Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000

Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000 ,Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000 Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000

Lời nói đầu

Khi xã hội càng phát triển nhu cầu thông tin ngày càng cao, do đó các hệ thống thông tin ngày càng phát triển Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2

đợc xây dựng theo tiêu chuẩn IS-95, GSM phát triển rất nhanh trong những…năm 1990 Đứng trớc nhu cầu về dịch vụ mới của các hệ thống thông tin di

động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đa ra các hệ thống thông tin di động mới Trong bối cảnh đó, ITU đã đa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với tên gọi: IMT-2000 nhằm mục đích:

• Tốc độ truyền số liệu cao để đảm bảo các dịch vụ truy nhập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phơng tiện

• Tơng thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động

• Cải thiện tầm phủ sóng các hệ thống thông tin di động

Nhiều tiêu chuẩn của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 đã đợc đề xuất, trong đó hai chuẩn WCDMA và CDMA-2000 đã đợc ITU chấp thuận và triển khai trong những năm đầu thế kỷ 20 CDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của

hệ thống thông tin di động thế hệ 2 dựa trên chuẩn IS-95 còn WCDMA sẽ là

sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA nh: GSM, PCD và IS-136 Tại Việt Nam, các hệ thống thông tin

di động thế hệ 3 đã và đang bắt đầu đợc triển khai trong vài năm gần đây Vì lẽ đó tôi chọn đề tài: Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3G CDMA-2000

Mục tiêu của đề tài là: nghiên cứu cấu trúc và sự hoạt động của các kênh vật lý đờng lên và đờng xuống trong hệ thống thông tin di động 3G CDMA-2000

Qua quá trình nghiên cứu và tham khảo các tài liệu liên quan đến hệ thống 3G CDMA-2000, nội dung chính đồ án gồm 3 chơng:

• Chơng 1: Giới thiệu về 3G CDMA - sẽ khái quát quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 nói riêng và các hệ thống thông tin di động nói chung, đồng thời đề cập đến Kiến trúc giao thức trong 3G CDMA-2000

• Chơng 2: Lớp vật lý đờng xuống - mô tả chức năng lớp vật lý đờng xuống cùng cấu trúc và hoạt động của các kênh vật lý trên đờng xuống

• Chơng 3: Lớp vật lý đờng lên - mô tả chức năng lớp vật lý đờng lên cùng cấu trúc và hoạt động của các kênh vật lý trên đờng lên

Tuy nhiên do trình độ bản thân và điều kiện còn nhiều hạn chế cùng thời gian hạn hẹp nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận

đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để đồ án đợc hoàn thiện hơn Qua đây, em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo nhất là thầy giáo Tiến sỹ Vơng Tuấn Hùng đã nhiệt tình hớng dẫn và góp ý để đồ án hoàn thành

đúng kế hoạch và đảm bảo mục tiêu đề ra

Nguyễn Vĩnh Nam

Chơng 1

Giới thiệu về 3g cdma

Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) là GSM và IS-95 đã đợc triển khai tại nhiều nơi trên thế giới và sẽ liên tục tồn tại trong nhiều thập kỷ tới Tuy nhiên các hệ thống này hiện đang phải đối mặt với những hạn chế về dung lợng Chính vì thế tất yếu ra đời hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) với hứa hẹn mang lại dung lợng thoại lớn hơn, khả năng kết nối di động cao hơn và cho phép sử dụng các ứng dụng đa phơng tiện Các hệ thống thông tin

di động thế hệ 3 có thể cung cấp các dịch vụ với chất lợng tơng đơng các hệ thống hữu tuyến và các dịch vụ truyền số liệu có tốc độ từ 144 Kbps lên tới

2 Mbps

Tuy 3G có nhiều u điểm nổi trội nhng cho đến nay số lợng thuê bao của các hệ thống 2G vẫn phát triển mạnh nhờ những cải tiến của nó, do đó trớc khi nghiên cứu hệ thống 3G CDMA-2000 cần thiết phải xem xét qua lịch sử phát triển của thông tin di động, nhất là các hệ thống 2G GSM đang thịnh hành ở Việt Nam và trên toàn thế giới

1.1 lịch sử phát triển thông tin di động

Vào cuối thế kỷ 19, nhà khoa học ngời Italy Marconi bằng những thí nghiệm của mình thấy rằng thông tin vô tuyến có thể thực hiện giữa các máy thu phát di động ở xa nhau Tuy nhiên phải đến đầu những năm 1980 mạng

điện thoại di động tế bào thế hệ 1 (1G) mới ra đời.Ban đầu các mạng 1G chỉ dành riêng cho tín hiệu thoại, giữa các hệ thống và các thuê bao trong mạng không hề tơng thích với nhau, cũng nh khả năng lu động của thiết bị thấp Trong bối cảnh nh vậy, ngời Châu Âu thấy rằng cần phải phát triển một hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ 2 (2G) hoàn toàn số

Năm 1982, Hội nghị Bu chính và Viễn thông Châu Âu (CEPT) đã thành lập nhóm chuyên trách về thông tin di động GSM (Group Special on Mobile) với nhiệm vụ: xây dựng một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn toàn

Châu Âu hoạt động trên băng tần 900 Mhz Các khuyến nghị về GSM đợc thông qua vào tháng 04/1988 Sau một thời gian thử nghiệm, năm 1991 mạng GSM (Global System for Mobile Communication) chính thức đợc triển khai ở Châu Âu và nhiều nớc trên thế giới

Không chỉ dừng lại ở đó, năm 1988 ngời Châu Âu lại tiến hành dự án RACE 1043 với mục đích: xây dựng các dịch vụ và công nghệ cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) và dự tính triển khai vào năm 2000 Hệ thống này sớm đợc biết đến với tên gọi: Hệ thống thông tin di động toàn cầu UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Các hệ thống 1G, 2G và 3G

sẽ hoàn toàn độc lập nhau và sẽ triển khai đan xen nhau, sau đó UMTS sẽ thay thế dần GSM

Hệ thống UMTS không những đợc mong chờ mà còn đợc hy vọng lớn sẽ

là hệ thống tế bào bao toàn bộ các loại mạng khác, từ Vô tuyến di động cá nhân PRM (Private Radio Mobile) tới các Mạng nội hạt không dây (Wireless Lan) và các hệ thống Vệ tinh di động MMS, với các đặc điểm quan trọng nh: hoạt động toàn cầu, hỗ trợ các dịch vụ tốc độ bit cao và đặc biệt là tính định h-ớng dịch vụ Trong khi ngời Châu Âu xem UMTS là mạng 3G toàn cầu cho thế kỷ 21, hầu hết các kỹ s của họ làm việc với UMTS hy vọng có thể đạt đợc thoả thuận với ITU để sớm điều chỉnh UMTS nhằm đợc công nhận là chuẩn toàn cầu

Tại Mỹ, tuy không có các chơng trình Nghiên cứu và Phát triển R&D (Research & Development) mang tầm cỡ quốc gia về các hệ thống 2G và 3G nào đợc hình thành nhng hệ thống dịch vụ thoại tiên tiến 1G AMPS (Advanced Mobile Phone Service) của họ đã đợc phát triển thành hệ thống thế

hệ 2, gọi là 2G IS-136, sau đó trở thành hệ thống IS-95 Ngời Mỹ cũng giới thiệu hệ thống IDEN có khả năng hỗ trợ các dich vụ tế bào và vành vô tuyến,

nó cũng chiếm một phổ tần rất lớn cho 3G và cho phép GSM thâm nhập vào

Mỹ dới dạng PCS-1900

Với sự xuất hiện IS-95 tại Mỹ, dù ra đời sau GSM nhng nhiều ngời cho nó

là hệ thống 2.5G Phổ của IS-95 hẹp cỡ 1.25 Mhz ở đầu dải AMPS là đủ cho CDMA tế bào nên những ngời ủng hộ CDMA đều thấy rõ là nó cho hiệu quả phổ rất cao Vì thế chúng ta có thể coi IS-95 là một hệ thống 2.5G do nó phù hợp với môi trờng đa ngời dùng 3G và phát triển lên 3G một cách dễ dàng Bên cạnh đó, GSM với TDMA của nó cũng có thể phát triển tới 3G mà không cần thêm Card CDMA, nhng vẫn có sự phát triển của GSM từ giai đoạn 2+ lên UMTS

Đồng thời với sự khởi đầu dự án RACE 1043 tại Châu ÂU, nhóm đặc biệt

đợc thành lập của ITU là TG 8/1 (Task Group thuộc CCIR) coi hệ thống 3G của họ là hệ thống thông tin di động mặt đất công cộng tơng lai FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunication System) Tuy nhiên, uỷ ban

TG 8/1 đã thay tên dùng cho hệ thống 3G bằng tên mới: Thông tin di

động quốc tế năm 2000 IMT-2000 (International Mobile Telecommunication for 2000)

Phổ của IMT-2000: Hội nghị về quản lý vô tuyến thế giới tháng 03/1992

đã chỉ định 200 Mhz trong dải tần 2G cho IMT-2000 sử dụng trên phạm vi toàn cầu Các dải tần cụ thể là 1885 - 2000 Mhz và 2110 - 2200 Mhz, trong đó

có một vài phần dải này đã bị các hệ thống khác sử dụng Phổ IMT-2000 có thể chia thành 7 khoảng nh sau:

• Khoảng 1: dùng cho DECT tại Châu Âu và PHS, PCS, DEC tại một số vùng trên thế giới

• Khoảng 2: dùng cho PHS, PCS tại Mỹ và Nhật

• Khoảng 3 và 6: hình thành các dải ghép phân kênh theo tần số 60 Mhz

• Khoảng 4 và 7: sử dụng cho các dịch vụ vệ tinh di động cung cấp các dải tần 30 Mhz kiểu FDD

- Khoảng 4: dùng cho đờng lên

- Khoảng 7: dùng cho đờng xuống

• Khoảng 5: có thể dùng cho các dịch vụ MSS đờng lên ở Mỹ.

Tần số các khoảng cho trong Bảng 1.1 dới đây:

cứ lúc nào Sau đó, một nhóm con của ITU, gọi là Viễn thông di động không dây 2000 (IMT-2000) đã xuất bản một tập các yêu cầu thực thi của hệ thống không dây 3G, cụ thể nh sau (đối với cả dữ liệu chuyển mạch gói và chuyển mạch mạch điện):

- Trong môi trờng phơng tiện chuyển động: tốc độ dữ liệu tối thiểu là

144 Kbps

- Trong môi trờng ngời đi bộ: tốc độ dữ liệu tối thiểu là 384 Kbps

- Trong môi trờng cố định trong phòng và môi trờng vi tế bào: tốc độ dữ liệu nhỏ nhất là 2 Mbps

Thêm vào đó, trong tất cả các môi trờng hệ thống phải hỗ trợ cùng tốc độ dữ liệu đối với đờng lên và đờng xuống (các tốc độ dữ liệu đối xứng), cũng

nh hỗ trợ các tốc độ dữ liệu khác nhau đối với đờng lên và đờng xuống (các tốc độ dữ liệu bất đối xứng)

Dựa trên những yêu cầu này, năm 1999 ITU đã phê chuẩn năm giao diện vô tuyến đối với các chuẩn IMT-2000 (Khuyến nghị 1457), với ba trong năm chuẩn đợc phê chuẩn dựa trên CDMA là: CDMA 2000, TD-SCDCDMA và WCDMA

CDMA 2000 cũng đợc biết đến theo tên ITU của nó: IMT-2000 CDMA

WCDMA CDMA 2000 UTRA-CDMA UWC-1360 DECT (UMTS) (1x và 1xEV ) và TD-SCDMA /EDGE

Hình 1.1 Các giao diện vô tuyến mặt đất /IMT 2000.

Một vài chuẩn và hệ thống nh: Hệ thống điện thoại di động phổ thông (UMTS) đã đợc thực thi trong phổ 3G mới (ví nh ở Châu Âu) Trong khi các chuẩn và hệ thống không dây khác nh IS - 2000 có thể giới thiệu các dịch vụ 3G trong phổ đã đợc sử dụng bởi các hệ thống thế hệ 2 (2G),với sự quan tâm tới những đầu t đã triển khai trong các lĩnh vực hữu ích và cần thiết Sự chuyển hớng giá trị kỹ thuật cao trong hệ thống IS-2000 đã nhấn mạnh tầm quan trọng cuả việc đầu t vào cơ sở hạ tầng đã đợc tính toán trong khi xem xét đến nhu cầu thị trờng của các dịch vụ này Đây là một trong những lý do tại sao IS-2000 đã phổ biến trong sự triển khai ban đầu của 3G

Ngoài ra, IS-2000 cũng tơng thích ngợc với các hệ thống 2G IS-95

Điều này mang lại cho IS-2000 hai u điểm quan trọng Thứ nhất, IS-2000 có thể hỗ trợ việc tái sử dụng các thiết bị cơ sở hạ tầng IS-95 đang tồn tại và do

đó chỉ yêu cầu sự đầu t tăng thêm nhằm cung cấp các dịch vụ 3G Thứ hai, độ mạo hiểm trong qua trình thực thi thấp hơn khi quá độ tới 3G do IS-2000 đại diện cho một giải pháp kỹ thuật tự nhiên từ các thế hệ trớc nó

IMT-2000 CDMA TDD

IMT-2000 TDMA Đơn sóng mang

IMT-2000 FDMA/ TDMA

Hệ thống thơng mại 3G đầu tiên đợc SK Telecom (Nam Hàn Quốc) triển khai vào tháng 10 năm 2000 dùng CDMA 2000 1x Đến cuối năm 2005 đã có

170 hệ thống CDMA 2000 (1x và 1x EV-DO) thơng mại và WCDMA thơng mại, phục vụ hơn 275 triệu ngời dùng trên khắp các châu lục CDMA là công nghệ 3G đợc triển khai rộng nhất ngày nay

CDMA 2000 đại diện cho một họ các chuẩn gồm các công nghệ: CDMA

2000 1x và CDMA 2000 1x EV-DO:

a/ CDMA 2000 1x: có thể mang gần gấp ba lần dung lợng thoại của các mạng CDMA One TM và đạt tốc độ dữ liệu gói đỉnh bằng 153 Kbps (Release 0) hoặc 307 Kbps (Release 1) với các môi trờng di động trong một kênh 1.25 Mhz đơn

b/ CDMA 2000 1x EV-DO (Evolution Data Optimized - Giải pháp tối u hoá dữ liệu): là một công nghệ dữ liệu trung tâm cho phép các nhà khai thác cung cấp những dịch vụ dữ liệu nâng cao

• CDMA 2000 1x EV-DO Release 0: đạt tốc độ dữ liệu bằng 2.4 Mbps, với các mạng thơng mại nó đạt 300 đến 600 Kbps trong một kênh đơn 1.25 Mhz Đây là tốc độ dữ liệu cao nhất của bất kỳ công nghệ không dây nào đợc triển khai ngày nay Do đó nó có thể hỗ trợ những ứng dụng dữ liệu cải tiến nhất nh : các bộ chuyển đổi MP3, hội thảo truyền hình, quảng bá Ti vi, tải hình ảnh và âm thanh

CDMA 2000 1x EV-DO có ở dạng thơng mại từ năm 2002

• CDMA 2000 1x EV-DO Revision A (RevA): đạt tốc độ dữ liệu đỉnh bằng 3.1 Mbps trên đờng xuống và 1.8 Mbps trên đờng lên Với RevA, nhà vận hành có thể giới thiệu những dịch vụ đa phơng tiện tiên tiến, gồm: thoại, dữ diệu và quảng bá trên tất cả các mạng IP RevA sẽ có ở dạng thơng mại trong tháng 02 năm 2006

• CDMA 2000 1x EV-DO Revision B (RevB): là chuẩn đợc triển khai phổ biến trong nửa đầu năm 2006.RevB đa ra sơ đồ điều chế 64-

QAM và sẽ đạt tốc độ dữ liệu đỉnh bằng 73.5 Mbps trên đờng xuống và

27 Mbps trên đờng lên thông qua việc kết hợp 15 sóng mang 1.25 Mhz trong băng thông 20 Mhz RevB sẽ đợc thơng mại hoá năm 2008

1.3 Kiến trúc giao thức

Một sự khác nhau về kiến trúc giữa chuẩn IS-2000 và chuẩn IS-95 đó là IS-2000 gọi ra rõ ràng các chức năng của bốn lớp giao thức khác nhau Những lớp này là: lớp vật lý, lớp truy nhập môi trờng, lớp truy nhập liên kết báo hiệu

và lớp trên hơn

1.3.1 Lớp vật lý (lớp 1)

Lớp vật lý chịu trách nhiệm truyền và nhận các bit qua môi trờng vật lý

Do trong trờng hợp này môi trờng vật lý là qua không khí nên lớp vật lý phải chuyển đổi các bit thành các dạng sóng (ví dụ nh điều chế) nhằm cho phép chúng truyền qua không khí Cùng với đó, lớp vật lý cũng thực hiện các chức năng mã hoá để thi hành các chức năng điều khiển lỗi tại các mức bít và khung

1.3.2 Các lớp con điều khiển truy nhập môi trờng (MAC)

Lớp con MAC sự truy nhập của các lớp cao hơn vào môi trờng vật lý do nó

đợc chia sẻ giữa những ngời dùng khác nhau Về mặt này, MAC thực hiện các chức năng tơng tự, nh một thực thể MAC điều khiển một mạng nội bộ (LAN) Trong khi một LAN MAC điều khiển sự truy nhập của các máy tính khác nhau tới bus đợc chia sẻ, thì lớp con IS-2000 MAC quản lý sự truy nhập của những ngời dùng khác nhau (thoại tốc độ thấp và dữ liệu tốc độ cao) tới giao diện không khí đợc chia sẻ

1.3.3 Lớp con điều khiển truy nhập liên kết báo hiệu (LAC) (Lớp 2)

Lớp con LAC chịu trách nhiệm về độ tin cậy của các tin nhắn báo hiệu (hoặc mào đầu) đợc thay đổi Hãy nhớ lại rằng môi trờng truyền qua không

khí cực kỳ dễ xảy ra lỗi, và các tin nhắn thông tin tại thời điểm thu đợc (và

đ-ợc chấp nhận) có lỗi Mặt khác, do các tin nhắn báo hiệu cung cấp những chức năng quan trọng nên chúng phải đợc phát và thu một cách tin cậy Lớp con LAC thực hiện một tập các chức năng bảo đảm độ tin cậy khi giao phát các tin nhắn báo hiệu

1.3.4 Lớp trên hơn (Lớp 3)

Lớp trên hơn thực hiện điều khiển toàn bộ hệ thống IS-2000 bằng cách chúng đợc dùng nh điểm xử lý tất cả và bắt đầu những tin nhắn báo hiệu mới Những tin nhắn thông tin (cả dữ liệu và thoại) cũng vợt qua đợc lớp 3

Trong chuẩn IS-95 không mô tả rõ ràng và phân tách các chức năng mỗi lớp Tuy nhiên chúng đợc thực hiện bởi các lớp dạng tồn tại Chẳng hạn, truy nhập di động là một chức năng mang tính vật lý của lớp con MAC, nhng những mô tả của nó đợc gộp chung với những chức năng khác trong một chuẩn đơn

Về điểm này một câu hỏi đợc đặt ra là : tại sao kiến trúc phân lớp không

đ-ợc dùng trong IS-95 nhng giờ lại đđ-ợc sử dụng trong IS-2000 Điều này là do kiến trúc phân lớp mang lại cho hệ thống sự thích ứng với kiến trúc 3G đã đợc mô tả trong IMT-2000 Kết cấu IMT-2000 đòi hỏi các mạng khác nhau tập hợp lại nhằm cung cấp các dịch vụ tới những ngời sử dụng cuối cùng, mức độ

và việc mở rộng sự tập hợp này đợc tổ chức rõ ràng hơn nếu quan sát từ khía cạnh của kiến trúc phân lớp Những chức năng đã định rõ tốt cung cấp khả năng điều chế tới hệ thống Ngay cả khi một lớp vẫn thực hiện những chức năng của nó và cung cấp các dịch vụ mong muốn thì sự thực thi cụ thể những chức năng đó có thể bị điều chỉnh và thay thế mà không yêu cầu thay đổi các lớp trên và dới nó

Hình 1.2 Cấu trúc của kiến trúc giao thức dùng trong IS 2000–

(trình bày từ góc độ trạm di động).

Hình 1.2 ở trên trình bày cấu trúc kiến trúc giao thức đợc dùng trong

IS-2000.Không mất tính tổng quan, hình này trình bày từ khía cạnh trạm di

động, cũng có thể vẽ một hình tơng tự từ góc độ trạm gốc bằng việc quay ngợc hớng vài mũi tên và thay đổi vị trí vài thực thể Hình 1.1 l một hình khá quanàtrọng và đợc dùng để tham khảo mọi lúc Hãy chú ý đến ba lớp khác nhau (lớp

1, 2 và 3), hai lớp con trong lớp 2 (MAC và LAC), các thực thể trong các lớp (chẳng hạn Giao thức chuỗi vô tuyến báo hiệu-SRBP), các đờng thông tin giữa

các lớp và các thực thể Cũng lu ý rằng cấu trúc lớp trình bày trong hình 1.2 giống với Mô hình tham chiếu kết nối trung gian các hệ thống mở - OSI

1.4 Các yếu tố khác của kiến trúc giao thức

Cùng các lớp đơn lẻ, kiến trúc giao thức có các yếu tố quan trọng khác nh:

F-DCCH Kênh điều khiển dành

riêng đờng xuống R-DCCH

Kênh điều khiển dành riêng đờng lênF-PCH* Kênh nhắn tin

F-QPCH Kênh nhắn tin nhanh

R-ACH* Kênh truy nhập

(Tiếp theo) Bảng 1.2

Kênh định

KênhR-EACH

Kênh truy nhập nâng

caoF-CCCH Kênh điều khiển chung

đờng xuống

CCCH

R-Kênh điều khiển chung

đờng lênF-BCCH Kênh điều khiển quảng

bá

F-CPCCH Kênh điều khiển công

suất chungF-CACH Kênh gán chung

F-PICH* Kênh dẫn đờng đờng

xuống R-PICH Kênh dẫn đờng đờng lênF-TDPICH Kênh dẫn đờng đa dạng

truyềnF-APICH Kênh dẫn đờng bổ trợ

F-ATDPICH Kênh dẫn đờng đa dạng

truyền bổ trợ

Các kênh vật lý là các đờng thông tin giữa lớp vật lý và đa lớp con kênh chung/dành riêng Các kênh vật lý đợc chỉ định bởi các chữ in hoa Theo chỉ

định, ký tự đầu tiên và gạch ngang là viết tắt của Đờng xuống (F-) hoặc ờng lên (R-), và hai ký tự cuối “CH” luôn viết tắt cho “Kênh” Chẳng hạn, R-ACH là viết tắt của Kênh truy nhập đờng lên, và F-FCH là viết tắt của Kênh cơ sở đờng xuống Bảng 1.2 trình bày danh sách tên và mô tả các kênh vật lý, trong đó các kênh vật lý của IS-95 đợc chỉ rõ bằng dấu hoa thị

Đ-1.4.2 Kênh logic

Các kênh logic là các đờng thông tin giữa đa lớp con kênh chung/dành riêng và các thực thể lớp cao hơn Các kênh logic mang các đơn vị logic báo hiệu và thông tin ngời dùng, cũng có thể xem các kênh vật lý nh các phơng

tiện vật lý dùng để chuyển tải thông tin báo hiệu hoặc ngời dùng qua không khí.

riêng đờng xuống r-dsch

Kênh báo hiệu dành riêng

đờng lênf-dtch Kênh lu lợng dành riêng

Kênh lu lợng dành riêng

đ-ờng lên

Kênh vật lý đợc chỉ định bởi các ký tự thờng Ký tự đầu tiên và gạch ngang là viết tắt của đờng xuống (f-) hoặc đờng lên (r-), và hai ký tự cuối “ch” luôn để chỉ “kênh” Ví dụ, r-csch là viết tắt của kênh báo hiệu chung đờng lên,

và f-dtch viết tắt cho kênh lu lợng dành riêng đờng xuống Danh sách tên và chỉ định của các kênh vật lý đợc trình bày trong bảng 1.3

1.4.3 Đơn vị dữ liệu

Các đơn vị dữ liệu là các đơn vị logic của báo hiệu và thông tin ngời dùng đợc thay đổi giữa thực thể SRBP/thực thể Giao thức liên kết vô tuyến (RLP) và các thực thể lớp cao hơn Có hai kiểu đơn vị dữ liệu: đơn vị dữ liệu trọng tải (PDU) và đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU) PDU thờng để chỉ định những đơn vị dữ liệu đợc chấp nhận bởi một nhà cung cấp dịch vụ từ một ngời yêu cầu dịch vụ, và SDU là những đơn vị dữ liệu đợc mang tới một nhà cung cấp dịch vụ bởi một ngời yêu cầu dịch vụ

Trong lớp con MAC, có bốn thực thể: SRBP, RLP, đa lớp con kênh chung

và đa lớp con kênh kết hợp Đa lớp con kênh chung thực hiện việc ánh xạ giữa các kênh chung logic (đợc chia sẻ giữa nhiều ngời dùng) và các kênh chung vật lý Đa lớp con kênh kết hợp thực hiện sự ánh xạ giữa các kênh dành riêng

logic (đợc dành riêng tới những ngời dùng xác định) và các kênh dành riêng vật lý Lu ý rằng trong khi các kênh dành riêng đợc dùng cho cả báo hiệu và dữ liệu ngời dùng thì các kênh chung chỉ đợc dùng cho báo hiệu.

SRBP và RLP là những thực thể giao thức trong lớp con MAC SRBP quản lý báo hiệu kênh chung (ngợc với báo hiệu kênh dành riêng) và RLP quản lý thông tin ngời dùng đợc đóng gói tự nhiên

1.5 Sự khác nhau giữa IS - 2000 và IS - 95

Chuẩn IS-2000 đại diện cho một sự mở rộng kỹ thuật tự nhiên từ chuẩn IS-95, và có thể thấy điều này trong thực tế rằng các ngời dùng IS-2000 và các ngời dùng IS-95 có thể dùng chung cùng sóng mang Mặc dù IS-2000 tơng thích ngợc với IS-95 nhng giữa chúng cũng có nhiều sự khác nhau, và sẽ đợc chỉ ra bây giờ bằng cách giới thiệu những khác biệt đại diện quan trọng bắt nguồn từ IS-95 Do yêu cầu của 3G và IS-2000 là phát và thu ở tốc độ dữ liệu cao, nên phải cần tới hai kiểu cải tiến nhằm cho phép các tốc độ dữ liệu bằng hoặc trên 144 Kbps: những cải tiến trong báo hiệu và những cải tiến trong truyền dẫn

1.5.1 Báo hiệu

Muốn thực thi dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao hợp lệ, IS-2000 cần thu đợc và giải phóng động các tài nguyên liên kết vô tuyến, và yêu cầu báo hiệu hiệu quả nhằm thực hiện thu và giải phóng nhanh các tài nguyên vô tuyến này Có hai cơ chế báo hiệu:

Trên đờng xuống: có các kênh vật lý báo hiệu/mào đầu mới nh: kênh nhắn tin nhanh (F-QPCH), kênh điều khiển chung đờng xuống (F-BCCH), kênh

điều khiển công suất chung (F-CPCCH) và kênh gán chung (F-CACH)

Trên đờng lên có các kênh vật lý báo hiệu/mào đầu mới nh: kênh điều khiển dành riêng đờng lên (R-DCCH), kênh truy nhập nâng cao (R-EACH) và kênh

điều khiển chung đờng lên (R-CCCH)

Trên đờng lên có các tin nhắn báo hiệu ngắn hơn IS-2000 có thể phát các khung 5-ms ngắn hơn trên kênh truy nhập nâng cao (R-EACH) Điều này làm giảm xác suất lỗi truy nhập

Trên đờng xuống IS-2000 cũng có thể phát những tin nhắn báo hiệu ngắn

và có thể dùng những khung 5-ms ngắn hơn (ví dụ tốc độ 1/8) trên kênh cơ sở

đờng xuống cho mục đích này

Thêm vào đó, bây giờ một máy di động IS-2000 có thể ở một trong vài chế độ (ví dụ: chế độ không hoạt động) nhằm phù hợp với sự truyền dẫn dữ liệu gói theo chuỗi nhằm bảo tồn tài nguyên liên kết vô tuyến

1.5.2 Truyền dẫn

Một dung lợng liên kết vô tuyến cao hơn rõ ràng đợc cần đến để thực thi dữ liệu tốc độ cao, và những thay đổi khác nhau đợc tạo ra nhằm cải thiện dung lợng liên kết vô tuyến vợt quá IS-95 Những thay đổi này cũng tạo ra ảnh hởng tới việc sử dụng hiệu quả hơn các tài nguyên liên kết không khí Vài thay đổi chính đợc liệt kê ra nh sau:

Kênh bổ sung đờng xuống (F-SCH) và kênh bổ sung đờng lên SCH) đợc thêm vào nhằm truyền tải dữ liệu ngời dùng tốc độ cao Đờng lên giờ có một kênh dẫn đờng đờng lên (R-PICH) để hỗ trợ điều chế kết hợp trên

Cùng với điều khiển công suất các kênh lu lợng, IS-2000 cũng có thể

điều khiển công suất kênh báo hiệu (chẳng hạn: kênh điều khiển dành riêng ờng xuống [F-DCCH] )

Bên cạnh đó, những cải tiến trong truyền dẫn khác bao gồm: sự thực thi của điều chế dịch pha trực giao hiệu quả hơn (QPSK) trong giai đoạn điều chế

và sử dụng các mã Turbo hiệu quả hơn đối với những truyền dẫn tốc độ dữ liệu cao

phải chuyển đổi các bit thành các dạng sóng (ví dụ: điều chế) và ngợc lại để giúp chúng truyền qua không khí.

Cùng với mã hoá và điều chế, lớp vật lý cũng thực hiện chức năng định kênh, do đó những ngời dùng khác nhau có thể đợc phân biệt với nhau Trong một hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp đợc chia sẻ (nh IS-2000 và IS-95) chức năng định kênh đợc thực hiện qua việc dùng các mã trực giao và gần trực giao

Các kênh vật lý tồn tại trên đờng xuống trong hệ thống IS-2000 đợc tổ chức thành hai loại chính: kênh báo hiệu và kênh ngời dùng

• Các kênh báo hiệu: là các kênh mang thông tin báo hiệu và điều khiển Các kênh báo hiệu có thể đợc phân thành hai kiểu: kênh chung và kênh dành riêng Kênh F-DCCH là một kênh báo hiệu dành riêng do nó đợc gán một lần và chỉ đợc sử dụng bởi một ngời dùng Các kênh báo hiệu còn lại nh: F-CCCH và F-QPCH … là các kênh báo hiệu chung dochúng đợc chia sẻ giữa nhiều ngời dùng

• Các kênh ngời dùng: là các kênh mang thông tin ngời dùng Thông tin ngời dùng có thể là thoại, dữ liệu tốc độ thấp (nh các dịch vụ tin nhắn ngắn hay SMS), hoăc dữ liệu tốc độ cao (nh luồng hình ảnh) Có ba kênh vật lý đợc sử dụng chủ yếu để mang thông tin ngời dùng: F-FCH: tơng đơng với kênh lu lợng trong IS-95, F-SCCH: tơng đơng với kênh mã bổ sung đờng xuống trong IS-95, (đặc biệt IS-95B) và F-SCH: là một kênh mới trong IS - 2000

Các kênh Kênh điều khiển dành riêng

dành riêng đờng xuống (F-DCCH)

Kênh cơ sở đờng xuống (F-FCH*)

Các kênh

ngời dùng Kênh bổ sung đờng xuống (F-SCH)

Kênh mã bổ sung đờng xuống (F-SCCH*)

Hình 2.1 Danh sách các kênh vật lý đờng xuống trong IS -2000.

Các kênh vật lý trong IS -95 đợc biểu thị bằng dấu hoa thị.

Hình 2.1 trên trình bày danh sách các kênh liên kết đờng xuống này, gồm cả các kênh báo hiệu và ngời dùng

Các kênh vật lý đờng xuống và bản đối chiếu đờng lên của chúng Bảng 2.1

R-SCH

Kênh

bổ sung

Truyền dữ liệu ngời dùng khi một cuộc gọi

kích hoạt, dùng mã Turbo và mã xoắn

đờng lên

kích hoạt, dùng mã Turbo vàmã xoắn

F-SCCH*

Kênh mã

bổ sung

đờng xuống

Truyền dữ liệu ngời dùng khi một cuộc gọi kích hoạt, dùng mã xoắn

F-FCH*

Kênh cơ sở

đờng xuống

Truyền dữ liệu ngời dùng và báo hiệu khi một cuộc gọi kích hoạt, dùng mã xoắn

cơ sở

đờng lên

Truyền dữ liệu ngời dùng và báo hiệu khi một cuộc gọi kích hoạt, dùng mã xoắn

F-DCCH

Kênh

điều khiển dành riêng đ- ờng xuống

Truyền dữ liệu ngời dùng và báo hiệu khi một cuộc gọi kích hoạt

R-DCCH

Kênh

điều khiển dành riêng đ- ờng lên

Truyền dữ liệu ngời dùng và báo hiệu khi một cuộc gọi kích hoạt

đầu hệ thống

Kênh nhắn tin nhanh

hoạt động trong trạng thái rỗi ở chế độ phân khe) ở bất kỳ

đâu

R-ACH*

Kênh truy nhập

Thông tin khởi

đầu với BS,

ví dụ: truy nhập ban đầu và trả lời các trangF-CCCH Kênh

điều khiển chung đ-

ờng xuống

Truyền dữ liệu báo hiệu khiF-FCH, F-SCCH,F-SCH hoặcF-DCCH không kích hoạt

R-CCCH Kênh

điều khiển chung

đờng xuống

Truyền dữ liệu báo hiệu và ngời dùng khiR-FCH, R-SCCH, R-SCH hoặcR-DCCH không kích hoạt

Truyền dữ liệu báo hiệu khiF-FCH, F-SCCH, F-SCH hoặcF-DCCH không kích hoạt

F-CPCCH

Kênh

điều khiển công suất chung

Truyền các kênh con điều khiển công suất chung(một bit trên kênh) để điều khiển công suất

R-CCCH vàR-EACH

F-CACH

Kênh gán chung

Truyền dữ liệu báo hiệu để phân phối các tài nguyênR-CCCH

Kênh đạo tần đờng xuống

Hỗ trợ MS yêu cầu sự

đồng bộ thời gian ban đầu

F-PICH

Kênh đạo tần đờng lên

Hỗ trợ BS phát hiện

sự truyền MS

F-TDPICH

Kênh đạo tần đa dạng truyền

Thực thi đa dạng truyền trên đờng xuốngF-APICH

Kênh đạo tần bổ trợ

Hỗ trợ việc dùng chùm vết

F-ATDPICH

Kênh đạo tần đa dạng truyền

bổ trợ

Thực thi đa dạng truyền trong chùm vết

Bảng 2.1 ở trên là danh sách các kênh vật lý đợc lớp vật lý sử dụng, trong

đó trình bày đầy đủ cả các kênh đờng lên và đờng xuống cùng những mô tả của chúng Hơn nữa, với mỗi kênh vật lý đờng xuống, các bản đối chiếu trên

đờng lên cũng đợc trình bày trong cùng hàng tơng ứng Các mô tả kênh đợc

đánh dấu hoa thị biểu thị những kênh cũng tồn tại trong IS-95 Lu ý rằng các kênh cơ sở (cả đờng xuống và lên) tơng đơng với các kênh lu lợng trong IS-95 Thêm vào đó, các tên kênh in đậm biểu thị những kênh đợc gọi chung là “các kênh lu lợng IS-2000” (tránh nhầm lẫn với các kênh lu lợng IS-95) do các kênh này có thể mang cả dữ liệu lu lợng ngời dùng trong các hệ thống IS-2000

2.2 cấu hình vô tuyến

Trong IS-2000, mỗi kênh vật lý (ví dụ: kênh cơ sở đờng xuống, kênh mã

bổ sung đờng xuống, kênh bổ sung đờng xuống và kênh điều khiển dành riêng

đờng xuống) có thể giả định những cấu hình vô tuyến khác nhau để thực thi những tốc độ dữ liệu khác nhau Đối với mỗi cấu hình vô tuyến, phải chọn: tốc

độ mã hoá kết hợp, các đặc tính điều chế và tốc độ trải phổ phù hợp nhằm đạt

CấU HìNH

VÔ TUYếN TốC ĐộM HóAã ĐIềU CHế

TốC ĐộTRảI PHổ

TốC Độ DữLIệU CựC

1, hệ thống có khả năng phát tại 1.2 Kbps, 2.4 Kbps, 4.8 Kbps và 9.6 Kbps, nhng chỉ trình bày tốc độ dữ liệu lớn nhất là 9.6 Kbps Thêm vào đó, với mỗi cấu hình, tốc độ mã hoá R thờng giống nhau, không phụ thuộc vào kích thớc khung (20 ms hoặc 50 ms) Tuy nhiên với Cấu hình vô tuyến 8 và 9 (ví dụ: Tốc độ trải phổ 3), tốc độ mã hoá lại phụ thuộc kích thớc khung đợc phát

2.3 kênh báo hiệu

Một trong các yêu cầu quan trọng với 3G là tốc độ dữ liệu cao Muốn đạt

đợc yêu cầu này một cách hợp lệ cần tạo ra lớp vật lý hiệu quả hơn Nhớ lại rằng trong 2G IS-95, trong khi một cuộc gọi kích hoạt thông tin đợc mang

điển hình bởi kênh lu lợng (ví dụ: kênh cơ sở) Muốn vậy, các bít báo hiệu ăn cắp khả năng của kênh lu lợng để mang các bit dữ liệu ngời dùng

3G IS-2000 giải quyết việc này bằng cách thực thi các kênh báo hiệu riêng biệt để mang thông tin báo hiệu Mặc dù dữ liệu báo hiệu vẫn có thể đợc kênh cơ sở mang, IS-2000 có thêm chọn lựa là gửi dữ liệu báo hiệu trên các kênh

báo hiệu riêng biệt Điều này giúp giải phóng khả năng của kênh cơ sở và kênh bổ sung nhằm truyền tải dữ liệu ngời dùng hiệu quả hơn.

2.3.1 Kênh điều khiển dành riêng đờng xuống (f-dcch)

Kênh F-DCCH là một kênh báo hiệu duy nhất theo hai khía cạnh: Không giống các kênh báo hiệu khác, F-DCCH là một kênh báo hiệu dành riêng F-DCCH đợc gán một lần và chỉ đợc phân phối tới một ngời dùng đã đợc chỉ

định Tất cả các kênh báo hiệu khác (sẽ đợc mô tả sau) là kênh chung và đợc chia sẻ với nhiều ngời dùng khác nhau

Nếu nh các kênh cơ sở đờng xuống có thể mang dữ liệu báo hiệu (qua chuỗi bit mờ và chuỗi bit trống) thì kênh F-DCCH có thể mang dữ liệu ngời dùng, điển hình là loại tốc độ dữ liệu thấp (nh SMS), các yêu cầu dịch vụ dữ liệu rời rạc tự nhiên và thời gian ngắn Đối với những yêu cầu truyền dẫn nhvậy, thay vì mở rộng tài nguyên nhằm thiết lập một kênh cơ sở hay kênh bổ sung chính thức, hệ thống có thể chọn cách treo tạm thời dữ liệu tốc độ phát

và bắt đầu gửi dữ liệu ngời dùng qua kênh F-DCCH

Thêm vào đó, F-DCCH hỗ trợ cả các định dạng khung 20 ms và 5 ms Chẳng hạn, một định dạng khung 20 ms với F-DCCH có độ dài 192 bit, gồm:

172 bit thông tin, 12 bit kiểm tra độ d chu trình (CRC) và 8 bit đuôi giải mã

Điều này mang lại tốc độ dữ liệu F-DCCH là 9.6 kbps Xem hình 2.2 Lu ý trong trờng hợp này, khung F-DCCH có dung lợng giống nh một khung kênh nhắn tin Tốc độ thiết lập 1 của IS-95 Mặt khác, một cấu trúc khung 5 ms với F-DCCH có chiều dài 48 bit, gồm: 24 bit thông tin, 16 bit CRC và 8 bit

đuôi giải mã Do đó tốc độ dữ liệu F-DCCH cũng là 9.6 Kbps (48 bit/5 ms) Cũng xem hình 2.2 Chú ý rằng rõ ràng một khung 5 ms không mang nhiều dữ liệu bằng một khung 20 ms

Khung 20-ms (9.6 Kbps)

172 bit thông tin 12 bit 8 bit đuôi CRC giải mã Khung 5-ms (9.6 Kbps)

4 bit 16 bit 8 bit đuôi

thông tin CRC giải mã

Hình 2.2 Những ví dụ về các khung F-DCCH 20-ms và 5-ms.

Lý do các khung 5 ms cần thiết là tại những thời điểm một tin nhắn báo hiệu ngắn và không điền đầy toàn bộ khung 20 ms (truyền thống) làm cho việc dùng một khung 20 ms để phát một tin nhắn nhỏ sẽ không hiệu quả Khi

đó dùng một khung 5 ms để truyền tải một tin nhắn báo hiệu ngắn là một cách

sử dụng hiệu quả hơn các tài nguyên liên kết không khí

Một kiểu dữ liệu báo hiệu quan trọng mà F-DCCH mang là các bit điều khiển công suất, đợc dùng để điều khiển công suất đờng lên Trong IS-95 các bit điều khiển công suất đợc ghép trên kênh lu lợng đờng xuống tại 800 Bps trong các nhóm điều khiển công suất Trong một mẫu tơng tự, các bit điều khiển công suất cũng có thể đợc ghép trên kênh F-DCCH Cấu trúc và cách tổ chức của các nhóm điều khiển công suất trên kênh F-DCCH gọi là kênh con

điều khiển công suất đờng xuống Một kênh con điều khiển công suất tồn tại trên kênh F-DCCH nhằm truyền tải các bit điều khiển công suất.

Máy di động dùng các bit điều khiển công suất này để thực hiện điều khiển công suất vòng kín của kênh điều khiển dành riêng đờng lên, kênh cơ sở

đờng lên và kênh bổ sung đờng lên

2.3.2 Kênh nhắn tin nhanh (f-qpach)

Kênh F-QPCH là một kênh vật lý mới đợc dùng trong IS-2000 nhằm cải thiện hiệu quả trong việc gửi các tin nhắn trang Kênh nhắn tin F-PCH trong IS-95 dù hiệu quả nhng vẫn có vài hạn chế:

Trong chế độ không phân khe: máy di động phải hiển thị liên tục toàn bộ khe kênh nhắn tin, trong IS-95 tối thiểu 80 ms Kết quả là, máy di động dùng hết nhiều công suất pin để thực hiện việc hiển thị liên tục này

Trong chế độ phân khe: máy di động chỉ hiển thị những khe thời gian đợc gán cho nó Trong khi điều này tiết kiệm đợc công suất pin nhng nó vẫn không hiệu quả Nếu xem xét từ khía cạnh trạm gốc, nó không hiệu quả do khi trạm gốc có một trang xác định máy di động để gửi, nó không thể gửi ngay lập tức mà phải chờ đến đúng khe để gửi trang Kết quả là máy di dộng thờng không thu đợc ngay lập tức các trang đã đợc gán cho nó Từ góc độ trạm di

động, trong khi máy di động tiết kiệm đợc công suất pin do chỉ hiển thị khe đã gán cho nó, máy di động vẫn phải kích hoạt nhằm hiển thị toàn bộ khe 80 ms,

và hầu hết thời gian không có trang nào hớng tới máy di động

Trong IS-2000, kênh F-QPCH đợc thêm vào nhằm làm giảm bớt hạn chế ở trên Nếu có một trang hớng đến một máy di động, đầu tiên trạm gốc dùng kênh F-QPCH gửi các bit bộ chỉ thị tin nhắn ngắn hơn tới máy di động Máy di động hiển thị các bộ chỉ thị tin nhắn đã chỉ định của nó Nếu các bộ chỉ thị tin nhắn cho thấy rằng không có trang xác định di động nào thì máy di

động không làm gì sau đó Nếu chúng cho thấy có một trang xác định di động

đang tới thì sau đó máy di động kích hoạt và hiển thị khe kênh nhắn tin đã gán của nó Trong trờng hợp này, kênh F-QPCH làm việc với một kênh nhắn tin

đang hoạt động trong chế độ đợc phân khe Thêm vào đó, kênh F-QPCH cũng

có thể làm việc với một kênh điều khiển chung đờng xuống đang hoạt động trong chế độ phân khe

2.3.2.1 Các bộ chỉ thị tin nhắn

Hình 2.3 dới đây trình bày chi tiết hơn kênh F-QPCH làm việc cùng với kênh F-PCH nh thế nào Nh có thể thấy trong hình, một khe kênh nhắn tin và một khe kênh nhắn tin nhanh đều tối thiểu 80 ms, và các khe kênh nhắn tin nhanh cách các khe kênh nhắn tin (tính từ đầu) là 20 ms Mỗi kênh nhắn tin nhanh đợc chia thành bốn phần 20 ms Trong trờng hợp này giả định rằng một khe kênh tin nhắn đã gán của máy di động là khe Y Khi đó, thay vì luôn hiển thị khe kênh tin nhắn Y, máy di động chỉ hiển thị các bộ chỉ thị tin nhắn của

nó trong khe kênh tin nhắn nhanh (y) mà đến trớc khe kênh tin nhắn đã gán (Y)

Trong một khe kênh tin nhắn nhanh, máy di dộng luôn hiển thị hai bộ chỉ thị tin nhắn Hai bộ này hoặc rơi vào phần 20-ms đầu tiên và phần 20-ms thứ

ba (chẳng hạn: y1 và y3), hoặc rơi vào phần 20-ms thứ hai và phần 20-ms thứ

t (ví dụ: y2 và y4) Do đó trong ví dụ này, nếu hai máy di động đều đợc gán khe kênh nhắn tin Y, máy di động thứ nhất có thể hiển thị một bộ chỉ thị tin nhắn trong y1 và một bộ chỉ thị tin nhắn trong y3, máy di động thứ hai có thể hiển thị một bộ chỉ thị tin nhắn trong y2 và một bộ chỉ thị tin nhắn trong y4 Trong thực tế, vị trí chính xác của các bộ chỉ thị tin nhắn trong phần 20-ms đ-

ợc định rõ bởi thuật toán “băm nhỏ”, một thuật toán cùng kiểu với thuật toán xác định khe kênh tin nhắn đã gán đối với một máy di động đang hoạt động trong chế độ phân khe

Khe kênh nhắn tin (Y)

80-ms

Bên cạnh việc mang các bộ chỉ thị tin nhắn, F-QPCH cũng mang hai loại

bộ chỉ thị khác: các bộ chỉ thị quảng bá và các bộ chỉ thị thay đổi cấu hình Máy di động hiển thị các bộ chỉ thị quảng bá của nó để kiểm tra nếu cần hiển thị khe đã gán cho nó (với các tin nhắn quảng bá) trên kênh điều khiển chung

đờng xuống hoặc kênh nhắn tin Hơn thế nữa, mọi máy di động đều hiển thị

các bộ chỉ thị thay đổi cấu hình nhằm khai báo với các máy di động những thay đổi trong tham số cấu hình (chẳng hạn: danh sách các máy xung quanh) Khe kênh tin nhắn nhanh (y)

Hình 2.4 Các bộ chỉ thị thay đổi cấu hình và quảng bá trên kênh F-QPCH

Vị trí tơng đối của các bộ chỉ thị quảng bá và bộ chỉ thị cấu hình đợc trình bày trong Hình 2.4, theo đó số lợng các bộ chỉ thị này phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu của kênh F-QPCH

2.3.2.3 Các đặc điểm của kênh nhắn tin nhanh

Kênh F-QPCH có một đặc tính khác biệt, đó là không có bảo vệ lỗi Điều này có nghĩa là các bit đợc gửi trên F-QPCH không có các bít CRC đợc thêm vào, không đợc mã hoá xoắn cũng nh không đợc xen kẽ khối Lý do của chọn lựa này là các bit bộ chỉ thị tin nhắn cần đợc giải điều chế nhanh chóng tại máy thu, vì thế một quyết định có thể đợc tạo ra nhanh phụ thuộc việc có hiển

thị hay không khe kênh tin nhắn cho phép Nhờ không cần kiểm tra các bit CRC, giải mã xoắn tất cả các bit và giải xen kẽ nên tiết kiệm nhiều thời gian truy nhập Trong IS-95 cũng không bảo vệ lỗi các bit điều khiển công suất với lý do tơng tự (và trong IS-2000) Các bit điều khiển công suất cần

đợc giải điều chế nhanh do đó các quyết định điều khiển công suất có thể đợc tạo ra nhanh chóng nhằm thích ứng với những điều kiện kênh thay đổi

Một sóng mang IS-2000 có thể có trên ba kênh nhắn tin nhanh Tuy nhiên các bộ chỉ thị thay đổi cấu hình và các bộ chỉ thị quảng bá chỉ đợc sử dụng trên kênh nhắn tin nhanh đầu tiên

2.3.3 Kênh điều khiển công suất chung đờng xuống

Nhằm cải tiến hơn nữa hiệu quả báo hiệu của liên kết, IS-2000 thêm hai kênh báo hiệu vật lý bổ sung: F-CCCH và F-BCCH Trong IS-95, kênh nhắn tin có các chức năng: (1) phát các tin nhắn cụ thể đợc dự dịnh đến những máy

di động cụ thể (ví dụ: tin nhắn gán kênh) và (2) phát các tin nhắn quảng bá

đ-ợc định tới tất cả các máy di động (ví dụ: tin nhắn các tham số hệ thống và tin nhắn danh sách các máy xung quanh)

Đối với hai chức năng này, dùng một kênh nhắn tin đơn không hiệu quả

do đặc tính xếp hàng của hai kiểu tin nhắn này Các tin nhắn quảng bá đợc gửi tại những khoảng thời gian đều đặn trong khi những tin nhắn cụ thể lại đợc gửi không đều theo nhu cầu Kết quả là, sự trộn lẫn thống kê hai kiểu tin nhắn khác nhau trên cùng kênh dẫn đến biểu đồ kém tối u hơn của kênh nhắn tin Hơn thế, trong IS-95 cho phép hơn bảy kênh nhắn tin trong một sóng mang,

do mỗi máy di động chỉ hiển thị một kênh tin nhắn, nên nếu có nhiều hơn một kênh tin nhắn trong một sóng mang thì những tin nhắn hệ thống quảng bá phải đợc lặp lại trên tất cả các kênh nhắn tin này

Bên cạnh đó, nhằm giảm bớt trách nhiệm của kênh nhắn tin, IS-2000 bổ sung thêm hai kênh: F-CCCH và F-BCCH Kênh F-CCCH dùng để phát những tin nhắn cụ thể đã định với những máy di động cụ thể, trong khi F-BCCH đợc dùng để phát các tin nhắn hệ thống quảng bá đã dự định với tất cả các máy di

động Lu ý rằng mặc dù F-CCCH là “chung”với cách hiểu nó đợc chia sẻ bởi nhiều ngời dùng nhng mục đích của nó là để mang những tin nhắn cụ thể Mặt khác, do chức năng của F-CCCH là mang các tin nhắn (ví dụ: tin nhắn gán kênh) mà đợc mang trớc đó bởi kênh nhắn tin nên cấu trúc của F-CCCH tơng tự nh kênh nhắn tin Chẳng hạn, F-CCCH gồm các khe F-CCCH tối thiểu mỗi khe 80 ms Điểm mới trong IS-2000 là nó hỗ trợ ba khoảng thời gian khung khác nhau: 20 ms, 10 ms và 5 ms Ví dụ, đối với F-CCCH, một khung 20 ms có thể có độ dài 192 bit gồm 172 bit thông tin,

12 bit CRC và 8 bit đuôi giải mã Điều này làm cho tốc độ dữ liệu F-CCCH bằng 9.6 Kbps (192 bit/20 ms) Xem hình 2.5 Trong trờng hợp này, khung F-CCCH có cùng dung lợng với một khung kênh nhắn tin Tốc độ thiết lập 1 IS-

95 F-CCCH cũng hỗ trợ các tốc độ dữ liệu khác là 19.2 Kbps và 38.4 Kbps Hình 2.5 cho thấy vài ví dụ về các cấu trúc khung F-CCCH

Kênh F-CCCH cũng có thể đợc sử dụng cùng với kênh F-QPCH Nhớ lại rằng kênh nhắn tin nhanh F-QPCH là một kênh vật lý mới đợc dùng trong IS-2000 nhằm cải thiện hiệu quả việc gửi các tin nhắn trang Chẳng hạn: một máy di động không phải hiển thị kênh F-CCCH mọi lúc đối với những tin nhắn trang đợc định cho nó Hơn thế với việc hiển thị những bộ chỉ thị tin nhắn của mình trên kênh nhắn tin nhanh, máy di động có thể biết đợc có nên bắt đầu thu kênh F-CCCH trong khe F-CCCH tiếp theo hay không

Khung 20-ms (9.6 Kbps)

172 bit thông tin 12 bit 8 bit đuôi CRC mã hoá Khung 20-ms (38.4 Kbps)

2.3.4 Kênh điều khiển quảng bá (f-bccch)

Nh đã đề cập trớc đây, mục đích của kênh F-BCCH là phát những tin nhắn hệ thống quảng bá (ví dụ: tin nhắn các tham số hệ thống và tin nhắn các tham số truy nhập) đến các máy di động trong một khu vực phủ sóng của trạm gốc Mặc dù F-BCCH thực hiện một chức năng mà trớc đó đợc thực hiện bởi kênh nhắn tin

IS-95 nhng cấu trúc của F-BCCH có vài điểm khác Xem hình 2.6

Trong hình 2.6, thay vì dùng một khoảng thời gian khe đơn 80-ms (giống kênh nhắn tin và kênh điều khiển chung đờng xuống), F-BCCH có thể có các khe 40 ms, 80 ms hoặc 160 ms Thêm vào đó, khác kênh nhắn tin và kênh

điều khiển chung đờng xuống, F-BCCH chỉ có một định dạng khung tối thiểu

40 ms Do đó rõ ràng một khe 160-ms luôn chứa bốn khung, một khe 80-ms luôn chứa hai khung và một khe 40-ms luôn chứa một khung

Một khung F-BCCH luôn tối thiểu 40 ms và chứa 744 bit thông tin, 16 bit CRC và 8 bit đuôi giải mã, tổng cộng 768 bit trong một khung, dẫn tới tốc

độ dữ liệu F-BCCH (đỉnh) bằng 19.2 Kbps (768 bit/40 ms) Đối với mô phỏng chuỗi (tơng tự mô phỏng ký tự trong IS-95) tốc độ dữ liệu đỉnh này có thể bị giảm xuống Chẳng hạn: việc mô phỏng chuỗi 2x làm tốc độ dữ liệu giảm một nửa, còn 9.6 Kbps và việc mô phỏng chuỗi 4x hạ tốc độ dữ liệu xuống một phần t, còn 4.8 Kbps

2.3.5 Kênh gán chung (f-cach)

Đối với trạm gốc, F-CACH có chức năng phân phối nhanh chóng các tài nguyên kênh điều khiển chung đờng lên (F-CCCH) tới các máy di động khác nhau Kênh F-CACH đợc máy di động sử dụng để phát thông tin báo hiệu khi kênh R-DCCH hoặc R-FCH không kích hoạt Thông tin về việc sử dụng kênh

điều khiển chung đờng lên đợc phát bởi kênh F-CACH.Kênh F-CACH

đợc dùng để điều khiển kênh báo hiệu khác R-CCCH nên CACH thực sự là một kênh báo hiệu đối với một kênh báo hiệu

Khe F-BCCH 160-ms

Khe F-BCCH 80-ms

Khe F-BCCH 40-ms

Khung 40-ms

(đỉnh 19.2 Kbps)

744 16 8 bit bit bit đuôi

thông CRC mã tin hoá

Hình 2.6 Cấu trúc và khung F-BCCH.

Nói cách khác, F-CACH phải nhanh chóng phát thông tin báo hiệu (đến máy di động), vì thế các tài nguyên F-CACH có thể đợc phân phối nhanh chóng nhằm phát vài thông tin báo hiệu khác (trở lại trạm gốc) Nh vậy F-CACH dùng các khung 5-ms dành riêng Hình 2.7 trình bày định dạng khung F-CACH, trong đó khung F-CACH gồm 48 bit nên tốc độ bằng 9.6 Kbps (48 bit/5 ms)

Khung 5-ms (9.6 Kbps)

32 bit 8 bit 8 bit đuôi

thông tin CRC mã hoá

Hình 2.7 Khung F-CACH.

2.3.6 Kênh điều khiển công suất chung (F-CPCCH)

Bên cạnh việc điều khiển công suất kênh cơ sở đờng lên (R-FCH) và kênh

bổ sung đờng lên (R-SCH), IS-2000 còn có khả năng điều khiển công suất các kênh báo hiệu nhằm cải tiến hơn dung lợng liên kết không khí Kênh F-CPCCH có chức năng mang thông tin báo hiệu để điều khiển công suất những kênh báo hiệu đờng lên sau:

• Kênh điều khiển công suất chung đờng lên (R-CCCH)

• Kênh truy nhập nâng cao (R-EACH)

Kênh F-CPCCH gồm một luồng các bit (điều khiển công suất) không đợc bảo vệ lỗi do các bit điều khiển công suất cần đợc giải điều chế nhanh chóng, vì vậy các quyết định điều khiển công suất có thể đợc tạo ra nhanh nhằm thích ứng với sự thay đổi những điều kiện kênh truyền Không cần kiểm tra các bit CRC, giải mã xoắn tất cả các bit và giải xen kẽ sẽ tiết kiệm thời gian truy nhập.Đây cũng là lý do của việc không bảo vệ lỗi các bit điều khiển công suất trong IS-95 (và trong IS-2000)

Hình 2.8 trình bày một ví dụ về định dạng của F-CPCCH Trong đó mỗi khung F-CPCCH (tối thiểu 20 ms) gồm 16 nhóm điều khiển công suất Mỗi nhóm điều khiển công suất tối thiểu 1.25 ms, do đó tốc độ truyền dẫn của các nhóm điều khiển công suất là 800 lần trong một giây (=1/1.25 ms) Mỗi nhóm

điều khiển công suất chứa 12 vị trí bit điều khiển công suất, điều này mang lại tổng cộng 192 vị trí bit điều khiển công suất trong một khung 20-ms

Trong IS-2000, đờng xuống dùng điều chế QPSK gồm hai đờng: đờng cùng pha (I) và đờng trực giao (Q) Kênh F-CPCCH đợc cấu trúc nh vậy nên mỗi đờng chứa các bit điều khiển công suất nhất định và phân biệt nhau Nh Hình 2.8 trình bày, trong đờng I vị trí bit đầu tiên của mỗi nhóm điều khiển công suất đợc dùng để truyền kênh con điều khiển công suất 0, vị trí bit thứ hai đợc dùng để truyền kênh con điều khiển công suất 1, và v.v Trong đ… ờng

Q, vị trí bit đầu tiên của mỗi nhóm điều khiển công suất đợc dùng để truyền

kênh con điều khiển công suất 12 và vị trí bit cuối cùng trong cùng nhóm để truyền kênh con điều khiển công suất thứ 23 Vì thế, trong ví dụ này mỗi nhóm điều khiển công suất có khả năng mang 24 kênh con điều khiển công suất (từ 0 đến 23) Do cả 24 kênh con điều khiển cống suất đều đợc tái tạo trong các nhóm điều khiển công suất chung thông thờng nên tốc độ truyền dẫn của các bit điều khiển công suất đối với mỗi kênh con là 800 lần trong một giây.

Trong thực tế, các vị trí bit điều khiển công suất (và các kênh con điều khiển công suất tơng ứng của chúng) không đợc sắp xếp tuần tự mà đợc sắp xếp một cách giả ngẫu nhiên trong một nhóm điều khiển công suất Mặt nạ mã dài và bộ tạo mã dài đợc dùng để làm giả ngẫu nhiên các vị trí bit trong một nhóm điều khiển c công suất Do máy di động cũng sở hữu mặt nạ mã dài

và bộ tạo mã dài giống nh vậy nên vị trí chính xác của một kênh con điều khiển công suất nhất định đợc máy di động biết một cách hoàn toàn

Bên cạnh việc hỗ trợ 16 nhóm điều khiển công suất trong một khung 20-ms, IS-2000 cũng có thể hỗ trợ 8 nhóm điều khiển công suất trong một khung 20-ms và 4 nhóm điều khiển công suất trong một khung 20-ms Do đó

có thể dễ dàng tính đợc số kênh con điều khiển công suất đợc những định dạng này hỗ trợ:

• Đối với 8 nhóm điều khiển công suất trong một khung 20-ms: F-CPCCH có thể hỗ trợ tổng số 48 kênh con điều khiển công suất

• Đối với 4 nhóm điều khiển công suất trong một khung 20-ms: F-CPCCH có thể hỗ trợ tổng số 96 kênh con điều khiển công suất

Hình 2.8 F-CPCCH: 16 nhóm điều khiển công suất trong một khung 20-ms.

Đối với một kênh F-CCCH, một sóng mang CDMA có thể có lớn nhất 32 kênh R-CCCH và 32 kênh R-EACH, cùng với nếu một kênh F-CACH cũng kích hoạt thì cùng sóng mang có thể có tập (cực đại) 32 kênh R-CCCH khác

Nh vậy với mỗi sóng mang, tổng cộng có 96 kênh điều khiển chung đờng lên

và kênh truy nhập nâng cao đờng lên, 96 kênh này có thể đợc điều khiển công suất tất cả dùng 96 kênh con điều khiển công suất đợc cung cấp bởi 4 nhóm

điều khiển công suất trong một khung 20-ms trên kênh F-CPCCH Lu ý rằng

mỗi kênh con điều khiển công suất chung đợc dùng để điều khiển công suất của một máy di động đơn lẻ.

2.3.7 Kênh dẫn đờng

Trong IS-2000 thực tế có 4 kiểu kênh dẫn đờng trên đờng xuống, đó là:

• Kênh dẫn đờng đờng xuống (F-PICH)

• Kênh dẫn đờng đa dạng truyền (F-TDPICH)

• Kênh dẫn đờng bổ trợ (F-APICH)

• Kênh dẫn đờng đa dạng truyền bổ trợ (F-ATDPICH)

2.3.7.1 Kênh dẫn đờng đờng xuống (f-pich)

Kênh F-PICH tơng đơng kênh dẫn đờng trong IS-95 Kênh này đợc nhận dạng bởi mã Walsh w0128 và không chứa thông tin băng gốc do chuỗi băng gốc

là một luồng 1 giây đợc trải phổ bởi mã Walsh w0128 (cũng là một chuỗi 1 s2) Sau đó chuỗi tạo ra (vẫn 1 giây) đợc nhân với một cặp mã PN trực giao Vì thế kênh dẫn đờng đờng xuống là chính mã PN một cách hiệu quả Giống nh trong IS-95, kênh dẫn đờng đờng xuống cung cấp cho máy di động sự tham chiếu về thời gian và pha Mỗi cung trạm gốc chỉ có một kênh đạo tần đờng xuống

2.3.7.2 Kênh dẫn đờng đa dạng truyền (F -tdpich)

Kênh F-TDPICH là một kênh báo hiệu mới trong IS-2000 và đợc nhận dạng bởi mã Walsh w16128 F-TDPICH không mang thông tin băng gốc do thông tin băng gốc là một luồng 1 giây đợc trải bởi mã Walsh w16128 Kênh F-TDPICH làm việc với kênh dẫn đờng đờng xuống nhằm hỗ trợ khả năng đa dạng truyền trên đờng xuống

Mỗi cung trạm gốc có thể có nhiều nhất một kênh dẫn đờng đa dạng truyền, nếu có một kênh F-TDPICH đợc phát liên tục tại mức công suất bằng hoặc nhỏ hơn mức công suất kênh đạo tần đờng xuống

2.3.7.3 Kênh dẫn đờng bổ trợ (f-apich)