Khái niệm trải phổ pps

2.1 Khái niệm của hệ thống trải phổ 2.1.1 Khái niệm trải phổ Kỹ thuật trải phổ trải thông tin với độ rộng băng rộng hơn độ rộng băng cần thiết để chuyển thông tin bằng cách sử dụng mã không liên quan đến thông tin. Ở đầu thu, thông tin được thu phổ trở lại (despread) với cùng mã đã sử dụng để trải phổ. Tín hiệu trải phổ có độ rộng băng tần rộng hơn nhiều so với độ rộng băng của thông tin của bản thân nó. Hệ thống trải phổ có các tính chất sau: - Tránh tắc nghẽn - Tránh nhiễu tốt - khả năng xảy ra bị chặn thấp - khả năng chống nhiễu đa đường qua đường dây 2.1.2 Trải và nén phổ Với kỹ thuật trải phổ, các tín hiệu số hóa được điều chế và trải bằng cách mã hóa với mã đặc biệt gọi là mã Walsh và PN và sau đó được phát đi. Ở phía thu, tín hiệu gốc được tách ra bằng cách dùng mã giống như mã đã dùng để trải phổ để truyền đi. Việc bảo mật thông tin được thực hiện vì tín hiệu gốc chỉ tách được ra khi đầu thu sử dụng cùng mã đã dùng để truyền đi. Hơn nữa, thậm chí nhiều tín hiệu trải phổ được truyền đi cùng một băng tần, tín hiệu gốc có thể được tách ra khi thu phổ. Vì vậy kỹ thuật trải phổ có thể sử dụng các tần số hiệu quả hơn so với FDMA và TDMA cần nhiều tần số hơn. Để thực hiệnthu phổ, phía thu cần phải đồng bộ hóa tín hiệu thu và mỗi mã trước đó. Nói tóm lại thu phổ tương tự việc đồng bộ hóa. Hệ thống trải phổ được chia lam hai nhánh: trải phổ trực tiếp (DS) và dịch tần (FH). 2.3 Mã trải phổ 2.3.1 Mã Walsh (1) Tạo mã Walsh Ta đã biết tất cả các users đều được phát trên cùng một băng RF. Để tránh gây nhiễu lẫn nhau phía phát lên, mã Walsh được sử dụng để phân biệt giữa các users trong khi họ đồng thời chiếm cùng một băng RF. Mã Walsh được sử dụng theo IS-95 là tập các chuỗi trực giao 64 số nhị phân. Các chuỗi này trực giao với nhau và chúng được tạo ra bởi ma trân Hadmard. Phương pháp đệ qui được dùng để tạo ra ma trận bậc cao hơn từ ma trận bậc thấp hơn. (2) Phân kênh sử dụng mã Walsh Ta lấy ví dụ sau từ đó có thể hiểu được quá trình này: Giả sử có 3 users khác nhau và mỗi user đều muốn gửi một message riêng biệt. Mỗi message này sẽ được gắn một mã Walsh và chúng được trải phổ cùng với mã Walsh đó. Lưu ý rằng tốc độ tạo mã Walsh nhanh hơn gấp 4 lần tốc độ tạo message có gắn mã Walsh (cho riêng trường hợp này). Ta lần lượt có được 3 tín hiệu trải phổ, nhưng 3 tín hiệu này lại được kết hợp thành một tín hiệu tổng hợp. Tín hiệu tổng hợp này được truyền trên một băng tần RF đơn. Nếu trong quá trình truyền tín hiệu, có lỗi không đáng kể, phía thu sẽ giữ tín hiệu tổng hợp này lại. Để tách các tín hiệu gốc từ tín hiệu tổng hợp, phía thu sẽ nhân tín hiệu tổng hợp này với mã Walsh. Phía thu sẽ kết hợp hoặc cộng thêm vào mỗi chu kỳ bit và tạo ra các hàm tương ứng. Áp dụng nguyên lý: Nếu hàm tích hợp có giá trị lớn hơn 0 thì tín hiệu cần thu sẽ có giá trị là 1 và ngược lại thì có giá trị là –1. Sau khi áp dụng phương pháp trên ta thu lại được tín hiệu gốc. (3) Đánh giá Chúng ta vừa mô tả mã Walsh được sử dụng như thế nào để phân kênh cho các user. Tuy nhiên khả năng phân kênh phụ thuộc nhiều vào sự trực giao của các chuỗi mã trong các giai đoạn truyền tin. Ví dụ do trễ đa đường, một mã của user bị trễ bởi 1 chip thì sau đó mã bị trễ đó không trực giao với các mã trong cùng tập mã đó. Do đó việc đồng bộ hóa là cần thiết cho đa truy cập hệ thống trải phổ trực tiếp. Trong thực tế, hệ thống IS-95 CDMA sử dụng kênh pilot và kênh đồng bộ để đồng bộ hóa đường phát và để đảm bảo kết nối chặt chẽ. 2.3.2 Mã PN Mặc dù forward link của IS-95 CDMA đã có kênh pilot và kênh đồng bộ để hỗ trợ đồng bộ hóa, kết nối ngược lại không có kênh pilot và kênh đồng bộ. Trạm thu phát mobile sẽ và không có khả năng đồng bộ các tín hiệu phát của mình. Vì vậy, mã Walsh không được sử dụng cho kết nối đường về. Sự tự nhiên rời rạc của kết nối đường về đòi hỏi phải sử dụng lớp mã khác, mã PN cho phân kênh (1) Tạo mã PN Các mã PN có thể được tạo ra từ các thanh gi dịch hồi tiếp tuyến tính. Ví dụ (một thanh ghi 3 trạng thái) trong hình 2.6. Các bit nhị phân được dịch qua các giai đoạn khác nhau của thanh ghi. Đầu ra của trạng thái cuối và đầu ra của trạng thái trung gian được kết hợp và cấp như đầu vào đến giai đoạn đầu tiên. Thanh ghi khởi động với chuỗi bit đầu tiên hoặc trạng thái bắt đầu, lưu trong các giai đoạn của nó. Sau đó thanh ghi bị khóa và các bit được chuyển sang các stage. Bằng cách này thanh ghi tiếp tục tạo ra các bit và đưa trở lại vào stage đầu tiên. Các bit ra trạng thái cuối tạo ra mã PN. Bây giờ chúng ta giải thích sự hình thành mã PN bằng thanh ghi trong hình 2.6. Trạng thái đầu [1,0,1] được sử dụng cho thanh ghi. Sau khi khoá các bit đi qua thanh ghi, ta tổng hợp được kết quả trong bảng 2.1. Lưu ý rằng tại điểm dịch 7 chuyển về trạng thái đầu sau đó chuyển dịch các bit tạo ra các chuỗi giống hệt của đầu ra. Do đó độ dài hiệu quả của chu kỳ tạo ra mã PN là 7. Đầu ra của thanh ghi tạo ra mã PN trong đó: P = [1 0 1 1 1 0 0] Mã được tạo ra theo cách này được gọi là mã ghi dịch có độ dài tối đa và độ dài tối đa L của mã là: L = 2 N – 1 Trong đó N là số stage hoặc bậc của thanh ghi. Trong trường hợp này N=3 và độ dài mã là 7. Cấu trúc mã PN được quyết định bởi đường hồi tiếp logic và trạng thái đầu của thanh ghi. Ví dụ nếu trạng thái đầu của thanh ghi là [0,0, 0] sau đó các stages khác sẽ bị vào trạng thái zero; đầu ra trạng thái thanh ghi là zero và các mã tạo ra sẽ không có độ dài tối đa. Ta thấy mã PN thoã mãn các điều kiện đa truy cập hệ thống DS-SS: 1. Sự tương quan qua lại bằng 0 hoặc rất nhỏ 2. Mỗi chuỗi trong set đều có số tương ứng là bằng –1s hoặc số chữ số 1s khác với số chữ số -1s là duy nhất. 3. các điểm tỉ lệ hoá của mỗi mã tương đương 1 Do độ dài tối đa mã PN luôn là số lẻ và mã chỉ ra ở trên có bốn + 1s và ba –1s, mã thoả mãn điều kiện 2. (2) Phân kênh sử dụng mã PN Ta sử dụng lại một ví dụ để miêu tả mã PN được sử dụng như thế nào cho đa truy cập. Giả sử có 3 users muốn gửi 3 message riêng biệt. Mỗi message được gắn với một mã PN. Message thứ nhất được gắn mã PN số 0, message thứ hai gắn mã PN số 3, message thứ 3 được gắn mã PN số 6. Mỗi message được trải với mã PN riêng. Lưu ý rằng tốc độ trải mã PN lớn gấp 7 lần tốc độ trải message góp phần vào quá trình gắn mã. 3 message được gắn mã PN và trải phổ sau đó được tổng hợp lại thành 1 tín hiệu tổng hợp. Tín hiệu tổng hợp được truyền trên băng tần RF. Nếu lỗi trong quá trình truyền là không đáng kể, đầu thu giữ lại. Để tách được các tín hiệu gốc từ tín hiệu tổng hợp, đầu thu sẽ nhân tín hiệu tổng hợp với mã PN đã được dùng cho mỗi message. Sau đó đầu thu kết hợp hoặc cộng thêm tất cả các giá trị qua mỗi chu kỳ bit. Áp dụng quy tắc này ta khôi phục lại được tín hiệu ban đầu. Chúng ta định nghĩa được thời gian riêng tương quan tự động của chuỗi giá trị thực x là: R x (i) = Σ j-1 j=0 x j x j-i Nói cách khác mỗi lần thành công dịch chuyển i, ta tính tổng số x j và các phần dịch của nó x j- i . Ta tính sự tự động tương quan của PN chuỗi p 0 . Bảng 2.2 tính sự tự động tương quan Rp 0 (i) của p 0 . Lưu ý rằng: p 0 = [+1 –1 +1 +1 +1 –1 -1] và chuỗi được dịch p 0j-i cũng được chỉ ra cho mỗi lần dịch i được chỉ ra bên phải của bảng. Bảng 2.7 miêu tả hàm tự động tương quan Rp 0 (i) như là một hàm dịch thời gian i. Trong thực tế bên thu xử lý bản copy gốc của mã PN (ví dụ P 0,j ). Bên thu sẽ nhận được chuỗi đến P 0j-i tại pha duy nhất. Bên thu chỉ phải trượt các chuỗi đang nhận và tính toán sự tự động tương quan. Khi sự tự động tương quan đạt mức cao nhất thì hai mã cùng pha và dịch thời là 0. Ở hệ thống IS-95 CDMA, thực tế việc này được thực hiện bởi trạm di động để thu được kênh pilot chưa điều chỉnh. Phương thức thu này cũng được sử dụng khi độ dài mã trải phổ tương đương với độ dài bit dữ liệu. Ở IS-95 CDMA, kết nối đường về sử dụng mã PN dài để phân kênh. Gọi là mã dài vì độ dài của nó thực sự rất dài. Mã dài có độ dài là 2 42 -1 chips và được tạo ra bởi 42 trạng thái. Ở phần trước ta thấy kết nối đường lên sử dụng mã Walsh để phân kênh cho các user riêng rẽ tại một trạm thu phát cụ thể. Tuy vậy kết nối đường lên cũng sử dụng mã PN. Mỗi trạm thu phát được gắn một mã PN duy nhất thêm vào phần trên của mã Walsh. Làm như vậy để phân biệt giữa các trạm thu phát khác nhau (hoặc các sector); sự phân biệt là cần thiết vì mỗi trạm đều sử dụng 64 tập mã Walsh giống nhau. Mã PN được sử dụng ở kết nối đường lên và được goin là mã “ngắn”. Nó được gọi như vậy bởi vì độ dài của nó tương đối ngắn. Mã ngắn được tạo ra bằng cách sử dụng 15 trạng thái thanh ghi và có độ dài là 2 15 -1 chips. 2.4 Tốc độ trải phổ Trong hệ thống DS, sự điều biến trải phổ thường được thực hiện bởi chuỗi mã PN. Điều đó có nghĩa là sau khi một tín hiệu vào được gắn chuỗi mã PN và mạch nhị phân AND, tín hiệu ra điều chế một sóng mang. Sự điều chế khoá dịch pha (PSK) thường được sử dụng SOURCE AND CHANNEL CODING 3.1 Vocoding (source coding) Trong hệ thống CDMA, bất kỳ tín hiệu nào đều đến từ các đầu cuối/các trạm thu phát gốc ngoại trừ những tín hiệu chuẩn bị được kết nối bị coi là nhiễu. Vì vậy nhiễu càng tăng thì giao tiếp càng khó và thậm chí nó có thể làm gián đoạn thông tin. Nếu có một phương thức thông tin trong đó mỗi đầu cuối không truyền tín hiệu khi không cần thiết, nó sẽ cho phép tăng thông tin đồng thời nhiều hơn. Hệ thống CDMA sử dụng kỹ thuật gọi là “Variable Rate CODEC - tốc độ mã hóa-giải mã có thể biến đổi”. SU và BTS chuyển đổi các tín hiệu thoại thành tín hiệu số và truyền đi trong mỗi khung 20ms. Trong kênh lưu lượng, SU và BTS thay đổi kích cỡ của khung một cách linh hoạt tùy thuộc dung lượng của kênh, ví dụ dung lượng của thoại, do đó chỉ một số tối thiểu tín hiệu được truyền đi. SU lựa chọn kích cỡ của các khung để truyền đi 4 kích cỡ khung khác nhau. Điều này có nghĩa là tỉ lệ nén được đặt ở mức cao khi các thuê bao không nói. Hệ thống này hỗ trợ hai kiểu nén CODEC là 8K vocoder và 13K vocoder. Kiểu vocoder tùy thuộc vào thiết lập bắt đầu và không thể thay đổi được trong suốt cuộc gọi. Hệ thống sử dụng mã hóa Qualcomm Code Excited Linear Predictive (QCELP) và Enhance Veriable Rate CODEC (EVRC) làm kỹ thuật nén. EVRC không chỉ áp dụng 8k vocoder. 3.2 Chanel Coding Sau khi thông tin gốc được mã hóa thành dạng số, phần dư cần được thêm vào băng gốc tín hiệu số này.Làm như vậy để cải thiện hệ thống thông tin bằng cách làm cho tín hiệu có khả năng chống lại ảnh hưởng của các kênh hỏng như là nhiễu, pha đinh. Mục đích của mã hóa kênh là, đặt ra một xác suất lỗi mong muốn hoặc giảm tỉ số yêu cầu Eb/N0 hoặc là đặt ra tỉ số Eb/N0 có thể đạt được để giảm xác suất lỗi. Để tiến hành được điều này thì phải cần thêm băng thông hoặc thêm các bit dư mà hệ thống phải truyền. Ở phần này chúng ta bàn cụ thể về mã sửa lỗi error-correcting-codes khi áp dụng vào mã hóa kênh cải thiện tỷ lệ xuất hiện lỗi của hệ thống. Mục đích là thêm các bit vào các bit thông tin do đó có thể tìm thấy lỗi và được sửa tại đầu thu. Nói cách khác một chuỗi bit được thể hiện bằng một chuỗi bit dài hơn có đủ khoảng trống để bảo vệ dữ liệu. Ví dụ mã sửa lỗi đơn giản nhất là lặp các bit thông tin. Giả sử ta có 1bit cần truyền và bảo vệ lỗi. Đơn giản ta có thể lặp bit 3 lần (ví dụ nếu tôi có bit1, tôi sẽ gửi 111). Bằng cách này ta sẽ cải thiện được khả năng bên thu thu đúng bit 1 trong trường hợp bất cứ bit được truyền nào chuyển thành 0 trong quá trình truyền. Trong trường hợp này bên thu sẽ giải mã phần chủ yếu. Cụ thể là bên thu sẽ chỉ quyết định 1 bit 1 nếu phần lớn 3 bit nhận được là 1. Mã này được gọi là mã (3,1). (n,k) tương ứng với 1 mã khi k là độ dài của chuỗi thông tin và n là độ dài của chuỗi mã. Một mã có khi được biểu diễn bằng tỉ số củ nó. Tỉ số R của mã được định nghĩa là: R = n k Có hai lớp mã sửa lỗi cơ bản: mã block và mã xoắn. Mã block như cái tên đã nói lên, mã hóa một chuỗi thông tin thành 1 block tại 1 thời điểm. Mặt khác, các mã xoắn có thuộc tính nhớ, Mức nhớ tùy thuộc vào độ nén chiều dài k của mã xoắn. Đầu ra n-tuple của bộ mã hóa xoắn không chỉ là một hàm của một đầu vào mà còn là một hàm của K-1 đầu vào k-tuples. 3.2.1 Linear Block Codes (1) Minimum distance Mã khối tuyến tính là một lớp các mã có thể được sử dụng cho mục đích dò lỗi và sửa lỗi. Một mã khối tuyến tính có thể được đặc tính hóa bằng ký hiệu (n,k) và một mã cho trước, bộ mã hóa chuyển đổi một khối k bit thông tin thành một khối dài hơn n bit mã. Các bit mã chỉ là một hàm của khối hiện thời của các bit thông tin. Ví dụ, chúng ta có thể định nghĩa một khối mã tuyến tính (7,4) tại đó một khối 7 bit mã được sử dụng để biểu diễn một khối gồm 4 bit thông tin. 4 bit thông tin cho trước (i 1 , i 2 , i 3 , i 4 ), 3 bit dư (r 1 , r 2 , r 3 ) được gắn vào dùng cho các chức năng sau: r 1 = i 1 + i 2 + i 3 r 2 = i 2 + i 3 + i 4 r 3 = i 1 + i 2 + i 4 Trong đó + thể hiện modulo –2 addition. Ví dụ nếu các bit thông tin là (1,0,1,0) tương ứng với (i 1 ,i 2 ,i 3 ,i 4 ) sau đó các bit dư thêm là: r 1 = 1+0+1=0 r 2 = 0+1+0=0 r 3 = 1+0+0=1 và từ mã (1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1) được dùng để biểu diễn 4 bit thông tin Về mặt trực giác ta thấy rằng các bit dư thêm cải thiện mức lỗi của hệ thống. Để xác định được đặc tính này, chúng tôi xin giới thiệu khoảng cách Hamming – Hamming distance. Hamming distance giữa hai từ mã bất kỳ là số vị trí mà hai từ mã khác nhau. Ví dụ khoảng cách Hamming giữa hai từ (1,1,1,1,1,1,1) và (1,1,1,0,1,0,0) là 3. Khoảng cách nhỏ nhất d* của một mã là khoảng cách hamming của hai từ mã với khoảng cách hamming nhỏ nhất. Đối với mã Hamming nói ở trên d* là 3, là khoảng cách Hamming nhỏ nhất cho mọi cặp từ mã có thể. Đưa ra khái niệm khoảng cách nhỏ nhất là thông số tới hạn xác định sự biểu diễn của mã cụ thể. Nếu lỗi xuất hiện trong quá trình truyền 1 từ mã và nếu khoảng cách Hamming giữa từ thu được va mỗi từ mã khác lớn hơn t thì sau đó bộ giải mã sẽ các sửa lỗi nếu nó xác nhận rằng từ mã gần nhất với từ nhận được thực sự đã được truyền đi. Nói cách khác d* ≥ 2t + 1 (3.1) nếu (3.1) hold for a code, sau đó mã này có khả năng correcting terror. mặt khác phương trình 3.2 cộng tổng số lỗi q có thể tìm thấy. d* ≥ q + 1 (3.2) nếu (3.2) hold for a code, thì sau đó mã này có khẳ năng tìm q lỗi. vì vậy cho rằng d* trong ví dụ (7,4), mã Hamming là 3, mã hamming của (7,4) có khả năng sửa t=1 lỗi và dò tìm q=2 lỗi. Như đã nói ở trên, để giải mã một từ mã thu được, bộ giải mã cho rằng từ mã gần nhất là từ mã đã được thu và đã được truyền đi. Ví dụ giả sử một từ mã thu được là (0,0,0,1,1,1,1), vì từ mã thu được này không phải là một trong các từ mã thực sự trong mã Hamming của (7,4), một lỗi (hoặc nhiều lỗi) nhất định xuất hiện. Cho rằng từ mã gần nhất với từ mã thu được đã thực sự được truyền đi, bộ giải mã sẽ quyết định từ mã (0,0,0,1,0,1,1) đã thực sự được đầu phát truyền đi. Trong thực tế, có một mạch logic được sử dụng để thực hiện việc giải mã. (2) Cyclic Redundancy Check (CRC) - kiểm tra dư tuần hoàn IS-95 CDMA sử dụng mã hoá khối để biểu diễn số lượng của mỗi khung được truyền đi (trong đó có lưu một khối của các bit thông tin). IS-95 CDMA sử dụng CRC là một trong các mã khối phổ biến nhất. Đối với CRC, các bit thông tin được coi như là một số nhị phân dài, số này bị chia ra bởi số đầu tiên duy nhất cũng là nhị phân và số còn lại được gắn vào các bit thông tin như là các bit dư. Khi thu được khung, đầu thu cũng thực hiện phép chia giống như thế sử dụng bộ chia đầu tiên giống như vậy và so sánh các số còn lại đã được tính toán với phần thu còn lại của khung thu được. Ví dụ mã Hamming của (7,4) đã nêu ra ở trên có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một bộ chia nguyên tố (1,0,1,1). Ta có thể nắm rõ phương pháp này hơn nếu chúng ta biểu diễn các bit nhị phân (hoặc số nhị phân) ở dạng đa thức. ví dụ, các bit nhị phân hoặc số (1,0,1,1) có thể được biểu diễn như một đa thức: g(x) = x 3 + x + 1 trong đó mỗi số hạng trong đa thức tương ứng với một bit 1 của số nhị phân. Đa thức g(x) là đa thức cơ bản. Giả sử tin nhắn (1,0,1,0) cần mã hoá sử dụng mã Hamming (7,4). Để mã hoá được, đầu tiên ta phải chuyển đổi tin nhắn thành dạng đa thức là: m(x) = x 3 + x sau đó ta dịch tin nhắn lên (n-k) vị trí. Có thể làm việc này rất dễ dàng ở dạng đa thức bằng cách nhân đa thức tin nhắn m(x) với x n-k . Trong trường hợp này (n-k) = (7-4)= 3 vì vậy ta nhân m(x) với x 3 : x 3 .m(x) = x 6 + x 4 lưu ý rằng đa thức này tương đương với (1,0,1,0,0,0,0). Ta lấy được các bit dư bằng cách chia x 3 m(x) cho g(x) hoặc: x 6 + x 4 = (x 3 +1)(x 3 + x + 1) + (x +1) trong đó (x 6 + x 4 ) là x 3 m(x), (x 3 + 1) là kết quả chia, (x 3 + x + 1) là đa thức sinh g(x) và (x+1) là phần dư. Phần dư đa thức (x+1) biểu diễn các bit dư được vào với tin nhắn (1,0,1,0). Trong hệ thống IS-95 CDMA, khi bộ mã hoá thoại hoạt động ở tốc độ cao nhất, mỗi khung 20ms chứa 192 bit được tạo ra từ 172 bit thông tin, 12 khung bit đặc trưng và 8 bộ mã hoá các bit cuối. 8 bộ mã hoá các bit cuối đều được đặt về 0. Mười hai khung bit chỉ thị đặc trưng là các bit dư là hàm của 172 bit thông tin trong khung. Ngẫu nhiên đa thức sinh đã dùng để tạo ra các bit dư cho một khung đầy đủ là: g(x) = x 12 + x 11 + x 10 + x 9 + x 8 + x 4 + x + 1 3.2.2 Convolution codes – Mã xoắn Các mã khối được cho là không có khả năng nhớ, điều đó có nghĩa là từ mã hoặc các bit dư CRC (trong IS-95) chỉ là hàm của khối hiện thời. Mặt khác mã xoắn lại có khả năng nhớ. Thêm vào đó để sử dụng CRC, IS-95 CDMA sử dụng mã hoá xoắn để cải thiện mức độ lỗi. Đối với các mã xoắn, các bit mã hoá là hàm của các bit thông tin và các hàm của chiều dài nén. Cụ thể, các bit mã hoá (ở đầu ra của bộ mã hoá xoắn) là liên kết tuyến tính của các bit thông tin trước đó. Kết nối đường lên (từ trạm thu phát đến máy di động) sử dụng tốc đọ ½ và chiều dài mã xoắn K=9. Hình 3.1 biễu diễn lược đồ quá trình mã hoá xoắn đường lên. Đầu tiên, tất cả các thanh ghi chuyển về 0. Lúc đó tin nhắn thông báo m i được ghi lại từ phía trái, các bit bị chuyển sang các đoạn khác nhau của đường trễ và được cộng lại ở modulo-2. Kết quả cộng là đầu ra của bộ mã hoá xoắn. Lưu ý rằng, do đây là bộ mã hoá ½. Hai bit được tạo ra trong mỗi chu kỳ đồng hồ. Một chuyển mạch đảo đảo thông qua cả hai điểm đầu ra cứ mỗi chu kỳ đồng hồ vào, do đó tốc độ ra có hiệu quả gấp hai lần tốc độ đầu vào. Hàm chức năng tạo ra y’ i và y’’ i (nêu trong hình 3.1) có thể được viết là: g’(x) = x 8 + x 7 + x 5 + x 3 + x 2 + x + 1 g’’(x) = x 8 + x 5 + x 4 + x 3 + x 2 + 1 IS-95 CDMA sử dụng các biểu đồ mã hoá xoắn khác nhau ở đường về (từ máy di động về trạm thu phát). Vì máy di động có công suất hạn chế, kết nối đường về đôi khi đoi khi có thể là giới hạn kết nối. Do đó ta sử dụng mã hoá xoắn mạnh hơn với tốc độ 1/3 và chiều dài K=9. Trong trường hợp này 3 bit được tạo ra cho các bit đầu vào và hiệu quả tốc độ đầu ra tăng gấp 3 lần. Hình 3.2 chỉ ra biểu đồ mã hoá đường về. Để tham khảo, đa thức sinh tạo 3 bit đầu ra y’ i , y’’ i , y’’’ i là: g’(x) = x 8 + x 7 + x 6 + x 5 + x 3 + x 2 + 1 g’’(x) = x 8 + x 7 + x 4 + x 3 + x + 1 g’’’(x) = x 8 + x 5 + x 2 + x + 1 Phương pháp mã hoá đối với các mã xoắn tuỳ thuộc vào phạm vi của cuốn sách này. Nó đủ để đề cập rằng mã hoá xoắn sử dụng thuật toán tree search thông qua một “lưới mắt cáo”. Thuật toán này là một biến thể của lập trình động tuyến tính. 3.2.3 Interleaving – Chèn Các tín hiệu đi qua kênh thông tin di động dễ bị pha đinh. Các mã sửa lỗi được thiết kế để chống lại các lỗi gây ra do tín hiệu yếu và đồng thời giữ mức công suất tín hiệu ở mức hợp lý. hầu hết các mã sửa lỗi đều thực hiện tốt việc sửa lỗi ngẫu nhiên. Tuy nhiên trong những lúc tín hiệu quá yếu, các dòng lỗi liên tục hoặc bất chợt có thể tạo ra các hàm sửa lỗi không có ích. Một trong những đặc trưng của truyền thông vô tuyến là sự xuất hiện lỗi bất chợt thường xuyên hơn trong thông tin hữu tuyến. Để ngăn chặn lỗi bất chợt này, có một phương pháp được sử dụng trong đó dữ liệu không được truyền theo chuỗi, thay vào đó nó được truyền bằng cách thay đổi trật tự các thành phần xác định. Công suất ra, tốc độ truyền 19.2Kbps từ đầu ra bộ lặp mẫu đi qua một bộ phận chèn khối. Mục đích của việc chèn khối là biến lỗi bất chợt thành lỗi ngẫu nhiên. Trong thông tin thường xảy ra việc mất một phần dữ liệu truyền tại một thời điểm do pha đinh. Nếu chuỗi dữ liệu bị mất cả một lúc, ta không thể hồi phục lỗi này mặc dù ta có thể sử dụng mã sửa lỗi tốt nhất. Trái lại nếu các lỗi bit được phân tán vào chuỗi dữ liệu phát, ta có thể sửa lỗi bằng cách sử dụng một mã sửa lỗi như mã xoắn-convolutional code. Ở IS-95 và IS-2000 thực hiện việc chèn các mẫu lần lượt và các mẫu này tập hợp lại thành khối. Vì vậy, vị trí của từng mẫu trong block được truyền đến một khối vô tuyến nhưng khác với vị trí ở đầu vào. Chèn là kỹ thuật ngẫu nhiên hoá các bit trong một dòng tin nhắn, do đó các lỗi bất chợt sinh ra bởi kênh này có thể được chuyển đổi thành các lỗi ngẫu nhiên. Ở hình 3.3 , ta muốn gửi tin nhắn “ARE YOU SURE THAT THEY ARE COMING TO LUNCH WITH US” qua một kênh đang bị pha đinh. Có một cách để chèn vào tin nhắn là đưa nó vào một ma trận 4 hàng 10 cột. Ta chia tin đó ra làm 4 phần và đưa chúng vào 4 hàng. Sau đó lấy tin ra từ phía trên theo từng cột từng cột. Kết quả ngẫu nhiên hoá thông tin được gửi qua kênh truyền. Kênh này đưa ra một số lỗi ngẫu nhiên vào thông tin. Kết quả là các chữ cái gạch chân thu được theo thứ tự alphabe bị lỗi. Ở đầu thu, một deinterleaver sắp xếp lại cấu trúc thông tin bằng cách sử dụng ma trận giống như trên. Chỉ khác là trong trường hợp này deinterleaver đưa các thông tin thu được vào theo cột trước, sau đó đọc các thông tin ra theo hàng. Như chúng ta có thể thấy, các lỗi ngẫu nhiên thực sự được phân bố một cách ngẫu nhiên. Ở trường hợp này độ sâu chèn là 10. Hệ thống IS-95 CDMA sử dụng kỹ thuật chèn cho cùng mục đích. Thao tác chèn ở kênh lưu lượng đường về sử dụng một ma trận 32 hàng 18 cột (ở mức lớn nhất). Thao tác chèn ở kênh lưu lượng đường lên sử dụng 1 ma trận 24 hàng 16 cột (mức lớn nhất) CHƯƠNG 4 BĂNG TẦN VÀ CÁC KÊNH CDMA 4.1 Cấu trúc kênh CDMA – CDMA channel Cofiguration 4.1.1 Cấu trúc kênh hướng lên – Forward channel Configuration Bảng 4.1 và sơ đồ 4.1 thể hiện cấu trúc kênh đường lên Bảng 4.1 Cấu trúc kênh hướng lên Kênh Vai trò của kênh PILOT Duy nhất nhận dạng các Cell CDMA Cho phép SU tìm được hệ thống CDMA SYNC Cho phép đồng bộ hoá tức thời giữa SU và mạng CDMA Truyền các thông số hệ thống thông tin đồng bộ PAGING Cung cấp cho SU các thông tin hệ thống, danh sách neighbor, truy cập danh sách thông tin và kênh CDMA TRAFFIC Truyền cuộc thoại và tín hiệu thông tin. (từ mạng đến các thuê bao) Kết nối hướng lên bao gồm đến 64 kênh logic độc lập (các kênh mã) truyền các dòng dữ liệu khác nhau ở tốc độ khác nhau và được điều chỉnh ở biên độ cụ thể. Mã Walsh được dùng để đánh địa chỉ của kênh. Kênh CDMA hướng lên 1.23MHz W 0 Pilot channel W 32 Synch Channel W 1 Paging channel 1 Up to W 7 Paging channel 7 W 8 Traffic channel 1 Up to W 63 Traffic channel 55 4.1.2 Cấu trúc kênh hướng về Bảng 4.2 Cấu trúc kênh hướng về Chanel Vai trò của từng kênh ACCESS Kênh nhắn tin Đươc sử dụng bởi SU để thiết lập liên lạc thông tin với BTS và trả lời kênh nhắn rin. TRAFFIC (từ thuê bao đến mạng) Truyền thoại và tín hiệu thông tin Kênh CDMA hướng về bao gồm 2 42 -1 kênh logic. Một trong các kênh logic này được kết hợp với mỗi thuê bao một cách cố định và duy nhất. Trạm di động này sử dụng kênh logic đó khi nó đi qua kênh lưu lượng. Các kênh logic khác được liên kết với trạm gốc cho việc truy cập hệ thống. Việc đánh địa chỉ hướng về này được thực hiện thông qua việc sử dụng 2 42 -1 mã Long Code, là một phần trong quá trình trải phổ. Kênh CDMA hướng về Rộng 1.23MHz Kênh truy nhập 1 Kênh truy nhập 2 Kênh lưu lượng 1 Kênh lưu lượng N 4.2 Điều chế các kênh hướng lên Toàn bộ cấu trúc kênh CDMA hướng lên được thể hiện trong Figure 4.3 đến 4.6. Kênh CDMA hướng lên bao gồm các kênh sau: Kênh Pilot, một kênh đồng bộ, 1 đến 7 kênh tin nhắn và một số kênh lưu lượng. Mỗi các kênh mã này được trải trực giao cùng với hàm Walsh thích hợp và sau đó được trải bởi cặp chuỗi PN vuông góc (cầu phương) ở tốc độ chip cố định 1.2288Mcps (triệu chip/s) 4.2.1 Kênh Pilot Mã Walsh “0” luôn được dùng cho phân kênh Pilot. Kênh Pilot được thiết lập tất cả là mã “0” và được trải với tốc độ 1.2288Mcps Pseudo Noise và mã Walsh. 4.2.2 Kênh đồng bộ Đối với kênh đồng bộ, sử dụng mã Walsh cố định “32”. Tốc độ truyền dữ liệu gốc 12.2kps được mã hoá bằng bộ mã hoá xoắn. Sau khi lặp mẫu, dòng dữ liệu trở thành 4.8Ksps (mẫu/giây). Cuối cùng, dữ liệu được trải với tốc độ 1.2288Mcps bằng mã Walsh và nhiễu giả - Pseud Noise. 4.2.3 Kênh nhắn tin Mã phân kênh dùng cho các kênh nhắn tin là “1 - 7”. Tốc độ dữ liệu kênh nhắn tin là 4.8Kbps hoặc 9.6Kbps. Dữ liệu gốc được mã hoá xoắn và lặp khung, sau đó có tốc độ là19.2Kbps. Dữ liệu mẫu này được trải với mã Walsh, Long và nhiễu giả. Mã dài cũng được sử dụng cho quá trình trộn 4.2.4 Kênh lưu lượng hướng lên. Để tạo kênh, tất cả các mã Walsh khác được sử dụng ngoại trừ mã “0” dùng cho kênh Pilot, mã “32” dùng cho kênh đồng, mã “1-7” dùng cho kênh nhắn tin. Phần cuối của đoạn mã được gán vào các dữ liệu có tốc độ khác nhau và chúng được mã hoá bằng mã xoắn và lặp mẫu. Mã dài và nhiễu giả được dùng để trải phổ 4.2.5 Khoá dịch pha cầu phương QPSK Hệ thống dùng phương pháp QPSK để gửi tín hiệu số trong không gian. Phương pháp QPSK có thể gửi được hai tin hiệu số song song. Tín hiệu trải phổ được chia ra làm hai dòng dữ liệu và được điều chế một cách riêng rẽ. Hình 4.7 4.3 Điều chế kênh hướng về Cấu trúc toàn bộ kênh CDMA hướng về được thể hiện trong Figure 4.8 đến 4.10. Dữ liệu truyền trên kênh CDMA hướng về được nhóm thành các khung 20ms. Tất cả các dữ liệu được [...]...truyền trên kênh CDMA hướng về được mã hoá xoắn, chèn khối, điều chế trực giao, trải phổ chuỗi trực tiếp trước khi truyền đi 4.3.1 Kênh truy nhập Mã hoá xoắn và lặp khung mã hoá kênh truy nhập với phần mã còn lại có tốc độ 28.8kbps Dữ liệu điều chế được trải trực giao với 64-ary có tốc độ 307.2kcps Dữ liệu này được trải với mã dài có tốc độ 1.2288Mcps 4.3.2 Kênh lưu lượng hướng về Dữ liệu có tốc... với năng lượng mỗi bit-E b trong các chip đó tương ứng với các chuỗi PN được trải phổ Vì trong kênh pilot không chứa thông tin băng gốc nên pilot không được nén phổ và các bit không được phục hồi Vì vậy, để biểu diễn cường độ tín hiệu của kênh pilot, ta dùng thông số thô SRN hoặc Ec/I0 Lưu ý rằng do kênh pilot không được nén phổ, tỉ số E c/I0 luôn ở mức nhỏ hơn 1 trong hầu hết thời gian 5.3.1 Duy trì... A không nằm trong gói thông tin này 7 Máy di động chuyển pilot A từ active set sang neighbor set và nó gửi một thông tin hoàn thành chuyển giao 5.3.3 Dò Pilot Thêm nữa để được trải phổ bằng mã Walsh, đường lên cũng được trải phổ bằng một chuỗi PN (với 1 PILOT PN offset xác định) với tốc độ 1.2288cps Tín hiệu hướng lên này giống tất cả các tín hiệu được truyền qua môi trường di động có thể gây ra phản... bằng mã xoắn và lặp khung 1.2288Mcps Dữ liệu được trải với tốc độ307.2kcps bằng điều chế trực giao 64-ary và tiếp theo có tốc độ mã hoá 1.2288Mcps với mã dài 4.3.3 Khoá dịch pha QPSK Hệ thống sử dụng phương pháp điều chế khoá dịch pha QPSK để gửi tín hiệu số trong không gian Phương pháp điều chế này có thể gửi hai tín hiệu song song cùng lúc Tín hiệu trải phổ được chia thành hai dòng dữ liệu và được điều... lưu lượng hướng lên Đầu ra từ bộ mã hóa thoại và đầu vào bộ mã hóa xoắn có tốc độ 9.6Kbps (tốc độ cao nhất đối với Rate set 1) Tốc độ ½ bộ mã hóa xoắn gấp đôi tỉ lệ băng thông 19.2Kbps Trước khi được trải phổ, tín hiệu PCBs ở tốc độ 800bps được nhân với dòng dữ liệu băng thông 19.2Kbps Các bit PCBs được kết hợp vào kênh lưu lượng bằng cách robbing các bit được lựa chọn từ dòng băng thông Bằng cách này,... được gửi trở lại MSC Thứ ba là chuyển giao cứng Hệ thống CDMA sử dụng hai kiểu chuyển giao cứng Chuyển giao cứng CDMA-to-CDMA xảy ra khi trạm di động chuyển đổi giữa hai sóng mang CDMA (ví dụ hai kênh trải phổ được lấy làm trung tâm ở hai tần số khác nhau) Chuyển giao cứng này cũng có thể xuất hiện khi thuê bao di chuyển giữa hai nhà phân phối mạng khác nhau Đôi khi chuyển giao CDMA-to-CDMA được gọi là . 2.1 Khái niệm của hệ thống trải phổ 2.1.1 Khái niệm trải phổ Kỹ thuật trải phổ trải thông tin với độ rộng băng rộng hơn độ rộng băng cần. được thu phổ trở lại (despread) với cùng mã đã sử dụng để trải phổ. Tín hiệu trải phổ có độ rộng băng tần rộng hơn nhiều so với độ rộng băng của thông tin của bản thân nó. Hệ thống trải phổ có. mỗi mã trước đó. Nói tóm lại thu phổ tương tự việc đồng bộ hóa. Hệ thống trải phổ được chia lam hai nhánh: trải phổ trực tiếp (DS) và dịch tần (FH). 2.3 Mã trải phổ 2.3.1 Mã Walsh (1) Tạo mã Walsh Ta