1. MỞ ĐẦU
3.3. CÁC KấNH CỦA WCDMA
3.3.1. Cỏc kờnh logic
Bảng 3.1. Danh sỏch cỏc kờnh logic Nhúm kờnh Kờnh logic ứng dụng CCH (Control Channel: Kờnh điều khiển) BCCH (Broadcast Control Channel: Kờnh điều khiển quảng bỏ)
Kờnh đường xuống để phỏt quảng bỏ thụng tin hệ thống
PCCH (Paging Control Channel: Kờnh điều khiển tỡm gọi)
Kờnh đường xuống để phỏt quảng bỏ thụng tin tỡm gọi
CCCH (Common Control Channel: Kờnh điều khiển chung)
Kờnh hai chiều để phỏt thụng tin điều khiển giữa mạng và cỏc UE. Được sử dụng khi khụng cú kết nối RRC hoặc khi truy nhập một ụ mới
DCCH (Dedicated Control Channel: Kờnh điều khiển riờng).
Kờnh hai chiều điểm đến điểm để phỏt thụng tin điều khiển riờng giữa UE và mạng. Được thiết lập bởi tiết lập kết nối của RRC
TCH (Traffic Channel: Kờnh lưu lượng)
DTCH (Dedicated Traffic Channel: Kờnh lưu lượng riờng)
Kờnh hai chiều điểm đến điểm riờng cho một UE để truyền thụng tin của người sử dụng. DTCH cú thể tồn tại cả ở đường lờn lẫn đường xuống
CTCH (Common Traffic Channel: Kờnh lưu lượng chung)
Kờnh một chiều điểm đa điểm để truyền thụng tin của một người sử dụng cho tất cả hay một nhúm người sử dụng quy định hoặc chỉ cho một người sử dụng. Kờnh này chỉ cú ở đường xuống.
3.3.2. Cỏc kờnh truyền tải
Cỏc kờnh lụgic được lớp MAC chuyển đổi thành cỏc kờnh truyền tải. Tồn tại hai kiểu kờnh truyền tải: cỏc kờnh riờng và cỏc kờnh chung. Điểm khỏc nhau giữa chỳng là: kờnh chung là tài nguyờn được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhúm cỏc người sử dụng trong ụ, cũn kờnh kờnh riờng được ấn định riờng cho một ngừơi sử dụng duy nhất. Cỏc kờnh truyền tải chung bao gồm: BCH (Broadcast channel: Kờnh quảng bỏ), FACH (Fast Access Channel: Kờnh truy nhập nhanh), PCH (Paging Channel: Kờnh tỡm gọi), DSCH (Down Link Shared Channel: Kờnh chia sẻ đường xuống), CPCH (Common Packet Channel: Kờnh gúi chung). Kờnh riờng chỉ cú một kờnh duy nhất là DCH (Dedicated Channel: Kờnh riờng). Kờnh truyền tải chung cú thể được ỏp dụng cho tất cả cỏc người sử dụng trong ụ hoặc cho một người hoặc nhiều người đặc thự. Khi kờnh truyền tải chung được sử dụng để phỏt thụng tin cho tất cả cỏc ngừơi sử dụng thỡ kờnh này khụng cần cú địa chỉ. Chẳng hạn kờnh BCH để phỏt thụng tin quảng bỏ cho tất cả cỏc người sử dụng trong ụ. Khi kờnh truyền tải chung ỏp dụng cho một người sử dụng đặc thự, thỡ cần phỏt nhận dạng người sử dụng trong băng (trong bản tin sẽ được phỏt). Kờnh PCH là kờnh truyền tải chung được sử dụng để tỡm gọi một UE đặc thự sẽ chứa thụng tin nhận dạng người sử dụng bờn trong bản tin phỏt.
Mỗi kờnh truyền tải đều đi kốm với một chỉ thị khuụn dạng truyền tải (TFI: Transport Format Indicator) tại mọi thời điểm mà cỏc kờnh truyền tải sẽ nhận được số liệu từ cỏc mức cao hơn. Lớp vật lý kết hợp thụng tin TFI từ cỏc kờnh truyền tải khỏc nhau vào chỉ thị kết hợp khuụn dạng truyền tải (TFCI= Transport Format Combination Indicator). TFCI được phỏt trờn kờnh điều khiển để thụng bỏo cho mỏy thu rằng kờnh nào đang tớch cực ở khung hiện thời. Thụng bỏo này khụng cần thiết khi sử dụng cơ chế phỏt hiện khuụn dạng kờnh truyền tải mự (DTFD= Blind Transport Format Detection) được thực hiện bằng kết nối với cỏc kờnh riờng đường xuống. Mỏy thu giải mó TFCI để nhận được cỏc TFI. Sau đú cỏc TFI này đựơc chuyển đến cỏc lớp cao hơn cho cỏc kờnh truyền tải tớch cực ở kết nối.
Danh sỏch cỏc kờnh truyền tải và ứng dụng của chỳng dược cho ở bảng 3.2.
Kờnh vật lý ứng dụng
DCH (Dedicated Channel: Kờnh riờng)
Kờnh hai chiều được sử dụng để phỏt số liệu của người sử dụng. Được ấn định riờng cho người sử dụng. Cú khả năng thay đổi tốc độ và điều khiển cụng suất nhanh
BCH (Broadcast Channel: Kờnh quảng bỏ)
Kờnh chung đường xuống để phỏt thụng tin quảng bỏ (chẳng hạn thụng tin hệ thống, thụng tin ụ)
FACH (Forward Access Channel: Kờnh truy nhập đường xuống)
Kờnh chung đường xuống để phỏt thụng tin điều khiển và số liệu của người sử dụng. Kờnh chia sẻ chung cho nhiều UE. Được sử dụng để truyền số liệu tốc độ thấp cho lớp cao hơn PCH (Paging Channel:
Kờnh tỡm gọi)
Kờnh chung dường xuống để phỏt cỏc tớn hiệu tỡm gọi
RACH (Random
Access Channel)
Kờnh chung đường lờn để phỏt thụng tun điều khiển và số liệu người sử dụng. ỏp dụng trong truy nhập ngẫu nhiờn và được sử dụng để truyền số liệu thấp cuả người sử dụng
CPCH (Common
Packet Channel: Kờnh gúi chung)
Kờnh chung đường lờn để phỏt số liệu người sử dụng. ỏp dụng trong truy nhập ngẫu nhiờn và được sử dụng trước hết để truyền số liệu cụm.
DSCH (Dowlink Shared Channel: Kờnh chia sẻ đường xuống)
Kờnh chung đường xuống để phỏt số liệu gúi. Chia sẻ cho nhiều UE. Sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao.
Hỡnh 3.2. Sắp xếp cỏc kờnh logic lờn cỏc kờnh truyền tải
3.3.3. Cỏc kờnh vật lý
Một kờnh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mó ngẫu nhiờn, mó định kờnh và cả pha tương đối (đối với đường lờn). Kờnh vật lý (Physical Channel) bao gồm cỏc kờnh vật lý riờng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kờnh vật lý chung (CPCH: Common Physical Channel). Cỏc kờnh vật lý được tổng kết ở hỡnh 4.3 và bảng 4.3. .
Hỡnh 3.3. Tổng kết cỏc kiểu kờnh vật lý
Bảng 3.3. Danh sỏch cỏc kờnh vật lý
Tờn kờnh ứng dụng
DPCH (Dedicated Physical Channel: Kờnh vật lý riờng)
Kờnh hai chiều đường xuống/đường lờn được ấn định riờng cho UE. Gồm DPDCH (Dedicated Physical Control Channel: Kờnh vật lý điều khiển riờng) và DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kờnh vật lý điều khiển riờng). Trờn đường xuống DPDCH và DPCCH được ghộp theo thời gian cũn trờn đường lờn được ghộp theo pha kờnh I và pha kờnh Q sau điều chế BPSK
DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kờnh vật lý số liệu riờng
Khi sử dụng DPCH, mỗi UE được ấn định ớt nhất một DPDCH. Kờnh được sử dụng để phỏt số liệu người sử dụng từ lớp cao hơn
DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kờnh vật lý điều khiển riờng)
Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ được ấn định một DPCCH. Kờnh được sử dụng để điều khiển lớp vật lý của DPCH. DPCCH là kờnh đi kốm với DPDCH chứa: cỏc ký hiệu hoa tiờu, cỏc ký hiệu điều khiển cụng suất(TPC: Transmission Power Control), chỉ thị kết hợp khuõn dạng truyền tải. Cỏc ký hiệu hoa tiờu cho phộp mỏy thu đỏnh giỏ hưởng ứng xung kim cảu kờnh vụ tuyến và thực hiện tỏch súng nhất quỏn. Cỏc ký hiệu này cũng cần cho hoạt động của anten thớch ứng (hay anten thụng minh) cú bỳp súng hẹp. TPC để điều khiển cụng suất vũng kớn nhanh cho cả đường lờn và đường xuống. TFCI thụng tin cho mỏy thu về cỏc thụng số tức thời của cỏc kờnh truyền tải: cỏc
tốc độ số liệu hiện thời trờn cỏc kờnh số liệu khi nhiều dịch vụ được sử dụng đồng thời. Ngoài ra TFCI cú thể bị bỏ qua nếu tốc dộ số liệu cố định. Kờnh cũng chứa thụng tin hồi tiếp hồi tiếp (FBI: Feeback Information) ở đường lờn để đảm bảo vũng hồi tiếp cho phõn tập phỏt và phõn tập chọn lựa.
PRACH (Physical Random Access Channel: Kờnh vật lý truy nhập ngẫu nhiờn)``
Kờnh chung đường lờn. Được sử dụng để mang kờnh truyền tải RACH
PCPCH (Physical Common Packet Channel: Kờnh vật lý gúi chung)
Kờnh chung đường lờn. Được sử dụng để mang kờnh truyền tải CPCH
CPICH (Common Pilot Channel: Kờnh hoa tiờu chung)
Kờnh chung đường xuống. Cú hai kiểu kờnh CPICH: P-CPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) và S-CPICH (Secondary CPICH: CPICH thứ cấp). P-CPICH đảm bảo tham chuẩn nhất quỏn cho toàn bộ ụ để UE thu được SCH, P-CCPCH, AICH và PICHvỡ cỏc kờnh nay khụng cú hoa tiờu riờng như ở cỏc trường hợp kờnh DPCH. Kờnh S- CPICH đảm bảo tham khảo nhất quỏn chung trong một phần ụ hoặc đoạn ụ cho trường hợp sử dụng anten thụng minh cú bỳp súng hẹp. Chẳng hạn cú thể sử dụng S-CPICH làm tham chuẩn cho S-CCPCH (kờnh mang cỏc bản tin tỡm gọi) và cỏc kờnh DPCH đường xuống.
P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel: Kờnh vật lý điều khiển chung sơ cấp)
Kờnh chung đường xuống. Mỗi ụ cú một kờnh để truyền BCH
S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel: Kờnh vật lý điều khiển chung sơ cấp)
Kờnh chung đường xuống. Một ụ cú thể cú một hay nhiệu S-CCPCH. Được sử dụng để truyền PCH và FACH
SCH (Synchrronization Channel: Kờnh đồng bộ)
Kờnh chung đường xuống. Cú hai kiểu kờnh SCH: SCH sơ cấp và SCH thứ cấp. Mỗi ụ chỉ cú một SCH sơ cấp và thứ cấp. Được sử dụng để tỡm ụ
PICH (Page Indi cation Channel: Kờnh chỉ thị tỡm gọi)
Kờnh chung đường xuống đi cặp với S-CCPCH (khi kờnh này mang PCH) để phỏt thụng tin kết cuối cuộc gọi cho từng nhúm cuộc gọi kết cuối. Khi nhận được thụng bỏo này, UE thuộc nhúm kết cuối cuộc gọi thứ n sẽ thu khung vụ tuyến trờn S-CCPCH
AP-AICH (Access Preamble Acquisition Indicator Channel: Kờnh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập)
Kờnh chung đường xuống đi cặp với PCPCH để điều khiển truy nhập ngẫu nhiờn cho PCPCH
CD/CA-ICH (CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel: Kờnh chỉ thị phỏt hiện va chạm CPCH/ấn định kờnh)
Kờnh chung đường xuống đi cặp với PCPCH. Được sử dụng để điều khiển va chạm PCPCH
CSICH (CPCH Status Indicator Channel: Kờnh chỉ thị trạng thỏi CPCH)
Kờnh chung đường xuống liờn kết với AP-AICH để phỏt thụng tin về trạng thỏi kết nối của PCPCH
Hỡnh 3.4. Sắp xếp cỏc kờnh truyền tải lờn cỏc kờnh vật lý
Hỡnh 3.5 cho thấy việc ghộp hai kờnh truyền tải lờn một kờnh vật lý và cung cấp chỉ thị lỗi cho từng khối truyền tải tại phớa thu.
Khối truyền tải Khối truyền tải TFI Khối truyền tải Khối truyền tải TFI
Khối truyền tải và chỉ thị lỗi Khối truyền tải
và chỉ thị lỗi TFI
Khối truyền tải và chỉ thị lỗi Khối truyền tải
và chỉ thị lỗi TFI
TFCI M∙ hoá và ghép
kênh Giải TFCI Giải m∙ và giảighép kênh
Kênh điều
khiển vật lý Kênh số liệuvật lý khiển vật lýKênh điều Kênh số liệuvật lý
Máy phát Máy thu
Lớp cao Lớp vật lý
• TFI= Transport Format Indicator: Chỉ thị khuụn dạng truyền tải
• TFCI= Transport Format Combination Indicator: Chỉ thị kết hợp khuụn dạng truyền tả
3.3.4. Bỏo hiệu thiết lập cuộc gọi sử dụng cỏc kờnh logic và truyền tải
Hỡnh 3.6 cho thấy bỏo hiệu thiết lập lập cuộc gọi sử dụng kờnh logic và kờnh truyền tải. Đầu tiờn UE sử dụng kờnh logic CCCH truyền trờn kờnh truyền tải RACH để yờu cầu đường truyền bỏo hiệu (RRC). RNC trả lời bằng kờnh logic CCCH trờn kờnh truyền tải FACH. SAu khi cú kết nối RRC, UE sẽ trao đổi bỏo hiệu với RNC qua kờnh logic DCCH trờn kờnh truyền tải DCH. Sau khi nhận đựơc lệnh "truyền trực tiếp" từ UE, RNC phỏt lệnh yờu cầu dịch vụ CM (Conection Management: quản lý kết nối) trờn giao thức RANAP (Radio Access Application Part: phần ứng dụng truy nhập mạng vụ tuyến) để khởi đầu bỏo hiệu thiết lập kờnh mang lưu lượng Tựy thuộc vào yờu cầu của UE lệnh bỏo hiệu này cú thể được chuyển đến MSC hoặc SGSN (trong trường hợp xột là MSC). Sau khi thực hiện cỏc thủ tục an ninh, cỏc thủ tục thiết lập kờnh mang được thực hiện.
3.4.1. Cỏc thụng số kờnh vật lý
Bảng 3.4 tổng kết cỏc thụng số kờnh vật lý của giao diện vụ tuyến WCDMA/FDD.
Bảng 3.4. Cỏc thụng số kờnh vật lý của giao diện vụ tuyến WCDMA.
Sơ đồ đa truy nhập DS-CDMA băng rộng
Băng thụng (MHz) 5/10/15/20
Tốc độ chip (Mcps) (1,28)/3,84/7,68/11,52/15,36
Độ dài khung 10 ms
Mó húa sửa lỗi Mó turbo, mó xoắn
Đồng bộ giữa cỏc BTS Dị bộ/đồng bộ
Điều chế ĐX/ĐL QPSK/BPSK
Trải phổ ĐX/ĐL QPSK/OCQPSK (HPSK)
Vocoder CS-ACELP/(AMR)
OCQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying (Hybrid PSK) : khoỏ chuyển pha vuụng gúc phức trực giao
CS-ACELP: Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction : Dự bỏo tuyến tớnh kớch thớch theo mó đại số- cấu trỳc phức hợp AMR: Adaptive Multirate: đa tốc độ thớch ứng
Cỏc băng tần sử dụng cho WCDMA trờn toàn cầu được cho trờn hỡnh 3.7a.
WCDMA sử dụng phõn bố tần số quy định cho IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) (hỡnh 3.7b) như sau. Ở chõu Âu và hầu hết cỏc nước chõu Á băng tần IMT-2000 là 2ì60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) cú thể sử dụng cho WCDMA FDD. Băng tần sử dụng cho TDD ở chõu Âu thay đổi, băng tần được cấp theo giấy phộp cú thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở 1900-1920 và 2020-2025 MHz. Băng tần cho cỏc ứng dụng TDD khụng cần xin phộp (SPA= Self Provided Application: ứng dụng tự cấp) cú thể là 2010-2020 MHz. Cỏc hệ thống FDD sử dụng cỏc băng tần khỏc nhau cho đường lờn và đường xuống với phõn cỏch là khoảng cỏch song cụng, cũn cỏc hệ thống TDD sử dụng cựng tần số cho cả đường lờn và đường xuống.
Hỡnh 3.7. Phõn bố tần số cho WCDMA. a) Cỏc băng cú thể dựng cho WCDMA toan cầu; b) Băng tần IMT-2000.
Hỡnh 3.8 cho thấy sơ đồ khối của mỏy phỏt vụ tuyến (3.8a) và mỏy thu vụ tuyến (4.5b) trong W-CDMA. Lớp 1 (lớp vật lý) bổ sung CRC cho từng khối truyền tải (TB: Transport Block) là đơn vị số liệu gốc cần xử lý nhận được từ lớp MAC để phỏt hiện lỗi ở phớa thu. Sau đú số liệu được mó hoỏ kờnh và đan xen. Số liệu sau đan xen được bổ sung thờm cỏc bit hoa tiờu và cỏc bit điều khiển cụng suất phỏt (TPC: Transmit Power Control)), được sắp xếp lờn cỏc nhỏnh I và Q của QPSK và được trải phổ hai lớp (trải phổ và ngẫu nhiờn hoỏ). Chuỗi chip sau ngẫu nhiờn hoỏ được giới hạn trong băng tần 5 MHz bằng bộ lọc Niquist cosin tăng căn hai (hệ số dốc bằng 0,22) và được biến đổi vào tương tự bằng bộ biến đổi số vào tương tự (D/A) để đưa lờn điều chế vuụng gúc cho súng mang. Tớn hiệu trung tần (IF) sau điều chế được biến đổi nõng tần vào súng vụ tuyến (RF) trong băng tần 2 GHz, sau đú được đưa lờn khuyếch đại trước khi chuyển đến anten để phỏt vào khụng gian.
Tại phớa thu, tớn hiệu thu được bộ khuyếch đại đại tạp õm thấp (LNA) khuyếch đại, được biến đổi vào trung tần (IF) thu rồi được khuyếch đại tuyến tớnh bởi bộ khuyếch đại AGC (tự điều khuyếch). Sau khuyếch dại AGC tớn hiệu được giải điều chế để được cỏc thành phần I và Q. Cỏc tớn hiệu tương tự cuả cỏc thành phần này được biến đổi vào số tại bộ biến đổi A/D, được lọc bởi bộ lọc Nyquist cosine tăng căn hai và được phõn chia theo thời gian vào một số thành phần đừơng truyền cú cỏc thời gian trễ truyền súng khỏc nhau. Mỏy thu RAKE chọnh cỏc thành phần lớn hơn một ngưỡng cho trước). Sau giải trải phổ cho cỏc thành phần này, chỳng được kết hợp bởi bộ kết hợp mỏy thu RAKE, tớn hiệu tổng được giải đan xen, giải mó kờnh (giải mó sưả lỗi), được phõn kờnh thành cỏc khối truyền tải TB và được phỏt hiện lỗi. Cuối cựng chỳng được đưa đến lớp cao hơn.
3.5.1. Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiờn húa và điều chế kờnh vật lý đường xuống DPCH
Sơ đồ mụ tả qua trỡnh trải phổ, ngẫu nhiờn húatổng quỏt kờnh vật lý đường xuống DPCH ở WCDMA được cho ở hỡnh 4.9.
Hỡnh 3.9. Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiờn húa và điều chế kờnh vật lý đường xuống DPCH.
Trước hết luồng số cần truyền bi(t) với tốc độ bit Rb được đưa qua bộ xử lý tớn hiệu số để mó hoỏ khối tuyến tớnh, mó hoỏ xoắn hoặc turbo, đan xen và phối hợp tốc độ. Đầu ra cuả bộ xử lý tớn hiệu số ta được luồng số cú tốc độ bit kờnh R. Thụng thường tốc độ R lớn hơn Rb khoảng hai lần. Sau đú luồng số này được đưa lờn bộ biến đổi nối tiếp vào song song (S/P) để chuyển thành hai luồng độc lập d (t)(I)i và d(Q)i (t) cho nhỏnh I và nhỏnh Q với tốc độ ký hiệu Rs cho mỗi luồng. Tiếp theo hai luồng này được trải phổ bằng cựng một mó định kờnh Ci(t) cú tốc độ chip Rc=3,84 Mcps. Sau mó hoỏ định kờnh và trải phổ hai luồng nhỏnh I và Q được đưa lờn ngẫu nhiờn hoỏ (để đơn giản ta gọi là