Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ tích hợp dữ liệu và ánh trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

- Nguyễn Quốc Minh NGUYỄN QUỐC MINH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ TÍCH HỢP DỮ LIỆU VÀ ẢNH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ KHOÁ 2008 Hà Nội – Năm 2011 1 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Chương I.
- Tổng quan về mạng di động thế hệ thứ ba .
- Công nghệ 3G là gì .
- Kỹ thuật trải phổ trong thông tin di động thế hệ Chương II.
- Truyền dữ liệu trong mạng di động thế hệ Chương III: Công nghệ GPS trong mạng WCDMA .
- Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS a.
- Công nghệ cảm biến .
- Cảm biến là gì .
- Cảm biến đo nhiệt độ Chương V: Thiết kế và chế tạo thử nghiệm bộ tích hợp truyền dữ liệu và ảnh tĩnh qua mạng di động thế hệ ba .
- Sơ đồ khối hệ thống .
- Sơ đồ khối hệ thống sau khi đã lựa chọn thiết bị và linh kiện .
- Hà Nội, tháng 3 năm 2011 Học viên Nguyễn Quốc Minh 4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nguyên văn tiếng Anh Giải nghĩa tiếng Việt ADC Analog to Digital Convertor Bộ chuyển đổi tương tự - số BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập theo mã CN Core Network Mạng lõi DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối dữ liệu DCE Data Circuit - Terminating Equipment Mạch truyền dẫn dữ liệu DS/SS: Direct Sequence Spreading Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp FH/SS Frequency Hopping Spreading Spectrum Trải phổ kiểu nhảy tần TH/SS Time Hopping Spreading Spectrum Trải phổ nhảy thời gian EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution Các tốc độ số liệu tăng cường cho phát triển GSM FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập theo tần số FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS GMSC Gateway Mobile Service Switching Center trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung 5 GPS Global Possition System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Telecommunication Hệ thống thông tin di động toàn cầu HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HSDPA High Speed Downlink Pakage Access Truy cập gói đường xuống tốc độ cao IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Telecommunications Union Tổ chức viễn thông quốc tế LAN Local Area Network Mạng cục bộ MMS MultiMedia Messaging Service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MT Mobile Terminal Đầu cuối di động QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha vuông góc.
- ROM Read only Memory Bộ nhớ chỉ đọc SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối UMTS Universal Mobile Hệ thống thông tin di động toàn 6 Telecommunications System cầu  7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1.
- Mô hình cấu trúc hệ thống 3G Hình 1.3.
- Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ Hình 1.4.
- Cấu trúc dịch vụ Hình 1.6.
- Kỹ thuật định vị tuyệt đối Hình 3.10.
- Kỹ thuật định vị tương đối Hình 3.11.
- Tóm tắt độ chính xác của định vị GPS Hình 3.12.
- Các phương pháp định vị dựa trên cell Hình 3.13.
- Phương pháp đo OTDoA-IPDL Hình 3.14.
- Cảm biến LM Hình 4.10.
- Cảm biến LM35 nhìn từ dưới lên Hình 4.11.
- Sơ đồ cảm biến LM35 với thang đo từ 2oC đến 150oC Hình 4.12.
- Sơ đồ cảm biến LM35 với thang đo toàn dải từ -55oC đến 150oC Hình 4.13.
- Sơ đồ của bộ timer/counter2 8 bit Hình 5.10.
- Sơ đồ khối SIM5218A Hình 5.11.
- Sơ đồ khối nguồn cung cấp cho mạch Hình 5.12.
- Kết nối camera module với SIM5218A Hình 5.13.
- Kết nối USIM và SIM5218A Hình 5.14.
- Kết nối MIC và SIM5218A Hình 5.15.
- Kết nối SIM5218A với vi điều khiển Hình 5.16.
- Kết nối SIM5218A với cổng USB Hình 5.17.
- Sơ đồ khối hệ thống Hình 5.18.
- Mạch in nhìn từ trên xuống (top view Hình 5.19.
- Mạch in nhìn từ dưới lên (bottom view Hình 5.20.
- Mạch hoàn chỉnh Hình 5.21.
- Mạch hoàn chỉnh với antenna 3G và antena GPS MỞ ĐẦU Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động được coi như là một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm các thiết bị đầu cuối có thể truy cập dịch vụ ngay khi đang di động trong phạm vi vùng phủ sóng.
- Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng lại trong việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế giới, các nhà cung dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa dạng, chất lượng dịch vụ cao.
- Tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây cũng đang phát triển với tốc độ tương đối nhanh.
- Tính đến đầu năm 2009, cùng với “đại gia” di động Vinaphone, Mobifone và Vietel, đã có thêm nhiều doanh nghiệp tham gia vào thị trường này như EVNTelecom, S-fone và HanoiTelecom.
- Bên cạnh đó còn có một số doanh nghiệp đã được cấp phép triển khai cung cấp dịch vụ di động theo mô hình MVNO như Đông Dương Telecom và VTC.
- Mặc dù vậy, các nhà mạng vẫn chỉ sử dụng 2 công nghệ chính là GSM (Vinaphone, Mobifone, Viettel) và CDMA (EVNTelecom, S-fone, HanoiTelecom).
- Khi nhu cầu sử dụng dịch vụ thoại đã dần trở nên đơn giản và bão hòa đối với phần lớn bộ phận khách hàng thì các tính năng khác của dịch vụ di động, trong đó đặc biệt là dịch vụ dữ liệu đã và đang trở thành mối quan tâm hàng đầu của các tầng lớp khách hàng.
- Với GSM, các nhà mạng cũng chỉ có thể triển khai dịch vụ dữ liệu trên nền GPRS, còn với công nghệ CDMA, tuy có hỗ trợ dịch vụ dữ liệu CDMA20001x nhưng tốc độ còn hạn chế.
- Có thể nói, nhu cầu về tăng tốc độ truyền dữ liệu (thoại, dữ liệu, ảnh) của người sử dụng qua mạng di động đang trở nên ngày càng bức thiết.
- 11 Cho đến tháng 4/2009, Bộ Thông tin và Truyền thông đã tổ chức thi tuyển và cấp phép triển khai mạng 3G cho 5 nhà mạng.
- Các giấy phép thiết lập mạng 3G theo tiêu chuẩn IMT-2000 đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lộ trình triển khai và cung cấp các ứng dụng dữ liệu băng rộng cho khách hàng.
- Thực tế là cho đến thời điểm hiện nay, chỉ còn Vietnamobile chưa triển khai hạ tầng cung cấp dịch vụ, còn tất cả các nhà mạng giành được giấy phép đều đã triển khai hạ tầng và chính thức cung cấp dịch vụ cho khách hàng trên nền công nghệ WCDMA.
- Xuất phát từ thực tế triển khai Mạng thông tin di động dựa trên công nghệ WCDMA tại Việt Nam và nhu cầu về tăng tốc độ truyền dữ liệu (thoại, dữ liệu, ảnh) của người sử dụng qua mạng di động, em xin trình bày bài luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm bộ tích hợp truyền dữ liệu và ảnh trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba”.
- Trên thế giới, nhiều hãng sản xuất thiết bị đầu cuối hỗ trợ 3G như Nokia (Phần Lan), Sony Ericsson (Thụy Điển) hay Apple (Mỹ) đã cho ra đời các sản phẩm chạy ứng dụng truyền dữ liệu và ảnh tĩnh qua mạng 3G.
- Dựa trên kiến thức thu được trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, em thực hiện đề tài này với khát vọng tìm hiểu công nghệ và chế tạo thử nghiệm các thiết bị đầu cuối truyền nhận dữ liệu trên mạng 3G.
- Trong tương lai không xa, dịch vụ 3G sẽ trở nên phổ biến ở nước ta.
- Chương I: Tổng quan về mạng di động thế hệ ba.
- Chương II: Công nghệ truyền ảnh tĩnh qua mạng WCDMA.
- 12 - Chương III: Công nghệ GPS trong mạng WCDMA.
- Chương IV: Công nghệ cảm biến.
- Chương V: Thiết kế và chế tạo thử nghiệm bộ tích hợp truyền dữ liệu và ảnh tĩnh trong máy di động cho hệ thống WCDMA.
- Em xin cảm ơn các anh chị và các bạn tại Trung tâm Viễn thông Di động Điện lực – EVNTelecom, đã động viên và giúp đỡ em trong quá trình thực nghiệm đề tài này.
- Tổng quan về mạng di động thế hệ thứ ba.
- Sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ số liệu mà IP đã đặt ra các yêu mới đối với công nghệ viễn thông di động.
- Thông tin di động thế hệ 2 mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được dịch vụ mới này.
- 3G (third generation), công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba, là giai đoạn mới nhất trong sự tiến hóa của ngành viễn thông di động.
- Nếu 1G (the first gerneration) điện thoại di động là những thiết bị analog, chỉ có khả năng truyền thoại, 2G (the second generation) ĐTDĐ gồm cả hai công năng truyền thoại và dữ liệu giới hạn dựa trên kỹ thuật số, thì 3G (third Generation), hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT – 2000, đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và cho phép sử dụng nhiều phương tiện thông tin.
- Mục đích của IMT – 2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000.
- 3G mang lại cho người dùng các dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp, giúp chúng ta thực hiện truyền thông thoại và dữ liệu (như e-mail và tin nhắn dạng văn bản), download âm thanh và hình ảnh với băng tần cao.
- Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video di động.
- thay cho modem để kết nối đến máy tính xách tay hay PDA và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao… Công nghệ di động 3G đã được triển khai thành công trên thế giới từ vài năm qua.
- Tại Việt Nam, từ năm 2010, đã có 4 nhà khai thác viễn thông là Viettel, Vinaphone, Mobifone và EVNTelecom cung cấp dịch vụ 3G.
- Công nghệ 3G là gì? 3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third Generation).
- Để hiểu thế nào là công nghệ 3G, chúng ta hãy xét qua đôi nét về lịch sử phát triển của các hệ thống điện thoại di động.
- Mặc dù các hệ thống thông tin di động thử nghiệm đầu tiên đựơc sử dụng vào những năm 1930-1940 trong trong các sở cảnh sát Hoa Kỳ nhưng các hệ thống điện thoại di động thương mại thực sự chỉ ra đời vào khoảng cuối 14 những năm 1970 đầu những năm 1980.
- Các hệ thống điện thoại thế hệ đầu sử dụng công nghệ tương tự và người ta gọi các hệ thống điện thoại kể trên là các hệ thống 1G.
- Đặc điểm của công nghệ 1G là.
- Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS.
- Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản, do đó không thể thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ.
- Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ 1.
- Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường fading đa tia.
- Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng.
- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở các nước khác.
- Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp.
- Vì vậy đã xuất hiện hệ thống thông tin di động thế hệ 2.
- Ở châu Âu, vào năm 1982 tổ chức các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông châu Âu (CEPT – Conférence Européene de Postes et Telécommunications) đã thống nhất thành lập một nhóm nghiên cứu đặc biệt gọi là Groupe Spéciale Mobile (GSM) có nhiệm vụ xây dựng bộ các chỉ tiêu kỹ thuật cho mạng điện thoại di động toàn châu Âu hoạt động ở dải tần 900 MHz.
- Nhóm nghiên cứu đã xem xét nhiều giải pháp khác nhau và cuối cùng đi 15 đến thống nhất sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã băng hẹp (Narrow Band TDMA).
- Năm 1988 phiên bản dự thảo đầu tiên của GSM đã được hoàn thành và hệ thống GSM đầu tiên được triển khai vào khoảng năm 1991.
- Kể từ khi ra đời, các hệ thống thông tin di động GSM đã phát triển với một tốc độ hết sức nhanh chóng, có mặt ở 140 quốc gia và có số thuê bao lên tới gần 1 tỷ.
- Lúc này thuật ngữ GSM có một ý nghĩa mới đó là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System Mobile).
- Cũng trong thời gian kể trên, ở Mỹ các hệ thống điện thoại tương tự thế hệ thứ nhất AMPS được phát triển thành các hệ thống điện thoại di động số thế hệ 2 tuân thủ tiêu chuẩn của hiệp hội viễn thông Mỹ IS-136.
- Khi công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access – IS-95) ra đời, các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động ở Mỹ cung cấp dịch vụ ở chế độ song song, cho phép thuê bao có thể truy cập vào cả hai mạng IS-136 và IS-95.
- Do nhận thức rõ về tầm quan trọng của các hệ thống thông tin di động mà ở Châu Âu, ngay khi quá trình tiêu chuẩn hoá GSM chưa kết thúc người ta đã tiến hành dự án nghiên cứu RACE 1043 với mục đích chính là xác định các dịch vụ và công nghệ cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 cho năm 2000.
- Hệ thống 3G của châu Âu được gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
- Những người thực hiện dự án mong muốn rằng hệ thống UMTS trong tương lai sẽ được phát triển từ các hệ thống GSM hiện tại.
- Ngoài ra người ta còn có một mong muốn rất lớn là hệ thống UMTS sẽ có khả năng kết hợp nhiều mạng khác nhau như PMR, MSS, WLAN… thành một mạng thống nhất có khả năng hỗ trợ các dịch vụ số liệu tốc độ cao và quan trọng hơn đây sẽ là một mạng hướng dịch vụ.
- Song song với châu Âu, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU – International Telecommunications Union) cũng đã thành lập một nhóm nghiên cứu để nghiên cứu về các hệ thống thông tin di động thế hệ 3, nhóm nghiên cứu TG8/1.
- Nhóm nghiên cứu đặt tên cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 của mình là Hệ thống Thông tin Di động Mặt đất Tương lai (FPLMTS – Future Public Land Mobile Telecommunications System).
- Sau này, nhóm nghiên cứu đổi tên hệ thống thông tin di động của mình thành Hệ thống

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt