kl doan ngoc tuan 081570d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI THU TÍN HIỆU WCDMA TRÊN THIẾT BỊ EXA-N9010 GVHD: Th.s NGUYỄN NGƠ LÂM SVTH: ĐỒN NGỌC TUẤN MSSV: 081570D TP.HỒ CHÍ MINH -1/ 2012 ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự – Hạnh Phúc -Tp.HCM, ngày 17 tháng năm 2012  NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đoàn Ngọc Tuấn MSSV: 081570D Ngành: Điện Tử Viễn Thông Tên đề tài: Nghiên cứu triển khai thu tín hiệu WCDMA thiết bị thu EXA- N9010 Nhiệm vụ ( yêu cầu nội dung số liệu ban đầu):  Nghiên cứu kỹ thuật WCDMA  Mô WCDMA (thu)  Tìm hiểu chuẩn WCDMA  Triển khai thiết bị N9010 Ngày giao luận văn:……………………………………… Ngày bảo vệ 50% luận văn: 4/12/2012 Ngày hoàn thành nộp khoa :25/12/2012 Giáo viên hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1…………………………………… ………………………… 2…………………………………… ………………………… 3…………………………………… ………………………… Nội dung yêu cầu LVTN thông qua khoa Bộ mơn Ngày tháng năm 2012 CHỦ NHIỆM BỘ MƠN GV HƯỚNG DẪN ĐỖ ĐÌNH THUẤN TRƯỞNG KHOA Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp, chúng em trải qua khơng khó khăn, nhờ giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Ngô Lâm, với thầy cô bạn môn Điện Tử Viễn Thông trường Đại học Tơn Đức Thắng thành phố Hồ Chí Minh, nhóm sinh viên thực hoàn thành đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:  ThS Nguyễn Ngơ Lâm hết lịng hướng dẫn nhóm thời gian thực đề tài  Quý thầy cô môn Điện Tử - Viễn Thông truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên ngành quý giá  Xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình ln bên cạnh ủng hộ, động viên vật chất lẫn tinh thần giúp nhóm thực có điều kiện tốt để hoàn thành đồ án  Xin chân thành cảm ơn tất bạn nhiệt tình giúp đỡ nhóm suốt q trình thực Trong q trình hồn thành báo cáo, chúng em khơng tránh khỏi sai sót định, mong góp ý quý thấy cô bạn để đồ án hoàn thiện Chúng em chân thành cảm ơn quý thầy Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng năm 2013 Sinh viên thực Đoàn Ngọc Tuấn Giới thiệu Trang i Luận văn tốt nghiệp MỤC LUC LỜI CẢM ƠN i MỤC LUC ii CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ x DANH MỤC BẢNG x CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU xii 1.1 Lời nói đầu 1.2 Lý chọn đề tài 1.2.1 Mục tiêu đề tài .2 1.2.2 Đối tượng cần tìm hiểu 1.2.3 Giới hạn đề tài 1.3 Bố cục luận văn: CHƯƠNG 2: GIAO DIỆN CỦA MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA .4 2.1 Kiến trúc giao diện vô tuyến 2.2 Các kênh WCDMA 2.2.1 Kênh vật lý 2.3.1 Các kênh đường lên 2.3.1.1 Cấu trúc kênh DPDCH DPCCH 2.3.1.2 Cấu trúc kênh PRACH kênh PCPCH 10 a Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) 10 b Kênh vật lý gói chung (PCPCH) .12 2.3.1.3 Trải phổ điều chế đường lên 12 a Trải phổ điều chế kênh riêng đường lên 12 b Trải phổ điều chế kênh chung đường lên 14 2.3.2 Các kênh đường xuống .15 Giới thiệu Trang ii Luận văn tốt nghiệp 2.3.2.1 Cấu trúc kênh riêng đường xuống (DCH) 15 2.3.2.2 Các kênh vật lý chung đường xuống 16 a Kênh hoa tiêu chung (CPICH) 16 b Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH) .17 c Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH) 17 d Kênh đồng (SCH) 18 e Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH) .19 f Kênh thị bắt (AICH) .19 g Kênh thị tìm gọi (PCIH) .20 2.3.2.3 Trải phổ điều chế cho đường xuống 21 a Sơ đồ trải phổ điều chế cho đường xuống .21 b Các mã trải phổ đường xuống : 21 2.4 Các kênh truyền tải .22 2.4.1 Tổng quan kênh truyền tải .22 2.4.2 Các kênh truyền tải .22 2.4.2.1 Các kênh truyền tải chuyển thành kênh vật lý hình 23 2.4.2.2 2.5 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói CPCH: 24 Kênh logic 25 2.5.1 Kênh điều khiển 25 2.5.2 Kênh lưu lượng 25 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG VÔ TUYẾN WCDMA .26 3.1 Sơ đồ thu – phát hệ thống WCDMA 26 3.1.1 Sơ đồ máy phát 26 3.1.2 Sơ đồ máy thu .27 3.2 Mã kiểm soát lỗi 28 Giới thiệu Trang iii Luận văn tốt nghiệp 3.2.1 Mã vòng 28 3.2.2 Mã xoắn 29 3.2.3 Mã hóa turbo 30 3.3 Phối hợp tốc độ đan xen 30 3.3.1 Phối hợp tốc độ 30 3.3.2 Đan xen .31 3.4 Các chuẩn hệ thống WCDMA 31 3.4.1 Giới thiệu: 31 CHƯƠNG :MỘT SỐ LOẠI NHIỄU TRONG HỆ THỐNG WCDMA 35 4.1 Fading : .35 4.2 Kênh truyền ading Rayleigh: 35 4.3 Vấn đề gần xa: 38 4.3.1 Hiện tương đa đường : 39 4.3.2 Nhiễu Gauss: 39 4.3.3 Nhiễu đa truy nhập : 40 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 42 5.1 Chương trình mơ đường lên: 42 5.2 Chương trình mơ đường xuống: 47 CHƯƠNG 6: TRIỂN KHAI THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 50 6.1 Giới thiệu máy thu, phát phần mềm ứng dụng 50 6.1.1 Máy phát Agilent 5182A MXG 50 6.1.1.1 Giới thiệu máy phát Agilent 5182A MXG 50 6.1.1.2 Đặc tính kỹ thuật 50 6.1.2 Máy thu Agilent EXA-N9010 51 6.1.3 Phần mềm phát 3GPP WCDMA: .51 6.1.3.1 Giới thiệu Tổng quan phần mềmN7600B Signal Studio: 51 Trang iv Luận văn tốt nghiệp a Lựa chọn nguồn liệu dạng sóng từ hộp hội thoại 53 b Lựa chọn thông số phát cho kênh DPCCH đường lên: 54 c Thiết lập phần cứng: 55 d Các tính thông số kỹ thuật EXA: 65 e Phần mềm 89600 VSA cung cấp 66 CHƯƠNG :KHẢO SÁT THIẾT BỊ THU PHÁT WCDMA 67 7.1 Kết nối 67 7.1.1 Sơ đồ kết nối thiết bị 67 7.1.1.1 7.2 Kết nối phần mềm 67 Thiết lập thu phát kết 69 7.2.1 Kết nối trực tiếp đoạn cáp 69 a Không có nhiễu 69 b Có nhiễu: 74 7.2.2 Tổng quan Anten hệ thống Anten truyền thống 80 7.2.3 Kết nối thông qua anten ISM 26 HP : 82 CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN 87 8.1 Kết luận: .87 8.2 Hướng phát triển: .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 Giới thiệu Trang v Luận văn tốt nghiệp CÁC TỪ VIẾT TẮT 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP 3ird Genaration Partnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba 3GPP2 3ird Generation Patnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba AICH Acquisition Indication Channel Kênh thị bắt AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa điều chế thích ứng AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động AP-AICH Access Preamble Acquisition Indicator Channel Kênh thị bắt tiền tố truy nhập ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BLER Block Error Rate Tỷ số lỗi khối BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CC Convolutional Code Mã xoắn CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CD/CA-ICH: CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel Kênh thị phát va chạm CPCH/ấn định kênh CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh thị trạng thái CPCH DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển DL Downlink Đường xuống Giới thiệu Trang vi Luận văn tốt nghiệp DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối tăng cường Kênh điều khiển riêng đường xuống E-RGCH F-DCCH Forward Dedicated Control Channel FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian F-DPCH Fractional DPCH DPCH phần (phân đoạn) GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống thơng tin di động tịan cấu HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt HHO Hard Handover Chuyên giao cứng HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ cao HS-DPCCH High-Speed Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao HS-DSCH High-Speed Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS-PDSCH High-Speed Physical Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao HS-SCCH High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Giới thiệu Truy nhập gói đường lên tốc độ cao Trang vii Luận văn tốt nghiệp IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMT-2000 International Mobile Telecommunications 2000 Thông tin di động quốc tế 2000 IR Incremental Redundancy Phần dư tăng Iu Giao diện sử dụng để thông tin RNC mạng lõi Iub Giao diện sử dụng để thông tin nút B RNC Iur Giao diện sử dụng để thông tin RNC MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động NodeB Nút B OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ khả biến trực giao Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình P-CCPCH Primary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý PHY Physical Layer Lớp vật lý PICH Page Indication Channel Kênh thị tìm gọi PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên) PS Packet Switch Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vng góc QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vng góc RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến RF Radio Frequency Tần số vô tuyến PAPR Giới thiệu Trang viii Luận văn tốt nghiệp Phương pháp điều chế QPSK.Các bit thu khơng bị ảnh hưởng b Có nhiễu: Kết hợp nhiễu AWGN với tín hiệu phát từ máy MXG Agilent Nhiễu trực tiếp cộng vào tín hiệu phát tạo nhiễu tích hợp máy phát MXG.Các thơng số tính tốn với độ xác cao.Người sử dụng thiết lâp thông số trực tiếp qua giao diện người sử dụng phần mềm Tỉ số sóng mang nhiễu: CNR (dB) = 10log10 (C/N) Hình 7-11:Kết hợp nhiễu với sóng mang Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 74 Luận văn tốt nghiệp Trường hợp Công suất sóng mang lớn nhiễu(CNRdB=20dB) Hình 7-12: Phát trực tiếp với CNRdB=20dB Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 75 Luận văn tốt nghiệp Trường hợp Công suất sóng mang lớn nhiễu(CNRdB=10dB) Hình 7-13: Phát trực tiếp với CNRdB=10dB Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 76 Luận văn tốt nghiệp Trường hợp Cơng suất sóng mang với nhiễu: Ta có CNRdB=10xlog10(C/N).Nếu C=N CNRdB=0 dB Hình 7-14: Phát trực tiếp với CNRdB=0dB Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 77 Luận văn tốt nghiệp Trường hợp Công suất sóng mang nhỏ nhiễu(CNRdB=-10dB): Hình 7-15: Phát trực tiếp với CNRdB=-10dB Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 78 Luận văn tốt nghiệp Trường hợp Công suất sóng mang nhỏ nhiễu(CNRdB= -20dB) Hình 7-16: Phát trực tiếp với CNRdB=-20dB  Nhận xét: Thông số EVM, Mag err, Phase err tỉ lệ thuận với nhiễu Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 79 Luận văn tốt nghiệp 7.2.2 Tổng quan v Anten hệ thống Anten truy n thống Có nhiều loại anten nghiên cứu áp dụng suốt trình phát triển hệ thơng tin di động, trước tìm hiểu hệ thống an ten phức tạp, điểm qua hai loại an ten dùng phổ biến, an ten đẳng hướng (omnidirectional antenna) an ten định hướng (directional antenna) hình sau: Hình 7-17: Anten đẳng hướng Hình 7-18: Anten định hướng Để khắc phục nhược điểm loại anten đơn giản nêu người ta cố gắng kết hợp nhiều anten với để tạo thành hệ thống anten Các anten hệ thống phải làm việc đồng với nhằm nâng cao độ tăng ích mở rộng vùng phủ sóng Phần tiếp sau tóm lược hệ thống anten nghiên cứu sử dụng phịng thí nghiệm anten ISM 26 HP  Hình c a anten ISM 26 HP: Hình 7-19: Anten parapol lưới ISM 26 HP Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 80 Luận văn tốt nghiệp  Các thông số kỹ thuật c a anten: Hãng sản xuất Ferimex IT Mục đích Dùng đơn cầu nối Dãy tần (MHz) 2400 - 2500 Độ lợi 25 ± dBi Độ rộng búp -3dB 70 Loại bỏ phân cực ngang - 28 dB Kết nối Loại đầu đực N 50 ohm Phân cực Đứng ngang Trọng lượng 5.3 Kg  Đồ thị xạ c a anten: Hình 7-20: Đồ thị xạ anten Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 81 Luận văn tốt nghiệp 7.2.3 Kết nối thông qua anten ISM 26 HP : Hình 7-21: Kết nối máy phát thu thông qua anten 6- Phần mềm phát N7600B Signal Studio for 3GPP W-CDMA FDD 7- Thiết bị kết nối đầu cuối 8- Máy phát Agilent 5182 MXG 9- Máy thu Agilent EXA-N9010 10- Phần mềm thu 89600 VSA Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 82 Luận văn tốt nghiệp - Khoảng cách 1m Hình 7-22: Kết nối qua anten khoảng cách 1m Cơng suất phát -10dbm, tổng công suất thu – 33,573 dbm Như vậy, độ suy hao -23,573db ảnh hưởng anten môi trường gây Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 83 Luận văn tốt nghiệp - Khoảng cách 1m - Xoay góc 450 Hình 7-23: Kết nối qua anten khoảng cách 1m (xoay 450) Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 84 Luận văn tốt nghiệp - Khoảng cách 3m Hình 7-24: Kết nối qua anten khoảng cách 3m Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 85 Luận văn tốt nghiệp - Xoay góc 450(Khoảng cách 3m) Hình 7-25 : Kết nối qua anten khoảng cách 3m(xoay 450) Chương Khảo sát thiết bị thu phát WCDMA Trang 86 Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN 8.1 Kết luận: Sau thời gian thực đề tài, nhóm thực đạt số kết sau: - Trình bày cấu trúc mạng vơ tuyến WCDMA Từ để làm sở cho việc nhận định tầm quan trọng tổng thể mạng để có bước - Xác định rõ vấn đề cần nghiên cứu triển khai mạng vô tuyến WCDMA - Đi vào công việc triển khai mạng máy thu phát thực tế - Đưa kiến nghị sử dụng triển khai anten WCDMA nhằm đảm bảo yêu cầu đặt : loại anten, cấu hình anten, độ nghiêng anten, độ lợi anten… - Áp dụng vào tính tốn số thơng số cụ thể với số liệu xác định nhằm triển khai ý tưởng thực tế Thấy yếu tố khó khăn lý thuyết thực tiễn - Do thời gian có hạn, bên cạnh kết đạt được, nhóm nhận số hạn chế chưa thực đề tài chưa phân tích hết khả thơng số thiết bị, tìm hiểu lý thuyết WCDMA mà chưa có khả khảo sát ảnh hưởng khoảng cách anten 8.2 Hướng phát triển: Với kết đạt hạn chế trên, nhóm xin nêu hướng phát triển cụ thể cho đề tài là: - Hoàn thiện việc thu phát WCDMA cách nâng cao công suất để phát khoảng cách xa Sau khảo sát CDMA2000, OFDM, LTE, Wimax - Khảo sát ảnh hưởng nhiễu khoảng cách xa Chương Kết luận Trang 87 Luận văn tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Harri Holma , Antti Toskala, WCDMA for UMTS Radio Access for Third Generation Mobile Communications, John Wiley & Sons Ltd, 2004 [2] Samuel C.Yang, 3G CDMA 2000 wireless system engineering, Artech House, Inc, 2004 [3] M.R.Karim and M Sarraf,WCDMA and CDMA2000 for 3G Mobile Networks, McGraw-Hill, 2002 [4] Measurement of EVM (Error Vector Magnitude) for 3G Receivers Master’s Thesis by Osvaldo Mendoza [5] Các tài liệu thiết bị hãng Agilent [6] Các trang web diễn đàn: www.agilent.com www.vntelecom.org http://www.dientuvienthong.net Chương Kết luận Trang 88 ... Bảng 3-1 : Cấp phát tần số 3G Việt Nam FDD TDD Khe tần số BSTx* BSRx** BSTx/BSRx A 211 0-2 125 MHz 192 0-1 935 MHz 191 5-1 920 MHz B 212 5-2 140 MHz 193 5-1 950 MHz 191 0-1 915 MHz C 214 0-2 155 MHz 195 0-1 965... c a đ tài - Nghiên cứu kỹ thuật WCDMA - Mơ WCDMA (thu) - Tìm hiểu chuẩn WCDMA - Triển khai thiết bị N9010 1.2.2 Đối tượng cần tìm hiểu - Lý thuyết kỹ thuật truy nhập vô tuyến WCDMA - Máy thu... thu - Các loại mã sử dụng hệ thống - Các tiêu chuẩn WCDMA Chương 1: Giới thiệu Trang Luận văn tốt nghiệp - Chương 4: Tìm hiểu số nhiễu hệ thống WCDMA sau: - Fading - Nhiễu kênh truyền Rayleugh -