Mã turbo trong DSP ứng dụng trong WCDMA

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI Tun Anh Mó Turbo DSP ng dng WCDMA LUN VN THC S KHOA HC NGI HNG DN KHOA HC : TS Nguyn Hu Trung H NI 2010 Lun tt nghip sau i hc Mó turbo DSP ng dng WCDMA BN CAM OAN Tụi xin cam oan ton b ni dung cp lun Mó turbo DSP ng dng WCDMA c vit da trờn kt qu nghiờn cu cng ca cỏ nhõn tụi di s hng dn ca TS Nguyn Hu Trung Mi thụng tin v s liu tham kho u c trớch dn y ngun v s dng ỳng lut bn quyn quy nh Tụi xin hon ton chu trỏch nhim v ni dung lun ca mỡnh Hc Viờn Tun Anh Tun Anh TVT_2008-2010 Lun tt nghip sau i hc Mó turbo DSP ng dng WCDMA MC LC CC T VIT TT DANH MC HèNH V M U CHNG 1: M TURBO 1.1 Gii thiu mó turbo: 1.2 S kt ni mó v i ca mó turbo (TURBO CODE): 1.3 B mó húa tớch chp h thng quy RSC: 1.3.1 Mó tớch chp h thng v khụng h thng: 1.3.2 Mó tớch chp quy v khụng quy: 10 1.4 Quyt nh cng v quyt nh mm: 13 1.5 Mó húa mó turbo PCCC (parallel concatenated convolutional code) 14 1.5.1 B mó húa: 14 1.5.2 K thut xúa (punture): 16 1.5.3 B chốn (interleaver): 16 CHNG 2: GII M M TURBO 27 2.1 Gii thiu chng: 27 2.2 Tng quan v cỏc thut toỏn gii mó: 27 2.3 Gii thut MAP: 30 2.4 Nguyờn lý ca b gii mó viterbi ngừ mm: 31 2.4.1 tin cy ca b gii mó SOVA tng quỏt: 32 2.4.2 S ca b gii mó SOVA: 35 2.5 S khỏc gi mó chp v mó PCCC: 38 2.6 So sỏnh cht lng ca cỏc h thng mó húa: 38 2.7 Kt lun chng: 39 CHNG 3: CC DSP KH TRèNH TRONG MY CM TAY HAI CH (2G v 3G) 40 3.1 Gii thiu 40 3.6.3 Vai trũ ca DSP 2G v ch kộp 60 CHNG 4: CC DSP KH TRèNH CHO CC MODEM TRM GC 3G 65 4.2 Tng quan v cỏc trm gc 3G: Cỏc yờu cu 66 4.2.1 Gii thiu 66 4.2.2 Cỏc yờu cu chung 67 4.3.1 Phõn tớch x lý SR 72 TI LIU THAM KHO 87 Tun Anh TVT_2008-2010 Lun tt nghip Mó turbo DSP ng dng WCDMA CC T VIT TT ARQ:Automatic Repeat Request :Yờu cu lp li t ng AWGN: Additive White Gaussian Noise :Nhiu Gauss trng APP : A Posterior Probability: Xỏc sut Posterior BSC : Base Station Controler :B iu khin trm gc BER : Bit Error Rate: T l li bit FER : Frame Error Rate :T l li khung BTS :Base Trancever Station: Trm vụ tuyn gc CDMA : Code Division Multiple Access: a truy cp phõn chia theo mó DES: Digital Encode Signal :Mó hoỏ kờnh thoi s FSP : Trng thỏi hu hn FDMA: Frequence Division Multiple Access: a truy cp phõn chia theo tn s GSM : Global System for Mobile communication: Dch v di ng ton cu HDVA : Hard VA :Thut toỏn Viterbi quyt nh cng HCCC : Hybrid Concatenated Convolutional Code: Kt ni hn hp cỏc mó tớch chp HRL: B ng ký nh v thng trỳ IDS : Iterative Decoding Suitability : Phự hp gii mó lp IMT-2000 : International Mobi Telephone2000 : in thoi di ng quc t 2000 ITU: International Telecommunication Union: Hip hi vin thụng quc t I : Interleaver : B chốn IWF: Chc nng hũa mng LLR : Log likelihodd Ratio :T s tin cy Tun Anh TVT_2008-2010 Lun tt nghip Mó turbo DSP ng dng WCDMA MAP:Maximum A Posteriori:l xỏc sut ln nht ca bit no ú c truyn da trờn tớn hiu nhn c MAC :Medium Access Control: iu khin truy nhp phng tin MEM : Memory: Cp nh MSC :Mobile service Switching Center Trung tõm chuyn mch di ng MMC : Multimedia Communication : Truyn thụng a phng tin ML : Maximum Likelihood : Kh nng xy ln nht PCCC : Parallel Concatenated Convolutional Code: Mó tớch chp kt ni song song PSTN :Public Switched Telephone Network: Mng in thoi cụng cng PN : Pseudo Noise: Tp õm gi ngu nhiờn RSC : Recursive Systemtic Convolutional Code: Mó tớch chp h thng quy SOVA : Soft VA : thut toỏn Viterbi quyt nh mm SNR:Signal to Noise Ratio : T s tớn hiu / nhiu SCCC : Serial Concatenated Convolutional Code : Mó tớch chp kt ni ni tip TDMA: Time Division Multiple Access: a truy cp phõn chia theo thi gian VA :Viterbi Algorithm: Thut toỏn Viterbi Tun Anh TVT_2008-2010 Lun tt nghip Mó turbo DSP ng dng WCDMA DANH MC HèNH V Hỡnh 1.1: Mó kt ni ni tip Hỡnh 1.2: Mó kt ni song song Hỡnh 1.3 B mó húa tớch chp h thng 10 Hỡnh 1.4 B mó tớch chp khụng h thng .10 Hỡnh 1.5 b mó tớch chp quy 11 Hỡnh 1.6: B mó hoỏ RSC vi r=1/2 k=3 12 Hỡnh 1.7: Cỏch thc kt thỳc trellis b mó RSC 13 Hỡnh 1.8: B mó hoỏ PCCC tng quỏt 15 Hỡnh 1.9: Mó PCCC tc 1/3 gm b mó hoỏ chp h thng quy .16 Hỡnh 1.10: B chốn lm tng trng s mó ca b mó hoỏ RSC2 so sỏnh vi b mó hoỏ RSC1 .17 Hỡnh 1.11 Vớ d minh kh nng ca b chốn 18 Hỡnh 1.12: B chốn gi ngu nhiờn vi di chui ngừ vo L= .20 Hỡnh 1.13: B chốn dich vũng vi L=8, a=3, s=0 21 Hỡnh 2.1 : Tng quan cỏc thut toỏn gii mó 28 Hỡnh 2.2: B gii mó lp MAP 30 Hỡnh 2.3 B gii mó SOVA kt ni 31 Hỡnh 2.4: Cỏc ng survivor v ng cnh tranh c oỏn tin cy 32 Hỡnh 2.5 : Vớ d trỡnh by vic gỏn tin cy bng cỏch s dng cỏc giỏ tr metric trc tip 34 Hỡnh 2.6: S b gii mó SOVA 35 Hỡnh 2.7: B gii mó SOVA lp .36 Hỡnh 3.1: S khỏi quỏt chung theo chc nng ca vic x lý lp vt lý DSP 44 Hỡnh 2.2: Khỏi nim hai ch 47 Hỡnh 3.3: Hot ng liờn h thng 48 Hỡnh 3.4: Cỏc yờu cu x lý tng quan ca mi chc nng cỏc kch bn (A, B, v C) X lý c biu din di dng cỏc hot ng (hng triu hot ng mt giõy) 50 Hỡnh 3.5: Cỏc chc nng phõn chia HW/SW 51 Hỡnh 2.6: Vớ d b ng x lý ghộp cht 56 Hỡnh 3.7: H thng da trờn b ng x lý (b tng quan) ghộp lng 59 Hỡnh 4.1: S cho trm gc CDMA bng rng mụ t cỏc chc nng chớnh 68 Hỡnh 4.2: Kin trỳc mc cao b ng x lý gii mó Viterbi 78 Hỡnh 4.3: ng s liu tng c s 16 ca tớnh toỏn ma trn trng thỏi 79 Hỡnh 4.4: B mó húa Turbo 80 Hỡnh 4.5: Kin trỳc b ng x lý Turbo 81 Hỡnh 4.6: Kin trỳc b gii mó MAP 83 Hỡnh 4.7: Vớ d ca vic thc hin s dng CCP 84 Tun Anh TVT_2008-2010 Lun tt nghip Mó turbo DSP ng dng WCDMA M U Cựng vi s phỏt trin ca Khoa Hc v Cụng Ngh phc v cho cuc sng ca ngi cụng ngh vin thụng nhng nm qua ó cú nhng bc phỏt trin mnh m cung cp ngy cng nhiu tin ớch Th k 21 chng kin s bựng n thụng tin ,trong ú thụng tin di ng úng mt vai trũ rt quan trng Nhu cu trao i thụng tin ngy cng tng c v s lng ,cht lng v cỏc loi hỡnh dch v kốm theo iu ny ũi hi phi tỡm phng thc trao i thụng tin mi V cụng ngh WCDMA l mc tiờu hng ti ca lnh vc thụng tin di ng trờn ton th gii Cụng ngh WCDMA bao gm nhiu u im nhng t l trao i thụng tin bng cỏch no cho hiu qu nht Lm cho thụng tin khụng b mt mỏt trờn ng truyn m bo chc nng trao i thụng tin v mó hoỏ l mt phn quan trng ca cụng ngh WCDMA.Chớnh vỡ th mó TURBO c s dng WCDMA nhng tớnh nng v cu trỳc u vit hn nhng mó khỏc.Nhm khai thỏc ti a nhng u im ca cụng ngh ny ta cn tỡm hiu k mó Turbo ỏn cũn cp n vic ng dng cỏc DSP kh trỡnh vic thit k cỏc thnh phn cn bn ca h thng 3G S h tr ca cỏc DSP kh trỡnh i vi vic tng kh nng x lý, tc x lý, dung lng h thng, hiu sut lm vic ca h thng Qua ú thy c ng dng v tm quan trng ca cỏc DSP kh trỡnh vic thit k h thng thụng tin di ng õy chớnh l nhng lý em chn ỏn Mó turubo DSP ng dng vo cụng ngh WCDMA Ni dung ỏn gm chng : Chng 1: M TURBO Chng 2: GII M M TURBO Chng3: CC DSP KH TRèNH TRONG MY CM TAY HAI CH (2G v 3G Tun Anh TVT_2008-2010 Lun tt nghip Mó turbo DSP ng dng WCDMA Chng 4: CC DSP KH TRèNH CHO CC MODEM TRM GC 3G Chng 5: Chng trỡnh mụ phng v kt qu: Trong quỏ trỡnh lm ỏn tt nghip ,mc dự ó c gng nhiu nhng khụng trỏnh nhng sai sút,em mong c s phờ bỡnh ,ch bo v giỳp ca thy cụ v bn bố Em xin chõn thnh cm n s giỳp tn tỡnh ca thy Nguyn Hu Trung v cỏc thy cụ giỏo khoa in T-Vin Thụng ó giỳp em hon thnh ỏn ny Tun Anh TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng Mó turbo CHNG 1: M TURBO 1.1 Gii thiu mó turbo: Mó Turbo l s kt ni gm hai hay nhiu b mó riờng bit to mt mó tt hn v cng ln hn Mụ hỡnh ghộp ni mó u tiờn c Forney nghiờn cu to mt loi mó cú xỏc sut li gim theo hm m ti tc nh hn dung lng kờnh phc gii mó ch tng theo hm i s Mụ hỡnh ny bao gm s kt ni ni tip mt b mó v mt b mó ngoi Chng ny trỡnh by: S kt ni cỏc mó v s i ca mó Turbo( TC) Gi thiu v mó chp h thng quy (Recursive Systematic Convelutional Code_RSC), l c s ca vic tao mó TC Chi tit cu trỳc b mó húa PCCC 1.2 S kt ni mó v i ca mó turbo (TURBO CODE): Forney ó s dng mt b mó ngn hoc mt b mó tớch chp vi gii thut gii mó Viterbi xỏc sut ln nht lm b mó v mt b mó ReedSalomon di khụng nh phõn tc cao vi thut toỏn gii mó sa li i s lm b mó ngoi Mc ớch lỳc u ch l nghiờn cu mt lý thuyt mi nhng sau ny mụ hỡnh ghộp ni mó ó tr thnh tiờu chun cho cỏc ng dng cn li mó ln Cú hai kiu kt ni c bn l kt ni ni tip (hỡnh 1.1) v kt ni song song ( hỡnh 1.2) Ngừ vo B mó hoỏ r = k1/n1 B mó hoỏ r = k2/n2 Ngừ Hỡnh 1.1: Mó kt ni ni tip B mó hoỏ c gi l b mó ngoi, cũn b mó hoỏ l b mó i vi mó kt ni ni tip, tc mó hoỏ: Rnt=k1k2/n1n2 Tun Anh TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng Mó turbo i vi mó song song, tc mó hoỏ tng: Rss=k/(n1+n2) B mó hoỏ r = k/n1 B ghộp (Multiplexer) Ngừ vo B mó hoỏ r = k/n2 Ngừ Hỡnh 1.2: Mó kt ni song song Trờn ch l cỏc mụ hỡnh kt ni lý thuyt.Thc t cỏc mụ hỡnh ny cn phi s dng thờm cỏc b chốn gia cỏc b mó hoỏ nhm ci tin kh nng sa sai Nm 1993, Claude Berrou, Alain Glavieux, Puja Thitimajshima ó cựng vit tỏc phm Near Shannon limit error correcting coding and decoding:TURBO CODE ỏnh du mt bc tin vt bc nghiờn cu mó sa sai Loi mó m h gii thiu thc hin khong 0.7dB so vi gii hn ca Shannon cho kờnh AWGN Loi mó m h gii thiu c gi l mó Turbo, thc cht l s kt ni song song cỏc b mó tớch chp c bit cựng vi cỏc b chốn Cu hỡnh ny gi l: Kt ni song song cỏc mó tớch chp ( Parallel Concatenated Convolutional CodePCCC) Ngoi cng cú Kt ni ni tip cỏc mó tớch chp(Serial Concatenated Convolutional Code_SCCC) v dng Kt ni hn hp cỏc b mó tớch chp ( Hybrid Concatenated Convolutional Code_HCCC).Cỏc loi mó ny cú nhiu c im tng t v cựng xut phỏt t mụ hỡnh ca Berrou nờn gi chung l: turbo code (TC) 1.3 B mó húa tớch chp h thng quy RSC: Trong b mó TC s dng mt b mó tớch chp c bit: mó tớch chp h thng quy ( Recursive Systematic Convolutional Code_RSC ) 1.3.1 Mó tớch chp h thng v khụng h thng: Mó tớch chp cú tớnh h thng l mó tớch chp m cú mt phn t mó ngừ chớnh l dóy tin u vo, tc l u vo ca dóy tin c a trc tip n mt nhng ngừ ca b mó S ca b mó tớch chp h thng nh hỡnh 1.3 Tun Anh TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc ging nh TMS3320C64xTM Vỡ vy, mt gii phỏp c xut l s lm tng cỏc ti nguyờn DSP vi cỏc b ng x lý mm Gii phỏp s dng cỏc FCP ny to tn s khong 118 MHz iu ny lm gim 10 ln ti x lý Cỏc FCP gii mó kờnh ny cú th c thc hin bờn ngoi, cũn chi phớ, cụng sut v hiu sut cú th ti u hn bng vic tớch hp cỏc b ng x lý mm trờn DSP v thit k chỳng mang li s tin b ca kin trỳc DSP Bng 4.1: Cỏc phõn tớch tc ký hiu cho hai kch bn so sỏnh phng phỏp ch s dng DSP vi phng phỏp DSP + FCP 64 x kbps x 384 kbps C64x C64x+FCPs C64x C64x+FCPs (MHz) (MHz) (MHz) (MHz) B nh Mó húa tc ký hiua 29 29 53 53 Mbits (s liu) Gii mó tc ký hiu (ngoi cỏc b mó húa xon v Turbo) 17 17 16.5 16.5 20 kbytes (Pgm) B mó húa xon 211 ~2c N/A N/A 18 kbytes (s liu) B mó húa Turbo N/A N/A ~800+ ~5d Ch DSP tng ~257 DSP tng + cỏc b ng x lý 46 kbytes (s liu) ~870 ~48 ~75 a Mó húa tc ký hiu bao gm: B mó húa CRC, b mó húa xon hoc turbo, an xen mc 1, ghộp tc , an xen mc 2, ghộp (cho thoi) b Gii mó tc ký hiu bao gm: Gii an xen mc 2, tỏch (kờnh), gii ghộp tc , gii an xen mc 1, kim tra CRC Cỏc yờu cu b gii mó xon v turbo c ch riờng so sỏnh cỏc thc hin phn cng v phn mm Tun Anh 73 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc c Cho iu khin DSP v 20% ca mt b ng x lý Viterbi chy ti C64x CPU/4 d Cho iu khin DSP v 10% ca mt b ng x lý mm chy ti C64x CPU/2 4.3.2 Phõn tớch x lý CR X lý CR bao gm nhiu chc nng Trờn ng lờn, b gii tri ph RAKE, b tỡm kim truy nhp v lu lng, s c tớnh kờnh v MRC l chim nhiu th tc mt giõy nht Cỏc chc nng khỏc (bt, n nh ngún, DLL) c xem xột nh cỏc chc nng iu khin v khụng yờu cu nhiu cụng sut x lý Trong ng xung, chc nng quan trng nht l b tri ph B tri ph cng c thc hin phn cng Nh ó gii thớch phn 3.2, tớnh tớnh toỏn BTS c chi phi bi b thu ng lờn, vỡ vy b tri ph ng xung khụng c cp phõn tớch ny 4.3.2.1 Phõn tớch b thu ng lờn B gii tri ph RAKE v cỏc b tỡm kim truy nhp/lu lng s dng thao tỏc c bn ging nhau: gi õm (PN) v gii tri ph hm Walsh Thao tỏc ny bao gm vic to cỏc chui Walsh v gi õm c nh thi hp lý v thc hin s tng quan gia cỏc chui c to v cỏc chui chip n Cỏc tng quan ny c thc hin ti CR B gii tri ph RAKE v b tỡm kim truy nhp/lu lng cng thc hin c tớnh nng lng v tớch ly khụng kt hp, nhng cỏc chc nng ny yờu cu cụng sut x lý thp hn cỏc tng quan Thut toỏn c tớnh kờnh s quyt nh cỏc h s hiu chnh pha cn dựng MRC Thut toỏn c tớnh kờnh da trờn mt b lc trung bỡnh a khe theo trng s (WMSA) v tớnh phc ca b lc ny l tớnh phc ca mt FIR hot ng trờn mt khe c s (ang xem xột mt h s hiu chnh pha trờn mi khe) S dng cỏc h s hiu chnh pha c tớnh toỏn trc cho mi ng, MRC cú th tỏi kt hp tt c cỏc ng vi cung cp cỏc ký hiu ti phn x lý SR MRC thc hin mt phộp nhõn phc trờn mi ng (nhõn phc ca tớn hiu gii tri ph Tun Anh 74 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc vi h s hiu chnh pha) v sau ú cng tt c cỏc ký hiu ó c hiu chnh li vi cung cp cỏc ký hiu ó kt hp cho cỏc chc nng x lý SR cũn li Thụng thng MRC chy ti SR; ú l mt phộp nhõn phc c thc hin ti SR Khi ú tc ny cú th cao hn vic thay i hoc khụng bit cỏc h s tri ph Nh ó núi t trc, tc chip ca tiờu chun 3G l 3,6864 Mcps cho IS-2000 v 3,84 Mcps cho 3GPP Rừ rng, cỏc tc chip cao ny lm tng s lng cỏc thao tỏc mt giõy cn thit cho vic x lý CR Khi xem xột cỏc tc chip ny v s lng ngi s dng yờu cu c h tr (nh c ch bi cỏc nh sn xut trm gc) cụng sut x lý cn cho b gii tri ph RAKE v b tỡm kim truy nhp/lu lng nm phm vi ca 10-30 GOPS cho 64 ngi s dng Nh ó núi phn trc, nú s yờu cu nhiu DSP hiu sut cao thc hin cỏc chc nng b thu CR ng lờn a kờnh ca mt h thng CDMA Vỡ vy, cú v nh mt phng phỏp da vo phn mm hon ton x lý CR l khụng th thc hin m hiu qu v mt chi phớ 4.3.2.2 S dng mt b ng x lý h tr mt s lng ln ngi s dng trờn mi DSP, mt gii phỏp phn cng l cn thit cho x lý CR ti thiu chi phớ Gii phỏp ny cú th to mt b ng x lý tng quan ASIC bờn ngoi cho DSP Tuy nhiờn, nú phi cú tớnh mm cung cp mt mc mm cao cho gii phỏp, cỏc chc nng thc hin trờn b ng x lý phi nm di s iu khin ca DSP, phi cung cp mt mc cao v kh nng lp trỡnh v phi c tham s húa tt Mt CCP cú th c b sung h tr DSP cỏc chc nng CR cho gii tri ph RAKE v tỡm kim truy nhp/lu lng Tớnh mm cú th c trỡ theo mt cỏch hiu qu v mt chi phớ bng vic thit k cn thn tớnh mm nh mt s phng phỏp khỏc nhau, to thnh tng quan DSP cú th lp trỡnh CCP nh s dng mt cỏc thao tỏc hoc cỏc lnh CCP ny c tho lun phn sau Tun Anh 75 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc Tớnh mm gii phỏp chung cú th t c mt phn bng vic cho phộp s c tớnh kờnh v MRC c thc hin phn mm trờn DSP Tng t nh vy, DSP thc hin tt c cỏc nhim v iu khin nh n nh ngún, khụi phc nh thi v hiu chnh da trờn cỏc kt qu c thc hin t CCP Tớnh mm ny cho phộp cỏc nh thit k h thng thc hin cỏc thut toỏn v phng phỏp riờng tng hiu sut Nú cng cho phộp cỏc thay i v nõng cp v sau S c tớnh kờnh ch l mt vớ d ca mt chc nng, cú th c thc hin bng phng phỏp c ci tin s lm tng hiu sut Bng 3.2 ch cỏc yờu cu tớnh toỏn CR c bn, gi thit 64 ngi s dng vi hng cho mi ngi s dng Hai trng hp c a ra: ch s dng DSP TMS320C64xTM v s dng DSP kt hp vi CCP CCP l mt b phn ca mt lp cỏc FCP c mụ t phn sau Bng 4.2: Phõn tớch CR so sỏnh phng phỏp ch DSP vi phng phỏp DSP + CCP cho cỏc chc nng quan trng C64x (BOPS MHz) hay C64x + (MHz) CCP B nh B gii tri ph RAKE ~10 BOPS (CCP)a Khụng ỏng k Mbits B tỡm kim truy nhp/lu ~20 BOPS lng (CCP)b Khụng ỏng k Mbits MRC 200 Mbits c tớnh kờnh da trờn 10 MHz WMSA 10 64 Kbits Cỏc chc nng iu khin 20 MHz (bt, n nh ngún, dũ tỡm,) 20 80 Kbits 200 MHz a B gii tri ph RAKE c c tớnh thc hin 250 K cng CCP ti tn s 80 MHz b B tỡm kim truy nhp/lu lng c c tớnh thc hin 275 K cng CCP ti tn s 80 MHz 4.4 Cỏc gii phỏp b ng x lý mm Tun Anh 76 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc Khỏi nim FCP di õy l ghộp gia ý tng ca vic tng tc phn cng vi ý tng tớnh mm ỏng k ca chc nng trin khai, cú l l ti bỏn lp trỡnh iu ny bao gm chin lc phỏt trin c nhn thc tt v cỏc giao din hiu qu vi DSP lừi, c ti mc vt lý v cỏc mc hot ng cao hn i vi kin trỳc trm gc 3G, mt gii phỏp rt c lc v hiu qu v chi phớ ó c a bng vic thc hin mt DSP TMS320C64xTM vi FCP: B gii mó Viterbi, b gii mó Turbo v CCP Nhng thnh phn ny c mụ t cỏc phn di õy Thờm vo ú, mt b x lý truyn thụng DSP mi ca Texas Instruments l TMS320C6416TM, kt hp b gii mó Viterbi v b gii mó Turbo theo mt hỡnh thc ghộp cht vi chớnh DSP 4.4.1 B ng x lý gii mó xon Viterbi Mt b gii mó Viterbi thng c s dng gii mó cỏc mó xon s dng cỏc ng dng vụ tuyn Thut toỏn ny bao gm hai bc: 1- tớnh toỏn trng thỏi hoc cỏc ma trn hng phỏt thụng qua biu li ca mó; 2- s dng cỏc kt qu lu tr t bc 1, thc hin hng ngc, nh s liu ny xõy dng t mó ging nht vi t mó c phỏt (c hiu l dũ tỡm) Vic tớnh toỏn ma trn trng thỏi ũi hi tớnh toỏn dũ tỡm sõu hn v ch yu bao gm cỏc toỏn t cng, so sỏnh v la chn (ACS) Mt thao tỏc ACS quyt nh giỏ tr tip theo ca mi ma trn trng thỏi biu li v thc hin thao tỏc ny bng vic la chn kt qu ln nht ca hai ma trn thớch hp, mt ma trn t mi nhỏnh nhp vo trng thỏi Cỏc ma trn thớch hp n t vic cng ma trn nhỏnh tng ng vi ma trn trng thỏi tng ng trc ú Cỏc ma trn nhỏnh nhn c t s liu thu c s c gii mó Thờm vo ú, thao tỏc ASIC lu tr nhỏnh c chn s dng quỏ trỡnh x lý dũ tỡm Tun Anh 77 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc Hỡnh 4.2: Kin trỳc mc cao b ng x lý gii mó Viterbi Kin trỳc mc trờn ca b ng x lý Viterbi mm (VCP) c ch hỡnh 3.2 v bao gm ba chớnh: ma trn trng thỏi, dũ tỡm v giao din DSP Khi hot ng ti tn s 80 MHz (160 MHz cho b nh ca nú), ma trn trng thỏi cú th thc hin 320x106 thao tỏc ACS trờn giõy, v VCP cú th gii mó ti tc 2,5Mbps iu ny l tng ng vi trờn 200 kờnh thoi cho cỏc h thng vụ tuyn 3G hon thnh iu ny gim bng thụng b nh ma trn ti mc hp lý thỡ cu trỳc xp tng hỡnh 3.3 c thc hin Thc t, cu trỳc ny hot ng trờn mt c s 16 biu li (16 trng thỏi trờn tng) v vỡ vy b qu I/O b nh cho tng biu li dn n gim 75% bng thụng ng s liu ny kt hp mt ghi trao i nht nh bit ng biu li (c gi l tin dũ tỡm) Cỏc on bit s khụng cn dũ tỡm nhiu, chỳng cú th c s dng nh cỏc phn trn x lý dũ tỡm iu ny cho phộp dũ tỡm nhanh hn Cu trỳc xp tng ny cng cú th hot ng ti cỏc chiu di ó c gim (gim s lng cỏc tng); c th l tng, tng, hoc l tng Tng t nh vy trao i ghi kt hp tng ng ging nh trờn s em li cỏc kt qu tin dũ tỡm ca cựng chiu di bit Tun Anh 78 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc Hỡnh 4.3: ng s liu tng c s 16 ca tớnh toỏn ma trn trng thỏi Khi dũ tỡm hot ng theo kiu truyn thng tr li ng tt iu ny liờn quan n chu k lp ca vic c b nh dũ tỡm thu c on t yờu cu, phn ỏnh cỏc quyt nh ng u tiờn, dch cỏc on t ny vo ghi ch s trng thỏi nh dng ch s trng thỏi tip theo cho dũ tỡm, v s dng s liu ny nh dng a ch b nh Tuy nhiờn, thit k ca chỳng ta cú th di chuyn ngc li tng ti mt thi im nh tin dũ tỡm ó cp trờn Tớnh mm l mt mc ớch quan trng thit k ca VCP Nú cú th hot ng trờn ghi dch n cỏc mó xon vi chiu di K = 9, 8, 7, 6, 5; v cỏc t l mó 1/2, 1/3, v 1/4 Cỏc a thc xỏc nh cho mó mong mun c nhp vo VCP cng cho phộp chớch mu bt k, cú cỏc phng phỏp tham s húa nhõn chia cỏc khung cho dũ tỡm, vỡ vy v c bn kớch thc khung khụng phi l quan trng V khong cỏc hi t cú th c ch cho cỏc khung ó phõn chia Do ú, thc hin VCP hu nh cú th gii mó c mó xon mong mun bt k tỡm thy cỏc tiờu chun vụ tuyn 2G, 2,5G v 3G Thao tỏc hiu qu vi mt DSP cng cú th t c bi b nh gn vi thit b, bng vic cho phộp cỏc chuyn i s liu ti u vo v/hoc u ng thi vi vic gii mó, v bng vic cung cp nhiu ng tớn hiu khỏc cho s ng b DSP/DMA B gii mó ny rt nh nhng thụng lng rt cao nờn nú hiu qu v mt chi phớ hn mt phng phỏp phn mm iu ny gii phúng DSP x lý nhiu kờnh hn v/hoc thc hin cỏc thut toỏn truyn thụng tin b hn 4.4.2 B ng x lý gii mó turbo Tun Anh 79 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc Cỏc b mó húa turbo c s dng c hai tiờu chun vụ tuyn 3GPP v IS-2000 Cỏc b mó húa turbo c biu din hỡnh 3.4 cú th nhn c hiu sut BER=10-6 ti SNR=1,5dB B mó húa turbo bao gm hai b mó húa xon h thng quy (RSCC) c mc song song, kt hp vi b an xen nh ch hỡnh 3.4 Hỡnh 4.4: B mó húa Turbo Cỏc bit thụng tin c gi n c hai RSCC Cỏc bit thụng tin qua RSCC bờn di c an xen trc n b mó húa u ca c hai RSCC l bit, c kt hp ni tip v sau ú c truyn trờn kờnh Bit theo phng phỏp an xen t RSCC di khụng c truyn bi vỡ nú l d iu ny cho phộp bit c chớch thc hin mt t l mó: 1/4, 1/3, hay 1/2 B gii mó turbo l mt b gii mó lp s dng thut toỏn MAP (Maximum A Posteriory)[1] Mi phộp lp ca b gii mó thc hin b gii mó MAP hai ln B gii mó MAP th nht s dng s liu khụng an xen v b gii mó MAP th hai s dng s liu an xen Trong mi phộp lp, mi b gii mó MAP cp cho cỏc b gii mó MAP khỏc mt hp mi cỏc c tớnh u tiờn ca cỏc bit thụng tin, thụng thng c gi l cỏc tỏc ng t bờn ngoi vo Trong cỏch ny hai b gii mó MAP cú th hi t ti mt gii phỏp 2 S liu thu c t kờnh cn thit c chia t l trc bi / (trong ú l s thay i õm tớn hiu) s dng bi cỏc b gii mó MAP Vic chia t l ny c thc hin bi DSP Tun Anh 80 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc Kin trỳc TCP c bn c biu din hỡnh 3.5 iu khin mm cho phộp TCP c cu hỡnh lm vic mt vi ch Trong ch n gin nht, DSP ti ton b mt s liu gia cỏc gii mó MAP v nú thc hin mt gii mó MAP trờn s liu Cỏc kt qu c gi tr li DSP iu ny cú ngha l DSP s an xen s liu gia cỏc gii mó MAP v vỡ vy liờn quan n mi phộp lp ca gii mó turbo Cỏc b chuyn i s liu c iu khin mt cỏch hiu qu bi s t ng DMA tng cng (EDMA) ca DSP Khối giao diện chủ EDMA C64X lõi EDMA I/F Bộ nhớ Điều khiển MAP Bộ giải mã MAP Điều khiển TCP Hỡnh 4.5: Kin trỳc b ng x lý Turbo Ch hot ng c bit ny cho phộp TCP hot ng trờn nhiu loi mó hn 3G, l chỳng s dng cựng cỏc RSCC thnh phn TCP cng cú th c thit lp thc hin mt vi phộp lp khụng cn s can thip ca DSP iu ny gim rt nhiu bng thụng bus yờu cu vỡ cỏc kt qu trung gian khụng cn di chuyn vo v Trong ch ny, TCP s dng mt bng tra cu thc hin an xen v vỡ vy cú th thc hin s phộp lp nh yờu cu hi t B iu khin TCP ph trỏch vic ghi i xng, chn/l, v u tiờn ca s liu mt cỏch chớnh xỏc ti b gii mó MAP Sau gii mó thnh cụng, DSP s thu c s liu ó hiu chnh, thụng thng qua EDMA ti thiu s tiờu th cụng sut, thụng thng ngi ta s dng mt tiờu chun dng, ú l mt chc nng ca cỏc u b gii mó MAP v c s dng Tun Anh 81 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc quyt nh no s hi t xut hin Tiờu chun dng ch rng mc dự cn ti a 8-10 phộp lp nhng t c hiu sut tt nht ca gii mó turbo, hu ht thi gian, ch 3- phộp lp l cn thit cho s hi t Vỡ vy, mt tiờu chun dng cú th cú mt tỏc ng quan trng trờn cỏc yờu cu MIPs trung bỡnh v mc cụng sut trung bỡnh TCP cú mt tiờu chun dng riờng s dng ch a tiờu chun Tt nhiờn, ch gii mó MAP n, DSP l t ỏp dng tiờu chun dng bt k i vi cỏc kớch thc rt ln (trong IS-2000 turbo cú th rng 20Kbits), b gii mó turbo cú th thc hin mt gii mó MAP mt phn s dng k thut ca s trt Trong trng hp ny EDMA cung cp cho TCP s liu, chn l v u tiờn cho mt phn ca s liu (t mó) thc hin mt phn ca mt gii mó MAP Chc nng gii mó MAP c biu din hỡnh 3.6 B iu khin MAP cú th cu hỡnh ny, thc hin cỏc cp nht alpha v beta cng nh cp nht u t ngoi vi Khi s dng cỏc b gii mó turbo, vic tớnh toỏn beta lp c thc hin u tiờn v ú vic tớnh toỏn alpha lp c thc hin ng thi, u ngoi vi c thc hin s dng u alpha sau cựng nh cỏc beta thu c trc ú Vỡ vy, chỳng ta cn la tr beta nhng khụng lu tr alpha Mt kin trỳc ng ng cho phộp bn beta c to ng thi vi bn alpha v bn u Bng k thut ny cú th thu c ti a li th ca tc kờnh Thit k sau cựng cú th x lý 16 kờnh ti 384Kbps Mc dự kh nng ny ln hn dung lng ca hu ht trm gc nhng nú cho phộp gii mó turbo xy vi tr thp, l mt yờu cu mong i tt c h thng Tun Anh 82 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc Khối Beta Ma trận trạng thái RAM Khối Alpha Khối bên Wn,i Hỡnh 4.6: Kin trỳc b gii mó MAP 4.4.3 B ng x lý tng quan CCP l mt tng quan da trờn vect, tớnh mm cao, kh trỡnh, thc hin cỏc thao tỏc b thu RAKE trm gc CDMA cho a kờnh Bi vỡ hu ht cỏc chc nng b thu RAKE liờn quan ti s tng quan v tớch ly, bt chp giao thc vụ tuyn no, mt tng quan chung cng cú th c s dng cho mt s nhim v ca b thu RAKE nh gii tri ph hng v tỡm kim Mc dự, chỳng da trờn cựng kin trỳc tri ph nhng cỏc nhim v nh hng v cỏc nhim v tỡm kim c x lý trờn cỏc mỏy vt lý riờng r Thờm vo ú, thc hin cỏc chc nng gii tri ph (giỏ tr phc), bao gm nhõn chui mó v tớch ly kt hp, CCP cng tớch ly cỏc giỏ tr nng lng ký hiu (c gi l cỏc tớch ly khụng kt hp) Vớ d, nú tớch ly cỏc mu sm, ỳng lỳc v mun ca mt hng ca RAKE; cỏc phộp o ny c s dng cho vũng lp dũ tỡm mó ca hng (thng l mt DLL) i vi cỏc thao tỏc tỡm kim, CCP tr li cỏc giỏ tr nng lng tớch ly cho mt ca s riờng ca cỏc khong dch (offsets) CCP thc hin tt c cỏc x lý CR v cỏc tớch ly nng lng theo cỏc thao tỏc m DSP ó ghi vo cỏc b m thao tỏc ca CCP dựng iu khin tt c cỏc thao tỏc CCP CCP khụng thc hin cỏc hot ng b thu SR nh AGC, AFC v DLL (Vi DLL thỡ CCP cung cp cỏc giỏ tr nng lng cho vũng lp hi tip, nhng nú khụng hot ng trờn vũng lp ca chớnh nú) Tt c cỏc thao tỏc ký hiu ny c thc hin trờn mt DSP TMS320C64xTM Phiờn bn u tiờn ca DSP c xõy dng h tr tiờu chun 3G IS-2000 nhng s c tng cng h tr tt c cỏc tiờu chun 3G tng lai Tun Anh 83 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc Hỡnh 4.7 biu din mt vớ d trin khai, s dng CCP v biu din cỏch CCP cú th c giao din vi cỏc thnh phn khỏc ca chui thu ca mt cu hỡnh phn cng bng gc s (DBB) EMIF_A EMIF_B Bus 16, 32 64 bit Hỡnh 4.7: Vớ d ca vic thc hin s dng CCP CCP chu trỏch nhim: Vic thc hin gii tri ph cung cp cỏc ký hiu s liu trờn mi hng ti thc th ph trỏch vic x lý MRC (cú th trc tip bi DSP hay ASIC khỏc) Thc hin cỏc phộp o nng lng/IQ sm/ỳng lỳc/mun (EOL) cho DLL Thc hin cỏc tng quan trờn chip v 1/2 chip, cỏc phộp o nng lng/IQ dnh cho mc ớch tỡm kim Cung cp cỏc ký hiu hoa tiờu gc trờn mi hng cho DSP Tun Anh 84 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc Trong RC IS-2000 1&2, ng s liu FHT truy nhp trc tip b m ký hiu hng (b m u ca ng s liu RAKE) v thc hin vic kt hp Cỏc u ca b kt hp c ghi vo b m ký hiu kt hp (CSB) DSP truy nhp trc tip b m u ú nhn cỏc ký hiu ó kt hp Trong RC 3&4, DSP s dng cỏc ký hiu hoa tiờu gc ó tớnh toỏn thc hin s c tớnh kờnh ca mi hng Cỏc h s ca phộp c tớnh kờnh ú s c gi ti thc th ph trỏch vic x lý MRC Trong vớ d c th ny, x lý MRC c thc hin phn mm, nhng nú cng cú th c x lý bi cỏc phn cng khỏc S dng cỏc h s ó tớnh toỏn ú, MRC nhõn cỏc ký hiu gii tri ph vi cỏc h s c tớnh kờnh v ú cng tng cỏc ký hiu n t mt vi hng (ng) vi cung cp cỏc ký hiu kt hp Khi ú cỏc ký hiu kt hp ny s c x lý bi cỏc tng x lý ký hiu cao hn b thu trm gc 4.5 Tng kt Mc ớch cụng vic ca chng ny l a mt gii phỏp lp vt lý tt hn cho th trng trm gc vụ tuyn 3G ang phỏt trin Cỏc thỏch thc quan trng cn c gii quyt l: cụng sut tớnh toỏn cho mt s lng ln cỏc kờnh trờn mi khi, hiu qu v mt chi phớ, v mc mm cao Phng phỏp ó c tho lun chng ny t c c ba mc tiờu ú T cỏc phõn tớch c ch chng, vi 64 ngi s dng, x lý tc ký hiu cn 1100 MHz trờn mt TMS320C64xTM, v x lý CR yờu cu 30 BOPS, vi gi thit rng ch cú mt DSP c s dng Gii mó hiu chnh li trc chi phi phn SR, cỏc s hiu chnh CDMA chi phi phn CR thc hin mt gii phỏp hiu qu v mt chi phớ, rừ rng s h tr phn cng b sung l cn thit Khỏi nim va gii thiu tn dng kin trỳc DSP mi nht ca Texas Instruments, TMS320C64xTM, c ghộp vi FCP: mt b gii mó Viterbi, mt b gii mó Turbo, v mt CCP Cỏc FCP c thit k cc k hiu qu theo quan im s phộp tớnh trờn din tớch vựng silicon, ng thi cng rt mm theo Tun Anh 85 TVT_2008-2010 Lun tt nghip Chng 4: Cỏc DSP kh trỡnh cho modem trm gc quan im hot ng Thờm vo ú, chỳng c thit k giao din vi DSP mt cỏch hiu qu cc tiu phn b sung DSP s liu v cỏc tng tỏc lnh Tớnh mm c thc hin cỏc FCP bng vic xõy dng chỳng theo phng phỏp iu khin lnh, tham s húa, v hn na l thc hin bỏn lp trỡnh, nh vy chỳng cú th c s dng cho gn nh mi trng hp s c nh ngha cỏc tiờu chun Trờn ht, tớnh mm l li th v cn thit vỡ mt s lý Trong thc t, tớnh mm cho phộp ghộp v/hoc thay i cỏc tiờu chun s dng cựng thit b, cú th thc hin nhanh chúng cỏc ci tin v thay i i vi cỏc thut toỏn, thc hin tt cỏc tng cng v kt hp c nhiu kờnh hn Nú cng cho phộp nhiu phng phỏp phõn chia h thng thnh cỏc thit b x lý Cỏc vớ d bao gm: phõn chia gia kt hp x lý ng lờn v ng xung, hoc phõn chia theo chc nng cho nhiu kờnh thnh mt n Sau cựng, tớnh mm cung cp mt phng tin cho OEM phõn bit cỏc sn phm ca chỳng Cng bi vỡ cụng sut ca DSP TMS320C64xTM ca TI, nờn gii phỏp ny cho phộp tng lai, phỏt trin cỏc phng phỏp nhm x lý tớn hiu trm gc c bit, cỏc k thut nh to bỳp súng thớch ng, kh nhiu v nhn bit nhiu ngi s dng cú th c thc hin trờn nn kin trỳc ny Gn õy, Texas Instruments ó a TMS320C6416, kt hp cỏc b ng x lý VCP v TCP vo DSP Tớnh mm v lng ln cụng sut tớnh toỏn t c vi phng phỏp va trỡnh by trờn l nh kh nng to ln ca DSP TMS320C64xTM ca TI cựng vi cỏc b ng x lý mm c bit Kt qu l cú mt gii phỏp rt cú sc cnh tranh v hiu qu v mt chi phớ Tun Anh 86 TVT_2008-2010 Lun tt nghip sau i hc Mó turbo DSP ng dng WCDMA TI LIU THAM KHO V c Th ,Thụng tin di ng s Cellular, NXB Khoa Hc v K Thut H Ni, 1997 Giỏo trỡnh thụng tin di ng ,Hoc vin Bu chớnh vin thụng c s Tp H Chớ Minh ng Vn Chuyt , Nguyn Tun Anh ,C s lý thuyt truyn tin, NXB Giỏo Dc, 1999 Nguyn Thuý Võn ,Lý thuyt mó, NXB Khoa Hc v K Thut H Ni,1999.nMultiple Access Mr Harte ,Introduction to Code Division Multiple Access, Althos Inc,2004 Ali H.Mugaibel and Maan A.Kousa,Understanding Turbo Codes, King Fahd University of Petroleum and Minerals PO Box ,1271,Dhahran 31261,Saudi Arabia S Adrian Barbulescu, Steven.S Pietrobon,Turbo Codes:A tutorial on a new class of powerful error correcting coding schemes,Part1: Code Structures and Interleaver Design,26 October 1998 Nguyn Hong Hi-Nguyn Khc Kim- Nguyn Trung Dng-H Trn c,Lp trỡnh Matlab, NXB Khoa Hc v K Thut ,H Ni 2003 Mt s website v vin thụng 10 TS Nguyn Phm Anh Dng, Giỏo trỡnh Thụng tin di ng th h ba, NXB Bu in, 3/2004 11 TS Nguyn Phm Anh Dng, Giỏo trỡnh Thụng tin di ng, NXB Bu in, 6/2002 12 TS Nguyn Phm Anh Dng, Thụng tin di ng GSM, NXB Bu in, 1999 13 TS Nguyn Phm Anh Dng, Giỏo trỡnh C s truyn dn vi ba s, NXB Bu in, 4/2001 14 TS Nguyn Phm Anh Dng Lý thuyt tri ph v ng dng, NXB Bu in, 05/2000 15 Alan Gatherer and Edgar Auslander, The Application of Programmable DSPs in Mobile Communications, John Wiley & Sons Ltd, 2002 16 ỏn ca cỏc khoỏ trc Tun Anh 87 TVT_2008-2010 ...Luận văn tốt nghiệp sau đại học Mã turbo DSP ứng dụng WCDMA BẢN CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung đề cập luận văn Mã turbo DSP ứng dụng WCDMA viết dựa kết nghiên cứu đề cương... nghiệp Chương Mã turbo CHƯƠNG 1: MÃ TURBO 1.1 Giới thiệu mã turbo: Mã Turbo kết nối gồm hai hay nhiều mã riêng biệt để tạo mã tốt lớn Mô hình ghép nối mã Forney nghiên cứu để tạo loại mã có xác suất... việc tao mã TC • Chi tiết cấu trúc mã hóa PCCC 1.2 Sự kết nối mã đời mã turbo (TURBO CODE): Forney sử dụng mã khối ngắn mã tích chập với giải thuật giải mã Viterbi xác suất lớn làm mã mã ReedSalomon