TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
*************
BÁO CÁO
NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Chiến
Lớp: Điện Tử 3 K55
MSSV: 20101158
I. Giới thiệu ngành điện tử viễn
thông
Với tốc độ phát triển trong khoa học - công nghệ từ cuối thế kỉ 20 và tiếp tục
đầu thế kỉ 21 có tác động mạnh mẽ đến sự phát triển của các ngành kĩ thuật
nói chung và ngành điện tử viễn thông nói riêng. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu
về ngành điện tử viễn thông.
1.1 Giới thiệu chung
Từ chiếc máy điện báo đầu tiên mang tên Con vịt xấu xí của Morse, đến nay,
ngành Điện tử Viễn thông đã tạo nên một mạng lưới thông tin liên lạc bao
quát toàn thế giới được ví như hệ thần kinh của Trái Đất. Bước chân vào
ngành này, bạn có thể trở thành nhà nghiên cứu, sáng tạo các công nghệ
mới, thiết bị Điện tử Viễn thông mới hay làm việc trong lĩnh vực mạng, viễn
thông, lĩnh vực định vị dẫn đường, lĩnh vực điện tử y sinh, lĩnh vực âm
thanh, hình ảnh
Điện tử Viễn thông là ngành sử dụng những công nghệ tiên tiến để tạo nên
các thiết bị giúp cho việc truy suất thông tin mà cá nhân hoặc tổ chức muốn
có.
Kỹ sư Điện tử Viễn thông làm việc tại các công ty sản xuất, nghiên cứu và
phát triển các sản phẩm điện tử, các nhà cung cấp dịch vụ Internet, các công
ty viễn thông truyền số liệu, các công ty điện thoại di động, các công ty
truyền tin qua hệ thống vệ tinh, các công ty tư vấn giải pháp và kinh doanh
các dịch vụ Điện tử Viễn thông v.v Công việc của họ gắn liền với những
đến giới hạn.
Sự tăng trưởng đều đặn trong sức mạnh của chip đã mở ra một kỷ nguyên
điện toán cá nhân mới. Bóng bán dẫn ngày càng nhỏ hơn và xếp gần nhau
hơn ở mức nanomét khiến cho khả năng hoạt động của chip tăng lên gấp bội
và thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị di động nhỏ gọn.
Ngày nay chip chứa hàng triệu bóng bán dẫn và được dùng trong nhiều thiết
bị, từ điện thoại di động đến máy tính, từ trong xe hơi đến máy bay
Lịch sử máy tính
Các máy tính cơ học
• Abacus: Bàn tính gẩy, là công cụ tính toán ra đời sớm nhất. Theo nhiều tài
liệu thì nó được ra đời ở Trung Quốc.
• Năm 1642: Pascal đã chế tạo ra chiếc máy tính cơ học đầu tiên, thực hiện
được phép cộng và phép trừ bằng cách nhấp phím số.
• Năm 1822, Babbage – GS ĐH Cambridge – Anh công bố công trình "máy
tính sai phân", sau đó ông phát triển thành máy tính đa năng, tiền thân của
máy tính số hiện đại ngày nay, máy có thể đọc được lệnh từ bìa đục lỗ và thi
hành chúng (Ada là người trợ lý giúp ông thực hiện lệnh này)
Các máy tính đèn điện tử
• Năm 1946: Eckert, Mauchli và các cộng sự - trường KT điện tử-ĐH
Pennylvania - Mỹ cho ra đời chiếc máy tính điện tử cỡ lớn đầu tiên (ENIAC-
Electronic Nummerical Intgrator and Calculator). Chiếc máy tính có 18000
bóng ĐT, chiếm DT: 167 m2, tiêu thụ điện 140 KW/h.
Các máy tính hiện đại
• Thứ 4 ngày 12 tháng 08, 1981, IBM cho công bố chiếc máy tính cá nhân
IBM PC đầu tiên, và công nghệ sản xuất máy tính cá nhân không ngừng phát
triển liên tục cho đến hiện nay. Các thế hệ IBM PC thường gắn với thế hệ
CPU của Intel.
-Lịch sử viễn thông
Viễn thông là một thuật ngữ liên quan tới việc truyền tin và tín hiệu. Ngay từ
ngày xa xưa, những người tiền sử đã biết dùng khói để báo hiệu, những
theo yêu cầu), và dữ liệu Internet băng rộng thúc đẩy ngành công nghệ thông
tin phát triển lên một mức cao hơn với đa dạng các loại hình dịch vụ và chi
phí rẻ hơn. Mạng viễn thông giúp người sử dụng có thể gọi điện thoại qua
mạng Internet, có thể xem hình ảnh của bạn bè trên khắp thế giới, có thể chia
sẻ nguồn dữ liệu, có thể thực hiện những giao dịch mua bán tới mọi nơi trên
thế giới một cách đơn giản. Viễn thông ngày càng tạo nên một thế giới gần
hơn hội tụ cho tất cả mọi người.
1.3 Các hướng chuyên môn của điện tử viễn thông
1.3.1 Hướng Điện tử (Electronics): Vi điện tử, công nghệ và thiết kế vi
mạch, vi cơ điện tử, giới thiệu điện tử nano.
Công nghệ bán dẫn và linh kiện ở Nhật sẽ sớm vượt qua hai công nghệp
khổng lồ là sắt thép và ô tô. Xuất khẩu điện tử (và linh kiện máy tính) trong
nước đạt 1,5 tỷ đô la/năm. Công ty Nidec (Nhật) công bố đầu tư trên 1 tỷ đô
la riêng ở Khu công nghệp cao Tp.HCM. Nhiều công ty điện tử Việt nam đã
có các thương hiệu điện tử riêng rất thành công (Hanel, Vitek, Belco, Tiến
Đạt ).
1.3.2 Hướng Máy tính và Hệ Thống Nhúng (Computer and Embedded
Systems): Kiến trúc bộ xử lý và máy tính, hệ điều hành, giao tiếp và thu
nhận dữ liệu, hệ thống nhúng.
Công ty Canon (Nhật) mở nhà máy sản xuất máy in laser lớn nhất thế giới ở
Việt nam, Công ty Intel (Mỹ) (lớn nhất thế giới về linh kiện máy tính) sẽ đầu
tư hơn 1 tỷ đô la vào Khu công nghiệp cao Tp.HCM
1.3.3 Hướng Viễn thông và Mạng (Telecommunications and Network):
Mạng dữ liệu và truyền thông, truyền thông không dây và di động, truyền
thông quang, thiết kế cao tần và không dây, an ninh mạng và CSDL
Trên thế giới ngành công nghiệp viễn thông đang ở vị trí thứ ba sau ngành
hàng không và ngân hàng nhưng theo dự kiến sẽ tiến lên vị trí số 1 về giá trị.
Doanh thu từ dịch vụ viễn thông và Internet của Việt nam sẽ đạt 3,5 tỷ đô
la/năm trong vài năm tới và trở thành nền kinh tế mũi nhọn. Nhà nước sẽ
đầu tư lớn vào viễn thông nông thôn.
tổng hợp và dung hòa giữa các ngành khối kỹ thuật khác như CNTT, cơ điện
tử, vật lý điện tử, tự động hóa (điều khiển tự động), điện tử tin học, … Cụ
thể, ta có thể phân hướng đi như sau
- Hướng vi điện tử: thiết kế IC, các loại chip điện tử, vi điều khiển và vi xử
lý kích thước nhỏ (Gần với vật lý điện tử, điện tử tin học)
- Hướng lập trình phần mềm nhúng và điều khiển thiết bị: thiết kế hệ
thống, lập trình điều khiển phần cứng bằng các bộ vi điều khiển và vi xử lý
nhằm xây dựng, thiết kế, điều khiển và quản lý các hệ thống máy móc để
phục vụ quá trình lao động sản xuất và đời sống sinh hoạt của con người.
(Gần với tự động hóa, điều khiển tự động, cơ điện tử, kỹ thuật máy tính)
- Hướng tin học và phần mềm ứng dụng: dựa trên nền tảng cơ sở hạ tầng
phần cứng đã có sẵn, nhóm ngành này sẽ viết các chương trình hệ điều hành
và những ứng dụng quản lý có thể hoạt động trên nền đó nhằm giúp người
sử dụng có thể giao tiếp, tương tác, điều khiển được hệ thống phần cứng
cũng như thực hiện quá trình xử lý thông tin và dữ liệu sau đó. (Gần với
CNTT, khoa học máy tính)
- Hướng mạng máy tính và viễn thông: lúc này thì hầu như mọi thiết bị cấu
kiện máy móc đã được khởi tạo từ các khâu trước. Giờ đây trước mắt bạn là
các linh kiện điện tử, hệ thống máy tính, mạng và viễn thông đã sẵn sàng đi
vào hoạt động, nhiệm vụ của bạn là biết cách kết nối chúng lại theo mô hình
mạng để toàn hệ thống có thể cùng làm việc một cách thông suốt và hiệu quả
nhất. (Gần với CNTT)
II. Một số vấn đề trong ngành
1. Điện tử
☞Linh kiện điện tử thụ động là một linh kiện điện tử có thể hoạt động mà
không cần cung cấp nguồn điện.
- Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của
một vật thể dẫn điện. Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai
đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó:
- Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện
3. Cực phát (emitter)
Để phân biệt PNP hay NPN tranzito ta căn cứ vào ký hiệu linh kiện dựa vào
mũi tên trên đầu phát. Nếu mũi tên hướng ra thì tranzito là NPN, và nếu mũi
tên hướng vào thì tranzito đó là PNP.
- Vi mạch tích hợp, hay vi mạch, hay mạch tích hợp (integrated circuit,
gọi tắt IC, còn gọi là chip theo thuật ngữ tiếng Anh) là các mạch điện chứa
các linh kiện bán dẫn (như transistor) và linh kiện điện tử thụ động (như điện
trở) được kết nối với nhau, kích thước cỡ micrômét (hoặc nhỏ hơn) chế tạo
bởi công nghệ silicon cho lĩnh vực điện tử học.
Các vi mạch tích hợp được thiết kế để đảm nhiệm một chức năng như một
linh kiện phức hợp. Một mạch tích hợp sẽ giúp giảm kích thước của mạch
điện đi rất nhiều,bên cạnh đó là độ chính xác tăng lên.IC là một phần rất
quan trọng của các mạch logic. Có nhiều loại IC,lập trình được và cố định
chức năng,không lập trình được.Mỗi IC có tính chất riêng về nhiệt độ,điện
thế giới hạn,công suất làm việc,được ghi trong bảng thông tin (datasheet)
của nhà sản xuất Hiện nay, công nghệ silicon đang tính tới những giới hạn
của vi mạch tích hợp và các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm ra một loại vật
liệu mới có thể thay thế công nghệ silicon này.
- Bộ cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những thay đổi từ môi trường bên
ngoài và biến đổi thành các tín hiệu điện để điều khiển các thiết bị khác.
Cảm biến là một trong ba thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển.
Có nhiều loại cảm biến khác nhau như cảm biến nhiệt, cảm biến quang, cảm
biến hồng ngoại,
• Biến trở tuyến tính, biến trở góc quay dùng để chuyển đổi sự dịch
chuyển thành điện áp. Ngoài ra còn có thể chuyển đổi kiểu điện cảm
và điện dung Nguyên tắc chung để đo các đại lượng không điện như
nhiệt độ, quang thông, lực, ứng suất, kích thước, di chuyển, tốc độ
bằng phương pháp điện là biến đổi chúng thành tín hiệu điện. Cấu trúc
thiết bị đo gồm ba thành phần:
o Bộ phận chuyển đổi hay cảm biến, cơ cấu đo điện và các sơ đồ
hiệu RF để xử lý ở máy thu. Chức năng khác của ăngten là để hướng
năng lượng bức xạ theo một hay nhiều hướng mong muốn, hoặc “cảm
nhận” tín hiệu thu từ một hay nhiều hướng mong muốn còn các hướng
còn lại thường bị khóa lại. Về mặt đặc trưng hướng của ăngten thì có
nghĩa là sự nén lại của sự phát xạ theo các hướng không mong muốn
hoặc là sự loại bỏ sự thu từ các hướng không mong muốn. Các đặc trưng
hướng của một ăng-ten là nền tảng để hiểu ăng-ten được sử dụng như thế
nào trong hệ thống thông tin vô tuyến. Các đặc trưng có liên hệ với nhau
này bao gồm Tăng ích, tính định hướng, mẫu bức xạ (ăng-ten), và phân
cực. Các đặc trưng khác như búp sóng, độ dài hiệu dụng, góc mở hiệu
dụng được suy ra từ bốn đặc trưng cơ bản trên. Trở kháng đầu cuối ( đầu
vào) là một đặc trưng cơ bản khác khá quan trọng. Nó cho ta biết trở
kháng của ăng-ten để kết hợp một cách hiệu quả công suất đầu ra của
máy phát với ăng-ten hoặc để kết hợp một cách hiệu quả công suất từ
ăng-ten vào máy thu. Tất cả các đặc trưng ăngten này đều là một hàm của
tần số.
2. Viễn Thông
Thuật ngữ Viễn Thông (télécommunication) được ghép từ từ
communication (liên lạc) với tiền tố télé (từ xa). Edouard ESTAUNIE,
người Pháp, chính là người đưa ra thuật ngữ télécommunication vào năm
1904. Thời bấy giờ từ télécommunication dùng để chỉ chung cho
telegraph và telephone. Từ tiếng Anh gọi là telecommunication (không
có dấu) hay người ta vẫn gọi tắt là telecom.
Thuật ngữ viễn thông được dùng để chỉ tập hợp các thiết bị, các giao thức
để truyền thông tin từ nơi này đến nơi khác. Các thành phần cơ bản của
một hệ thống viễn thông bao gồm (xem hình 1):
Hình 1: Mô hình viễn thông cơ bản
- Một máy phát (transmitter) ở nguồn (source). Máy phát sẽ lấy thông tin
(information) và chuyển đổi nó thành tín hiệu (signal) để có thể truyền được.
- Tín hiệu sẽ được truyền trên một kênh truyền (channel/medium).
khoa học, kỹ thuật như: điện, điện tử, tự động hóa, tin học, vật lý và viễn
thông. Xứ lý tín hiệu có nội dung khá rộng dựa trên một cơ sở toán học
tương đối phức tạp. Nó có nhiều ứng dụng đa dạng, trong nhiều lĩnh vực
khác nhau. Rất khó phân biệt rạch ròi đâu là xử lý tín hiệu trong viễn thông,
đâu không phải là cho viễn thông. Dưới đây chúng tôi xin giới thiệu một số
khía cạnh của xử lý tín hiệu trong viễn thông:
- Nhu cầu truyền thông tin multimedia (hình ảnh, âm thanh, video) với thời
gian thực (real-time) ngày càng cao dẫn đến cần phải có các định dạng cho
kích thước nhỏ và chất lượng tốt. Đó chính là một trong những nhiệm vụ của
xử lý tín hiệu multimedia.
- Bài toán nhận dạng: nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, chữ viết, chuẩn đoán
bệnh qua telemedicine (y học từ xa thông qua Internet), xác định vị trí, tốc
độ, đường đi của các vật thể liên lạc di động (mobile communicating object),
chuẩn đoán “bệnh” của một thiết bị viễn thông trong hệ thống (dựa vào các
thông tin xác suất)… cũng là một dạng xử lý tín hiệu.
- Trong truyền thông, thông tin thường bị nhiễu noise, echo, bị các hiệu ứng
fading, đa đường, mixer (trộn lẫn thông tin từ nhiều nguồn)…. Thông tin thu
được do đó cần phải được xử lý để làm giảm các hiệu ứng này.
b. Truyền thông kỹ thuật số
Trước khi truyền đi, thông tin sẽ phải được mã hóa, nén, điều chế, v.v. được
minh họa bởi sơ đồ truyền thông tin ở hình 2. Tất cả các quá trình diễn ra
trong dây chuyền truyền thông tin như điều chế, encoder, mã hóa, v.v. thì
được gọi chung là truyền thông kỹ thuật số (digital communication). Đôi khi
người ta vẫn xem truyền thông kỹ thuật số là một dạng xử lý tín hiệu. Tuy
nhiên, chung tôi muốn tách biệt nó ra khỏi phần xử lý tín hiệu vì nó mang
nhiều đặc thù riêng.
Kỹ thuật truyền thông số đã phát triển từ gần 60 năm qua, có thể tính từ khi
ra đời lý thuyết thông tin của Claude Shannon (1948). Nhưng phải đến
những năm 70’s thì những hệ thống đầu tiền sử dụng lý thuyết thông tin này
mới ra đời vì đến lúc đấy thì tốc độ tính tóan của phần cứng mới đủ khả
Để truyền sóng thông tin, chúng ta cần phải có máy phát và máy thu. Hình 3
là ví dụ của một máy thu bao gồm angten, các bộ lọc, bộ trộn (mixer), các
chuyển đổi A/D hoặc ngược lại D/A… Khía cạnh này của viễn thông gắn
liền với lĩnh vực điện tử (vi mạch xử lý, FPGA, ASIC…)
d. Mạng viễn thông
Thông thường, thông tin trao đổi giữa hai thực thể (source và sink) sẽ được
truyền qua nhiều thực thể trung gian để tạo thành một đường nối (logical
link) giữa 2 thực thể này. Tất cả các thực thể tham gia cấu thành cho quá
trình trao đổi thông tin này tạo thành một mạng (network) viễn thông.
Hình 4: Ví dụ mạng ad hoc
Một ví dụ đơn giản về mạng đó là mạng ad hoc như ở hình 4. Trong mạng
này, bất kỳ 2 thực thể nào cũng có thể liên lạc với nhau hoặc trực tiếp, hoặc
thông qua các thực thể trung gian khác. Một ví dụ phức tạp hơn là thực thể
A kết từ PDA tới AP wifi bằng không dây. AP wifi lại nối kết phía sau
modem ADSL đến SDLAM (cáp ADSL). DSLAM sẽ nối kết vào mạng lõi.
Ở đâu bên kia, thực thể đối thoại B nối kết vào mạng lõi thông qua mạng di
động UMTS chẳng hạn. Mô hình mạng vừa miêu tả ở trên được thể hiện ở
hình 5 dưới đây.
Hình 5: Kiến trúc mạng viễn thông
Nhìn về kiến trúc mạng, ta có thể dễ dàng phân biệt 2 mạng: mạng truy cập
(access network) và mạng lõi (core network/ transport network). Sự phân
chia này khá rõ ràng trong mô hình mạng tế bào.
- Mạng lõi/trục: Khuynh hướng phát triển của mạng lõi sẽ là mạng IP (IP-
based core) để cho phép nối kết nhiều công nghệ mạng truy cập khác nhau
lại với nhau dễ dàng và bởi vì thông tin trong tương lai sẽ hoàn toàn ở dạng
gói. Vấn đề của mạng lõi là làm thể nào để chuyển gói thông tin thật nhanh
(hàng trăm Gbps trở lên). Ý tưởng chủ đạo để thực hiện điều đó là cắt gói
thông tin thành từng gói nhỏ (giống trong ATM), hoặc thực hiện routing ở
mức độ thấp hơn IP chẳng hạn dựa vào label như trong MPLS, hoặc
VCI/VPI trong ATM, hoặc Ethernet. Bên cạnh người ta cũng đưa khái niệm
phát triển mạnh mẻ. Mỗi mạng di động phát triển nhằm vào những đối tượng
người dùng khác nhau, những ứng dụng khác nhau. Các công nghệ nổi bật:
+Đầu tiên phải kể đến là mạng tế bào (cellular):Mạng tế bào phát triển thông
qua các thể hệ từ 1G đến beyond 3G. Mạng di động thể hệ thứ 3G (UMTS,
CDMA2000) đang được triển khai rộng khắp. Tuy nhiên nhiều nghiên cứu
đang hướng về mạng thể hệ 3.9G (gẫn 4G) như 3G LTE của 3GPP và UMB
của 3GPP2. Mục đích là tăng tốc độ truyền thông tin lên tầm hàng trăm
Mbps.
+ Mạng satellite được dùng thay thể cho cáp dưới biển và dùng cho liên lạc
ở những nơi mà không thể triển khai hạ tầng mạng (liên lạc đến các tàu trên
đại dương, trên sa mạc…). Satellite còn dùng cho định vị ở ngoài trời (GPS).
+ Mạng WLAN 802.11: Hiện tại trên thị trường chỉ tìm thấy mạng
802.11a/b/g còn các chuẩn khác như i/k/l/m/n/f/e… nhiều chuẩn đã hoàn tất
giai đoạn hóa và đang trong qua trình đưa ra thị trường và cũng nhiều chuẩn
đang trong giai đoạn nghiên cứu và chuẩn hóa.
+ Mạng WIMAX , WiBro (802.16): Phiên bản cố định (802.16d) đang trong
giai đoạn thử nghiệm và triển khai ở một số nước, phiên bản di động
(802.16e) đã được chuẩn hóa xong và IEEE đang bắt tay vào nghiên cứu và
chuẩn hóa 802.16j (relay Wimax).
+ Mạng Wireless Personal Area Network (WPAN): Mạng này hoạt động ở
khỏang cách tầm vài mét trở lại như Bluetooth (802.15.1), Zigbee
(802.15.4), RFID, mạng băng thông cực rộng UWB (Ultra Wideband)
(802.15.3). Vấn đề giải quyết giao thoa RF là một trong những vấn đề mà
WPAN cần phải giải quyết. Bên cạnh người ta cũng đang ứng dụng mạng
WPAN vào việc định vị trong nhà (indoor) vì GPS chỉ cho phép định vị
outdoor.
+ Mạng adhoc và cảm biến: Ứng dụng của nó ngày càng rộng rải, trong quân
đội, trong đời sống hằng ngày, trong y tế, trong quản lý môi trường… Một
số vấn đề nổi cộm của mạng adhoc và cảm biến là routing, khả năng tự hiệu
chỉnh (reconfigurable), bảo mật và tiết kiệm năng lượng.
Nhìn chung thì điện tử viễn thông là một ngành khoa học kỹ thuật hấp
dẫn và đầy thử thách, phạm vi làm việc rộng giúp cho SV tốt nghiệp có
được khả năng thích nghi với nhiều loại môi trường khác nhau. Bước
chân vào ngành này là bạn đã mở ra cánh cửa công nghệ để bước vào
kỷ nguyên kỹ thuật số của thế kỷ 21.Bài viết này nhằm mục đích giới
thiệu một cái nhìn khái quát về ngành viễn thông, các lĩnh vực mà viễn
thông đang quan tâm nghiên cứu và phát triển. Do tính chất giới thiệu
của bài viết nên nhiều khía cạnh đã không được đào sâu, hoặc không
được đề cập đến trong bài viết. Điện tử viễn thông được đánh giá là một
ngành có tiềm năng phát triển đóng góp lớn cho sự phát triển ở nước ta.
The end
Design by mcnb_02buichien