Núi chung, cỏc yờu cầu hệ thống trạm gốc 3G như sau:
ắHiệu suất: Cỏc yờu cầu kỹ thuật cơ bản được thiết lập bởi IMT-2000 của ITU. Cỏc nhõn tố quan trọng bao gồm:
- Phỏt triển từ 2G và khả năng chuyển mạng toàn cầu. - Hỗ trợ truy nhập số liệu tốc độ cao, lờn tới 2Mbps. - Hỗ trợ cỏc dịch vụ kiểu gúi.
ắ Chi phớ: Mục tiờu chi phớ cho một kờnh rất được quan tõm và phải cú sức cạnh tranh hơn so với cỏc chi phớ kờnh 2G. Điều này cú nghĩa là dịch vụ thoại rẻ hơn phải được cung cấp để bự vào cỏc chi phớ bổ sung khi cung cấp dịch vụ số liệu chất lượng cao cho người sử dụng.
ắ Tớnh mềm dẻo: Yờu cầu về tớnh mềm dẻo phụ thuộc vào một số cỏc nhõn tố sau:
- Cú nhiều hơn một cụng nghệ truy nhập vụ tuyến (chẳng hạn nhiều kỹ thuật CDMA).
- Dễ dàng cải tiến sản phẩm và chuyển từ sản phẩm này sang sản phẩm khỏc.
Đỗ Tuấn Anh 68 ĐTVT_2008-2010
- Một tiờu chuẩn đang phỏt triển.
ắ Thời điểm xuất hiện trờn thị trường: Đến nay hệ thống 3G đó xuất hiện trờn thị trường và phỏt triển mạnh ở Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Tõy Âu, …
4.2.3 Xử lý băng tần gốc trạm gốc CDMA cơ bản
Mặc dự sự phõn chia của nú cú thể khỏc nhau nhưng chức năng cơ bản của việc xử lý băng tần gốc CDMA trạm gốc 3G được chỉ ra trong hỡnh 3.1. Cỏc card xử lý băng tần gốc được kết nối tới một bus mạng backplane và tới một ngoại vi IF/RF. Trờn cỏc card xử lý băng tần gốc thường cú một hoặc nhiều DSP, cú thể được giao diện với một bộ xử lý điều khiển chạy mó ứng dụng chớnh để thực hiện giao diện khụng gian tiờu chuẩn và điều khiển xử lý lớp trờn. Núi chung, DSP thực hiện việc xử lý tớn hiệu băng gốc lớp vật lý. Trong CDMA cú hai loại xử lý tớn hiệu băng gốc sốđược đề cập:
- Xử lý tại tốc độ (trải phổ) chip. - Xử lý tại tốc độ ký hiệu.
RF/IF: Các chức năng [N sóng mang]
Bộ lọc Bộ lọc Bộ lọc Bộ lọc RF t−ơng tự ADC IF số DDC ADC DDC DAC DUC DAC DUC ADC AGC f1 f2Q1 Q2 f1 f2Q1 Q2 Đoạn nối BB RX TX TX RX
Chức năng điều khiển Mặt phẳng sau
Các chức năng băng gốc- x kênh Mặt phẳng sau Các chức năng băng gốc- x kênh Mặt phẳng sau
RNC
ATM
Chipher
Bộ tìm kiếm Máy thu RAKE (bộ lọc kết hợp) Trải phổ (bộ lọc Chip) Ước l−ợng kênh MRC Bắt và Track Cntl Tốc độ chip và kết hợp Giải kết hợp tốc độ Giải ghép kênh
Giải đan xen Giải mã hóa CRC CRC Mã hóa Đan xen Kết hợp tốc độ Ghép kênh Tốc độ ký hiệu RNC I/F ATM
Quản lý tài nguyên
Hỡnh 4.1: Sơđồ khối cho trạm gốc CDMA băng rộng mụ tả cỏc chức năng chớnh
Mặc dự xử lý tốc độ ký hiệu cú thể được thực hiện nhiều trong DSP, nú vẫn yờu cầu một số khối tăng tốc độ phần cứng quan trọng. Về cơ bản, tất cả xử lý tốc độ chip yờu cầu tăng tốc độ phần cứng.
Đỗ Tuấn Anh 69 ĐTVT_2008-2010
4.2.4 Xử lý tốc độ ký hiệu (SR)
Thỏch thức đối với xử lý tốc độ ký hiệu CDMA và TDMA trạm gốc 3G là yờu cầu khụng những chỉ xử lý đa kờnh, mà cũn xử lý cỏc kờnh tốc độ số liệu rất cao (≥ 384Kbps). Người ta cho rằng khả năng lập trỡnh thậm chớ lớn hơn để xử lý tốc độ ký hiệu cho nhiều kờnh tại cỏc tốc độ số liệu khỏc nhau phải được định dạng, ghộp tốc độ và ghộp kờnh động. Cỏc DSP cú thể thực hiện xử lý SR cho nhiều kờnh một cỏch mềm dẻo và hiệu quả về mặt chi phớ cho nhiều chức năng SR. Tuy nhiờn, một tập cỏc chức năng quan trọng, giải mó kờnh hiệu chỉnh lỗi trước (FEC) (xoắn và turbo), hiện là một thỏch thức cho DSP khi tốc độ số liệu này là cao hoặc khi hàng trăm kờnh thoại cần được xử lý. Vỡ vậy, thực tế chung là phải thực hiện giải mó kờnh trong phần cứng ngoài được giao diện với DSP. Nếu phần cứng ngoài này là một ASIC riờng biệt thỡ nú sẽ làm tăng vựng khụng gian mạch, tuy nhiờn phần cứng này cũng cú thể được ghộp chặt với lừi DSP và được tớch hợp trong chớnh DSP.
Giải phỏp SR là khụng hoàn thiện nếu khụng cú cỏc phần ngoại vi phự hợp để thỏa món cỏc yờu cầu giao diện mạch. Đặc biệt cỏc đặc điểm sau là cần thiết:
- Một giao diện bộ xử lý chớnh, giao diện gỡ rối, và cỏc bộđịnh thời. - Bộ nhớ băng rộng, tốc độ cao sẽ giao diện với bộ nhớ ngoài và bộ trải
phổ/ bộ giải trải phổ.
- Cỏc cổng nối tiếp cho cỏc truyền thụng liờn DSP và/hoặc số liệu phỏt đường xuống/đường lờn.
- Một giao diện mạng giống như giao diện lớp vật lý ATM Utopia II.
4.2.5 Xử lý tốc độ chip (CR)
Cỏc chức năng tốc độ chớp (CR) cung cấp cỏc ký hiệu giải trải phổ cho cỏc chức năng tốc độ ký hiệu. Tại cỏc tốc độ chip hiện tại (3,6864Mchip/s cho IS-2000 và 3,84Mchip/s cho 3GPP), sẽ cần nhiều DSP để thực hiện cỏc chức năng bộ thu tốc độ chip đường lờn đa kờnh cho cỏc hệ thống CDMA như thế. Vỡ vậy, phương phỏp tốt nhất là sử dụng một giải phỏp tối ưu dành riờng cho xử lý thời gian thực của cỏc tương quan tốc độ cao (nghĩa là > 2MHz). Ngày nay, chức năng tương
Đỗ Tuấn Anh 70 ĐTVT_2008-2010
quan này (bộ tỡm kiếm và bộ giải trải phổ RAKE) cú thể được thực hiện trong một ASIC. Thỏch thức là phải thực hiện xử lý CR trong một chu kỳ hiệu quả, mềm dẻo (bỏn lập trỡnh) và hiệu quả về mặt chi phớ.
Về phớa bộ thu, cỏc chức năng CR chớnh yờu cầu tăng tốc độ phần cứng, cú thể được phõn chia thành cỏc chức năng bộ tỡm kiếm và cỏc chức năng bộ giải trải phổ RAKE.
4.2.5.1 Bộ tỡm kiếm: Bộ tỡm kiếm truy nhập và bộ tỡm kiếm lưu lượng
Cú hai loại chức năng bộ tỡm kiếm: cỏc chức năng bộ tỡm kiếm truy nhập và cỏc chức năng bộ tỡm kiếm lưu lượng. Bộ tỡm kiếm truy nhập cú chức năng theo dừi và kết nối người sử dụng vào tập cỏc người sử dụng tớch cực của trạm gốc. Bộ tỡm kiếm lưu lượng cung cấp cỏc thống kờ dựa trờn cỏc thành phần đa đường để quản lý hiện trạng trễ.
Bộ tỡm kiếm truy nhập: Sau khi thực hiện thành cụng việc đồng bộ đường xuống, một MS nhập vào một mạng tế bào bằng việc gửi một yờu cầu trờn một kờnh truy nhập đường lờn chung theo sơ đồ nhất định. Cú một số loại kờnh truy nhập, song tất cả chỳng đều cú cựng cấu trỳc tổng thể như nhau: một giả tiền tố được tạo bởi một kờnh hoa tiờu khụng được điều chế, tiếp theo là một bản tin đó đúng gúi. Chức năng của bộ tỡm kiếm truy nhập là để nhận biết người sử dụng mới này trong ụ bằng việc giỏm sỏt cỏc kờnh truy nhập.
Vỡ vậy, một cửa sổ tỡm kiếm tương đối rộng, cõn xứng với bỏn kớnh ụ được sử dụng. Bộ tỡm kiếm truy nhập tỡm kiếm tiền tố, mà cấu trỳc của nú khụng cựng một tiờu chuẩn với cỏc tiền tố khỏc. Tiền tố kờnh truy nhập IS-2000 là một kờnh hoa tiờu trải phổ PN khụng mang số liệu đơn giản, cũn trong 3GPP, một ký nhận Walsh 16 chip được chọn một cỏch ngẫu nhiờn bởi MS được chồng lờn kờnh hoa tiờu trải phổ PN.
Bộ tỡm kiếm lưu lượng: Sau khi truy nhập được thực hiện, một trạm gốc 3G tiếp tục tỡm cỏc thao tỏc của mỗi người sử dụng trong ụ. Mục đớch là để cập nhật theo định kỳ hiện trạng trễ của mỗi người sử dụng (nghĩa là, nhận dạng mỗi đa đường và
Đỗ Tuấn Anh 71 ĐTVT_2008-2010
đảm bảo cỏc số liệu thống kờ liờn quan). Chức năng bộ tỡm kiếm lưu lượng sẽ xử lý cỏc cửa sổ tỡm kiếm nhỏ hơn so với bộ tỡm kiếm truy nhập (thụng thường là 64 PN chip). Trong IS-95 (cỏc cấu hỡnh vụ tuyến (RC) 1 & 2 của IS-2000), bộ tỡm kiếm lưu lượng tỡm kiếm kờnh lưu lượng được điều chế bởi mảng 64 hàm Walsh- Hadamard của người sử dụng. Mặt khỏc, bộ tỡm kiếm lưu lượng tỡm kiếm kờnh hoa tiờu lưu lượng của người sử dụng, được ghộp giả ngẫu nhiờn với kờnh số liệu lưu lượng. Thụng thường, kờnh hoa tiờu được ghộp theo thời gian với cỏc ký hiệu được điều chế mang thụng tin như là điều khiển cụng suất hay hệ số trải phổ. Bởi vậy, cỏc thao tỏc tỡm kiếm phải khai thỏc một cỏch tối ưu cấu trỳc kờnh hoa tiờu, đặt cỏc giỏ trị bit được điều chế vào tài khoản hoặc chỉ lập thời gian biểu tỡm kiếm cỏc bit khụng được điều chế. Trong IS-2000, cỏc bộ tỡm kiếm truy nhập và lưu lượng cú thể chia sẻ cựng phần cứng sau giải trải phổ (sự chồng chất khụng kết hợp) và thực hiện nhiệm vụ tỡm kiếm. Điều này khụng giống với bộ tỡm kiếm lưu lượng trong IS-95 (RC 1&2 của IS-2000) và tiền tố RACH của 3GPP với cỏc cấu trỳc kờnh xỏc định, cần phần cứng làm nhiệm vụ tiền giải trải phổ, dành riờng cho chuyển đổi Hadamard nhanh (FHT).
4.2.5.2 Bộ giải trải phổ RAKE
RAKE giải trải phổ thụng qua cỏc tương quan chip đối với một vài chuỗi mó, số lượng bản sao trễ theo thời gian của một tớn hiệu người sử dụng được xỏc định bởi hiện trạng trễ của người sử dụng, được ước tớnh bởi bộ tỡm kiếm lưu lượng. Sự ước tớnh kờnh được thực hiện trờn mỗi “hướng” (finger) này, trước khi chỳng được tổ hợp bởi MRC để cung cấp cỏc ký hiệu kết quả (đó được lọc ghộp).
Sự ước tớnh kờnh cú thể được thực hiện bởi DSP. MRC cú thể được thực hiện trờn DSP hoặc trờn một bộđồng xử lý riờng. Sự ước tớnh kờnh được thực hiện trờn kờnh hoa tiờu lưu lượng của người sử dụng, được ghộp PN với kờnh số liệu lưu lượng. Vỡ thế, kờnh hoa tiờu được giải trải phổ song song cho mỗi hướng. Thờm vào đú, mỗi nhận dạng giải trải phổ yờu cầu giải trải phổ của tớn hiệu tại cỏc vị trớ sớm/ đỳng lỳc/ muộn. Năng lượng hay cỏc phộp đo IQ từ cỏc bộ giải trải phổ sớm
Đỗ Tuấn Anh 72 ĐTVT_2008-2010
và muộn nuụi một vũng lặp khúa trễ (DLL: Delay Lock Loop). Thời gian cho DLL thường là 1/8 chip. Chức năng DLL được thực hiện trờn DSP.
4.3 Phõn tớch hệ thống
Phõn tớch hệ thống CDMA được chia thành hai phần: xử lý SR và CR đường lờn.