CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
3.1.3. Thu – phát tín hiệu trong CDMA
(1) Mã giả ngẫu nhiên được sinh ra, mỗi kênh khác nhau và mỗi kết nối thành công
(2) Thông tin dữ liệu điều chế thành mã giả ngẫu nhiên (dữ liệu được “trải ra”)
(3) Tín hiệu thu được sau đó được điều chế sóng mang.
(4) Sóng mang đã điều chế được khuếch đại và truyền đi.
Việc nhận tín hiệu gồm các bước sau:
(1) Sóng mang nhận được rồi khuếch đại lên.
(2) Tín hiệu nhận được được trộn với sóng mang tại máy thu để khôi phục tín hiệu số trải rộng.
(3) Một mã giả ngẫu nhiêu được sinh ra, phù hợp với tín hiệu mong đợi.
(4) Bộ thu thu được mã đã nhận và pha chốt mã của nó với mã nhận đc.
62
(5) Tín hiệu đã nhận được tương quan với mã được sinh ra, từ đó rút ra dữ liệu.
Phát tín hiệu:
Tín hiệu đầu vào của hệ thống CDMA có thể là thông tin dữ liệu từ vài nguồn, như là tiếng nói được số hóa hay kênh ISDN. Tốc độ dữ liệu có thể thay đổi, ví dụ:
Bảng 3.1.Tốc độ dữ liệu Voice và ISDN
Data Source Data Rate
Voice Pulse Code Modulation (PCM) Điều chế xung mã 64 kBits/sec Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) 32 kBits/sec Low Delay Code Excited Linear Prediction (LD-CELP) 16 kBits/sec
ISDN Bearer Channel (B-Channel) 64 kBits/sec
Data Channel (D-Channel) 16 kBits/sec
Hệ thống làm việc ở tốc độ dữ liệu 64kb/s, nhưng có thể chấp nhận tốc độ đầu vào 8,16,32kb/s. Đầu vào nhỏ hơn 64kb/s được đệm thêm bit để tốc độ trở thành 64kb/s
Với đầu vào 8, 16, 32 hay 64kb/s, hệ thống áp dụng mã sửa lỗi trước (FEC), làm gấp đôi tốc độ bít lên 128kb/s. Mô hình điều chế phức, truyền 2 bít một lúc, cứ 2 bít được mã thành 1 biểu tượng. Với đầu vào nhỏ hơn 64kb/s, mỗi biểu tượng được lặp lại để tốc độ truyền đạt được 64k biểu tượng/s. Mỗi thành phần của tín hiệu phức mang 1 bit của 2 bit biểu tượng, ở 64kb/s, được chỉ ra ở bên dưới.
63
Hình 3.2.Thành phần tín hiệu phức Tạo mã giả ngẫu nhiên:
Với mỗi kênh, trạm cơ cở tạo một mã duy nhất, mã này thay đổi cho mỗi kết nối. Trạm cơ sở cộng tất cả các mã truyền với nhau cho mọi thuê bao. Đơn vị thuê bao tạo chính xác mã phù hợp của nó và sử dụng mã đó để rút ra tín hiệu dành riêng cho thuê bao đó. Mỗi thuê bao sử dụng vài kênh độc lập.
Tương quan mã:
Trong phần này, tương quan được chỉ ra dưới ý nghĩa toán học. Nói chung, hàm tương quan có những tính chất sau:
Bằng 1 nếu 2 mã giống hệt nhau
Bằng 0 nếu 2 mã không có điềm nào chung
Giá trị trung gian chỉ ra mã giống nhau bao nhiêu. Mã càng giống nhau, bộ thu càng khó rút ra được tín hiệu chính xác.
Có 2 hàm tương quan:
Tương quan chéo: Tương quan của 2 mã khác nhau. Như chúng ta vừa nói, nó phải càng nhỏ càng tốt.
64
Tương quan tự động: Tương quan của mã với chính phiên bản hiệu trễ của nó. Để loại bỏ giao thoa đa đường, hàm này phải bằng 0 để bất kì thời gian trễ đều khác 0.
Bộ thu sử dụng tương quan chéo để phân biệt (tách) tín hiệu thích hợp ra khỏi tín hiệu (có ý nghĩa) của bộ thu khác; tương quan tự động để loại bỏ giao thoa đa đường.
Trải phổ mã giả ngẫu nhiên:
Dữ liệu đã được mã hóa FEC điều chế thành mã giả ngẫu nhiên. Vài thuật ngữ được liên quan đến mã giả ngẫu nhiên:
Chipping Frequency (fc): tốc độ bit của mã PN Information rate (fi): Tốc độ bit của dữ liệu
Chip: 1 bit của mã PN Epoch: chu kì của mã
65
Hình 3.3.Phổ của tín hiệu (mà xanh) và phổ của mã giả ồn (màu vàng) Truyền dữ liệu:
Tín hiệu kết quả của mã hóa tiếp đó được điều chế sóng mang RF, sử dụng khóa dịch vuông pha (QPSK). QPSK sử dụng 4 trạng thái khác nhau để mã hóa 1 biểu tượng. 4 trạng thái khác nhau là dịch pha của sóng mang trong các góc phần tư.
Theo quy ước, dịch pha là 45, 135, 225, 315 độ. Vì có 4 trạng thái được sử dụng để mã hóa dữ liệu nhị phân, nên mỗi trạng thái biểu diễn 2 bit. 2 bit từ này được gọi là biểu tượng. hình 3 chỉ ra tổng quan QPSK hoạt động
Làm việc với dữ liệu phức:
Để sử dụng (đầy đủ) toàn bộ hiệu quả của xử lý tín hiệu số, việc biến đổi thông tin dữ liệu sang ký hiệu phức phải thực hiện trước khi điều chế. Hệ thống sinh ra mã PN phức được cấu thành từ 2 thành phần độc lập, PNi+jPNq. Để trải rộng dữ liệu, hệ thống thực hiện nhân phức giữa PN phức với dữ liệu phức.
Nhận dữ liệu:
Bộ nhận dữ liệu thực hiện những bước sau để lấy thông tin ra:
Giải điều chế
Thu và khóa mã
Tương quan mã với tín hiệu Mã thông tin dữ liệu
66 Giải điều chế:
Bộ thu sinh 2 sóng tham chiếu, Cosine và Sine. Trộn riêng rẽ mỗi cái với sóng mang đã nhận đc, bộ thu rút ra I(t) và Q(t). Bộ chuyển đổi tương tự số khôi phục từ 8 bit biểu diễn chip I và Q.
Thu và khóa mã:
Bộ thu, như đã mô tả từ trc’, sinh mã PN phức của nó phù hợp với mã của bộ phát. Tuy nhiên, mã nội tại phải được khóa pha để mã hóa dữ liệu. Mỗi RCS (và FSU (Functional Sub Unit) có những cách khác nhau để thu và khóa trên mã truyền của mỗi cái. Mỗicách sẽ được nhắc lại kĩ hơn trong những phần sau.
Tương quan và co dữ liêu:
Một khi mã PN được khóa pha để điều khiển, tín hiệu đã nhận được gửi tới bộ tương quan, bộ tương quan nhân nó với mã PN phức, rút ra dữ liệu I và Q có ý nghĩa cho bộ thu. Bộ thusẽ dựng lại dữ liệu thông tin từ I và Q.