Luận Văn Ứng dụng các DSP khả trình trong 3G

Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
---------- o0o ----------

Đồ án
tốt nghiệp đại học

Đề tài:
ứng dụng các DSP khả trình trong 3G

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận nhất cho các nhà khai thác. Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai. Hệ thống di động thế hệ hai, với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia. Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai. Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ ba là một tất yếu, theo hướng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và đa dạng của người sử dụng.
Đồ án “Ứng dụng các DSP khả trình trong 3G” trình bày những ứng dụng của các DSP khả trình trong việc thiết kế các thành phần căn bản của hệ thống 3G. Sự hỗ trợ của các DSP khả trình đối với việc tăng khả năng xử lý, tốc độ xử lý, dung lượng hệ thống, hiệu suất làm việc của hệ thống 3G. Qua đó thấy được ứng dụng và tầm quan trọng của các DSP khả trình trong việc thiết kế hệ thống thông tin di động.

Bố cục của đồ án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G.
Chương 2: Các DSP khả trình trong các máy cầm tay hai chế độ (2G và 3 G).
Chương 3: Các DSP khả trình trong các modem trạm gốc 3G.
Chương 4: Sử dụng DSP khả trình trong xử lý dàn anten.
DSP được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực của khoa học, công nghệ điện tử, tin học và đời sống. Ứng dụng của DSP trong hệ thống thông tin di động thì không phải là mới mẻ, nhưng việc tìm hiểu về ứng dụng của các DSP khả trình trong 3G là vấn đề khá mới ở Việt Nam, đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng về hệ thống 3G và xử lý tín hiệu số. Vì vậy trong khuôn khổ đồ án chắc chắn không tránh khỏi những sai sót cũng như còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết thoả đáng. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự góp ý và phê bình của các bạn.

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ i
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i
LỜI NÓI ĐẦU 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 7
1.1 Giới thiệu 7
1.2 Các mô hình kiến trúc của các hệ thống thông tin di động 3G 8
1.2.1 kiến trúc chung mạng thông tin di động 3G 8
1.2.2 kiến trúc mạng thông tin di động 3G phát hành 3 9
1.2.3 kiến trúc mạng thông tin di động 3G phát hành 5 11
1.3 Các DSP khả trình trong hệ thống thông tin di động 3G 13
CHƯƠNG 2: CÁC DSP KHẢ TRÌNH TRONG MÁY CẦM TAY HAI CHẾ ĐỘ (2G và 3G) 14
2.1 Giới thiệu 14
2.2 Các tiêu chuẩn vô tuyến 15
2.3 Băng tần gốc số (DBB) DS FDD chung – mô tả theo chức năng 17
2.4 Mô tả chức năng một hệ thống hai chế độ 19
2.5 Phân tích tính phức tạp và phân chia HW/SW 21
2.6 Các phương pháp thiết kế phần cứng 23
2.6.1 So sánh giữa kiến trúc phân tán với kiến trúc tập trung 23
2.6.2 Phương pháp bộ đồng xử lý 25
2.6.3 Vai trò của DSP trong 2G và chế độ kép 30
2.7 Xử lý phần mềm và giao diện với các lớp cao hơn 32
2.8 Tổng kết 33
CHƯƠNG 3: CÁC DSP KHẢ TRÌNH CHO CÁC MODEM TRẠM GỐC 3G 34
3.1 Giới thiệu 34
3.2 Tổng quan về các trạm gốc 3G: Các yêu cầu 35
3.2.1 Giới thiệu 35
3.2.2 Các yêu cầu chung 35
3.2.3 Xử lý băng tần gốc trạm gốc CDMA cơ bản 36
3.2.4 Xử lý tốc độ ký hiệu (SR) 37
3.2.5 Xử lý tốc độ chip (CR) 38
3.2.5.1 Bộ tìm kiếm: Bộ tìm kiếm truy nhập và bộ tìm kiếm lưu lượng 38
3.2.5.2 Bộ giải trải phổ RAKE 39
3.3 Phân tích hệ thống 39
3.3.1 Phân tích xử lý SR 39
3.3.2 Phân tích xử lý CR 41
3.3.2.1 Phân tích bộ thu đường lên 41
3.3.2.2 Sử dụng một bộ đồng xử lý 42
3.4 Các giải pháp bộ đồng xử lý mềm dẻo 43
3.4.1 Bộ đồng xử lý giải mã xoắn Viterbi 43
3.4.2 Bộ đồng xử lý giải mã turbo 45
3.4.3 Bộ đồng xử lý tương quan 48
3.5 Tổng kết 50
CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG DSP KHẢ TRÌNH TRONG XỬ LÝ DÀN ANTEN 52
4.1 Giới thiệu 52
4.2 Mô hình tín hiệu dàn anten 53
4.3 Các kỹ thuật tạo búp sóng tuyến tính 57
4.3.1 Đạo hàm gần đúng cực đại 58
4.3.2 Sự thích ứng trung bình bình phương nhỏ nhất 62
4.3.3 Xử lý các bình phương nhỏ nhất 64
4.3.4 Sự thích ứng tín hiệu mờ 68
4.3.5 Các ràng buộc không gian con 71
4.3.6 Khai thác tuần hoàn tĩnh 73
4.3.7 Các kỹ thuật bộ tạo búp sóng phát 75
4.4 Tách tín hiệu đa đầu vào đa đầu ra (MIMO) 83
4.4.1 Mô hình hệ thống tuyến tính MIMO 83
4.4.2 Dung lượng của các kênh truyền thông MIMO 86
4.4.3 Ước tính tuyến tính của các tín hiệu mong muốn trong các hệ thống truyền thông MIMO. 88
4.4.3.1 Tách sóng khử về 0 (Zero-Forcing Detection) 88
4.4.3.2 Tách sóng lỗi trung bình bình phương cực tiểu tuyến tính 89
4.4.3.3 Ước tính tuyến tính thích ứng mờ 90
4.4.4 Ước tính phi tuyến của các tín hiệu mong muốn trong các hệ thống truyền thông MIMO 92
4.4.4.1 Tách sóng gần giống cực đại 92
4.4.4.2 Khử nhiễu nối tiếp 93
4.4.4.3 Khử nhiễu song song 94
4.5 Tổng kết 95
KẾT LUẬN 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO 98