BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

văn
NGUYỄN CHUNG NGHĨA

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SDR CHO BỘ THU GPS
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HỮU TRUNG

HÀ NỘI - Năm 2010


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận Văn Thạc sỹ Khoa học này là do tôi nghiên cứu và thực
hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Hữu Trung và TS. Nguyễn Thúy Anh. Các
kết quả tham khảo từ các nguồn tài liệu cũng như các công trình nghiên cứu khoa
học khác được trích dẫn đầy đủ. Nếu có gì sai phạm về bản quyền (trích dẫn thiếu
hoặc sai), tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường.
Hà Nội, tháng 10 năm 2010

Nguyễn Chung Nghĩa

1


LỜI NÓI ĐẦU
Tốc độ tiến bộ cực nhanh của công nghệ ngày hôm nay làm cho các thiết bị

thông tin trở nên lỗi thời ngay sau khi chúng được sản xuất. Để theo kịp với
tốc độ này, hệ thống thông tin liên lạc phải được thiết kế để tối đa hóa, minh bạch
với công nghệ mới tại hầu như mọi giai đoạn trên vòng đời của chúng.
Khi các công nghệ này mới được chèn vào, các thiết bị đã được nâng cấp nên vẫn
còn có thể giao tiếp với nhau và với các hệ thống kế thừa. Nhưng ngay sau đó thì
các thiết bị không còn theo kịp với công nghệ mới.
Thuật ngữ SDR (software defined radio) được đặt ra vào năm 1990 để khắc
phục những vấn đề này. Mục tiêu của em là nghiên cứu ứng dụng công nghệ SDR
cho bộ thu GPS.
Do khả năng hiểu biết còn hạn chế nên trong quá trình nghiên cứu, thiết kế
không thể tránh khỏi những sai sót, những yếu kém. Vì vậy, em rất mong được sự
giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các thầy cô và bạn bè để em có thể hoàn thiện hơn nữa
đề tài này.
Trong quá trình thực hiện đồ án này, em cũng đã nhận được sự chỉ bảo rất
tận tình, quý báu của thầy giáo TS. Nguyễn Hữu Trung và cô giáo TS. Nguyễn
Thúy Anh. Thầy cô đã bỏ ra rất nhiều thời gian để giúp em hoàn thiện quyển đồ án
này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô rất nhiều.

Hà Nội, tháng 10 năm 2010.
Học Viên:
Nguyễn Chung Nghĩa

2


TÓM TẮT ĐỒ ÁN.
Nội dung chính của đồ án này là tập trung đi sâu nghiên cứu ứng dụng công
nghệ SDR cho bộ thu GPS. Mô phỏng công nghệ SDR cho bộ thu GPS. Công nghệ
được thiết kế mô phỏng có khả năng hoạt động :
•


Hoạt động định vị ổn định.

•

Có khả năng định vị và điều khiển thông qua các tập lệnh.

•

Có khả năng xử lý tín hiệu yếu và tích hợp đa cảm biến.

3


ABSTRACT
Main content of this project is to focus in depth research and application of
SDR technology for GPS. SDR technology to simulate the GPS receiver. The
technology is designed simulation is capable of operation:
• Activities stable position.
• Ability to locate and control over the script.
• Able to handle weak signals and multi-sensor integration.

4


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 0
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ 2
TÓM TẮT ĐỒ ÁN...................................................................................................... 3
ABSTRACT ................................................................................................................ 4

PHẦN MỞ ĐẦU....................................................................................................... 16
Chương 1: Giới thiệu chung...................................................................................... 19
1.1 Định nghĩa....................................................................................................... 20
1.2 Mục tiêu .......................................................................................................... 21
Chương 2 : Tổng quan về công nghệ SDR ............................................................... 22
2.1. Định nghĩa SDR............................................................................................. 22
2.2. Kiến trúc SDR tổng quát................................................................................ 23
2.3. Lịch sử ra đời ................................................................................................. 25
2.4. Ưu nhược điểm .............................................................................................. 25
2.4.1. Ưu điểm vượt trội của hệ thống SDR ....................................................... 25
2.4.2. Những hạn chế hiện nay khi triển khai giải pháp SDR............................. 26
Chương 3 : Phân tích bộ thu định vị toàn cầu GPS .................................................. 28
3.1 Tổng quan về hệ thống GPS ........................................................................... 28
3.1.1. Phân hệ không gian ................................................................................... 29
3.1.1.1. Chùm sao vệ tinh ............................................................................... 29
3.1.1.2. Vệ tinh GPS ....................................................................................... 29
3.1.2. Phân hệ điều khiển .................................................................................... 30
3.1.3. Phân hệ sử dụng ........................................................................................ 31
3.2 Cấu trúc tín hiệu GPS ..................................................................................... 32
3.2.1. Các tín hiệu và dữ liệu .............................................................................. 32
3.2.2. Lược đồ tín hiệu GPS................................................................................ 32
3.2.3. Mã C/A...................................................................................................... 35

5


3.2.3.1. Chuỗi Gold......................................................................................... 35
3.2.3.2. Tạo chuỗi Gold .................................................................................. 37
3.2.3.3. Các đặc tính tương quan .................................................................... 44
3.2.4. Dịch tần Doppler....................................................................................... 46

3.2.5. Bản tin định vị........................................................................................... 46
3.2.5.1. Định dạng bản tin............................................................................... 46
3.2.5.2. Các trường TLM và HOW................................................................. 49
3.2.5.3. Dữ liệu trong bản tin định vị.............................................................. 50
3.3 Kiến trúc chung của bộ thu GPS..................................................................... 51
3.3.1. Anten và tiếp đầu ngoại vi ........................................................................ 52
Chương 4 :57 Ứng dụng công nghệ SDR cho bộ thu GPS....................................... 57
4.1 Phần mềm Radio Xác định là gì? ................................................................... 57
2 Phân tích mã nguồn của GPS-SDR ................................................................... 58
4.2.1 Cấu trúc chương trình ................................................................................ 58
4.2.2 Phân tích mã nguồn.................................................................................... 63
4.2.3 Đối tượng luồng ......................................................................................... 68
4.3 Tính toán vị trí trong GPS-SDR ..................................................................... 77
4.3.1 Vị trí vệ tinh ............................................................................................... 77
Chương 5: Mô phỏng bộ tạo tín hiệu GPS................................................................ 82
5.1. Mô phỏng bộ tạo tín hiệu GPS ...................................................................... 82
5.1.1. Bộ tạo mã C/A........................................................................................... 82
5.1.1.1. Bộ tạo mã C/A không có trễ .............................................................. 82
5.1.1.2. Bộ tạo mã C/A có trễ ......................................................................... 83
5.1.1.3. Đặc tính tương quan của mã C/A....................................................... 84
5.1.2. Bộ mô phỏng tín hiệu GPS ....................................................................... 85
5.1.2.1. Triển khai mức thấp ........................................................................... 87
5.1.2.2. Triển khai mức cao ............................................................................ 91
5.2. Mô phỏng thuật toán xử lý dữ liệu của bản tin định vị.................................. 91
5.2.1. Các phép toán dùng trong mô phỏng ........................................................ 91

6


5.2.1.1. Tính toán vị trí máy thu ..................................................................... 92

5.2.1.2. Tính toán các sai số............................................................................ 94
5.2.2. Thuật toán và các hàm mô phỏng ............................................................. 97
5.2.2.1. Sơ đồ thuật toán ................................................................................. 97
5.2.2.2. Các hàm dùng trong mô phỏng.......................................................... 98
5.2.3. Kết quả mô phỏng ................................................................................... 109
Chương 6 : Hướng phát triển trong tương lai ......................................................... 111
Kết luận ................................................................................................................... 113
Tài liệu tham khảo................................................................................................... 114

7


DANH MUC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Kiến trúc SDR tổng quát...........................................................................23
Hình 2.2. Phổ di động sử dụng ở châu Âu ( theo nguồn Jondral, 1999)...................27
Hình 3.1. Chùm sao vệ tinh.......................................................................................29
Hình 3.2. Vệ tinh NAVSTAR...................................................................................30
Hình 3.3. Phân hệ điều khiển. ...................................................................................31
Hình 3.4. Sơ đồ khối bộ tạo tín hiệu GPS.................................................................33
Hình 3.5. Cấu trúc tín hiệu L1. .................................................................................34
Hình 3.6. Điều chế BPSK trong tín hiệu GPS. .........................................................35
Hình 3.7. Đồ thị cột của một ACF cho một chuỗi Gold. ..........................................37
Hình 3.8. Bộ tạo mã C/A...........................................................................................38
Hình 3.9. Đặc tính tương quan của các mã C/A. ......................................................45
Hình 3.10. Cấu trúc dữ liệu định vị trong GPS.........................................................48
Hình 3.11. Định dạng của hai từ TLM và HOW. .....................................................49
Hình 3.12. Sơ đồ kiến trúc bộ thu GPS truyền thống và bộ thu phần mềm..............52
Hình 3.13. Tiếp đầu ngoại vi trong bộ thu GPS........................................................53
Hình 4.1: GPS-SDR Pipes Schedule.........................................................................62
Hình 4.2: Cấu trúc thư mục GPS-SDR .....................................................................63

Hình 4.3: Nội dung của thư mục chính.....................................................................64
Hình 5.1. Sơ đồ mô phỏng bộ tạo mã C/A không có trễ...........................................83
Hình 5.2. Sơ đồ mô phỏng bộ tạo mã C/A có trễ......................................................84
Hình 5.3. Tương quan chéo giữa hai mã C/A thứ nhất và thứ hai và tự tương quan
của mã C/A thứ nhất. ................................................................................................85
Hình 5.4. Bộ mô phỏng tín hiệu GPS hoàn chỉnh cho một vệ tinh...........................88
Hình 5.5. Bộ mô phỏng tín hiệu GPS được triển khai trong Simulink.....................91
Hình 5.6. Sơ đồ thuật toán của phương pháp lặp trong định vị GPS........................98
Hình 5.7. Vị trí vệ tinh và máy thu GPS. ................................................................110

8


9


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Ấn định pha mã C/A.................................................................................42
Bảng 5.1. Danh sách các hàm dùng trong mô phỏng................................................99
Bảng 5.2. Các tham số đầu vào của mô hình lịch thiên văn. ..................................101
Bảng 5.3. Các tham số đầu ra của mô hình lịch thiên văn......................................102
Bảng 5.4. Các tham số đầu vào của mô hình tầng điện li. ......................................104
Bảng 5.5. Các tham số đầu ra của mô hình tầng điện li..........................................104
Bảng 5.6. Các tham số đầu vào của mô hình tầng đối lưu......................................105
Bảng 5.7. Các tham số đầu ra của mô hình tầng đối lưu. .......................................106
Bảng 5.8. Các tham số đầu vào của mô hình sai số độ lệch. ..................................107
Bảng 5.9. Các tham số đầu ra của mô hình sai số độ lệch. .....................................107
Bảng 5.10. Các tham số đầu vào của mô hình sai số tương đối. ............................108
Bảng 5.11. Các tham số đầu ra của mô hình sai số tương đối. ...............................109


10


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ACF

Autocorrelation Function

Hàm tự tương quan

ADC

Analog-to-Digital Converter

Bộ chuyển đổi tương tự sang số

ASIC

Application-Specific Integrated
Circuit

Mạch tích hợp chuyên dụng

BPSK

Binary Phase-Shift Keying

Điều chế pha nhị phân


CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

DFT

Discrete Fourier Transform

Biến đổi Fourier rời rạc

DLL

Delay Lock Loop

Vòng khóa trễ

DOP

Dilution of Precision

Suy giảm độ chính xác

ECEF

Earth Centered, Earth Fixed

Hệ tọa độ địa tâm


FFT

Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh

11


FLL

Frequency Lock Loop

Vòng khóa tần

GAST

Greenwich Apparent Sidereal
Time

Thời gian thiên văn Greenwich
biểu kiến

GDOP

Geometric Dilution of
Precision

Suy giảm độ chính xác theo địa lý


GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

GPST

GPS Time

Thời gian GPS

HOW

Handover Word

Trường HOW. Phiên bản bị cắt
17 bit của TOW

IERS

International Earth Rotation
and Reference Systems Service

Dịch vụ Quốc tế về sự quay của
trái đất

IF

Intermediate Frequency


Trung tần

IODE

Issue of Data Ephemerides

Vấn đề của lịch thiên văn

JD

Julian Date

Ngày Julius

LFSR

Linear Feedback Shift Register

Thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính

12


LHCP

Left Hand Circular Polarization

Phân cực tròn về bên trái


LSB

Least Significant Bit

Bit có trọng số thấp nhất

MSB

Most Significant Bit

Bit có trọng số cao nhất

NAD27

North American Datum 1927

Mốc chuẩn 1927 của Bắc Mỹ

NCO

Numerically Controlled
Oscillator

Bộ tạo dao động được điều khiển
bằng số

PLL

Phase Lock Loop


Vòng khóa pha

PRN

Pseudo Random Noise

Nhiễu giả ngẫu nhiên

PSD

Power Spectral Density

Mật độ phổ công suất

RF

Radio Frequency

Cao tần

RHCP

Right Hand Circular
Polarization

Phân cực tròn về bên phải

SAW

Surface Acoustic Wave


Sóng âm bề mặt

SDR

Software-Defined Radio

Hệ thống thông tin vô tuyến được

13


định nghĩa bằng phần mềm

SNR

Signal-to-Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SOW

Second of Week

Giây trong tuần

SPS

Standard Positioning Service


Dịch vụ định vị chuẩn

SVN

Space Vehicle Number

Số hiệu vệ tinh

TLM

Telemetry word

Trường TLM. Mào đầu 8 bit,
được sử dụng để đồng bộ các bản
tin định vị

TOW

Time of Week

Thời gian của tuần. Tuần GPS bắt
đầu tại nửa đêm giữa thứ bẩy và
chủ nhật

UHF

Ultra High Frequency

Tần số siêu cao


UT

Universal Time

Giờ Quốc tế

UTC

Universal Time Coordinated

Giờ Quốc tế phối hợp

UTM

Universal Transverse Mercator

Hệ tọa độ lưới xác định vị trí trên
bề mặt trái đất

14


VCO

Voltage Controlled Oscillator

Bộ tạo dao động được điều khiển
bằng điện áp

WGS84


World Geodetic System 1984

Hệ thống trắc địa toàn cầu 1984

15


PHẦN MỞ ĐẦU

Trong thập kỷ qua, lĩnh vực sóng vô tuyến được xác định bằng phần mềm
(SDR's) đã có kinh nghiệm phát triển nhanh chóng. SDR được nghiên cứu và nỗ lực
phát triển tiếp tục sinh sôi nảy nở và có kết quả trong một số sản phẩm mà bây giờ
đã có trên thị trường mở. Trong khi kết quả được công bố chắc chắn thường xuyên
hơn và với số lượng lớn hơn, thì chi tiết thiết kế của các hệ thống cụ thể thường
không được công bố. Ngay cả mặc dù nhiều người hỗ trợ sự phát triển của một
SDR-kiến trúc mở, SDR là lĩnh vực cạnh tranh và nhiều tổ chức xem xét các chi tiết
về thiết kế của họ được độc quyền. Ngoài ra, kể từ khi SDR đại diện cho một khởi
hành thiết kế vô tuyến truyền thống có một số Mystique về những gì của SDR là,
làm thế nào chúng được thiết kế, cách chúng hoạt động, và làm thế nào hiệu suất
được xác định hoặc xác minh. Trong báo cáo này chúng ta tìm kiếm để cung cấp cái
nhìn sâu sắc vào một số trong những khía cạnh của SDR bằng cách trình bày một ví
dụ chi tiết của một thiết kế nhận SDR cùng với một bộ thực hiện các phép đo ở các
giai đoạn khác nhau của bộ thu GPS.
GPS (Global Positioning System) được phát minh bởi quân đội Mỹ ở những
năm 70. Nhưng hầu hết các công nghệ đó đã được phát triển cho mục đích chiến
tranh như tên lửa định hướng, tìm kiếm mục tiêu quân sự và quân đội, …Thông qua
một hệ thống vệ tinh, một máy thu GNSS có thể thiết lập vị trí của nó trong bốn
thông số (kinh độ, vĩ độ, độ cao và thời gian). Điều này đã gây ra sự xuất hiện của
rất nhiều các ứng dụng dân sự và quân sự.

Trong những năm gần đây, có một xu hướng rõ ràng là đã nổi lên trong việc
thiết kế bộ thu GNSS: các quá trình Digi-tization (thực hiện bởi một bộ chuyển đổi
tương tự sang kỹ thuật số, ADC) được đặt gần ăng-ten thu, tạo ra hệ thống làm việc
ở tần số ngày càng cao hơn và băng thông rộng hơn. Nó được gọi là mô hình phần

16


mềm xác định sóng vô tuyến (SDR), sản phẩm này cố gắng thay thế hầu hết các
thành phần phần cứng truyền thống và kết thúc bằng các lệnh được định nghĩa bằng
phần mềm chạy trên thiết bị lập trình. Điều này cho phép khai thác kỹ thuật xử lý
tín hiệu số mạnh mẽ, do đó cung cấp một mức độ cao về tính cấu hình lại được tín
hiệu, linh hoạt và vững mạnh. Nó còn là một nền tảng chính cho nghiên cứu, miễn
nó là một công cụ có tính giao tiếp nhanh để đánh giá hiệu suất tổng thể hệ thống
khi một module hoặc chức năng nào đó được thay đổi hoặc bổ sung.
Việc áp dụng kỹ thuật SDR là một bước tiến triển trong sự phát triển của bộ
thu GNSS hiện đại. Phần mềm radio thực hiện tất cả các quá trình xử lý tín hiệu kỹ
thuật số thông qua một bộ vi xử lý chuyên nghiệp như FPGA, DSP hoặc thậm chí là
máy tính, như trái ngược với cách sử dụng một ứng dụng vi mạch cụ thể (ASIC).
Điều này chia tín hiệu tương tự trong phần cứng từ bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số
trong phần mềm ra và kết quả là lợi thế đáng kể, chẳng hạn như chuyển đổi tín hiệu
mềm để hiện đại hóa (đặc biệt quan trọng trong trường hợp của GNSS, mà trong
tương lai gần sẽ có một số tín hiệu bổ sung có thể được sử dụng để định vị, dẫn
đường, và tính toán thời gian), nhu cầu về xử lý tín hiệu yếu (chuyển hướng trong
nhà), đa phương thức hoạt động, và tích hợp đa cảm biến. Người sử dụng các bộ thu
phần mềm sẽ chỉ cần một phần mềm nâng cấp để cho phép sự bao gồm các xử lý tín
hiệu mới.
Qua những hiểu biết thực tế như vậy, em đã tìm hiểu và nghiên cứu ứng
dụng công nghệ SDR cho bộ thu GPS. Trong khuôn khổ đồ án này em tập trung
nghiên cứu về công nghệ SDR, bộ thu GPS, ứng dụng công nghệ SDR vào bộ thu

GPS sao cho phù hợp với thực tiễn và năng lực của bản thân. Nội dung của đồ án
này gồm 6 chương :
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Tổng quan về công nghệ SDR.

17


Chương 3: Phân tích bộ thu định vị toàn cầu GPS.
Chương 4: Ứng dụng công nghệ SDR vào bộ thu định vị toàn cầu GPS.
Chương 5: Trình bày mô phỏng hệ thống nghiên cứu.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đồ án trong tương lai.

18


Chương 1:
Giới thiệu chung
Thuật ngữ phần mềm vô tuyến định nghĩa dùng để chỉ một chương trình có
thể cấu hình lại hoặc lập trình lại, có thể hiển thị các chức năng khác nhau với cùng
một phần cứng. Bởi vì các chức năng được xác định trong phần mềm, một công
nghệ mới có thể dễ dàng được thực hiện tại một hệ thống vô tuyến phần mềm với
một phần mềm đã được nâng cấp. Luận án này tìm hiểu việc thực hiện một phần
mềm định nghĩa sóng vô tuyến.
Ngày nay liên tục thay đổi công nghệ mang lại sự cần thiết phải xây dựng
"tương lai bằng chứng" sóng vô tuyến. Nếu các chức năng mà trước đây được thực
hiện bởi phần cứng thì hiện nay cần phải có thể được thực hiện bằng phần mềm,
chức năng mới có thể được triển khai trên một sóng vô tuyến bằng cách cập nhật
các phần mềm chạy trên nó. Tăng tỷ lệ đường truyền, nhưng giảm số lượng của
quang phổ nên đòi hỏi phức tạp hơn các thuật toán xử lý tín hiệu được triển khai

trên sóng vô tuyến. Sự gia tăng của biến-QoS, đa thành phần lưu lượng, yêu cầu
quản lý phức tạp của các tài nguyên được phân bổ trong hoạt động của một kết nối
người dùng. Do đó cần phải triển khai một sự đa dạng của tiêu chuẩn trong một
thiết bị duy nhất.
Trong một phần mềm vô tuyến điện quy định, nhiều dạng sóng có thể được
thực hiện trong phần mềm, sử dụng cùng một phần cứng. Một phần mềm phát thanh
được xác định có thể giao tiếp với nhiều sóng vô tuyến khác nhau, với một sự thay
đổi duy nhất trong số phần mềm. Điều này có nghĩa khả năng tương tác giữa các
đơn vị quân đội khác nhau, các đơn vị khẩn cấp, và quân đội liên minh. công nghệ
mới có thể được thích nghi một cách nhanh chóng, dễ dàng, và cho một chi phí thấp
hơn nhiều. Để xây dựng đài phát thanh rằng có thể hỗ trợ các hoạt động trong nhiều

19


lĩnh vực mà không làm mất khả năng giao tiếp với nhau, một mở, kiến trúc tiêu
chuẩn phải được xác định. Bằng cách xây dựng dựa trên một, thường được xác định
rõ kiến trúc mở, nhà cung cấp vô tuyến có thể cải thiện khả năng tương tác bằng
cách cung cấp khả năng chia sẻ phần mềm dạng sóng từ sóng vô tuyến, và giảm
thời gian phát triển thông qua việc tái sử dụng phần mềm. Một cấu trúc mở cũng sẽ
tạo thuận lợi cho khả năng mở rộng và đưa vào công nghệ.
1.1 Định nghĩa
Phần này cung cấp một giới thiệu ngắn gọn cho các thuật ngữ chính được sử
dụng trong văn bản. Một phần mềm định nghĩa sóng vô tuyến (SDR) là một đài
phát thanh có thể cấu hình lại, trong đó các chức năng được xác định trong phần
mềm. Trong mỗi SDR, cùng một phần cứng có thể được sử dụng để thực hiện các
chức năng khác nhau tại những thời điểm khác nhau. SDR này cung cấp một cấu
trúc vô tuyến linh hoạt cho phép thay đổi đặc tính sóng vô tuyến trong thời gian
thực.
Phần mềm truyền thông kiến trúc (SCA) là một kiến trúc mở được xác định

bởi công ty hệ thống chiến thuật sóng vô tuyến (JTRS), công ty văn phòng chương
trình (JPO). Các SCA đã được xuất bản để cung cấp một kiến trúc mở có thể được
sử dụng để xây dựng một gia đình của sóng vô tuyến trên nhiều tên miền. Các đài
được xây dựng trên SCA được tương thích, có thể sử dụng một loạt các tần số, và
cho phép đưa vào công nghệ. SCA cũng hỗ trợ sử dụng lại phần mềm. Các SCA
được sử dụng như các kiến trúc cơ bản trong việc thực hiện phát thanh.
Yêu cầu đối tượng môi giới chung (CORBA) là một trung gian được định
nghĩa bởi Object Management Group (OMG). Nó cung cấp cơ sở hạ tầng cho các
ứng dụng máy tính phát triển trong các ngôn ngữ khác nhau và chạy trên các nền
tảng khác nhau để làm việc với nhau qua mạng. Các đối tượng trong các ứng dụng
CORBA được định nghĩa là giao diện, bằng cách sử dụng của OMG ngôn ngữ định

20


nghĩa giao diện (IDL). Các SCA sử dụng CORBA là bus giao tiếp phần mềm của
nó, và xác định thành phần của nó bằng cách sử dụng IDL.
Các Model Driven Architecture (MDA) là một đặc điểm kỹ thuật OMG phân
cách logic cơ bản đằng sau một đặc điểm kỹ thuật từ các chi tiết cụ thể mà thực hiện
nó. MDA hứa hẹn sẽ đưa lợi ích đang nổi lên nhanh chóng của công nghệ này vào
hệ thống hiện có bằng cách cung cấp một khung vững chắc, công việc giải phóng hệ
thống cơ sở hạ tầng để phát triển để đáp ứng với nền tảng mới trong khi bảo quản
đầu tư công nghệ hiện có. Một đặc điểm kỹ thuật đầy đủ MDA bao gồm một mô
hình dứt khoát nền tảng độc lập (PIM), cộng với một hoặc nhiều nền tảng mô hình
cụ thể (PSM) và bộ định nghĩa giao diện, mỗi mô tả làm thế nào mô hình cơ sở
được thực hiện trên một nền tảng trung gian khác nhau. Một PIM cho các SCA hiện
đang được phát triển bởi các phần mềm OMG Radio (SWRADIO) Domain Special
Interest Group (DSIG).
1.2 Mục tiêu
Em có những đóng góp sau đây trong luận văn này:

• Phân tích cấu trúc và chức năng công nghệ SDR.
• Giới thiệu tổng quan, cấu trúc tín hiệu và kiến trúc chung của bộ thu
GPS.
• Giới thiệu hệ thống SDR phần mềm, cấu trúc chương trình trong hệ
thống SDR phần mềm.
• Mô phỏng bộ tạo tín hiệu GPS.
• Đề nghị hướng phát triển trong tương lai.

21


Chương 2 :
Tổng quan về công nghệ SDR

Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nhu
cầu thông tin liên lạc của con người ngày càng trở nên đa dạng, đồng thời nó đòi hỏi
các thiết bị vô tuyến vừa phải hiệu quả về mặt kinh tế, vừa phải dễ dàng sử dụng và
nhất là cần đáp ứng yêu cầu hội tụ mạng. Kỹ thuật SDR chính là câu trả lời hoàn
hảo nhất cho vấn đề này. Chương này sẽ giới thiệu những vấn đề chung nhất để có
được cái nhìn tổng quát về SDR.
2.1. Định nghĩa SDR
Tổ chức SDR Forum cộng tác với nhóm IEEE P1900.1 đã đưa ra một khái
niệm về hệ thống vô tuyến phần mềm (SDR- Software Defined Radio) như sau:
“SDR is the radio in which some or all of the physical layer functions are Software
Defined”[1]
Tạm dịch là: “SDR là một hệ thống vô tuyến mà trong đó một số hoặc tất cả các
chức năng lớp vật lý được định nghĩa mềm”
Kĩ thuật SDR mang đến một giải pháp tương đối rẻ và hiệu quả, cho phép hỗ
trợ các thiết bị không dây đa mode, đa băng và/hoặc đa chức năng mà có thể được
nâng cấp nhờ sử dụng phần mềm.

SDR chứa một tập hợp các kĩ thuật phần cứng và phần mềm trong đó một số
hoặc tất cả các chức năng hoạt động của hệ thống vô tuyến được triển khai thông
qua các phần mềm/ phần cứng có khả năng điều chỉnh hoạt động trên các kĩ thuật

22


xử lí khả trình. Những thiết bị này bao gồm FPGA (Field Programmable Gate
Array), DSP (Digital Signal Processor), GPP (General Purpose Processor), SoC
(Progammable System on Chip) hay các bộ xử lí khả trình khác. Việc sử dụng
những công nghệ này cho phép các đặc tính wireless mới được thêm vào các hệ
thống vô tuyến đang tồn tại mà không cần đòi hỏi phần cứng mới.
2.2. Kiến trúc SDR tổng quát
Trong tài liệu SDRF-01-P-0006-V2.0.0, SDR Forum đã đưa ra sơ đồ kiến
trúc tổng quát như sau [2]:

Hình 2.1. Kiến trúc SDR tổng quát
Chúng ta sẽ mô tả các chức năng của đường thu từ trái sang phải. Đường
phát cũng tương tự, chỉ khác là theo luồng ngược lại.
- Ănten: có thể là một ănten lưỡng cực đơn giản hay một ănten giàn pha phức tạp.
Nó phân phối năng lượng là một trường điện từ cao tần (RF emf) trong hệ thống.

23


- RF/IF: Là nơi diễn ra quá trình xử lí tín hiệu tương tự cần thiết. Các bộ tiền chọn
lọc giới hạn năng lượng đầu vào tới các tần số mong muốn. Các bộ giảm “co-site
mitigator” sẽ hồi tiếp các tín hiệu nhiễu nội đã biết được đảo ngược để triệt tiêu
chúng. Một bộ dao động nội giảm tín hiệu xuống trung tần. Các thành phần dung
kháng và cảm kháng cần thiết cho trong bước này sẽ làm tăng chi phí, tạo ra tạp âm

trong tín hiệu và làm giảm tính linh động của trang thiết bị. Điều này cần được giảm
xuống càng nhiều càng tốt.
- Modem: Sự chuyển đổi tương tự-số được thực hiện ở đầu ra hoặc đầu vào của bộ
phận RF/IF. Đây là nơi đây bắt đầu quá trình xử lí tín hiệu số để tách tín hiệu mong
muốn ra khỏi tín hiệu gốc đã được số hóa. Các tín hiệu không mong muốn sẽ bị loại
bỏ và các bit băng cơ sở sẽ được giải điều chế.
- Bộ xử lí liên kết: có chức năng kiểm soát và điều khiển các hoạt động nhằm tăng
cường liên kết dựa trên thông tin điều khiển và dữ liệu từ modem. Đây là nơi xử lí
các thông số đo cường độ tín hiệu, điều khiển công suất, nhu cầu hay khả năng
chuyển giao, nhảy tần, điều khiển ănten và dữ liệu thời gian đến (TOA- Time of
Arrival).
- Bảo mật: Nếu hệ thống có thực hiện mã hóa mã mật thì giải mã mật cũng được
thực hiện ở đây. Bất kì thông tin nào trong hệ thống cần được bảo vệ vì các mục
đích an ninh thì cũng được xử lí trong module này.
- Vào/ra và xử lí cuộc gọi/tin nhắn: Phân phối lưu lượng tới phần còn lại của hệ
thống. Việc chuyển đổi tốc độ từ một cơ chế mã hóa tiếng nói sang một dạng khác
được thực hiện tại khối chức năng này. Vào/ra và xử lí cuộc gọi/tin nhắn cung cấp
truy nhập tới các mạng khác và các giao thức khác nhau tùy theo dạng ứng dụng đã
được thiết kế cho phiên làm việc cụ thể.

24