پایان نامه مخابرات

چکیده

در این گزارش در فصل اول به معرفی مرکز تحقیقات مخابرات ایران (ITRC) و معرفی پژوهشکده های موجود در این می پردازیم. سپس در فصل دوم به مطالعه­ی چیپهای خانواده ی DSP، مزیتها و معماری داخلی آن پرداخته و به مطالعه یک نوع بسیار پر کاربرد این نوع چیپها را تحت عنوان TMS320 C54X و مقایسه آن با دیگر چیپهای DSP می پردازیم.

در فصل سوم استاندارد مخابراتی کدینگ G.729 در مراکز PSTN را مورد بررسی قرار داده و بلوک دیاگرامها، الگوریتمها و روشهای ایجاد و ساده سازی این کدینگ را مورد مطالعه قرار خواهیم داد.

                                      امید است این گزارش مورد توجه قرار گیرد.

فصل اول

1- معرفی مرکز تحقیقات مخابرات ایران:

مرکز تحقیقات مخابرات ایران به عنوان قدیمی ترین مرکز پژوهش در حوزه­ی فناوری اطلاعات (ICT) ، با بیش از 37 سال سابقه تجربه علمی در امر تحقیق و مشاور ما در وزارت متبوع، اصلی ترین پایگاه تحقیقات در زمینه­ی ارتباطات و فناوری اطلاعات در کشور است. این مجموعه هم اینک با برخورداری از کادری تخصصی و مجرب در حوزه های مختلف (ICT) و دیگر امکانات پژوهش و آزمایشگاهی پیشرفته در قالب چهار پژوهشکده

1- فناوری اطلاعات

2- فناوری ارتباطات

3- امینت

4- مطالعات راهبردی و اقتصادی

فعالیتهای تحقیقاتی عمده ای را دنبال می کند.

2- تاریخچه:

این مرکز در سال 1349 با امضای تفاهم نامه ای بین دول ایران و ژاپن تاسیس شد و به طورمحدود فعالیتهای تحقیقاتی بنیادی خود را که پیش از انقلاب شکوهمند اسلامی عمدتاً ماهیتی دانشگاهی داشت، آغاز کرد. با پیروزی انقلاب اسلامی و تصویب شورای عالی انقلاب فرهنگی اداره­ی امور مرکز تحقیقات مخابرات ایران به وزارت پست و تلگراف و تلفن (ارتباطات و فناوری اطلاعات) واگذار شد و به عنوان بازوی تحقیقاتی و مشاوره ای در این وزارتخانه فعالیتهای گسترده ای را دنبال کرد. بازنگری در ساختار فعالیتهای مرکز، هدف خودکفایی، استقلال فنی و تخصصی، مسئولان را بر آن داشت تا نسبت به تحقیق توسعه به ویژه تحقیقات کاربردی در زمینه ی فناوری مخابراتی اولویت خاصی قائل شود. در سال 1376 مرکز تحقیقات مخابرات ایران به پژوهشکده ارتقا یافت و در سال 1384 با تاسیس سه پژوهشکده به پژوهشگاه تبدیل شد. این مرکز هم اینک با دارا بودن چهار پژوهشکده به عنوان پژوهشگاهی تحقیقاتی، قطب پژوهشی فناوری ارتباطات و اطلاعات محسوب می شود و نقش مهم را به عنوان مشاور مادر در بخش (ICT) دارا می باشد.

3- پژوهشکده ی فناوری ارتباطات:

ارائه ی مشاور در حوزه ی فناوری ارتباطات برای شرکتهای زیر مجموعه مزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات در زمینه های شناخت، طراحی، کاربردی، بهینه سازی، توسعه و استفاده از تکنولوژی های نوین مخابراتی به منظور پشتیبانی علمی و عملی از صنعت و بازار ارتباطات کشور و مدیریت و هدایت عرصه تحقیقات علمی، فنی، اقتصادی و اجتماعی در حوزه های فناوری ارتباطات در کشور هماهنگی، نظارت و پشتیبانی براین فعالیتها را بر عهده دارد. همچنین می توان به تهیه استاندارد های ملی تست و تایید نمونه تجهیزات و خدمات در زمینه ی فناوری ارتباطات در قالب ایجاد و حمایت آزمایشگاهی ملی مرتبط و ایجاد بستر مناسب برای بومی سازی، توسعه و تجهیز سیستمها و خدمات مرتبط با اتباطات رادیویی، ثابت، نوری ایستگاههای زمینی ماهواره ای و همچنین نرم افزار ها و سخت افزار های مدیریت یکپارچه شبکه های مخابراتی به میزان حداقل 30% در کشور اشاره کرد.

4- پژوهشکده ی امینت فناوری اطلاعات و ارتباطات:

پوشش کاملتر موضوعات مرتبط با افتا (امنیت فضای تبادل اطلاعات)، پوشش انواع نیازمندیهای تحقیقاتی افتا در مجموعه­ی وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات، تشخیص نیازمندیهای تحقیقاتی آتی افتا در مجموعه وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات از طریق آینده پژوهشی و توجه به فناوریهای نوین افتا، همگام با توسعه ی فناوریهای حوزه ی ارتباطات و اطلاعات در جهان، استفاده از حداکثر توان آموزشی، پژوهشی، صنعتی و اجرایی کشور به منظور تحقق نیازمندیهای تحقیقاتی افتا در مجموعه وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات، برنامه ریزی، هدایت و حمایت از بومی سازی فناوریهای افتا به منظور پوشش نیازمندیهای امنیتی در مجموعه وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات را بر عهده دارد.

5- پژوهشکده ی مطالعات راهبردی و اقتصادی:

با توجه به اهداف کلی برنامه توسعه چهارم تا سال 1388 که نیاز به سیاست گذاری، برنامه ریزی و سرمایه گذاری وارد مشارکت بخش خصوصی در این توسعه الزامی است. بنابراین در جهت کاهش تصدی گری دولت و آزاد سازی منابع دولت مسئله ی خصوصی سازی و آزاد سازی مطرح می گردد بطوریکه با قیمتهای مناسب و مشتری مداری نسبت به ارائه ی سرویسها اقدام گردد. بنابراین نیاز به مطالعات اقتصادی، فنی حقوقی در رابطه با چگونگی رقابت، قیمت گذاری، تهیه قوانین و مقررات مطرح می گردد. از طرفی لزوم ارائه سرویس به نقاط محروم با توجه به خصوصی سازی همچنان به عهده ی دولت است از جمله مسائلی است که باید در نظر گرفته شود.

فصل دوم:

مروری بر خانواده DSP ( TMS320C54X)

مقدمه

کارت VCU در بخش باند پایه عملیات فشرده سازی و فریمینگ صوتی را انجام می دهد تا هر کانال صوتی 64Kbps بعد از انجام کدینگ G.726 ( ADPCM ) با نرخ 16Kbps به بخش فریمینگ ارسال شده و با اضافه شدن سربار فریمینگ جهت ارسال و دریافت صحیح بیت ها در مبدا و مقصد ، در نهایت با پهنای باند 19.2Kbps به مودم ماهواره ای تحویل داده شده و از آنجا وارد کانال ماهواره ای شود . در طراحی کارت VCU فعلی از آی سی های ADPCM شرکت Zarlink استفاده شده است که ضمن سادگی کار ، در حداقل زمان ، کارت راه اندازی شود . با توجه به گران بودن پهنای باند ماهواره ای به نظر می رسد در این کارت می بایست از استانداردهای فشرده سازی دیگری استفاده شود تا با پهنای باند کمتری صوت انتقال یابد . از جمله این استانداردها می توان به G.729 اشاره نمود که ضمن مقبولیت عام ، صوت را تا میزان 8Kbps فشرده می نماید . لیکن اجرای آن نیاز به استفاده از DSP دارد تا بتوان این استانداردها که ماهیتی ریاضی دارند را در کارت پیاده سازی نمود . در واقع جهت توسعه آتی سیستم در بخش صوت و کارت VCU ، کافیست به جای آی سی های ADPCM از DSP استفاده نمود تا بتوان الگوریتم های مورد نظر را پیاده سازی نمود . نکته مهم در این توسعه عدم تغییر در ساختار کارت است . در واقع با تغییر ذکر شده سایر ماژول های کارت تغییر نمی کنند از جمله بخش فریمینگ و ارسال و دریافت به مودم ماهواره ای که همچنان به همان صورت در FPGA های برد قرار می گیرند .

   در این فصل مطالعه مقدماتی در مورد DSP و استاندارد G.729 انجام شده است تا پیش زمینه لازم جهت توسعه آتی سیستم حاصل گردد . با توجه به این نکته که ظرفیت و تعداد کانال های صوتی یک ایستگاه که وارد کانال ماهواره ای می شوند بسیار محدود است ( چون هر ایستگاه نهایت 64 مشترک دارد و طبق آمار تماس های هم زمان با خارج از ایستگاه کمتر از 16 تماس است ) با بررسی های انجام شده DSP های سری 54X برای این کاربرد کفایت می کنند ضمن آنکه این خانواده از DSP ها با قیمت مناسب در داخل کشور وجود دارند که این مطلب از اهمیت به سزایی در بخش تولید برخوردار است . 

خصوصیات TMS320C54X

معماری پیشرفته چند باسه با سه باس مجزا برای حافظه دیتای 16 بیتی و یک باس حافظه برنامه

 45 بیت واحد منطقی محاسباتی (ALU) شامل یک شیفت دهنده 45 بیتی و دو انباره 40 بیتی مستقل

ضرب کننده موازی 17×17 بیت جفت شده با یک جمع کننده اختصاص یافته 40 بیتی برای عملیات جمع / ضرب (MAC) تک سیکلی بدون Pipeline

واحد مقایسه – انتخاب و ذخیره ( CSSU) برای انتخاب مقایسه / جمع عملگر Viterbi

رمزگذاری توانی برای محاسبه یک مقدار توانی از یک انباره 40 بیتی در یک سیکل تکی

دو تولید کننده آدرس با هشت ثبات کمکی و دو واحد محاسباتی ثابت کمکی     ( ARAU‌)

باس دیتا با یک خصیصه نگهدارنده باس

باس آدرس با یک خصیصه نگهدارنده باس( فقط 548 و 549)

مود آدرس دهی بسط یافته برای حداکثر بیت 16×M8 فضای برنامه خارجی قابل آدرس دهی ( فقط 548 و 549)

حداکثر بیت16× 192K فضای حافظه قابل آدرس دهی ( 64Kword برنامه، Kword I/O 64)

ROM درون آی سی که مقداری از آن قابل ترکیب بندی به صورت حافظه دیتا / برنامه می‌باشد.

عملیات Repeat تک دستوری و Block Repeat برای کد کردن برنامه

دستورهای دارای یک عملوند کلمه طولانی 32 بیتی

دستورهای دارای یک عملوند کلمه طولانی 32 بیتی

دستورهای محاسباتی با ذخیره موازی و بارگذاری موازی

دستورالعمل های ذخیره شرطی

بازگشت سریع از وقفه

اجزا درون آی سی

تولید کننده Wait – State قابل برنامه ریزی با نرم افزار و سوئیچنگ بانک قابل برنامه‌ریزی

- تولید کننده کلاک PLL ( Phase Lock Loop) درون آی سی با اسیلاتور داخلی یا منبع کلاک خارجی

- پورت سریال کاملا دوطرفه برای حمایت  انتقال 8 یا 16 بیتی ( LC546 و LC545 و 541)

- پورت سریال TDM (Time Division Multiplexed)

( فقط 542,543,548 ,549)

- پورت سریال بافر شده (BSP) ( فقط 542,543, LC545 , LC456 , 548, 549)

- واسط پورت (HPI) Host موازی 8 بیتی ( فقط 542,Lc545, 548,549)

- یک تایمر16  بیتی

- قطع کنترل ورودی – خروجی خارجی ( XIO) جهت غیر ممکن کردن باس دیتا، باس آدرس و سیگنالهای کنترلی خارجی

- کنترل مصرف توان با دستورالعملهای IDLE1 و IDLE2 ، IDLES با مودهای توان – پایین

- منطق شبیه سازی بر پایه SCAN درون آی سی، (JTAG IEEE Std 1146.1 )

- 25ns زمان اجرا دستور العمل ممیز – ثابت تک سیکلی ] 40MIPS [ برای منبع تغذیه V 5 ( فقط 542 و 541)

- 20ns و 25ns زمان اجرای دستورالعمل ممیز – ثابت تک سیکلی                 ] 40,50MIPS [ برای منبع تغذیه 3.3V ( فقط LC54x)

- ns 15 زمان اجرای دستورالعمل ممیز – ثابت تک سیکلی ] 66MIPS [ برای منبع تغذیه 3.3V ( LC548 , LC549)

- 12.5ns زمان اجرای ممیز – ثابت تک سیکلی ] 80MIPS [ برای منبع تغذیه 3.3V ( 548,LC54xA,lC549)

- 10ns زمان اجرای ممیز – ثابت تک سیکلی [120,100 MIPS] برای منبع تغذیه 3.3V هسته 2.5V ( VC549)

توضیح کلی در مورد DSP

      TMS320VC54x,TMS320VC54x, TMS320LC54x,TMS320C54x خانواده (DSP) پردازنده سیگنال دیجیتالی ممیز ثابتی هستند که بر پایه معماری Harvard پیشرفته طراحی شده اند که یک باس حافظه برنامه و یک باس حافظه دیتا دارند . این پردازنده‌ها هم چنین ALU ای دارند که از درجه بالایی از موازی سازی برخوردار است .  این خانواده DSP شامل یک سری دستورهای تخصصی می باشد که از علل انعطاف و سرعت بالای این DSP ها می‌باشند.

   فضاهای دیتا و برنامه مجزا اجازه دسترسی همزمان به دستورهای برنامه و دیتا را می دهد   ( موازی سازی) . دو عمل خواندن و یک عمل نوشتن می تواند در یک سیکل تکی انجام شود. به علاوه ، دیتا می تواند بین فضاهای برنامه و دیتا منتقل شود . این موازی سازی یک مجموعه قدرتمند از عملیات محاسبات ، منطق و عملیات بیتی را فراهم می کند که همگی می توانند در یک سیکل تکی انجام شوند . به علاوه همه پردازنده‌های این خانواده شامل مکانیزم کنترل جهت مدیریت وفقه‌ها، عملیات تکراری و صدا زدن تابعها می باشند.جدول زیر یک دیدگاه کلی از DSP های نسل 54x را ارائه می کند.

پایه های آی سی‌های 54x

A22…A0 ( خروجی ) آدرس باس پورت موازی A0 ( LSB ) تا A22 ( MSB) . البته اغلب آی سی های 54x فقط A0 تا A15 را دارند و فقط 548 و 549 هفت پایه MSB ( A16  تا A22) را جهت آدرس دهی حافظه برنامه بسط یافته دارند.

D0 – D15 ( ورودی / خروجی) دیتا باس پورت موازی D0 (LSB) تا D15 (MSB) .