Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ..................................................................................................i
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .............................................................................................. i
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G ................................. 5
1.1 Giới thiệu ........................................................................................................... 5
1.2 Các mô hình kiến trúc của các hệ thống thông tin di động 3G ............................ 6
1.2.1 Kiến trúc chung mạng thông tin di động 3G ............................................... 6
1.2.2 Kiến trúc mạng thông tin di động 3G phát hành 3 ...................................... 7
1.2.3 Kiến trúc mạng thông tin di động 3G phát hành 5 ...................................... 9
1.3 Các DSP khả trình trong hệ thống thông tin di động 3G ................................... 11
CHƯƠNG 2: CÁC DSP KHẢ TRÌNH TRONG MÁY CẦM TAY HAI CHẾ ĐỘ
(2G và 3G) ..................................................................................................................... 12
2.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 12
2.2 Các tiêu chuẩn vô tuyến ................................................................................... 13
2.3 Băng tần gốc số (DBB) DS FDD chung – mô tả theo chức năng ...................... 15
2.4 Mô tả chức năng một hệ thống hai chế độ ........................................................ 17
2.5 Phân tích tính phức tạp và phân chia HW/SW .................................................. 19
2.6 Các phương pháp thiết kế phần cứng ................................................................ 21
2.6.1 So sánh giữa kiến trúc phân tán với kiến trúc tập trung ............................ 21
2.6.2 Phương pháp bộ đồng xử lý ..................................................................... 22
2.6.3 Vai trò của DSP trong 2G và chế độ kép .................................................. 27
2.7 Xử lý phần mềm và giao diện với các lớp cao hơn ........................................... 29
2.8 Tổng kết ........................................................................................................... 30
CHƯƠNG 3: CÁC DSP KHẢ TRÌNH CHO CÁC MODEM TRẠM GỐC 3G . . 31
3.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 31
3.2 Tổng quan về các trạm gốc 3G: Các yêu cầu .................................................... 32
3.2.1 Giới thiệu ................................................................................................. 32
3.2.2 Các yêu cầu chung ................................................................................... 32
3.2.3 Xử lý băng tần gốc trạm gốc CDMA cơ bản ............................................ 33
4.4.2 Dung lượng của các kênh truyền thông MIMO ........................................ 82
4.4.3 Ước tính tuyến tính của các tín hiệu mong muốn trong các hệ thống truyền
thông MIMO. ................................................................................................... 83
4.4.3.1 Tách sóng khử về 0 (Zero-Forcing Detection) .................................. 84
4.4.3.2 Tách sóng lỗi trung bình bình phương cực tiểu tuyến tính ............... 84
4.4.3.3 Ước tính tuyến tính thích ứng mờ .................................................... 85
4.4.4 Ước tính phi tuyến của các tín hiệu mong muốn trong các hệ thống truyền
thông MIMO .................................................................................................... 87
4.4.4.1 Tách sóng gần giống cực đại ........................................................... 87
4.4.4.2 Khử nhiễu nối tiếp ........................................................................... 88
4.4.4.3 Khử nhiễu song song ....................................................................... 89
4.5 Tổng kết ........................................................................................................... 90
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 93
Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT
2
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
3GPP 3G Partnership Project Dự án hợp tác 3G
A
ACS Add, Compare and Select Cộng, so sánh và lựa chọn
AFC Automatic Frequency Control Điều khiển tần số tự động
AGC Automatic Gain Control Điều khiển độ lợi tự động
API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng
ARIB Association Industry and Business Liên hiệp kinh doanh và công nghiệp
Nhật Bản
ASIC Application Specific Integrated
Circuits
Mạch tích hợp ứng dụng đặc trưng
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ
EDMA Enhance DMA DMA tăng cường
EOL Early/On Time/Late Sớm/đúng lúc/muộn
ETSI European Telecommunications
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu
F
FCC Federal Communication Comission Ủy ban thông tin liên bang
FCP Flexible Coprocessor Bộ đồng xử lý mềm dẻo
Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT
i
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số
FDD-DS Frequency Division Duplex-Direct
Sequence
Ghép song công phân chia theo tân
số- chuỗi trực tiếp
FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số
FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước
FHT Fast Hadamard Transformation Biến đổi Hadamard nhanh
FM Frequency Modulation Điều chế tần số
FSK Frequency Shift Keying Điều chế khóa chuyển tần
G
GOPS
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM Global System for Mobile
Communication
Hệ thống truyền thông di động toàn
cầu
H
HW HardWare Phần cứng
Lỗi trung bình bình phương chuẩn hóa
O
OEM
OFDM Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao
P
PIC Parallel Interference Cancellation Khử nhiễu song song
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng
PN Pseudo Noise Giả tạp âm
Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT
ii
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
PSK Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha
Q
QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc
QR
R
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAKE Bộ phân tập RAKE
RC Radio Configuration Cấu hình vô tuyến
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
RMS Recursive Least Squares Bình phương đệ quy nhỏ nhất
RRC Radio Resource Controller Bộ điều khiển tài nguyên vô tuyến
RSCC Recursive Systematic Convolution
Coder
Bộ mã hóa xoắn hệ thống đệ quy
S
SCORE Self-Coherence Restoral
Access
Đa truy nhập phân chia theo mã băng
rộng
WMSA Weighted Multi-Slot Average Trung bình đa khe theo trọng số
Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT
iii
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
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
amps
smr
Gsm (1800)
is-136
(1900)
gprs
Gsm (900)
Gsm (1900)
is-95 cdma
(j-std-008)
(1900)
is-136
tdma (800)
is-95 cdma
(800)
Iden (800)
gprs
edge
cdma2000
1x
W-cdma
cdma2000
Nx
1g 2g 2,5g
3g
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 - Tổng quan về thông tin di động 3G
Hình 1.1: Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động
Bảng 1.3: Một số nét chính của nền tảng công nghệ thông tin di động từ thế hệ
một đến thế hệ ba.
Thế hệ thông
và số liệu gói được
thiết kế để truyền
tiếng và số liệu đa
phương tiện là nền
tảng thực sự của
thế hệ ba.
CDMA, CDMA kết hợp
TDMA, băng rộng (tới 2
Mbit/s), sử dụng chồng lấn lên
thế hệ hai hiện có nếu không sử
dụng phổ tần mới
1.2 Các mô hình kiến trúc của các hệ thống thông tin di động 3G
1.2.1 Kiến trúc chung mạng thông tin di động 3G
Mạng thông tin di động 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch
gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng.
Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM.
Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng
chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối
cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói. Hình 1.2
cho thấy ví dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G kết hợp cả CS và PS
trong mạng lõi.
ỏn tt nghip i hc Chng 1 - Tng quan v thụng tin di ng 3G
Mạng báo hiệu
Thiết bị chuyển
mạch nội hạt
Thiết bị chuyển
mạch cổng
Thiết bị cổng
Thiết bị
SMS
MSC/VLR
BSC
UE
HLR
Uu
Nút B
BTS
RNC
IuB
(ATM)
Nút B
IuB
(ATM)
IuB
(ATM)
GGSN
Iu-PS
(ATM)
Gb
Iu-CS
(ATM)
Giao diện A
Iu-PS
(ATM)
Iu-CS
(ATM)
GN
(GTP/IP)
Internet
GI
nhà sản xuất khác.
Khác với ở GSM, các BSC trong mạng W-CDMA không nối với nhau, trong mạng
truy nhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC. Giao diện này
được gọi là Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyển giao giữa các
nút B nối đến các RNC khác nhau. Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao.
UTRAN được nối đến mạng lõi qua giao diện Iu. Giao diện Iu có hai phần tử khác
nhau: Iu-CS và Iu-PS. Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênh được thực hiện qua
giao diện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR. Kết nối UTRAN đến phần
chuyển mạch gói được thực hiện qua giao diện Iu-PS, giao diện nay nối RNC đến một
SGSN.
Từ hình 1.3 ta thấy rằng tất cả các giao diện ở UTRAN của 3GPPP phát hành 1999
đều được xây dựng trên cơ sở ATM. ATM được chọn vì nó có khả năng hỗ trợ nhiều
loại dịch vụ khác nhau (như tốc độ bít khả biến cho các dịch vụ trên cơ sở gói và tốc độ
bít không đổi cho các dịch vụ chuyển mạch kênh). Mặt khác mạng lõi sử dụng cùng một
kiến trúc cơ sở như kiến trúc của GSM/GPRS, nhờ vậy công nghệ mạng lõi có thể hỗ
trợ công nghệ truy nhập vô tuyến mới. Chẳng hạn nâng cấp mạng lõi hiện có để hỗ trợ
UTRAN sao cho một MSC có thể nối đến cả UTRAN RNC và GSM BSC.
ỏn tt nghip i hc Chng 1 - Tng quan v thụng tin di ng 3G
Trong thc t cỏc tiờu chun UMTS cho phộp h tr chuyn giao cng t UMTS
n GSM v ngc li. õy l mt yờu cu rt quan trng vỡ cn cú thi gian trin
khai rng khp UMTS nờn s cú khong trng trong vựng ph ca GSM. Nu UTRAN
v GSM BSS c ni n cỏc MSC khỏc nhau, chuyn giao gia cỏc h thng t
c bng cỏch chuyn giao gia cỏc MSC. Nu gi thit rng nhiu chc nng ca
MSC/VLR ging nhau i vi UMTS v GSM, MSC cn phi cú kh nng h tr ng
thi c hai kiu dch v. Tng t hon ton hp lý khi gi thit rng SGSN phi cú kh
nng h tr ng thi kt ni Iu-PS n RNC v Gb n GPRS BSC.
Trong hu ht sn phm ca cỏc nh sn xut, nhiu phn t mng ang c nõng
cp h tr ng thi GSM/GPRS v UMTS. Cỏc phn t mng ny bao gm
MSC/VLR, HLR, SGSN v GGSN. i vi nhiu nh sn xut, cỏc trm gc c trin
khai cho GSM/GPRS ó c thit k cú th nõng cp chỳng h tr cho c GSM v
Gr
Cx
CSCF
Cx
Chức năng điều
khiển trạng tháI
cuộc gọi
(CSCF)
Mr
Chức năng điều khiển
cổng môi trường
(MGCF)
Mg
Mc
R-SGW
SS7
SS7
T-SGW
Hỡnh 1.4: Kin trỳc mng a phng tin IP ca 3GPP
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 - Tổng quan về thông tin di động 3G
Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi. Ở đây cả tiếng
và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người sử
dụng đến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và
số liệu.
Từ hình 1.4 ta thấy tiếng và số liệu không cần các giao diện cách biệt, chỉ có một
giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện. Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại
SGSN và không có MWG riêng.
Ta cũng thấy một số phần tử mạng mới như:
- Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi CSCF
MGCW cũng liên lạc với CSCF. Giao thức được chọn cho giao diện này là SIP.
Cần lưu ý rằng cấu trúc toàn IP phát hành 5 là một tăng cường của mạng phát hành
1999 hoặc 4. Nó đưa thêm vào một vùng mới trong mạng đó là vùng đa phương tiện IP
(IM: IP Multimedia). Vùng mới này cho phép mang cả số liệu và thoại qua IP trên toàn
tuyến nối đến máy cầm tay. Sử dụng vùng chuyển mạch gói cho mục đích truyền tải sử
dụng SGSN, GGSN, Gn và Gi... là các nút và giao diện thuộc vùng PS.
1.3 Các DSP khả trình trong hệ thống thông tin di động 3G
Khi hệ thống thông tin di động càng phát triển, nhu cầu về các dịch vụ thoại, số
liệu, đa phương tiện ngày càng tăng. Đòi hỏi hệ thống phải có dung lượng lớn, vùng phủ
rộng, tăng tốc độ tính toán và khả năng xử lý thông tin.
Để đáp ứng nhu cầu sử dụng các dụng vụ thông tin di động tăng yêu cẩu hệ thống
thông tin di động, và các thiết bị trong hệ thống không ngừng phát triển và ngày càng
hoàn thiện. Sự phát triển của hệ thống thông tin di động phải tiến hành đồng thời cả
mạng lõi, mạng truy nhập, và các máy cầm tay MS. Để thỏa mãn sự phát triển đó cần
phải có các bộ xử lý dung lượng lớn, tốc độ cao, tăng cường tính mềm dẻo của hệ thống.
Nhờ các DSP (Digital Signal Proccessor) khả trình mà các hệ thống thông tin di động
ngày càng được hoàn thiện về mọi mặt.
Đồ án tập trung nghiên cứu ứng dụng của DSP khả trình trong mạng truy nhập, từ
đó đưa ra một số phương án thiết kế mô hình ứng dụng DSP khả trình. Nội dung chính
gồm phần: Ứng dụng DSP khả trình trong máy cầm tay hai chế độ (2G và 3G), trong
trạm thu phát gốc 3G, và trong xử lý dàn anten.
Trong đồ án tập trung giới thiệu các DSP họ TMS320Cxx của TI. Trong đó có các
DSP tiêu biểu là: TMS320C54x, TMS320C55x, TMS320C6x (TMS320C64
TM
,
TMS320C6416). Đây là các DSP tiêu biểu được sử dụng phổ biến trong hệ thống 3G,
và trong các ứng dụng xử lý tín hiệu số.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 – Các DSP khả trình trong máy cầm tay 2 chế
độ
CHƯƠNG 2: CÁC DSP KHẢ TRÌNH TRONG MÁY CẦM TAY
nên không cho phép một sự tích hợp tốt giữa việc hạ chi phí và giảm kích thước. Vì vậy,
các cặp tiêu chuẩn đó không cho phép chuyển giao liên tục.
Nhân tố ảnh hưởng từ các tổ chức chuẩn hóa: Mục đích của dự án hợp tác 3G
(3GPP) là xây dựng một tiêu chuẩn quốc tế với tham vọng rằng một máy di động có thể
sử dụng được ở bất kì nơi nào trên trái đất. Giải pháp tốt nhất là đồng thuận trên một
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 – Các DSP khả trình trong máy cầm tay 2 chế
độ
công nghệ truy nhập vô tuyến duy nhất cho tất cả các quốc gia trên thế giới. Đáng tiếc,
điều này là không thể thực hiện bởi vì rất khó tìm một công nghệ truy nhập vô tuyến
duy nhất có thể tương thích trở lại với tất cả các công nghệ truy nhập vô tuyến 2G khác
nhau đã được sử dụng bởi hàng tỷ khách hàng trên khắp thế giới. Giải pháp tốt nhất mà
3GPP tìm ra để tương thích trở lại với 2G và cho phép chuyển mạng toàn cầu là lựa
chọn một số công nghệ truy nhập vô tuyến (cụ thể là năm) và chỉ rõ các cơ chế cho phép
chuyển giao liên hệ thống. Giải pháp này là rất khó về mặt kỹ thuật và cần phải khắc
phục nhiều trở ngại. Nhưng giải pháp này vẫn khả thi hơn so với giải pháp của các nhà
khai thác.
Từ quan điểm của nhà khai thác, hệ thống di động đa chế độ có nhiều ưu thế. Khi
một nhà khai thác đăng ký giấy phép hoạt động UMTS, thì nhà khai thác sẽ có quyền sử
dụng 5 giao diện không gian được phép trong dải tần của họ. Đa chế độ có thể khai thác
trong nhiều cấu hình tùy thuộc vào chiến lược của nhà khai thác. Nếu nhà khai thác đã
có mạng 2G, họ có thể bảo vệ sự đầu tư mạng và người sử dụng di động 2G của họ bằng
việc sử dụng một hệ thống di động đa chế độ. Hệ thống đa chế độ cũng cho phép
chuyển đổi dần dần từ 2G sang 3G. Điều hấp dẫn cuối cùng là sử dụng
đa chế độ sẽ tăng dung lượng và vùng phủ của hệ thống.
Trong chương này, chúng ta tập trung vào chức năng 3G FDD DS được định nghĩa
bởi 3GPP. Chức năng này có thể xem như là chế độ 3G được triển khai đầu tiên. Chúng
ta sẽ đưa ra các đặc điểm quan trọng nhất của chế độ 3G FDD DS (thường gọi là
WCDMA), sau đó là tổng quan các yêu cầu cho cấu trúc máy cầm tay 3G và vai trò của
một DSP khả trình để đáp ứng các nhu cầu đó cũng như một máy cầm tay 2 chế độ
GSM/WCDMA.
Chiều dài khung vật lý (ms) 10
Hệ số trải phổ 2
k
, k=2-8:đường lên, 2
k
, k=2-9:đường xuống
Mã hóa kênh Mã hóa xoắn và mã hóa Turbo
Đa tốc độ Đa mã và trải phổ biến đổi
Các kỹ thuật phân tập Nhiều anten phát, đa đường
Các tốc độ số liệu cực đại 384 Kbps ngoài trời, 2Mbps trong nhà
Bảng 2.3: Định nghĩa các tham số tiêu chuẩn GSM (2G)
Tham số Mô tả/Giá trị
Đa truy nhập TDMA/FDMA
Độ rộng kênh (KHz) 200
Chiều dài khung vật lý (ms) 4,615
Mã hóa kênh Mã hóa xoắn
Đa tốc độ Không
Các kỹ thuật phân tập Nhảy tần
Các tốc độ số liệu cực đại 9,6/14,4 Kbps (2,5G/GPRS: 171,2)
Các đặc trưng quan trọng của các tiêu chuẩn 2,5G và 3G minh họa các điểm khác
nhau chủ yếu giữa 2 hệ thống. Sau này chúng ta sẽ làm rõ các điểm chung giữa 2 tiêu
chuẩn, sự vận hành của các phép đo và chuyển giao liên hệ thống.
ỏn tt nghip i hc Chng 2 Cỏc DSP kh trỡnh trong mỏy cm tay 2 ch
2.3 Bng tn gc s (DBB) DS FDD chung mụ t theo chc
nng
Giao din vụ tuyn c phõn thnh 3 lp giao thc:
- Lp vt lý (lp 1): cú trỏch nhim truyn s liu trong khụng gian.
- Lp liờn kt d liu (lp 2): cú trỏch nhim xỏc nh cỏc c im ca s liu
c truyn, vớ d nh: iu khin lung s liu v cỏc yờu cu cht lng dch v.
(RRC)
và ngăn xếp
giao thức
(điều khiển)Tới ABB
& RF
Số liệu I/O
từ A/D
Rx
Trải phổ (mức chip) Xử lý CCTrCH MAC (L2)
Các ứng dụng
Mật mã
Bộ mã hóa
thoại
Tới D/A
Tx
Hỡnh 2.1: S khỏi quỏt chung theo chc nng ca vic x lý lp vt lý trong DSP
Hỡnh 2.1 a ra s khỏi quỏt chung cho mt s b phn chc nng khỏc nhau ca
vic x lý lp vt lý trong bng tn gc s. Phn cũn li ca chng s mụ t cỏc khi
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 – Các DSP khả trình trong máy cầm tay 2 chế
độ
xử lý chính trong phía thu, là phần có yêu cầu khắt khe hơn của modem về mặt nhu cầu
tài nguyên.
Giải trải phổ: Quá trình giải trải phổ bao gồm việc tương quan giữa số liệu đầu
vào phức với mã kênh (mã Walsh) và mã ngẫu nhiên, lấy kết quả theo từng chip SF,
trong đó SF là hệ số trải phổ. Mọi đường thu quan trọng của kênh vật lý đường xuống
đều phải được giải trải phổ. Một đường có quan trọng hay không phụ thuộc vào việc so
sánh độ mạnh của đường với đường mạnh nhất.
2.4 Mụ t chc nng mt h thng hai ch
Hỡnh 2.2 di õy l biu din mc h thng ca mt mỏy cm tay hai ch
(ngha l: khụng tho lun v thut toỏn, b x lý v phõn chia ti mc ny).
Đồng bộ mức thấp, Đồng bộ mức cao cho chuyển
giao liên mạng
Phân hệ 2G
L3
L2
L1
2G DBB cụ thể
2G ABB cụ thể
2G RF cụ thể
Phân hệ 3G
L3
L2
L1
3G DBB cụ thể
3G ABB cụ thể
3G RF cụ thể
Hai hệ thống con này được làm hoạt động chia sẻ
tài nguyên DSP và HW một cách riêng biệt
Phân hệ ứng dụng
Thoại, Hình ảnh
Fax
Nhắn tin
Gói số liệu
...
S
ắ
p
màn hình, bàn phím, chụp ảnh
thẻ SIM, pin, bảo mật
Phân hệ lập thời gian biểu
WinCE, Symbian, PalmOS
RTOS
Lập thời gian biểu
Quản lý cấu hình
Quản lý công suất
Sắp xếp tổ chức
Hỡnh 2.2: Khỏi nim hai ch
Mt h thng hai ch l s kt hp ca mt h thng di ng GSM [4] v mt
h thng di ng UMTS [1]. T quan im trung tõm UE, tt c cỏc phõn h ny phi
chia x ti a cỏc thit b phn cng gim kớch thc cht v chi phớ vt liu (BOM).
Vỡ vy, chng trỡnh lp thi gian biu tr thnh phn quan trng ca mt h thng hai
ch bi vỡ nú phi x lý vi cỏc di min thi gian rt khỏc nhau. Mt khỏc, chng
trỡnh lp thi gian biu phi cung cp mt phng phỏp hiu qu s dng mt kin
trỳc a x lý phc tp, vi nhiu b nh v nhiu ng s liu.
Ch nộn l mt c ch c ch nh bi 3GPP cho phộp chun b chuyn
giao liờn h thng khi thit b di ng ch dnh riờng WCDMA (hỡnh 2.3). õy l
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 – Các DSP khả trình trong máy cầm tay 2 chế
độ
một quá trình chuẩn bị chuyển giao rất phức tạp và vẫn chưa được chứng minh trong
thực tế. Vì vậy, đây là một trong số các vùng cần nhiều tinh chỉnh và phát triển.
Cöa sæ b¾t
C¸c nhiÔu ®êng lªn trªn
bé gi¸m s¸t
C¸c vÊn ®Ò
bé tæng hîp
C¸c vÊn ®Ò
bé tæng hîp
Kịch bản B: Kịch bản này hỗ trợ thoại 12,2Kbps và hình ảnh chuyển mạch gói tốc
độ 384Kbps. Đây là một tốc độ cao nhưng là trường hợp thực tế với nhiều vật mang
dịch vụ có các nhu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau.
Kịch bản C: Kịch bản này hỗ trợ một dịch vụ 2Mbps, là thách thức cuối cùng mà
các tiêu chuẩn 3G xác định cho các nhà thiết kế.
Ngoài các dịch vụ riêng trong mỗi kịch bản, máy cầm tay được coi như là đã thu
thông tin điều khiển cần thiết từ UTRAN.
Các yêu cầu xử lý của một số khối đòi hỏi khắt khe nhất, được chỉ ra trong hình
2.4, phụ thuộc không chỉ vào tốc độ số liệu, mà còn cả các hệ số khác như là số lượng
dịch vụ, số lượng ô mạnh trong vùng lân cận, các đặc điểm của kênh vô tuyến, ví dụ
như số lượng đa đường.
Khối giải trải phổ thực hiện giải trải phổ tất cả các kênh bao gồm kênh hoa tiêu
chung cho việc ước tính kênh, kênh hiệu chỉnh thời gian, v.v..
0
500
1000
2500
1500
2000
3500
3000
4000
A B C
T×m kiÕm ®a ®êng
Gi¶i tr¶i phæ
MRC
Gi¶i m· kªnh
Hình 2.4: Các yêu cầu xử lý tương quan của mỗi khối chức năng trong các kịch
bản (A, B, và C). Xử lý được biểu diễn dưới dạng các hoạt động (hàng triệu hoạt động
trong một giây).
AGC
Điều khiển
công suất
Tìm kiếm 1
Tìm kiếm trực tiếp
Tìm kiếm ban đầu
Thiết lập duy trì
Lớp 3
(RRC)
và ngăn xếp
giao thức
(điều khiển)Tới
ABB &
RF
Số liệu I/O
từ A/D
Rx
Trải phổ (mức chip) Xử lý CCTrCH MAC (L2)
Các ứng dụng
Mật mã
Bộ mã hóa
thoại
Tới D/A
Tx
SW SW/HW HW
Các phép đo (tập tích cực và tập kế
cận)
khối chức năng là riêng biệt và tương đối độc lập.
Cả hai phương pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng. Nói chung, một kiến trúc
tập trung sẽ yêu cầu vùng silicon nhỏ hơn, nhưng lại điều khiển phức tạp hơn trong cả
phần mềm lẫn phần cứng. Sự tiêu thụ công suất là tỷ lệ với diện tích và tần số. Vì vậy,
để tổng công suất xử lý như nhau, một kiến trúc tập trung (mục đích tổng quát hơn) có
thể có khu vực nhỏ hơn một kiến trúc phân tán theo chức năng nhưng sẽ tiêu thụ công
suất lớn hơn một hệ thống phân tán. Có điều này là bởi vì ngoài tính phức tạp điều
khiển, một kiến trúc mục đích tổng quát phải quan tâm đến việc trợ giúp tất cả các chức
năng được hỗ trợ trong khi các khối dành riêng có thể được thiết kế hiệu quả nhất cho
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 – Các DSP khả trình trong máy cầm tay 2 chế
độ
chức năng của riêng bản thân chúng. Hơn thế, sẽ dễ dàng tắt các phần của kiến trúc
phân tán hơn khi chúng không được sử dụng. Tần số hoạt động của phần cứng cũng sẽ
ảnh hưởng đến sự khác nhau của việc tiêu thụ công suất giữa hai kiến trúc. Một kiến
trúc phân tán sẽ cần một tốc độ đồng hồ thấp hơn một kiến trúc tập trung.
Một tham số khác phải được quan tâm đến là chế độ chờ (stand-by) và chế độ ngủ
(sleep) của một máy cầm tay di động, trong đó chỉ một số lượng nhỏ các kênh cần phải
được xử lý trong một khoảng thời gian ngắn, giữa các khoảng thời gian không hoạt
động dài hơn. Kiến trúc hệ thống cũng sẽ quan tâm đến việc phân chia hiệu quả các khối
chức năng sao cho không có khối phần cứng với chức năng thừa nào ở chế độ tích cực
rơi trong chế độ ngủ từ đó tối đa hoá thời gian chờ. Trong khi đó các khối này vẫn có
thể hỗ trợ lưu lượng kênh lớn trong chế độ bình thường.
Định thời và trễ của phản hồi cũng sẽ được đề cập trong thiết kế kiến trúc hệ
thống. Trong điều kiện hệ thống phải thỏa mãn các yêu cầu, sự thỏa hiệp nên được thực
hiện giữa một kiến trúc tập trung với tốc độ đồng hồ cao hơn và một kiến trúc phân tán
với tốc độ đồng hồ thấp hơn. Nhìn chung, tốc độ đồng hồ cao hơn có thể khiến cho thiết
kế khó khăn hơn và chỉ rõ sự bổ sung nhân lực hiệu quả.
Không kiến trúc hệ thống cụ thể nào có thể khẳng định là một hệ thống hoàn toàn
tập trung hay phân tán. Tồn tại một sự khác nhau về mức độ kiến trúc tập trung hay kiến
trúc phân tán. Sự thỏa hiệp phải được tạo ra cho thiết kế kiến trúc hệ thống CDMA tùy
chỉ/số liệu của DSP, các thanh ghi nội và không gian nhớ DSP chung. Thêm vào đó, bộ
công cụ phát triển của DSP được tái sử dụng cho các mục đích thử nghiệm và phát triển.
Vì mỗi thao tác trong TCC chỉ cần một vài chu kỳ nên nó sẽ chỉ liên quan đến một
lượng dữ liệu nhỏ. Hơn nữa, chương trình lập thời gian biểu của các thao tác đồng thời
trên DSP và TCC sẽ khó khăn, vì DSP sẽ ngắt thao tác của nó sau một vài chu kỳ để
phục vụ TCC. Vì vậy, thông thường DSP sẽ rỗi trong khi TCC hoạt động. Như vậy,
TCC là một sự tăng cường tập lệnh có thể định nghĩa của người sử dụng, cung cấp các
cải tiến công suất và tốc độ cho các thao tác nhỏ trong đó không có tắc nghẽn cổ chai số
liệu qua DSP. Một TCC cũng có thể có một thao tác cụ thể và là tương đối nhỏ so với
DSP. Theo thời gian, chức năng của TCC có thể được hấp thu vào DSP bằng việc thay
thế nó bởi mã trong một DSP công suất thấp hơn, nhanh hơn hoặc bằng việc hấp thu
chức năng của TCC vào lõi của DSP và dành cho nó một lệnh riêng. Một ví dụ của loại
sắp xếp chức năng này là một bộ thuật toán Galois cho các mục đích mã hóa hoặc một
bộ đồng xử lý thao tác bit, cung cấp số liệu cho các chuyển đổi ký hiệu mà hiện tại
không được thực hiện hiệu quả trong tập lệnh của DSP.
Việc truyền thông từ TCC tới bộ xử lý chính thường xảy ra thông qua các lệnh đọc
và ghi thanh ghi còn điều khiển được truyền trở lại bộ xử lý chính ngay sau khi hoàn
thành thao tác TCC.
Hiện tại đã có các bộ xử lý thương mại cho phép tập lệnh nguyên thủy được tăng
cường nhờ các khối TCC phần cứng bổ sung đặc biệt nhờ một “cổng bộ đồng xử lý”.
Các ví dụ là bộ xử lý ARM (ARM7TDMI), và bộ xử lý TMS320C55x. Cổng bộ đồng
xử lý cung cấp truy nhập tới tập thanh ghi bộ xử lý, các bus nội, và thậm chí có thể là
các bộ nhớ cache số liệu. Trong ARM7TDMI, bộ đồng xử lý gắn với giao diện bộ nhớ
của lõi ARM. Bộ đồng xử lý ngắt các lệnh đang được đọc bởi lõi ARM và thực hiện các
lệnh phục vụ cho nó. TCC cũng phải truy nhập tới các thanh ghi ARM thông qua giao
diện bộ nhớ đó.
Copyright: Tài liệu đại học ©