Kênh con điều khiển công suất đờng xuống chỉ đợc phát ở kênh cơ bản hoặc kênh điều khiển riêng đờng xuống để điều khiển công suất đờng lên cho MS.
Khi trạm di động không hoạt động ở chế độ phát luôn mở, kênh con điều khiển công suất đợc phát ở tốc độ một bit ( ‘0’ hay ‘1’) trong mọi 1,25ms (800bps).
Khi trạm di động làm việc ở chế độ phát mở cổng, kênh con này phát ở tốc độ 400 hay 200bps khi tốc độ mở cổng 1/ 2 hay 1/ 4.
Các nhóm công suất dài 1,2ms trong 20ms đợc đánh số từ 0 đến 15. Máy thu trạm gốc đánh giá cờng độ tín hiệu thu của trạm MS trong khoảng thời gian 1,25ms. BS sử dụng đánh giá này để xác định giá trị bit điều khiển công suất ( ‘0’ hay ‘1’). BS phát bit điều khiển công suất (PC) trên kênh cơ bản đờng xuống hay kênh điều khiển riêng đờng xuống bằng cách sử dụng kỹ thuật chích bỏ.
Đối với cấu hình RC1 và RC2, phát bit điều khiển công suất sẽ xảy ra ở nhóm điều khiển công suất thứ hai đi sau nhóm điều khiển công suất đờng lên t- ơng ứng mà ở đó cờng độ tín hiệu đợc đánh giá. Chẳng hạn tín hiệu thu đợc ở kênh lu lợng đờng lên trong nhóm điều khiển công suất 7 và bit điều khiển công suất tơng ứng đợc phát trong nhóm điều khiển công suất 7+2=9 của kênh lu l- ợng đờng xuống.
PWR_CNTL_STEPs Kích cỡ bớc điều khiển công suất
(dB nominal) Dung sai(dB)
0 1 ±0,5
1 0,5 ±0,3
2 0,25 ±0,2
Bảng 2.8 Kích cỡ bớc điều khiển công suất vòng kín
Bit ‘0’ chỉ thị cho trạm di động rằng nó cần tăng công suất ra trung bình, bit ‘1’ chỉ thị cho trạm di động rằng nó cần giảm công suất ra trung bình. Lợng công suất cần tăng hoặc giảm đối với từng bit điều khiển công suất xem trong bảng 2.8.
Chơng 3
Mã hóa và điều chế
3.1 Mã hóa3.1.1 Mã hóa kiểm soát lỗi và đan xen
Trong thông tin di động ba dạng mã hóa kiểm soát đợc sử dụng là: - Mã hóa tuyến tính hay cụ thể và mã vòng.
- Mã xoắn. - Mã Turbo.
Trong đó mã vòng đợc sử dụng để phát hiện lỗi, còn hai mã còn lại đợc sử dụng để sửa lỗi và thờng gọi là mã kênh. Mã Turbo chỉ đợc sử dụng ở các hệ thống thông tin di động thế hệ ba khi tốc độ bit cao.
a. Mã vòng
Mã vòng cho phép kiểm tra d vòng (CRC) hay chỉ thị chất lợng khung ở các khung bản tin. Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính. Bộ mã hóa đợc đặc trng bằng đa thức tạo mã. Cứ k bit vào thì bộ tạo mã cho ra một từ mã n bit, trong đó n-k bit là các bit CRC đợc bổ sung vào k bit đầu vào. Bộ tạo mã này có tỷ lệ mã là r=k/n. ở mã này từ mã đợc rút ra từ hai đa thức: đa thức tạo mã g(D) bậc n-k và đa thức bản tin a(D), trong đó D là toán tử trễ. Từ mã đợc tính toán nh sau:
- Nhân đa thức bản tin a(D) với Dn-k
- Chia tích a(D)Dn-k nhận đợc ở trên cho đa thức tạo mã để đợc phần d b(D)
- Kết hợp phần d với tích trên ta đợc đa thức từ mã: c(D) = a(D)Dn-k + b(D)
Để minh họa ta xét ví dụ sau. Giả sử ta có đa thức tạo mã sau:
gCRC16(D) = D16 + D12 + D5 + 1 (3.1)
ở thông tin di động các bit ở mỗi khối tuyền tải cung cấp cho lớp 1 (là lớp thực hiện mã hóa kênh) đợc ký hiệu là aim1, aim2, aim3, K , aimAi và các bit chẵn lẻ nhận đợc từ phép chia lấy d nó trên là pim1, pim2, pim3, K, pimLi. Ai là độ dài của một khối truyền tải của kênh truyền tải thứ i, m là số khối truyền tải và Li bằng 16 đợc thông báo từ lớp trên.
Ta có đa thức từ mã sau:
c(D) = aim1DAi +15 +aim2DAi +14+K+aimAiD16+pim1D15+pim2D14+K+pim15D+pim16(3.2) trong đó :
a(D)Dn-k =a(D)D16= aim1DAi +15+aim2DAi +14+K+aimAiD16 (3.3) và
b(D) = pim1D15 +pim2D14+K+pim15D+pim16 (3.4)
Nh vậy số bit CRC bằng số mũ cao nhất của đa thức tạo mã (trong trờng
hợp này bằng 16 ).
Sơ đồ khối bộ tạo mã vòng trong trờng hợp này đợc cho ở hình 3.1. Ta thấy bộ tạo mã gồm thanh ghi dịch chữa nhiều phần tử nhớ có mạch hồi tiếp với
các mạch cộng modul-2. Cộng modul-2 đợc thực hiện ở các điểm tơng ứng với các hệ số trong đa thức khác không: các hệ số D0, D5, D12 và D16.
Các chỉ thị chất lợng khung đợc tính toán ở hình 3.1 theo thủ tục các bớc sau đây:
- Đầu tiên tất cả các phần tử của thanh ghi dịch đợc đặt vào mức logic 1 và khóa ở vị trí trên.
Hình 3.1 Sơ đồ khối bộ tạo mã vòng CRC
- Số lần dịch bit và thanh ghi dịch bằng số bit thông tin ở khung với các bit thông tin là các bit vào.
- Các khóa chuyển vào vị trí dới để đầu ra là cộng modul-2 với ‘0’ và các đầu vào tiếp theo của thanh ghi dịch là ‘0’.
- Thanh ghi dịch đợc dịch số lần bằng số bit của chỉ thị chất lợng khung(16).
- Các bit bổ sung này sẽ là các bit chỉ thị chất lợng khung. - Các bit trên đợc phát đi theo thứ tự tính toán.
Các đa thức tạo mã đợc sử dụng ở hệ thống thông tin di động thế hệ ba để tính toán CRC có thể là: Cho CDMA2000: gCRC16(D) = D16 + D15 + D14 +D11 + D6 + D5 + D2 + D + 1 (3.5) gCRC12(D) = D12 + D11 + D10 + D9 + D8 + D4 + D + 1 (3.6) gCRC8(D) = D8 + D7 + D4 + D3 + D + 1 (3.7) gCRC6(D) = D6 + D5 + D2 + D + 1 (3.8) gCRC6(D) = D6 + D2+ D + 1 (3.9) b. Mã xoắn
ở mã xoắn một khối n bit mã đợc tạo ra không chỉ phụ thuộc vào k bit bản tin đầu vào mà còn phụ thuộc vào các bản tin của các khối trớc đó. Mã xoắn đợc xác định bằng các thông số sau:
- Tỷ lệ mã: r=k/n.
- Độ dài hữu hạn K (phụ thuộc vào số phần tử nhớ của thanh ghi dịch tạo nên bộ mã hóa). 59 x0 Biểu thị phần tử nhớ 1 bit Biểu thị cộng modul-2 x1 x5 x6 x12 x13 x15 Vào Ra
Một bộ mã hóa xoắn gồm một thanh ghi dịch tạo thành từ các phần tử nhớ, các đầu ra của các phần tử nhớ đợc cộng với nhau theo một quy luật nhất định để tạo nên các chuỗi mã, sau đó các chuỗi này đợc ghép xen với nhau để tạo chuỗi mã đầu ra.
Hình 3.2 là một thanh ghi dịch gồm các phần tử nhớ. Đầu ra các phần tử nhớ đợc cộng modul với nhau theo quy luật đợc xác định bởi đa thức tạo mã g0
phía trên và g1 phía dới để đợc hai chuỗi ký hiệu c0 và c1 tơng ứng. Sau đó hai chuỗi ký hiệu c0 và c1 đợc đan xen với nhau để tạo thành chuỗi mã c đầu ra. Vì cứ một bit đầu vào ta đợc hai bit đầu ra và bộ mã hóa có bốn phần tử nhớ nên thông số của bộ tộ mã này nh sau: r =1/2 và K =5 ( bằng một phần tử nhớ cộng 1).
Hình 3.2 Sơ đồ bộ mã hóa xoắn r =1/2, K=5
Tổng quát có thể biểu diễn đa thức tạo mã phía trên nh sau:
g0(D) =1 +D + D3 + D4 (3.10)
g1(D) = 1 + D + D2 + D3 + D4 (3.11) Trong đó các hệ số ở đa thức tơng ứng với các điểm của thanh ghi dịch đ- ợc nối vào các bộ cộng ở nhánh trên và nhánh dới. Có thể biểu diễn các đa thức tạo mã bằng cách sử dụng các hệ số khác không nh sau:
g0 = [110 100] (cơ số hai) hay g0 = [62] (cơ số tám) (3.12) g1 = [111 100] (cơ số hai) hay g1 = [72] (cơ số tám) (3.13) Nếu gọi a(D) là đa thức của chuỗi đầu vào, thì đa thức của chuỗi ký hiệu ở đầu ra của nhánh cộng cơ số hai phía trên và phía dới đợc xác định nh sau:
c0(D) = a(D)g0(D) (3.14)
c1(D) = a(D)g1(D) (3.15)
Hệ số của hai đa thức c0(D) và c1(D) xác định từ hai công thức (3.14) và (3.15) cho ta ký hiệu ở nhánh trên và nhánh dới của bộ tạo mã. Ghép xen chuỗi này sẽ đợc chuỗi mã đầu ra c.
60 Các bit thông tin (đầu vào) Các ký hiệu mã (đầu ra) c1 c 0 g 0 g1 Các ký hiệu mã (đầu ra) Các bit thông tin (đầu vào) g0 g1 c0 c1
Hình 3.3 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ r =1/2, K =9
Các bộ mã hóa xoắn đợc sử dụng ở thông tin di động thế hệ ba có thể nh sau với CDMA2000:
Bộ mã xoắn r =1/2, K=9, g0 = [753], g1 = [561] Bộ mã xoắn r =1/3, K=9, g0 = [557], g1 = [663], g2 = [711] Bộ mã xoắn r =1/4, K=9, g0 = [765], g1 = [671], g2 = [513], g3 = [473] Bộ mã xoắn r =1/6, K=9, g0 = [457], g1 = [755], g2 = [625], g4 = [727], g5 = [727] Hình 3.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ r =1/3, K=9
3.1.2 Mã hóa Turbo trong CDMA2000
Bộ mã hóa Turbo thực hiện mã hóa số liệu, chỉ thị chất lợng khung
(CRC) và hai bit dành trớc cho mã hóa Turbo và cộng chuỗi mã hóa đầu ra. Nếu
tổng các bit số liệu, các bit chất lợng khung và các bit vào dành trớc là NTurbo, thì
bộ mã hóa Turbo tạo ra NTurbo/R các ký hiệu số liệu cùng với 6/R các ký hiệu
đuôi ở đầu ra, trong đó R là tỷ lệ mã bằng 1/ 2, 1/ 3 hay 1/ 4. Bộ mã hóa Turbo
sử dụng hai bộ mã hóa xoắn hệ thống, đệ quy mắc song song kết hợp với bộ đan
xen, trong đó bộ đan xen đứng trớc bộ mã hóa xoắn thứ hai. Hai mã xoắn đệ
61 Các ký hiệu mã (đầu ra) Các bit thông tin (đầu vào) g0 g 1 c0 c1 c2 g2
quy này đợc gọi là các mã thành phần của mã Turbo. Các đầu ra của các bộ mã hóa thành phần đợc loạI bỏ và đợc lặp để đạt đợc (NTurbo+6)/R các ký hiệu ra.
a. Các bộ mã hóa Turbo tỷ lệ 1/ 2, 1/ 3, 1/ 4
Một mã thành phần chung đợc sủ dụng cho các mã Turbo tỷ lệ 1/ 2, 1/ 3 và 1/ 4. Hàm truyền đạt của mã này có dạng sau:
G(D) = [n0(D)n1(D) / d2(D)]
Trong đó: d(D) = 1 + D2 + D3, n0 = 1 + D + D3, n1 = 1 + D + D2 +D3
Bộ tạo mã Turbo này sẽ tạo ra chuỗi ký hiệu đầu ra giống nh chuỗi đợc tạo ra bởi bộ tạo mã hình 3.5.
Khởi đầu các trạng thái của thanh ghi dịch trong các bộ mã hóa thành phần đợc đặt vào không. Sau đó các bit đợc dịch vào các bộ mã hóa thành phần theo vị trí của các chuyển mạch trên hình vẽ. Mạch thay đổi chu kỳ từng bit số liệu mã và bit đuôi.
Các ký hiệu ra của số liệu sau mã hóa đợc tạo ra bằng cách dịch các bộ mã hóa thành phần NTurbo lần khi các khóa ở các vị trí trên và loại bỏ các đầu ra theo nh quy định. ‘0’ ở mẫu loại bỏ có nghĩa là các ký hiệu này sẽ bị xóa và ‘1’ có nghĩa là ký hiệu này đợc cho qua. Đối với mỗi bit vào, đầu ra của các bộ lập mã thành phần sẽ đợc đặt vào chuỗi X, Y0, Y1, X’, Y0’, Y1’. Trong quá trình tạo ra các ký hiệu từ số liệu vào mã hóa sẽ không thực hiện lặp.
b. Kết cuối mã Turbo
Bộ mã hóa Turbo tạo ra 6/R các ký hiệu đuôi đầu ra tiếp sau các ký hiệu của các bit số liệu đợc mã hóa. Các ký hiệu ra đợc tạo ra sau khi NTurbo bit đợc dịch vào các bộ mã hóa thành phần với các khóa ở vị trí trên. 3/R ký hiệu đuôi ra đầu tiên đợc tạo ra bằng cách dịch bộ mã hóa thành phần 3 lần với khóa tơng ứng của nó ở vị trí dới( bộ mã hóa thành phần 2 không dịch) và đồng thời loại bỏ cũng nh lặp các ký hiệu ra của bộ mã hóa thành phần này. 3/R các ký hiệu đuôi ra nhận đợc bằng cách dịch bộ mã hóa thành phần 2 ba lần với khóa tơng ứng của nó ở vị trí dới ( trong khi bộ mã hóa thành phần 1 không đợc dịch) quá trình này đợc kết hợp với loại bỏ và lặp các ký hiệu đầu ra của bộ mã hóa này. Các đầu ra của bộ mã hóa thành phần đối với từng chu kỳ bit đuôi sẽ đợc đặt vào chuỗi X, Y0, X’, Y0’, Y1’ với X ra trớc.
Đối với mã Turbo 1/ 2 các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit đuôi đầu tiên sẽ là XY0 còn các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit còn lại sẽ là X’Y0’. Đối với mã Turbo1/ 3, các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit đuôi đầu tiên sẽ là XXY0 còn các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit đuôi còn lại sẽ là X’X’Y0’. Đối với mã Turbo 1/4, các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit đuôi đầu tiên sẽ là XXY0Y1 còn các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit c.
62 (NTurbo+6)/R ký hiệu mã (đầu ra) N Turbo bit thông tin vào Điều khiển d n0 n1 X Y0 Y1 Bộ tạo mã thành phần 1
Chuyển mạch vào vị trí trên và dịch từng bit của NTurbo+ bit số liệu; sau đó chuyển mạch vào vị trí dưới và từng bit đuôi trong số ba bit đuôi của bộ mã hóa thành phần 1, sau đó không ngừng dịch
cho ba bit đuôi của bộ lập mã thành phần 2.
Điều khiển d n0 n1 X ‘ Y’0 Y’1 Bộ tạo mã thành phần 2
Chuyển mạch vào vị trí trên và dịch từng bit của NTurbo+ bit số liệu; sau đó chuyển mạch vào vị trí dưới và từng bit đuôi trong số ba bit đuôi của bộ mã hóa thành phần 1, sau đó không ngừng dịch
cho ba bit đuôi của bộ lập mã thành phần 2. Bộ đan xen Turbo Loại bỏ ký hiệu và lặp
Hình 3.5 Bộ mã hóa Turbo
c. Các bộ đan xen Turbo
Bộ đan xen Turbo là một bộ phận của mã hóa Turbo có nhiệm vụ đan xen khối cho số liệu, chỉ thị chất lợng khung (CRC) và các bit dành trớc nhận đợc ở đầu vào của bộ mã hóa Turbo.
Hình 3.6 Thủ tục tính toán địa chỉ đầu ra bộ đan xen Turbo
Bộ đan xen Turbo hoạt động nh sau: toàn bộ chuỗi bit đầu vào của bộ đan xen Turbo đợc viết vào ma trận nhớ lần lợt theo một trình tự các địa chỉ và sau đó toàn bộ chuỗi này đợc đọc ra từ bộ nhớ theo trình tự các địa chỉ đợc xác định theo thủ tục dới đây.
Giả sử trình tự của các địa chỉ vào là từ 0 đến NTurbo-1, trong đó NTurbo là số các ký hiệu ở bộ đan xen Turbo. Lúc này trình tự các địa chỉ ra của bộ đan xen sẽ đợc xác định theo thủ tục đợc cho ở hình 3.6 nh sau:
- 1. Xác định thông số bộ đan xen : n, trong đó n là số nguyên nhỏ nhất để NTurbo≤ 2n+5.
- 2. Khởi đầu bộ đếm (n+5) bit vào không.
- 3. Lấy ra n bit trọng số cao nhất (MSB) từ bộ đếm và cộng 1 để đợc giá trị mới. Sau đó xóa tất cả trừ n bit trọng số thấp nhất(LSB) của giá trị này.
- 4. Tra cứu bảng theo địa chỉ đọc bừng 5 bit trọng số thấp nhất (LSB) của bộ đếm.
- 5. Nhân các giá trị nhận đợc ở bớc 3 và 4 rồi xóa tất cả trừ n bit trọng số thấp nhất (LSB).
- 6. Đảo vị trí cho 5 bit trọng số thấp nhất (LSB) của bộ đếm.
- 7. Tạo địa chỉ ra thử với các bit trọng số cao (MSB) nhận đợc ở bớc 6 và các bit trọng số thấp (LSB) nhận đợc ở bớc 5.
- 8. Tiếp nhận địa chỉ ra thử này nếu nó không lớn NTurbo, ngợc lại xóa bỏ.
- 9. Tăng bộ đếm và lặp lại các bớc từ 3 đến 8 cho đến khi nhận đợc tất cả NTurbo địa chỉ ra bộ đan xen.
Kích thớc khối của bộ đan xen Turbo NTurbo
Thông số của bộ đan xen Turbo n
378 4 64 Cộng 1 và chọn n LSB bit Tra cứu bảng Dành trư ớc bit Nhân và chọn n LSB bit n bit n bit MSB bit N bit LSB bit (tn-1… t0) Xóa nếu đầu vào ≥ NTurbo
địa chỉ tiếp theo của đầu ra bộ đan xen (5+n) bit (i0…i4, tn-1…t0) n MSB bit (in+4…i5) 5 LSB bit (i4…i0) Bộ đếm (n+5) bit 5 bit (i 0…i 4)
570 5 762 5 1146 6 1530 6 2298 7 3066 7 4602 8 6138 8 9210 9 1282 9 20730 10
Bảng 3.1 Thông số của bộ đan xen khối Turbo
Đối với từng tỷ lệ mã bảng loại bỏ sẽ đợc đọc từ trên xuống dới sau đó từ trái sang phải.
Đối với mã Turbo 1/ 2, bảng loạI bỏ đợc đọc từ trên xuống dới sau đó từ
