Cấu hình ô dị bộ cho phép hệ thống mở rộng liên tục và linh hoạt từ môi tr−ờng truyền lan ngoài trời đến trong nhà và không phải đòi hỏi một hệ thống định vị toàn cầu (GPS) hoặc bất cứ hệ thống đồng bộ ngoài nàọ Để xây dựng một hệ thống các ô dị bộ nh− vậy,W-CDMA phải sử dụng đến kỹ thuật ấn định mã trải phổ hai lớp. Tức là, W-CDMA thực hiện trải phổ kép sử dụng một mã ngắn có chu kỳ t−ơng tác t−ơng đ−ơng với độ dài ký hiệu ( đ−ợc gọi là mã phân kênh trong 3 GPP vì mã ngắn đ−ợc sử dụng để phân biệt mỗi kênh vật lý ở đ−ờng xuống) và một mã ngẫu nhiên có chu kỳ t−ơng tác dài hơn độ dài ký hiệụ Đối với mã phân kênh thì các mã trực giao nh− mã Walsh và mã Gold trực giao đ−ợc ứng dụng. Ph−ơng pháp ấn định mã hệ số trải phổ biến thiên trực giao (OVSF) cũng đ−ợc chấp thuận để đảm bảo tính trực giao giữa các kênh với một SF khác nhau (tức là tốc độ ký hiệu). Hình 2.6 minh hoạ ph−ơng pháp tạo ra các mã OVSF. Bắt đầu với Cch,1,0 = (1) (SF=1), các mã OVSF có thể đ−ợc tạo ra một cách liên tục trong lớp kế tiếp ( tức là gấp đôi SF ) dựa vào qui luật cơ bản đ−ợc biểu diễn bởi ph−ơng trình (5).
Hình 2.6 Ph−ơng pháp tạo mã OVSF
ở lớp SF = k, số mã OVSF đã tạo ra là k và độ trực giao đ−ợc duy trì giữa các mã có tổng số bằng k. Ngoài ra, tính trực giao có thể đ−ợc đảm bảo ngay cả giữa hai mã OVSF trong các lớp khác nhau chỉ khi không mã nào đ−ợc lấy ra từ mã khác ( tức là
chúng có mối t−ơng quan phân cấp trong cây mã). Ví dụ, tính trực giao luôn đ−ợc duy trì giữa C ch,2,0 và C ch,4,2 không phụ thuộc vào mẫu ký hiệu của số liệu tin tức. Khi mã C ch,2,0 đ−ợc ấn định, không một từ mã nào đ−ợc tạo ra từ tầng thấp hơn của cây mã C
ch,2,0 có thể áp dụng đ−ợc ( đây là hạn chế của việc phân chia mã OVSF). ở đ−ờng xuống, các tín hiệu phát trên các kênh từ BS đến MS là các tín hiệu truyền lan đa đ−ờng và có thời gian truyền lan khác nhau do hiện t−ợng phản xạ bởi các công trình xây dựng, các toà nhà v.v... trên các đ−ờng truyền là khác nhaụ Các kênh vật lý chia sẻ cùng một đ−ờng truyền lan sẽ có cùng ph−ơng pháp điều chế pha và biên độ. Vì thế việc sử dụng các mã OVSF giữa các kênh ghép ( các kênh vật lý) chia sẻ chung một đ−ờng truyền tạo ra khả năng đảm bảo tính trực giao giữa các kênh ngay cả khi chúng không có cùng SF ( tức là tốc độ ký hiệu) đến chừng nào chúng còn sử dụng cùng đ−ờng truyền lan. Đây là một cách cực kỳ hiệu quả để đạt đ−ợc các đặc tính thu chất l−ợng caọ
Hình 2.7 cho thấy các đặc tính BER trung bình của MS ở đ−ờng xuống khi sử dụng các mã OVSF đ−ợc tạo ra theo ph−ơng trình (5) làm các mã phân kênh. Hình vẽ minh hoạ các đặc tính BER trung bình của một kênh đơn có SF = 8 ( tốc độ ký hiệu = 512 ks/s) và một kênh ghép tốc độ thấp có khả năng truyền dẫn với SF biến thiên bao gồm 8 kênh có SF = 64 ( tốc độ ký hiệu = 64 ks/s) trong mỗi kênh. Kiểu truyền lan ở đây là kiểu hai tia (hai đ−ờng) có cùng công suất trung bình và chịu ảnh h−ởng của pha đinh Rayleeeigh độc lập với nhaụ Hình vẽ cũng minh hoạ các thuộc tính của truyền dẫn đa mã trực giao trên 16 kênh, trong đó SF = 64 và có thể biến thiên, công suất nhiễu là giống nhau đối với mỗi kênh. Trong tr−ờng hợp SF biến thiên và truyền dẫn đa mã nh− đã minh hoạ trong hình vẽ, khi nhiễu đa đ−ờng (nhiều tia) tăng thì Eb/No thu trung bình yêu cầu để đạt đ−ợc BER trung bình = 10-3 cần phải tăng xấp xỉ 0,5 dB so với một kênh đơn ( Eb/No là tỷ số năng l−ợng bit trên tạp âm nền ). Tuy nhiên, các đặc tính của truyền dẫn SF biến thiên là rất giống với các đặc tính của truyền dẫn đa mã và hình vẽ cho thấy rằng tính trực giao đ−ợc đảm bảo trong cùng đ−ờng truyền khi tốc độ truyền nhanh hơn gấp 8 lần ( SF= 8).
Việc −u tiên sử dụng SF biến thiên giúp đạt đ−ợc tỷ số công suất đỉnh/trung bình ở phía phát thấp hơn so với ph−ơng pháp truyền đa mã và cũng tạo ra khả năng xây dựng một cấu hình máy thu RAKE một dãy tại đầu cuối thụ Trong tr−ờng hợp truyền
số liệu tốc độ cao, khi đó không thể đạt đ−ợc độ tin cậy ngay cả khi SF đ−ợc giảm xuống đến 4 hoặc 8, lúc này ph−ơng pháp truyền dẫn đa mã sử dụng các kênh mã ghép của SF đ−ợc ứng dụng. Các ph−ơng pháp truyền dẫn SF biến thiên và truyền dẫn đa mã tạo cho W-CDMA khả năng truyền tin một cách linh hoạt trên một phạm vi rộng từ các thông tin tốc độ thấp (băng tần thoại ) đến thông tin tốc độ caọ
Hình 2.7 Các đặc tính BER trung bình ở đ−ờng xuống sử dụng các mã OVSF
Hình 2.8 minh hoạ quá trình điều chế trải phổ cho kênh vật lý riêng (DPCH) ở đ−ờng lên trong W-CDMẠ DPCH bao gồm kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) đ−ợc ghép vào các thành phần đồng pha (I) và kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) đ−ợc ghép vào các thành phần pha vuông góc (Q). DPDCH chứa các bít tin mã hoá kênh và DPCCH chứa các bít hoa tiêu để −ớc tính kênh, các bít TPC đ−ờng xuống, các bít chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI) và các bít thông tin phản hồi (FBI) đ−ợc sử dụng để điều khiển phân tập phát ở đ−ờng xuống. Quá trình trải phổ của các mã phân kênh đ−ợc thực hiện bằng cách sử dụng các mã OVSF khác nhau cho mỗi chuỗi số liệu đ−ợc sắp xếp trên mặt phẳng pha I/Q. Quá trình trải phổ phức hợp đ−ợc thực hiện trên chuỗi số liệu trải phổ ở kênh I/Q bằng cách sử dụng hai mã ngẫu nhiên đ−ợc tạo ra bởi ph−ơng pháp dịch thời gian, theo ph−ơng trình (6),
SI = DICI - DQCQ
BER trung
bì
nh
Eb/No thu trung bình (dB) Nhiều thuê bao
Thuê bao đơn (R1 x 1)
SQ = DICQ - DQCI (6)
Trong ph−ơng trình (6), DI(Q) là thành phần I ( hoặc Q) của chuỗi số liệu trải phổ bằng các mã phân kênh, ng−ợc lại CI(Q) là thành phần I ( hoặc Q) của mã ngẫu nhiên, GDPDCH và GDPCCH biểu diễn độ lợi xử lý t−ơng ứng của các kênh của các kênh DPDCH và DPCCH. Lợi ích của trải phổ phức hợp là khi biên độ của DPCCH khác với biên độ của DPDCH ( tức là GDPDCH # GDPCCH ) thì nó có thể giảm cơ bản giá trị công suất đỉnh so với ph−ơng pháp thực hiện trải phổ trên các kênh I và Q độc lập với nhau, trong khi tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình vẫn không đổị Trong ph−ơng pháp điều chế trải phổ QPSK, sự dịch pha của chip số liệu sau trải phổ trên mặt phẳng pha I/Q ( tức là sự dịch pha sau cùng của sóng mang khi điều chế) có thể thay đổi 1800 so với tín hiệu gốc. Trong tr−ờng hợp dịch pha nh− vậy, ảnh h−ởng của méo phi tuyến trong khối khuyếch đại (AMP) công suất tăng, 3GPP qui định sử dụng ph−ơng pháp điều chế pha lai ghép (HPSK) để giảm khả năng dịch pha 1800 nh− vậy và dẫn tới để giảm ảnh h−ởng của méo phi tuyến trong khối khuyếch đại công suất.
Hình 2.8 Sơ đồ khái quát quá trình trải phổ phức 2.2.2 Tìm nhận ô
Trong W-CDMA, khi thiết lập một đ−ờng truyền vô tuyến giữa BS và MS, đầu tiên MS sẽ thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đ−ờng xuống và sau đó giải mã tin tức kênh quảng (BCH) nằm trong kênh vật lý điều khiển chung cơ bản (P-CCPCH) ở đ−ờng xuống. Các tín hiệu đ−ợc phát trên một kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) ở đ−ờng lên theo một định thời phát xác định tr−ớc. Sau đó, BS thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đ−ờng lên và giải mã tin tức RACH, để thiết lập đ−ờng truyền vô tuyến ở cả đ−ờng lên và đ−ờng xuống.
Ngay sau khi bật nguồn hoặc tr−ớc khi b−ớc vào quá trình chuyển giao mềm hay khi ở trong chế độ thu không liên tục ( chế độ chờ ), MS cần tìm ra ô có suy hao đ−ờng truyền nhỏ nhất. Quá trình này sẽ tìm ra một ô với một mã ngẫu nhiên ở kênh hoa tiêu chung (CPICH) có công suất thu lớn nhất ở đ−ờng xuống. Quá trình này đ−ợc gọi là quá trình tìm nhận ô vì nó liên quan đến việc tìm ra các ô yêu cầu để thiết lập đ−ờng truyền vô tuyến. Mỗi khi đ−ờng truyền vô tuyến đ−ợc thiết lập bằng cách thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đ−ờng xuống, MS sẽ phát RACH tại một thời điểm xác định tr−ớc có tham chiếu với định thời ở đ−ờng xuống, nh− vậy BS có thể nhanh chóng thiết lập đồng bộ mã trải phổ bất chấp độ dài của mã trải phổ, đơn giản bằng cách tách định thời ở quá trình đồng bộ mã trải phổ trong khoảng thời gian không cố định ( khoảng thời gian của cửa sổ tìm kiếm đ−ờng lên ) đ−ợc xác định bởi thời gian trễ truyền lan. Có ba chế độ tìm nhận ô: thứ nhất là chế độ tìm nhận ô ban đầu là chế độ tìm nhận các ô yêu cầu để thiết lập đ−ờng truyền vô tuyến khi MS bật nguồn, thứ hai là chế độ tìm nhận ô đích chuyển giao tr−ớc khi thực hiện chuyển giao mềm và cuối cùng là chế độ tìm nhận các ô yêu cầu để thiết lập đ−ờng truyền vô tuyến trong tr−ờng hợp thu không liên tục ở chế độ chờ.
Nói chung, việc đồng bộ các mã trải phổ yêu cầu tách ra mức t−ơng quan trong quá trình tính toán định thời đối với độ dài ( số chip) của mỗi và mọi mã trải phổ để tìm và tách ra các điểm đồng bộ. ở đ−ờng xuống, số các mã đồng bộ là một bộ mã có giá trị đủ lớn , 512, để đảm bảo ấn định các mã ngẫu nhiên một cách linh hoạt. Do đó, trong quá trình tìm nhận ô ban đầu, MS cần xử lý tìm kiếm liên tiếp trên 512 loại mã ngẫu nhiên để tìm ra mã ngẫu nhiên của ô có suy hao đ−ờng truyền nhỏ nhất yêu cầu để thiết lập đ−ờng truyền vô tuyến, thông th−ờng đó là một quá trình cực kỳ tốn thời gian. Ng−ợc lại, một hệ thống đồng bộ giữa các BS có thể thực hiện tìm nhận ô nhanh chóng bằng cách áp dụng một loại mã ngẫu nhiên tới mỗi ô nhờ quá trình dịch thời ở những khoảng thời gian nhất định. Với ý t−ởng nh− vậy, ph−ơng pháp tìm nhận ô ba b−ớc đã đ−ợc đề xuất để đảm bảo tìm nhận ô nhanh chóng trong các hệ thống BS dị bộ. Trong 3 GPP, nhiều thay đổi đã đ−ợc đ−a ra trong ph−ơng pháp tạo ra mã đồng bộ (SC).
2.2.2.1 Ph−ơng pháp tìm nhận ô theo ba b−ớc
Hình 2.9 trình bày l−u đồ hoạt động của quá trình tìm nhận ô theo ba b−ớc, cho phép tìm ra ô cần để thiết lập đ−ờng truyền vô tuyến.
Hình 2.9 L−u đồ tìm nhận ô theo ba b−ớc