Bài giảng Kỹ thuật hệ thống viễn thông - Chương 01: Giới thiệu tổng quan - Nguyễn Thanh Tuấn

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật hệ thống viễn thông - Chương 01: Giới thiệu tổng quan - Nguyễn Thanh Tuấn

1. Bạn có biết? 1) Phân biệt kỹ thuật (technique, engineering) với công nghệ (technology) và khoa học (science)? 2) Phân biệt hệ thống (system) với mạng (network) và mạch (circuit)? 3) Phân biệt thông tin (information) với dữ liệu (data)? 4) Phân biệt viễn thông (telecommunication) với truyền thông (communication)? 5) Phân biệt tương tự (analog) và số (digital): thông tin, tín hiệu (signal), dạng sóng (waveform), hệ thống và mạch? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 2
2. Truyền thông tin ▪ Trong môn học này, hệ thống viễn thông/ truyền thông/ thông tin có thể được hiểu như nhau: toàn bộ hoạt động nhằm mục đích vận chuyển, đảm bảo tính chính xác của các thông điệp. ▪ Hệ thống truyền thông tin dưới dạng kỹ thuật điện/điện tử đầu tiên: điện báo Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 4
3. Hệ thống: xử lý tín hiệu ▪ Tương tự ▪ Số Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 6
4. 1.1 Các khái niệm ▪ Thông điệp (chứa thông tin): tương tự hoặc số. ▪ Tín hiệu (truyền thông tin): tương tự hoặc số. ▪ Viễn thông/Truyền thông: truyền thông tin có ý nghĩa từ nơi này đến nơi khác dưới dạng tín hiệu kỹ thuật (phần lớn ở dạng điện từ). ▪ Mục đích của hệ thống viễn thông/truyền thông/thông tin: tái tạo tại đích đến một bản sao chấp nhận được của thông điệp nguồn. – Đánh giá hệ thống tương tự: tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR), độ méo dạng, – Đánh giá hệ thống số: tốc độ lỗi bit (BER). Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 8
5. Ví dụ hệ thống thông tin số Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 10
6. 1.2 Các thành phần cơ bản A B C ▪ Cho biết tên gọi mỗi thành phần A, B, C? ▪ Cho biết chức năng mỗi thành phần trên? ▪ Liệt kê 3 thiết bị ở mỗi thành phần trên? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 12
7. Phương thức (hướng) truyền ▪ Đơn công (simplex): truyền một hướng (phát thanh, truyền hình) ▪ Song công (full-duplex): truyền đồng thời hai hướng (di động) ▪ Bán song công (half-duplex): truyền hai hướng nhưng tại một thời điểm chỉ có một hướng (bộ đàm) Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 14
8. Đánh giá hệ thống viễn thông ▪ Chất lượng tín hiệu (thông tin) đích – SNR – BER ▪ Công suất phát ▪ Băng thông tín hiệu phát ▪ Dung lượng thông tin truyền (thời gian truyền, tốc độ truyền) ▪ Độ phức tạp (chi phí) ▪ Bảo mật Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 16
9. Các ảnh hưởng của kênh truyền ▪ Suy hao ▪ Méo dạng ▪ Nhiễu Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 18
10. Bạn có biết? 1) Khi nào kênh truyền cần chia sẻ? 2) Vấn đề gì cần giải quyết khi chia sẻ kênh truyền? 3) Đề xuất giải pháp chia sẻ kênh truyền? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 20
11. 1.4 Truyền sóng điện từ ▪ Tần số của tín hiệu không phụ thuộc kênh truyền. ▪ Bước sóng của tín hiệu và tốc độ truyền sóng điện từ và phụ thuộc vào kênh truyền và tần số của tín hiệu. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 22
12. Ví dụ 2 ▪ Trong vô tuyến truyền thẳng (line-of- sight) để hiệu quả yêu cầu kích thước vật lý của anten khoảng 1/10 bước sóng (thường ½ hoặc ¼). Tính kích thước tối thiểu của anten để truyền tín hiệu có tần số a) 100 Hz b) 100 MHz Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 24
13. Băng thông và Băng tần ▪ So sánh băng thông của các loại cáp truyền? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 26
14. Bạn có biết? 1) Thuật ngữ AM/FM/SW trên máy radio là gì? 2) Chất lượng nghe nhạc AM hay FM thì tốt hơn? 3) Phạm vi phủ sóng AM hay FM thì xa hơn? 4) Chất lượng nghe máy radio vào ban ngày hay buổi tối thì tốt hơn? Giải thích? 5) Cách điều chỉnh anten roi của máy radio để cải thiện chất lượng nghe? Giải thích? 6) Cách điều chỉnh vị trí máy radio để cải thiện chất lượng nghe? Giải thích? 7) Tại sao nhiều điện thoại được thiết kế cần phải cắm tai nghe để nghe radio (FM) mà không thể nghe trực tiếp? Giải thích? 8) Thông tin các đài phát thanh (radio) tại Việt Nam? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 28
15. Lưu ý ▪ Một số khái niệm, định nghĩa, công thức có thể có khác biệt nhỏ tùy theo tiêu chuẩn, quan điểm, quy ước khác nhau hoặc do các yếu tố khác biệt về ngôn ngữ, lịch sử, địa lý, ➢Cần xác định ngữ cảnh câu hỏi cũng như nêu rõ góc nhìn khi trả lời Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 30
16. 1.5 Các lĩnh vực nghiên cứu tại Bộ môn Viễn thông ▪ Kỹ thuật hệ thống viễn thông ▪ Mạng thông tin dữ liệu ▪ Kỹ thuật siêu cao tần ▪ Xử lý tín hiệu Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 32
17. Mạng thông tin dữ liệu Phân tích, thiết kế và ứng dụng mạng thông tin dữ liệu. ▪ Mạng LAN, WAN ▪ Mạng cảm biến ▪ Kết nối vạn vật IoT Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 34
18. Xử lý tín hiệu Phát triển các giải thuật xử lý tín hiệu, phân tích, nhận dạng và ứng dụng. ▪ Ảnh/Video ▪ Tiếng nói ▪ Tín hiệu thông tin ▪ Tín hiệu y sinh Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 36
19. Hệ thống quản lý thông minh nguồn nước ▪ Cảm biến: nhiệt độ, mực nước, độ pH, ORP, độ đục ▪ Mạng mesh vô tuyến ▪ Phần mềm trung tâm thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị qua mạng. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 38
20. Hệ thống chiếu sáng thông minh LED Driver with RF Controller ▪ Thiết kế LED driver đến 250W ▪ Thực hiện mạng mesh vô tuyến 6LoWPAN/IPv6 LED ▪ Mã hóa bảo mật ▪ Chức năng: on/off, dimming LED, đo dòng, áp, công suất. RF Controller ▪ Điều khiển qua web, thiết bị di động. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 40
21. Định hình tương lai Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 42
22. Công ty và tập đoàn tuyển dụng Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 44
23. Bảng chữ cái Hi Lạp ▪ Cách phát âm? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 46
24. Sai số tính toán (con người  công cụ) π sin −10π 1) A = 10 . cos(60) π 2 60 2) B = 1 + cos . cos 2 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 48
25. Công thức lượng giác cơ bản Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 50
26. Tích phân và ứng dụng Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 52
27. Ví dụ 6 2 2 ׬0 cos 푡 푡 6) ׬0 cos 2푡 푡 (1 3 1 ׬− cos 푡 푡 7) ׬−1 cos 2 푡 푡 (2 4 7 /3 8) ׬ cos 3 푡 푡 ׬ /3 cos 푡 푡 1 (3 /4 ׬ sin 4푡 푡 (9 0 ׬−2 sin 푡 푡 − /4 (4 3 19 /5 10)׬ sin 2 푡/5 푡 ׬− /5 sin 푡 푡 −2 (5 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 54
28. Ví dụ 7 2 2 ׬0 표푠 (푡) 푡 6) ׬0 표푠 (2푡) 푡 (1 ׬ 표푠2(푡) 푡 1 2 (2 7) ׬−1 표푠 (2 푡) 푡− 7 /3 4 3) 표푠2(푡) 푡 2 ׬ /3 8) ׬1 표푠 (3 푡) 푡 /4 0 2 9) 푠푖푛2 4푡 푡 ׬− 푠푖푛 (푡) 푡 ׬− /4 (4 9 /5 3 5) 푠푖푛2(푡) 푡 2 ׬− /5 10)׬−2 푠푖푛 푡/5 푡 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 56
29. Số phức và ứng dụng Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 58
30. Ví dụ 8 ▪ Tìm phần thực, phần ảo, biên độ và góc pha a) z1 + z2 b) z1 – z2 c) z1 . z2 d) z1 / z2 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 60
31. Tín hiệu cosine Peak amplitude ▪ Chu kì ▪ Tần số / tần số góc ▪ Pha ▪ Biên độ Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 62
32. Ví dụ 10 1) Viết biểu thức tổng quát? 2) Xác định các thông số (biên độ, tần số, pha)? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 64
33. Ví dụ 12 1) Có thể xác định biểu thức tổng quát? 2) Giả sử cho trước biểu thức tổng quát như hình, xác định các thông số? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 66
34. Bạn có biết? 1) Âm tần, âm bổng, âm trầm, hạ âm, siêu âm là gì? 2) Tần số âm thanh của các nốt nhạc? 3) Tần số âm thanh của các phím nhấn điện thoại? 4) Phạm vi tần số âm thanh của tiếng nói con người? 5) Phạm vi tần số âm thanh nghe được của con người? 6) Môi trường truyền âm thanh? 7) Vận tốc truyền âm thanh? 8) Thiết bị chuyển đổi âm thanh? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 68
35. Ý nghĩa sử dụng các thuật ngữ? ▪ Kỹ thuật / Công nghệ ▪ Hệ thống / Mạng ▪ Thông tin / Dữ liệu / Tín hiệu / Truyền thông / Viễn thông ▪ Engineering / Technique / Technology ▪ System / Network ▪ Information / Data / Signal / Communication(s) / Telecommunication(s) Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 70
36. Bài tập 1 ❖ Tìm phần thực, phần ảo, biên độ và góc pha (theo rad và độ) trong các trường hợp sau: Thực Ảo Biên Pha Pha 1) –1@ độ (rad) (độ) 2) –2@i 1) 3) –1@ – 2@i 2) 4) –1@ + 2@i 3) 5) 1@ – 2@i 4) 6) 1/(1@ – 2@i) 5) 7) (1@ – 2@i)/i 6) 8) (1@ – 2@i)^2 7) 9) (1@ – 2@i) + 1/(1@ – 2@i) 8) 10) (1@ – 2@i).(–1@ – 2@i) 9) 11) (1@ – 2@i)/(–1@ – 2@i) 10) 12) (1@ – 2@i)/(1@ + 2@i) 11) 12) Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 72
37. Bài tập 3 a) Tìm H(f=14.@) b) Tìm f để H(f)=7.@ c) Xác định biểu thức và vẽ G(f) sao cho H(f).G(f)=1.@ d) Tìm G(f=15) e) Tìm f để G(f)=0.1 f) Xác định biểu thức và vẽ P(f) sao cho H(f)+P(f)=1@ g) Tìm P(f=14.@) h) Tìm f để P(f)=7.@ Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 74
38. Bài tập 5 Cho tín hiệu v(t) và các biểu thức như hình. 1) Tìm giá trị ? 2) Tính a0? 3) Tính an? 4) Tính a2/a1? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 76
39. Bài tập 6 (tt) Jean Baptiste Pierre Simon Siavash David Reeves Harold Nyquist James Maxwell Thomas Edision Rudolf Kuhnold Joseph Fourier Laplace Alamouti Boggs Gottfried Wilhelm Philo Taylor Reverend Thomas Leonhard Euler Claude Shannon Michael Faraday Guglielmo Marconi Alec Reeves Leibniz Farnsworth Bayes Ralph Vinton Augustin-Louis John Logie John Robinson Carl August von Charles Hermite William Thomson Reginald Fessenden Lyon Hartley Cauchy Baird Pierce Steinheil Samuel Finley Hans Christian Euclid of Oliver Joseph Antoine Parseval Vinton Gray Cerf John Cioffi John Stone Stone Breese Morse Oersted Alexandria Lodge Lord Rayleigh, Andrei William Aleksandr Hendrik Cornelis Alfred Lewis John Burnette John William Nikola Tesla Andreyevich Fothergill Yakovlevich Anthony Van Vail MacChesney Strutt Markov Cooke Khinchin Duuren Carl Friedrich Andrew J. Theodore Harold Charles Leonard Mihajlo Idvorski Werner von Siemens Lee de Forest Gauss Viterbi Maiman Wheatstone Kleinrock Pupin Alexander Allen Balcom David Hilbert Frank Gray Andre Marie Ampere Hermann Schwarz Claude Berrou John Bardeen Stepanovich Popov DuMont Friedrich Richard Charles Francis Charles Kuen George Ashley Alessandro Volta Oliver Heaviside David Sarnoff Wilhelm Bessel Hamming Jenkins Kao Campbell John Renshaw Gustav Robert Lawrence Gilman George Irving Stoy Reed Georg Simon Ohm Alain Glavieux Francis Ronalds Carson Kirchhoff Roberts Hockman Edwin Howard Gustave John Bertrand John Ambrose Punya Joseph Henry Walter Brattain Vladimir Zworykin Armstrong Solomon Johnson Fleming Thitimajshima Marcel Jules Norbert Wiener Heinrich Hertz Max Planck Harold Stephen Black Bob Metcalfe Jack Kilby Kenjiro Takayanagi Edouard Golay Arthur Charles Wilhelm Eduard Jules Henri Baron Pavel L'vovitch Robert Gray Karl Ferdinand Emile Baudot Hedy Lamarr Clarke Weber Poincare Schilling Gallagher Braun John Peter Johann Philipp Alexander Graham Ludwig Almon Brown Cyrus West William Paul Baran Costas Reis Bell Boltzmann Strowger Field Shockley Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 78
40. Bài tập 8 1) Cho biết tên đầy đủ các thuật ngữ? 2) Tìm hiểu các hệ thống viễn thông? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 80