Tiờu chuẩn Mó tớch chập Mó PCCC Chiều dài bắt buộc lớn hơn Tốt Xấu Khoảng cỏch tự do lớn hơn Tốt Khụng khỏc Tốc độ mó hoỏ thấp hơn Khụng khỏc Tốt Cỏc bộ mó hoỏ đệ quy Khụng khỏc Tốt Cỏc bộ giải mó ngừ ra mềm Khụng khỏc Tốt Bảng 2.1 So sỏnh mó chập và mó PCCC 2.6. So sỏnh chất lượng của cỏc hệ thống mó húa: Tỉ lệ lỗi bit (BER) và tỉ số tớn hiệu/nhiễu (SNR) của quỏ trỡnh truyền dẫn xỏc
định chất lượng của kờnh truyền. Tuy nhiờn, sự khỏc nhau là bao nhiờu cụng suất (SNR) thỡ cần thiết để thực hiện BER thấp. Tỉ lệ lỗi bit là xỏc suất của bất cứ bit nào bị lỗi trong quỏ trỡnh truyền. Tỉ số tớn hiệu/nhiễu ( Eb/No) là tỉ số cụng suất kờnh/ cụng suất nhiễu. BER càng thấp thỡ cỏng tốt bởi vỡ cú nghĩa là cú một vài lỗi trong dữ liệu cuối cựng SNR càng thấp thỡ càng tốt bởi vỡ cú nghĩa là ớt cụng suất cần thiết để truyền tớn hiệu.
Như trờn đó giới thiệu mó PCCC RSC là mó cú thực tế tốt nhất bởi vỡ nú cú thể thực hiện SNR thấp tại BER thấp và gần với giới hạn Shannon – lý thuyết tối đa của thực hiện kờnh. Độ lợi mó xỏc định độ thực hiện mó húa như thế nào. Độ lợi
Đỗ Tuấn Anh 39 ĐTVT_2008-2010
mó là sự khỏc nhau trong SNR giữa 1 kờnh được mó húa và 1 kờnh khụng được mó húa. Độ lợi mó cú thể được xỏc định bằng cỏch đo khoảng cỏch giữa giỏ trị SNR của bất kỳ một trong những kờnh được mó húa nào và kờnh khụng được mó húa tại BER cho trước. Vớ dụđộ lợi mó đối với mó PCCC RSC cú tốc độ 1/2 tại BER 10-5
là khoảng 8,5 dB. Điều này cú nghĩa là tớn hiệu được mó húa PCCC cú thể hoặc là được nhận 2,65 lần xa hơn tớn hiệu khụng được mó húa (ở cựng một cụng suất phỏt), hoặc là nú chỉ cần 1/7 cụng suất phỏt (cho cựng một khoảng cỏch).
2.7. Kết luận chương:
Qua chương này chỳng ta biết được rừ hơn về mó turbo, cũng như những ưu điểm của nú so với cỏc loại mó khỏc. Nờn nú được ứng dụng vào cỏc hệ thống thụng tin yờu cầu chất lượng, tốc độ cao.
Đỗ Tuấn Anh 40 ĐTVT_2008-2010
CHƯƠNG 3: CÁC DSP KHẢ TRèNH TRONG MÁY
CẦM TAY HAI CHẾ ĐỘ (2G và 3G)
3.1 Giới thiệu
Từ giữa những năm 1990 rất nhiều cụng ty trờn toàn thế giới đó nỗ lực nghiờn cứu và đưa ra cỏc tiờu chuẩn vụ tuyến di động thế hệ 3 (3G). Cỏc hệ thống 3G sẽ hỗ trợ nhiều loại hỡnh dịch vụ: từ thoại và số liệu tốc độ thấp tới cỏc dịch vụ tốc độ số liệu cao lờn tới 144Kbps trong cỏc mụi trường ngoài trời cho xe cộ, 384Kbps trong cỏc mụi trường ngoài trời cho người đi bộ, và 2Mbps trong cỏc mụi trường trong nhà. Cả 2 dịch vụ chuyển mạch kờnh và gúi với cỏc nhu cầu chất lượng dịch vụ thay đổi đều được hỗ trợ.
Việc thiết kế cỏc modem 3G cú cỏc thỏch thức chớnh là: việc xử lý tớn hiệu được thực hiện bởi giao diện khụng gian cơ sở CDMA với tốc độ chip 3,84Mcps (cho chế độ FDD DS), cỏc nhu cầu tốc độ số liệu cao, cỏc dịch vụ tốc độ biến đổi và đa tốc độ cần phải được hỗ trợ đồng thời. Do cỏc nhu cầu dịch vụ biến đổi - thoại đầu cuối tốc độ thấp tới số liệu tốc độ cao nờn sự mềm dẻo của thiết kế là điều bắt buộc.
Trong viễn thụng, một mỏy di động “đa chế độ” cú thể hỗ trợ nhiều tiờu chuẩn viễn thụng khỏc nhau với cỏc cụng nghệ truy nhập vụ tuyến khỏc nhau. Vớ dụ như, cỏc hệ thống di động băng tần kộp GSM+DSC khụng được xem như cỏc mỏy di động đa chế độ bởi vỡ chỳng sử dụng cựng cụng nghệ truy nhập vụ tuyến và chỉ khỏc nhau về tần số. Bằng việc tỡm hiểu nguồn gốc của hệ thống hai chế độ, chỳng ta tỡm thấy hai nhõn tốảnh hưởng chớnh.
Nhõn tốảnh hưởng từ cỏc nhà khai thỏc: Khi ESTI phỏt triển cỏc đặc điểm kỹ thuật của GSM, tổ chức này đó khụng mong đợi hệ thống di động thế hệ 2 (2G) cú thể tương thớch trở lại với hệ thống tương tự 1G. Điều này là chấp nhận được bởi vỡ số lượng người sử dụng 1G so với số lượng người dựđoỏn sử dụng 2G là khụng đỏng kể.
Đỗ Tuấn Anh 41 ĐTVT_2008-2010
Mặt khỏc, vào những năm 1980, khỏ dễ dàng để số lượng nhỏ cỏc quốc gia thành viờn Chõu Âu đồng ý về một cụng nghệ truy nhập vụ tuyến duy nhất bởi vỡ khi đú khụng nước nào cú sẵn một mạng tổ ong số, do đú khụng cú nhu cầu về tớnh tương thớch. Nhưng khi thành cụng của GSM vượt ra ngoài Chõu Âu thỡ một số nhà khai thỏc đó quyết định ghộp cỏc tiờu chuẩn khỏc với GSM. Cỏc vớ dụ chớnh là GSM+DECT, GSM+AMPS, và GSM+ICO. Tuy nhiờn, cỏc phõn hệ kộp như vậy khụng tương thớch tốt nờn khụng cho phộp một sự tớch hợp tốt giữa việc hạ chi phớ và giảm kớch thước. Vỡ vậy, cỏc cặp tiờu chuẩn đú khụng cho phộp chuyển giao liờn tục.
Nhõn tố ảnh hưởng từ cỏc tổ chức chuẩn húa: Mục đớch của dự ỏn hợp tỏc 3G (3GPP) là xõy dựng một tiờu chuẩn quốc tế với tham vọng rằng một mỏy di động cú thể sử dụng được ở bất kỡ nơi nào trờn trỏi đất. Giải phỏp tốt nhất là đồng thuận trờn một cụng nghệ truy nhập vụ tuyến duy nhất cho tất cả cỏc quốc gia trờn thế giới. Đỏng tiếc, điều này là khụng thể thực hiện bởi vỡ rất khú tỡm một cụng nghệ truy nhập vụ tuyến duy nhất cú thể tương thớch trở lại với tất cả cỏc cụng nghệ truy nhập vụ tuyến 2G khỏc nhau đó được sử dụng bởi hàng tỷ khỏch hàng trờn khắp thế giới. Giải phỏp tốt nhất mà 3GPP tỡm ra để tương thớch trở lại với 2G và cho phộp chuyển mạng toàn cầu là lựa chọn một số cụng nghệ truy nhập vụ tuyến (cụ thể là năm) và chỉ rừ cỏc cơ chế cho phộp chuyển giao liờn hệ thống. Giải phỏp này là rất khú về mặt kỹ thuật và cần phải khắc phục nhiều trở ngại. Nhưng giải phỏp này vẫn khả thi hơn so với giải phỏp của cỏc nhà khai thỏc.
Từ quan điểm của nhà khai thỏc, hệ thống di động đa chế độ cú nhiều ưu thế. Khi một nhà khai thỏc đăng ký giấy phộp hoạt động UMTS, thỡ nhà khai thỏc sẽ cú quyền sử dụng 5 giao diện khụng gian được phộp trong dải tần của họ. Đa chế độ cú thể khai thỏc trong nhiều cấu hỡnh tựy thuộc vào chiến lược của nhà khai thỏc. Nếu nhà khai thỏc đó cú mạng 2G, họ cú 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 phộp chuyển đổi dần dần từ 2G sang 3G. Điều hấp dẫn cuối cựng là sử dụng đa chếđộ sẽ tăng dung lượng và vựng phủ của hệ thống.
Đỗ Tuấn Anh 42 ĐTVT_2008-2010
Trong chương này, chỳng ta tập trung vào chức năng 3G FDD DS được định nghĩa bởi 3GPP. Chức năng này cú thể xem như là chế độ 3G được triển khai đầu tiờn. Chỳng ta sẽ đưa ra cỏc đặc điểm quan trọng nhất của chế độ 3G FDD DS (thường gọi là WCDMA), sau đú là tổng quan cỏc yờu cầu cho cấu trỳc mỏy cầm tay 3G và vai trũ của một DSP khả trỡnh để đỏp ứng cỏc nhu cầu đú cũng như một mỏy cầm tay 2 chếđộ GSM/WCDMA.
3.2 Cỏc tiờu chuẩn vụ tuyến
Từ khi cỏc hoạt động chuẩn húa 3G được bắt đầu, ba nỗ lực phỏt triển song song chớnh đó được tiến hành ở Chõu Âu (ESTI), Japan (ARIB), và Hoa Kỳ. Tuy nhiờn, sau cỏc nỗ lực hũa hợp của một vài nhúm, hiện nay cú 3 chế độ của tiờu chuẩn 3G (bảng 2.1) Bảng 3.1: Ba tham số CDMA dựa trờn cỏc chếđộ của 3G Tham số Chếđộ 1: FDD chuỗi trực tiếp Chế độ 2: FDD đa súng mang Chếđộ 3: TDD Tốc độ chip (Mcps) 3,84 2 x 1,2288 3,84 Cấu trỳc kờnh Trải phổ trực tiếp Đa súng mang Trải phổ trực tiếp Phõn chia phổ Cỏc dải băng ghộp đụi Cỏc dải băng ghộp đụi Cỏc dải băng khụng ghộp đụi Chế độ FDD-DS được chấp nhận rộng rói và là chế độđược triển khai đầu tiờn, bắt đầu ở Nhật Bản vào năm 2001. Trong phần cũn lại của chương, chỳng ta tập trung cỏc thảo luận vào thiết kế một mỏy cầm tay 3G trong chế độ này. Bảng 2.2 liệt kờ cỏc đặc điểm quan trọng nhất của chế độ FDD-DS. Bảng 2.3 liệt kờ cỏc đặc điểm quan trọng nhất của GSM.
Bảng 3.2: Định nghĩa cỏc tham số cho tiờu chuẩn 3G FDD-DS (WCDMA)
Tham số Mụ tả/Giỏ trị
Đỗ Tuấn Anh 43 ĐTVT_2008-2010
Chiều dài khung vật lý (ms) 10
Hệ số trải phổ 2
k, k=2-8:đường lờn, 2k, k=2-9:đường xuống
Mó húa kờnh Mó húa xoắn và mó húa Turbo
Đa tốc độ Đa mó và trải phổ biến đổi
Cỏc kỹ thuật phõn tập Nhiều anten phỏt, đa đường
Cỏc tốc độ số liệu cực đại 384 Kbps ngoài trời, 2Mbps trong nhà
Bảng 3.3: Định nghĩa cỏc tham số tiờu chuẩn GSM (2G)
Tham số Mụ tả/Giỏ trị
Đa truy nhập TDMA/FDMA
Độ rộng kờnh (KHz) 200
Chiều dài khung vật lý (ms) 4,615
Mó húa kờnh Mó húa xoắn
Đa tốc độ Khụng
Cỏc kỹ thuật phõn tập Nhảy tần
Cỏc tốc độ số liệu cực đại 9,6/14,4 Kbps (2,5G/GPRS: 171,2)
Cỏc đặc trưng quan trọng của cỏc tiờu chuẩn 2,5G và 3G minh họa cỏc điểm khỏc nhau chủ yếu giữa 2 hệ thống. Sau này chỳng ta sẽ làm rừ cỏc điểm chung giữa 2 tiờu chuẩn, sự vận hành của cỏc phộp đo và chuyển giao liờn hệ thống.
3.3 Băng tần gốc số (DBB) DS FDD chung – mụ tả theo chức năng
Giao diện vụ tuyến được phõn thành 3 lớp giao thức:
Đỗ Tuấn Anh 44 ĐTVT_2008-2010
- Lớp liờn kết dữ liệu (lớp 2): cú trỏch nhiệm xỏc định cỏc đặc điểm của số liệu được truyền, vớ dụ như: điều khiển luồng số liệu và cỏc yờu cầu chất lượng dịch vụ. MAC là thực thể lớp 2 chuyển dữ liệu xuống lớp 1 và nhận dữ liệu từ lớp 1 lờn.
- Lớp mạng (lớp 3): cú trỏch nhiệm trao đổi thụng tin điều khiển giữa mỏy cầm tay và UTRAN, ấn định cỏc tài nguyờn vụ tuyến. RRC là thực thể lớp 3 thực hiện điều khiển và ấn định tài nguyờn vụ tuyến trong lớp 1.
Trong chương này, chỳng ta tập trung vào việc xử lý thu ở lớp vật lý, lớp yờu cầu khắt khe nhất về cỏc tài nguyờn phần cứng-phần mềm, và cỏc ràng buộc thời gian thực. Chỳng ta sẽ khụng núi về RF và cỏc bộ phận tương tự thực hiện chuyển đổi tớn hiệu vụ tuyến tại anten thành luồng bit phự hợp cho xử 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) (RRC)Lớp 3 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 3.1: Sự khỏi quỏt chung theo chức năng của việc xử lý lớp vật lý trong DSP
Hỡnh 3.1 đưa ra sự khỏi quỏt chung cho một số bộ phận chức năng khỏc nhau của việc xử lý lớp vật lý trong băng tần gốc số. Phần cũn lại của chương sẽ mụ tả
Đỗ Tuấn Anh 45 ĐTVT_2008-2010
cỏc khối xử lý chớnh trong phớa thu, là phần cú yờu cầu khắt khe hơn của modem về mặt nhu cầu tài nguyờn.
Giải trải phổ: Quỏ trỡnh giải trải phổ bao gồm việc tương quan giữa số liệu đầu vào phức với mó kờnh (mó Walsh) và mó ngẫu nhiờn, lấy kết quả theo từng chip SF, trong đú SF là hệ số trải phổ. Mọi đường thu quan trọng của kờnh vật lý đường xuống đều phải được giải trải phổ. Một đường cú quan trọng hay khụng phụ thuộc vào việc so sỏnh độ mạnh của đường với đường mạnh nhất.
Tổ hợp tỷ số tối đa (MRC): Một trong số cỏc thuộc tớnh của cỏc tớn hiệu CDMA là khả năng giả tạp õm của chỳng do quỏ trỡnh trải phổ. Kết quả là, cỏc đường tớn hiệu bị tỏch rời bởi cỏc khoảng chip sẽ cú vẻ khụng tương quan với nhau. MRC là quỏ trỡnh tổ hợp cỏc đường tớn hiệu như vậy để ứng dụng phõn tập thời gian trong việc chống lại fading và tăng SNR hiệu dụng. Sựđúng gúp của mỗi đường tớn hiệu trong dạng tớn hiệu cuối cựng tỷ lệ với SNR của chớnh nú. Bước MRC này cũng cần phải xem xột đến tất cả cỏc dạng phõn tập anten được sử dụng.
Tỡm kiếm đa đường hay ước tớnh hiện trạng trễ (DPE): Mỗi khi bộ tỡm kiếm ụ chỉ ra đường mạnh nhất mà thiết bị di động thu từ trạm gốc, thiết bị di động đú phải cú khả năng tỡm kiếm cỏc đường mạnh nhất kế tiếp trong vựng lõn cận của đường chớnh để thực hiện MRC. Để chuyển giao mềm được thuận tiện, tỡm kiếm đa đường phải được thực hiện đồng thời cho vài trạm gốc.
Xử lý kờnh truyền tải đa hợp được mó húa (CCTrCH): Trong bộ phỏt đường xuống tại trạm gốc, số liệu từ MAC (thực thể lớp 2) đến bộ mó húa/ghộp kờnh dưới dạng cỏc tập hợp khối truyền dẫn một lần trong mỗi khoảng thời gian truyền dẫn {10ms, 20ms, 40ms, và 80ms}.
Trong bộ thu mỏy cầm tay sẽ thực hiện cỏc bước sau: - Giải ghộp kờnh từ cỏc kờnh truyền tải.
- Giải đan xen (liờn khung và trong một khung). - Nhận biết tốc độ và giải ghộp tốc độ.
Đỗ Tuấn Anh 46 ĐTVT_2008-2010
- Kiểm tra CRC.
Giải mó kờnh: Thực tế, bước này xuất hiện giữa bước xử lý CCTrCH của nhận biết tốc độ và kiểm tra CRC. Cỏc kờnh cú thể được mó húa Turbo hoặc mó húa xoắn tại bộ phỏt, vỡ vậy cần phải cú cả hai bộ giải mó Turbo và Viterbi. Giải mó Turbo thường được sử dụng cho cỏc tốc độ số liệu cao hơn và cỏc kờnh yờu cầu một mức bảo vệ cao hơn.
Tỡm kiếm ụ: Trong khi tỡm kiếm ụ, trạm di động quyết định mó ngẫu nhiờn đường xuống và đồng bộ khung của một ụ. Tỡm kiếm ụ thụng thường được thực hiện theo ba bước: đồng bộ khe, đồng bộ khung, và nhận dạng mó ngẫu nhiờn chỉ thị ụ.
3.4 Mụ tả chức năng một hệ thống hai chếđộ
Hỡnh 3.2 dưới đõy là biểu diễn mức hệ thống của một mỏy cầm tay hai chế độ (nghĩa là: khụng thảo luận về thuật toỏn, bộ xử lý và phõn chia tại mức này).
Đỗ Tuấn Anh 47 ĐTVT_2008-2010
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 đ−ợc 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 ... Sắp xếp tổ c hức Sắp xếp tổ c hức HA L Phân hệ bảo d−ỡng
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 3.2: Khỏi niệm hai chếđộ
Một hệ thống hai chế độ là sự kết hợp của một hệ thống di động GSM [4] và một hệ thống di động UMTS [1]. Từ quan điểm trung tõm UE, tất cả cỏc phõn hệ này phải chia xẻ tối đa cỏc thiết bị phần cứng để giảm kớch thước chết và chi phớ vật liệu (BOM). Vỡ vậy, chương trỡnh lập thời gian biểu trở thành phần quan trọng của một hệ thống hai chếđộ bởi vỡ nú phải xử lý với cỏc dải miền thời gian rất khỏc