Ứng dụng các DSP khả trình trong 3G.doc

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

3.2.4 Xử lý tốc độ ký hiệu (SR) ........................................................................ 34
3.2.5 Xử lý tốc độ chip (CR) ............................................................................. 34
3.2.5.1 Bộ tìm kiếm: Bộ tìm kiếm truy nhập và bộ tìm kiếm lưu lượng ....... 35
3.2.5.2 Bộ giải trải phổ RAKE .................................................................... 36
3.3 Phân tích hệ thống ............................................................................................ 36
3.3.1 Phân tích xử lý SR ................................................................................... 36
3.3.2 Phân tích xử lý CR ................................................................................... 38
Nguyễn Trung Hiếu - D2001VT
1
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
3.3.2.1 Phân tích bộ thu đường lên .............................................................. 38
3.3.2.2 Sử dụng một bộ đồng xử lý ............................................................. 39
3.4 Các giải pháp bộ đồng xử lý mềm dẻo .............................................................. 40
3.4.1 Bộ đồng xử lý giải mã xoắn Viterbi ......................................................... 40
3.4.2 Bộ đồng xử lý giải mã turbo ..................................................................... 42
3.4.3 Bộ đồng xử lý tương quan ........................................................................ 44
3.5 Tổng kết ........................................................................................................... 46
CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG DSP KHẢ TRÌNH TRONG XỬ LÝ DÀN ANTEN ..... 48
4.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 48
4.2 Mô hình tín hiệu dàn anten ............................................................................... 49
4.3 Các kỹ thuật tạo búp sóng tuyến tính ................................................................ 53
4.3.1 Đạo hàm gần đúng cực đại ....................................................................... 54
4.3.2 Sự thích ứng trung bình bình phương nhỏ nhất ........................................ 58
4.3.3 Xử lý các bình phương nhỏ nhất .............................................................. 59
4.3.4 Sự thích ứng tín hiệu mờ .......................................................................... 64
4.3.5 Các ràng buộc không gian con ................................................................. 67
4.3.6 Khai thác tuần hoàn tĩnh .......................................................................... 69
4.3.7 Các kỹ thuật bộ tạo búp sóng phát ............................................................ 71
4.4 Tách tín hiệu đa đầu vào đa đầu ra (MIMO) ..................................................... 79
4.4.1 Mô hình hệ thống tuyến tính MIMO ........................................................ 79

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

AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gaussơ trắng cộng
B
BLAST Bell-labs-LAyered-Space-Time Các thí nghiệm Bell phân lớp không
gian - thời gian
BOM Bill of Materials Chi phí vật liệu
BOPS Billions of Operations Per Second Hàng tỷ thao tác trên một giây
BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khóa chuyển pha cơ số hai
BTS Base Transcerver Station Trạm thu phát gốc
C
CCP Correlator Coprocessor Bộ đồng xử lý tương quan
CCTrCH Coded Composite Transport Channel Kênh truyền tải đa hợp được mã hóa
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
CM Constant Modulus Modul không đổi
CMOE Constrained Minimum Output
Energy
Năng lượng đầu ra cực tiểu ràng buộc
CODEC Coder and Decoder Bộ mã hóa và giải mã
CR Chip-rate Tốc độ chip
CRC Cyclic Redundancy Code Mã dư vòng
CSB Combined Symbol Buffer Bộ đệm ký hiệu kết hợp
D
DBB Digital Base Band Băng tần gốc số
DCT Discrete Cosine Tranform Biến đổi cosin rời rạc
DLL Delay Lock Loop Lặp khóa trễ
DMA Direct Memory Access Truy nhập bộ nhớ trực tiếp
DMT Discrete Multitone Modulation Điều chế đa tần rời rạc
DPE Delay Profile Estimation Ước tính hiện trạng trễ
DS-CDMA Direct Sequence CDMA CDMA chuỗi trực tiếp
DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số
E

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

I
IF Intermediate Frequency Tần số trung gian
IMT International Mobile
Telecommunications
Thông tin di động quốc tế
ITU International Telecommunication
Union
Ủy ban viễn thông quốc tế
L
LCC Loosely Coupled Coprocessor Bộ đồng xử lý ghép lỏng
LMMSE Linear Minimum Mean Squared
Error
Lỗi trung bình bình phương cực tiểu
tuyến tính
LMS Least Mean Squares
M
MAC Medium Access Layer Lớp truy nhập môi trường
MAP Maximum A Posteriori
MGSO Modified Gram-Schmidt
Orthogonalization
Trực giao hóa Gram-Schmidt thay đổi
MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra
MIPS Million Instructions Per Second Triệu lệnh trên giây
MMU Memory Management Unit Khối quản lý bộ nhớ
MRC Maximal Ratio Combining Tổ hợp tỷ số tối đa
MS Mobile Station Trạm di động
MSE Mean Square Error Lỗi trung bình bình phương
MSK Minimum Shift Keying Điều chế dịch pha cực tiểu
N
NMSE Normalized Mean Square Error

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

SIC Successive Interference Cancellation Khử nhiễu liên tiếp
SINR Signal-to-Interference Noise Power
Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm, nhiễu
SISO Single Input Single Output Một đầu vào một đầu ra
SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
SOI Signal Of Interest Tín hiệu quan tâm
SR Symbol-rate Tốc độ ký hiệu
SVD Singular Value Decomposition Phân tích giá trị duy nhất
SW SoftWare Phần mềm
T
TCC Tightly Coupled Coprocessor Bộ đồng xử lý ghép chặt
TDD Time Division Duplex Bộ ghép song công phân chia theo
thời gian
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TI Texas Instruments Dụng cụ Texas
U
UMTS Universal Mobile
Telecommunication System
Hệ thống viễn thông di động toàn cầu
UTRA Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
V
VCP Viterbi Coprocessor Bộ đồng xử lý Viterbi
VLD Variable Length Decoding Giải mã chiều dài biến đổi
W
WCDMA Wideband Code Division Multiple

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

phải là mới mẻ, nhưng việc tìm hiểu về ứng dụng của các DSP khả trình trong 3G là vấn
đề khá mới ở Việt Nam, đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng về hệ thống 3G và xử lý tín
hiệu số. Vì vậy trong khuôn khổ đồ án chắc chắn không tránh khỏi những sai sót cũng
như còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết thoả đáng. Em rất mong nhận được sự chỉ
bảo của các thầy cô giáo, sự góp ý và phê bình của các bạn.
Trong thời gian thực tập và hoàn thành đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình
của thầy giáo TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, sự chỉ bảo ân cần của các thầy cô giáo
trong khoa Viễn thông. Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội ngày 20/10/2005
Sinh viên
Nguyễn Trung Hiếu
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 - Tổng quan về thông tin di động 3G
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G
1.1 Giới thiệu
Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh ở Mỹ bắt
đầu sử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm. Công nghệ vào thời
điểm đó đã có những thành công nhất định trên các chuyến tàu hàng hải, nhưng nó vẫn
chưa thực sự thích hợp cho thông tin trên bộ. Các thiết bị còn khá cồng kềnh và công
nghệ vô tuyến vẫn còn gặp khó khăn trước những toà nhà lớn ở thành phố.
Vào năm 1930 đã có một bước tiến xa hơn với sự phát triển của điều chế FM,
được sử dụng ở chiến trường trong suốt thế chiến thứ hai. Sự phát triển này kéo dài đến
cả thời bình, và các dịch vụ di động bắt đầu xuất hiện vào những năm 1940 ở một số
thành phố lớn. Tuy vậy, dung lượng của các hệ thống đó rất hạn chế, và phải mất nhiều
năm thông tin di động mới trở thành một sản phẩm thương mại.
Hình 1.1 trình bày tóm tắt lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động từ 1G đến
3G. Để tiến tới thế hệ ba, thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giai đoạn
này được gọi là 2,5G.
tacs
Nmt
(900)

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

tin di động
Hệ thống Dịch vụ chung Chú thích
Thế hệ 1 (1G) AMPS,
TACS, NMT
Tiếng thoại FDMA, tương tự
Thế hệ 2 (2G) GSM, IS-136,
IS-95
Chủ yếu cho thoại
kết hợp với dịch vụ
bản tin ngắn
TDMA hoặc CDMA, số, băng
hẹp (8-13Kbit/s)
Thế hệ trung
gian (2,5G)
GPRS,
EDGE,
cdma200-1x
Trước hết là tiếng
thoại có đưa thêm
các dịch vụ số liệu
gói
TDMA (kết hợp nhiều khe hoặc
nhiều tần số), CDMA, sử dụng
chồng lên phổ tần của thế hệ hai
nếu không sử dụng phổ tần mới,
tăng cường truyền số liệu gói
cho thế hệ hai
Thế hệ 3 (3G) Cdma2000,
W-CDMA
Các dịch vụ tiếng

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

BS/
nút B
BTS/
RNC
PSTN/PLMN
Đầu cuối số liệu
Đầu cuối tiếng
RAN
Chức năng
CS
Chức năng
PS
Điều khiển dịch
vụ tiên tiến
Thông tin vị trí
Intranet
Chức năng
CS
Chức năng
PS
Server
Internet
Nút kết hợp CS và PS
Hỡnh 1.2: Kin trỳc tng quỏt ca mt mng di ng kt hp c CS v PS
1.2.2 Kin trỳc mng thụng tin di ng 3G phỏt hnh 3
Hỡnh 1.3 cho thy cu trỳc mng c s W-CDMA trong 3GPP phỏt hnh 1999
(Tp tiờu chun u tiờn cho UMTS ).
SGSN
RNC
Nút B

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

(IP)
PSTNPCM
SS7
Mạng truy nhập vô tuyến
(UTRAN)
Mạng lõi
(CN)
Hỡnh 1.3: Kin trỳc mng trong 3GPP phỏt hnh 1999
Mng lừi gm cỏc trung tõm chuyn mch di dng MSC v cỏc nỳt h tr chuyn
mch gúi phc v SGSN. Cỏc kờnh thoi v s liu chuyn mch gúi c kt ni vi
cỏc mng ngoi qua trung tõm chuyn mch kờnh v nỳt chuyn mch gúi cng GMSC
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 - Tổng quan về thông tin di động 3G
và GGSN. Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử
làm chức năng tương tác mạng IWF. Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và các nút
chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động
như HLR, AUC, EIR.
Mạng truy nhập vô tuyến chứa các phần tử sau:
- RNC: Radio Network Controller, bộ điều khiển mạng vô tuyến đóng vai trò
như BSC ở các mạng thông tin di dộng.
- Nút B đóng vai trò như các BTS ở các mạng thông tin di động.
- UE: User Equipment, thiết bị người sử dụng.
UE bao gồm thiết bị di động ME và modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM).
USIM là vi mạch chứa một số thông tin liên quan đến thuê bao cùng với khoá bảo an
(giống SIM ở GSM). Giao diện giữa UE và mạng được gọi là Uu. Trong các quy định
của 3 GPP, trạm gốc được gọi là nút B. Nút B được nối đến một bộ điều khiển mạng vô
tuyến RNC. RNC điều khiển các tài nguyên vô tuyến của các nút B được nối với nó.
RNC đóng vai trò giống như BSC ở GSM. RNC kết hợp với các nút B nối với nó được
gọi là hệ thống con mạng vô tuyến RNS. Giao diện giữa nút B và RNC gọi là giao diện
Iub. Khác với giao diện Abis tương đương ở GSM, giao diện Iub được tiêu chuẩn hoá
hoàn toàn và để mở, vì thế có thể kết nối nút B của một nhà sản xuất này với RNC của

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

UMTS. i vi mt s nh sn xut BSC c nõng cp hot ng nh c GSM
BSC v UMTS RNC. Tuy nhiờn cu hỡnh ny rt him. Yờu cu cỏc giao din v cỏc
chc nng khỏc nhau (nh chuyn giao mm) ca UMTS RNC chng t rng cụng ngh
ca nú hon ton khỏc vi GSM BSC. Vỡ th thụng thng ta thy cỏc UMTS RNC v
GSM BSC tỏch bit.
1.2.3 Kin trỳc mng thụng tin di ng 3G phỏt hnh 5
Sau kin trỳc 3GPP phỏt hnh 1999 l 3GPP phỏt hnh 4. S khỏc nhau c bn
gia phỏt hnh 1999 v phỏt hnh 4 l ch khi ny mng lừi l mng phõn b. Thay
cho vic cú cỏc MSC chuyn mch kờnh truyn thng nh kin trỳc trc, kin trỳc
chuyn mch phõn b c a vo. Bc phỏt trin tip theo ca UMTS l kin trỳc
mng a phng tin IP phỏt hnh 5 (hỡnh 1.4).
SGSN
RNC
Nút B
RNC
Nút B
GGSN
Gn
Internet
Iur
IuB
IuB
Iu
Gi
PSTNPCM
MGW
Gi
MRF
HSS/
HLR

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

- Chức năng tài nguyên đa phương tiện MRF
- Chức năng điều khiển cổng các phương tiện MGCF
- Cổng báo hiệu truyền tải T-SGW
- Cổng báo hiệu chyển mạng R-SGW
Một đặc điểm quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng được
tăng cường rất nhiều. Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE. Trong thực tế, UE hỗ trợ
giao thức khởi đầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol). UE trở thành một tác nhân
của người sử dụng SIP. Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn trước
rất nhiều.
CSCF quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện đến và
từ người sử dụng. Nó bao gồm các chức năng như: biên dịch và định tuyến. CSCF hoạt
động như một đại diện Server / hộ tịch viên.
SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ở GPRS
và UMTS phát hành 1999 và 4. Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không
chỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn). Vì thế
cần hỗ trợ các khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc
ít nhất ở các bộ định tuyến kết nối trực tiếp với chúng.
Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghị được
sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức nhiều cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội
nghị.
Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương
tác SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN, T-SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran.
Cổng báo hiệu chuyển mạch (R-SGW) là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu với
các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn. Trong nhiều trường hợp T-SGW và
R-SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 - Tổng quan về thông tin di động 3G
MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương
tiện. MGW ở kiến trúc mạng của phát hành 3GPP 5 có chức năng giống như ở phát
hành 4. MGW được điều khiển bởi chức năng điều khiển các phương tiện MGCF. Giao
thức điều khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248 .

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

HAI CHẾ ĐỘ (2G và 3G)
2.1 Giới thiệu
Từ giữa những năm 1990 rất nhiều công ty trên toàn thế giới đã nỗ lực nghiên cứu
và đưa ra các tiêu chuẩn vô tuyến di động thế hệ 3 (3G). Các hệ thống 3G sẽ hỗ trợ
nhiều loại hình dịch vụ: từ thoại và số liệu tốc độ thấp tới các dịch vụ tốc độ số liệu cao
lên tới 144Kbps trong các môi trường ngoài trời cho xe cộ, 384Kbps trong các môi
trường ngoài trời cho người đi bộ, và 2Mbps trong các môi trường trong nhà. Cả 2 dịch
vụ chuyển mạch kênh và gói với các nhu cầu chất lượng dịch vụ thay đổi đều được hỗ
trợ.
Việc thiết kế các modem 3G có các thách thức chính là: việc xử lý tín hiệu được
thực hiện bởi giao diện không gian cơ sở CDMA với tốc độ chip 3,84Mcps (cho chế độ
FDD DS), các nhu cầu tốc độ số liệu cao, các dịch vụ tốc độ biến đổi và đa tốc độ cần
phải được hỗ trợ đồng thời. Do các nhu cầu dịch vụ biến đổi - thoại đầu cuối tốc độ thấp
tới số liệu tốc độ cao nên sự mềm dẻo của thiết kế là điều bắt buộc.
Trong viễn thông, một máy di động “đa chế độ” có thể hỗ trợ nhiều tiêu chuẩn
viễn thông khác nhau với các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau. Ví dụ như, các
hệ thống di động băng tần kép GSM+DSC không được xem như các máy di động đa
chế độ bởi vì chúng sử dụng cùng công nghệ truy nhập vô tuyến và chỉ khác nhau về tần
số. Bằng việc tìm hiểu nguồn gốc của hệ thống hai chế độ, chúng ta tìm thấy hai nhân tố
ảnh hưởng chính.
Nhân tố ảnh hưởng từ các nhà khai thác: Khi ESTI phát triển các đặc điểm kỹ
thuật của GSM, tổ chức này đã không mong đợi hệ thống di động thế hệ 2 (2G) có thể
tương thích trở lại với hệ thống tương tự 1G. Điều này là chấp nhận được bởi vì số
lượng người sử dụng 1G so với số lượng người dự đoán sử dụng 2G là không đáng kể.
Mặt khác, vào những năm 1980, khá dễ dàng để số lượng nhỏ các quốc gia thành
viên Châu Âu đồng ý về một công nghệ truy nhập vô tuyến duy nhất bởi vì khi đó
không nước nào có sẵn một mạng tổ ong số, do đó không có nhu cầu về tính tương
thích. Nhưng khi thành công của GSM vượt ra ngoài Châu Âu thì một số nhà khai thác
đã quyết định ghép các tiêu chuẩn khác với GSM. Các ví dụ chính là GSM+DECT,
GSM+AMPS, và GSM+ICO. Tuy nhiên, các phân hệ kép như vậy không tương thích tốt

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.

2.2 Các tiêu chuẩn vô tuyến
Từ khi các hoạt động chuẩn hóa 3G được bắt đầu, ba nỗ lực phát triển song song
chính đã được tiến hành ở Châu Âu (ESTI), Japan (ARIB), và Hoa Kỳ. Tuy nhiên, sau
các nỗ lực hòa hợp của một vài nhóm, hiện nay có 3 chế độ của tiêu chuẩn 3G (bảng 2.1)
Bảng 2.1: Ba tham số CDMA dựa trên các chế độ của 3G
Tham số
Chế độ 1: FDD
chuỗi trực tiếp
Chế độ 2: FDD
đa sóng mang
Chế độ 3: TDD
Tốc độ chip (Mcps) 3,84 2 x 1,2288 3,84
Cấu trúc kênh Trải phổ trực tiếp Đa sóng mang Trải phổ trực tiếp
Phân chia phổ
Các dải băng ghép
đôi
Các dải băng ghép
đôi
Các dải băng
không ghép đôi
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 – Các DSP khả trình trong máy cầm tay 2 chế
độ
Chế độ FDD-DS được chấp nhận rộng rãi và là chế độ được triển khai đầu tiên, bắt
đầu ở Nhật Bản vào năm 2001. Trong phần còn lại của chương, chúng ta tập trung các
thảo luận vào thiết kế một máy cầm tay 3G trong chế độ này. Bảng 2.2 liệt kê các đặc
điểm quan trọng nhất của chế độ FDD-DS. Bảng 2.3 liệt kê các đặc điểm quan trọng
nhất của GSM.
Bảng 2.2: Định nghĩa các tham số cho tiêu chuẩn 3G FDD-DS (WCDMA)
Tham số Mô tả/Giá trị
Khoảng sóng mang (MHz) 5

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.

MAC l thc th lp 2 chuyn d liu xung lp 1 v nhn d liu t lp 1 lờn.
- Lp mng (lp 3): cú trỏch nhim trao i thụng tin iu khin gia mỏy cm tay
v UTRAN, n nh cỏc ti nguyờn vụ tuyn. RRC l thc th lp 3 thc hin iu
khin v n nh ti nguyờn vụ tuyn trong lp 1.
Trong chng ny, chỳng ta tp trung vo vic x lý thu lp vt lý, lp yờu cu
kht khe nht v cỏc ti nguyờn phn cng-phn mm, v cỏc rng buc thi gian thc.
Chỳng ta s khụng núi v RF v cỏc b phn tng t thc hin chuyn i tớn hiu vụ
tuyn ti anten thnh lung bit phự hp cho x lý DBB.
DPE ấn định ngón
DLL
Giải trải phổ MRC
Ước tính
kênh
CCTrCH
Viterbi
Turbo MAC (L2) Giải mật mã
Bộ mã hóa
thoại
Ngăn xếp giao thức (dữ liệu) Các ứng dụng
AFC
AGC
Điều khiển
công suất
Tìm kiếm 1
Tìm kiếm trực tiếp
Tìm kiếm ban đầu
Thiết lập duy trì
Các phép đo (tập tích cực và tập kế
cận)
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
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.

Tổ hợp tỷ số tối đa (MRC): Một trong số các thuộc tính của các tín hiệu CDMA là
khả năng giả tạp âm của chúng do quá trình trải phổ. Kết quả là, các đường tín hiệu bị
tách rời bởi các khoảng chip sẽ có vẻ không tương quan với nhau. MRC là quá trình tổ
hợp các đường tín hiệu như vậy để ứng dụng phân tập thời gian trong việc chống lại
fading và tăng SNR hiệu dụng. Sự đóng góp của mỗi đường tín hiệu trong dạng tín hiệu
cuối cùng tỷ lệ với SNR của chính nó. Bước MRC này cũng cần phải xem xét đến tất cả
các dạng phân tập anten được sử dụng.
Tìm kiếm đa đường hay ước tính hiện trạng trễ (DPE): Mỗi khi bộ tìm kiếm ô chỉ
ra đường mạnh nhất mà thiết bị di động thu từ trạm gốc, thiết bị di động đó phải có khả
năng tìm kiếm các đường mạnh nhất kế tiếp trong vùng lân cận của đường chính để thực
hiện MRC. Để chuyển giao mềm được thuận tiện, tìm kiếm đa đường phải được thực
hiện đồng thời cho vài trạm gốc.
Xử lý kênh truyền tải đa hợp được mã hóa (CCTrCH): Trong bộ phát đường xuống
tại trạm gốc, số liệu từ MAC (thực thể lớp 2) đến bộ mã hóa/ghép kênh dưới dạng các
tập hợp khối truyền dẫn một lần trong mỗi khoảng thời gian truyền dẫn {10ms, 20ms,
40ms, và 80ms}.
Trong bộ thu máy cầm tay sẽ thực hiện các bước sau:
- Giải ghép kênh từ các kênh truyền tải.
- Giải đan xen (liên khung và trong một khung).
- Nhận biết tốc độ và giải ghép tốc độ.
- Kiểm tra CRC.
Giải mã kênh: Thực tế, bước này xuất hiện giữa bước xử lý CCTrCH của nhận biết
tốc độ và kiểm tra CRC. Các kênh có thể được mã hóa Turbo hoặc mã hóa xoắn tại bộ
phát, vì vậy cần phải có cả hai bộ giải mã Turbo và Viterbi. Giải mã Turbo thường được
sử dụng cho các tốc độ số liệu cao hơn và các kênh yêu cầu một mức bảo vệ cao hơn.
Tìm kiếm ô: Trong khi tìm kiếm ô, trạm di động quyết định mã ngẫu nhiên đường
xuống và đồng bộ khung của một ô. Tìm kiếm ô thông thường được thực hiện theo ba
bước: đồng bộ khe, đồng bộ khung, và nhận dạng mã ngẫu nhiên chỉ thị ô.
ỏn tt nghip i hc Chng 2 Cỏc DSP kh trỡnh trong mỏy cm tay 2 ch

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

x
ế
p

t
ổ

c
h
ứ
c
S
ắ
p

x
ế
p

t
ổ

c
h
ứ
c
HAL
Phân hệ bảo dưỡng
Micro, tai nghe,

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

C¸c vÊn ®Ò
luång bit
C¸c nhiÔu ®­êng lªn trªn
bé gi¸m s¸t
Kho¶ng trèng ®­êng lªn 3G
Kho¶ng trèng ®­êng lªn 3G
Hình 2.3: Hoạt động liên hệ thống
Một UE hai chế độ đã được định nghĩa bởi 3GPP. Nó là một máy cầm tay có thể
thu số liệu từ một ô trong một chế độ (ví dụ như WCDMA) trong khi tại cùng thời điểm,
nó vẫn có thể giám sát các ô lân cận trong một chế độ khác (ví dụ như GSM). Các UE
như vậy cần một sự đăng ký duy nhất, chung cho tất cả các chế độ hoạt động. Các chế
độ khác nhau liên quan đến các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau trên cùng một
loại mạng lõi (như vô tuyến UTRA/FDD và GSM trên một mạng lõi dựa trên phần ứng
dụng di động).
Hoạt động đa chế độ dựa trên việc tách lựa chọn mạng di động mặt đất công cộng
(PLMN) khỏi lựa chọn chế độ/ô. Mỗi khi PLMN được chọn, lựa chọn chế độ phải được
quyết định trong số các chế độ được cung cấp bởi PLMN đã được chọn (được điều
khiển bởi nhà khai thác thông qua các thiết lập tham số). Người sử dụng có thể chọn
một PLMN và yêu cầu các loại dịch vụ nhất định. Tuy nhiên, người sử dụng đó không
thể chọn ô phục vụ hoặc công nghệ truy nhập vô tuyến cũng như chế độ của nó.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 – Các DSP khả trình trong máy cầm tay 2 chế
độ
2.5 Phân tích tính phức tạp và phân chia HW/SW
Các đầu cuối 3G phải có khả năng xử lý một dải rộng các kịch bản dịch vụ từ thoại
tốc độ thấp đến đa phương tiện tốc độ số liệu cao. Trong phần này, chúng ta sẽ chỉ ra ba
kịch bản tiêu biểu trong “trạng thái ổn định” và đưa ra một sự so sánh các thủ tục xử lý
của các khối chức năng bộ thu, đã được mô tả trong phần trước.
Kịch bản A: Kịch bản này điều khiển chỉ một đầu cuối thoại với duy nhất một dịch
vụ thoại được chuyển mạch kênh 8 Kbps. Tốc độ số liệu này được chọn để minh họa
các yêu cầu của máy cầm tay tốc độ thấp.

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).

ỏn tt nghip i hc Chng 2 Cỏc DSP kh trỡnh trong mỏy cm tay 2 ch

HW/SW phõn chia vic x lý c yờu cu ngha l cỏc khi chuyn i thnh
cỏc cng ASIC dnh riờng v cỏc khi c chuyn i thnh SW. Thụng thng, mt
DSP kh trỡnh b nh hng bi nhiu h s. H s quan trng cho cỏc mỏy cm tay l
yờu cu x lý m vn m bo qu cụng sut ớch. Cỏc h s b sung bao gm cỏc yờu
cu v tớnh mm do, cỏc yờu cu vo/ra s liu, cỏc yờu cu b nh, cỏc yờu cu v tr
x lý, kh nng nõng cp chc nng trong tng lai, v.v..
S tho hip c bn liờn quan gia cụng sut ớch v tớnh mm do. i vi cỏc
mỏy cm tay, cụng sut d nhiờn l mi quan tõm ch yu. Nhỡn chung, cụng sut thp
nht t c bng vic chuyn i cỏc chc nng phn cng riờng c thit k c
bit thc hin cỏc chc nng ú v ch cỏc chc nng ú m thụi. Tuy nhiờn, HW ú
s cú tớnh mm do kộm hn so vi mt DSP kh trỡnh cụng sut thp (vớ d nh h cỏc
b x lý ca Texas Instruments TMS320C54x v TMS320C55x, c thit k c bit
cú cụng sut thp cho cỏc mỏy cm tay, nhng cao trong cỏc gii hn MHz ỏp
ng thỏch thc ca 2G/3G).
Cỏc yờu cu trờn gi ý mt vi chc nng phõn tỏch phn cng - phn mm cho
mt b thu WCDMA, nh c ch ra trong hỡnh 2.5. Hỡnh v ch ra cỏc khi nh sau:
DPE ấn định ngón
DLL
Giải trải phổ MRC
Ước tính
kênh
CCTrCH
Viterbi
Turbo MAC (L2) Giải mật mã
Bộ mã hóa
thoại
Ngăn xếp giao thức (dữ liệu) Các ứng dụng
AFC

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)

Hỡnh 2.5: Cỏc chc nng phõn chia HW/SW
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 – Các DSP khả trình trong máy cầm tay 2 chế
độ
• Các khối hoàn toàn HW: các khối này dựa trên các hệ số như là MIPS rất cao
hoặc các yêu cầu băng thông số liệu mà một thiết bị mục đích chung như là một DSP
không thể thỏa mãn;
• Các khối hoàn toàn SW: các khối này dựa trên các yêu cầu xử lý vừa phải và
quan trọng hơn chúng cần sự mềm dẻo, do đó cần một thiết bị khả trình;
• Các khối HW hoặc SW: dựa trên quỹ công suất nguồn tổng và các kịch bản
dịch vụ cụ thể để thực hiện các triển khai cụ thể.
Phải nói lại rằng các tiêu chuẩn 3G là mới và vẫn chưa được triển khai. Theo dòng
lịch sử, nó đã xuất hiện, khi hiệu suất DSP được cải tiến, chức năng được chuyển từ
ASIC tới DSP. Tuy nhiên, các nhà thiết kế 3G vẫn phải đối mặt với việc thiết kế các hệ
thống thỏa mãn các yêu cầu xử lý cao mà vẫn có tính mềm dẻo để đáp ứng sự ra đời của
tiêu chuẩn, các thị trường mới và đang phát triển, các kịch bản dịch vụ mới. Vấn đề này
sẽ được chỉ rõ trong phần sau.
2.6 Các phương pháp thiết kế phần cứng
2.6.1 So sánh giữa kiến trúc phân tán với kiến trúc tập trung
Về bản chất, các hệ thống CDMA là song song. Với một đường truyền thông giữa
trạm gốc và máy cầm tay, tồn tại nhiều kênh đa mã, và mỗi kênh được thu thông qua
ghép nhiều đường truyền dẫn. Thách thức của thiết kế là việc chia sẻ hoặc phân phối tài
nguyên hệ thống giữa các luồng theo chức năng song song này. Trong máy cầm tay, vấn
đề này phải được giải quyết nhờ các ràng buộc bổ sung, xuất hiện do các yêu cầu giảm
công suất tiêu thụ và vùng silicon nhỏ.
Vấn đề này có thể được giải quyết bằng việc sử dụng hai phương pháp phần cứng
khác nhau: kiến trúc tập trung hoặc kiến trúc phân tán. Trong phương pháp tập trung,
một bộ phận của phần cứng có thể được lập trình cho nhiều hơn một modem CDMA,
như bộ tìm kiếm và xác nhận, để các tài nguyên có thể chia sẻ cho các chức năng khác
nhau (nếu chúng có một khối chức năng lõi chung, ví dụ như hoạt động tương quan).
Ngược lại, một kiến trúc phân tán ít liên quan tới việc chia sẻ tài nguyên hơn vì vậy mỗi

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

theo một số ràng buộc mức hệ thống.
2.6.2 Phương pháp bộ đồng xử lý
Trong phần này chúng ta sẽ thảo luận cách các bộ đồng xử lý có thể thực hiện chức
năng của các DSP khả trình trong khi bổ sung một nền 3G mềm dẻo. Với một đầu cuối
tốc độ thoại WCDMA, nếu chúng ta thực hiện một tính toán gần đúng của “các hoạt
động” đã yêu cầu, chỉ khoảng 10% là phù hợp cho việc thực hiện trên một DSP hiện tại.
Nhưng một giải pháp chức năng cố định sẽ là một lựa chọn rủi ro cao bởi vì nó thiếu
tính mềm dẻo, đặc biệt trong một tiêu chuẩn mới. Vì vậy, nhà thiết kế hệ thống phải đối
mặt với vấn đề cân bằng các yêu cầu về công suất và tính mềm dẻo. Nếu chúng ta thừa
nhận một xu hướng dài hạn để tăng cường việc sử dụng của các DSP mạnh hơn thì nhà
thiết kế cũng cần một quá trình cho thiết kế đó dịch chuyển tới các thiết bị như vậy.
Một giải pháp hấp dẫn cho vấn đề này là một kiến trúc dựa trên bộ đồng xử lý với
một thiết bị khả trình duy nhất tại lõi của kiến trúc. Các bộ đồng xử lý nâng cao khả
năng tính toán của kiến trúc. Cùng lúc đó, chúng cung cấp lượng chương trình phần
mềm, tính mềm dẻo và khả năng nâng cấp cần thiết để đáp ứng sự phát triển của tiêu
chuẩn, cung cấp sự phân biệt dịch vụ hay sản phẩm, và đơn giản hoá xử lí mẫu ban đầu
và tích hợp sau cùng.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 – Các DSP khả trình trong máy cầm tay 2 chế
độ
Chúng ta phân chia thế giới các bộ đồng xử lý thành “được kết hợp lỏng” và “được
kết hợp chặt”. Chúng được xác định dựa theo thời gian trung bình để hoàn thành một
lệnh trên DSP và loại giao diện của nó với bộ xử lý chính. Với một bộ đồng xử lý được
ghép chặt (TCC- Tightly Coupled Coprocessor), DSP sẽ khởi tạo một nhiệm vụ trên bộ
đồng xử lý, hoàn thành theo trật tự sau khoảng vài chu kỳ lệnh. Một nhiệm vụ được
khởi tạo trên một bộ đồng xử lý được ghép lỏng (LCC- Loosely Coupled Coprocessor)
sẽ chạy trong nhiều chu kỳ lệnh trước khi nó cần nhiều sự tương tác hơn với DSP.
Các TCC có thể được xem như một sự mở rộng tập lệnh của DSP, theo đó các lệnh
lớn hơn, chẳng hạn như là giải mã hóa hình bướm hoặc các toán tử nhân có nhớ 16 bit,
chạy trên một phần cứng chuyên dụng được gắn chặt với DSP thông qua một giao diện
chuẩn. Vì vậy, các TCC thu lợi từ khả năng đánh địa chỉ của DSP, băng thông bus địa

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.