2.4.1. Mã hóa kênh:
2.4.1.1. Mã vòng:
Mã khối là bộ mã hóa chia dòng thông tin thành những khối tin (message) có k bit. Mỗi tin được biểu diễn bằng một khối k thành phần nhị phân u = (u1, u2, .., un), u được gọi là vector thông tin. Có tổng cộng 2k vector thông tin khác nhau. Bộ
mã hóa sẽ chuyển vector thông tin u thành một bộ n thành phần v = (v1,v2,...,vn)
được gọi là từ mã. Như vậy ứng với 2k vector thông tin sẽ có 2k từ mã khác nhau. Tập hợp 2k từ mã có chiều dài n được gọi là một mã khối (n, k). Tỉ số R = k/n được gọi là tỉ số mã, R chính là số bit thông tin đưa vào bộ giải mã trên số bit được truyền. Do n bit ra chỉ phụ thuộc vào k bit thông tin vào, bộ giải mã không cần nhớ
và có thể được thực hiện bằng mạch logic tổ hợp. Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính.
Mã vòng là phương pháp mã hóa cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC – Cyclic Redundance Check) và chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin.
Mã hóa mã vòng (n, k) dạng hệ thống gồm ba bước: (1). Nhân đa thức thông tin u(x) với xn-k.
41
(2). Chia xn-k.u(x) cho đa thức sinh g(x), ta được phần dư b(x). (3). Hình thành từ mã b(x) + xn-k
Tất cả ba bước này được thực hiện bằng mạch chia với thanh ghi dịch (n-k) tầng có hàm hồi tiếp tương ứng với đa thức sinh g(x).
2.4.1.2. Mã xoắn:
Mã xoắn (Convolutional Code) (n,k,m) cũng có n đầu ra, k đầu vào như mã khối (n,k) nhưng n đầu ra của mã xoắn phụ thuộc không chỉ vào k đầu vào tại thời gian đó mà còn phụ thuộc vào m khối bản tin trước đó. Mã xoắn (n,k,m) được xây dựng bởi mạch dãy. Mạch này dùng thanh ghi dịch m bit làm bộ nhớ, các đầu ra của các phần tử nhớ được cộng với nhau theo quy luật nhất định để tạo nên chuổi mã, sau đó các chuổi này được ghép xen với nhau để tạo nên chuổi mã đầu ra.
2.4.1.3. Mã Turbo:
Mã hóa Turbo chỉđược sử dụng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ
ba khi hoạt động ở tốc độ bit cao với yêu cầu tỉ số lỗi bit BER nằm trong khoảng 10-
3 đến 10-6. Bộ mã hóa turbo thực chất là bộ mã xoắn móc nối song song PCCC (Parallel Concatenated Convolutional Code) với các bộ mã hóa thành phần 8 trạng thái được sử dụng.
2.4.2. Trải phổ trong W-CDMA:
Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt.
Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS:Direct-Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS:Frequency-Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời gian (THSS:Time-Hopping Spreading Spectrum). WCDMA sử dụng DSSS. DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát.
42
Hình 2.3 minh họa quá trình trải phổ trong đó Tb=15Tc hay Rc=15Rb. Hình 2.3a cho thấy sơđồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng số cần truyền x có tốc độ Rbđược nhân với một mã trải phổ c tốc độ Rc để được luồng đầu ra y có tốc độ Rc lớn hơn nhiều so với tốc độ Rb của luồng vào. Các hình 2.3b và hình 2.3c biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số.
Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=y×c
x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; Tb là thời gian một bit của luồng số cần phát, Rb=1/Tb là tốc độ bit của luồng số cần truyền; Tc là thời gian một chip của mã trải phổ, Rc=1/Tc là tốc độ chip của mã trải phổ. Rc=15Rb và Tb=15Tc.
Hình 2.3: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)
Trong công nghệđa truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập mã trực giao được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phổ riêng. Các mã trải phổ này phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đây:
43
2. Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: ci×cj=ck
3. Có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mã → 1 1 0 N k k C N∑= = , trong đó N là số chip và Ck là giá trị chip k trong một mã
Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sở
CDMA, thì sau trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu y như sau: 1 1 K K i i i i i y y c x = = =∑ =∑ (2.1)
Ta xét quá trình xử lý tín hiệu này tại một máy thu k. Nhiệm vụ của máy thu này là phải lấy ra xk và loại bỏ các tín hiệu khác (các tín hiệu này được gọi là nhiễu đồng kênh vì trong hệ thống CDMA chúng được phát trên cùng một tần số với xk). Nhân (2.1) với xk và áp dụng quy tắc trực giao nói trên ta được:
1 K k k i i i i k x x c x = ≠ = +∑ % (2.2) Thành phần thứ nhất trong (2.2) chính là tín hiệu hữu ích còn thành phần thứ hai là nhiễu của các người sử dụng còn là nhiễu của các người sử dụng khác được gọi là MAI (Multiple Access Interferrence: nhiễu đa người sử dụng). Để loại bỏ thành phần thứ hai máy thu sử dụng bộ lọc tương quan trọng miền thời gian kết hợp với bộ lọc tần số trong miền tần số. Hình 2.4 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại máy thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy phát như nhau tại đầu vào máy thu k. Hình 2.4a cho thấy sơđồ giải trải phổ DSSS. Hình 2.4b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ
K máy phát sau trải phổ, hình 2.4c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k và hình 2.4d cho thấy phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng Rb.
44
Hình 2.4: Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu
Từ hình 2.4 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 2.3b và tổng diện tích các hình chữ nhật trắng trên hình 2.3c: SIR=S1/S2. Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số
Rc/Rb. vì thế tỷ số Rc/Rb được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain).
Trong trường hợp một máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (đến gần nút B chẳng hạn), công suất của máy phát này tăng cao dẫn đến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệu trên nhiễu giảm mạnh và máy thu k không thể tách ra được tín hiệu của mình. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng gần và xa. Để tránh hiện tượng này hệ thống phải
điều khiển công suất sao cho công suất thu tại nút B của tất cả các UE đều bằng nhau (lý tưởng).
Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành:
√ Điều khiển công suất vòng hở √ Điều khiển công suất vòng kín
45
Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thực hiện thủ tục xin truy nhập Nút B (dựa trên công suất mà nó thu được từ kênh hoa tiêu phát đi từ B), khi này UE chưa có kết nối với nút này. Còn điều khiển công suất vòng kín được thực hiện khi UE đã kết nối với nút B. Điều khiển công suất vòng hở
lại được chia thành:
√ Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện tại nút B. Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện nhanh với 1500 lần trong một giây dựa trên so sánh SIR thu với SIR đích
√ Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để thiết lập SIR đích cho nút B. Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu
được với tỷ lệđích.
2.4.3. Truy nhập gói trong W-CDMA:
Truy nhập gói trong W-CDMA cho phép các vật mang không phải thời gian thực sử dụng các kênh chung, riêng và dùng chung. Việc sử dụng các kênh khác nhau được điều khiển bởi bộ lập biểu gói PS (Packet Scheduler). Bộ PS thường
được đặt ở RNC vì tại đây việc lập biểu gói có thể thực hiện hiệu quả cho nhiều ô, ngoài ra cũng xem xét các kết nối chuyển giao mềm.
Bộ lập biểu gói có các chức năng chính sau:
- Phân chia dung lượng của giao diện vô tuyến giữa các người sử dụng.
- Phân chia các kênh truyền tải để sử dụng cho truyền dẫn số liệu của từng người sử dụng.
- Giám sát các phân bổ gói và tải hệ thống.
2.4.3.1. Lưu lượng số liệu gói:
Truy nhập gói sử dụng cho các dịch vụ không theo thời gian thực, nhìn từ quan
điểm giao diện vô tuyến nó có các thuộc tính điển hình sau:
46
- Số liệu gói cho phép trễ lớn hơn các dịch vụ thời gian thực
- Các gói có thể được phát lại bởi lớp điều khiển kết nối vô tuyến (RLC). Điều này cho phép sử dụng chất lượng đường truyền vô tuyến kém hơn và tỷ số lỗi khung cao hơn so với các dịch vụ thời gian thực.
Lưu lượng gói được đặc trưng bởi các thông số sau : - Quá trình đến của phiên.
- Số cuộc gọi đến phiên.
- Thời gian đọc giữa các cuộc gọi. - Số gói trong một cuộc gọi gói.
- Khoãng thời gian giữa hai gói trong một cuộc gọi gói. - Kích thước gói.
2.4.4.2. Các phương pháp lập biểu gói:
Chức năng lập biểu gói là phân chia dung lượng giao diện vô tuyến khả dụng giữa các người sử dụng. Bộ lập biểu gói có thể quyết định tốc độ bit phân bổ và thời gian phân bổ. Thuật toán lập biểu gói trong W-CDMA được thực hiện theo hai phương pháp: phân chia theo mã và phân chia theo thời gian. Trong phương pháp
Phiên dịch vụ gói Cuộc gọi gói Thời gian đọc Thời gian Kích thước gói Hình 2.5: Đặc trưng của một phiên dịch vụ gói
47
phân chia theo mã, khi có nhu cầu tăng dung lượng thì tốc độ bit phân bổ cho người sử dụng sẽ giảm đi. Trong phương pháp phân chia theo thời gian biểu dung lượng
được dành cho một số ít người theo từng thời điểm, như vậy người sử dụng có thể
có tốc độ bit cao nhưng chỉ có thể sử dụng trong thời gian ngắn. Trong trường hợp số người sử dụng tăng thì phải đợi truyền dẫn lâu hơn. Thực tế quá trình lập biểu gói là sự kết hợp của hai phương pháp trên.
A. Lập biểu phân chia theo thời gian:
Khi bộ lập biểu phân chia thời gian phân bổ các tốc độ gói, cần xét đến hiệu năng vô tuyến. Thông thường các dịch vụ tốc độ bit cao đòi hỏi ít năng lượng bit hơn, vì thế phân chia theo thời gian có ưu điểm là Eb/No thấp hơn. Ngoài ra thời gian trễ trung bình trong phương pháp này là ngăn hơn so với phương pháp phân chia theo mã.
Nhược điểm chính của phương pháp phân chia thời gian là:
- Thời gian truyền dẫn ngắn trong khi việc thiết lập và giải phóng kết nối đòi hỏi thời gian dài thậm chí đến vài khung.
- Việc sử dụng phân bổ theo thời gian bị hạn chế bởi dải tốc độ cao do hạn chế
công suất của MS ởđường lên.
- Phương pháp này sử dụng các tốc độ bit cao và tạo ra lưu lượng dạng cụm,
điều này dẫn đến sự thay đổi cao ở các mức nhiễu so với lập biểu phân chia theo mã.
B. Lập biểu phân chia theo mã:
Trong lập biểu phân chia theo mã tất cả người sử dụng được ấn định một kênh khi họ cần chúng. Nếu nhiều người sử dụng gói yêu cầu lưu lượng thì tốc độ bit phải thấp hơn ở lập biểu theo thời gian.
Các ưu điểm chính của phương pháp này là :
48
thất dung lượng hơn do tốc độ bit thấp và thời gian truyền dẫn lâu hơn. Do tốc độ
bit thấp việc phân bổ tài nguyên ở lập biểu gói phân chia theo mã đòi hỏi nhiều thời gian hơn ở lập biểu gói phân chia theo thời gian. Điều này cho phép dự báo được mức nhiễu.
- Lập biểu phân chia theo mã có thể là tĩnh hoặc động. Trong lập biểu tĩnh, tốc
độ bit được phân bổ duy trì cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong lập biểu
độngs, tốc độ bit có thể thay đổi để phù hợp với lưu lượng gói.
- Phương pháp lập biểu này đòi hỏi các khả năng của MS thấp hơn.
2.5. CÁC KÊNH CỦA W-CDMA:
Các kênh của WCDMA được chia thành các loại kênh sau đây:
√ Kênh vật lý (PhCH-Physical Channel): Kênh mang số liệu trên giao diện vô
tuyến. Mỗi PhCH có một trải phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt với kênh khác. Một người sử dụng tích cực có thể sử dụng các PhCH riêng, chung hoặc cả hai. Kênh riêng là kênh PhCH dành riêng cho một UE còn kênh chung được chia sẻ giữa các UE trong một ô.
√ Kênh truyền tải (TrCH): Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 để truyền số
liệu. Các kênh TrCH được sắp xếp lên các PhCH
√ Kênh Logic (LoCH-Logic Channel): Kênh được lớp con MAC của lớp 2 cung
cấp cho lớp cao hơn. Kênh LoCH được xác định bởi kiểu thông tin mà nó truyền.
2.5.1. Các kênh logic (LoCH):
Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) được chia thành hai nhóm: các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển và các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) để truyền thông tin của người sử
49
Bảng 2.1: Danh sách các kênh logic
Nhóm kênh Kênh logic Ứng dụng
BCCH (Broadcast Control Channel: Kênh điều khiển
quảng bá)
Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống
PCCH (Paging Control Channel: Kênh điều khiển tìm
gọi)
Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin tìm gọi
CCCH (Common Control Channel: Kênh điều khiển
chung)
Kênh hai chiều để phát thông tin
điều khiển giữa mạng và các UE.
Được sử dụng khi không có kết nối RRC hoặc khi truy nhập một ô mới CCH (Control Channel: Kênh điều khiển) DCCH (Dedicated Control Channel: Kênh điều khiển
riêng).
Kênh hai chiều điểm đến điểm để
phát thông tin điều khiển riêng giữa UE và mạng. Được thiết lập bởi thiết lập kết nối của RRC
DTCH (Dedicated Traffic Channel: Kênh lưu lượng
riêng)
Kênh hai chiều điểm đến điểm riêng cho một UE để truyền thông tin của người sử dụng. DTCH có thể tồn tại cả ở đường lên lẫn đường xuống TCH (Traffic Channel: Kênh lưu lượng) CTCH (Common Traffic Channel: Kênh lưu lượng
chung)
Kênh một chiều điểm đa điểm để
truyền thông tin của một người sử
dụng cho tất cả hay một nhóm người sử dụng quy định hoặc chỉ
cho một người sử dụng. Kênh này chỉ có ởđường xuống.
50
2.5.2. Các kênh truyền tải (TrCH):
Các kênh lôgic được lớp MAC chuyển đổi thành các kênh truyền tải. Tồn tại hai kiểu kênh truyền tải: các kênh riêng và các kênh chung. Điểm khác nhau giữa chúng là: kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm các người sử dụng trong ô, còn kênh kênh riêng được ấn định riêng cho một người sử
dụng duy nhất. Các kênh truyền tải chung bao gồm: BCH (Broadcast channel: Kênh quảng bá), FACH (Fast Access Channel: Kênh truy nhập nhanh), PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi), DSCH (Down Link Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống), CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung). Kênh riêng chỉ có một