4 7 16 ứng dụng các dsp khả trình trong 3g

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG o0o LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: ỨNG DỤNG CÁC DSP KHẢ TRÌNH TRONG 3G Người thực hiện: Nguyễn Trung Hiếu Lớp: D2001VT Người hướng dẫn: TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Hà Nội 10/2005 Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA VIỄN THÔNG -o0o -o0o - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ tên : Nguyễn Trung Hiếu Lớp : D2001VT Khoá : 2001 – 2006 Ngành : Điện tử - Viễn thông TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG DSP KHẢ TRÌNH TRONG 3G NỘI DUNG - Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G - Các DSP khả trình máy cầm hai chế độ (2G 3G) - Các DSP khả trình modem trạm gốc 3G - Sử dụng DSP khả trình xử lý dàn anten Ngày giao đề tài: 20/7/2005 Ngày nộp đề tài : 20/10/2005 Ngày tháng năm 2005 Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN Điểm : (Bằng chữ : ) Ngày tháng năm 2005 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN Điểm : (Bằng chữ : ) Ngày Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT tháng năm 2005 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Lộ trình phát triển hệ thơng tin di động Hình 1.2: Kiến trúc tổng quát mạng di động kết hợp CS PS Hình 1.3: Kiến trúc mạng 3GPP phát hành 1999 Hình 1.4: Kiến trúc mạng đa phương tiện IP 3GPP Hình 2.1: Sự khái quát chung theo chức việc xử lý lớp vật lý DSP 12 Hình 2.2: Khái niệm hai chế độ 14 Hình 2.3: Hoạt động liên hệ thống 15 Hình 2.4: Các yêu cầu xử lý tương quan khối chức kịch (A, B, C) Xử lý biểu diễn dạng hoạt động (hàng triệu hoạt động giây) 16 Hình 2.5: Các chức phân chi HW/SW 17 Hình 2.6: Ví dụ đồng xử lý ghép chặt 21 Hình 2.7: Hệ thống dựa đồng xử lý (bộ tương quan) ghép lỏng .23 Hình 3.1: Sơ đồ khối cho trạm gốc CDMA băng rộng mơ tả chức 30 Hình 3.2: Kiến trúc mức cao đồng xử lý giải mã Viterbi .37 Hình 3.3: Đường số liệu tầng số 16 tính tốn ma trận trạng thái .38 Hình 3.4: Bộ mã hóa Turbo 39 Hình 3.5: Kiến trúc đồng xử lý Turbo 40 Hình 3.6: Kiến trúc giải mã MAP 41 Hình 3.7: Ví dụ việc thực sử dụng CCP 42 Hình 4.1: Lựa chọn mẫu anten cố định để tăng cường thu SOI 46 Hình 4.2: Mơ hình phát phần tử dàn 46 Hình 4.3: Mơ hình tạo búp sóng tuyến tính xử lý thu 49 Hình 4.4: Bộ tạo búp sóng tuyến tính xử lý thu 51 Hình 4.5: Bộ xử lý chung cho tạo búp sóng mờ 62 Hình 4.6: Mơ hình búp sóng phát thu .75 Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G .2 1.1 Giới thiệu 1.2 Các mơ hình kiến trúc hệ thống thông tin di động 3G 1.2.1 Kiến trúc chung mạng thông tin di động 3G 1.2.2 Kiến trúc mạng thông tin di động 3G phát hành 1.2.3 Kiến trúc mạng thông tin di động 3G phát hành 1.3 Các DSP khả trình hệ thống thông tin di động 3G CHƯƠNG 2: CÁC DSP KHẢ TRÌNH TRONG MÁY CẦM TAY HAI CHẾ ĐỘ (2G 3G) 2.1 Giới thiệu 2.2 Các tiêu chuẩn vô tuyến 10 2.3 Băng tần gốc số (DBB) DS FDD chung – mô tả theo chức 12 2.4 Mô tả chức hệ thống hai chế độ 14 2.5 Phân tích tính phức tạp phân chia HW/SW .16 2.6 Các phương pháp thiết kế phần cứng 18 2.6.1 So sánh kiến trúc phân tán với kiến trúc tập trung 18 2.6.2 Phương pháp đồng xử lý 19 2.6.3 Vai trò DSP 2G chế độ kép .24 2.7 Xử lý phần mềm giao diện với lớp cao 26 2.8 Tổng kết 27 CHƯƠNG 3: CÁC DSP KHẢ TRÌNH CHO CÁC MODEM TRẠM GỐC 3G .28 3.1 Giới thiệu 28 3.2 Tổng quan trạm gốc 3G: Các yêu cầu 29 3.2.1 Giới thiệu 29 3.2.2 Các yêu cầu chung 29 3.2.3 Xử lý băng tần gốc trạm gốc CDMA 30 3.2.4 Xử lý tốc độ ký hiệu (SR) 31 3.2.5 Xử lý tốc độ chip (CR) 31 3.2.5.1 Bộ tìm kiếm: Bộ tìm kiếm truy nhập tìm kiếm lưu lượng 32 3.2.5.2 Bộ giải trải phổ RAKE 33 3.3 Phân tích hệ thống 33 3.3.1 Phân tích xử lý SR 33 3.3.2 Phân tích xử lý CR 35 Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT 3.3.2.1 Phân tích thu đường lên 35 3.3.2.2 Sử dụng đồng xử lý 36 3.4 Các giải pháp đồng xử lý mềm dẻo 37 3.4.1 Bộ đồng xử lý giải mã xoắn Viterbi .37 3.4.2 Bộ đồng xử lý giải mã turbo 39 3.4.3 Bộ đồng xử lý tương quan 41 3.5 Tổng kết 43 CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG DSP KHẢ TRÌNH TRONG XỬ LÝ DÀN ANTEN 45 4.1 Giới thiệu 45 4.2 Mơ hình tín hiệu dàn anten .46 4.3 Các kỹ thuật tạo búp sóng tuyến tính 50 4.3.1 Đạo hàm gần cực đại .51 4.3.2 Sự thích ứng trung bình bình phương nhỏ 55 4.3.3 Xử lý bình phương nhỏ 56 4.3.4 Sự thích ứng tín hiệu mờ 61 4.3.5 Các ràng buộc không gian .64 4.3.6 Khai thác tuần hoàn tĩnh 66 4.3.7 Các kỹ thuật tạo búp sóng phát 68 4.4 Tách tín hiệu đa đầu vào đa đầu (MIMO) 76 4.4.1 Mơ hình hệ thống tuyến tính MIMO 76 4.4.2 Dung lượng kênh truyền thông MIMO .79 4.4.3 Ước tính tuyến tính tín hiệu mong muốn hệ thống truyền thông MIMO 80 4.4.3.1 Tách sóng khử (Zero-Forcing Detection) 81 4.4.3.2 Tách sóng lỗi trung bình bình phương cực tiểu tuyến tính 81 4.4.3.3 Ước tính tuyến tính thích ứng mờ 82 4.4.4 Ước tính phi tuyến tín hiệu mong muốn hệ thống truyền thông MIMO 84 4.4.4.1 Tách sóng gần giống cực đại 84 4.4.4.2 Khử nhiễu nối tiếp 85 4.4.4.3 Khử nhiễu song song .86 4.5 Tổng kết 88 KẾT LUẬN .89 TÀI LIỆU THAM KHẢO .90 Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3GPP 3G Partnership Project Dự án hợp tác 3G ACS AFC AGC API ARIB Add, Compare and Select Automatic Frequency Control Automatic Gain Control Application Programming Interface Association Industry and Business ASIC Application Specific Integrated Circuits Asynchronous Transfer Mode Additive White Gaussian Noise Cộng, so sánh lựa chọn Điều khiển tần số tự động Điều khiển độ lợi tự động Giao diện lập trình ứng dụng Liên hiệp kinh doanh cơng nghiệp Nhật Bản Mạch tích hợp ứng dụng đặc trưng A ATM AWGN Chế độ truyền tải không đồng Tạp âm Gaussơ trắng cộng B BLAST Bell-labs-LAyered-Space-Time BOM BOPS BPSK BTS Bill of Materials Billions of Operations Per Second Binary Phase Shift Keying Base Transcerver Station Các thí nghiệm Bell phân lớp khơng gian - thời gian Chi phí vật liệu Hàng tỷ thao tác giây Điều chế khóa chuyển pha số hai Trạm thu phát gốc C CCP CCTrCH CDMA CM CMOE CODEC CR CRC CSB Correlator Coprocessor Coded Composite Transport Channel Code Division Multiple Access Constant Modulus Constrained Minimum Output Energy Coder and Decoder Chip-rate Cyclic Redundancy Code Combined Symbol Buffer Bộ đồng xử lý tương quan Kênh truyền tải đa hợp mã hóa Digital Base Band Discrete Cosine Tranform Delay Lock Loop Direct Memory Access Discrete Multitone Modulation Delay Profile Estimation Direct Sequence CDMA Digital Signal Processor Băng tần gốc số Biến đổi cosin rời rạc Lặp khóa trễ Truy nhập nhớ trực tiếp Điều chế đa tần rời rạc Ước tính trạng trễ Đa truy nhập phân chia theo mã Modul không đổi Năng lượng đầu cực tiểu ràng buộc Bộ mã hóa giải mã Tốc độ chip Mã dư vòng Bộ đệm ký hiệu kết hợp D DBB DCT DLL DMA DMT DPE DS-CDMA DSP Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT CDMA chuỗi trực tiếp Bộ xử lý tín hiệu số i Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt E EDMA EOL ETSI Enhance DMA Early/On Time/Late European Telecommunications Standards Institute DMA tăng cường Sớm/đúng lúc/muộn Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu FCC FCP FDD Federal Communication Comission Flexible Coprocessor Frequency Division Duplex FDD-DS Frequency Division Duplex-Direct Sequence Frequency Division Multiple Access Forward Error Correction Fast Hadamard Transformation Frequency Modulation Frequency Shift Keying Ủy ban thông tin liên bang Bộ đồng xử lý mềm dẻo Ghép song công phân chia theo tần số Ghép song công phân chia theo tân số- chuỗi trực tiếp Đa truy nhập phân chia theo tần số F FDMA FEC FHT FM FSK Hiệu chỉnh lỗi trước Biến đổi Hadamard nhanh Điều chế tần số Điều chế khóa chuyển tần G GOPS GPRS GSM General Packet Radio Service Global System for Mobile Communication Dịch vụ vơ tuyến gói chung Hệ thống truyền thơng di động toàn cầu HardWare Phần cứng Intermediate Frequency International Mobile Telecommunications International Telecommunication Union Tần số trung gian Thông tin di động quốc tế H HW I IF IMT ITU Ủy ban viễn thông quốc tế L LCC LMMSE LMS Loosely Coupled Coprocessor Bộ đồng xử lý ghép lỏng Linear Minimum Mean Squared Lỗi trung bình bình phương cực tiểu Error tuyến tính Least Mean Squares M MAC MAP MGSO Medium Access Layer Maximum A Posteriori Modified Gram-Schmidt Orthogonalization Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT Lớp truy nhập môi trường Trực giao hóa Gram-Schmidt thay đổi ii Đồ án tốt nghiệp đại học MIMO MIPS MMU MRC MS MSE MSK Thuật ngữ viết tắt Multiple Input Multiple Output Million Instructions Per Second Memory Management Unit Maximal Ratio Combining Mobile Station Mean Square Error Minimum Shift Keying Đa đầu vào đa đầu Triệu lệnh giây Khối quản lý nhớ Tổ hợp tỷ số tối đa Trạm di động Lỗi trung bình bình phương Điều chế dịch pha cực tiểu Normalized Mean Square Error Lỗi trung bình bình phương chuẩn hóa Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Parallel Interference Cancellation Public Land Mobile Network Pseudo Noise Phase Shift Keying Khử nhiễu song song Mạng di động mặt đất công cộng Giả tạp âm Điều chế khóa dịch pha Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vng góc Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên Bộ phân tập RAKE Cấu hình vơ tuyến Tần số vơ tuyến Bình phương đệ quy nhỏ Bộ điều khiển tài ngun vơ tuyến Bộ mã hóa xoắn hệ thống đệ quy N NMSE O OEM OFDM P PIC PLMN PN PSK Q QAM QR R RACH RAKE RC RF RMS RRC RSCC Radio Configuration Radio Frequency Recursive Least Squares Radio Resource Controller Recursive Systematic Convolution Coder S SCORE SIC SINR SISO SNR SOI SR SVD SW Self-Coherence Restoral Successive Interference Cancellation Signal-to-Interference Noise Power Ratio Single Input Single Output Signal to Noise Ratio Signal Of Interest Symbol-rate Singular Value Decomposition SoftWare Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT Khử nhiễu liên tiếp Tỷ số tín hiệu tạp âm, nhiễu Một đầu vào đầu Tỷ số tín hiệu tạp âm Tín hiệu quan tâm Tốc độ ký hiệu Phân tích giá trị Phần mềm iii