2.2.1 Đờng truyền bất đối xứng
Trong hệ thống IS95 CDMA, các đờng lên và xuống có cấu trúc khác nhau. Điều này là cần thiết để phù hợp với những yêu cầu cho một hệ thống thông tin di động mặt đất. Đ- ờng xuống bao gồm bốn loại kênh logic: kênh pilot, kênh đồng bộ, kênh tìm gọi và kênh lu lợng. Mỗi đờng xuống vật lý có một kênh pilot (hoa tiêu), một kênh đồng bộ, và có 7 kênh tìm gọi, cùng vài kênh lu lợng. Mỗi kênh đờng xuống đầu tiên đợc trải phổ trực giao bởi hàm Walsh tơng ứng, sau đó nó đợc trải phổ bằng một cặp chuỗi PN ngắn cầu phơng. Tất cả các kênh đợc tổng hợp thành một tín hiệu trải phổ phát xuống MS.
Đờng lên gồm có 2 loại kênh logic: kênh truy nhập và kênh lu lợng. Mỗi kênh đờng lên này đợc trải phổ trực giao bằng một chuỗi PN dài duy nhất, vì thế nên mỗi kênh đợc phân biệt bằng mã PN dài. Kênh pilot không đợc sử dụng ở đờng lên là bởi mỗi MS không thể phát quảng bá chuỗi pilot riêng của nó.
2.2.2 Đờng xuống
Đờng xuống sử dụng mã walsh đợc tạo ra từ ma trận Hadamard 64x64 trực giao, bao gồm 64 hàm, mỗi kênh logic đợc xác định bằng một hàm walsh đã đợc phân bổ.
2.2.2.1Kênh Pilot
Kênh pilot đợc xác định bằng hàm Walsh 0 (w0). Kênh này không chứa thông tin trong băng tần gốc. Chuỗi băng tần gốc là một chuỗi 0 đợc trải phổ bằng hàm Walsh 0.
Kết quả chuỗi này (toàn 0) đợc nhân với cặp chuỗi PN cầu phơng. Nh vậy kênh pilot thực sự là chuỗi PN của chính nó.
Chuỗi PN với một (offset) dịch thời nào đó nhận dạng duy nhất sector mà phát ra tín hiệu pilot. Lu ý rằng cả 2 hàm Walsh 0 và chuỗi PN có tốc độ 1,2288Mcps. Sau khi trải phổ chuỗi PN, bộ lọc băng gốc đợc sử dụng để tạo dạng các xung số. Điều này đợc thực hiện thông qua bộ lọc thông thấp lọc dòng xung số và điều khiển phổ tín hiệu.
Kênh pilot là các xung đợc phát liên tục tại các sector trạm gốc. Kênh pilot cung cấp cho MS chuẩn về định thời (timing) và pha. Việc đo tỉ số S/N (hay Ec/Io) của MS trên kênh pilot cho biết sector nào phục vụ có tín hiệu mạnh nhất đối với MS để MS lựa chọn chuyển giao.
2.2.2.2Kênh đồng bộ
Không giống nh kênh pilot, kênh đồng bộ mang thông tin băng gốc. Thông tin này bao gồm bản tin kênh đồng bộ và thông báo cho MS biết về sự đồng bộ hệ thống và các tham số. Hình 2.6 mô tả thông tin băng gốc đợc bảo vệ lỗi và ghép xen;
Hình 2. Kênh đồng bộ
Kênh đồng bộ đợc trải phổ bằng hàm Walsh 32 sau đó đợc nhân với cặp chuỗi PN của sector đang phục vụ. Tốc độ của luồng thông tin băng gốc là 1,2kb/s.
Kênh đồng bộ phát theo nhóm siêu khung trên kênh đồng bộ, mỗi siêu khung gồm 96 bít và dài 90ms tốc độ số liệu là 96/90=1,2 kbps hình 2.7:
Hình 2. Cấu trúc khung của kênh đồng bộ
Mỗi khung của kênh đồng bộ đợc sắp hàng với một chuỗi PN ngắn (tơng ứng với sector đang xét). Chuỗi PN ngắn đợc lặp với thời gian 26,67 ms và mỗi chu kì của chuỗi PN ngắn đợc đồng bộ với mỗi khung kênh đồng bộ. Vì vậy, mỗi lần MS đồng bộ đợc với kênh pilot, sự sắp hàng cho kênh đồng bộ đợc thấy ngay lập tức. Lý do là vì kênh đồng bộ đợc trải phổ bằng cùng một chuỗi PN pilot và bởi vì định thời khung của kênh đồng bộ đợc sắp hàng với chuỗi PN pilot đó. Mỗi khi MS giành đợc sự sắp hàng với kênh đồng bộ thì MS có thể bắt đầu đọc bản tin kênh đồng bộ.
Bản tin của kênh đồng bộ thì dài và có thể chứa trong nhiều khung của kênh đồng bộ. Vì thế bản tin kênh đồng bộ đợc tổ chức theo một cấu trúc gọi là bao bọc bản tin kênh đồng bộ (Sync Channel Message Capsule. Một Capsule (bọc) bản tin kênh đồng bộ bao gồm: bản tin kênh đồng bộ và phần đệm (padding). Bản tin kênh đồng bộ đợc chứa nhiều khung đồng bộ, và bộ đệm (chứa các bít) đợc sử dụng để lấp đầy vào vị trí bít ở tất cả các đầu của siêu khung đồng bộ tiếp theo, nơi bắt đầu của bản tin kênh đồng bộ. Mỗi khung của kênh đồng bộ bắt đầu bằng bít khởi đầu của bản tin (SOM). Bít SOM là bít đầu tiên của khung ở mỗi kênh đồng bộ. Giá trị bít SOM là 1 chỉ ra bắt đầu của bản tin kênh đồng bộ, bít SOM là 0 chỉ ra khung của kênh đồng bộ hiện tại có nội dung của một bản tin kênh đồng bộ đang chạy mà đã đợc bắt đầu ở vài khung trớc đó. Theo cách này, BS có thể phát bản tin kênh đồng bộ trong các khung của kênh đồng bộ nối tiếp nhau. Chú ý rằng SOM 1 cũng là bắt đầu của một siêu khung của kênh đồng bộ. Nói cách khác, một bản tin của kênh đồng bộ luôn đợc bắt đầu ở đầu của siêu khung của kênh đồng bộ. Mỗi khung kênh đồng bộ bắt đầu với bít SOM, và phần còn lại của khung là phần thân khung của kênh đồng bộ. Hình 2.8 chỉ ra cấu trúc này. Bản tin của kênh đồng bộ chiếm 2 siêu khung liên tiếp:
Hình 2. Cấu trúc bản tin kênh đồng bộ (giả sử bản tin chiếm 2 siêu khung liên tiếp)
Bản tin kênh đồng bộ bao gồm các trờng khác nhau; bản tin chứa thông tin nh dịch thời của chuỗi PN pilot đợc sử dụng cho sector phát (chẳng hạn nh trờng PILOT-PN). Bản tin cũng chứa thông tin để có thể cho phép MS đồng bộ với chuỗi PN dài. Điều này đợc thực hiện bằng cách đọc các trờng LC_STATE và SYS_TIME của bản tin kênh đồng bộ. BS thiết lập trờng LC_STATE theo trạng thái mã dài ở khoảng thời gian tơng lai nhận đợc từ trờng SYS_TIME, và ở thời điểm chính xác đa ra bởi SYS_TIME, MS bắt đầu chạy chuỗi PN dài (ở trạng thái đa ra bởi trờng LC_STATE). Vì thế, sau khi thành công thu bản tin MS biết chính xác dịch thời PN nào của chuỗi PN ngắn, và MS đợc đồng bộ với chuỗi PN dài.
2.2.2.3Kênh tìm gọi
Đờng xuống có 7 kênh tìm gọi. Cũng giống nh kênh đồng bộ, kênh tìm gọi cũng mang thông tin băng tần gốc, nhng nó khác với kênh đồng bộ ở chỗ, kênh tìm gọi phát ở các tốc độ cao hơn, nó có thể phát ở tốc độ 4,8 hoặc 9,6 kb/s. Trờng PRAT trong bản tin kênh đồng bộ báo cho MS về tốc độ số liệu của kênh tìm gọi. Khi MS chiếm đợc định thời và sử dụng đồng bộ trên kênh đồng bộ thì MS sẽ bắt đầu giám sát kênh tìm gọi. Mặc dù có đến 7 kênh tìm gọi trên 1 sector nhng mỗi MS chỉ giám sát một kênh tìm gọi. Trên hình 2.9 thông tin băng tần gốc đợc bảo vệ lỗi đầu tiên, sau đó nếu tốc độ là 4,8kb/s thì các bít đợc lặp lại ngay tức khắc. Ngợc lại chúng không bị lặp lại
Hình 2. Cấu trúc kênh tìm gọi
Tiếp theo ghép xen, số liệu đầu tiên đợc trộn (để chống thu trộm) bằng một chuỗi PN dài đã bị rút bớt tốc độ, sau đó đợc trải phổ bằng một hàm walsh đợc phân bổ cho kênh tìm gọi và đợc trải phổ bằng chuỗi PN ngắn đợc phân bổ cho sector phục vụ. Hình 2.9 cho thấy mã PN dài đợc rút bớt theo một tỉ số suy giảm 64:1 ( nghĩa là từ 1,2288Mcps- > 19,4Ks/s). Chính bộ tạo mã dài đợc tạo mặt nạ với một mặt nạ chỉ định theo mỗi số kênh tìm gọi duy nhất (từ 1-> 7). Vì thế, mặt nạ mã dài đợc sử dụng cho kênh tìm gọi 1 (trải phổ bằng hàm walsh 1) là khác với mặt nạ mã dài đợc dùng cho kênh tìm gọi 3 ( đ- ợc trải phổ bằng hàm walsh 3).
Kênh tìm gọi đợc chia thành các slot 80 ms, mỗi nhóm có 2048 slot đợc gọi là một chu kì slot tối đa. Một slot 80ms đợc chia thành 4 khung kênh tìm gọi, mỗi khung kênh tìm gọi đợc chia thành 2 nửa khung tìm gọi. Bít đầu tiên của mỗi nửa khung đợc gọi là bít chỉ thị vỏ bọc đồng bộ. Hình 2.10 mô tả cấu trúc khung của kênh tìm gọi;
Hình 2. Cấu trúc khung của kênh tìm gọi ở tốc độ 9,6 kb/s
Một bản tin kênh tìm gọi có thể chiếm nhiều hơn một nửa khung kênh tìm gọi, và một bản tin có thể kết thúc ở giữa nửa khung của kênh tìm gọi . Bản tin trên kênh tìm gọi có thể đợc chuyển bằng vỏ bọc (Capsules) của bản tin kênh. Nếu một bản tin kết thúc ở giữa của một nửa khung kênh tìm gọi và nếu có ít hơn 8 bít giữa cuối của bản tin đó và bít SCI của nửa khung tiếp theo thì BS sẽ bao gồm cả bít đệm của nửa khung tiếp theo. Nếu vỏ bọc bản tin tiếp theo đợc phát đi là một vỏ bọc bản tin đợc đồng bộ, thì BS sẽ cũng bao gồm đủ các bít đệm ở cuối vỏ bọc bản tin hiện tại để mở rộng vỏ bọc lên đến đầu của nửa khung tiếp theo.
Tuy nhiên nếu một bản tin kết thúc ở giữa của nửa khung kênh tìm gọi và nếu có nhiều hơn 8 bít giữa phần cuối của bản tin đó và bít SCI của nửa khung tiếp theo, thì BS có thể phát một capsule ( vỏ bọc) bản tin đợc đồng bộ ngay lập tức sau bản tin đó. Trong trờng hợp này không có các bít đệm đợc thêm vào. Vì thế bít SCI ra lệnh bằng cờ bắt đầu của một vỏ bọc bản tin mới đóng nhãn trong nửa khung hiện tại có nghĩa bít SCI là 1. Sau đó một vỏ bọc bản tin mới đợc bắt đầu ngay tức khắc sau bít SCI đó. Bít SCI đợc thiết lập về 0 trong tất cả các trờng hợp khác.
Hình 2. Ba bản tin của kênh tìm gọi đợc phát liên tục
Các bản tin mào đầu và tìm gọi đợc gửi qua kênh tìm gọi. Thông tin mào đầu đợc sử dụng để báo cho MS về các thông số cấu hình hệ thống quan trọng. Ví dụ về các bản tin mào đầu là bản tin các tham số hệ thống, bản tin tham số truy nhập, bản tin danh sách lân cận (neighbor list message).
Bản tin tham số hệ thống gồm các tham số cấu hình hệ thống, bao gồm: Các tham số chuyển giao cho MS để dùng:
T_ADD: ngỡng phát hiện pilot T_DROP: ngỡng rơi pilot
T_COMP: ngỡng so sánh candidate set và active set T_TDROP: giá trị thời gian rơi
SRCH_WIN_A: kích thớc cửa số tìm kiếm cho active set và candidate set SRCH_WIN_N: kích thớc cửa sổ tìm kiếm cho neighbor set
SRCH_WIN_R: kích thớc cửa số tìm kiếm remaining set NGHBR_MAX_AGE: độ tuổi tối đa của neighbor set
Các tham số điều khiển công suất đờng xuống cho MS để sử dụng: PWR_REP_THRESH: ngỡng báo cáo điều khiển công suất
PWR_REP_FRAMES: đếm khung báo cáo điều khiển công suất PWR_THRESH_ENABLE: chỉ thị kiểu báo cáo ngỡng
PWR_PERIOD_ENABLE: chỉ thị kiểu báo cáo định kỳ PWR_REP_DELAY: trễ báo cáo công suất
Bản tin tham số truy nhập bao gồm các tham số cấu hình truy nhập, bao gồm: Các tham số điều khiển công suất đờng lên cho MS để dùng:
NOM_PWR: dịch thời công suất phát tối thiểu
INIT_PWR: dịch thời công suất ban đầu cho truy nhập PWR_STEP: lợng tăng công suất
Các tham số truy nhập cho MS: NUM_STEP: số thăm dò truy nhập
PROBE_PN_RAN: ngẫu nhiên thời gian cho thăm dò kênh truy nhập ACC_TMO: thời gian hết hiệu lực
PROBE_BKOFF: access channel probe backoff range BKOFF: access channel probe sequence backoff range;
MAX_REQ_SEQ: số chuỗi thăm dò truy nhập tối đa cho một yêu cầu kênh truy nhập Các tham số kênh truy nhập để MS sử dụng:
MAX_CAP_SZ: Kích thớc vỏ bọc bản tin kênh truy nhập tối đa PAM_SL: độ dài phần đầu kênh truy nhập
Bản tin danh sách lân cận (neighbor list message) bao gồm một danh sách các sector lân cận để MS sử dụng; bao gồm các dịch thời PN của các sector lân cận. Các bản tin tìm gọi đợc gửi qua kênh tìm gọi, một bản tin tìm gọi gồm có một bản tin cho một MS riêng biệt, hoặc nó có thể gồm một bản tin chứa một nhóm MS.
2.2.2.4Kênh lu lợng
Kênh lu lợng đờng xuống đợc sử dụng để phát thoại và số liệu ngời dùng. Các bản tin báo hiệu cũng đợc gửi qua kênh lu lợng. Cấu trúc của kênh lu lợng đờng xuống cũng giống với kênh tìm gọi. Chỉ khác là kênh lu lợng đờng xuống chứa đa thành phần PCBs. Hình 2.12 mô tả kênh lu lợng đờng xuống cho tập tốc độ 1.
Hình 2. Kênh lu lợng đờng xuống tập tốc độ 1
Tập tốc độ 1 có 4 tốc độ số liệu khác nhau là 9,6 4,8 2,4 và 1,2 kb/s. Trong chu kỳ im lặng của thoại, bộ mã hóa thoại có thể quyết định tốc độ mã hóa thoại tốc độ thấp nhất là 1,2 kb/s. Số liệu băng tần gốc từ bộ mã hóa thoại đợc mã hóa xoắn để bảo vệ lỗi. Với tập tốc độ 1 sử dụng bộ mã xoắn tốc độ 1/2. Sau bộ mã hóa tốc độ tăng gấp đôi. Sau khi mã xoắn thì số liệu phải đi qua bộ lặp ký hiệu. Bộ lặp ký hiệu lặp lại các ký hiệu khi số liệu tốc độ thấp hơn đợc tạo ra bởi bộ vocoder. Dới đây là sơ đồ lặp:
Khi tốc độ số liệu là 9,6 kb/s thì tốc độ ký hiệu mã (ở đầu ra của bộ mã xoắn) là 19,2 kb/s. Trong trờng hợp này không có sự lặp lại ký hiệu.
Khi tốc độ là 4,8kb/s tốc độ ký hiệu mã là 9,6 kb/s thì mỗi ký hiệu đợc lặp lại một lần, tốc độ ký hiệu điều chế cuối cùng là 19,2 kb/s
Khi tốc độ 2,4 kb/s tốc độ ký hiệu mã là 4,8 kb/s thì mỗi ký hiệu đợc lặp lại 3 lần, tốc độ ký hiệu ở đầu ra bộ lặp là 19,2 kb/s
Khi tốc độ 1,2 kb/s tốc độ ký hiệu sau khi mã hóa là 2,4 kb/s, tốc độ kí hiệu qua bộ lặp là 19,2 kb/s.
Lý do dùng các bộ lặp lại là để giảm toàn bộ công suất nhiễu ở một thời điểm nhất định khi phát ở tốc độ số liệu thấp hơn. Hình 2.13 a và b minh họa điều này
Trong một hệ thống CDMA thực sự, khi bộ vocoder phát tốc độ 4,8kb/s thì năng lợng của một ký hiệu đợc phát chỉ là một nửa tốc độ 9,6 kb/s. Khi vocoder phát ở tốc độ 2,4 kb/s thì năng lợng/ kí hiệu đợc phát bằng 1/4 tốc độ 9,6 kb/s. Nếu tốc độ là 1,2 kb/s thì năng lợng/ký hiệu đợc phát là 1/8 tốc độ 9,6 kb/s.
Sau khi lặp ký hiệu, số liệu đợc ghép xen để chống lại fading. Sau khi dữ liệu đợc ghép xen thì đợc trộn vào một chuỗi PN dài. Chuỗi PN dài đợc tạo ra bởi một bộ tạo mã PN dài. Máy phát tạo ra chuỗi PN dài 1,2288Mc/s. Vì tốc độ số liệu ở đầu ra của bộ ghép xen là 19,2 kb/s nên chuỗi PN đợc qua bộ Decimate (rút gọn) tạo tỉ số 64:1 để đạt đợc một tốc độ 19,2 kcps sau đó đợc nhân với dòng số liệu 19,2kb/s. Bộ tạo mã dài tạo ra chuỗi PN dài sử dụng một mặt nạ để chỉ định đến MS. Thực tế, mặt nạ là một hàm của chuỗi số điện tử (ESN) của MS.
Các bít PCBs tốc độ 800b/s đợc nhân với dòng số liệu đợc trộn ở tốc độ 19,2kb/s. Một PCB có thể đợc đa vào bất kì đâu ở vị trí 16 bít đầu tiên của nhóm PCG ( gồm 24 bít). Cấu trúc kênh lu lợng đờng xuống tơng tự cho bộ tốc độ 2. Bộ mã hóa tốc độ 2 mã hóa thoại ở tốc độ cao hơn và nó tạo ra chất lợng thoại tốt hơn ở tốc độ 1: bộ tốc độ 2 có các tốc độ : 14,4; 7,2; 3,6 và 1,8 kb/s. Để duy trì đầu ra của khối ghép xen ở tốc độ 19,2 kb/s thì tốc độ của bộ mã xoắn đợc tăng lên R=3/4
2.2.2.5Bộ điều chế
Đầu ra của kênh logíc đợc đa vào bộ điều chế hình 2.14.
Độ lợi của mỗi kênh logic gồm kênh: pilot, đồng bộ, tìm gọi và tất cả các kênh lu lợng trớc tiên đợc hiệu chỉnh bằng hàm điều khiển độ lợi. Độ lợi của mỗi kênh ra lệnh cho