Kênh vật lý đường lên gồm một hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) và một kênh điều khiển vật lý (DPCCH).
a. Kênh vật lý riêng đường lên
Kênh điều khiển vật lý (DPCCH)
Kênh điều khiển vật lý đường lên được sử dụng để mang thông tin điều khiển lớp vật lý. Thông tin này gồm : các bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá kênh cho tách sóng nhất quán, các lệnh điều khiển công suất (TCP : Transmit Control Power), thông tin hồi tiếp (FBI : Feedback Information) và một chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI).
Thông số k xác định số bit trên khe của DPDCH/DPCCH đường lên. Mỗi khung có độ dài 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip ứng với 666μs, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất. Như vậy độ rộng khe gần bằng với độ rộng khe ở GSM (577μs). Các bit FBI được sử dụng khi sử dụng phân tập phát vòng kín ở đường xuống. Có tất cả 6 cấu trúc khe cho DPCCH đường lên. Có các tuỳ chọn sau : 0, 1 hay hai bit cho FBI và có hoặc không các bit TFCI. Các bit hoa tiêu và TPC luôn luôn có mặt và số bit của chúng được thay đổi để luôn sử dụng hết khe DPCCH.
Kênh số liệu vật lý riêng DPDCH
Kênh truyền số liệu cho người sử dụng, tốc độ số liệu của DPDCH có thể thay đổi theo khung. Thông thường đối với các dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu của kênh DPDCH được thông báo trên kênh DPCCH. DPCCH được phát liên tục và thông tin về tốc độ trường được phát bằng với chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI), là thông tin DPCCH về tốc độ số liệu ở khung DPDCH hiện hành. Nếu giải mã TCFI không đúng thì toàn bộ khung số liệu bị mất. Tuy nhiên độ tin cậy của TCFI cao hơn số liệu nên ít khi xảy ra mất TCFI.
Hoa tiêu TFCI FBI TCP
Npilot bit NTFCI bit NFBI bit NTPC bit
Số liệu Ndata bit
Tkhe = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…6)
Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14
Một khung vô tuyến : Tf = 10ms DPDCH
DPCCH
b. Kênh vật lý chung đường lên
Kênh truy cập ngẫu nhiên PRACH
Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) được sử dụng để mang RACH. - Phát RACH : Phát truy nhập ngẫu nhiên dựa vào phương pháp ALOHA theo phân khe với chỉ thị bắt nhanh. Cứ hai khung thì có 15 khe truy nhập và khoảng cách giữa chúng là là 5120 chip. Các lớp cao cung cấp thông tin về khe truy nhập sử dụng ở hiện thời.
- Phần tiền tố của RACH : Phần tiền tố của cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm 256 lần lặp một chữ ký.
Kênh truy nhập #0
#0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14 #0
Khung vô tuyến 10ms Khung vô tuyến 10ms 5120 chip
Phát truy cập ngẫu nhiên Kênh truy nhập #1
Kênh truy nhập #7 Kênh truy nhập #8 Kênh truy nhập #14
Hình 2.7. Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng
Phát truy cập ngẫu nhiên Phát truy cập ngẫu nhiên Phát truy cập ngẫu nhiên
- Phần bản tin của RACH : Khung vô tuyến phần bản tin 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip. Mỗi khe gồm hai phần : phần số liệu mang thông tin lớp 2 và phần điều khiển mang thông tin lớp 1. Cả hai phần được phát đồng thời. Phần số liệu gồm 10.2k bit với k = 0, 1, 2, 3. Phần điều khiển gồm 8 bit hoa tiêu để hỗ trợ sự đánh giá cho tách sóng nhất quán và hai bit TFCI . Tổng số bit TFCI trong bản tin truy nhập ngẫu nhiên là 30. Giá trị của TFCI tương ứng với một khuôn dạng truyền tải nhất định của bản tin truy nhập hiện thời.
Kênh gói chung PCPCH
Kênh gói chung vật lý được sử dụng để mang CPCH. PCPCH thực chất là sự mở rộng của RACH. Sự khác nhau cơ bản so với RACH là kênh này có thể dành
Tiền tố Tiền tố Tiền
tố Tiền tố Tiền tố Phần bản tin Phần bản tin 4096 chip 4096 chip
10ms (Một khung vô tuyến)
20ms (Hai khung vô tuyến) Hình 2.8. Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên
Tiền tố
Số liệu Ndata bit
Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14
Khung vô tuyến phần bản tin TRACH = 10 Hoa tiêu Npilot bit
Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k=0..3)
Số liệu
Điều khiển
trước nhiều khung và có sử dụng điều khiển công suất.
- Phát CPCH : Phát CPCH dựa trên nguyên tắc DSMA – CD (DSMA – Collision Detection) với chỉ thị bắt nhanh. Phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH gồm một hay nhiều tiền tố truy nhập (AP : Access Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố phát hiện tranh chấp (CDP : Collisiion Detection Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố điều khiển công suất (PCP : Power Control Preamble) dài từ 0 đến 8 khe và một bản tin có độ dài khả biến Nx10ms.
- Phần tiền tố truy nhập CPCH : Phần tiền tố truy nhập ngẫu nhiên CPCH tương tự như của RACH. Số chuỗi được sử dụng ở đây có thể nhỏ hơn số chuỗi được sử dụng ở tiền tố RACH.
- Phần tiền tố phát hiện tranh chấp : Phần này giống như phần tiền tố RACH. - Phần tiền tố điều khiển công suất : Là các tiền tố điều khiển công suất có độ dài lấy giá trị từ 0 đến 8 khe được thiết lập bởi các bit cao.
- Phần bản tin CPCH : Gồm các khung bản tin 10ms, số khung bản tin này do lớp cao hơn quy định. Mỗi khung 10ms được chia ra 15 khe dài 2560 chip, mỗi khe gồm hai phần : phần số liệu mang thông tin các lớp cao và phần điều khiển mang thông tin các lớp thấp. Phần số liệu và phần điều khiển được phát đồng thời.
Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH)
Kênh riêng đường xuống được tạo bởi lớp hai và các lớp trên. Một khung kênh riêng đường xuống dài 10ms được chia ra làm 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất. Cấu trúc khung của kênh riêng đường
Phần bản tin
0 hay 8 khe N.10ms
Tiền tố truy nhập
Tiền tố phân giải va chạm
DPCCH DPDCH
xuống được thể hiện ở hình sau :
Kênh vật lý chung đường xuống
Kênh hoa tiêu chung (CPICH)
Kênh hoa tiêu chung là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định để mang chuỗi bit/ký hiệu đã được định nghĩa trước.
Có hai kiểu kênh hoa tiêu chung là kênh hoa tiêu chung sơ cấp và kênh hoa tiêu chung thứ cấp, phân biệt về lĩnh vực sử dụng và các hạn chế đối với tính năng vật lý của chúng.
- Kênh hoa tiêu chung sơ cấp : Được ngẫu nhiên hóa bởi mã ngẫu nhiên sơ cấp và luôn được sử dụng cùng một mã định kênh. Mỗi ô có một kênh và chúng được phát quảng bá trên toàn bộ ô.
- Kênh hoa tiêu chung thứ cấp : Mã ngẫu nhiên hóa có thể là sơ cấp hoặc thứ cấp và sử dụng mã định kênh tuỳ ý. Một ô có thể không có hoặc có nhiều kênh. Chúng chỉ được phát trong một phần ô.
Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH)
Là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định (30 kbit/s) đưọc sử dụng để mang
Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14
Số liệu 1 TPC TFCI Số liệu 2 Hoa tiêu
Ndata bit NTPC bit NTFCI bit Ndata2 bit Npilot bit DPDCH DPCCH DPDCH DPCCH
Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0..7)
Hình 2.11. Cấu trúc khung của DPCH đường xuống.
Một khung vô tuyến T
Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH)
Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp sử dụng để mang thông tin FACH và PCH. Có hai kiểu kênh S-CCPCH là kiểu có mang TFCI và kiểu không mang TFCI.
Kênh đồng bộ (SCH)
Kênh đồng bộ là kênh mang tín hiệu tìm ô ở đường xuống. SCH gồm hai kênh con là SCH sơ cấp và SCH thứ cấp. Các khung 10ms của SCH sơ cấp và thứ cấp được chia thành 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip.
Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14
Số liệu 18 bit
Tslot = 2560 chip, 20 bit
Hình 2.12. Cấu trúc khung của kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp
Một khung vô tuyến Tf = 10ms
Tx tắt
256 chip
Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14
Số liệu Ndata bit
Tslot = 2560 chip, 20.2k bit (k = 0..6)
Hình 2.13. Cấu trúc khung của S-CCPCH
Một khung vô tuyến Tf = 10ms
TFCI N
SCH sơ cấp gồm một mã đồng bộ sơ cấp PSC (Primary Synchronization) được điều chế 256 chip, mã đồng bộ sơ cấp như nhau trong mọi ô hệ thống. SCH thứ cấp gồm 15 chuỗi mã được điều chế có độ dài 256 chip. Các mã đồng bộ thứ cấp (Secondary Synchrization Code) phát đồng thời với SCH sơ cấp. Mỗi SSC được chọn từ tập của 16 mã dài 256. Chuỗi này ở SCH thứ cấp chỉ thị mã ngẫu nhiên đường xuống của ô thuộc nhóm mã nào.
Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH)
acp acs1.0 acp acs1.1 acp acs1.14 SCH sơ cấp SCH thứ cấp 256 chip 2560 chip
Một khung vô tuyến SCH 10ms
Khe #0 Khe #1 Khe #14
. . . .
Hình 2.14. Cấu trúc khung kênh đồng bộ
ac
p : Mã đồng bộ sơ cấp (Primary Synchrization Code) ac
s
i,k : Mã đồng bộ thứ cấp (Secondary Synchrization Code)
Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14
Số liệu Ndata bit
Tslot = 2560 chip, 20.2k bit (k=0..6)
Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH) được sử dụng để mang kênh dùng chung đường xuống. PDSCH luôn được dùng chung với nhiều kênh khác trên cơ sở ghép kênh theo mã.
Kênh chỉ thị bắt (AICH)
Kênh chỉ thị bắt được sử dụng để mang thông tin chỉ thị bắt. Chỉ thị bắt AIs
tương ứng với một chữ ký s trên kênh PRACH hoặc PCPCH. AICH gồm một chuỗi lặp của 15 khe truy nhập liên tiếp (AS = Access Slot), mỗi khe dài 40 bit. Mỗi khe gồm hai phần : phần chỉ thị bắt (AI) gồm 32 giá trị thực a0,a1,..,a31 và một phần không sử dụng gồm 8 giá trị thực a32,a33,..a39.
Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)
Kênh chỉ thị tìm gọi là kênh vật lý có tốc độ cố định được sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi (PI). Một khung PICH dài 10ms chứa 300 bit, trong đó 288 bit được sử dụng để mang thông tin, 12 bit còn lại không được định nghĩa.
AS #0 AS #1 AS #i AS #0 AS #14 a1 a2 a30 a31a32 a33 a38 a39 Phần AI Phần không sử dụng 5120 chip, 40 bit 20ms AS #0 AS #14
Hình 2.16. Cấu trúc kênh chỉ thị bắt AICH
……… …… … … … … … … …
Một khung vô tuyến 10ms
288 bit chỉ thị 12 bit
(không định nghĩa)
b0 b1 b287b288 b299
2.5.2Kênh truyền tải
Hình 2.18 Kênh truyền tải Kênh truyền tải riêng
Kênh truyền tải riêng duy nhất là kênh DCH được sử dụng để mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho người sử dụng. Thông tin bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời và các thông tin điều khiển lớp cao. Kênh truyền tải riêng có các tính năng đặc trưng sau :
- Điều khiển công suất nhanh theo từng khung.
- Thay đổi tốc độ số liệu theo từng khung và khả năng phát đến một phần ô hay một đoạn ô bằng cách thay đổi hướng anten của hệ thống anten thích ứng.
- Hỗ trợ chuyển giao mềm.
b. Kênh truyền tải chung
Có sáu kiểu kênh truyền tải chung được định nghĩa trong UTRA. Các kênh truyền tải chung không có chuyển giao mềm, tuy vậy một số kênh có điều khiển công suất. So với hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh này có một số điểm khác như truyền dẫn gói ở các kênh chung, dùng chung một kênh đường xuống để phát số liệu gói…
Kênh quảng bá (BCH)
Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel) là một kênh truyền tải được sử dụng để phát các thông tin đặc thù UTRA trong một ô.
truyền tải đường xuống mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trong một ô cho trước. Kênh FACH cũng có thể truyền các gói số liệu. Khi có nhiều kênh FACH, các kênh bổ sung có thể có tốc độ bit cao hơn. FACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh và các thông tin được phát phải chứa thông tin nhận dạng trong băng.
Kênh tìm gọi (PCH)
Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel) là một kênh truyền tải đường xuống mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi.
Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH)
Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) là kênh truyền tải đường lên được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE. Kênh này cũng có thể sử dụng để phát đi các cụm nhỏ số liệu gói từ UE. Để hoạt động đúng, hệ thống phải thu được kênh truy cập ngẫu nhiên từ toàn bộ vùng phủ của ô.
Kênh gói chung đường lên (CPCH)
Kênh gói đường lên CPCH (Common Packet Channel) là một mở rộng của kênh RACH để mang số liệu của người sử dụng được phát theo gói trên đường lên. Kênh CPCH cùng với kênh FACH ở đường xuống tạo nên cặp kênh để truyền số liệu.
Kênh đường xuống dùng chung (DSCH)
Kênh đường xuống dùng chung DSCH (Dedicated Shared Channel) là kênh truyền tải để mang thông tin của người sử dụng, ngoài ra DSCh cũng có thể mang thông tin điều khiển. DSCH hỗ trợ điều khiển công suất nhanh và có thể được dùng chung cho nhiều người sử dụng.
c. Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý
Trong quá trình truyền dẫn thông tin, các kênh truyền tải được đặt lên các kênh vật lý thể hiện ở sơ đồ sau :
Kênh riêng (DCH) được sắp xếp lên hai kênh vật lý. Kênh số liệu vật lý riêng mang thông tin các lớp cao, còn kênh điều khiển vật lý riêng mang thông tin của lớp vật lý cần thiết.
CHƯƠNG 3
CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 3G-WCDMA
3.1.Trải phổ trong W-CDMA 3.1.1.Giới thiệu
Trong các hệ thống thông tin việc sử dụng hiệu quả băng tần là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Các hệ thống được thiết kế sao cho độ rộng băng tần càng nhỏ càng tốt.
Trong W-CDMA để tăng tốc độ truyền dữ liệu, phương pháp đa truy cập kết hợp TDMA và FDMA trong GSM được thay thế bằng phương pháp đa truy cập phân chia theo mã CDMA hoạt động ở băng tần rộng (5MHz) gọi là hệ thống thông tin trải phổ. Đối với các hệ thống thông tin trải phổ (SS : Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng trước khi được phát. Tuy độ rộng băng tần tăng lên rất nhiều nhưng lúc này nhiều người sử dụng có thể dùng chung một băng tần trải phổ, do đó mà hệ thống vẫn sử dụng băng tần có hiệu quả đồng thời tận dụng được các ưu điểm của trải phổ. Ở phía thu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổ ngược với quá trình trải phổ bên máy phát.
Có ba phương pháp trải phổ cơ bản sau :
- Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS : Direct Sequence Spreading Spectrum) : Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit
- Trải phổ nhảy tần (FHSS : Frequency Hopping Spreading Spectrum) : Hệ thống FHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập các tần số. Mẫu nhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên. Tần số trong khoảng thời gian một chip TC
được cố định không đổi . Tốc độ nhảy tần có thể thực hiện nhanh hoặc chậm, trong hệ thống nhảy tần nhanh nhảy tần thực hiện ở tốc độ cao hơn tốc độ bit của bản tin,
còn trong hệ thống nhảy tần thấp thì ngược lại.
- Trải phổ nhảy thời gian (THSS : Time Hopping Spreading Spectrum) : Thực hiện trải phổ bằng cách nén một khối các bit số liệu và phát ngắt quảng trong một hay nhiều khe thời gian. Mẫu nhảy tần thời gian sẽ xác định các khe thời gian được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung.
Trong hệ thống DSSS, tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời. Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác