3) Độ lợi xử lý (PG)
3.9. Trải phổ và điều chế đường xuống
Khái niệm trải phổ và ngẫu nhiên hóa đường xuống được minh họa trên hình 3.10. Ngoại trừ các SCH (kênh đồng bộ ) mỗi cặp hai bit kênh trước hết được biến đổi từ nối tiếp vào song song tương ứng một ký hiệu điều chế, sau đó được đặt lên các nhánh I và Q. Sau đó các nhánh I và Q được trải phổ đến tốc độ 3,84Mcps bằng cùng mỗi mã dịnh kênh Cch,SF,m. Các chuỗi chip giá trị thực trên các nhánh I và Q sau đó được ngẫu nhiên hóa bằng mã ngẫu nhiên hóa phức để nhận dạng nguồn phát nút B, mã này đựợc ký hiệu là Sdl,n trên hình 3.10. Mã ngẫu nhiên hóa này được đồng bộ với mã ngẫu nhiên hóa sử dụng cho P - CCPCH (kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp), trong đó chíp phức đầu tiên của khung P - CCPCH được nhân với chip số 0 của mã ngẫu nhiên hóa này.
Sau trải phổ, mỗi kênh vật lý đường xuống (trừ các SCH) được đánh trọng số bằng các hệ số trọng số riêng ký hiệu là Gi như trên hình 3.20. P-SCH và S- SCH giá trị phức được đánh trọng số riêng bằng các hệ số trọng số Gp và Gs. Tất cả các kênh đường xuống được kết hợp với nhau bằng cộng phức. Chuỗi nhận được sau trải phổ và ngẫu nhiên hóa được điều chế QPSK.
39 I Q cos(ωt ) -sin(ωt) Phân chia phần thực phần ảo C d β d I C c β c Q j I + jQ S r-msg,n S Phần số liệu PRACH Phần điều khiển PRACH I Q cos(ω t) -sin(ωt) Phân chia phần thực phần ảo Σ Cch, SF,m j I + jQ I Q Sdl,n Kênh vật lý đường xuống bất kỳ trừ SCH P- SCH Gp S- SCH Gs G1 S G2 Σ Điều chỉnh hệ số khuếch đại Thao tác ngẫu nhiên
hoá phức để phân biệtnguồn phát (nút B)
Thao tác trải phổ bằng mã định kênh
Một tập =1 mã ngẫu nhiên sơ cấp và 15 mã ngẫu nhiên thứ
Hình 3.20. Sơ đồ trải phổ và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống Các mã trải phổ đường xuống
Trên đường xuống, cùng các mã định kênh như trên đường lên (mã OVSF) được sử dụng. Thơng thường mỗi ơ chỉ có một cây mã và mỗi cây mã được đặt dưới một mã ngẫu nhiên hóa để dùng chung cho nhiều người sử dụng. Theo quy đinh, các mã định kênh dùng cho P-CPICH và P-CCPCH là Cch,256,0 và Cch,256,1. Bộ quản lý tài nguyên trong RNC ấn định các mã định kênh cho tất cả các kênh khác với giới hạn SF=512 trong trường hợp sử dụng chuyển giao phân tập.
Mã OVSF có thể thay đổi theo từng khung trên kênh PDSCH (kênh chia sẻ đường xuống vật lý). Quy tắc thay đổi như sau, mã (các mã) OVSF được sử dụng cho kết nối phía dưới hệ số trải phổ nhỏ nhất là mã từ nhánh cây, mã nhánh cây mã được chỉ ra bởi hệ số trải phổ thấp nhất này. Nếu DSCH được sắp xếp lên nhiều PDSCH song song, thì quy tắc tương tự được áp dụng, nhưng tất các nhánh mã được sử dụng bởi các mã này tương ứng với hệ số trải phổ nhỏ nhất đều có thể sử dụng cho ấn định hệ số trải phổ cao hơn.
Các mã ngẫu nhiên hóa đường xuống
Trên đường xuống chỉ có các mã ngẫu nhiên hóa dài là được sử dụng. Có tất cả 218-1=262143 mã ngẫu nhiên được đánh số từ 0 đến 262142. Các chuỗi mã ngẫu nhiên được ký hiệu là Sdl,n được cấu trúc bằng các đoạn của chuỗi Gold. Để tăng tốc q trình tìm ơ, chỉ 8192 mã trong số 262143 được sử dụng trong thực tế và được cắt ngắn lấy đoạn đầu 38400 chip để phù hợp với chu kỳ khung 10 ms. Như minh họa trên hình 3.21, chỉ có các mã với n=0,1,…, 8191 được sử dụng. Các mã này được chia thành 512 tập. Mỗi tập gồm 16 mã (i=0…15) với một mã sơ cấp và 15 mã thứ cấp. 8 tập (i=0…7) với 8x16 mã hợp thành một nhóm tạo nên 64 nhóm (j=0…63).
512 mã ngẫu nhiên sơ cấp(k=0) 512x15 mã ngẫu nhiên thứ cấp(k=1...15) Tậpo = { Tập7 = { Sdl,0’ Sdl,112’ Sdl,1’ ....... Sdl,k’ ....... Sdl,15 } Sdl,113’ ....... Sdl,k+112’ ....... Sdl,127 } Tậpjx8 = { Tậpjx8+ 7 = { Sdl,16x8j’ Sdl,16x(8j+7) ’ Sdl,16x8j+1’ ..... Sdl,16x8j+2’ ....... Sdl,16x8j+15} Sdl,16x(8j+7)+1’...Sdl,16x(8j+7)+2’ ... Sdl,16x(8j+7)+15} Tập504 = { Tập511= { Sdl,8064’ Sdl,8186’ Sdl,8065’ ... Sdl,8064+k’ .... Sdl,8079’ } Sdl,8187’ ... Sdl,8186+k’ .... Sdl,8191’ }
Hình 3.21. Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp
Vì thơng thường mỗi ơ được nhận dạng bằng một mã ngẫu nhiên hố sơ cấp, nên q trình tìm kiếm ơ cũng là quá trình tìm kiếm mã này. Q trình tìm kiếm ơ có thể được thực hiện theo ba bước sau:
Tìm P-SCH (kênh đồng bộ sơ cấp) để thiết lập đồng bộ khe và đồng bộ ký hiệu
Tìm S-SCH (kênh đồng bộ thứ cấp) để thiết lập đồng bộ khung và nhóm mã Tìm mã ngẫu nhiên hóa để nhận dạng ô
Ghép kênh đa mã đường xuống
Để tăng dung lượng kênh đường xuống ta có thể sử dụng sơ đồ ghép kênh đa mã như cho ở hình 3.22 : : : : : : : : : Nhóm mã 0 Nhóm mã j (j=0..63) Một nhóm mã =7 mã ngẫu nhiên sơ cấp và 7x15 mã ngẫu nhiên thứ cấp) Nhóm mã 63
Hình 3.22. Truyền dẫn đa mã cho đường xuống
Các hệ thống CDMA được xây dựng trên cơ sở trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS). Việc sử dụng trải phổ cùng với các mã trực giao cho phép nhiều đầu cuối di động có thể dùng chung một tần số. Khi này tính trực giao của các mã và trải phổ cho phép một máy thu đầu cuối có thể dễ dàng tách ra được tín hiệu của mình. Do sử dụng chung một tần số nên có thể áp dụng chuyển giao mềm cho CDMA. Trong chuyển giao mềm một máy di động có thể kết nối đến nhiều trạm gốc trên cùng một tần số nhưng với mã trải phổ khác nhau. Ưu điểm của chuyển giao mềm là khơng làm mất cuộc gọi trong q trình chuyển giao mặc dù nó làm giảm phần nào dụng lượng ơ và tăng thêm tính phức tạp hệ thống. Nhưng cũng vì sử dụng chung một tần số nên có thể xẩy ra hiện tượng gần xa, trong đó máy di động gần trạm gốc sẽ gây nhiễu cho các người sử dụng khác. Để khắc phục nhược điểm này phải áp dụng điều khiển công suất nhanh cho CDMA trong đó mày di động gần trạm gốc sẽ được điều chình phát cơng suất thấp hơn máy di động ở xa trạm gốc. Điều khiển công suất nhanh trong WCDMA được thực hiện 1500 lần trong một giây. Một đặc điểm nữa của CDMA là các mã ngẫu nhiên hóa mang tính trực giao khá cao nên các đường truyền đến máy thu có độ trễ khác nhau thời gian chip hoặc lớn hơn thời gian này đều độc lập với nhau và vì thế có thể sử dụng phân tập đa đường (hay máy thu RAKE) trong CDMA. Nguyên tắc của máy thu RAKE là chọn một số đường (một số ngón) có cơng suất thu lớn hơn ngưỡng, đồng chỉnh pha các đường này rồi cộng công suất thu của chúng với nhau. WCDMA sử dụng hai tầng trải phổ: (1) trải phổ bằng mã định kênh, (2) trải phổ bằng mã nhận dạng nguồn phát. Mã định kênh được xây dựng trên cơ sở mã hệ số trải phổ trực giao khả biến (OVSF), trong đó hệ số trải phổ SF=Rs/Rc với Rs là tốc độ Đến điều chế QPSK S/P S/P S/P Ch1 Ch 2 : : : : : : I Q j I+jQ Sdln Cch,sf,1 Cch,sf,2 Cch,sf,N : :
ký hiệu và Rc là tốc độ chip. Mã ngẫu nhiên hóa được cấu trúc từ mã Gold. WCDMA sử dụng điều chế QPSK cho đường xuống và BPSK cho đường lên. Để giảm tỷ số công suất đỉnh trên cơng suất trung bình của tín hiệu điều chế, ngẫu nhiên hóa phức được sử dụng.
KẾT LUẬN
Cùng với sự phát triển nhanh chóng về mọi mặt của đời sống xã hội, thì nhu cầu của con người cũng ngày càng tăng trong tất cả các lĩnh vực. Đặc biệt trong lĩnh vực thông tin, con người mong muốn thông tin được cập nhập nhanh nhất, dữ liệu được lấy với tốc độ cao. Trong thông tin di động, công nghệ WCDMA ra đời là một bước phát triển lớn, nó làm tăng tốc độ truy cập mạng, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ Internet di động đa phương tiện với chất lượng được cải thiện so với 2,5G. Với công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp WCDMA đã thực sự là bước đột phá trong vấn đề mở rộng băng tần và chất lượng tín hiệu. Tuy nhiên nhu cầu và số lượng người sử dụng ngày càng cao nên tốc độ truyền dữ liệu 2Mbps và độ rộng băng tần 5 MHz của WCDMA vẫn chưa đáp ứng được. Do đó cần một công nghệ mới, dựa trên nền WCDMA, để tạo ra tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn đáp ứng được nhu cầu về thông tin hiện nay.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng , “Thông tin di động thế hệ 3”, Nhà xuất bản bưu điện, 2001.
[2] Nguyễn Hữu Trung, “ Kỹ thuật trải phổ và truyền dẫn đa sóng mang”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
[3] Kỹ sư Nguyễn Văn Thuận, “Hệ thống thông tin di động WCDMA”, Nhà xuất bản Học viện bưu chính viễn thơng tháng 12 năm 2004
[4] Khoa điện tử viễn thơng “ Giáo trình thơng tin di động” Nxb Khoa học và kỹ thuật, 2007
[5] Thầy Vũ Đức Thọ, “Tính tốn mạng thơng tin di động Cellular”, Nxb Giáo Dục, 1997
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
1G 1st Generation Là hệ thống thông tin di động thứ nhất
2G 2nd Generation Là hệ thống thông tin di động thứ hai
3G 3rd Generation Là hệ thống thông tin di động thứ ba
Project
GPP2 Third Generation Partnership Project2
Dự án hội nhập thế hệ 3 thứ hai
ACCH Associated Control Chanels Kênh điều khiển liên kết AMPS Advanced Mobile Phone
Service
Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến
ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ
AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá
BCH Broadcast Chanel Kênh quảng bá
BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit
BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế dịch pha nhị phân
BS Base Station Trạm gốc
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm gốc vô tuyến CCCH Common Control Chanel Kênh điều khiển chung
CDMA Code Division Multi Access Đa truy nhập phân chia theo mã
CM Communication Management Quản lý thông tin
CN Core Network Mạng lõi
CS Circuit-Switched Chuyển mạch kênh
CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung
CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung DCH Dedicated Transport Channel Kênh truyền tải dùng chung DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dùng chung DPCCH Dedicated Physical Control
Chanel
Kênh điều khiển vật lý riêng DSCH Downlink Shared Channel Kênh dùng chung đường
DS Direct Sequence Chuỗi trải phổ trực tiếp DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng
DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dùng chung EDGE Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Cải thiện tốc độ số liệu cho phát triển GSM
EIR Equipment Identify Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị ETSI European Telecommunications
Standard Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu
FDMA Frequency Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia tần số
FER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung
FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FHSS Frequency Hopping/Spread
Spectrum
Trải phổ nhảy tần
GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile
Communications
Hệ thống thơng tin di động tồn cầu
HSCSD High Speed Switched Data Kỹ thuật truyền dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HTML Hyper Text Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn
bản IMT-2000 International Mobile
Telecommunications-2000
Viễn thông di dộng quốc tế 2000
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IS-95 Interim Standard-95 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ
MC- CDMA
Multi-Carrier CDMA Phần ứng dụng di động WCDMA đa sóng mang
ME Mobile Equipment Thiết bị di động
MS Mobile Station Trạm di động
MSC Mobile Switching Service Center
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động
NMT Nordic Mobile Telephone system
Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu
OFDM Orthorgonal Frequency Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia tần số trực giao
NSS Network and Switching Subsystem
Hệ thống chuyển mạch PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển nhắn gọi
PCH Paging Channel Kênh nhắn gọi
PCS Persional Communication
System
Hệ thống thông tin cá nhân PDCH Packet Data Channel Kênh số liệu gói
PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất cơng cộng
PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha
PSTN Public Switched Telephone Network
Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
PS Packet-switched Chuyển mạch gói
PCPCH Physical Common Packet Channel
Kênh gói chung vật lý QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế dịch pha cầu phương
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến
RRC Radio Resource control Điều khiển tài nguyên vô tuyến
SGSN Serving GPRS Support Node Nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS
SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SCH Synchronisation Channel Kênh đồng bộ
TACS total Access Communications System
Hệ thống truyền thông truy nhập tổng hợp
TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multi Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian
UE User Equipment Thiết bị người dùng
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống Viễn thông Di động Toàn cầu
UTRAN UMTS Terresrial Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS
VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú WAP Wireless Application Protocol Thủ tục ứng dụng vô tuyến WCDMA Wideband Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng
WIMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access
Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu