Ch−ơng 4 : Các kỹ thuật xử lý đa ph−ơng tiện
5.2. Viễn cảnh về các công nghệ vô tuyến
5.2.1 Ph−ơng thức TDD
IMT-2000 CDMA TDD đó được ITU chấp nhận là một trong những cụng nghệ truyền dẫn vụ tuyến cho IMT-2000, cùng với phương thức đa truy nhập phõn chia theo mó băng rộng (W-CDMA) song cụng phõn chia theo tần số (FDD). Sự chuẩn hoỏ phương thức này đang được thực hiện trong 3GPP song song với W-CDMA. Ph−ơng
thức TDD dự kiến sẽ phỏt triển sau khi W-CDMA ra đời, đặc biệt ở Chõu Âu, nơi
băng tần dành cho TDD đó được phõn bổ cho cỏc nhà khai thác viễn thông.
Hỡnh 5.1 so sỏnh nguyờn lý của CDMA TDD với FDD. Trong khi FDD phõn chia cỏc kờnh hướng lờn (đ−ờng lên) và hướng xuống (đ−ờng xuống) theo tần số thì
TDD phõn chia mỗi khung (10 miligiõy) thành 15 khe trờn trục thời gian và phõn bổ mỗi kờnh hướng lờn và hướng xuống theo mỗi khe thời gian. FDD và TDD giống nhau
ở chỗ cỏc kờnh được mó hố bằng cỏc mó trải phổ. Do đú, TDD cú cỏc đặc tớnh sau:
1. FDD cần một cặp băng tần cho hướng lờn và hướng xuống. Ngược lại, TDD cú thể được sử dụng với các băng tần khụng theo cặp, cú nghĩa là điều kiện cho việc sử dụng cỏc băng tần sẽ linh hoạt hơn.
2. Do cỏc khe thời gian cú thể được phõn bổ tự do cho hướng lờn và hướng
xuống nờn hiệu quả truyền cú thể được đảm bảo khi lượng thụng tin ở
hướng lờn khụng cõn bằng với lượng thụng tin ở hướng xuống.
3. FDD cú thể hoạt động với cỏc trạm gốc khụng đồng bộ. TDD đũi hỏi sự đồng bộ giữa các trạm gốc để trỏnh nhiễu.
4. FDD cú thể nộn cụng suất phỏt ở mức thấp do việc phỏt liờn tục. Ng−ợc lại, TDD cú cụng suất phỏt đỉnh cao do phỏt theo cụm tin ( phát tức thời). Thời gian trễ truyền dẫn cũng khụng được vượt quỏ khoảng thời gian bảo vệ giữa cỏc khe, điều này khiến cho việc phủ súng cho cả một vựng rộng gặp nhiều khú khăn.
5. Cỏc đặc tả tiờu chuẩn của CDMA TDD và W-CDMA (FDD) của 3GPP cú rất nhiều điểm chung (Lớp 2 và cỏc lớp cao hơn hoàn toàn giống nhau, Lớp
1 cũng được thiết kế với mức độ giống nhất cú thể, vớ dụ: cựng tốc độ chip, cấu trỳc khung, v.v…)
Hình 5.1 Nguyên lý của CDMA FDD và TDD
Nhờ những đặc tớnh này, TDD phự hợp với hệ thống hỗ trợ thụng tin dữ liệu
trong một khu vực hẹp hơn là với một hệ thống thụng tin tế bào cú phạm vi bao phủ
một quốc gia. Do cú nhiều điểm chung với W-CDMA, TDD cú thể được sử dụng
trong một hệ thống kép cựng với W-CDMA cú cấu hỡnh hệ thống bổ sung cho W- CDMA.
Hình 5.2 Ví dụ về cấu trúc khung của IMT-2000 CDMA TDD
Hỡnh 5.2 mụ tả vớ dụ về cấu trỳc khung CDMA TDD theo 3GPP. Mỗi khung
được chia thành 15 khe thời gian và một tớn hiệu giữa khe được chốn vào giữa mỗi khe Đ−ờng xuống Thời gian
Thời gian Đ−ờng xuống Đ−ờng xuống Đ−ờng lên Đ−ờng xuống Đ−ờng lên Mã Mã Tần số Tần số
Khoảng bảo vệ (96 chip) Tín hiệu giữa khe (512 chip)
1 Khe
để đồng bộ và giải điều chế. Cú ớt nhất 1 khe được gỏn với một kờnh hướng xuống bao
gồm Kờnh đồng bộ (SCH) và Kờnh điều khiển chung (CCCH). Cỏc khe khỏc cú thể
được gỏn cho hướng lờn hoặc hướng xuống.
Bảng 5.1 mụ tả cỏc thụng số cơ bản của CDMA TDD theo 3GPP. Hướng lờn sử dụng cỏc hệ số trải phổ khỏc nhau để nộn hệ số đỉnh của cỏc tớn hiệu phỏt, trong khi
hướng xuống sử dụng truyền dẫn đa mó vỡ nú cho phộp đơn giản hoỏ quỏ trỡnh nhận.
Để đạt được tốc độ dữ liệu khoảng 8 kbit/giõy với 1 khe và một mó, SF khụng được lớn hơn 16. Tốc độ chip, cấu trỳc khung, ph−ơng pháp hiệu chỉnh lỗi hướng đi (FEC),
mó hoỏ thoại, v.v… giống với W-CDMA.
Bảng 5.1 Cỏc thụng số cơ bản của IMT-2000 CDMA TDD
Thơng số Đặc tính
Tốc độ chip 3,84 Mc/s
Khe thời gian 15 khe/ khung Hệ số trải phổ
Hướng lờn: (1), 2, 4, 8,16 Hướng xuống: (1), 16
Độ dài tín hiệu giữa khe 512, 256 chip
Sửa lỗi hướng đi Kết hợp cỏc mó turbo và mó xoắn Bộ mó hoỏ/giải mó thoại AMR
* Chỳ thớch: AMR= đa tốc độ thớch ứng
CDMA TDD cú thể sử dụng cỏc cụng nghệ truyền dẫn vụ tuyến độc nhất bằng cỏch khai thỏc SF nhỏ và sử dụng cựng tần số cho hướng lờn và hướng xuống. Dưới
đõy là cỏc cụng nghệ chớnh của CDMA TDD.
5.2.1.1 Các kỹ thuật chống nhiễu
Trong CDMA TDD việc thực hiện cỏc kỹ thuật chống nhiễu trờn điện thoại di động tương đối dễ dàng do SF nhỏ. Trong khi 3GPP thiết lập một cấu trỳc khe sử dụng
việc tỏch dũ điểm ghộp (joint detection) để chống nhiễu, ngoài ra, thiết bị khử đa
hướng (multi-path canceller) cũng được coi là một hứa hẹn để chống nhiễu hướng
5.2.1.2 Điều khiển cơng suất phát theo vịng mở (TPC)
Trong FDD, q trình TPC theo vũng kín thực hiện điều khiển cụng suất phỏt của cỏc trạm di động (MS) dựa trên các lệnh từ trạm gốc là rất quan trọng đối với các MS, vỡ cỏc đ−ờng truyền giữa hướng lờn và hướng xuống là khỏc nhau do chúng sử dụng cỏc tần số khỏc nhau. Trong TDD, điện thoại di động cú thể sử dụng TPC theo vũng mở, trong đó việc quyết định cụng suất phát hướng lờn dựa trờn cụng suất thu hướng
xuống, do TDD sử dụng chung một tần số ở cả hai hướng truyền, dẫn đến suy hao truyền lan sóng ở trên hai h−ớng truyền là giống nhau. TPC vũng mở cú thể điều khiển
mức thu của cỏc tớn hiệu hướng lờn nhưng khụng thể ước tớnh chất lượng tớn hiệu theo SIR, tỷ lệ lỗi bit (BER) v.v… Do đó, TDD cũng phụ thuộc vào các kỹ thuật thu, cỏc cơ chế như điều khiển vũng ngoài v.v… giống như trong trường hợp FDD.
5.2.2 Truy nhập gói đ−ờng xuống tốc độ cao (HSPDA)
HSDPA đang được nghiờn cứu như một ph−ơng thức truyền dẫn gúi nhanh hơn
cho IMT-2000 nhằm cung cấp tốc độ đỉnh đ−ờng xuống nhanh hơn, trễ truyền dẫn nhỏ hơn và thụng lượng cao hơn. Dưới đõy là cỏc đặc điểm kỹ thuật chớnh của HSPDA.
5.2.2.1 Cấu trúc kênh
Về cơ bản, một kờnh vật lý được sử dụng chung bởi nhiều điện thoại di dộng bằng cỏch phõn chia theo thời gian, như trong trường hợp kờnh vật lý chung đ−ờng xuống (PDSCH). Hàng loạt thuật toỏn cú thể được xột khi quyết định thuê bao di động mà
thụng tin cần truyền tới tại một thời điểm nhất định: đó cú thể là thuê bao di động yờu cầu tốc độ truyền dẫn cao nhất dựa trờn ph−ơng pháp mó hoỏ và điều chế tương thớch (AMC) được mụ tả trong phần sau hoặc cú thể là bất cứ thuê bao nào được quyết định khi xột bình đẳng giữa cỏc thuê bao.
5.2.2.2 M∙ hoá và điều chế t−ơng thích (AMC)
AMC là một ph−ơng thức truyền dẫn làm thay đổi ph−ơng thức điều chế và tốc độ FEC một cỏch nhanh chúng và tương thớch theo sự biến đổi của mụi trường truyền
lan sóng. Trong mụi trường truyền lan sóng thuận tiện, một ph−ơng thức điều chế
nhanh hơn được ỏp dụng và tốc độ FEC được tăng lờn để làm tăng tốc độ truyền. Đặc biệt, điện thoại di động (hoặc BS) sẽ đo trạng thỏi đ−ờng truyền xuống của mỗi MS
theo định kỳ. Trờn cơ sở kết quả đo đ−ợc, BS sẽ xỏc định điện thoại di động mà thụng
tin nờn được truyền tới và tốc độ truyền tối ưu ở mỗi khoảng thời gian xen kẽ. Để hỗ trợ tốc độ truyền dẫn cao hơn, cỏc cơ chế điều chế đang được nghiờn cứu khụng chỉ
bao gồm điều chế pha 4 trạng thái (QPSK) nh− hiện nay mà cũn cú điều chế pha 8 trạng thái (8PSK), điều biên trực giao16 mức ( 16QAM) và cả 64QAM. Tốc độ mó hoỏ đang được xem xột giữa ẳ và ắ. Hỡnh 5.3 minh hoạ vớ dụ về hoạt động của AMC, cho thấy AMC được sử dụng như thế nào khi tin tức được truyền tới hai điện thoại di động
cựng lỳc.
Trong trường hợp điều khiển công suất phát (TPC) nhanh, tốc độ truyền dẫn cần phải được kiểm soỏt thường xuyờn để thích ứng với những thay đổi trong mụi trường truyền lan. Việc kiểm soỏt tốc độ truyền dẫn theo những khoảng thời gian định kỳ đang được nghiên cứu vỡ độ chớnh xỏc của phép đo mụi trường truyền lan do điện thoại
di động hoặc BS thực hiện cú ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của cơ chế truyền dẫn.
Hình 5.3 Ví dụ về ứng dụng AMC
5.2.2.3 Yêu cầu lặp tự động hỗn hợp (H-ARQ)
Cỏc nghiờn cứu về ứng dụng yờu cầu lặp tự động hỗn hợp (H-ARQ; xem phần
2.2.4.1) -một cơ chế truyền dẫn kết hợp ARQ với quỏ trỡnh FEC- đang được tiến hành
Truyền số liệu tới máy di động 1 Truyền số liệu tới máy di động 2 Khoảng xen kẽ Thời gian Tốc độ truy ền Máy di động 1 Máy di động 2 Chất l − ợng vô tu yến Cao Cao
mạnh mẽ. Nỳt đầu cuối tiềm năng trờn Mạng truy nhập vụ tuyến mặt đất UMTS
(UTRAN) dành cho H-ARQ là nỳt B hoặc Bộ điều khiển mạng vụ tuyến (RNC). Tuy nhiờn, khi xột đến tỏc động tới chất lượng truyền dẫn và dung lượng bộ nhớ của điện
thoại di động, cỏc nghiờn cứu đang thiờn về Nỳt B là nỳt đầu cuối do khả năng rỳt
ngắn độ trễ truyền dẫn.