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.
- 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
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 4.8. 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
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 4.9. Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên Tiền tố
khuôn dạng truyền tải nhất định của bản tin truy nhập hiện thời.
Các trường số liệu của phần bản tin RACH :
Khuôn dạng khe #i Tốc độ bit kênh (kbit/s) Tốc độ ký hiệu kênh (kbit/s)
SF Số bit/ khung Số bit/ khe Ndata
0 15 15 256 150 10 10
1 30 30 128 300 20 20
2 60 60 64 600 40 40
3 120 120 32 1200 80 80
Trường điều khiển phần bản tin RACH :
Khuôn dạng khe #i Tốc độ bit kênh (kbit/s) Tốc độ ký hiệu kênh (kbit/s) SF Số bit/ khung
Số bit/ khe Npilot NTFCI
0 15 15 256 150 10 8 2
Kênh gói chung PCPCH
Kênh gói chung vật lý được sử dụng để mang CPCH. PCPCH thực chất là sự 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
mở rộng của RACH. Sự khác nhau cơ bản so với RACH là kênh này có thể dành 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.
Phần bản tin
0 hay 8 khe N.10ms
Tiền tố truy nhập
Tiền tố phân giải va chạm
DPCCH DPDCH
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 xuống được thể hiện ở hình sau :
4.5.1.4 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.
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 4.12. Cấu trúc khung của DPCH đường xuống. Một khung vô tuyến Tf = 10ms
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 BCH.
Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14
Chuỗi ký hiệu đã được định nghĩa trước
Tslot = 2560 chip, 20 bit = 10 ký hiệu
Hình 4.13. 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)
Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14
Số liệu 18 bit
T
slot = 2560 chip, 20 bit
Hình 4.14. 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 4.15. Cấu trúc khung của S-CCPCH Một khung vô tuyến Tf = 10ms
TFCI N
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.
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)
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.
ac p acs1.0 ac p acs1.1 ac p 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 4.16. Cấu trúc khung kênh đồng bộ ac
p : Mã đồng bộ sơ cấp (Primary Synchrization Code) ac
s
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)
Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14
Số liệu N
data bit
Tslot = 2560 chip, 20.2k bit (k=0..6)
Hình 4.17. Cấu trúc khung của PDSCH Một khung vô tuyến Tf = 10ms
AS #0 AS #1 AS #i AS #0 AS #14 a1 a2 a30 a31 a32 a33 a38 a39 Phần AI Phần không sử dụng 5120 chip, 40 bit 20ms AS #0 AS #14
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.
4.5.2 Kênh truyền tải4.5.2.1Kênh truyền tải riêng 4.5.2.1Kênh 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.
4.5.2.2 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…
……… … … … … … … … … …
Một khung vô tuyến 10ms
288 bit chỉ thị 12 bit
(không định nghĩa)
b0 b1 b287b288 b299
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.
Kênh truy nhập đường xuống (FACH)
Kênh truy nhập đường xuống FACH (Forward Access Channel) là một kênh 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.
4.5.2.3 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.
4.6 Truy nhập gói trong W-CDMA
4.6.1 Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA
CÁC KÊNH VẬT LÝ CÁC KÊNH TRUYỀN TẢI
Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CPCH)
Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CPCH)
Kênh vật lý truy cập ngẫu nhiên (PRACH)
Kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) Kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) Kênh vật lý đường xuống dùng chung (PDSCH)
Kênh gói chung vật lý (PCPCH) Kênh đồng bộ (SCH)
Kênh hoa tiêu chung (CPICH) Kênh chỉ thị bắt (AICH) Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)
Kênh phát hiện tranh chấp/chỉ thị ấn định kênh (CD/CA-ICH) BCH FACH PCH RACH DCH DSCH CPCH
Truy nhập gói trong W-CDMA cho phép các vật mang không phải thời gian thực sử dụng động các kênh chung, riêng và dùng chung. Việc sử dụng các kênh khác nhau được điều khiển bởi bộ lập biểu gói PS (Packet Scheduler). Bộ lập biểu gói thường được đặt ở RNC vì tại đây việc lập biểu gói có thể thực hiện hiệu quả cho nhiều ô, ngoài ra ở đây cũng xem xét các kết nối chuyển giao mềm.
Bộ lập biểu gói có các chức năng chính sau :
- Phân chia dung lượng của giao diện vô tuyến giữa các người sử dụng.
- Phân chia các kênh truyền tải để sử dụng cho truyền dẫn số liệu của từng người sử dụng.
- Giám sát các phân bổ gói và tải hệ thống.
4.6.2 Lưu lượng số liệu gói
Truy nhập gói sử dụng cho các dịch vụ không theo thời gian thực, nhìn từ quan điểm giao diện vô tuyến nó có các thuộc tính điển hình sau :
- Số liệu gói có dạng cụm, tốc độ bit yêu cầu có thể biến đổi rất nhanh.
- Số liệu gói cho phép trễ lớn hơn các dịch vụ thời gian thực. Vì thế số liệu gói là lưu lượng có thể điều khiển được xét theo quan điểm mạng truy nhập vô tuyến.
- Các gói có thể được phát lại bởi lớp điều khiển kết nối vô tuyến (RLC). Điều này cho phép sử dụng chất lượng đường truyền vô tuyến kém hơn và tỷ số lỗi khung cao hơn so với các dịch vụ thời gian thực.
Lưu lượng gói được đặc trưng bởi các thông số sau : - Quá trình đến của phiên.
- Số cuộc gọi đến phiên.
- Thời gian đọc giữa các cuộc gọi. - Số gói trong một cuộc gọi gói.
- Khoãng thời gian giữa hai gói trong một cuộc gọi gói. - Kích thước gói.
4.6.3 Các phương pháp lập biểu gói
Chức năng lập biểu gói là phân chia dung lượng giao diện vô tuyến khả dụng giữa các người sử dụng. Bộ lập biểu gói có thể quyết định tốc độ bit phân bổ và thời gian phân bổ. Thuật toán lập biểu gói trong W-CDMA được thực hiện theo hai phương pháp : phân chia theo mã và phân chia theo tần số. Trong phương pháp phân chia theo mã, khi có nhu cầu tăng dung lượng thì tốc độ bit phân bổ cho người sử dụng sẽ giảm đi. Trong phương pháp phân chia theo thời gian biểu dung lượng được dành cho một số ít người theo từng thời điểm, như vậy người sử dụng có thể có tốc độ bit cao nhưng chỉ có thể sử dụng trong thời gian ngắn. Trong trường hợp số người sử dụng tăng thì phải đợi truyền dẫn lâu hơn. Thực tế quá trình lập biểu gói là sự kết hợp của hai phương pháp trên.
4.6.3.1 Lập biểu phân chia theo thời gian
Khi bộ lập biểu phân chia thời gian phân bổ các tốc độ gói, cần xét đến hiệu năng vô tuyến. Thông thường các dịch vụ tốc độ bit cao đòi hỏi ít năng lượng bit