Quá trình tìm nhận ô lân cận trong thời gian thông tin ở chế độ tích cực diễn ra tr−ớc khi thực hiện chuyển giao mềm và nó khác với quá trình tìm nhận ô ban đầu. Tuy nhiên, cũng giống nh− trong tr−ờng hợp tìm nhận ô ban đầu, quá trình tìm nhận ô theo ba b−ớc cũng có thể đ−ợc áp dụng trong tr−ờng hợp này. Dựa trên định thời thu và công suất thu trên kênh CPICH, quá trình này cho phép tìm ra đ−ợc ô lân cận có công suất thu lớn thứ hai và mã ngẫu nhiên của ô đó. Nếu không tìm đ−ợc ô nh− vậy sau một số lần tìm kiếm xác định tr−ớc thì quá trình tìm nhận ô ba b−ớc sẽ đ−ợc thực hiện. Trong quá trình tìm nhận ô lân cận ở chế độ tích cực, mặc dù số ô tham gia vào quá trình này là nhỏ hơn (khoảng 20) số ô trong quá trình tìm nhận ô ban đầu, nh−ng nhiễu từ kênh chung và DPCH từ ô nguồn chuyển giao có ảnh h−ởng cực kỳ lớn đối với quá trình tìm ra ô có công suất thu lớn thứ hai. Do đó, quá trình tìm nhận ô lân cận này chiếm nhiều thời gian tìm nhận ô hơn quá trình tìm nhận ô ban đầu khi phải tốn rất
B−ớc 3
Kết thúc tìm nhận Bắt đầu tìm nhận
B−ớc 2:
Tách nhóm mã ngẫu nhiên và tách định thời mã ngẫu nhiên
B−ớc 1: Tách định thời thu SCH Nhận dạng mã ngẫu nhiên Kiểm tra (kiểm tra đồng bộ v.v.. ) Kiểm tra đồng bộ lần thứ 2
nhiều thời gian xử lý trung bình trong mỗi b−ớc để cố gắng làm giảm ảnh h−ởng của nhiễu.
2.2.2.3 Tìm nhận ô lân cận trong chế độ rỗi
Trong chế độ thu không liên tục ( chế độ rỗi), một thuật toán đã đ−ợc sử dụng để đạt đ−ợc quá trình tìm nhận ô nhanh hơn ph−ơng pháp tìm nhận ô ba b−ớc. Hình 2.10 trình bày một ví dụ về pha định thời phát t−ơng đối của các mã ngẫu nhiên. Ô (k) là ô mà qua đó đ−ờng truyền vô tuyến hiện đang đ−ợc thiết lập, còn các ô xung quanh Ô (k) đ−ợc biểu diễn bằng Ô1 (k) , Ô2 (k) v.v…Độ lệch định thời phát của các mã ngẫu nhiên CPICH giữa Ô (k) và các ô lân cận đ−ợc biểu diễn bằng Δk1 , Δk1 v.v… Tr−ớc khi chuyển đến chế độ chuyển giao mềm, MS sẽ đo độ lệch định thời của mã ngẫu nhiên phát bởi CPICH giữa ô nguồn chuyển giao và ô đích chuyển giao và thông báo tới ô nguồn chuyển giao. Thông th−ờng, tại vị trí mà MS đo độ lệch định thời của các mã ngẫu nhiên CPICH giữa các ô liên quan đến MS chính là vị trí mà tại đó độ lệch giữa mức thu CPICH của ô hiện đang thiết lập đ−ờng truyền vô tuyến và các ô lân cận rớt xuống d−ới ng−ỡng chuyển giao. Vì thế, do những chênh lệch về thời gian trễ truyền lan, định thời thu của mã ngẫu nhiên giữa các ô đ−ợc chỉ định đo bởi MS cũng thay đổi. Để khắc phục vấn đề này, Ô (k) sẽ tính độ lệch trung bình về định thời mã ngẫu nhiên CPICH với Ôi (k) dựa trên số liệu thu đ−ợc từ nhiều MS, để xác định độ lệch định thời mã ngẫu nhiên trung bình giữa Ô (k) và Ôi(k).
Hình 2.10 T−ơng quan định thời phát của các mã ngẫu nhiên đ−ờng xuống
Hình 2.11 minh họa l−u đồ hoạt động của quá trình tìm nhận ô tốc độ cao ở MS trong chế độ rỗi. Trong chế độ rỗi, MS thực hiện tìm nhận ô thông qua quá trình tìm ra một ô có CPICH với mức thu lớn nhất và thu kênh tìm gọi (PCH) từ ô đó theo cách
Mã 2 Mã Mã 1 Ô Ô Ô Ô
không liên tục. Nhờ PCH, MS thu nhận thông tin liên quan đến loại mã ngẫu nhiên cuả Ô (k) hoặc Ôi (k) ( giá trị cực đại của i= 20) cũng nh− thông tin liên quan đến độ lệch trong định thời mã ngẫu nhiên CPICH giữa Ô (k) và Ôi(k). Khi loại mã ngẫu nhiên của ô lân cận cần tìm và định thời thu trung bình CPICH tại MS là đã biết thì quá trình tìm nhận ô lân cận có thể đ−ợc thực hiện rất nhanh ( tr−ờng hợp này t−ơng ứng với tr−ờng hợp pha của mã cần tìm đã biết bởi hệ thống đồng bộ giữa các BS).
Hình 2.11 Thuật toán tìm nhận ô tốc độ cao trong chế độ rỗi 2.2.3 Truy nhập ngẫu nhiên
Khi thiết lập một đ−ờng truyền vô tuyến, MS thiết lập đ−ờng truyền vô tuyến ở đ−ờng xuống thông qua quá trình tìm nhận ô và phát RACH của đ−ờng lên ( t−ơng ứng với kênh vật lý là kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý -PRACH). Quá trình phát PRACH bao gồm việc sử dụng ALOHA đã chia khe thời gian: MS bắt đầu phát PRACH từ một số dịch thời định tr−ớc, 15 trong số đó đ−ợc thiết lập ở những khoảng có độ dài 5120 chip trong 2 khung vô tuyến đ−ợc gọi là các khe truy nhập. Trong điều khiển truy nhập ngẫu nhiên, lớp cao hơn sẽ lựa chọn nhóm kênh con từ các nhóm dịch vụ truy nhập ngẫu nhiên để có thể sử dụng đ−ợc bởi lớp dịch vụ truy nhập t−ơng ứng (ASC) và sử dụng một ký hiệu ngẫu nhiên đ−ợc lựa chọn từ các khe truy nhập.
Thông báo tới UTRAN Thu CCPCH
Thu các thông tin sau từ các ô lân cận - Bảng mã ngẫu nhiên
- Độ dịch định thời t−ơng đối giữa các mã ngẫu nhiên
Đo công suất tín hiệu thu đ−ợc từ các ô trong khu vực chuyển giao
Nhận diện
-Mã ngẫu nhiên
-Định thời tín hiệu thu của ô có công suất thu cực đại
Mã ngẫu nhiên đã nhận diện và định thời tín hiệu thu ( đăng ký định vị)
2.2.4 Các công nghệ để thoả mãn các yêu cầu về chất l−ợng khác nhau trong truyền dẫn đa tốc độ truyền dẫn đa tốc độ
2.2.4.1 Kiểm soát lỗi
Có hai ph−ơng pháp để sửa lỗi là: mã hóa kênh ( sửa lỗi thuận-FEC) và yêu cầu phát lại tự động (ARQ). Trong W-CDMA, sử dụng ph−ơng pháp mã hóa kênh (FEC) do có băng thông rộng nhờ quá trình trải phổ tín hiệu bằng các mã ngẫu nhiên, việc sử dụng ph−ơng pháp này có thể làm tăng thêm độ lợi xử lý (so với độ lợi xử lý sau khi trải phổ ). Có ba loại mã kiểm soát lỗi đ−ợc sử dụng trong W-CDMA là : mã khối tuyến tính hay cụ thể là mã CRC, mã xoắn và mã turbo. Trong đó mã CRC đ−ợc sử dụng để phát hiện lỗi, còn hai mã còn lại đ−ợc sử dụng để sửa lỗi (mã hóa kênh). Trong phần này ta sẽ xét nguyên lý cơ bản của các loại mã trên và các ứng dụng của chúng trong W-CDMA.
(1) C á c m∙ k i ể m t r a b í t d− t h e o c h u k ỳ ( C R C )
Hệ thống W-CDMA sử dụng mã CRC để chỉ thị chất l−ợng của mỗi khung đã phát (trong đó chứa một khối bít thông tin). CRC là một trong số các mã khối phổ biến nhất. Đối với CRC, các bít thông tin đ−ợc xử lý nh− một số nhị phân dài. Số này đ−ợc chia bởi một số nguyên tố duy nhất cũng là số nhị phân và phần d− đ−ợc nối vào các bít thông tin nh− các bít d−. Khi thu đ−ợc một khung, máy thu thực hiện cùng một phép chia sử dụng cùng một −ớc số nguyên tố và so sánh số d− thu đ−ợc với số d− đã nhận đ−ợc trong khung. Ví dụ, sử dụng −ớc số nguyên tố là (1, 0, 1, 1). Ph−ơng pháp này có thể đ−ợc hiểu rõ ràng hơn nếu chúng ta biểu diễn các bít nhị phân ( hoặc một số nhị phân ) d−ới dạng đa thức. Ví dụ, các bít nhị phân hoặc số (1, 0, 1, 1) có thể đ−ợc biểu diễn bởi đa thức:
g(x) = x3 + x + 1
trong đó mỗi số hạng trong đa thức t−ơng ứng với mỗi bít trong số nhị phân. Đa thức g(x) là một đa thức nguyên tố.
Giả sử chúng ta cần tạo ra một mã khối CRC (n, k) cụ thể là mã ( 7,4 ) tức là k= 4 hay từ bản tin bốn bít (ví dụ: 1, 0, 1, 0) ta cần tạo ra một từ mã n = 7 bít trong đó có 4
bít tin đã cho và ba bít thêm vào ( bít d−). Để thực hiện việc này, tr−ớc hết chúng ta chuyển đổi bản tin thành dạng đa thức của nó; tức là:
m(x) = x3+ x
Sau đó, chúng ta dịch bản tin đi (n- k) vị trí. Điều này có thể đ−ợc thực hiện rất dễ dàng d−ới dạng đa thức bằng cách nhân đa thức của bản tin m (x) với xn-k. Trong tr−ờng hợp này, (n - k) = (7 - 4) = 3, nh− vậy chúng ta nhân m (x) với x3:
x3m(x) = x6 + x4
L−u ý rằng đa thức này t−ơng ứng với (1, 0, 1, 0, 0, 0, 0).
Các bít d− có thể thu đ−ợc bằng việc chia x3m (x) cho g(x), hoặc:
x6 + x4 = (x3 + 1)(x3 + x + 1) + (x + 1)
trong đó (x6 + x4) là x3m(x), (x3 + 1) là th−ơng số, (x3 + x + 1) là đa thức sinh g(x) và (x + 1) là số d−. Đa thức d− (x + 1) biểu diễn các bít d− để nối thêm vào bản tin (các bít d− t−ơng ứng với đa thức d− này là: 0, 1, 1) và chúng ta có từ mã CRC là 1010011. Nh− vậy, số bít d− thêm vào bản tin sẽ bằng số mũ cao nhất của đa thức sinh.
Trong hệ thống W-CDMA, các đa thức sinh có thể đ−ợc sử dụng là:
gCRC24(x) =x24+x23+x6+x5 +x+1
gCRC16(x) =x16+x12+x5 +1
gCRC12(x) =x12+x11+x3+x2 +x+1
gCRC8(x) =x8+x7+x4+x3 +x+1
Các đa thức sinh này đ−ợc áp dụng riêng với mỗi khung số liệu tốc độ khác nhau.
(2) Các m∙ xoắn
Các mã khối đ−ợc gọi là các mã không có sự ghi nhớ, với ý nghĩa là từ mã hoặc các bít d− thêm vào chỉ là một hàm của khối bít hiện tại. Trái lại, các mã xoắn hoạt động có sự ghi nhớ. Đối với các mã xoắn, các bít sau khi mã hoá là các hàm của các bít thông tin và các hàm của độ dài giới hạn (constraint length). Đặc biệt, mỗi bít sau khi mã hoá ( tại đầu ra của bộ mã hoá xoắn) là một tổ hợp tuyến tính của một số bít thông tin tr−ớc đó. Đ−ờng truyền xuống (trạm gốc tới máy di động) trong W-CDMA
sử dụng mã xoắn tỷ lệ 1/2 ( một bít đầu vào cho ra hai bít đầu ra) và độ dài giới hạn K = 9. Hình 2.12 trình bày sơ đồ mã hoá xoắn cho đ−ờng truyền xuống.
Ban đầu, tất cả các thanh ghi có giá trị là 0. Khi các bít bản tin mi đ−ợc đ−a vào từ bên trái, các bít đ−ợc rẽ nhánh ở các tầng khác nhau và đ−ợc cộng lại ở bộ cộng mô đun hai. Giá trị của tổng là giá trị đầu ra của bộ mã hoá xoắn. L−u ý rằng do đây là một bộ mã hoá xoắn tỷ lệ 1/2 nên hai bít đ−ợc tạo ra đối với mỗi chu kỳ xung nhịp. Một chuyển mạch đảo trạng thái sẽ thay đổi trạng thái trên cả hai điểm đầu ra đối với mỗi chu kỳ xung nhịp đầu vào, do đó, tốc độ đầu ra gấp hai lần tốc độ đầu vào. Đa thức sinh cho hai bít đầu ra y'i và y"i (đ−ợc trình bày trong hình 2.12 ) cũng có thể đ−ợc viết là:
g’(x) = x8+x7+x5+x3+x2+x+1
g’’(x) = x8+ x4+ x3 + x2 + 1
Hệ thống W- CDMA sử dụng một hệ thống mã hoá xoắn khác trên đ−ờng truyền lên ( máy di động tới trạm gốc). Vì máy di động có một công suất phát hạn chế nên đôi khi đ−ờng truyền lên có thể là đ−ờng truyền bị giới hạn. Do vậy, một mã xoắn hiệu suất cao hơn có tỷ lệ 1/3 và độ dài giới hạn K= 9 đ−ợc sử dụng. Trong tr−ờng hợp này, ba bít đ−ợc tạo ra đối với mỗi bít đầu vào và tốc độ đầu ra gấp ba lần tốc độ đầu vào. Hình 2.13 trình bày sơ đồ mã hoá xoắn cho đ−ờng truyền về .
Hình 2.12 Mã hoá xoắn trong hệ thống W- CDMA ( đ−ờng truyền xuống ) Bộ cộng mô đun 2
Hình 2.13 Mã hoá xoắn trong hệ thống W-CDMA ( đ−ờng truyền lên )
Để tham chiếu, đa thức sinh cho ba bít đầu ra y'i , y"i, và y"'i là:
g'(x) = x8+x7+x6+x5+x3+x2+1
g"(x) = x8+x7+x4 +x3+x+1
g"'(x) = x8+x5+x2+x+1
(3) M∙ Turbo
Hình 2.14 trình bày một ví dụ về cấu hình của một bộ mã hoá và giải mã Turbo. Bộ mã hoá Turbo bao gồm hai bộ mã hoá xoắn theo ph−ơng pháp đệ qui RSC1 và RSC2 và một bộ đan xen Turbo bên trong bộ mã hoá Turbo. Máy thu sẽ đ−a vào bộ giải mã Turbo (tái tạo) các kênh đã đan xen đến từ đầu ra của bộ thu RAKE quyết định mềm (y1, y2, y3). Trong thuật toán giải mã lặp của bộ giải mã Turbo thì bộ giải mã 1 sẽ tính toán thông tin ra Le theo y1 , y2 và Le phản hồi. Tiếp theo, bộ giải mã 2 sẽ xác định thông tin ra L theo y1, y3 và Le đồng thời phản hồi Le về bộ giải mã 1 để lặp lại quá trình trên. Sau m phép lặp, chuỗi số liệu phát sẽ đ−ợc khôi phục bởi một ng−ỡng quyết định (quyết định cứng) theo tỷ lệ lôga gần đúng (LLR) L(bk). LLR cho ra bít giải mã bk. L(bk) đ−ợc biểu diễn bởi ph−ơng trình sau:
L(bk) = ln [P (bk= +1)/ P(bk = -1)]
Trong ph−ơng trình này, P (bk= +1) và P(bk = -1) là các xuất t−ơng ứng để bk= +1 và bk = -1 . Trong W-CDMA, mã hoá kênh sử dụng mã xoắn cho truyền số liệu tốc độ
Bộ cộng mô đun 2 Bộ cộng mô đun 2 Bộ cộng mô đun 2
thấp và tín hiệu thoại còn mã turbo đ−ợc sử dụng cho truyền số liệu tốc độ cao 64 kbit/s hoặc 384 kbit/s .
Hình 2.14 Cấu hình của bộ mã hoá Turbo
(4) ARQ
Trong ph−ơng pháp truyền l−u l−ợng số liệu chuyển mạch gói, kiểm soát lỗi đặc biệt bởi ARQ là một điều kiện tiên quyết vì cần phải đảm bảo truyền không có lỗi. Ngoài ra, nó cần phải đ−ợc sử dụng kết hợp với một FEC ( giải mã sửa lỗi bằng FEC tr−ớc khi phát hiện lỗi bằng ARQ). Hình 2.16 minh hoạ nguyên lý của ARQ lai ghép. ARQ đ−ợc sử dụng trong điều khiển đ−ờng truyền vô tuyến (RLC) theo 3GPP là ARQ lai ghép dạng cơ bản I ( một kỹ thuật truyền lại mà trong đó số liệu của các gói đ−ợc phát lại là giống nh− gói gốc). Tại điểm phát, ARQ dạng cơ bản I áp dụng mã hoá phát hiện lỗi và FEC với chuỗi tín hiệu tin tức để phát. Tại điểm thu, gói tin thu sẽ đ−ợc giải mã sửa lỗi, sau khi các lỗi đ−ợc phát hiện bởi các mã phát hiện lỗi. Nếu tìm thấy bất cứ lỗi nào, gói tin có lỗi sẽ bị bỏ đi và yêu cầu truyền lại đ−ợc phản hồi tới máy phát. Quá trình này đ−ợc lặp lại đến khi không phát hiện đ−ợc lỗi nào nữa và nó tạo ra khả năng truyền không có lỗi. Theo cách này, ARQ dạng cơ bản I sử dụng FEC kết hợp với ARQ để thực hiện giải mã sửa lỗi −u tiên cho phát hiện lỗi, nhờ đó có thể giảm tỷ lệ lỗi gói tin và cải thiện các đặc tính truyền dẫn.
2.2.4.2 Phối hợp tốc độ
Phối hợp tốc độ có nghĩa là lặp hoặc chích bỏ các ký hiệu ở kênh truyền tải (TrCH) để đạt đ−ợc tốc độ ký hiệu nh− nhau cho các kênh có tốc độ bít khác nhau ở các cấu hình vô tuyến khác nhau. Lớp cao hơn (trong cấu trúc giao thức) sẽ ấn định thuộc tính phối hợp tốc độ cho từng kênh truyền tải. Thuộc tính này là bán cố định và
Đan xen
Giải đan xen
Giải đan xen
Đan xen Giải mã
Bộ mã hoá Turbo Bộ giải mã Turbo
Sau m t−ơng tác Giải mã
chỉ có thể thay đổi theo thông báo của lớp cao. Thuộc tính phối hợp tốc độ đ−ợc sử dụng để tính số bít cần lặp hoặc trích bỏ.
Trong W-CDMA, ta sẽ xét quá trình trích bỏ đối với mã Turbo để làm ví dụ cho phối hợp tốc độ. Trích bỏ để phối hợp tốc độ áp dụng riêng rẽ cho y và y’. Trích bỏ không áp dụng cho x nên cần tách riêng các chuỗi bit x, y và y’. Chức năng phân tách bít sẽ trong suốt đối với các TrCH không đ−ợc mã hóa, các kênh TrCH mã hóa xoắn và các kênh mã hóa Turbo đ−ợc lặp. Quá trình phân tách bít và thu thập đ−ợc minh họa ở hình 2.15.
Hình 2.15 Trích bỏ các kênh TrCH đ−ợc mã hóa Turbo
2.2.4.3 TPC nhanh dựa trên phép đo SIR
(1) Tác dụng của điều chỉnh ( điều khiển) công suất phát
Việc điều chỉnh công suất là rất cần thiết để một hệ thống W-CDMA hoạt động tốt vì tất cả các thuê bao W-CDMA đều chia sẻ cùng một băng tần vô tuyến nhờ việc sử dụng các mã tạp âm giả ngẫu nhiên và do đó mỗi thuê bao đ−ợc xem nh− tạp âm ngẫu nhiên đối với các thuê bao khác. Quá trình điều chỉnh công suất đ−ợc thực hiện để giải quyết bài toán "xa-gần" và để tăng tối đa dung l−ợng. Điều chỉnh công suất tức là công suất phát từ mỗi thuê bao đ−ợc điều chỉnh để sao cho công suất thu của mọi thuê bao ở trạm gốc là bằng nhau ( nếu không kể đến các loại tạp âm khác mà chỉ xét đến suy hao truyền lan vô tuyến thì quá trình điều chỉnh công suất sẽ điều chỉnh để thuê bao ở xa trạm gốc sẽ phát công suất lớn hơn thuê bao ở gần trạm gốc).