SỬ DỤNG GNU RADIO kết hợp PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG mô PHỎNG hệ THỐNG VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG
SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ
PHỎNG HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..........................................................................................VII
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU........................................................................................X
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................XI
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI...................................................................................1
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................1

1.2

YÊU CẦU ĐỀ TÀI......................................................................................................1

1.3

PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN.......................................................................................2

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ SOFTWARE DEFINED RADIO.................................3
2.1

GIỚI THIỆU VỀ SOFTWARE DEFINED RADIO............................................................3

2.2

NHỮNG LỢI ÍCH CỦA SOFTWARE DEFINED RADIO..................................................4

2.3

SOFTWARE DEFINED RADIO – RATE OF ADOPTION.................................................5

2.4

SOFTWARE DEFINED RADIO – CHUỖI GIÁ TRỊ........................................................7

2.5

SOFTWARE DEFINED RADIO – CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN..........................................8

2.5.1

Hệ thống vô tuyến thích nghi - Adaptive Radio..................................................8

2.5.2

Hệ thống vô tuyến nhận thức - Cognitive Radio.................................................9

2.5.3

Hệ thống vô tuyến thông minh - Intelligent Radio............................................10

2.6

MỘT SỐ PHẦN CỨNG HỖ TRỢ CHO SOFTWARE DEFINED RADIO...........................10

CHƯƠNG 3. PHẦN MỀM GNURADIO.........................................................................12
3.1

GIỚI THIỆU VỀ GNU RADIO..................................................................................12

3.2

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA GNU RADIO................................................................12

3.3

CÁCH CÀI ĐẶT HỆ ĐIỀU HÀNH UBUNTU 16.04 LTS..............................................13

3.4

CÀI PHẦN PHẦN MỀM GNU RADIO TRÊN UBUNTU 16.04 LTS.............................20

CHƯƠNG 4. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM GNU RADIO........................................22
4.1
4.1.1

TÌM HIỂU VỀ GNU RADIO.....................................................................................22
Tìm kiếm các khối chức năng............................................................................23


4.1.2

Sửa đổi đặc tính các khối..................................................................................24

4.1.3

Giới thiệu về flowgraph....................................................................................26

4.1.4

Lưu ý về Generate Options...............................................................................27

4.1.5

Kiểm tra ngõ ra.................................................................................................28

4.2

SỬ DỤNG COMPANION...........................................................................................31

4.3

CÁCH SỬ DỤNG INSERT_BLOCK_NAME_HERE.............................................32

4.3.1

Kiểm tra khối tín hiệu Probe.............................................................................33

4.3.2

Hiện thị thông tin trên văn bản.........................................................................36

4.3.3

Thông báo của Throttle Block...........................................................................37

4.3.4

Tỷ lệ lấy mẫu không phù hợp............................................................................38

CHƯƠNG 5. TÌM HIỂU VỀ KIT LIMESDR CỦA MYRIADRF..............................40
5.1

GIỚI THIỆU VỀ LIMESDR......................................................................................40

5.2

TỔNG QUAN VỀ KIT LIMESDR.............................................................................41

5.3

CÁC THÀNH PHẦN CỦA LIMESDR........................................................................42

5.3.1

Thiết bị nổi bật..................................................................................................42

5.3.2

Những thiết bị khác trên board.........................................................................42

5.3.3

Cấu hình, trạng thái và các thành phần thiết lập.............................................43

5.3.4

Ngõ vào, ngõ ra cho người dùng......................................................................44

5.3.5

Bộ nhớ thiết bị...................................................................................................44

5.3.6

Mạch đồng hồ...................................................................................................45

5.3.7

Cung cấp nguồn................................................................................................45

5.4

CẤU TRÚC CỦA KIT LIMESDR..............................................................................45

CHƯƠNG 6. MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN LIMESDR......47
6.1

KHẢO SÁT HỆ THỐNG THU SÓNG FM....................................................................47

6.1.1

Mục đích thí nghiệm.........................................................................................47

6.1.2

Lý thuyết cơ bản về FM....................................................................................47

6.1.3

Trình tự thí nghiệm...........................................................................................49

6.1.4

Sử dụng Pothosware thay cho GNU Radio.......................................................54

6.2

ỨNG DỤNG GNU RADIO TRONG ĐIỀU CHẾ, GIẢI ĐIỀU CHẾ AM...........................57

6.2.1

Mục đích thí nghiệm.........................................................................................57

6.2.2

Lý thuyết cơ bản về AM.....................................................................................57


6.2.3
6.3

Trình tự thí nghiệm...........................................................................................60
NHẬN XÉT KẾT QUẢ..............................................................................................74

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................76


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 2-1: TỔNG QUAN SDR VỀ KIẾN TRÚC CHỨC NĂNG – THƯƠNG MẠI..4
HÌNH 2-2: CHUỖI CỦA GIÁ TRỊ SDR............................................................................7
HÌNH 2-3: BIỂU ĐỒ VENN MINH HOẠ MỐI QUAN HỆ GIỮA LIÊN KẾT CÔNG
NGHỆ KHÔNG DÂY TIÊN TIẾN.....................................................................................9
HÌNH 3-1: CHỌN UNIVERSAL-USB-INSTALLER....................................................14
HÌNH 3-3: LỰA CHỌN CÀI ĐẶT UBUNTU.................................................................16
HÌNH 3-4: CHỌN NGÔN NGỮ CHO UBUNTU...........................................................17
HÌNH 3-5: BỎ CHỌN CÁC BẢN CÀI ĐẶT CHO UBUNTU......................................17
HÌNH 3-6: CHỌN GIỮ LẠI DỮ LIỆU TRÊN MÁY TÍNH.........................................18
HÌNH 3-7: CHỌN BOOT CHO UBUNTU......................................................................18
HÌNH 3-8: CHỌN HOME CHO UBUNTU.....................................................................19
HÌNH 3-9: CHỌN WINDOWS BOOT MANAGER......................................................19
HÌNH 3-10: NHẬP DÒNG LỆNH ĐẦU TIÊN ĐỂ CÀI ĐẶT GNU RADIO.............20
HÌNH 3-11: NHẬP DÒNG LỆNH THỨ 2 ĐỂ CÀI ĐẶT GNU RADIO.....................21
HÌNH 3-12: GIAO DIỆN CỦA GNU RADIO.................................................................21
HÌNH 4-1: GIAO DIỆN CHÍNH CỦA GNU RADIO....................................................22
HÌNH 4-2: HỘP THOẠI SEARCH...................................................................................23
HÌNH 4-3: CỬA SỔ OPTION BLOCK...........................................................................24
HÌNH 4-4: CỬA SỔ TAB DOCUMENTATION.............................................................25
HÌNH 4-5: CỬA SỔ GENERAL ĐIỀU CHỈNH ID.......................................................26
HÌNH 4-6: MÔ HÌNH FLOWGRAPH.............................................................................27
HÌNH 4-7: THANH TOOLBAR........................................................................................27
HÌNH 4-8: THÔNG BÁO LỔI TRONG HỘP THOẠI TERMINAL..........................28
HÌNH 4-9: THÔNG BÁO LỔI TRONG TERMINAL...................................................28
HÌNH 4-10: DẠNG SÓNG NGÕ RA HÌNH SIN............................................................29
HÌNH 4-11: CỬA SỔ TYPES.............................................................................................29

HÌNH 4-12: CỬA SỔ HIỆN THỊ ERRORS....................................................................30
HÌNH 4-13: HÌNH SÓNG DẠNG SIN TRÊN MỘT KÊNH.........................................31
HÌNH 4-14: FLOWGRAPH TIME VÀ FREQUENCY................................................32


HÌNH 4-15: CỬA SỔ THUỘC TÍNH CỦA KHỐI PROBE..........................................33
HÌNH 4-16: CỬA SỔ TÀI LIỆU CỦA KHỐI PROBE..................................................34
HÌNH 4-17: CỬA SỔ KHỐI PORBE KHI THÊM THUỘC TÍNH.............................35
HÌNH 4-18: TÀI LIỆU CỦA KHỐI PROBE..................................................................35
HÌNH 4-19: CỬA SỔ TÌM KIẾM QT..............................................................................36
HÌNH 4-20: HIỆN THỊ THÔNG TIN DẠNG VĂN BẢN..............................................37
HÌNH 4-21: THÔNG BÁO CỦA THROTTLE BLOCK...............................................37
HÌNH 4-22: CHỌN TỶ LỆ LẤY MẪU............................................................................38
HÌNH 4-23: KẾT QUẢ CHỌN TỶ LỆ LẤY MẪU........................................................39
HÌNH 5-1: TỔNG QUAN VỀ KIT LIMESDR...............................................................42
HÌNH 5-2: NHỮNG LINH KIỆN CHÍNH Ở MẶT TRÊN CỦA LIMESDR.............46
HÌNH 5-3: NHỮNG LINH KIỆN CHÍNH Ở MẶT DƯỚI CỦA LIMESDR.............46
HÌNH 6-1: DẠNG SÓNG ĐIỀU CHẾ FM.......................................................................48
HÌNH 6-2: KẾT NỐI LIMESDR VỚI MÁY TÍNH.......................................................49
HÌNH 6-3: HỘP THOẠI CONNNECTIONSETTINGS................................................50
HÌNH 6-4: HỘP THOẠI PROGRAMMING..................................................................50
HÌNH 6-5: THÔNG BÁO KẾT NỐI THÀNH CÔNG...................................................51
HÌNH 6-6: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH THU SÓNG FM.......................................................51
HÌNH 6-7: MẬT ĐỘ PHỔ CỦA TÍN HIỆU FM THU ĐƯỢC.....................................53
HÌNH 6-8: BIỂU ĐỒ PHỔ CỦA TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ..............................................54
HÌNH 6-9: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHO MẠCH THU SÓNG FM...............................55
HÌNH 6-10: KẾT QUẢ BIỂU ĐỒ PHỔ SÓNG FM.......................................................57
HÌNH 6-11: KẾT QUẢ BIỂU ĐỒ TÍN HIỆU FM..........................................................57
HÌNH 6-12: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ AM..........................................................................58
HÌNH 6-13: BIÊN ĐỘ CỦA TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ AM..............................................59

HÌNH 6-14: SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU CHẾ AM..................................................................61
HÌNH 6-15: ĐIỀU CHẾ AM BÌNH THƯỜNG...............................................................65
HÌNH 6-16: ĐIỀU CHẾ AM 100%...................................................................................66
HÌNH 6-17: ĐIỀU CHẾ AM QUÁ....................................................................................67
HÌNH 6-18: PHỔ CỦA SÓNG MANG.............................................................................68
HÌNH 6-19: SƠ ĐỒ MẠCH GIẢI ĐIỀU CHẾ AM........................................................69
HÌNH 6-20: TÍN HIỆU AM BAN ĐẦU............................................................................73


HÌNH 6-21: TÍN HIỆU THÔNG TIN TRƯỚC KHI ĐIỀU CHẾ................................74


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG 2-1: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED
RADIO...................................................................................................................................10
BẢNG 5-1: NHỮNG CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA KIT LIMESDR...........................40
BẢNG 5-2: THIẾT BỊ NỔI BẬT.......................................................................................42
BẢNG 5-3: NHỮNG THIẾT BỊ KHÁC TRÊN BOARD..............................................43
BẢNG 5-4: CẤU HÌNH, TRẠNG THÁI VÀ CÁC THÀNH PHẦN THIẾT LẬP.....43
BẢNG 5-5: NGÕ VÀO, NGÕ RA CHO NGƯỜI DÙNG...............................................44
BẢNG 5-6: BỘ NHỚ THIẾT BỊ.......................................................................................44
BẢNG 5-7: MẠCH ĐỒNG HỒ.........................................................................................45
BẢNG 5-8: CUNG CẤP NGUỒN.....................................................................................45
BẢNG 6-1: CÁC THÔNG SỐ TRONG MẠCH ĐIỀU CHẾ AM................................61
BẢNG 6-2: THÔNG SỐ TRONG MẠCH GIẢI ĐIỀU CHẾ AM................................69


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADC

Analog To Digital Converter

AM

Amplitude Modulation

BTS

Base Transceiver Station

DDC

DigitalDown Converters

DUC

Digital Up Converters

DSP

Digital Signal Processor

DAC

Digital To Analog Converter

FM

Frequency Modulation

FPGA

Field Programmable Gate Array

GPL

General Public License

GPP

General Purpose Processor

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

ID

Identification

IF

Intermediate Frequency

LNA

Low Noise Amplifier

LTE

Long Term Evolution

NCO

Numerically Controlled Oscillators

PA

Power Amplifier

RF

Radio Frequency

RFID

Radio Frequency Identification

SoC

System On Chip

SDR

Software Define Radio

USRP

Universal Software Radio Peripheral

Trang 1/77

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề
Software Defined Radio – là một hệ thống truyền thông vô tuyến, các thành
phần được thực hiện trong phần cứng (Ví dụ: bộ trộn, bộ lọc, bộ khuếch đại, bộ điều
chế và giải điều chế, …) thay vào đó được thực hiện bằng phần mềm trên máy tính
cá nhân hoặc hệ thống nhúng. Mặc dù khái niệm Software Defined Radio không
phải mới nhưng với khả năng phát triển nhanh chóng của các thiết bị điện tử đã làm
cho nhiều quá trình thực tế chỉ có trên lý thuyết.
Software Defined Radio giúp người nghiên cứu hiểu rõ các hệ thống thông tin
vô tuyến một cách tổng quan và sâu sắc hơn so với việc chỉ nghiên cứu lý thuyết
đơn thuần. Với những mô hình viễn thông cơ bản có thể khảo sát bằng những thiết
bị phần cứng kết hợp cùng với phần mềm đã tạo giúp cho việc nghiên cứu của sinh
viên đang học chuyên ngành viễn thông dễ tiếp thu được kiến thức lý thuyết hơn.
Ngoài ra, đề tài còn cung cấp thêm kiến thức về các chương trình mã nguồn mở
như: GNU Radio, Pothosware, SDRConsole, ….
1.2 Yêu cầu đề tài
Tìm hiểu môi trường phát triển ứng dụng mã nguồn mở GNU Radio. GNU
Radio có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực viễn thông như: xây dựng tổng đài BTS cơ
bản, thu sóng FM, các loại điều chế và giải điều chế, …. Từ những ứng dụng mà
GNU Radio cung cấp dựa vào đấy để xây dựng một hệ thống theo yêu cầu đề tài.
Tìm hiểu kit LimeSDR của MyriadRF. Những ứng dụng của LimeSDR trong
thực tế, cũng như sự kết của LimeSDR và GNU Radio trong một số mô hình viễn
thông cơ bản.

Sử dụng hệ GNU Radio và LimeSDR để khảo sát hệ thống thu sóng FM. Kết
quả thu được sẽ hiện thị được dạng phổ tần số trung tâm, ngoài ra hiện thị băng tần
của tín hiệu FM, thiết lập giao diện có thể thay đổi tần số thu sóng theo người sử
dụng một cách dễ dàng và dễ hiểu khi sử dụng.
1.3

Phương pháp thực hiện

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 2/77

LimeSDR là một nền tảng công nghệ định tuyến được định nghĩa bởi phần
mềm mã nguồn mở với chi phí thấp, hỗ trợ ứng dụng (SDR) có thể được sử dụng để
hỗ trợ bất kỳ loại tiêu chuẩn truyền thông không dây nào. LimeSDR có thể gửi và
nhận UMTS, LTE, GSM, LoRa, Bluetooth, Zigbee, RFID và Digital Broadcasting,
…. LimeSDR được sản xuất bởi MyriadRF, MyriadRF là một họ của các dự án
phần mềm mã nguồn mở và phần mềm giao tiếp không dây.
Tuy nhiên, các tài liệu cho GNU Radio cho một phần cứng cụ thể rất ít, việc
nghiên cứu này đòi hỏi phải truy xuất đến mã nguồn của GNU để thay đổi phần
cứng. Mặt khác, các tài liệu hướng dẫn về LimeSDR cũng hạn chế vì mới được sản
xuất, vì vậy tìm hiểu sâu vào LimeSDR cũng là một khó khăn tương đối lớn. Những
nghiên cứu về LimeSDR vẫn đang được cộng đồng trao đổi và chia sẻ để phát triển
sản phẩm hơn. Kế hoạch thực hiện thu sóng FM bằng phần cứng nhưng được điều
khiển bằng phần mềm.

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

Trang 3/77

CHƯƠNG 2.

GIỚI THIỆU VỀ SOFTWARE DEFINED RADIO

1.4 Giới thiệu về Software Defined Radio
Với sự phát triển theo cấp số mũ trong nhiều cách và những ý nghĩa được tạo
nên từ nó, đã giúp con người cần để giao tiếp và truyền thông tin, giao tiếp bằng
thoại, giao tiếp bằng video, thông tin truyền thông, ra lệnh và điều khiển giao tiếp,
giao tiếp trong trường hợp khẩn cấp,…. - sửa đổi thiết bị radio dễ dàng và hiệu quả
chi phí trở nên rất quan trọng. Software Defined Radio đã mang đến sự linh hoạt,
chi phí không quá đắt và công suất để điều khiển giao tiếp không lớn, với những lợi
ích to lớn mà các nhà cung cấp dịch vụ và phát triển sản phẩm mang đến cho người
sử dụng.
Một số định nghĩa có thể tìm thấy để mô tả Software Defined Radio, như là
Software Radio hoặc là SDR. Diễn đàn SDR đã hợp tác với nhóm Institute of
Electrical and Electronic Engineers (IEEE) P1900.1 đã làm việc cùng nhau để cung
cấp một định nghĩa của SDR mang tính nhất quán và một cách tổng quan rõ ràng
hơn của kỹ thuật này và nó cũng liên kết lợi ích với nhau. Và đơn giản họ đặt định
nghĩa cho Software Defined Radio là:
"Radio in which some or all of the physical layer functions are software
defined"
Một máy radio là một trong nhiều loại thiết bị truyền hoặc nhận tín hiệu vô
tuyến trong dải tần số vô tuyến của phổ điện từ để tạo thuận lợi cho việc truyền
thông tin vô tuyến. Ngày nay, tín hiệu vô tuyến tồn tại ở hàng loạt các mặt hàng như
là điện thoại di động, máy tính, điều khiển mở cửa ô-tô và điều khiển tivi, ….
Những thiết bị phần cứng vô tuyến truyền thống bị giới hạn bởi các chức năng

chéo và chỉ có thể sửa đổi thông qua sự can thiệp của lớp vật lý. Điều này dẫn đến
chi phí sản xuất cao hơn và tính linh hoạt tối thiểu hỗ trợ nhiều dạng sóng cơ bản.
Ngược lại, công nghệ Software Defined Radio cung cấp một giải pháp hiệu quả và
tương đối rẻ tiền cho vấn đề này, cho phép multi-mode, multi-band, hoặc là multi-

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 4/77

band trên những thiết bị vô tuyến, các thiết bị này có thể tăng cường bằng cách sử
dụng phần mềm để nâng cấp.

Hình 2-1: Tổng quan SDR về kiến trúc Chức năng – Thương mại

Định nghĩa về SDR bao gồm cả công nghệ phần cứng và phần mềm, ở đó có
một vài hoặc tất cả những chức năng của hoạt động vô tuyến (còn được gọi là xử lý
lớp vật lý) là được thông qua phần mềm hoặc phần mềm có thể điều chỉnh được trên
các công nghệ xử lý lập trình. Thiết bị đó bao gồm Field Programmable Gate Arrays
(FPGA), Digital Signal Processors (DSP), General Purpose Processors (GPP),
programmable System on Chip (SoC) hoặc những chương trình ứng dụng xử lý
khác. Sử dụng những công nghệ cho phép những chức năng vô tuyến mới và khả
năng bổ sung vào các hệ thống vô tuyến hiện có mà không yêu cầu phần cứng mới.
1.5 Những lợi ích của Software Defined Radio
Những lợi ích của SDR rất nhiều:
-

Đối với các nhà dản xuất thiết bị vô tuyến và các hà lắp ráp hệ thống, SDR

có thể:

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 5/77

Một loạt các sản phẩm vô tuyến được thực hiện bằng cách sử dụng một kiến
trúc nền tảng, cho phép những sản phẩm mới nhanh chóng được giới thiệu ra thị
trường.
Phần mềm được sử dụng lại trên các sản phẩm vô tuyến, giảm sự phát triển
chi phí đáng kể.
Over-the-air hoặc các chương trình lập trình từ xa khác, cho phép sữa lỗi xảy
ra trong khi cung cấp dịch vụ, do đó giảm thời gian và chi phí liên quan đến hoạt
động và bảo trì.
- Đối với nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến, SDR cho phép:
Các tính năng mới và khả năng được bổ sung vào cơ sở hạ tầng hiện có mà
không cần yêu cầu thêm chi phí, các nhà cung cấp cấp dịch vụ cho phép biết được
cấu trúc mạng trong tương lai của họ.
Việc sử dụng một nền tảng phát thanh chung cho nhiều thị trường đã làm
giảm đáng kể hổ trợ và chi phí hoạt động.
Tải phần mềm từ xa, thông qua đó công suất có thể được tăng lên, khả năng
nâng cấp có thể được kích hoạt và tính năng tạo doanh thu mới có thể được chèn
thêm.
-

Đối với người sử dụng, tử những người thường xuyên đi công tác cho đến

những người lính trên chiến trường, công nghệ SDR nhằm mục đích:

Giảm chi phí trong việc cung cấp cho người dùng đầu cuối truy cập vào
mạng không dây truyền thông phổ biến – cho phép họ liên lạc với bất cứ ai khi nào
họ cần, bằng những cách thích hợp nhất.
1.6 Software Defined Radio – Rate of Adoption
Diễn đàn SDR đã đưa ra một số báo cáo nghiên cứu vào năm 2006 để đánh giá
việc thông qua công nghệ SDR ở nhiều thị trường khác nhau. Kết quả của những
nghiên cứu này chứng minh rằng, trong một số thị trường nhất định, SDR đang phát
triển nhanh hơn những nhà đổi mới và người chấp nhận sớm theo định nghĩa của
Geoffrey Moore trong “Crossing the Chasm” vào giai đoạn đầu tiên định nghĩa

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 6/77

chính thống trên thị trường. trong giai đoạn này người chấp nhận lựa chọn công
nghệ không phải vì nó sáng tạo hoặc có tầm nhìn xa mà bởi vì nó đã cho thấy là có
thể giải quyết thành công những vần đề trong thị trường cụ thể của họ.
Các ví dụ về áp dụng SDR minh họa sự chuyển đổi sang dòng chính là phong
phú:
- Hàng ngàn radio đã được phần mềm xác định thành công triển khai trong
các ứng dụng quốc phòng.
- Hệ thống cơ sở hạ tầng di động đang sử dụng chương trình xử lý thiết bị để
tạo ra “common platform” (nền tảng chung) hoặc “multiband – multiprotocol” các
trạm cơ sở hỗ trợ nhiều tế bào tiêu chuẩn cơ sở hạ tầng.
- Điện thoại di động ngày nay được sử dụng trên System on Chip (SoC) thiết
bị kết hợp chương trình “DSP Cores” để hổ trợ cho baseband/mode processing.
- Các modem vệ tinh trong các thị trường thương mại và quốc phòng sử dụng
phổ biến cá thiết bị xử lý lập trình trung gian tần số và xử lý tín hiệu baseband.

- Trong khi những loại hệ thống thường không được quảng cáo như là SDR’s,
họ sử dụng và hưởng lợi từ công nghệ SDR để giải quyết các vần đề cụ thể của thị
trường như: chi phí tăng cao, chi phí sản xuất, chi phí nâng cấp và bảo trì, thời gian
thị trường trong việc hỗ trợ tiêu chuẩn giao diện mới hoặc các vần đề liên quan đến
khả năng tương tác mạng.
-

Ngoài ra, các nghiên cứu thị trường và công nghệ diễn đàn SDR đã cho

thấy chi phí công nghệ tần dố radio hỗ trợ hiệu quả hoạt động của phần mềm xác
định bằng radio trong một dải quang phổ rộng đã dần mở rộng, cho phép lần đầu
tiên sử dụng Software Defined Radio như là một công nghệ cho phép phổ tần truy
cập hệ thống với chức năng nhận thức hoặc chức năng vô tuyến thông minh. Xu
hướng này dự kiến sẽ tiếp trong thời gian tới, cho phép SDR đạt được định nghĩa về
việc giảm chi phí trong việc cung cấp cho người dùng cuối truy cập vào mạng

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 7/77

không dây phổ biến truyền thông – cho phép họ giao tiếp với bất cứ ai họ cần và bất
cứ khi nào họ cần, trong bất kỳ cách nào thích hợp nhất.
1.7 Software Defined Radio – Chuỗi giá trị
Thời điểm này tốt cho sự tham gia SDR ở tất cả các cấp của chuỗi:
Lợi ích và cơ hội dự đoán cho công nghệ SDR đang có một tác độn đáng kể về
chuỗi giá trị của ngành công nghiệp vô tuyến. Chuỗi này bao gồm các sản phẩm dựa
trên dịch vụ của các nhà cung cấp, với giá trị tăng ở từng giai đoạn đoạn, cuối cùng
dẫn đến các sản phẩm SDR cuối và dịch vụ đáp ứng nhu cầu của người dùng cuối

và thuê bao.
Trong cả chuỗi, các nhà cung cấp có thể được hỗ trợ bởi các tổ chức bên ngoài
như là các cơ sở giáo dục, phòng thí nghiệm, các cơ quan tiêu chuẩn ngành, các nhà
đầu tư và cơ quan nhà nước. Các tổ chức hỗ trợ này cung cấp đầu vào quan trọng
như là quá trình xử lý qua chuỗi, cuối cùng là tiếp cận người dùng. Chi tiết của
chuỗi và mối quan hệ trong bối cảnh thành viên diễn đàn SDR được nêu ra dưới
đây.

Hình 2-2: Chuỗi của giá trị SDR

SDR có ý nghĩa sâu rộng trong chuỗi ảnh hưởng nhiều tổ chức khác nhau và
ngành công nghiệp thông qua chuỗi tần số vô tuyến (RF) (các thành phần đầu cuối,

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 8/77

nhà phát triển phần mềm, các nhà sản xuất chip, vv.) và trong các phương thức kinh
doanh (các nhà cung cấp dịch vụ, OEMs, IP holder, vv.). Để cung cấp các sản phẩm
và dịch vụ khả thi để đáp ứng sự phát triển trong tương lai tiềm năng của công nghệ
SDR, các tổ chứ phải xem xét cấu trúc SDR cào tất cả các cấp của chuỗi giá trị. Với
những ứng dụng thành công được thấy ở một số thị trường, cơ hội để hoàn thành
thu hút SDR ở tất cả các cấp của chuỗi là bây giờ.
Diễn đàn SDR tham gia của các nhà lãnh đạo về kỹ thuật, kinh doanh và chính
phủ đẳng cấp thế giới từ EMEA, Châu Á và Châu Mỹ, ở tất cả các cấp của chuỗi giá
trị của ngành công nghiệp vô tuyến. Các thành viên này cam kết giải quyết vấn đề
liên lạc của khách hàng thông qua các loại thiết bị phát thanh để hỗ trợ các mạng
không dây khác nhau, các tiêu chuẩn phát triển, và bổ sung các dịch vụ gia tăng. Sự

đóng góp để thúc đẩy sự thành công của thế hệ tiếp theo, công nghệ vô tuyến vồn sẽ
được hỗ trợ phần mềm xác định và nhận thức đài phát thanh (CR) khả năng là nền
tảng của Diễn đàn. Thông qua sức mạnh tập thể của ngành công nghiệp, diễn dàn có
thể hỗ trợ việc áp dụng các công nghệ SDR thông qua chuỗi giá trị thông qua vận
động chính sách, phát triển cơ hội, thương mại hóa và giáo dục.
1.8 Software Defined Radio – Công nghệ liên quan
SDR có thể hoạt động như một công nghệ cho phép một loạt các thiết bị vô
tuyến khác thường được thảo luận trong thị trườn không dây tiên tiến. Mặc dù SDR
không bắt buộc phải thực hiện bất kỳ loại radio nào, công nghệ SDR có thể cung
cấp các loại radio với tính năng linh hoạt cần thiết cho họ để đạt được những tính
năng đầy đủ cho họ, những lợi ích của nó có thể giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả
hệ thống.
1.1.1 Hệ thống vô tuyến thích nghi - Adaptive Radio
Adaptive Radio là thông tin vô tuyến, trong đó hệ thống truyền thông có một
phương tiện theo dõi hiệu suất của chính mình và sửa đổi các thông số hoạt động
của chúng cải thiện hiệu suất này. Việc sử dụng SDR công nghệ trong một hệ thống
phát thanh thích ứng cho phép có nhiều mức độ tự do hơn trong thích nghi, và do đó

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 9/77

mức hiệu suất cao hơn và tốt hơn chất lượng dịch vụ trong một liên kết truyền
thông.

Hình 2-3: Biểu đồ Venn minh hoạ mối quan hệ giữa liên kết công nghệ không dây tiên tiến

1.1.2 Hệ thống vô tuyến nhận thức - Cognitive Radio

Đài nhận thức là đài phát thanh, trong đó các hệ thống truyền thông nhận thức
được đài nhà nước và đài liên bang của họ, chẳng hạn như vị trí và sử dụng tần số
RF phổ ở vị trí đó. Họ có thể làm quyết định về hoạt động của đài hành vi bằng
cách lập bản đồ thông tin đó chống lại các mục tiêu được xác định trước.
Đài phát thanh nhận thức được xác định nhiều hơn để sử dụng Software
Defined Radio, Adaptive Radio, và các công nghệ khác để tự động điều chỉnh hành
vi hoặc hoạt động của nó để đạt được mong muốn của mục tiêu.
Việc sử dụng các yếu tố này rất quan trọng trong việc cho phép người dùng
cuối sử dụng tối ưu phổ tần số hiện có và các mạng không dây với một bộ phần
cứng radio chung. Như đã lưu ý trước đó, điều này sẽ làm giảm chi phí cho người
dùng cuối trong khi vẫn cho phép họ liên lạc với bất cứ ai họ cần bất cứ khi nào họ
cần và trong bất kỳ cách nào là thích hợp.
1.1.3 Hệ thống vô tuyến thông minh - Intelligent Radio
Đài phát thanh thông minh là đài phát thanh nhận thức có khả năng học. Điều
này cho phép Cognitive Radio để cải tiến cách thức mà nó thích ứng với những thay
đổi về hiệu năng và môi trường để phục vụ tốt hơn nhu cầu của người dùng cuối.

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 10/77

Những loại radio - Adaptive Radio, Cognitive Radio và Intelligent Radio không nhất thiết xác định một thiết bị đơn lẻ, nhưng có thể kết hợp các thành phần
được lan truyền trên toàn bộ mạng.
1.9 Một số phần cứng hỗ trợ cho Software Defined Radio
Software Defined Radio được hỗ trợ bởi nhiều phần cứng, những phần cứng
này được tích hợp sẵn trên một board mạch hoàn chỉnh và tùy vào mỗi nhu cầu mà
tùy chọn những board mạch khác nhau. Ngoài ra, các board mạch khác nhau sẽ cho
khả năng thực hiện các chương trình cũng như các hệ thống mô phỏng khác nhau.

Dưới đây là bảng thông số cung cấp một số thông tin đến những board mạch
hỗ trợ cho Software Defined Radio.
Bảng 2-1: Thông số kỹ thuật của phần cứng Software Defined Radio

ST
T

1

2

Băng
Tên

Loại

Băng tần

thông lớn
nhất

BladeRF

HackRF

Pre-built

Pre-built

300MHz

– 3.8GHz
1MHz –
6GHz

x

20MHz

Tốc độ lấy

Giao diện

mẫu

máy chủ

80 kSPS –
40MSPS
8-20 MSPS

FPGA

USB 3.0

Altera

SuperSpee

Cyclon

d

e4

USB 2.0

x

Prebuilt(Mã
3

LimeSDR

nguồn
mở/phầ

100kHz –

61.44MH

3.8GHz

z

61.44 Msps

USB 3.0,
PCle

Altera

Cyclon
e4

n cứng)
4

5

LimeSDR
-mini

MyriadRF

10MHz –
Pre-built

3.5GHz

30.72MH
z

– 3.8GHz

USB 3.0,

Altera

PCle

Max 10

0.75 –

300MHz
Pre-built

30.72Msps

x

14MHz,

FX10A-

Bypass

80P

none

mode

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 11/77

6

7

8

RTL-SDR
R820T2

SDRplay

USRP

2.4MHZ(c

1–
Pre-built

1766MH

x

Z
Pre-built

Pre-built

1kHz –
2GHz
DC –
6GHz

ó thể lên
đến

USB

none

USB

none

3.2GHz)
10MHZ

2x10Msps

Xilinx
x

56Msps

USB 3.0

Spartan
6

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

Trang 12/77

CHƯƠNG 3.
1.10

PHẦN MỀM GNURADIO

Giới thiệu về GNU Radio
GNU Radio là một bộ công cụ phát triển dựa trên phần mềm miễn phí cung

cấp các khối xử lý tín hiệu để thực hiện các đài phát thanh và hệ thống xử lý tín hiệu
phần mềm. Nó có thể được sử dụng với phần cứng RF bên ngoài để tạo ra Software
Defined Radio, hoặc không có phần cứng trong môi trường mô phỏng. Nó được sử
dụng rộng rãi trong môi trường hobbyist, học thuật và thương mại để hỗ trợ cả
nghiên cứu truyền thông không dây và hệ thống phát thanh thế giới thực.
Phần mềm GNU Radio cung cấp khuôn khổ làm việc và công cụ để xây dựng
và chạy phần mềm radio hoặc chỉ là ứng dụng xử lý tín hiệu nói chung. Các ứng
dụng của GNU Radio nói chung được gọi là “flowgraphs”, là một loạt các khối xử
lý tín hiệu kết nối với nhau, do đó mô tả một luồng dữ liệu. Giống như tất cả các hệ
thống Software Defined Radio, khả năng tái cấu trúc là một tính năng chính. Thay
vì sử dụng các hệ thống radio khác nhau được thiết kế cho các mục đích cụ thể
nhưng khác biệt. một đài phát thanh đơn, có thể sử dụng chung như là radio front –
end, và phần mềm xử lý tín hiệu, xử lý các quy trình cụ thể cho ứng dụng của radio.
Những flowgraphs có thề được viết bằng C++ hoặc là ngôn ngữ lập trình
Python. Cơ sở hạ tầng của GNU Radio được viết hoàn toàn bằng C++ và nhiều
công cụ người dùng được viết bằng Python.
GNU Radio là một gói phần mềm xử lý tín hiệu và một phần của GNU
Project. Nó được phân phối theo các điều khoản của GNU General Public License
(GPL) và hầu hết mã dự án đều có bản quyền của Free Software Foundation.
1.11

Lịch sử phát triển của GNU Radio
Xuất bản lần đầu tiên vào năm 2001, GNU Radio là gói GNU chính thức. John

Gilmore đã bắt đầu GNU Radio với khoản tài trợ 320.000 đô la Mỹ cho Eric
Blossom để tạo ra mã và các nhiệm vụ quản lý dự án.
GNU Radio bắt đầu như là một ngả rẻ của mã Pspectra được phát triển bởi dự
án SpectrumWare tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Năm 2004, một

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 13/77

bản ghi lại hoàn chỉnh của GNU Radio được hoàn thành, vì vậy ngày nay GNU
Radio không còn có bất kỳ mã Pspectra nào ban đầu. Cũng lưu ý rằng mã nguồn
Pspectra đã được sử dụng làm nền tảng của Vanu Software Radio.
Matt Ettus đã tham gia dự án là một trong những nhà phát triển đầu tiên và đã
tạo ra Universal Software Radio Peripheral (USRP) để cung cấp một nền tảng phần
cứng để sử dụng với phần mềm GNU Radio.
Tháng 9/2010, Eric Blossom không còn làm giám đốc đốc dự án và thay thế
bởi Tom Rondeau.
Những ngày đầu của dự án, các nhà phát triển cốt lõi đã bắt đầu tổ chức bán
hàng Hackerests. Trong năm 2011, dự án Radio GNU bắt đầu tổ chức một cuộc họp
hàng năm, được gọi là “GRCon”, thường có một Hackerst vào ngày cuối cùng của
hội nghị.
Tháng 3 năm 2016, Tom Rondeau từ chức và được thay thế bởi Ben Hilburn
làm Trưởng dự án và Johnathan Corgan, một người bảo trì lâu năm, làm Kiến trúc
sư trưởng.

1.12

Cách cài đặt hệ điều hành Ubuntu 16.04 LTS
Chúng ta có thể thể cài GNU Radio nhiều hệ điều hành như Windown,

Ubuntu, …. Nhưng để cho GNU Radio hoạt động bình thường và ổn định thì nên
cài trên hệ điều hành Ubuntu, sẽ giúp cho GNU Radio hoạt động ít bị lỗi hơn là so
với khi cài GNU Radio trên hệ điều hành Windown. Có thể cài hệ điều hành Ubuntu
16.05 LTS này song song với hệ điều hành Windown, nhưng hai hệ điều hành sẽ
hoạt động độc lập với nhau. Dưới đây là cách cài hệ điều hành Ubuntu 16.04 LTS:
Khi cài Ubuntu thì cần phải có một số file cài đặt của phần mềm và một USB
để chúng ta root. Thực hiện theo những bước sau đây để tiến hành cài Ubuntu:
- Trước tiên tải các file cài Ubuntu bao gồm: Universal-USB-Installer, File cài
Ubuntu (định dạng flie .ios).
- Mở file Universal-USB-Installer lên và chọn theo như hình. Đối với step 2 ta
chọn file .ios của Ubuntu vừa tải về. Ở step 3 ta cần cấm USB vào mới có thể chọn
được.

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 14/77

Hình 3-1: Chọn Universal-USB-Installer

-

Sau khi boot USB, tiếp tục sẽ chọn phân vùng cho Ubuntu sẽ lưu những

dữ liệu trên đó. Chọn chuột phải vào This PC (đối với Windown 10) chọn Manage
để mở cửa sổ Computer Management → Storage → Disk Management, tại đây ta sẽ
mở một vùng trống dữ liệu để cài Ubuntu lên.

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 15/77

Hình 3-2: Chia ổ đĩa cho Ubuntu

-

Tiếp theo là Restart máy tính và cấm USB vào, truy cập vào Menu Boot

của máy tính (tùy vào những dòng máy tính sẽ có những cách truy trập vào hộp
thoại này, những hãng máy tính khác nhau thì cách truy cập cũng khác nhau, thường
thì là các phím tắt như là F1 đến F12, ESC, DEL, …) và lựa chon Boot bằng USB
-

Màn hình cài đặt sẽ có 2 lựa chọn cho chúng ta 1 là cài đặt Ubuntu hoặc

là dùng thử Ubuntu. Ta sẽ chọn cài Ubuntu.

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG


Trang 16/77

Hình 3-3: Lựa chọn cài đặt Ubuntu

-

Sau đó sẽ hiện tiếp màn hình cài đặt một số dữ liệu ban đầu cho Ubuntu

như là ngôn ngữ, thời gian, và bàn phím, ….
-

Chọn ngôn ngữ sẽ cài đặt cho Ubuntu, ở đây ta sẽ chọn English và nhấn

Continue.

SỬ DỤNG GNU RADIO KẾT HỢP PHẦN CỨNG SOFTWARE DEFINED RADIO TRONG MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG