) = x(t+T) Tín hiệu liên tục Tín hiệu rời rạc x[n] = x(n+N) T: chu kỳ N: chu kỳ 1.2 PHÉP BIẾN ĐỔI CỦA CÁC BIẾN ĐỘC LẬP 1.2.2 Tín hiệu tuần hoàn 1.2 PHÉP BIẾN ĐỔI CỦA CÁC BIẾN ĐỘC LẬP 1.2.2 Tín hiệu tuần hoàn N = 12 T = 12 T = 31/4 N = 31 1.2 PHÉP BIẾN ĐỔI CỦA CÁC BIẾN ĐỘC LẬP 1.2.2 Tín hiệu tuần hoàn N1 = 3 N2 = 8 N = BSCNN(3,8) 1.2 PHÉP BIẾN ĐỔI CỦA CÁC BIẾN ĐỘC LẬP 1.2.3 Tín hiệu chẵn lẻ chẵn: x(-t) = x(t) Tín hiệu liên tục lẻ: x(-t) = -x(t) Tín hiệu rời rạc chẵn: x[-n] = x[n] lẻ: x[-n] = - x[n] Thành phần chẵn : Thành phần lẻ: 1.3 TÍN HIỆU HÀM MŨ VÀ HÀM SIN 1.2.3 Tín hiệu hàm mũ phức liên tục và hàm sin Tín hiệu hàm mũ phức liên tục C,a đều là số phức Tín hiệu hàm sin liên tục 1.3 TÍN HIỆU HÀM MŨ VÀ HÀM SIN 1.2.3 Tín hiệu hàm mũ phức liên tục và hàm sin Tín hiệu hàm mũ phức rời rạc C, đều là số phức Tín hiệu hàm sin rời rạc 1.4 HÀM XUNG ĐƠN VỊ VÀ HÀM BƯỚC ĐƠN VỊ 1.4.1 Hàm xung đơn vị rời rạc và hàm bước đơn vị rời rạc Mối liên hệ 1.4 HÀM XUNG ĐƠN VỊ VÀ HÀM BƯỚC ĐƠN VỊ 1.4.2 Hàm xung đơn vị liên tục và hàm bước đơn vị liên tục 1.5 HỆ THỐNG LIÊN TỤC VÀ RỜI RẠC THAM KHẢO SÁCH GIÁO TRÌNH 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.1 Hệ thống có nhớ (memory) và không nhớ (memoryless) 1.6.2 Hệ thống khả đảo 1.6.3 Hệ thống nhân quả 1.6.4 Hệ thống ổn định 1.6.5 Hệ thống bất biến thời gian 1.6.6 Hệ thống tuyến tính 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.1 Hệ thống có nhớ (memory) và không nhớ (memoryless) 1.6.2 Hệ thống khả đảo 1.6.3 Hệ thống nhân quả 1.6.4 Hệ thống ổn định 1.6.5 Hệ thống bất biến thời gian 1.6.6 Hệ thống tuyến tính 1.6.1 Hệ thống có nhớ (memory) và không nhớ (memoryless) 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.1 Hệ thống có nhớ (memory) và không nhớ (memoryless) Hệ thống không nhớ là hệ thống có giá trị của tín hiệu đầu ra chỉ phụ thuộc giá trị tín hiệu đầu vào tại cùng thời điểm Hệ thống có nhớ là hệ thống có giá trị của tín hiệu đầu ra phụ thuộc tất cả các giá trị tín hiệu đầu vào tại mọi thời điểm 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.1 Hệ thống có nhớ (memory) và không nhớ (memoryless) 1.6.2 Hệ thống khả đảo 1.6.3 Hệ thống nhân quả 1.6.4 Hệ thống ổn định 1.6.5 Hệ thống bất biến thời gian 1.6.6 Hệ thống tuyến tính 1.6.2 Hệ thống khả đảo 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.2 Hệ thống khả đảo Ví dụ: 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.1 Hệ thống có nhớ (memory) và không nhớ (memoryless) 1.6.2 Hệ thống khả đảo 1.6.3 Hệ thống nhân quả 1.6.4 Hệ thống ổn định 1.6.5 Hệ thống bất biến thời gian 1.6.6 Hệ thống tuyến tính 1.6.3 Hệ thống nhân quả 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.3 Hệ thống nhân quả Hệ thống nhân quả nếu tín hiệu đầu ra của hệ thống tại bất kỳ thời điểm nào cũng chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào thời điểm hiện tại và trước đó (quá khứ) Ví dụ: ? 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.1 Hệ thống có nhớ (memory) và không nhớ (memoryless) 1.6.2 Hệ thống khả đảo 1.6.3 Hệ thống nhân quả 1.6.4 Hệ thống ổn định 1.6.5 Hệ thống bất biến thời gian 1.6.6 Hệ thống tuyến tính 1.6.4 Hệ thống ổn định 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.4 Hệ thống ổn định Một hệ thống ổn định là hệ thống nếu tín hiệu đầu vào có giới hạn biên thì tín hiệu đầu ra cũng có một giới hạn biên ? Ví dụ 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.1 Hệ thống có nhớ (memory) và không nhớ (memoryless) 1.6.2 Hệ thống khả đảo và không khả đảo 1.6.3 Hệ thống nhân quả 1.6.4 Hệ thống ổn định 1.6.5 Hệ thống bất biến thời gian 1.6.6 Hệ thống tuyến tính 1.6.5 Hệ thống bất biến thời gian 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.5 Hệ thống bất biến thời gian Tín hiệu liên tục Tín hiệu rời rạc Ví dụ 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.1 Hệ thống có nhớ (memory) và không nhớ (memoryless) 1.6.2 Hệ thống khả đảo và không khả đảo 1.6.3 Hệ thống nhân quả 1.6.4 Hệ thống ổn định 1.6.5 Hệ thống bất biến thời gian 1.6.6 Hệ thống tuyến tính 1.6.6 Hệ thống tuyến tính 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.6 Hệ thống tuyến tính Tín hiệu liên tục Tín hiệu rời rạc 1.6 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG CƠ BẢN 1.6.6 Hệ thống tuyến tính Kiểm tra tính tuyến tính của hệ thống