Trang 2 BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮTAICH Acquisition Indication ChannelKênh chỉ thị thu đượcAMCS Adaptive Modulation and CodingĐiều chế và mã hóa thíc ứngARQ Automatic Repeat Request Yêu
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG
Sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ số liệu, đặc biệt là IP, đã tạo ra yêu cầu mới cho ngành viễn thông di động Mặc dù thông tin di động thế hệ hai đã áp dụng công nghệ số, nhưng do băng thông hẹp và cơ chế chuyển mạch kênh, hệ thống này không thể đáp ứng các dịch vụ mới Để giải quyết vấn đề này, ITU đã đưa ra tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000.
Vào năm 2000, IMT-2000 đã mở rộng khả năng cung cấp dịch vụ và cho phép sử dụng đa dạng các phương tiện thông tin Mục tiêu của IMT-2000 không chỉ là cung cấp nhiều khả năng mới mà còn đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2 (2G) Từ năm 2001, thông tin di động thế hệ 3, dựa trên nền tảng IMT-2000, đã được triển khai, cung cấp nhiều dịch vụ viễn thông phong phú như thoại, dữ liệu tốc độ bít thấp và bít cao, đa phương tiện, và video cho người dùng tại các khu vực công cộng và tư nhân Các tiêu chí xây dựng IMT-2000 bao gồm việc đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng trong kỷ nguyên công nghệ mới.
1 Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz như sau:
2 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:
* Tích hợp các mạng thông tin vô tuyến và hữu tuyến
* Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông
3 Sử dụng các phương tiện khai thác khác nhau:
4 Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
* Các phương tiện từ nhà ảo (VHE: Vitual Home Enviroment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu
* Đảm bảo chuyển mạng quốc tế
* Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển mạch kênhvà số liệu chuyển mạch gói
5 Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện
Môi trường hoạt đông của IMT-2000 được chia thành bốn vùng với các tốc độ bít Rb phục vụ như sau:
Vùng 1: Trong nhà, ô picô, Rb 2 Mbps
Vùng 2: Thành phố, ô micro, Rb 384 Mbps
Vùng 3: Ngoại ô, ô macro, Rb 144 kbps
Vùng 4: Toàn cầu, Rb 9 , 6 kbps
Có thể tổng kết các dịch vụ do IMT-2000 cung cấp ở bảng dưới:
Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết
Dịch vụ di động Di động đầu cuối/ di động cá nhân/ di động dịch vụ Dịch vụ thông tin định vị
Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh
Dịch vụ âm thanh Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64kbps)
Dịch vụ truyền thanh AM (32- 64kbps)
Dịch vụ truyền thanh FM (64-384kbps)
Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144 kbps)
Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144kbps-2Mbps)
Dịch vụ số liệu tốc độ cao ( 2 Mbps )
Dịch vụ đa phương tiện
Dịch vụ Video (384 kbps) Dịch vụ chuyển động (384 kbps-2Mbps) Dịch vụ chuyển động thời gian thực (
Dịch vụ internet đơn giản
Dịch vụ truy nhập Web (384kbps-2Mbps)
Dịch vụ internet thời gian thực
(384kbps-2Mbps) Dịch vụ internet đa phương tiện
Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực ( 2 Mbps )
Bảng 1.1: Tổng kết dịch vụ IMT - 2000
1 2 Các tiêu chuẩn hệ thống thông tin di động thế hệ ba.
*** Hiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là:
* WCDMA được xây dung từ 3GPP
* CDMA - 2000 được xây dựng từ 3GPP2
So sánh các thông số giao diện vô tuyến ở 2 tiêu chuẩn nói trên:
Sơ đồ đa truy nhập DS-CDMA băng rộng CD đa sang mang Độ rộng băng tần
0592/14, 7456 Độ dài khung 10ms 5/20ms Đồng bộ giữa các
BTS Dị bộ/đồng bộ Đồng bộ Điều chế ĐX/ĐL QPSK/BPSK QPSK/BPSK
Trải phổ ĐX/ĐL QPSK/OCQPSK(HPSK) QPSK/OCQPSK(HPSK)
Vocoder CS-ACELP/AMR EVRC, QCELP(13kbps)
Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB 3GPP2/TIA/TTA/ARIB
Bảng 1.2: So sánh các thông số giao diện vô tuyến của 2 tiêu chuẩn trên
OCQPSK(HPSK): Conjugate Structure-Algebaraic Code Excited Linear
Prediction: Dự báo tuyến tính kích thích theo mã đại số-cấu trúc phức hợp EVRC: Ennhanced Variabler Rate Coder: Bộ mã hoá tốc độ thay đổi tăng cường
UMTS, hay Hệ thống thông tin di động vô tuyến 3G, là thuật ngữ được đề xuất bởi nhóm SMG của ETSI tại châu Âu Các nghiên cứu về UMTS trong ETSI được tài trợ bởi các chương trình của EU, bao gồm RACE và ACTS Chương trình RACE được chia thành hai giai đoạn, bắt đầu vào năm 1988 và kết thúc sau đó.
Vào năm 1995, chương trình nhằm khám phá và phát triển "testbed" cho các công nghệ giao diện vô tuyến đề cử, trong đó dự án FRAMES của ACTS đã chọn hai chế độ đa truy nhập để nghiên cứu cho UMTS (UTRA), dựa trên TDMA và WCDMA Đến tháng 1/1997, ARIB đã chính thức chấp nhận WCDMA làm công nghệ truy nhập vô tuyến cho IMT-2000 và bắt đầu cụ thể hóa các chỉ tiêu kỹ thuật Sự hỗ trợ mạnh mẽ cho WCDMA toàn cầu cùng với quyết định sớm từ ARIB đã dẫn đến thỏa thuận nhất trí của ETSI vào tháng 1/1998, chấp nhận WCDMA cho UMTS ARIB và ETSI sau đó đã phối hợp để xây dựng một công nghệ WCDMA thống nhất, và phần này sẽ đề cập đến các đặc tính chính của RTT mặt đất trong các đề xuất của ETSI và ARIB, áp dụng cho cả UTRA và IMT-2000.
1 2 2 Đặc tính của UTRA/IMT-2000
Phổ tần dành cho UTRA và IMT-2000 được trình bày trong hình 1.1 và hình 1.2, cho thấy rằng UTRA và IMT-2000 không thể khai thác toàn bộ phổ tần cho hệ thống vô tuyến di động 3G Nguyên nhân là do một số băng tần đã được phân bổ cho các hệ thống DECT và PHS.
Trong chế độ FDD, tín hiệu hướng lên và hướng xuống được phát trên hai tần số sóng mang khác nhau là f1 và f2, với khoảng cách tần số được xác định Ngược lại, chế độ TDD sử dụng chung một kênh tần số fc, nhưng phân chia theo khe thời gian, như minh họa trong hình 1.1 và hình 1.2, với cặp băng tần 1920-1980 MHz và 2110-
2170 Mhz được phân định cho chế độ FDD ở hướng xuống và hướng lên tương ứng, còn chế độ TDD hoạt động trong băn tần còn lại
Các dịch vụ không đối xứng chỉ yêu cầu băng thông FDD, trong khi tuyến TDD linh động hơn, cho phép tăng gấp đôi dung lượng bằng cách phân định khe thời gian cho một hướng truyền Các tham số được thiết kế cho FDD và TDD tương thích lẫn nhau, giúp dễ dàng thực hiện đầu cuối hai chế độ và sử dụng dịch vụ từ cả nhà khai thác FDD và TDD.
Bảng 1.3 trình bày các tham số cơ bản của UTRA/IMT-2000, với cả hai hệ thống hoạt động ở tốc độ chip cơ sở 4,096 Mcps, hiện đã được điều chỉnh thành 3,84 Mcps, tạo ra băng thông 5 MHz Việc sử dụng bộ lọc dạng xung cos nâng Nyquist với hệ số uốn 0,22 cũng được áp dụng Ngoài ra, IMT-2000 còn hỗ trợ một tốc độ chip thấp hơn.
1,024 Mcps ứng với băng thông 1,25 Mhz Tốc độ chip gia tăng 8,192 Mcps và 16,384 Mcps cũng được đưa ra cho tốc độ bit người sử dụng cao hơn (> 2Mcps)
Hình 1.1: Phần phổ đề xuất của UTRA
Hình 1.2: Phần phổ đề xuất của IMT-2000
UTRA/IMT-2000 đáp ứng tiêu chuẩn của hệ thống di động thế hệ 3 với tốc độ truy nhập lên tới 2Mcps Hệ thống hỗ trợ nhiều dịch vụ khác nhau với tốc độ bit và chất lượng dịch vụ (QoS) đa dạng nhờ vào mã OVSF có khả năng trải phổ biến đổi Điều này khác biệt với kênh hoa tiêu chung của hệ thống IS-
Hệ thống thế hệ 3 UTRA/IMT-2000 sử dụng các ký hiệu hoa tiêu riêng trong luồng dữ liệu của người sử dụng, giúp tối ưu hóa hoạt động của anten thích nghi tại trạm gốc.
Việc sử dụng kênh hoa tiêu chung hoặc kênh hoa tiêu riêng trong dữ liệu có thể giúp tách tương quan, với tách tương quan mang lại chỉ tiêu tốt hơn so với tách không tương quan Các mã trải phổ ngắn cũng cho phép áp dụng nhiều kỹ thuật nâng cao chỉ tiêu khác nhau thông qua các bộ triệt nhiễu và thuật toán phối hợp Điều này hỗ trợ triển khai hệ thống linh động trong cả môi trường trong nhà và ngoài trời.
“động đồng bộ giữa các cell với nhau” được sử dụng ở chế độ FDD Do đó
1920 1980 2010 2025 2110 2170 2220 không cần nguồn định thời gian như hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
Trong chế độ TDD, việc đồng bộ giữa các cell là cần thiết để truy cập liên tục vào các khe thời gian của trạm gốc lân cận trong quá trình chuyển cell Điều này được thực hiện thông qua việc duy trì sự đồng bộ giữa các trạm gốc.
IMT-2000 (International Mobile Telecommunications in the year 2000) là
“sự bảo trợ” (“umbrella Specification”) của toàn bộ các hệ thống 3G IMT-
2000 là tầm nhìn của hiệp hội viễn thông quốc tế (ITU-International Telecommunications Union) về sự truy nhập không dây toàn cầu trong thế kỷ
21 IMT-2000 là tên mới cho các hệ thống di động 3G, thay thế cho tên cũ là
FPLMTS (Hệ thống Viễn thông Di động Đất liền Công cộng Tương lai) là mục tiêu phát triển cho các hệ thống viễn thông di động, bao gồm cả giao diện không gian và cơ sở hạ tầng.
Các thủ tục chính của giao diện không gian IMT-2000 là:
1 Bao phủ toàn bộ và tốc độ là 144kbps trong một cell lớn (ví dụ như trong một khu vực lớn như ở thành phố) ; lưu động (cho xe cộ)
2 Bao phủ vừa phải tại 384kbps trong một cell nhỏ (ví dụ như một vài km vuông)
3 Bao phủ giới hạn tại trên 2Mbps trong một pico cell; cố định
4 Hiệu suất trải phổ cao được so sánh với cá hệ thống hiện thời
5 Tính linh động cao để mở và kết hợp các dịch vụ mới tại các tốc độ bit khác nhau và các thủ tục E /N b 0
Một trong nhiều kỹ thuật phổ biến được phát triển cho IMT-2000 là CDMA băng rộng WCDMA (Wideband CDMA) Nó có hai phiên bản: CDMA
Cả hai phiên bản 2000 và WCDMA khác nhau về tốc độ chip, cấu trúc kênh hướng xuống và sự đồng bộ mạng, nhưng đều mang lại khả năng đàm thoại vô tuyến với dung lượng cao hơn và chi phí thấp hơn so với các hệ thống 2G và 2,5G Phiên bản cuối cùng được giới thiệu vào tháng 1 năm 1998 bởi hiệp hội tiêu chuẩn viễn thông châu Âu ETSI, thông qua đề xuất của họ với ITU về sự trải phổ song công phân chia theo tần số FDD của IMT-2000, được công nhận là hệ thống truy cập vô tuyến mặt đất UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access System) trong hệ thống thông tin di động đa năng UMTS.
IMT-2000 bao gồm các chuẩn sau:
* IMT-2000 CDMA trải phổ trực tiếp: WCDMA (UTRAN FDD)
* IMT-2000 CDMA đa sóng mang: CDMA 2000
* ITM-2000 CDMA TDD: TDD-SCDMA (UTRAN TDD)
* IMT-2000 TDMA đơn sóng mang: UWC-136 (EDGE-Enhanced Data for GSM Evolution)
* Tất cả các tiêu chuẩn trên không tương thích với nhau
ETSI-UTRA được xây dựng trên nền tảng kỹ thuật CDMA chuỗi trực tiếp (DS-Direct Sequence) băng rộng 5MHz với tốc độ 4,096 Mcps Mạng UTRA, hay UTRAN (UTRA Network), kết nối với mạng lõi GSM mở để cung cấp dịch vụ chuyển mạch vòng và chuyển mạch gói Tốc độ chip có thể mở rộng lên 8,192 Mcps và 16,384 Mcps WCDMA được chọn cho hoạt động FDD (băng tần UMTS kép), trong khi CDMA phân chia theo thời gian (TD/CDMA) được sử dụng cho hoạt động TDD (băng tần UMTS không kép) Sự lựa chọn này tối ưu hóa hiệu quả của UTRA và khai thác triệt để sự phân phối trải phổ UMTS, với băng tần kép nằm trong khoảng 1920-1980 và 2110.
GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG WCDMA
Các kênh trong giao diện vô tuyến
Một bộ các kênh logic khác nhau được định nghĩa cho các dịch vụ truyền số liệu tại phân lớp MAC, với mỗi loại kênh logic được xác định bởi loại thông tin mà nó truyền tải Các kênh logic này được chia thành hai nhóm chính.
Nhóm kênh điều khiển (CCH): để truyền thông tin điều khiển khiển bao gồm các kênh sau:
Kênh điều khiển quảng bá - BCCH (Broadcast Control Channel).
Kênh điều khiển nhắn tin - PCCH (Paging Control Channel)
Kênh điều khiển dành riêng - DCCH (Dedicated Control Channel).
Kênh điều khiển chung - CCCH (Common Control Channel).
Kênh điều khiển phân chia kênh - SHCCH (Shared Channel Control Channel).
Kênh điều khiển dành riêng cho ODMA - ODCCH (ODMA Dedicated Control Channel).
Kênh điều khiển chung cho ODMA - OCCCH (ODMA Common Control Channel).
2.1.2 Nhóm kênh lưu lượng (TCH: Trafic Channel )
* Kênh lưu lượng dành riêng - DTCH (Dedicated Trafic Channel).
* Kênh lưu lượng dành riêng cho ODMA - ODTCH (ODMA Dedicated Trafic Channel).
* Kênh lưu lượng chung - CTCH (Common Trafic Channel).
Kênh điều khiển quảng bá-BCCH
Là kênh hướng xuống dùng để truyền quảng bá thông tin điều khiển của hệ thống.
Kênh điều khiển nhắn tin-PCCH
Là kênh hướng xuống dùng để truyền thông tin nhắn tin và được sử dụng khi:
* Mạng không biết được vị trí của cell chứa trạm di động MS (Mobile Station).
* MS trong một cell ở trạng thái kết nối (sử dụng thủ tục chế độ ngủ).
Kênh điều khiển chung- CCCH
Là kênh hai chiều (cả hướng lên và hướng xuống) dùng để điều khiển thông tin giữa mạng và các
MS Kênh được sử dụng để:
* Khi MS không có sự kết nối RRC với mạng.
* Khi máy di động sử dụng kênh truyền dẫn chung để truy cập một cell mới sau quá trình lựa chọn lại cell.
Kênh điều khiển dành- riêng DCCH
* Là kênh hai chiều điểm điểm dùng để truyền thông tin điều khiển riêng giữa MS và mạng.
* Kênh được thiết lập thông qua thủ tục cải đặt kết nối RRC.
Kênh điều khiển chung cho ODMA
Là kênh hai chiều dùng truyền thông tin điều khiển giữa các MS.
Kênh điều khiển dành riêng cho ODMA
Kênh hai chiều điểm điểm cho phép truyền thông tin điều khiển giữa các MS một cách riêng biệt Kênh này được thiết lập thông qua quy trình cài đặt kết nối RRC.
Bả ng 2.1: kênh điều khiển logic
Kênh lưu lượng dành riêng- DTCH
Là kênh điểm điểm dành riêng cho một MS để truyền thông tin của người sử dụng Kênh DTCH có thể có ở cả hướng xuống và hướng lên.
Kênh lưu lượng dành riêng cho
Là kênh điểm điểm dành riêng cho một MS để truyền thông tin của người sử dụng giữa các MS với nhau
Một kênh đơn hướng điểm- đa điểm để truyền thông tin dành riêng cho người sử dụng cho tất cả hay một nhóm các MS đặc biệt.
Bả ng 2.2 : Kênh lưu lượng logic 2.2.2 Kênh truyền dẫn
Các kênh truyền dẫn (Transport Channel) có nhiệm vụ truyền thông tin giữa phân lớp MAC và lớp vật lý Kênh chuyển vận được phân chia thành hai nhóm:
* Kênh truyền dẫn dành riêng.
2.2.2.1 Kênh truyền dẫn dành riêng
Kênh truyền dẫn dành riêng DCH (Dedicated Channel) là một kênh thực hiện truyền thông tin điều khiển và thông tin người sử dụng giữa UTRAN và
UE DCH có thể được truyền tải trên toàn bộ cell hoặc chỉ trên một phần cell đang hoạt động Thông thường, một kênh truyền dẫn riêng biệt được sử dụng cho đường lên hoặc đường xuống, tùy thuộc vào chế độ FDD hoặc TDD.
DCH được mô tả bởi khả năng thay đổi tốc độ nhanh (10ms), sự điều khiển công suất nhanh và sự đánh địa chỉ vốn có của các MS.
BCH là kênh truyền dẫn hướng xuống, có nhiệm vụ phát quảng bá thông tin của hệ thống và từng cell riêng biệt Kênh này thường truyền tải thông tin qua toàn bộ cell với tốc độ cố định thấp và sử dụng kiểu truyền đơn.
Kênh truy nhập đường xuống- FACH
FACH là kênh truyền dẫn dùng để gửi thông tin điều khiển tới trạm di động khi hệ thống xác định được vị trí của cell Kênh này có thể được truyền qua toàn bộ cell hoặc một phần của cell bằng anten định hướng tầm xa, như anten dạng búp, và có thể sử dụng điều khiển công suất chậm Trong chế độ TDD, FACH cũng hỗ trợ việc truyền các gói tin ngắn của người sử dụng.
PCH là kênh hướng xuống, truyền thông tin điều khiển đến trạm di động khi hệ thống không xác định vị trí cell Trong FDD, quá trình truyền PCH kết hợp với việc gửi chỉ thị nhắn tin của lớp vật lý, giúp tối ưu hóa quy trình hoạt động ở chế độ ngủ.
Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH
RACH là kênh hướng lên, thu thập dữ liệu từ toàn bộ cell để truyền thông tin điều khiển đến trạm di động Trong chế độ FDD, RACH đặc trưng bởi nguy cơ xung đột và việc sử dụng điều khiển công suất vòng mở cho truyền dẫn Còn trong chế độ TDD, RACH cũng có khả năng truyền tải các gói tin ngắn của người sử dụng.
Kênh chia sẻ hướng xuống DSCH
Kênh truyền dẫn hướng xuống được sử dụng chung bởi nhiều UE để truyền dữ liệu điều khiển hoặc lưu lượng Trong FDD, kênh này kết hợp với một hoặc nhiều
Bả ng 2.3: Kênh vận truyền dẫn
Cả FDD và TDD đều có một số kênh truyền dẫn chung, nhưng FDD không sử dụng kênh chung đường lên (USCH), trong khi TDD không có kênh gói chung (CPCH) Kênh CPCH ở FDD thực hiện các lệnh điều khiển công suất cần thiết, điều này không được yêu cầu ở TDD Ngược lại, USCH thực hiện các lệnh cần thiết cho TDD mà không cần thiết ở FDD.
Các kênh truyền dẫn được mã hóa để phù hợp với tốc độ dữ liệu của kênh vật lý, và sau đó chúng được ánh xạ với kênh vật lý.
Kênh vật lý (PCH-Physical Channel) được cấu trúc thành các khung vô tuyến và khe thời gian, trong đó khung vô tuyến bao gồm 15 khe thời gian dài 38400 chip, còn khe thời gian chứa các trường bit dài 2560 chip Cấu hình khe thời gian thay đổi tùy thuộc vào tốc độ bit của kênh vật lý, dẫn đến số bit trên mỗi khe có thể khác nhau giữa các kênh vật lý và có thể biến đổi theo thời gian.
Một kênh vật lý được xác định bởi một mã và một tần số sóng mang cụ thể, trong đó có thêm thành phần quan hệ pha (0 hoặc π/2) trên hướng lên Các luồng thông tin khác nhau có thể được truyền qua nhánh I và Q.
Kênh vật lý được phân loại thành hai loại chính: kênh vật lý hướng lên (ULPCH - Uplink Physical Channel) và kênh vật lý hướng xuống (DLPCH - Downlink Physical Channel) Cấu trúc của các kênh vật lý này được thể hiện rõ trong hình 2.1.
Hình 2 1 : Cấu trúc kênh vật lý
Tốc độ chip mã trải phổ
3,84Mcps (Các tốc độ chip cao hơn cũng được sử dụng)
Hệ số trải phổ biến đổi 256,128,64,16,8,4
Tốc độ dữ liêụ 16,32,64,128,256,512,1024 kbps
Thời gian một khe 0,625 ms
Thời gian một khung 10ms(15khe)
Số chip trên một khe 2560
Số ký tự trên một khe 10,20,40,80,160,320,640
* Chỉ cung cấp cho các kênh CCPCH sơ cấp, SCH và RACH.
Bả ng 2.4: Các thông số của kênh vật lý 2.3.1.1 Kênh vật lý hướng lên
Kênh vật lý hướng lên (ULPCH) được chia thành hai loại:
Kênh vật lý hướng lên
(uplink PCH) Kênh vật lý hướng xuống
Kênh vật lý dành riêng
Kênh vật lý điều khiển chung (CCPCH)
Kênh dữ liệu vật lý dành riêng
Kênh điều khiển vật lý dành riêng
Kênh truy nhập ngẫu nhiên (PRACH)
Kênh vật lý dành riêng (DPCH)
Kênh vật lý điều khiển chung (CCPCH)
* Kênh vật lý dành riêng DPCH (Dedicated Physical Channel).
* Kênh vật lý điều khiển chung CCPCH (Common Control Physical Channel).
2.3.1.2 Kênh vật lý dành riêng hướng lên DPCH
Kênh vật lý dành riêng DPCH được chia thành hai loại sau:
* Kênh dữ liệu vật lý dành riêng uplink DPDCH (Dedicated Physical Data Channel).
* Kênh điều khiển vật lý dành riêng uplink DPCCH (Dedicated Physical Control Channel)
Kênh uplink DPDCH được sử dụng để truyền tải dữ liệu từ lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) và lớp kênh truyền dẫn DCH phía trên Mỗi kết nối ở lớp 1 có thể bao gồm 0, 1 hoặc nhiều kênh uplink DPDCH.
Kênh uplink DPCCH được dùng để mang thông tin điều khiển phát ra tại lớp 1 Thông tin điều khiển bao gồm:
* Các bit hoa tiêu (pilot) để hỗ trợ đánh giá việc xác định kênh trong quá trình phát hiện tương quan.
* Các lệnh điều khiển công suất phát (TPC-Transparent Power_Control).
* Các lệnh thông tin phản hồi (FBI: Feed Back Information).
CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TRONG THIẾT BỊ CỦA
Xử lý đa phương tiện
WCDMA UMTS cho phép truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, tạo nền tảng cho thông tin đa phương tiện trong môi trường di động Để xử lý đa phương tiện hiệu quả, cần xem xét các đặc tính và hạn chế của truy cập vô tuyến Các công nghệ chính trong xử lý tín hiệu bao gồm MPEG-4, mã hóa âm thanh đa tốc thích ứng (AMR) và 3G-324M MPEG-4 là công nghệ then chốt cho WCDMA UMTS, được phát triển cho thông tin di động và tiêu chuẩn hóa dựa trên các phương pháp mã hóa hiện có AMR cung cấp chất lượng cao, phù hợp cho nhiều điều kiện khác nhau, bao gồm cả trong nhà và di động, trong khi 3G-324M được 3GPP công nhận như một công nghệ cho hệ thống đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ nghe nhìn.
3.1.2 Xử lý đa phương tiện
Phương pháp mã hoá ảnh MPEG-4 được áp dụng trong các dịch vụ WCDMA UMTS, bao gồm điện thoại hình ảnh và truyền hình MPEG-4 được phát triển với mục tiêu tích hợp các công nghệ mã hoá ảnh hiện có.
3.1.2.2 Các phương pháp mã hoá video khác nhau
Các phương pháp mã hoá video được tiêu chuẩn hoá quốc tế bao gồm H.261, MPEG-1, MPEG-2, H263 và MPEG-4.
Mã hóa video H263 là phương pháp nén video hiệu quả cho điện thoại trên mạng tương tự, được tiêu chuẩn hóa bởi ITU-T vào năm 1992 Phương pháp này hoạt động với modem 28,8kbps và áp dụng một số công nghệ từ MPEG-1 Nó bao gồm dự đoán chuyển động giữa các khung hình với độ phân giải 0,5 pixel, cũng như mã hóa ba kích thước với EOB, cho phép mở rộng mã hóa độ dài khả biến Thêm vào đó, H263 sử dụng dự đoán chuyển động theo khối 8x8 pixel và xử lý giảm méo khối để cải thiện chất lượng hình ảnh.
Với các chức năng bổ xung này,H263 hiện nay đang được sử dụng trong một số thiết bị cho điện thoại có hình và hội nghị truyền hình ISDN.
3.1.2.2.2 Mã hoá vi deo MPEG-4
Mã hóa video MP4 được cải tiến từ H.263, với nhiều nâng cấp đáng kể, bao gồm cả khả năng chống lỗi tốt hơn Phương pháp mã hóa này vẫn duy trì tính tương
MPEG-2 được thiết kế chủ yếu để xử lý hình ảnh trên máy tính và phát sóng số với tốc độ cao, trong khi MPEG-4 tập trung vào các ứng dụng viễn thông, đặc biệt là thông tin di động Vào năm 1999, MPEG-4 đã thiết lập một phương pháp mã hóa video tổng quát như một tiêu chuẩn ISO/IEC, qua đó trở thành công nghệ then chốt cho các dịch vụ đa phương tiện liên quan đến hình ảnh, bao gồm thư video, phân phối video và điện thoại có hình trong WCDMA UMTS.
Thông tin điện thoại có hình di độnghội nghị video di động
Phạm vi ứng dụng của MPEG-4
Để đảm bảo tính tương tác và trao đổi dữ liệu sau mã hóa, các chức năng của MPEG-4 được phân loại theo lý lịch, trong khi mức độ phức tạp được phân loại tương tự như MPEG-2 Các lý lịch được định nghĩa bao gồm các chức năng chung, trong đó dự báo nén di động giữa các khung bằng 8x8 pixel (được định nghĩa như là tùy chọn trong H.263) được xem là lý lịch đơn giản.
Với sử lý đơn giản, cấc ảnh QCIF được sử lý theo mức 1 và
0 và CIF được sử lý theo mức 2.
Các lý lịch lõi và chính định nghĩa một vùng bất kỳ trong video như là một đối “tượng” để cải thiện chất lượng ảnh hoặc
Quảng bá TV di động phân phối thông tin di động
( vi deo và âm thanh)
Máy tính thử video đa phương tiện theo yêu cầu Internet di động kết hợp các đối tượng và số liệu mã hóa khác MPEG-4 cung cấp các lý lịch đa dạng, bao gồm cả lý lịch được soạn thảo bằng hình ảnh do máy tính tạo ra (CG: Computer Generated).
3.1.3 Mã hoá tiếng đa tốc độ thích ứng của WCDMA UMTS
Nhiều sơ đồ mã hoá tiếng đã được đề xuất, dẫn đến việc các tổ chức quốc tế như TIA, TTC, ETSI, ARIB lựa chọn công nghệ mã hoá tiếng tối ưu cho thông tin di động 3G Trong số đó, mã hoá tiếng đa tốc độ thích ứng (ARM: Adaptive MultiRate) được xem là công nghệ vượt trội, do đó đã được chọn làm sơ đồ mã hoá tiếng cho WCDMA.
Các công nghệ tiết kiệm công xuất
Các thiết bị điện tử (UE) cần có kích thước nhỏ gọn và sử dụng pin hoặc ắc quy Trong nhiều năm qua, nỗ lực giảm kích thước và tiêu thụ công suất của các thiết bị đã được thực hiện Nhiều công nghệ tiết kiệm năng lượng đã được áp dụng cho các hệ thống vô tuyến, bao gồm cả phương pháp điều khiển thu gián đoạn.
WCDMA yêu cầu các chức năng xử lý tín hiệu phức tạp hơn để hỗ trợ nhiều loại dịch vụ và ứng dụng tốc độ cao Tuy nhiên, kích thước của acquy cần phải tương đương với các hệ thống thông thường do yêu cầu thu nhỏ kích thước đầu cuối Dù có những nỗ lực gần đây để làm cho acquy mỏng hơn, nhẹ hơn và có dung lượng lớn hơn, vẫn cần áp dụng phương pháp tiết kiệm công suất tích hợp trong từng thiết bị như khối vô tuyến, khối băng tần cơ sở và hiển thị, nhằm đảm bảo thời gian sử dụng và kích thước không thua kém các thiết bị 2G.
3.2.1.Tiết kiệm công suất trong các thiết bị
WCDMA thực hiện TPC để giảm nhiễu và tăng dung lượng, nhưng để giảm công suất tiêu thụ hiệu quả, cần cải thiện hiệu suất tổng thể từ công suất phát thấp đến cao Việc giảm méo và tối ưu hóa công suất cực đại trong AMP là chưa đủ Để đạt được công suất phát cực đại với độ tuyến tính và hiệu suất tối ưu, các phần tử lưỡng cực SiGe và GaSa được sử dụng.
Vì các tín hiệu trải phổ băng rộngcần được đồng bộ và giải điều chế với độ nhậy cao, vấn đề quan trọng là phải đạt được
NF thấp trong tầng đầu máy thu là yếu tố quan trọng do WCDMA sử dụng truy nhập song công, không cho phép sử dụng các chuyển mạch RF có tổn hao nhỏ như ở các thiết bị TDD Do đó, các thiết bị thu phát lai ghép được phát triển dựa trên việc kết hợp bộ lọc điện môi hoặc bộ duplexer băng rộng sử dụng công nghệ SAW với bộ lọc phát/thu Để nâng cao thời gian chờ, cần triệt tiêu sự tăng lòng trong LNA máy thu nhằm đảm bảo đủ khuếch đại bù trừ tổn hao Hơn nữa, nghiên cứu hiện đang hướng tới phát thu biến đổi trực tiếp, đồng thời áp dụng công nghệ vô tuyến phần mềm để tối ưu hóa các phần tử vô tuyến, giúp thu nhỏ kích thước và giảm tiêu thụ công suất.
WCDMA yêu cầu thực hiện các hoạt động giải điều chế qua bộ lọc phối hợp (MF), tìm ô và quá trình giải trải phổ nhanh, ngay cả trong chế độ thu không liên tục Tất cả những yêu cầu này làm tăng dòng thu, do đó, vấn đề quan trọng trong việc tiết kiệm công suất là các khối DSP (Digital Signal Processing).
Pocessor),CPU và các LSI (Large Scale Intergration) của khối sử lý băng tần cơ sở phải khống chế cẩ thận.
Để giảm dòng cơ sở khi tắt thu, cần thiết phải giảm dò và thiết kế tiết kiệm công suất cho giao diện giữa các thiết bị như CPU, DSP và bộ nhớ.
Để quản lý hiệu quả công suất các mạch điện, cần cấp nguồn phù hợp cho DSP và CPU trong quá trình giải điều chế và thu dán đoạn Việc điều khiển chế độ ngủ giúp giảm tần số đồng hồ, tắt nguồn khối RF và rút ngắn thời gian làm ấm Nhiều nỗ lực đã được đầu tư vào việc phát triển các IC điều khiển công suất nhằm tối ưu hóa nguồn cung cấp cho từng đơn vị bởi CPU và các mạch điều khiển nguồn đồng hồ.
Tiết kiệm công suất trong thiết bị hiển thị là một vấn đề quan trọng bên cạnh việc tiết kiệm công suất trong thiết bị vô tuyến Để giảm tiêu thụ điện năng, cần tối ưu hóa mạch điều khiển màn hình, vì dòng tiêu thụ sẽ tăng khi kích thước màn hình lớn hơn hoặc khi hiển thị màu Một giải pháp hiệu quả là chuyển đổi chế độ hiển thị sang chế độ mờ trong thời gian chờ, cùng với việc cho phép thay đổi chế độ hiển thị để tiết kiệm năng lượng.
3.2.1.3.Điều khiển thu gián đoạn
Thu gián đoạn là một công nghệ chỉ tích cực UE trong chế độ rỗi khi cần thu tín hiệu từ BTS để tiết kiệm acquy.
Trong WCDMA, việc thu gián đoạn được thực hiện thông qua PICH, giúp nâng cao hiệu suất tiết kiệm pin cho UE trong chế độ chờ BTS phát các PI trong khoảng thời gian ngắn để thông báo cho UE về cuộc gọi sắp đến.
UE trong chế độ rỗi chỉ nhận được định thời của PI và khi nó được PI trên S – CCPCH liên kết với PICH.
UIM
Trong các hệ thống di động, thông tin về thuê bao là cần thiết để nhận dạng cuộc gọi và tính cước ITU giới thiệu UIM (User Identity Module) như một môi trường lưu trữ thông tin thuê bao trong các khuyến nghị cho IMT2000 UIM là một thẻ IC với CPU bên trong, có hai loại: một loại kích thước thẻ tín dụng và một loại kích thước cắm rút UIM đã được tích hợp vào GSM và phổ biến với tên gọi SIM (Subscriber Identity Module).
Trong các hệ thống thế hệ hai như PDC tại Nhật Bản và IS-95 CDMA, thông tin thuê bao được lưu trữ trong bộ nhớ vĩnh cửu của thiết bị di động Để quản lý thông tin này, cần sử dụng thiết bị đặc chủng cho việc ghi và xóa dữ liệu thuê bao.
Sử dụng UIM mang lại hai lợi ích chính: khả năng thay đổi máy di động dễ dàng và tăng cường tính an ninh Khi thông tin thuê bao được lưu trữ trên máy di động, việc chuyển đổi sang máy mới gặp khó khăn, nhưng với UIM, người dùng chỉ cần rút thẻ UIM ra và cắm vào máy mới Điều này không chỉ hữu ích khi máy di động gặp sự cố mà còn cho phép người dùng sở hữu nhiều thiết bị khác nhau như máy cầm tay và PDA UIM cũng có cấu trúc bền vững, giúp bảo vệ thông tin khỏi các tác động điện và cơ khí, đồng thời yêu cầu mã PIN để truy cập và ghi dữ liệu, đảm bảo an ninh ở mức cao.
UIM lưu trữ số điện thoại và thông tin dịch vụ của người sử dụng, bao gồm cả dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) và cước gọi tích lũy Một trong những chức năng quan trọng của UIM là chức năng nhận thực, giúp chứng minh tính hợp lệ của thuê bao để đáp ứng yêu cầu từ mạng Trong các hệ thống thông thường, chức năng này được tích hợp trong chính thuê bao UIM không chỉ đảm bảo chức năng nhận thực mà còn kiểm tra tính hợp pháp của yêu cầu từ mạng có thẩm quyền, cho phép đầu cuối và mạng xác thực lẫn nhau.
UIM được tiêu chuẩn hoá một cách chặt chẽ có thể sử dụng nó cho mọi máy không phụ thuộc vào công nghệ sản suất đó
Trao đổi thông tin giữa UIM và UE diễn ra qua kết nối nối tiếp bán song công, với tốc độ truyền cơ bản là 9600 bps, có thể đàm phán lên tới 111500 bps Có hai loại giao thức truyền dẫn: Truyền ký tự dị bộ (giao thức T=0) và truyền khối dị bộ (giao thức T=1), và máy di động cần hỗ trợ cả hai giao thức này.
Cấu trúc của một thẻ IC thông thường bao gồm EPROM, loại bộ nhớ vĩnh cửu có thể viết lại bằng điện, lưu trữ thông tin thuê bao, số điện thoại và các dữ liệu khác Bên cạnh đó, ROM, loại bộ nhớ không thể viết lại, giữ vai trò lưu trữ các chương trình CPU để điều khiển thẻ.
Hình 3.1: Cấu trúc của một thẻ IC thông thường
Các công nghệ hiển thị trên máy đầu cuối
Các mô hình điện thoại di động hiện nay thường được trang bị màn hình LCD nhỏ nhằm hỗ trợ các dịch vụ Internet như i-mode Do điện thoại di động hoạt động bằng nguồn năng lượng từ acquy, nên các thành phần của chúng phải tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt về mức tiêu thụ năng lượng.
Máy điện thoại di động sử dụng công nghệ STN LCD (Super Twisted Nematic) tiêu thụ ít năng lượng, nhưng kém hơn so với các hệ thống TFT LCD (Thin Film Transistor) về tốc độ phản hồi và độ tương phản màu Tuy nhiên, đối với hệ thống 2G, STN LCD vẫn đủ đáp ứng nhu cầu, vì điện thoại di động 2G chủ yếu phục vụ
WCDMA không chỉ cho phép truyền tải thông tin văn bản mà còn hỗ trợ các dịch vụ giải trí như video và trò chơi chất lượng cao, yêu cầu tốc độ phản hồi không vượt quá 60ms Trong khi đó, màn hình STN LCD thông thường có tốc độ phản hồi khoảng 400ms và số màu không đủ phong phú để đáp ứng nhu cầu cao nhất.
ROM Lưu giữ chương trình và giải thuật mật mã
Bộ nhớ tạm thời để xử lý số liệu
EPROMLưu giữ số liệu thuê bao và các số liệu khác
WCDMA sử dụng hiển thị ma trận tích cực với tốc độ hưởng ứng nhanh 60ms và độ tương phản màu sắc nét TFT LCD là loại hiển thị ma trận tích cực phổ biến nhất, cung cấp tốc độ phản hồi nhanh và khả năng hiển thị màu sắc đa dạng, nhưng tiêu thụ nguồn điện cao gấp 40 lần so với STN Giải pháp cho vấn đề tiêu thụ điện này là phát triển TFD LCD, loại màn hình chỉ tiêu thụ 4mW khi hiển thị hình ảnh tĩnh, gần bằng mức tiêu thụ của STN LCD.
STN LCD Bán trong suốt
Si-TFT Tinh thể t 0 thấp Kích thước màn hình Kiểu 2 Kiểu 2,6 Kiểu 2 Kiểu 2,4
Pixel 120x160pixel 160x240pixel 560x220pixel 852x222pixel
Số màu 256 màu 4096 màu 260.000 màu 2600.000 màu Độ tương phản 10:1 15:1 5:1 - Độ chói Tỉ lệ phản xạ:30
Thời gian hưởng ứng 400ms 60ms 50ms Vài ms
Tiêu thụ công suất 2mw 4mw 80mw 440mw
Bảng 3.1: Các đặc tính của các màn hình cho điện thoại di động
3.4.2 Hiển thị phát quang điện tử (EL) hữu cơ
Vấn đề với các màn hình LCD màu trong suốt là cần ánh sáng nền, dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao và khó khăn trong việc chế tạo film mỏng nhẹ Một giải pháp tiềm năng là sử dụng hiển thị EL hữu cơ làm nguồn sáng, với các vật liệu phát sáng màu đỏ, xanh dương và xanh lá đã được phát triển, cho phép hiển thị toàn bộ màu sắc Cấu trúc cơ bản của EL hữu cơ tương tự như LED, cho phép phản ứng nhanh hơn so với tinh thể lỏng Công nghệ EL hữu cơ đang được áp dụng trong các thiết bị di động WCDMA với tốc độ phản ứng ấn tượng Giải pháp này có thể giúp giảm độ dày và trọng lượng của màn hình, điều này rất quan trọng cho việc truyền tải thông tin dung lượng cao.
3.4.3 Các vấn đề tương lai và triển vọng của công nghệ hiển thị
Trong các thiết bị di động WCDMA, hiển thị ma trận tích cực đang được ưa chuộng, nhưng cần giảm tiêu thụ công suất Hiện nay, nỗ lực đang được thực hiện để tăng tốc độ phản hồi của các STN LCD tiêu thụ công suất thấp Nhiều báo cáo cho thấy đã phát triển thành công các STN LCD với thuộc tính tương tự như hiển thị ma trận tích cực Đồng thời, các bộ hiển thị EL hữu cơ đã được cải tiến để mỏng hơn và vượt trội hơn so với LCD, với khả năng giảm công suất tiêu thụ, cải thiện độ sáng và kéo dài tuổi thọ của vật liệu hữu cơ.
TĂNG DUNG LƯỢNG KÊNH BẰNG GHÉP KÊNH THEO MÃ TRẢI PHỔ THÍCH ỨNG
Tổng quan về sơ đồ kênh vật lý
4.1.1 Sơ đồ tổng quan Ở đây ta chỉ xét sơ đồ tổng quan kênh vật lý hướng xuống WCDMA như cho ở hình 5.1 dưới đây:
Hình 4.1: Sơ đồ tổng quát kênh vật lý hướng xuống WCDMA
Luồng số cần truyền b(t)i với tốc độ bit Rb được đưa vào bộ xử lý tín hiệu số để thực hiện mã hóa khối tuyến tính, mã hóa xoắn hoặc mã hóa turbo, cùng với việc đan xen và phối hợp tốc độ Đầu ra của bộ xử lý tín hiệu số tạo ra luồng số với tốc độ bit kênh R, thường lớn hơn Rb khoảng 2 lần Luồng này sau đó được chuyển đổi qua bộ nối tiếp-song song (S/P) thành hai luồng độc lập d(t)(I)i và d(t)(Q)i cho nhánh I và nhánh Q, với tốc độ ký hiệu Rs cho mỗi luồng Tiếp theo, hai luồng này được trải phổ bằng mã định kênh C(t)i có tốc độ chip Rc=3.84Mcps Sau khi mã hóa định kênh và trải phổ, hai luồng nhánh I và Q được đưa vào quá trình ngẫu nhiên hóa (hay còn gọi là trải phổ mức hai) bằng cách nhân phức với mã nhận dạng BTS S(t)D,n Cuối cùng, luồng phức này được chia thành hai luồng: thành phần thực vào nhánh I và thành phần ảo vào nhánh Q.
Hai luồng tín hiệu được tạo ra từ bộ tạo dạng xung, sau đó nhân với hai sóng mang trực giao: cos(w t) ở nhánh I và -sin(w t) ở nhánh Q Cuối cùng, hai tín hiệu này được cộng lại để tạo ra tín hiệu sau điều chế QPSK, ký hiệu là S(t).
Tổng quát ta có thể biểu diễn tín hiệu S(t) dạng phức sau điều chế như sau: S(t)=d (t).C (t).S (t)e i i D,n jwct (4.1)
Trong bài viết này, các tín hiệu phức hợp d(t) và S(t) được biểu diễn dưới dạng d(t) = d(t) + j d(t) i(I) i(Q) và S(t) = S(t) + j S(t) D,n(I) D,n(Q) D,n Để tối ưu hóa dung lượng kênh, có thể áp dụng sơ đồ ghép đa mã như được minh họa trong hình 4.2.
Hình 4.2: Truyền dẫn đa mã cho hướng xuống 4.1.2 Mã định kênh
Mã định kênh OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor) là các mã Walsh có độ dài khác nhau, giúp đảm bảo tính trực giao giữa các kênh ngay cả khi hoạt động ở các tốc độ số liệu khác nhau Các mã này được tổ chức theo dạng hình cây, như minh họa trong hình 4.3, với hệ số trải phổ tương ứng với sơ đồ hình 4.2 là c s.
Hệ số trải phổ SF = R/R cho biết mối quan hệ giữa băng thông và tốc độ truyền dữ liệu Khi SF = 1, chỉ có một mã định kênh C ch,1,0 = (1), tương ứng với một từ có một chip ở mức logic 1 Đối với SF = 2, sẽ có hai mã ch,2,0, cho thấy sự gia tăng trong khả năng truyền tải thông tin.
C =(1,1) và C ch,2,1 =(1,-1) Đối với SF =4, ta có bốn mã:
Tổng quát ta có thể viết như sau: ch,1,0
C =1 ch,2,0 ch,1,0 ch,1,0 ch,1,0 ch,1,0 ch,2,1
(n+1) (n+1) n n ch,1 ,0 ch,2 ,0 ch,2 ,0 ch,1 ,1 ch,2 ,0 ch,2 ,0 ch,1 ,2 ch,2 ,1 ch,2 ,1 ch,1 ,3 ch,2 ,1 ch,2 ch,2 ,2 -2 ch,2 ,2 -1 ch,2 ,2 -1 ch,2 ,2 -1
Để sử dụng thêm một mã định kênh trong một ô, cần tuân thủ quy định rằng chưa có mã nào được sử dụng trên đường nối từ mã định chọn đến gốc cây, và không có mã nào được sử dụng trong các nhánh cây phía trên mã định chọn Ví dụ, với kênh có tốc độ bit kênh 1920 kbit/s, tương ứng với tốc độ bit cần truyền khoảng 960 kb/s, ta có tốc độ ký hiệu phù hợp.
Tốc độ truyền dẫn tối đa cho một kênh đa mã sử dụng bốn mã với tốc độ 20kb/s có thể đạt tới 3840kbit/s Hệ số trải phổ SF là 4, tính từ công thức SF = 3.84 x 10^3 / 960.
Các mã Walsh không phù hợp cho mã đa truy nhập trong môi trường vô tuyến phading do hàm tự tương quan và hàm tương quan chéo không tối ưu Để cải thiện tự tương quan và tương quan chéo, cần trải phổ các mã Walsh bằng cách ngẫu nhiên hóa chúng với mã ngẫu nhiên hóa nhằm nhận dạng nguồn phát Trong WCDMA/FDD, mã ngẫu nhiên hóa bao gồm đoạn 3800 chip/10ms của mã Gold, với độ dài 2^18 cho đường xuống và 2^25 cho đường lên khi sử dụng mã dài.
Các chuỗi mã ngẫu nhiên đường xuống được hình thành từ sự kết hợp của hai chuỗi thực vào một chuỗi phức Chuỗi thực S(i)(I)D,n được xây dựng dựa trên chuỗi mã Gold C long,n(i), trong khi chuỗi thực S(i)(Q)D,n là phiên bản dịch 131072 chip của chuỗi mã Gold long,n.
C (i) Chuỗi mã Gold C long,n (i) được xây dựng trên cơ sở cộng modul 2 theo vị trí bit hai chuỗi m, x(i) và y(i), có đa thức tạo mã là 1+X +X 7 18 và
1+X +X +X +X vì thế nó có độ dài là 2 -1&2143 18
Quan hệ của chuỗi mã ngẫu nhiên dài cho đường xuống với chuỗi Gold long,n
C (i) được xác định như sau:
S (i)=S (i)+jS (i)=C D,n (I) D,n (Q) D,n long,n (i)+jC long,n ((i+131072)mod(2 -1)) 18 (4.5)
Phần dưới đây ta sẽ xét thủ tục để xác định chuỗi C long,n (i) Hai chuỗi m x(i) và y(i) được khởi động ban đầu bằng 18 chip sau: x(0)=1,x(1)=x(2)= =x(16)=x(17)=0 (546) y(0)=y(1)= =y(16)=y(17)=1 (4.7)
2 -19 18 chip còn lại được xác định theo phương trình đệ quy sau: x(i+18)=x(i+17)+x(i)mod2 (4.8)
Chuỗi Gold thứ n C long,n (i), n = 0,1,… ,2 -2 18 được xác định như sau:
Các chuỗi nhị phân được biến đổi vào các chuỗi giá trị thực C long,n (i) lưỡng cực bằng chuyển đổi sau: long,n long,n long,n
Nhóm Mã sơ cấp Mã thứ cấp
Bảng 4.1: Phân cấp các mã ngẫu nhiên hoá cho đ ư ờng xuống
Tổng số mã ngẫu nhiên khả dụng để nhận dạng BTS là 8192, được chia thành 512 tập, mỗi tập gồm 16 mã, bao gồm một mã sơ cấp và 15 mã thứ cấp Từ 8 tập (tương đương 8x16 mã), tạo thành 64 nhóm mã Mỗi BTS được cấp một mã ngẫu nhiên duy nhất, thường là mã sơ cấp Phân cấp mã ngẫu nhiên được trình bày trong bảng 5.1.
4.1.4 Chất lượng truyền dẫn kênh
Chất lượng truyền dẫn kênh WCDMA có thể được xác định bằng tỷ số giữa năng lượng bit và tổng nhiễu đồng kênh và tạp âm như sau :
Độ lợi xử lý G được xác định bởi công thức G = R / R_p c b, trong đó N, 0 là tổng mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt và nhiễu, B là độ rộng băng tần kênh, K là số người sử dụng trong ô, P_ri là công suất thu nhiễu, và υP(1+β) là hệ số tích cực tiếng với β là hệ số nhiễu từ ô khác Phân tích phương trình cho thấy tỷ số tín hiệu trên tạp âm và nhiễu phụ thuộc vào điều kiện truyền sóng và tỷ lệ nghịch với tốc độ số liệu R_b của người sử dụng, cho phép tăng tốc độ bit R_b trong điều kiện truyền tốt.
Đề xuất tăng dung lượng kênh bằng ghép luồng thích ứng theo mã trải phổ
Từ trình bảy ở trên ta thấy kênh truyền dẫn WCDMA có các đặc điểm sau:
Trải phổ hai lớp (bằng mã định kênh OVSF và ngẫu nhiên hóa).
Số lượng mã định kênh OVSF hạn chế, vì thế phải chọn lựa mã hợp lý nếu không sẽ thiếu.
Sơ đồ hiện tại không cho phép điều chỉnh linh hoạt tốc độ bit khi điều kiện truyền sóng thay đổi, dẫn đến việc thiết kế dung lượng cố định cho điều kiện xấu và gây lãng phí khi điều kiện tốt Để khắc phục nhược điểm này, có thể bổ sung một lớp trải phổ thứ ba trước lớp trải phổ định kênh Sau khi xử lý
Các luồng nhánh được cộng mức theo từng chip để tạo ra hai luồng tổng I và Q, với tốc độ ký hiệu là R/n s Cuối cùng, quá trình này tiếp tục như đã trình bày trong sơ đồ 1.
Trong trường hợp này, ta được tín hiêu sau điều chế S(t) như sau:
Hình 4.4: Sơ đồ đề xuất thích ứng dung lượng và cải thiện phân bố mã định kênh c n jωt t ij j i D,n j=1
Trong đó S (t) j là mã ngẫu nhiên hóa phức cho nhánh j d (t)=d (t)+jd (t) ij (I) ij (Q) ij (4.14)
Thông số n được chọn thích ứng theo tốc độ R bcủa luồng số cần truyền với điều kiện SF=R /(R /n)=const c s để đảm bảo mã kênh C (t) i tương ứng không đổi.
Thí dụ về chọn n thích ứng môi trường cho trường hợp thông tin phát đến hai MS như hình 4.5.
Hình 4.5: Thí dụ về ghép trải phổ thích ứng điều kiện truyền sóng
CÔNG NGHỆ HSDPA CHO WCDMA
Mở đầu
Truy cập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) là một tính năng mới trong các phiên bản của 3GPP cho hệ thống truy cập vô tuyến WCDMA/UTRA-FDD, được xem là công nghệ tiên tiến cho hệ thống thông tin di động 3,5G HSDPA tích hợp nhiều tính năng mới nhằm cải thiện dung lượng mạng và tăng tốc độ dữ liệu đỉnh lên trên 10Mbps cho lưu lượng gói đường xuống Những cải tiến kỹ thuật này cho phép cung cấp nhiều dịch vụ tốc độ bit cao, nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS) và giảm chi phí Khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu và tính di động của WCDMA/HSDPA vượt trội so với các phiên bản trước của 3GPP, nhờ vào các tính năng tiên tiến.
Điều chế và mã hóa thích ứng AMC (Adaptive Modulation and Coding).
Kỹ thuật phát đa mã (Multi- Code).
H-ARQ nhanh (Hybrid- Automatic Repeat Request – Yêu cầu lặp tự động lai).
HSDPA là giao diện vô tuyến gói UMTS mới, cho phép chia sẻ kênh chung đường xuống tốc độ cao (HS-DS) giữa nhiều người dùng Giải pháp này hỗ trợ truyền tải dữ liệu tốc độ cao tại tầng vật lý, với tốc độ tối đa lên đến 3,7Mbps cho nhóm 6 máy thu phân tập Rake cổ điển và 14Mbps cho nhóm 10 máy thu tiên tiến Các đặc trưng của HSDPA bao gồm khả năng cải thiện hiệu suất truyền tải và tối ưu hóa băng thông.
Sử dụng thời gian đan xen truyền dẫn ngắn (TTI-2ms) (Transmission Time Interval: đan xen thời gian truyền dẫn ).
Ứng dụng điều chế thích ứng và mã hóa 16-QAM.
Giải pháp HSDPA, được phát triển bởi Nortel Network từ tháng 6 năm 2004, đã mang đến sự thay đổi lớn trong công nghệ truyền thông di động 3G Đến đầu năm 2005, nhiều công ty truyền thông hàng đầu như Ericsson, Nokia, Alcatel, LG và Samsung đã áp dụng công nghệ H-ARQ của HSDPA cho các sản phẩm mạng và thiết bị cầm tay của họ.
Cuộc cách mạng thị trường thông tin di động đã thúc đẩy nhu cầu nâng cấp về dung lượng và tốc độ truyền dữ liệu Để hỗ trợ tốt hơn cho các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói, 3GPP đã phát triển và chuẩn hóa công nghệ HSDPA trong phiên bản R5, cho phép cải thiện tốc độ truyền dữ liệu đường xuống, đánh dấu sự phát triển mang tính cách mạng của mạng truy cập vô tuyến WCDMA.
HSDPA, hay Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao, sử dụng một kênh truyền tải mới gọi là HS-DSCH, cho phép phân bổ tài nguyên mã và công suất lớn cho từng người dùng trong một khoảng thời gian TTI thông qua ghép mã và/hoặc thời gian Công nghệ này áp dụng điều chế và mã hóa thích ứng (AMC), H-ARQ nhanh, và lập lịch gói nhanh (Packet Scheduling), giúp tối ưu hóa các tham số truyền dẫn theo từng TTI và điều chỉnh liên tục chất lượng kênh vô tuyến.
Các lớp dịch vụ được khuyến nghị cho HSPDA bao gồm streaming, dịch vụ tương tác và các dịch vụ cơ bản khác Môi trường thành phố sẽ được ưu tiên khi xem xét đầu tư nâng cấp lên HSPDA HS-DSCH có khả năng cải thiện đáng kể dung lượng cho các dịch vụ gói khi hoạt động trong cả ô macrocell và microcell.
Công nghệ 3G WCDMA theo tiêu chuẩn R99/R4 của 3GPP cho phép tốc độ dữ liệu gói tối đa lên đến 2Mbps, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế trong thiết kế hệ thống WCDMA.
Không tận dụng các ưu thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối với đường trục hữu tuyến.
Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay là không hiệu quả và cũng chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu.
Không thể xử lý tốc độ dữ liệu cao lên đến 10Mbps.
R5 được phát triển nhằm khắc phục những hạn chế của mạng vô tuyến 3G, đánh dấu một bước tiến quan trọng kể từ khi WCDMA được công nhận là công nghệ mạng vô tuyến 3G vào năm 1997 Trong khi đó, công nghệ tương đương với WCDMA/HSDPA là CDMA 2000-DO (Data Only) trong giai đoạn đầu và CDMA 2000-DV (Data và Voice) trong giai đoạn tiếp theo Các tính năng kỹ thuật của công nghệ WCDMA/HSDPA có thể được tổng hợp như sau:
- Tương đương với CDMA 2000xEV (HDR).
- Điều chế và mã hóa thích ứng.
- Sóng mang tốc độ dữ liệu cao (HDRC) trong băng tần 5Mhz.
- 64 QAM cho phép tốc độ đỉnh ~ 10,8 Mbps.
- 16 QAM hỗ trợ tốc độ đỉnh ~ 7,2Mbps.
- Khả năng sửa lỗi gần với giới hạn lý thuyết.
- Tự động thích ứng liên tục theo điều kiện kênh bằng cách thêm thông tin khi cần.
- Sử dụng AMC khi được kết hợp với H-ARQ nhằm cải thiện dung lượng của hệ thống.
- Các kỹ thuật được sử dụng cho phép HSDPA hỗ trợ tốc độ 10Mbps.
Trong một hệ thống dữ liệu và thoại tích hợp với người sử dụng thoại, tốc độ tải đạt khoảng 30 Erl/sector, trong khi thông lượng sector của dữ liệu duy trì ở mức khoảng 1Mbps.
Mục đích của HSPDA là cung cấp truy cập gói đường xuống tốc độ cao thông qua kênh chia sẻ HS-DSCH, đồng thời tích hợp hỗ trợ thoại trên kênh DCH và dữ liệu tốc độ cao trên kênh HSPDSCH, tất cả đều hoạt động trên cùng một sóng mang, tương tự như DSCH trong R99.
Nguyên lý HSDPA
HSDPA bao gồm các giải pháp như thời gian truyền dẫn ngắn (TTI = 2ms), mã hóa và điều chế thích ứng (AMC), truyền dẫn đa mã, và lớp vật lý tốc độ cao L1, cùng với yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ Trong cấu trúc HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin được chuyển từ bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC tới Node B, giúp người dùng dễ dàng truy cập vào các chức năng thống kê giao diện vô tuyến Kỹ thuật sắp xếp gói tin tiên tiến cho phép điều chỉnh tốc độ dữ liệu của người dùng phù hợp với các điều kiện vô tuyến hiện tại.
Trong quá trình kết nối, thiết bị người sử dụng (UE) gửi định kỳ chỉ thị chất lượng kênh CQI tới Node B để thông báo tốc độ dữ liệu mà nó có thể hỗ trợ dưới các điều kiện vô tuyến hiện tại UE cũng gửi báo nhận (Ack/Nack) cho mỗi gói dữ liệu, giúp Node B xác định thời điểm cần lặp lại quá trình truyền Đồng thời, chức năng thống kê chất lượng kênh cho từng UE trong một cell cho phép thiết bị sắp xếp gói tin thực hiện việc phân phối gói dữ liệu một cách công bằng Nguyên lý hoạt động của HSDPA được thể hiện rõ trong hình 5.1.
Hình 5.1: Mô tả đơn giản nguyên lý hoạt động của HSDPA
Vấn đề quan trọng là đánh giá chất lượng kênh đường xuống cho từng người dùng độc lập, chẳng hạn như tỷ lệ công suất ký hiệu trên tạp âm (E/N0) và hiệu suất của bộ tách UE Node B có khả năng ước lượng tốc độ dữ liệu mà nó hỗ trợ cho mỗi người dùng.
UE giám sát lệnh điều khiển công suất phát (TPC) qua kênh DCH và có thể phát CQI theo chu kỳ trên kênh HS-DPCCH, kênh này cũng chứa thông tin Ack/Nack Sau khi ước lượng chất lượng kênh, hệ thống phân chia tài nguyên mã và công suất HS-DSCH cho các người dùng khác nhau MAC tại Node B cho phép truy cập nhanh hơn đến các giá trị đo lường tuyến kết nối, giúp lập lịch gói hiệu quả hơn và kiểm soát chất lượng QoS chặt chẽ hơn So với DMA truyền thống, kênh HS-DSCH không yêu cầu điều kiện công suất nhanh và có hệ số trải phổ cố định Kênh này hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh từ 120 kbps đến 10 Mbps nhờ vào kỹ thuật mã hóa Turbo, điều chế 16QAM và hoạt động đa mã mở rộng, với dải động khoảng 20 dB Bảng 7.1 minh họa kết nối giữa khuôn dạng truyền tải và tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng.
TFRC Tốc độ dữ liệu
(15 mã) QPSK, tỷ lệ mã hóa 1/4 120 kbps 600 kbps 1,8 Mbps QPSK, tỷ lệ mã hóa 1/2 240 kbps 1,2 Mbps 3,6 Mbps QPSK, tỷ lệ mã hóa 1/2 360 kbps 1,8 Mbps 5,3 Mbps
16 QAM, tỷ lệ mã hóa
16 QAM, tỷ lệ mã hóa
Bảng 5.1: Ví dụ tốc độ dữ liệu của HSDPA
Chúng ta sẽ phân tích chi tiết các giải pháp kỹ thuật trong HSDPA và những lợi ích cách mạng mà chúng mang lại, như đã được tóm tắt trước đó.
Những cải tiến quan trọng trong HSDPA so với WCDMA
Hình 5.2 mô tả các tính năng cơ bản của HS-PDSCH, cho thấy những bổ sung và loại bỏ so với công nghệ WCDMA Kênh truyền tải mới này không còn sử dụng hai tính năng quan trọng của WCDMA, đó là điều khiển cống suất vòng kín và hệ số trải phổ biến thiên.
Hình 5.2: Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so với WCDMA
Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh giúp duy trì chất lượng tín hiệu nhận được (E/N b 0) bằng cách tăng công suất phát để bù đắp cho sự suy hao tín hiệu Tuy nhiên, điều này có thể dẫn đến các giá trị đỉnh trong công suất phát và gia tăng nền nhiễu đa truy nhập, làm giảm dung lượng mạng Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, điều khiển công suất cần duy trì một mức dự trữ nhất định trong tổng công suất phát của Node B Việc loại bỏ điều khiển công suất có thể tránh được các hiệu ứng tăng công suất và không cần dự trữ công suất phát của cell Tuy nhiên, HSDPA cần áp dụng các kỹ thuật thích ứng liên kết khác để điều chỉnh các tham số tín hiệu phát, nhằm theo kịp biến thiên của kênh truyền vô tuyến.
Một trong những kỹ thuật thích ứng liên kết quan trọng là điều chế và mã hóa thích ứng (AMC), cho phép điều chỉnh liên tục điều chế và tỷ lệ mã hóa theo chất lượng kênh, thay vì chỉ điều chỉnh công suất Kỹ thuật này sử dụng nhiều mã Walsh trong quá trình thích ứng liên kết, giúp cải thiện hiệu suất truyền tải Sự kết hợp giữa AMC và các kỹ thuật thích ứng liên kết khác đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên (Variable Spreading Factor) trong WCDMA, nhờ khả năng thích ứng hiệu quả với biến thiên của truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao.
HSDPA không còn sử dụng điều khiển công suất vòng kín, do đó cần tối thiểu hóa sự thay đổi chất lượng kênh vô tuyến trong mỗi khoảng thời gian TTI, giảm độ rộng TTI từ 10ms ở WCDMA xuống còn 2ms ở HSDPA Kỹ thuật H-ARQ nhanh cho phép phát lại nhanh chóng các block dữ liệu bị mất hoặc lỗi, kết hợp thông tin “mềm” từ lần phát đầu tiên với các lần phát lại Để thu thập thông tin chất lượng kênh hiện tại, các kỹ thuật thích ứng liên kết lập lịch gói giám sát liên tục điều kiện vô tuyến của thuê bao di động, với chức năng MAC giám sát kênh HS-DSCH chuyển từ RNC đến Node B Thông tin chất lượng kênh nhanh cho phép bộ lập lịch phục vụ user khi điều kiện thích hợp Quá trình lập lịch gói nhanh và chia sẻ theo thời gian của kênh HS-DSCH có thể xem như phân tập lựa chọn đa người sử dụng, mang lại lợi ích lớn cho việc cải thiện thông lượng của cell Việc chuyển chức năng lập lịch đến Node B là thay đổi chính về kiến trúc so với phiên bản R99.
Cấu trúc HSDPA
Kênh HS-DSCH trong kiến trúc HSDPA kết thúc tại Node B, khác với các kênh truyền tải theo kiến trúc R99 Lớp MAC-hs tại Node B điều khiển tài nguyên kênh HS-DSCH, cho phép theo dõi chất lượng tín hiệu cho các thuê bao tốc độ thấp và kích hoạt giao thức H-ARQ từ lớp vật lý, giúp tăng tốc quá trình phát lại MAC-hs quản lý chức năng H-ARQ cho từng người dùng, phân phối tài nguyên HS-DSCH theo ưu tiên và lựa chọn khuôn dạng truyền tải phù hợp cho mỗi TTI Các lớp giao diện vô tuyến trên MAC không thay đổi so với kiến trúc R99, vì HSDPA chỉ tập trung vào cải tiến truyền tải của các kênh logic.
MAC-hs lưu trữ dữ liệu của người dùng qua giao diện vô tuyến, điều này tạo ra thách thức trong việc tối ưu hóa dung lượng bộ nhớ đệm của Node B Do đó, cần thiết phải có cơ chế điều khiển luồng, được gọi là HS-DSCH Frame Protocol, để đảm bảo các bộ nhớ đệm tại Node luôn đầy.
Hình 5.3: Kiến trúc giao thức giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH
HS-DSCH không hỗ trợ chuyển giao mềm do sự phức tạp trong việc đồng bộ hóa quá trình phát tín hiệu từ các cell khác Trong khi đó, HS-PDSCH có khả năng hỗ trợ tùy chọn phủ sóng toàn bộ hoặc một phần của cell.
Cấu trúc kênh HSDPA
Trong cấu trúc kênh của HSDPA, có sự bổ sung kênh vận tải mới mang tên kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH) nhằm truyền tải dữ liệu người dùng Kênh vật lý tương ứng với HS-DSCH được gọi là HS-PDSCH.
Trong hệ thống WCDMA, kênh DSCH có vai trò quan trọng trong việc truyền tải lưu lượng gói lớn xuống Kênh này cho phép chia sẻ tài nguyên mã giữa nhiều người dùng qua phương thức ghép thời gian, giúp cải thiện dung lượng và giảm thiếu hụt mã định kênh HS-DSCH, phát triển từ kênh DSCH, thuộc nhóm kênh vật lý HS-DSCHs, được chia sẻ giữa tất cả người dùng theo cách ghép thời gian Hệ số trải phổ của HS-DSCHs cố định là 16, và MAC-hs có thể sử dụng tối đa 15 mã Ngoài ra, bộ lập lịch có khả năng ghép mã bằng cách truyền HS-DSCHs riêng biệt đến các người dùng khác nhau trong cùng một TTI.
Mã nguồn kênh HS-DSCH bao gồm nhiều mã kênh với các thông số hỗn hợp, cho phép tối đa 15 mã được sắp xếp cho yêu cầu điều khiển và sóng mang dữ liệu Mã nguồn tương thích có thể được chia sẻ trong miền thời gian, cho phép một hoặc nhiều người sử dụng cùng chia sẻ mã trong khoảng thời gian đan xen TTI
Kênh Shared Control Channel (HS-SCCH) là kênh dùng chung cho người sử dụng, được thực hiện qua việc truyền dẫn hai khe thời gian HS-SCCH TTI Cấu trúc của kênh đường lên và đường xuống trong HSDPA được thể hiện trong hình 6.4 Kênh HS-SCCH được mã hóa bằng một mặt nạ người dùng đặc trưng, đồng thời bao gồm lớp điều khiển thông tin mức thấp hơn, với các chức năng như điều khiển, sắp xếp mã, mã hóa kênh và yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ, mang theo những thông tin quan trọng.
Mặt nạ ID của UE: để xác định user được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo.
Thông tin về khuôn dạng truyền tải bao gồm mô tả các mã định kênh và phương thức cũng như kỹ thuật điều chế được áp dụng Tỉ lệ mã hóa thực được xác định dựa trên kích cỡ của block truyền tải và các tham số khác liên quan đến khuôn dạng truyền tải.
H-ARQ là một phương pháp quan trọng trong truyền thông, nơi chu kỳ phát tiếp theo có thể là một block mới hoặc một block được phát lại do lỗi trước đó Thông tin về các phiên bản thừa cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này, giúp cải thiện độ tin cậy và hiệu suất của hệ thống truyền dẫn.
Thông tin điều khiển này chỉ áp dụng cho UE sẽ được phục vụ trong chu kỳ TTI tiếp theo, cho thấy rằng kênh báo hiệu này là một kênh chia sẻ theo thời gian dành cho tất cả người dùng.
RNC có thể xác định công suất khuyến nghị cho HS-SCCH, có thể là hằng số hoặc thay đổi theo thời gian, tùy thuộc vào chiến lược điều khiển công suất được áp dụng Tuy nhiên, các tiêu chuẩn của 3GPP không đưa ra mô hình điều khiển công suất cụ thể nào cho HS-SCCH.
Trên mỗi cấu trúc kênh, có liên kết kênh vật lý tốc độ thấp (DPCH) cho cả hai hướng lên và xuống Kênh liên kết hướng xuống truyền tải tín hiệu sóng mang vô tuyến tới báo hiệu lớp 3, tương tự như nhiệm vụ điều khiển công suất ở kênh hướng lên Kênh hướng lên hoạt động như một kênh phản hồi, truyền tải các báo nhận TCP (Giao thức điều khiển truyền dẫn) tức thời Ngoài ra, nếu cần, dịch vụ thoại cũng có thể được tải trên kênh DCCH.
Giải pháp HSDPA cung cấp kênh điều khiển vật lý HS-DPCCH ở hướng lên, mang thông tin điều khiển cần thiết như xác nhận H-ARQ và chỉ thị chất lượng kênh CQI Để hỗ trợ điều khiển công suất của HS-DPCCH, mỗi người sử dụng được cấp phát một kênh DPDCH liên kết.
Hình 5.4: Cấu trúc lớp vật lý đường xuống và đường lên của HSDPA
Điều chế, mã hóa thích ứng AMC và kỹ thuật phát đa mã
HSDPA áp dụng các kỹ thuật thích ứng để thay thế các phương pháp điều khiển công suất và hệ số trải phổ trong hệ thống WCDMA Để xử lý dải động của E/N0 tại đầu cuối UE, HSDPA điều chỉnh quá trình điều chế, tỷ lệ mã hóa và số mã định kênh theo các điều kiện vô tuyến hiện tại Sự kết hợp của hai kỹ thuật đầu tiên được gọi là Điều chế.
Mã hóa thích ứng AMC.
Trong thông tin di động, tỉ lệ tạp âm và nhiễu (SINR) của tín hiệu nhận được tại thiết bị người sử dụng thường dao động trong khoảng 30-40dB do fading nhanh và đặc điểm địa hình Để cải thiện dung lượng hệ thống, tốc độ dữ liệu đỉnh và vùng phủ sóng, tín hiệu truyền tới người dùng được xác định để theo dõi chất lượng tín hiệu thông qua xử lý liên kết thích ứng WCDMA áp dụng chức năng điều khiển công suất nhanh cho các liên kết này, trong khi HSDPA duy trì công suất phát không đổi qua TTI và sử dụng điều chế thích ứng và mã hóa (AMC) nhằm cải thiện hiệu suất phổ Node B xác định tốc độ truyền dẫn dữ liệu dựa trên báo cáo chất lượng chỉ thị kênh CQI và thống kê công suất trên các kênh riêng Tốc độ dữ liệu được điều chỉnh thông qua thay đổi sơ đồ điều chế, tốc độ mã hóa và số lượng mã hóa kênh HS-PDSCH Việc sử dụng AMC cho phép người dùng gần Node B yêu cầu điều chế với tỷ lệ mã hóa cao hơn, như 16-QAM với tỷ lệ mã hóa 3/4.
HSDPA kết hợp với phương thức điều chế 16QAM bên cạnh QPSK để nâng cao tốc độ dữ liệu đỉnh cho người dùng trong điều kiện vô tuyến thuận lợi Trong khi QPSK là yêu cầu bắt buộc cho thông tin di động, 16QAM là tùy chọn cho mạng và thiết bị người dùng Việc sử dụng đồng thời cả hai phương thức điều chế, đặc biệt là 16QAM, tạo ra thách thức về độ phức tạp cho bộ thu đầu cuối, yêu cầu xác định biên độ tương ứng của các ký hiệu nhận được, khác với QPSK chỉ cần tách pha tín hiệu Bộ mã hóa turbo dựa trên R99 với tỉ lệ mã hóa 1/3 cho phép tạo ra các tỉ lệ mã hiệu quả khác trong khoảng từ 1/6 đến 1/1 thông qua các kỹ thuật ghép, chích và lặp mã, dẫn đến một dải tỉ lệ với 64 giá trị khác nhau Sự kết hợp giữa kiểu điều chế và tỉ lệ mã được gọi là Lược đồ Mã hóa và Điều chế (MCS), trong đó Bảng 7.2 liệt kê các tập MSC phổ biến cho HSDPA cùng với tốc độ dữ liệu đỉnh tương ứng.
Kỹ thuật phát đa năng mã không chỉ là một công cụ thích ứng liên kết mà còn giúp tối ưu hóa điều kiện kênh vô tuyến Khi người dùng có các điều kiện kênh tốt, Node B có thể phát nhiều mã song song để tăng cường thông lượng dữ liệu Ví dụ, với MCS 5 và bộ 15 đa mã, tốc độ dữ liệu đỉnh có thể đạt tới 10,8 Mbps.
Kỹ thuật phát đa mã giúp tăng cường dải động của AMC lên khoảng 12dB, đạt tổng dải động thích ứng liên kết khoảng 30dB So với kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên trong WCDMA, có dải động khoảng 20dB, dải động thích ứng của HSDPA cao hơn khoảng 10dB.
MSC Điều chế Eff Tốc độ mã
Số bit/TTI Tốc độ đỉnh
Bảng 5.2: Ví dụ về MSC của HSDPA và tốc độ bít tối đa khả dụng
Thích ứng liên kết
Chức năng thích ứng liên kết của Node B đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điều chế, khuôn dạng mã hóa và số lượng đa mã phù hợp với các điều kiện vô tuyến hiện tại Để nắm rõ các nguyên tắc điều khiển chức năng này, cần xem xét hiệu quả phổ tần của các MCS khác nhau.
Hình 5.5 mô tả giá trị E/Nb0 nhận được cho mỗi bit dữ liệu tại BLER%, với các giá trị MCS được trình bày trong bảng 5.2 cho người dùng đi bộ ở tốc độ 3 km/h E/Nb0 được thể hiện là đường bao thấp hơn, phụ thuộc vào PDR với mã định kênh có SF Đường bao này được tính toán dựa trên dung lượng kênh AWGN băng tần hạn chế theo lý thuyết Shannon, cho thấy giới hạn chất lượng tối ưu Kết quả mô phỏng cho thấy hầu hết các mẫu MCS đạt hiệu suất tốt hơn lý thuyết, cho phép tiết kiệm chi phí tối thiểu khi xem xét tỷ lệ E/Ns0 cho mỗi bit dữ liệu.
Hình 5.5: năng lượng bít tín hiệu nhận được trên mật độ phổ tạp âm so với tỉ lệ dữ liệu đỉnh (PDR-Peak Data Rate) trên mã
Hình vẽ bao gồm dung lượng Shannon lý thuyết và dung lượng theo kết quả mô phỏng mức liên kết tại BLER%, use đi bộ với tốc độ 3km/h
Hình 5.6 trình bày sự kết hợp giữa số lượng đa mã và MSC để tối ưu hóa thông lượng truyền dẫn Các kết quả tính toán dựa trên tập giá trị MSC trong bảng 5.2 Với mật độ phân giải tỉ lệ mã hóa rất cao, khi tất cả các đa mã khả dụng đã được khai thác, giá trị E/Ns 0 sẽ tăng lên khi áp dụng MSC bậc cao hơn.
Hình 5.6: Số mã tối ưu và MSC là một hàm của mỗi TTI.Giả thiết chất lượng kênh lý tưởng , user đi bộ 3km/h
Trong bài viết này, chúng ta sẽ phân tích các phương pháp thích ứng liên kết trong HSDPA Chức năng thích ứng liên kết cần lựa chọn MSC và số lượng đa mã để phù hợp với giá trị s0.
E /N tức thời.Tuy nhiên,tiêu chí lựa chọn có thể dựa trên các tài nguyên biến thiên sau:
Chỉ thị chất lượng kênh CQI là thông tin quan trọng mà UE gửi lên, chứa dữ liệu về chất lượng tín hiệu tức thời mà người dùng nhận được CQI cung cấp thông tin về kích thước block truyền tải, số mã và phương thức điều chế từ những phương thức mà UE có thể hỗ trợ RNC yêu cầu UE thông báo về CQI theo chu kỳ từ [2,4,8,10,20,40,80,160] ms và có khả năng hủy bỏ các thông báo này khi cần thiết.
Đo lường công suất của kênh DPCH là yếu tố quan trọng để dự đoán chất lượng kênh truyền Mỗi người sử dụng được phân bổ một suất phát, giúp theo dõi trạng thái tức thời của kênh Thông tin này không chỉ hỗ trợ việc thích ứng liên kết mà còn lập lịch gói hiệu quả Node B cần yêu cầu bản sao các giá trị E/N s 0, độ lệch công suất phát giữa DPCH và HS-DSCH từ các MSC khác nhau, cùng với giá trị đích BLER (Tỉ lệ lỗi khối) đã được xác định trước.
Việc xác nhận H-ARQ không chỉ liên quan đến giao thức mà còn cung cấp thông tin về chất lượng kênh Tuy nhiên, tham số này ít được sử dụng hơn so với hai tham số trước, vì nó chỉ có thể được nhận khi người dùng đã được phục vụ, dẫn đến việc không cung cấp thông tin chất lượng kênh tức thời.
Kích thước bộ nhớ đệm trong MAC-hs ảnh hưởng đến việc lựa chọn các tham số phát sóng Để tối ưu hóa chức năng thích ứng liên kết, cần kết hợp tất cả các nguồn thông tin liên quan Trong số các tham số, CQI nổi bật như một lựa chọn hấp dẫn nhờ vào sự đơn giản, chính xác và tính trực giao của nó.
H-ARQ nhanh
Khi vận hành HSDPA ở lân cận hiệu suất phổ cao nhất, tỉ lệ lỗi khối BLER sau lần truyền dẫn đầu tiên được khuyến nghị trong khoảng từ 10-20%.
Cơ chế yêu cầu lặp tự động lai H-ARQ được áp dụng trong giải pháp HSDPA để giảm độ trễ và nâng cao hiệu suất tái truyền dữ liệu H-ARQ hoạt động theo giao thức dừng lại và chờ SAW (Stop And Wait).
Trong cơ chế SAW, quá trình truyền dẫn luôn diễn ra cho đến khi thiết bị người sử dụng nhận đủ dữ liệu Để tối ưu hóa thời gian chờ đợi tại Node B, có thể thiết lập tối đa 8 tiến trình SAW-ARQ song song, thường chọn giá trị từ 4-6 Thời gian trễ tối thiểu giữa các lần truyền dữ liệu đầu tiên trong HSDPA là 12ms Hệ thống H-ARQ lớp 1 được quản lý tại Node B, giúp lưu trữ các gói dữ liệu phi báo nhận và sắp xếp quá trình tái truyền mà không phụ thuộc vào RNC, từ đó giảm thiểu trễ tài nguyên truyền dẫn so với các phương pháp tái truyền dẫn RLC thông thường.
HSDPA kết hợp với chức năng phát lại ở lớp vật lý giúp nâng cao chất lượng dịch vụ và khả năng chống lỗi trong các kết nối Chức năng H-ARQ được tích hợp tại thực thể MAC-hs của Node B, cho phép quá trình phát lại các khối truyền tải diễn ra nhanh hơn so với phát lại ở lớp RLC, do không có sự can thiệp của RNC hoặc Iub.
Trong HSDPA, giao thức phát lại được chọn là Dứng và Chờ SAW nhờ vào sự đơn giản của nó đối với ARQ Trong mô hình SAW, bộ phát sẽ tiếp tục phát block truyền tải cho đến khi nhận được tín hiệu thành công, trước khi bắt đầu phát block tiếp theo Để phục vụ cho một UE, có thể có nhiều tiến trình SAW-ARQ hoạt động song song, với các tiến trình phát trong các TTI tách biệt Mỗi UE có thể tối đa 8 tiến trình SAW-ARQ.
Thời gian trễ giữa phát và phát lại lần thứ nhất khoảng 12ms, yêu cầu 6 tiến trình SAW phát liên tục tới một UE riêng lẻ Giao thức SAW hoạt động dựa trên sự không đồng bộ ở đường xuống và đồng bộ ở đường lên Điều này có nghĩa là ở đường xuống, HS-SCCH cần xác định tiến trình H-ARQ đang phát trên kênh HS-DSCH, trong khi ở đường lên, các xác nhận tiến trình SAW phụ thuộc vào việc định thời gian Hình 5.7 minh họa ví dụ cho điều này.
N kênh giao thức SAW phát một chuỗi các gói lần lượt P1, P2,…,P6.
Kỹ thuật SAW khác biệt so với kỹ thuật phát lại trong WCDMA, vì bộ mã UE kết hợp thông tin “mềm” từ nhiều lần phát lại của cùng một khối ở cấp độ bit Kỹ thuật này yêu cầu mở rộng dung lượng bộ nhớ của UE để lưu trữ thông tin “mềm” từ các lần phát giải mã không thành công Các phương pháp H-ARQ được áp dụng trong quá trình này.
Kết hợp khuông (CC: Chase Combining): mỗi lần phát lại chỉ đơn giản là sự lặp lại từ mã đã được sử dụng cho lần phát đầu tiên.
Độ dư gia tăng (IR: Incremental Redundancy) là quá trình phát lại thông tin, trong đó bao gồm cả thông tin dư thừa bổ sung Thông tin này sẽ được phát kèm theo trong trường hợp xảy ra lỗi giải mã trong lần phát đầu tiên.
Hình 5.7: Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh
Sắp xếp gói tin
Trong HSDPA, việc sắp xếp gói tin diễn ra tại lớp truy nhập trung bình MAC-hs, với chức năng điều khiển được thực hiện tại Node-B Tại đây, quyết định sắp xếp gói tin được thiết lập ngay lập tức, trong khi thời gian TTI được đan xen với khoảng thời gian 2ms Một trong những phương pháp sắp xếp gói tin phổ biến là Round-Robin, nơi người sử dụng được phục vụ theo thứ tự, đảm bảo rằng tất cả đều nhận được thời gian cấp phát trung bình như nhau.
Tỉ lệ sắp xếp cao kết hợp với các điều chế và mã hóa thích ứng AMC rất phù hợp với giải pháp HSDPA Một trong những phương pháp sắp xếp gói tin phổ biến là đối, trong đó yêu cầu phục vụ được xác định bởi chất lượng kênh lân cận tức thời cao nhất Chương trình sắp xếp này cố gắng theo dõi fading nhanh của kênh vô tuyến, đảm bảo rằng người sử dụng vẫn nhận được thời gian định vị xấp xỉ bằng nhau Hệ thống chương trình sắp xếp gói có khả năng nâng cao dễ dàng lên mức 50%.