1.4.1 Lớp vật lý
Hệ thống thụng tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA cú 3 loại kờnh: kờnh logic, kờnh truyền tải và kờnh vật lý
1.4.1.1 Kờnh truyền tải
Kờnh truyền tải là cỏc kờnh cung cấp từ lớp vật lý đến lớp con MAC. Cú cỏc loại kờnh truyền tải khỏc nhau tương ứng với cỏc loại dữ liệu và định dạng cỏc loại dữ liệu truyền trờn đú
Tờn Ứng dụng
DCH – Kờnh dựng riờng Dựng để truyền và nhận dữ liệu cỏ nhõn của mỗi UE, cú thể thay đổi tốc độ và điều khiển cụng suất ở tốc độ cao
BCH – Kờnh quảng bỏ Kờnh đường xuống dựng chung cho việc truyền
thụng tin quảng bỏ, kờnh này truyền với tốc độ
dữ liệu cốđịnh
FACH – Kờnh truy nhập
đường xuống
Kờnh dựng chung sử dụng cho việc truyền thụng tin điều khiển và dữ liệu người dựng, được chia sẻ cho nhiều người dựng. Dựng cho việc truyền dữ liệu tốc độ thấp từ cỏc lớp cao hơn
PCH – Kờnh tỡm gọi Kờnh đường xuống dựng chung để chuyển tớn
hiệu tỡm gọi
đường lờn thụng tin điều khiển và dữ liệu người dựng
CPCH – Kờnh gúi chung Kờnh dựng chung đường lờn dựng để chuyển dữ
liệu người dựng, ứng dụng trong việc truy nhập hướng lờn, được sử dụng chớnh trong việc truyền dữ liệu tốc độ cao, dữ liệu cú lưu lượng tăng đột biến
DSCH – Kờnh chia sẻ
hướng xuống
Kờnh đường xuống dựng chung để chuyển dữ
liệu gúi, được chia sẻ cho nhiều người dựng, dựng chủ yếu cho truyền dữ liệu tốc độ cao
Bảng 1.1: Danh sỏch cỏc kờnh truyền tải
1.4.1.2 Kờnh vật lý
Kờnh vật lý được nhận dạng với mó và tần số trong chế độ FDD, thường dựa vào cấu hỡnh một lớp của cỏc khung vụ tuyến và khe thời gian (ỏp dụng cho một số kờnh vật lý). Dạng của cỏc khung vụ tuyến và khe thời gian phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu của kờnh vật lý
Khung vụ tuyến: Là đơn vị nhỏ nhất trong quỏ trỡnh giải mó húa, bao gồm 15 khe thời gian
Khe thời gian: Là đơn vị nhỏ nhất trong chuỗi bit lớp 1. Nú cũng là đơn vị bộ nhất trong TPC và xử lý đỏnh giỏ kờnh. Số lượng bit cú thể được cung cấp trong một khe thời gian phụ thuộc vào kờnh vật lý.
Tờn Ứng dụng
DPCH – Kờnh vật lý
dựng riờng
Dựng cho cả hai hướng đối với mỗi người dựng.
Nú bao gồm DPDCH và DPCCH.
DPDCH – Kờnh dữ liệu
vật lý dựng riờng
Cú ớt nhất 1 kờnh DPDCH được gỏn cho mỗi
người dựng, dựng trong truyền dữ liệu từ cỏc lớp cao hơn DPCCH – Kờnh điều khiển vật lý dựng riờng Chỉ cú 1 kờnh DPCCH được gỏn cho UE sử dụng kờnh vật lý dựng riờng. Dựng để điều khiển lớp vật lý của kờnh DPCH
nhập vật lý đường lờn truyền dữ liệu từ cỏc lớp cao (chủ yếu là dữ liệu tốc độ thấp)
PCPCH – Kờnh gúi vật lý dựng chung
Kờnh dựng chung đường lờn, dựng cho việc
truyền dữ liệu gúi (chủ yếu là tốc độ cao) CPICH – Kờnh Pilot dựng
chung
Kờnh dựng chung hướng xuống. Cú 2 loại là kờnh thứ cấp và kờnh sơ cấp. một kờnh sơ cấp CPICH tồn tại trong mỗi cell, kờnh sơ cấp dựng để đỏnh giỏ kờnh đường xuống, cho UE tỡm kiếm cell. Kờnh thứ cấp CPICH dựng chủ yếu khi mảng
anten linh động AAA (Adaptive Antena Array)
được sử dụng
P-CCPCH – Kờnh điều
khiển vật lý dựng chung sơ cấp
Kờnh dựng chung đường xuống, Một P-CCPCH
tồn tại trong mỗi cell, được dựng để truyền thụng tin quảng bỏ
S-CCPCH – Kờnh điều
khiển vật lý dựng chung thứ cấp
Kờnh dựng chung đường xuống, cú nhiều hơn một S-CCPCH cú thể tồn tại trong một cell, dựng
để truyền tớn hiệu tỡm gọi từ dữ liệu lớp cao hơn (chủ yếu là dữ liệu tốc độ thấp)
SCH – Kờnh đồng bộ Kờnh dựng chung đường xuống, cú hai loại kờnh
đồng bộ; Sơ cấp và thứ cấp. Cỏc kờnh này tồn tại trong cell, dựng để tỡm kiếm người dựng
PDSCH – Kờnh chia sẻ
đường xuống
Kờnh dựng chung đường xuống, Mỗi cell cú thể
cú nhiều hoặc khụng cú kờnh này. Dựng để truyền dữ liệu gúi (chủ yếu với dữ liệu tốc độ cao) AICH – Kờnh chỉ thị truy nhập Kờnh dựng chung đường xuống, tạo thành một cặp kờnh với PRACH, dựng để điều khiển truy nhập vật lý hướng lờn
PICH – Kờnh chỉ thị tỡm gọi
Kờnh dựng chung đường xuống, tạo thành một cặp với S-CCPCH (thụng bỏo tớn hiệu tỡm gọi phự hợp). Truyền thụng tin người gọi cho mỗi nhúm
người dựng cuối AP-AICH – Kờnh chỉ thị
truy nhập – Truy nhập ban đầu
Kờnh dựng chung đường xuống, tồn tại với PCPCH, dựng cho việc điều khiển truy nhập ngẫu nhiờn kờnh gúi vật lý dựng chung
CD/CA-ICH – Kờnh chỉ thị chiếm kờnh/ phỏt hiện trỏnh xung đột Kờnh dựng chung đường xuống, tồn tại cựng với PCPCH, dựng đểđiều khiển xung đột CSICH – kờnh chỉ thị trạng thỏi CPCH
Kờnh dựng chung đường xuống, kết hợp với AP- AICH, dựng để truyền thụng tin trạng thỏi của kờnh gúi vật lý dựng chung PCPCH Bảng 1.2: Danh sỏch cỏc kờnh vật lý Ánh xạ của kờnh truyền tải tới kờnh vật lý Kờnh truyền tải Kờnh vật lý Hướng Lờn/Xuống DPDCH Lờn và xuống DCH DPCCH Lờn và xuống RACH PRACH Lờn PCPCH Xuống CPCH CPICH Xuống BCH P-CCPCH Xuống FACH PCH S-CCPCH Xuống SCH Xuống DSCH PDSCH Xuống AICH Xuống PICH Xuống
1.4.1.3 Ghộp kờnh truyền tải Gỏn CRC Ánh xạ tốc độ TrBk dóy/ Phõn đoạn Mó khối Mó húa kờnh Cõn bằng khung vụ tuyến Interleaving lần 2 Phõn đoạn khung vụ tuyến Ánh xạ tốc độ Ghộp kờnh Giao vận Ánh xạ kờnh vật lý A- Hướng lờn Phõn đoạn kờnh vật lý Phõn đoạn kờnh vật lý Interleaving lần 1 Gỏn CRC TrBk dóy/ Phõn đoạn Mó khối Mó húa kờnh Ánh xạ tốc độ Ánh xạ tốc độ Interleaving lần 1 Phõn đoạn khung vụ tuyến Ghộp kờnh Giao vận Interleaving lần 2 Ánh xạ kờnh vật lý Chốn chỉ thị DTX lần 1 Chốn chỉ thị DTX lần 2 B- Hướng xuống
Hỡnh 1.9: Cấu trỳc ghộp kờnh truyền tải
Yờu cầu của hệ thống thụng tin di động thứ 3 bao gồm chất lượng cao của cỏc dịch vụ đa phương tiện. Phương phỏp sửa lỗi FEC (Forward Error Correction) thực chất là một cụng nghệ để nõng cao chất lượng truyền dẫn.
Cụ thể là nú được dựng trong kỹ thuật ghộp kờnh, Hơn thế, với dịch vụ đa phương tiện, nhiều kờnh truyền tải với cỏc chất lượng dịch vụ khỏc nhau cần
được ghộp kờnh và truyền trờn một kờnh vật lý. Để đạt được cỏc yờu cầu trờn, ỏnh xạ tốc độ được ỏp dụng, thờm vào đú, Multistage InterLeaver (MIL – chốn nhiều khung) cũng được sử dụng
Hỡnh 1.9 chỉ ra cấu trỳc việc chốn mó sửa sai và ghộp nhiều kờnh truyền tải trờn cả hai hướng. Mó húa kờnh và chốn mó sửa sai lần thứ nhất trong một hoặc nhiều khung được thực hiện tại mỗi kờnh. Sau đú, phõn đoạn khung
được thực hiện trờn mỗi kờnh, tiếp theo là ghộp kờnh truyền tải, sau đú, việc chốn mó sửa sai vào khung được thực hiện lần thứ hai. Ở hướng lờn, ỏnh xạ
tốc độ diễn ra sau khi chốn mó sửa sai lần một và phõn đoạn khung vụ tuyến. Trong khi đú, ở đường xuống, việc này diễn ra trước, bởi vỡ hệ số trải phổ
biến đổi với mỗi khung ở đường lờn, cũn ở đường xuống, hệ số này khụng
đổi.
1.4.1.4 Mó húa kờnh
Cú hai loại mó húa là mó húa xoắn và mó húa turbo. Nú được dựng tựy theo yờu cầu chất lượng dịch vụ. Đụi lỳc, khụng cần ứng dụng sửa lỗi trước (FEC). Theo cỏc đặc tớnh của cỏc loại mó húa, mó húa turbo thường dựng cho tớn hiệu video và cỏc ứng dụng tốc độ, chất lượng cao (tỷ lệ mó húa là 1/3, độ
dài là 4). Trong khi đú, mó húa xoắn được dựng để mó húa õm thanh và cỏc dịch vụ dữ liệu cú tốc độ thấp. Trong mó húa xoắn, tỷ lệ mó húa là 1/3 hoặc 1/2 tựy thuộc vào yờu cầu chất lượng dịch vụ, với độ dài là 9 cho cả hai tỷ lệ
Mó húa xoỏn tỷ lệ 1/2 Mó húa xoỏn tỷ lệ 1/3 Hỡnh 1.10: Cấu hỡnh mó xoắn Thành phần mó húa 1 Thành phần mó húa 2 Vào: Mó Turbo Ra: Chốn trong Hỡnh 1.11: Cấu hỡnh mó Turbo
1.4.1.5 Ánh xạ tốc độ
Ánh xạ tốc độ tỏc động lờn dóy bit sau khi mó húa kờnh, tựy vào số
lượng ghộp kờnh truyền tải, tốc độ truyền dữ liệu, yờu cầu QoS của mỗi kờnh truyền tải. Thụng qua quỏ trỡnh xử lý ỏnh xạ tốc độ, nhiều bit trong một kờnh vật lý được phõn phối tới cỏc kờnh truyền tải với tốc độ truyền dẫn cao và chất lượng dịch vụ tốt cỏc kờnh truyền tải khỏc.
Trong ỏnh xạ tốc độ, cú hai phương phỏp được sử dụng:
• Phương phỏp 1 đũi hỏi loại bỏ cỏc bit từ dóy bit với một chu kỳ cốđịnh
• Phương phỏp 2 đũi hỏi chốn cỏc bit vào dóy bit theo một chu kỳ cốđịnh Theo cỏc cơ chế hoạt động này, cỏc kờnh truyền tải với QoS thay đổi cú thể được ghộp kờnh và được phỏt trờn kờnh vật lý như một dóy bit với chất lượng đồng nhất
1.4.1.6 Chốn
Quỏ trỡnh chốn được chia thành hai phần, chốn lần thứ nhất, diễn ra trước khi ghộp kờnh truyền tải bằng cỏc khung, chốn lần thứ hai được diễn ra sau khi ghộp kờnh. Chốn lần thứ nhất được xử lý trờn mỗi kờnh truyền tải bằng bit trong khung, việc này tạo ra sự mềm dẻo cho việc phõn loại cỏc kiểu ghộp kờnh truyền tải, và cho hiệu quả sửa lỗi cao. Lần chốn thứ nhất ứng dụng mẫu chốn tương tự với mỗi kớch thước chốn, trong khi lần thứ hai dựng mẫu phổ biến làm giảm thiểu việc xử lý tải, do đú giảm nhẹ phần cứng, cũng như
năng lượng tiờu thụ.
1.4.1.7 Trải phổ và điều chế
Đối với cỏc kờnh dành riờng đường xuống:
Dữ liệu của cỏc kờnh được chia thành hai nhỏnh I và Q thụng qua bộ
chuyển đổi nối tiếp/song song đểđiều chế QPSK. Cỏc nhỏnh I và Q được trải phổ bằng mó phõn kờnh cch và sau đú được trộn với mó scrambling cscramb. Mỗi ụ sử dụng một mó scrambling khỏc nhau.
Mỗi kờnh DPDCH/DPCCH sẽ được gỏn một mó phõn kờnh riờng để
trực giao với nhau (mó OVSF- Orthogonal Variable Spreading Factor code), nhằm đảm bảo tớnh trực giao giữa cỏc kờnh đường xuống cú tốc độ và hệ số trải phổ khỏc nhau Nối tiếp -> song song DPDCH/DPCCH Lọc dạng xung Lọc dạng xung cch cscramb I Q ) cos(ωt ) sin(ωt
Hinh 1.12: Trải phổ và điều chế cho cỏc kờnh dành riờng đường xuống
Mỗi nhỏnh của cõy mó là một mó trải phổ cú hệ số trải phổ SF. Tất cả
cỏc mó trong cõy khụng được sử dụng cựng một lỳc trong cựng một ụ. Một mó được sử dụng khi và chỉ khi khụng cú mó nào tớnh từ mó đú đến gốc của cõy mó hoặc khụng cú mó nào tớnh từ mó đú đến cỏc nhỏnh của nú được sử
dụng. Điều này cú nghĩa là số lượng mó phõn kờnh khụng cố định mà phụ thuộc vào tốc độ và hệ số trải phổ của kờnh vật lý. c1,1 = (1) c2,1 = (1,1) c2,2 = (1,-1) c4,1 = (1,1,1,1) c4,2 = (1,1, -1, -1) c4,3 = (1,-1,1,-1) c4,4 = (1, -1, -1,1) SF = 1 SF = 2 SF = 4
Hỡnh 1.13: Cõy mó trải phổ cú hệ số thay đổi và trực giao
Mó scrambling đường xuống cscramb là 1 phần 40960 chip (tương ứng với 10 ms) của mó Gold cú chiều dài 218 -1 được lặp lại ở mỗi khung. Số
lượng mó scrambling cú thể sử dụng là 512, được chia thành 16 nhúm mó với 32 mó trong mỗi nhúm. Việc nhúm cỏc mó này được thực hiện nhằm tăng thời gian tỡm ụ của MS.
Cú hai phương thức để dồn kờnh cho kờnh DPDCH và DPCCH là dồn kờnh theo thời gian và dồn kờnh theo mó.
Đối với phương phỏp dồn kờnh theo thời gian, sẽ phải giải quyết vấn đề
phỏt khụng liờn tục (DTX) gõy ra nhiễu đối với cỏc thiết bị điện tử đặt bờn cạnh MS. Một trong cỏc vớ dụ về việc phỏt khụng liờn tục là dịch vụ thoại. Trong khoảng thời gian chờ của một bờn đàm thoại, hệ thống sẽ khụng phỏt cỏc bit thụng tin người sử dụng, tuy nhiờn thụng tin điều khiển cụng suất vẫn phải liờn tục được phỏt đi. Do tần số phỏt của cỏc tớn hiệu này ở vào khoảng 1
đến 2 kHz nờn sẽ gõy nhiễu cho cỏc thiết bị xung quanh.
Để trỏnh hiện tượng này, đường lờn sử dụng phương phỏp dồn kờnh theo mó kết hợp với điều chế QPSK song kờnh DPDCH Lọc dạngxung Lọc dạng xung cD c''scramb ) cos(ωt ) sin(ωt I Q c'scramb I + jQ *j DPCCH cC Thực ảo
Hỡnh 1.14: Trải phổ và điều chế cho cỏc kờnh dành riờng được lờn
Dữ liệu mỗi kờnh DPDCH và DPCCH được ghộp vào mỗi kờnh I và Q tương ứng và điều chế QPSK song kờnh. Sau đú, hai nhỏnh I và Q này được trải phổ với hai mó phõn kờnh khỏc nhau cD/cC và được trộn phức hợp bằng mó scrambling sơ cấp riờng của MS c’scramb. Tớn hiệu sau đú cú thể tiếp tục
được trộn bằng mó scrambling thứ cấp c''scramb.
Mỗi kờnh DPDCH nếu được thờm vào sẽ cú thể được phỏt ở nhỏnh I hoặc nhỏnh Q và được trải phổ bằng một mó phõn kờnh riờng. Cỏc kờnh DPDCH ở cỏc nhỏnh khỏc nhau cú thể sử dụng chung một mó phõn kờnh.
Mó phõn kờnh ở đường lờn cũng cú cấu trỳc mó OVSF giống ở đường xuống. Tuy nhiờn điều kiện về sử dụng mó được giới hạn trong bản thõn MS chứ khụng phải giới hạn trong bản thõn ụ nhưở đường xuống.
Mó scrambling sơ cấp là một mó phức hợp c'scramb = cI + jcQ, với cI và cQ là hai mó khỏc nhau được xõy dựng từ tập mó VL Kasami mở rộng cú chiều dài 256.
Mó scrambling thứ cấp là một đoạn 40960 chip (tương ứng với 10 ms) của mó Gold cú chiều dài 241 -1.
1.4.1.8 Lệnh điều khiển cụng suất TPC
Trong DS-CDMA, mỗi một kờnh sử dụng đều chịu tỏc động của giao thoa và nhiễu đa đường (Multiple Access Interference), nú được tạo ra bởi cỏc kờnh truyền thụng khỏc hơn là nhiễu của người sử dụng, và nhiễu đa đường. Trong WCDMA, nhiễu làm hạn chế dung lượng thuờ bao. Cú nghĩa là khả
năng liờn kết vụ tuyến cú thể tăng lờn do cực tiểu cụng suất trờn mỗi kờnh truyền mà khụng cần bỏ qua yờu cầu về chất lượng. TPC trong WCDMA
được thiết kế để tăng khả năng liờn kết vụ tuyến, tiết kiệm pin. Nú được chia thành hai nhúm: TPC lặp mở và TPC lặp đúng.
TPC lặp mở: UE đỏnh giỏ tổn thất đường xuống và xỏc định năng lượng truyền lờn trờn, cơ sở việc xỏc định này là sử dụng của kờnh điều khiển chung đường xuống. Trong kờnh dựng riờng, TPC lặp đúng được ỏp dụng, cụng suất phỏt ban đầu thường được xỏc định bởi TPC vũng mở. TPC vũng
đúng khụng ỏp dụng cho kờnh điều khiển chung đường lờn bởi vỡ nú khụng phải là một kờnh trong đú cả hai hướng được sử dụng như một cặp.
Trong TPC lặp đúng: Chất lượng kờnh thụng tin được đo tại điểm thu, dựa trờn kết quả đú, cỏc bit TPC được phỏt đi, như thế, yờu cầu chất lượng dịch vụ tại điểm thu sẽđạt yờu cầu
1.4.2 Điều khiển truy nhập lớp giữa - MAC
Media Access Control: Điều khiển truy nhập lớp giữa – là một thực thể
của RNC, làm nhiệm vụ chuyển dữ liệu giữa cỏc UE và RNC theo tỷ lệ 1:1. Chức năng tỏch biệt/kết hợp dữ liệu được cung cấp từ lớp cao hơn. MAC cú
thểđịnh vị lại tài nguyờn vụ tuyến, và thay đổi cỏc thụng số MAC theo chỉ thị
từ bộ điều khiển tài nguyờn vụ tuyến RRC. MAC cũn cú chức năng đo lưu