4.096 chip 10 ms N.10 ms DPCCH P 0 P1 Pj CD-P PC-P DPDCH
Hình 4.13 Chuỗi ghép kênh đường xuống và mã hóa kênh
4.1.3.1.1 Phía phát
1. Ghép các khối dữ liệu từ lớp vận chuyển
Cứ trong một khoảng thời gian truyền dẫn (TTI), dữ liệu từ lớp vận chuyển được chuyển xuống lớp vật lý dưới dạng khối. Thông thường TTI được chọn là 10ms tương đương với giá trị trung bình của chu kỳ tích cực của tín hiệu thoại (speech activity). Ví dụ: nếu tín hiệu thoại im lặng thì sẽ không phát tín hiệu cho người nghe và như vậy sẽ giảm được mức nhiễu cho các máy di động khác. Đối với các dịch vụ khác dịch vụ thoại TTI có thể bằng 10ms, 20ms, 40ms, 80ms. Số lượng các khối và kích thước của mỗi khối phụ thuộc vào nhu cầu của người sử dụng, dịch vụ sử dụng (thoại/đa phương tiện/ internet..), dung lượng của hệ thống (một người/nhiều người).
2. Cộng CRC
Cho phép phát hiện lỗi ở đầu thu. Thông tin về tỷ số lỗi sẽ giúp cho mạng điều chỉnh để tối ưu hoá dung lượng và chất lượng truyền dẫn. Ví dụ: tỷ lệ lỗi cao thì mạng sẽ tăng công suất…
Quá trình cộng CRC như sau: sau khi nhận được một khối truyền tải từ lớp vận chuyển, thao tác đầu tiên là gắn các bit CRC vào các khối truyền tải. Các CRC có 5 độ
dài khác nhau 0, 8, 16 và 24 bit được xác định theo các công thức tạo mã. Các lớp cao thông báo cho lớp vật lý về độ dài của CRC cho từng kênh truyền tải (TrCH).
Lớp vật lý cung cấp khối truyền tải cho các lớp cao hơn cùng với chỉ thị lỗi nhận được sau khi kiểm tra CRC.
Hình 4.14 Sơ đồ biểu diễn khối phát – BTS
3. Móc nối truyền tải, phân đoạn mã
Tất cả các khối truyền tải trong một khoảng thời gian truyền tải (TTI) được móc nối tiếp với nhau. Nếu số bit trong một TTI lớn hơn kích thước của một khối mã thì sau khi móc nối các khối truyền tải việc phân đoạn mã sẽ được thực hiện. Kích thước cực đại của khối mã phụ thuộc vào việc mã hoá xoắn, mã hoá turbo hay không mã hoá cho kênh truyền tải.
Sau khi gắn CRC, các khối truyền tải hoặc móc nối với nhau hoặc phân đoạn để được các khối mã hoá kênh khác nhau. Quá trình này phụ thuộc vào sự phù hợp độ dài của khối truyền tải với kích thước của khối mã được xác định theo phương pháp mã hoá kênh. Móc nối có lợi vì nó cho phép đạt hiệu năng tốt hơn do cần bổ sung các bit đuôi mã ít hơn, trong một số trường hợp hiệu năng tốt hơn nhờ kích thước khối tốt hơn. Mặt khác phân đoạn khối mã hoá cho phép tránh được các khối mã hóa quá lớn làm tăng tính phức tạp. Nếu khối truyền tải cùng với CRC không lắp vừa khối mã cực đại thì nó được chia thành một số khối mã.
4. Mã hoá kênh
Mã hoá kênh để sửa lỗi được thực hiện trên các khối mã sau khi móc nối hay phân đoạn. Đối với một số loại bit và dịch vụ không sử dụng mã hóa kênh. Lúc này không có giới hạn đối với kích thước khối mã hóa vì thực tế không thực hiện mã hóa ở lớp vật lý. Mã hóa kênh có thể là mã xoắn hoặc mã turbo.
Về mặt lý thuyết, mã sửa sai Turbo là mã sửa sai hiện đại nhất cho phép lưu lượng thông tin truyền đi đạt tới gần dung lượng giới hạn của kênh. Người ta sử dụng mã Turbo tỷ lệ 1/3 (một bit thông tin vào sẽ có 3 bit ra trong đó có 1 bit thông tin và 2 bit kiểm tra. Số bit đầu vào càng nhiều thì chất lượng của mã Turbo càng cao. Tuy nhiên do khả năng hạn chế của thiết bị giải mã (phần cứng) người ta hạn chế số lượng bit đầu vào là 5114. Nếu số lượng đầu vào lớn hơn 5114 những bit này sẽ được tách ra thành các khối nhỏ hơn 5114 bit.
5. Cân bằng khung vô tuyến - chèn DTX
Làm nhiệm vụ phân phối các bit cho các kênh vật lý nếu có nhiều hơn một kênh được sử dụng (một kênh là mã trải phổ). Đảm bảo số liệu chia thành các khối được cân bằng khi phát trên nhiều khung 10ms. Điều này được thực hiện bằng cách đệm một số bit cần thiết để được các khối cùng kích thước trên khung.
6. Đan xen lần thứ nhất và phân đoạn khung vô tuyến
Do mã Turbo được thiết kế tối ưu hoá nhiễu trắng tức là mỗi có thể xảy ra ở các bit một cách hoàn toàn ngẫu nhiên, Trong khi đó đối với một môi trường truyền dẫn vô tuyến, fading sâu lại thường gây ra một chuỗi lỗi liên tục làm giảm chất lượng của giải mã Turbo. Vì vậy, bằng cách đảo chỗ các khối bit (trộn) trước khi truyền và khôi phục lại thứ tự sau khi thu người ta có thể trải đều ngẫu nhiên các bit bị lỗi do fading sâu gây ra.
Đan xen lần thứ nhất được sử dụng khi quỹ trễ cho phép nhiều hơn 10ms ghép xen. Độ dài các lớp của ghép xen lần 1 là 20, 40, 80ms. Chu kỳ ghép xen quan hệ trực
tiếp vơi TTI. Các vị trí khởi đầu của TTI cho các kênh truyền tải khác nhau được ghép với nhau ở một kết nối duy nhất và được đồng bộ với nhau.
7. Phối hợp tốc độ (RM)
RM cho phép điều chỉnh số lượng bit truyền đi không vượt quá giới hạn mà các kênh vật lý có thể đáp ứng được cũng như cho phép điều chỉnh chất lượng của các kênh truyền dẫn một cách linh động nhất. Nó được sử dụng để phối hợp số bit cần phát với số bit khả dụng trên một kênh vô tuyến.
Quá trình này được thực hiện bằng cách chặn hay lặp. Phối hợp tốc độ cần lưu ý đến số bit đến khung từ các kênh truyền tải khác nhau. Đây là một thao tác động và thay đổi theo khung. Khi tốc độ số liệu của dịch vụ với TTI thấp nhất thay đổi, phổi hợp tốc độ điều chỉnh các thông số của các kênh khác sao cho tất cả các ký hiệu trong khung vô tuyến được sử dụng.
Các lớp cao cung cấp thông số bán cố định, để điều khiển phối hợp tốc độ tương đối giữa các kênh truyền tải khác nhau. Thông số này được sử dụng để tính toán giá trị phối hợp tốc độ khi ghép một số kênh truyền tải cho cùng một khung vô tuyến. Máy thu sử dụng thuộc tính phối hợp tốc độ và TFCI để tính toán các thông số phối hợp cần sử dụng. Bằng cách hiệu chỉnh phối hợp tốc độ, có thể tinh chỉnh chất lượng của các dịch vụ khác nhau để đạt được mức công suất ký hiệu gần bằng nhau.
8. Ghép các kênh truyền tải
Các kênh truyền tải khác nhau được ghép chung bằng một thao tác ghép kênh truyền tải. Quá trình này được thực hiện bằng ghép nối tiếp theo khung. Mỗi kênh truyền tải cung cấp một khối 10ms để ghép chung. Trong trường hợp sử dụng nhiều kênh vật lý (nhiều mã trải phổ) phân đoạn kênh vật lý được sử dụng. Thao tác này phân đều số liệu lên các mã trải phổ khả dụng khác nhau. Việc sử dụng ghép kênh nối tiếp cũng có nghĩa là phát đa mã, các tốc độ thấp hơn có thể được thực hiện bằng cách phát đi ít mã hơn tốc độ đầy đủ. Việc này tương ứng với việc phân phối các bit cho các kênh vật lý nếu có nhiều hơn một kênh được sử dụng.
9. Đan xen lần thứ hai
Đan xen lần thứ hai thực hiện cho các khung vô tuyến 10ms, đôi khi còn gọi là ghép xen nội khung. Ghép xen lần hai được thực hiện riêng rẽ cho từng kênh vật lý trong trường hợp nhiều kênh mã được sử dụng.
Ở đầu ra bộ ghép xen lần hai, các bit được sắp xếp lên các kênh vật lý. Số bit đưa vào một kênh vật lý cũng bằng số bit mà hệ thống trải phổ của khung này có thể phát. Trường hợp đặc biệt số bit phát bằng không và kênh vật lý hoàn toàn không được phát.
10. Điều chế
Bộ điều chế QPSK được sử dụng (còn gọi là ghép kênh theo mã I-Q): các bit ở đầu ra bộ ghép kênh sẽ được chia đều làm hai nhánh gọi là I (Inphase) và Q (Quadrature) còn gọi là thực và ảo. Mục đích của việc tách thành hai luồng tín hiệu là nhằm truyền tín hiệu với băng tần 2B mà không làm thay đổi độ chiếm dụng băng tần (tức là sẽ thực hiện việc nhân một băng gốc độ rộng B với một sóng mang sin(ωt), và một sóng mang cos(ωt). Tốc độ của luồng tín hiệu bit vào bằng hai lần tốc độ 1 luồng tín hiệu bit ra.
11. Trải phổ và trộn mã
Trải phổ: cả hai nhánh I/Q sẽ được trải phổ bằng cùng một mã trải phổ (1bit đầu vào sẽ thành SF bits đầu ra). Mã trải phổ dùng để phân biệt các kênh vật lý với nhau. Trộn mã: đầu ra của trải phổ sẽ được nhân phức với một chuỗi ngẫu nhiên gọi là mã trộn. Mã trộn dùng để phân biệt các trạm gốc với nhau.
Trải phổ đường xuống được thực hiện bằng các mã định kênh. Nhiều người sử dụng sẽ dùng chung một cây mã. Thông thường chỉ có một mã ngẫu nhiên hoá và vì thế chỉ có một cây mã cho một đoạn ô. Các kênh chung và các kênh riêng chia sẻ chung một tài nguyên cây mã. Chỉ có một ngoại lệ với các kênh vật lý: kênh đồng bộ (SCH) không sử dụng mã ngẫu nhiên.
12. Điều chế sóng mang H(f)
Các giá trị thực ở đầu ra bộ trộn sẽ được nhân với hệ số công suất rồi đưa đến H(f). Tại đây sẽ biến đổi tín hiệu ở thể chip rời rạc thành tín hiệu liên tục để truyền được trên kênh vô tuyến. Sau đó qua bộ lọc tạo dạng (waveform matched filter) để đảm bảo phổ băng gốc không vượt quá giá trị quy định (dưới 5Mhz) băng gốc I sẽ được nhân với sóng mang sin(ωt), băng gốc Q sẽ được nhân với sóng mang cos(ωt), hai tín hiệu được kết hợp sau đó qua bộ lọc cao tần, khuếch đại rồi ra ănten
4.1.3.1.2 Phía thu 1. Tách sóng mang
Nhân tín hiệu thu được với sin(ωt) sẽ cho qua kênh I, nhân tín hiệu thu được với cos(ωt) sẽ cho kênh Q. Kênh I và Q đi qua lọc tạo dạng lấy mẫu ở đầu ra là các chip.
2. H(f)*
Thực hiện việc biến đổi tín hiệu liên tục thu được sau bộ lọc khuếch đại thành tín hiệu chip rời rạc.
3. Giải trộn
Do tín hiệu đến máy thu bằng nhiều đường khác nhau, sẽ có một bộ tìm đường (path search) tìm ra các đường có độ trễ khác nhau 1 hoặc nhiều chip. Giả sử có 3 đường với độ trễ 0, 1, 3 chip. Nhân phức các mẫu chip ở đầu ra của giải điều chế sóng mang lần lượt với SC với các độ trễ tương ứng sẽ cho 3 chip luồng ra tương ứng với đường 1, 2, 3.
4. Nén phổ
Nhân kênh I và Q của từng luồng ra (3 luồng) với CC (SF chips) rồi tổng hợp các chips lại sẽ có I/Q bit mềm. Lấy tổng từng bit mềm I/Q của 3 luồng thành một luồng bit mềm duy nhất.
5. Giải điều chế
Ở phía thu tiến hành quá trình giải điều chế QPSK.
- Nếu tổng bit mềm I/Q rơi vào phần tư thứ nhất thì tại đầu ra I = 0, đầu ra bit Q = 0.
- Nếu tổng bit mềm rơi vào góc phần tư thứ hai thì tại đầu ra bit I = 1, đầu ra bit Q = 0.
- Nếu bit mềm rơi vào góc phần tư thứ ba thì I = 1, Q = 1. - Nếu bit mềm rơi vào góc phần tư thứ tư thì I = 0, Q = 1. - Bit I/Q được nhập lại làm một ( parallel to serial).
- Tín hiệu sau điều chế được tách kênh (các quá trình diễn ra ngược lại so với phía phát). Đầu ra bộ tách kênh thu được dữ liệu ban đầu.