Do tơng thích với IS-95, CDMA2000 có các kênh điều khiển chung hớng xuống tơng tự nh IS-95. Có kênh hoa tiêu đờng xuống (F-PICH), nhng CDMA2000 có thể cũng sử dụng các hoa tiêu phụ khi sử dụng các dãy anten đa chùm tia thích ứng. Kênh hoa tiêu vùng chung đờng xuống(F-CAPICH) đợc dùng bởi tất cả các máy di động trong khu vực địa lý các chùm sóng, ví dụ các cửa hàng mua sắm, ở đó suy hao truyền sóng cao và lu lợng thoại cao. Bằng cách sử dụng chùm sóng spot, công suất truyền của cả BS và các MS đợc giảm.
Hình 2.2 Cấu trúc cây mã hoa tiêu
Cũng có kênh hoa tiêu vùng riêng đờng xuống (F-DAPICH), hoạt động khi một anten phát hiện chùm sóng theo sau và đợc dùng dành riêng bởi máy di động đặc biệt. F-DAPICH đợc dùng bởi các MS tốc độ bit cao hoặc MS cá nhân chịu suy hao đờng truyền cao. MS sẽ dùng hoa tiêu F-PICH của IS-95 che phủ sector để chiếm nhận dạng cell, tham khảo pha và thông tin định thời, nhng nếu sử dụng anten đáp ứng thì MS phải có hoa tiêu riêng, đợc gửi thông qua chùm
31 Wim Wim Wim Wim Wim Wim Wim Wi Wim Wim Wim Wim Wim Wim Wim Wim Wim Wim Wim Wim Wim
sóng hẹp để kênh vô tuyến đối với chùm sóng đó là duy nhất cho hoạt động máy thu RAKE. Bằng cách sử dụng nhiều hoa tiêu, dung lợng và tuyến có thể đợc nâng cao.
Nếu mỗi MS có một mã Walsh duy nhất thì chúng ta cần quan tâm đến các mã Walsh, giữ nguyên để xử lý lu lợng ngời dùng. Do đó các mã hoa tiêu phụ có đợc từ bộ các mã Walsh mở rộng. Bắt đầu với mã Walsh Wim, mã có chiều dài m, dãy i, chúng ta có thể tạo mã dài hơn nh trong hình 2.2. Mỗi nhánh chúng ta nhân đôi chiều dài mã, và chúng ta quan sát nếu m=64 thì từ một mã chiều dài 64, các thiết bị ngời sử dụng (UEs), Wim, chúng ta tạo ra 4 mã Walsh chiều dài 256. Do vậy, sử dụng một mã Walsh (Wim) sẽ sinh ra 4 mã hoa tiêu duy nhất, mỗi hoa tiêu là 4 lần chiều dài, đó là 4m. Chúng ta có thể tiếp tục với cấu trúc cây, và với N nhánh chúng ta tạo ra các mã Walsh có chiều dài Nm. Sự tơng quan giai đoạn ở các máy nhận phải đợc qua giai đoạn kết hợp với Nm, và sự giới hạn ở trên N là kênh này phải giữ nguyên vị trí về cơ bản đối với tơng quan giai đoạn. Chúng ta chú ý rằng các mã này tơng tự nh mã trải phổ trực giao (OVSFs) của UTRA.
Hình 2.3 Cấu trúc cây mã trải phổ trực giao OVSF
Kênh đồng bộ đờng xuống (F-SYNC), kênh tìm gọi đờng xuống (F-PCH) và kênh điều khiển chung đờng xuống (F-CCCH) giống nh trong IS-95.
Kênh đồng bộ đờng xuống (F-SYNC)
Kênh đồng bộ mang thông tin đã yêu cầu cho phép MS đồng bộ với BS đã cho. Tốc độ dữ liệu kênh là 1,2 Kbps, dữ liệu tin trên kênh đồng bộ bằng 1/2 tốc độ đã mã hóa sử dụng mã chiều dài bắt buộc 9 bit, định nghĩa bằng các đa thức sau: g0 = 1 + D + D2 + D3 + D5 + D7 + D8 g1 = 1 + D2 + D3 + D4 + D8 (2.1) 32 Cch,4,2 =(1,-1,1,-1) Cch,4,3 =(1,-1,-1,1) Cch,4,1 =(1,1,-1,-1) Cch,4,0 =(1,1,1,1) Cch,1,0 =(1) Cch,2,0=(1,1) Cch,2,1=(1,-1) SF=1 SF=2 SF=4
Mã này có khoảng cách tự do nhỏ nhất là 12, tốc độ ký hiệu sau mã hóa là 2,4 Ksymbols/s. Mỗi ký hiệu đợc lặp lại một lần để tạo tốc độ ký tự là 4,8 Ksymbols/s. Các ký hiệu này sau đó đợc xen vào các khối 128 ký tự, tức là một chu kỳ mã hoa tiêu 26,66ms. Sau đó tín hiệu ra đợc EXOR với mã W32, mã Walsh này có tốc độ chip 1,2288 Mchips/s, bao gồm 32 chip 0 và 32 chip 1 theo sau.
Mã Walsh này sẽ không trải phổ tín hiệu dữ liệu hiệu quả trên cả băng 1,25 Mhz (1,2288Mchips/s) nếu cực tính của nó chỉ thay đổi 2 lần trên chu kỳ 64 chip. Để đạt đợc trải phổ trên cả băng tần 1,25 Mhz, tín hiệu đồng bộ đợc EXOR với cả chuỗi PNI và chuỗi PNQ, sau đó các tín hiệu ra đợc cho qua hai bộ lọc thông thấp định dạng xung giống hệt nhau dùng trên kênh hoa tiêu. Các tín hiệu sau lọc sẽ điều chế 2 sóng mang vuông góc với sơ đồ pha nh nhau. Kênh đồng bộ sẽ dùng các offset PNI và PNQ nh kênh hoa tiêu trên cùng một sóng mang. Theo đó MS có thể liên kết kênh đồng bộ với đúng kênh hoa tiêu, và quay vòng với đúng ô. Kênh đồng bộ mang số nhận dạng hệ thống (SID) 15 bit và số nhận dạng mạng(NID), ngoài ra nó còn mang offset PN hoa tiêu của ô (PILOT_PN), trạng thái mã dài (LC_STATE) và định thời hệ thống (SYS_TIME).
Hình 2.4 Cấu trúc kênh đồng bộ
Dữ liệu kênh đồng bộ đợc tạo với tốc độ 1,2Kbps hay khung 32bit/26,6ms. Mỗi khung kênh đồng bộ đợc sắp khởi đầu là chuỗi PN, do đó MS có thể thu đợc thông tin định thời khung kênh đồng bộ từ kênh hoa tiêu. Việc xen vào kênh đồng bộ cũng đợc thực hiện trên các kênh 26,6ms. Chỉ một bản tin đợc truyền trên kênh đồng bộ; cấu trúc bản tin kênh đồng bộ xem hình 2.4. Tám bit đầu tiên của bản tin đa ra độ dài bản tin (MSG_LENGTH) trên một octet. Độ dài này bao gồm thông số MSG_LENGTH 8 bit, phần thân bản tin và
30 bit kiểm tra. Phần thân bản tin chứa thông tin kênh đồng bộ (ví dụ : LC_STATE và SYS_TIME). Bản tin kênh đồng bộ đợc bảo vệ bằng 30 bit kiểm tra CRC, các bit này đợc gắn ở cuối bản tin và đợc định nghĩa bằng đa thức sinh sau:
g(x) =x30 +x29 +x21 +x20 +x15 +x13 +x12 +x11 +x8 +x7 +x6 +x2 +x +1 (2.2) CRC đợc tao ra cho cả 8 bit MSG_LENGTH và phần thân bản tin. Nó đ- ợc MS dùng để kiểm tra và sửa lỗi còn lại trên bản tin kênh đồng bộ, tốc độ bằng nửa tốc độ giải mã sửa lỗi đờng xuống (FEC).
Bản tin kênh đồng bộ đợc sắp trên các khung kênh đồng bộ, mỗi khung bao gồm một bit đơn cờ khởi tạo bản tin (SOM), tiếp theo là 31 bit thông tin dùng để mang nội dung bản tin kênh đồng bộ; trong đó cờ SOM dùng để chỉ rõ điểm bắt đầu bản tin mới, khi cờ SOM=1 thì thông tin trong phần còn lại của khung là khởi đầu của bản tin mới , khi cờ SOM =0 thì thông tin chứa trong khung là phần của bản tin bắt đầu của khung sớm hơn.
Hình 2.5 Định thời kênh đồng bộ và kênh hoa tiêu
Các kênh đồng bộ đợc tạo thành các siêu khung độ dài 80ms, gồm 3 khung liên tiếp nhau. Bản tin kênh đồng bộ sẽ luôn đợc xếp trên một số nguyên các siêu khung kênh đồng bộ, do đó cuối bản tin sẽ đợc chèn thêm để làm đầy siêu khung cuối; có nghĩa là một bản tin kênh đồng bộ sẽ chỉ bắt đầu tại các biên của siêu khung. Các siêu khung đồng bộ đợc sắp sao cho chuỗi offset PN 0 (toàn bit 0), khởi đầu của siêu khung sẽ luôn trùng với các giây chẵn của định
thời đồng bộ. Trong trờng hợp offset PN khác, khởi đầu siêu khung sẽ luôn cùng với thời điểm offset PN, sau các giây chẵn của định thời hệ thống.
Trong đặc điểm kỹ thuật, các giây chẵn của định thời hệ thống đợc gọi là các dấu hiệu giây chẵn, chúng rất quan trọng khi tham khảo định thời cho các offset PN. Các hoa tiêu offset PN 0 sẽ luôn khởi đầu trên các dấu hiệu giây chẵn; các hoa tiêu offset còn lại sẽ khởi đầu tại thời điểm bằng với offset PN sau các dấu hiệu kênh chẵn. Thông tin trong bản tin kênh đồng bộ rất nhạy với thời gian, tức là nó chỉ hợp lệ tại đúng một thời điểm, và quan trọng là MS hiểu đợc khoảng thời gian chính xác tham khảo thông tin. Trong trờng hợp hoa tiêu offset PN 0, thông tin trong bản tin kênh đồng bộ 320ms là hợp lệ, bằng 4 siêu khung, phần cuối của siêu khung cuối chứa một phần của bản tin kênh đồng bộ, các thông số LC_STATE và SYS_TIME chúa trong bản tin kênh đồng bộ chỉ ra con số 320ms; với hoa tiêu offset PN còn lại, nội dung của bản tin hợp lệ tại thời điểm là 320ms trừ đi offset PN siêu khung cuối đang mang bản tin.
Hình 2.6 Nội dung bản tin kênh đồng bộ
Tóm lại, F-SYNC là một kênh mã đợc các MS trong vùng phủ sóng của BS sử dụng để bắt bản tin đồng bộ lúc đầu. Có hai kiểu kênh F-SYNC: F-SYNC chia sẻ và F-SYNC băng rộng. F-SYNC chia sẻ đảm bảo dịch vụ cho cả IS-95B và CDMA2000 khi sử dụng F-SYNC ở kênh IS-95B bị chồng lấn. Chế độ này chỉ áp dụng cho hệ thống chồng lấn. F-SYNC băng rộng đợc điều chế trên toàn bộ băng rộng. F-SYNC đợc điều chế nh một kênh riêng trong kênh vật lý chung đờng xuống (F-CPHCH). Chế độ này áp dụng cho cả cấu hình chồng lấn và không chồng lấn.
Kênh tìm gọi đờng xuống (F-PCH)
Kênh tìm gọi thực hiện một số chức năng khác nhau, thêm vào các bản tin tìm gọi giữa mạng và MS. Nó truyền thông tin hệ thống chung( ví dụ : các ngỡng chuyển giao), truy nhập thông tin (ví dụ: cho phép mức tối đa số lần truy nhập không thành công), một danh sách các ô lân cận và các bản tin chỉ định kênh. Thông tin kênh tìm gọi có tốc độ dữ liệu 9,6 kbps hoặc 4,8 kbps; trong một hệ thống, các kênh tìm gọi có cùng một tốc độ dữ liệu. Dữ liệu kênh tìm gọi đợc mã hóa tốc độ 1/2, cũng sử dụng loại mã đã dùng trên kênh đồng bộ; tốc độ ký tự ra là 19,2 ksymbols/s hoặc 9,6 ksymbols/s, tùy thuộc tốc độ dữ liệu đầu vào.
Các ký hiệu mã tốc độ dữ kiệu thấp đợc lặp lại một lần để tạo tốc độ không đổi 19,6 ksymbols/s, bất chấp tốc độ dữ liệu đầu vào. Khi tốc độ dữ liệu đầu vào là 9,6 kbps, quá trình lặp lại sẽ không đợc thực hiện. Các ký hiệu sau điều chế đợc chèn vào khối 20ms, tơng đơng 384 ký hiệu, tốc độ 19,2 ksymbols/s. Mặc dù dữ liệu kênh nhắn tin đợc tạo trong các khung 20ms nhờ quá trình chèn nhng quá trình mã hóa xoắn coi dữ liệu nh một luồng bit liên tục; có nghĩa là, không bit đuôi mã hóa nào đợc chèn giữa các khối trớc khi mã hóa xoắn để khởi động lại bộ mã hóa và các bit đuôi cuối cùng của một khối sẽ có ảnh hởng đến các ký hiệu mã của khối tiếp sau; điều này ngợc với các sơ đồ mã hóa xoắn đã dùng trong GSM và trên kênh lu lợng cdmaOne - các bit đuôi mã hóa đợc dùng để khởi động lại bộ mã hóa giữa các khung. Các ký hiệu mã đã chèn đợc trộn bằng cách EXOR chúng với một luồng dữ liệu đợc tạo ra ở tốc độ 19,2 ksymbols/s. Chuỗi trộn này đợc lấy từ một chuỗi tốc độ cao hơn - đợc tạo từ một mã dài (242-1)bit, tốc độ 1,2288 Mchips/s và đợc định dạng bằng thanh ghi hồi tiếp 42 bit . Đa thức của thanh ghi hồi tiếp là:
P(x) = x42 + x35 +x33 +x31 +x27 +x26 +x25 +x22 +x21 +x19 +x18 +x17 +x16 +x10
+x7 +x6 +x5 +x3 +x2 +x +1 (2.3)
Mã PN dài đợc tạo bằng cách AND nội dung của thanh ghi dịch 42 bit tại mỗi chu kỳ mặt nạ 42bit, sau đó thực hiện cộng modul 2 các bit kết quả (hình 2.7). Nội dung mặt nạ mã dài 42 bit sẽ thay đổi tùy loại kênh. Thanh ghi dịch đ- ợc đặt ở tốc độ 1,2288 Mhz và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mchips/s.
Trong trờng hợp kênh tìm gọi, cấu trúc mặt nạ dài nh hình 2.8. Thông số PNC-3bit đa ra số kênh nhắn tin và thông số này là khác nhau đối với mỗi kênh tìm gọi trên một sóng mang riêng biệt. 3 bit cho tối đa 8 kênh tìm gọi, (0-7) kênh trên một sóng mang CDMA; tuy nhiên thông số PCN không đa ra giá trị 0, do đó sẽ có tối đa 7 kênh tìm gọi trên một sóng mang CDMA. Mặt nạ kênh tìm gọi cũng gồm 9 bit hoa tiêu offset PN (PN_OFFSET) trên một sóng mang CDMA nên sẽ có 511 offset đợc dùng.
Chuỗi trộn 19,2 ksymbols/s đợc tạo bằng cách lấy đi 1 chip ra khỏi 64 bit -đợc tạo bằng bộ tạo mã dài. Quá trình trộn bao gồm : EXOR đầu ra của quá trình chèn với chuỗi trộn 19,2 ksymbols/s. Mục đích của quá trình trộn trên kênh tìm gọi là không rõ ràng, vì vậy cấu trúc của mặt nạ là khá đơn giản và khả năng bảo vệ chống nghe trộm là rất nhỏ. Dữ liệu kênh tìm gọi sau trộn đợc EXOR với mã Walsh tốc độ 1,2288 Mchips/s – tức là mỗi bit dữ liệu đợc biểu diễn bằng một mã Walsh và ngợc lại. Một sóng mang CDMA có thể đáp ứng tới
7 kênh tìm gọi, các kênh này đợc phân mã Walsh với chỉ số của mã trong dải từ 1 đến 7 (W1-W7). PCN và chỉ số mã Walsh trên một kênh tìm gọi đã cho là nh nhau, điều này giải thích tại sao thông số PCN không thể mang giá trị 0; đó là vì mã Walsh 0 đợc dành cho kênh hoa tiêu.
Hình 2.7 Bộ tạo mã dài
Các mã Walsh khởi dầu là bit 0 luôn đứng cùng với các dấu hiệu giây chẵn của đinh thời hệ thống bất chấp hoa tiêu offset PN. Có đợc điều này là bởi hoa tiêu offset PN đợc định nghĩa thành một đơn vị 64 chip, hay một chu kỳ mã Walsh. Sau khi trải phổ mã Walsh, dữ liệu đợc trải phổ vuông góc sử dụng các mã PNI và PNQ, lọc qua bộ lọc băng gốc và điều chế trên hai sóng mang vuông góc có sơ đồ pha nh bảng 2.3.
Hình 2.8 Mặt nạ mã dài kênh tìm gọi
I Q Phase 0 0 π/4 1 0 3π/4 1 1 -3π/4 0 1 -π/4 Bảng 2.3 Sơ đồ pha I và Q 37
Các mã PNI và PNQ có offset giống nh kênh hoa tiêu và kênh đồng bộ trên cùng một sóng mang.
Kênh tìm gọi có thể mang một số lợng tin tìm gọi khác nhau, ví dụ: bản tin thông số hệ thống, bản tin tìm gọi; tuy nhiên, tất cả chúng đều có định dạng cơ bản nh hình 2.9. Trờng MSG_LENGTH 8 bit đinh nghĩa độ dài bản tin kênh tìm gọi trong các octet, bao gồm chính trờng MSG_LENGTH, phần thân bản tin và phần sửa lỗi. Giá trị lớn nhất của MSG_LENGTH là 148 cho phép kích thớc tối đa của một bản tin là 1184 bit. Phần thân bản tin chứa thông tin bản tin kênh tìm gọi, 30 bit cuối cùng của bản tin dùng để mang mã CRC- mã dành cho các trờng MSG_LENGTH và phần thân bản tin. Đa thức tạo CRC cho kênh tìm gọi cũng nh ở kênh đồng bộ.
Khi MS ở trạng thái rỗi (‘idle’), nó điều khiển một trong các kênh tìm gọi đờng xuống để có thể thong báo sự có mặt của một cuộc gọi đến ở bất cứ thời điểm nào. Kênh tìm gọi này đợc chia nhỏ thành các khe 80 ms và tạo thành các chu kỳ chiều dài tối đa 2048 khe, tơng ứng với khoảng 163,84 giây. Sử dụng các khe trên kênh tìm gọi phép hệ thống phục vụ chế độ hoạt động ‘slotted paging’, nhờ đó một MS chỉ đợc điều khiển kênh tìm gọi trong các khe cụ thể. Điều này cho phép MS giữ mức công suất trong suốt quá trình mà không cần điều khiển kênh tìm gọi, do đó kéo dài tuổi thọ của pin. Quá trình này rất giống với công nghệ DRX (thu bản tin nhắn gọi gián đoạn) thực hiện ở GSM. Hệ thống này cũng phục vụ chế độ ‘non-slotted paging’, nhờ đó MS luôn điều khiển kênh tìm gọi. MS có thể lựa chọn chu kỳ khe kênh tìm gọi cho chính nó và chu kỳ này có thể trải từ 1,28s (16 khe) đến độ dài chu kỳ tối đa là 163,84s (2048 khe). MS phát khoảng chu kỳ khe của nó đến mạng dới dạng thông số SLOT_CYCLE_INDEX 3 bit.
Khoảng chu kỳ khe T theo công thức sau:
T = 2SLOT_CYCLE_INDEX (2.4)
Trong đó : T là các đơn vị 1,28 s hay 16 khe. Ví dụ, MS với