Ứng dụng modem 3g ho truyền dữ liệu và hình ảnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - VŨ TRẦN ĐẠI ỨNG DỤNG MODEM 3G CHO TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ HÌNH ẢNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HÀ NỘI – 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131675451000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - VŨ TRẦN ĐẠI ỨNG DỤNG MODEM 3G CHO TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ HÌNH ẢNH Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐỨC HÀ NỘI - 2011 Ứng dụng Modem 3G cho truyền liệu hình ảnh MỤC LỤC MỤC LỤC Danh mục hình vẽ Danh mục bảng Chương 11 MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G - WCDMA 11 I TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA 11 1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN MẠNG 3G 11 1.2 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 12 1.3 CÁC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƯỢC MẠNG 3G HỖ TRỢ 14 1.4 KIẾN TRÚC CỦA MẠNG 3G WCDMA 16 1.4.1 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS 16 1.4.2 Mạng lõi 18 1.4.3 Các giao diện 20 II CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 21 2.1 HỆ THỐNG TRẢI PHỔ 21 2.2 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG WCDMA 23 2.3 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG - MÁY THU RAKE 25 2.4 CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA 27 III GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA 28 3.1 MỞ ĐẦU 28 3.2 GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA/FDD 29 3.3 CÁC THÔNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ 30 3.3.1 Các thông số lớp vật lý 30 3.3.2 Quy hoạch tần số 31 3.4 CÁC KÊNH CỦA GIAO DIỆN UTRAN 31 3.5 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT MÁY PHÁT VÀ MÁY THU WCDMA 32 3.6 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA 33 3.6.1 Điều khiển cơng suất vịng hở cho PRACH 34 Trang Ứng dụng Modem 3G cho truyền liệu hình ảnh 3.6.2 Điều khiển cơng suất vịng kín đường lên 34 3.6.3 Điều khiển công suất vòng đường lên 35 3.6.4 Điều khiển cơng suất vịng ngồi đường lên 35 3.6.5 Điều khiển cơng suất vịng kín đường xuống 35 3.7 CÁC SỰ KIỆN TRONG BÁO CÁO CHUYỂN GIAO (HANDOVER) 36 3.7.1 Chuyển giao cứng 36 3.7.2 Chuyển giao mềm/ mềm 37 Chương 40 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSxPA) 40 2.1 TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSxPA) 40 2.2 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG (HSDPA) 42 2.2.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ 42 2.2.2 Lập biểu phụ thuộc kênh 44 2.2.3 Điều khiển tốc độ điều chế bậc cao 46 2.2.4 HARQ với kết hợp mềm 48 2.2.5 Kiến trúc 50 2.2.6 HSDPA MIMO 52 2.2.7 Tăng tốc độ đỉnh MIMO điều chế bậc cao 16QAM/64QAM 54 2.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA) 54 2.3.1 Lập biểu 55 2.3.2 HARQ với kết hợp mềm 58 2.3.3 Kiến trúc 58 2.3.4 Các loại đầu cuối HSUPA 62 Chương 65 KHỐI SIM5218A VÀ CÁC GIAO TIẾP NGOẠI VI 65 3.1 TỔNG QUAN VỀ SIM5218 65 3.1.1 Sơ đồ khối chức 65 3.1.2 Tính 66 3.2 GIAO TIẾP NGOẠI VI 68 Trang Ứng dụng Modem 3G cho truyền liệu hình ảnh 3.2.1 Cấp nguồn 68 3.2.2 Giao diện thẻ USIM 72 3.2.3 Khởi động module 75 3.2.4 Đầu vào/ra chung (GPIO) 75 3.2.5 Giao tiếp khối camera 77 3.2.6 Giao tiếp thẻ MMC/SD 80 3.2.7 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) 81 3.3 LỆNH ĐIỀU KHIỂN AT 84 3.4 VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA128 88 3.4.1 TỔNG QUAN ATMEGA128 88 3.4.2 CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN 91 3.4.3 BỘ NHỚ CHƯƠNG TRÌNH 91 3.4.4 CỔNG VÀO RA 93 3.4.5 BỘ ĐỊNH THỜI 95 3.4.6 CẤU TRÚC NGẮT 98 3.4.7 BỘ TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU NỐI TIẾP USART 101 3.5 SƠ ĐỒ KHỐI THIẾT KẾ, MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN 103 Chương 108 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 108 4.1 KẾT QUẢ 108 4.2 KẾT LUẬN 110 4.3 BÀN LUẬN HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 110 Tài liệu tham khảo 111 Trang Ứng dụng Modem 3G cho truyền liệu hình ảnh Định nghĩa chữ viết tắt 16QAM A-GPS AMC ASU ATM AuC BCH BER BMC BPSK CC CN CPICH CQI CRC CRNC CS CS-ACELP AMR DCH DPCCH DRNC DSCH DSSS D-TxAA E-AGCH E-DCH E-DPCCH E-DPCH E-DPDCH EEPROM 16 State Quadrature Amplitude Modulation "Standalone" or "Autonomous" GPS Adaptive Modulation and Coding Active Set Update Asynchronous Transfer Mode Authentication Center Broadcast CHannel Bit Error Rate Broadcast/Multicast Control Binary phase shift keying Connection Management Core Network Common Pilot Channel Channel Quality Indicator Cyclic redundancy check Control RNC Circuit Switch Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction Adaptive Multi Rate Dedicated Channel Dedicated Physical Control Channel Drift RNC Downlink Shared Channel Direct-Sequence Spreading Spectrum Dual Transmit Adaptive Array E-DCH Absolute Grant Channel Enhanced Dedicated Channel E-DCH Dedicated Physical Control Channel E-DCH Dedicated Physical Channel E-DCH Dedicated physical data channel Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) EIR Equipment Identity Register: E RGCH E-TFCI FACH FDD F-DPCH E DCH Relative Grant Channel Enhanced-Transport Format Combination Indicator Forward Access Channel Frequency Division Duplex Fractional- Dedicated Physical Channel Trang Ứng dụng Modem 3G cho truyền liệu hình ảnh FER FHSS GERAN GGSN GMM GMSC GPIO GPRS GPS HARQ HHO HICH HLR HO HSDPA HS-DPCCH HS-DPCCH HS-DSCH HS-SCCH HSUPA I2C IMSI LDO MAC MBMS MEHO MIMO MLCC MM MMC/SD MSISDN OCQPSK HPSK OVSF Frame Error Rate Frequency-Hopping Spreading Spectrum GSM EDGE Radio Access Network Gateway GPRS Support Node GPRS Mobility Management Gateway Mobile Switching Centre General Purpose Input/Output General packet radio service Global Positioning System Hybrid Automatic Repeat Request Hard Handover HARQ Indicator Channel Home Location Register Handover High Speed Down Link Packet Access High speed dedicated physical control channel High Speed- Dedicated Physical Control Channel High Speed- Downlink Shared Channel High Speed-Shared Control Channel High-Speed Uplink Packet Access Inter-IC International Mobile Subsscriber Identity Low Drop Out Medium Access Control Multimedia Broadcast Multicast Services Mobile Estimated HO Multiple Input Multiple Output Multi-Layer Ceramic Capacitor Mobility Management MultiMediaCard/Secure Digital Mobile Station ISDN Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying Hybrid Phase Shift Keying Orthogonal Variable Spread Factor PCM PDCP PDP PRACH PS P-TMSI: Pulse code modulation Packet Data Convergence Protocol Packet Data Protocol Physical Random Access Channel Packet Switch Packet-Temporary Mobile Subscriber Identity Trang Ứng dụng Modem 3G cho truyền liệu hình ảnh PWM QoS QPSK RA RLC RNC RNS ROM RRC RSCP RSN RTC SF S-GPS SGSN SIR SM SPI SRAM SRNC SS TB TDD THSS TPC TQFP TTI UE UMTS URC USART USIM UTRAN VLR Pulse-width modulation Quality of Service Quadrature phase shift keying Routing Area Radio link Control Radio Network Controller Radio Network System Read-Only Memory Radio Resource Control Received Signal Code Power Retransmission Sequence Number Real-Time Clock Spectrum Factor Simultaneous GPS Serving GPRS Support Node Signal to Interference Ratio Session Management Serial Peripheral Interface Static random-access memory Serving RNC Spread Spectrum Transport Block Time Division Duplex Time-Hopping Spreading Spectrum Transmit Power Control Thin Quad Flat Pack Transmit Time Interval User Equipment Universal Mobile Telecommunications System Unsolicited Result Code Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter UMTS Subscriber Identity Module UMTS Terrestrial Radio Network Visitor Location Register WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Trang Ứng dụng Modem 3G cho truyền liệu hình ảnh Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G Hình 1.2 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phiên 3GPP Hình 1.3 Kiến trúc tổng quát mạng di động kết hợp CS PS Hình 1.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 Hình 1.5 Vai trị logic SRNC DRNC Hình 1.6 Nguyên lý trải phổ Hình 1.7 Chuyển giao mềm (a) mềm (b) Hình 1.8 Truyền sóng đa đường lý lịch trễ cơng suất Hình 1.9 Máy thu RAKE Hình 1.10 Cây mã định kênh Hình 1.11 Kiến trúc giao thức vơ tuyến cho UTRA FDD Hình 1.12 Sơ đồ khối máy phát tuyến (a) máy thu vơ tuyến (b) Hình 1.13 Ngun lý điều khiển cơng suất vịng kín đường lên Hình 1.14 Ngun lý điều khiển cơng suất vịng kín đường xuống Hình 1.15 Thí dụ giải thuật SHO Hình 2.1 Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) chung sóng mang với (f1) Hình 2.2 Kiến trúc giao diện vơ tuyến HSDPA HSUPA cho số liệu người sử dụng Hình 2.3 Các chức phần tử WCDMA đưa vào HSxPA Hình 2.4 Cấu trúc thời gian mã HS-DSCH Hình 2.5 Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA Hình 2.6 Nguyên lý lập biểu HSDPA NodeB Hình 2.7 Mã hóa turbo đục lỗ Hình 2.8 Chùm tín hiệu điều chế QPSK, 16-QAM khoảng cách cực tiểu hai điểm tín hiệu Hình 2.9 Nguyên lý xử lý phát lại nút B Hình 2.10 HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo Hình 2.11 Kiến trúc HSDPA Hình 2.12 Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA Trang Ứng dụng Modem 3G cho truyền liệu hình ảnh Hình 2.13 Sơ đồ MIMO 2x2 Hình 2.14 Nguyên lý lập biểu HSUPA nút B Hình 2.15 Chương trình khung lập biểu HSUPA Hình 2.16 Kiến trúc mạng lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH) Hình 2.17 Các kênh cần thiết cho UE có khả HSUPA Hình 2.18 Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA HSUPA Hình 3.1 Tổng quan hệ thống SIM5218A Hình 3.2 Sơ đồ khối SIM5218A Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống giao tiếp ngoại vi Hình 3.4 Đầu vào VBAT Hình 3.5 Điện áp VBAT khoảng thời gian truyền phát cơng suất tối đa Hình 3.6 Chu kỳ thời gian hệ thống bật nguồn Hình 3.7 Bật nguồn tự động Hình 3.8 Mạch tham khảo giao tiếp USIM với khe cắm USIM chân Hình 3.9 Bộ cắm USIM Amphenol C707 10M006 512 Hình 3.10 Khởi động module Hình 3.11 Giao tiếp GPIO1 Hình 3.12 Giao tiếp khối Camera Hình 3.13 Giao tiếp khối Camera với cảm biến camera Hình 3.14 Giao tiếp MMC/SD Hình 3.15 Các dịng AVR khác nhau: Tiny, AVR Mega Hình 3.16 Cấu trúc vi điều khiển AVR Hình 3.17 Bản đồ nhớ ATmega128 Hình 3.18 Sơ đồ khối USART Hình 3.19 Sơ đồ khối hệ thống thiết kế Hình 3.20 Nguồn cung cấp Hình 3.21 Thẻ cắm USIM Hình 3.22 Vi điều kiển ATMEGA128 Hình 3.23 SIM5218A Trang