Kênh hớng xuống bao gồm 64 kênh: 1 kênh dẫn đờng (pilot), 1 kênh đồng bộ, một số kênh lu lợng (max=55) và một số kênh nhắn tin (max=7) đợc chỉ ra nh hình 3.3 Cos(2πfCt) Walsh 1 Walsh N Mã PN Mã PN . User 1, s1(t) User N, sN(t)
Trong sơ đồ cấu trúc kênh CDMA có 64 kênh dùng chung đồng thời giải tần số 1,23 MHz, các kênh đó đợc phân biệt với nhau bởi mã nhận dạng Walsh. Mỗi mã 64 chip trực giao nhau để cung cấp bộ nhận dạng đặc trng duy nhất cho mỗi kênh hớng xuống và cung cấp tín hiệu điều chế cho đờng truyền hớng lên.
Các kênh dẫn đờng và kênh đồng bộ phục vụ sự khởi tạo của MS. ở trạng thái chờ, MS cần đến các kênh nhắn tin phục vụ việc truy cập vào mạng để thiết lập cuộc gọi. Trạm gốc dùng sự lệch thời gian (time ofset) của kênh dẫn đờng để
∫
Mã PN
Cos(2t) Walsh i
Lấy mẫu
Hình 3.3: Thiết lập kênh bằng mã Walsh (h ớng thu).
Kênh h ớng xuống 1,23 MHz Kênh dẫn đ ờng Kênh đồng bộ Kênh nhắn tin 1 Kênh nhắn tin 7 Kênh l u l ợng 1 Kênh l u l ợng N Kênh l u l ợng 55 . . . Điều khiển công suất MS Dữ liệu W0 W32 W1 W7 W8 W63 Wi : Mã hàm Walsh với i =0ữ 63 . . . . . .
làm căn cứ cho MS nhận dạng kênh hớng xuống (có 512 lệch thời gian khác nhau). Mỗi trạm gốc có một giá trị lệch thời gian. Lệch thời gian đợc dùng trong quá trình chuyển giao.
Cứ mỗi khi MS bật nguồn, thì hệ kênh đồng bộ cung cấp cho MS các tin tức định thời và tin tức về cấu hình hệ thống. Kênh đồng bộ cũng dùng một mã trải phổ PN với cùng lệch thời gian nh kênh dẫn đờng và khung kênh đồng bộ (1200bit/s) có độ dài bằng chuỗi PN đợc dùng. Trên kênh đồng bộ còn có tin tức về tốc độ kênh nhắn tin và lệch thời gian của chuỗi PN dẫn đờng. Trạm gốc dùng kênh nhắn tin để gửi tin tức mào đầu và tin tức nhận dạng thuê bao. Một khi MS đã có đợc tin tức từ kênh đồng bộ, thì MS điều chỉnh định thời của nó và bắt đầu theo dõi kênh nhắn tin (9600 hoặc 4800 bit/s).
Kênh lu lợng hớng xuống đợc dùng để truyền lu lợng thuê bao hoặc báo hiệu phục vụ một cuộc gọi. Kênh lu lợng bao gồm một phân kênh mang tin tức điều khiển công suất một cách liên tục (nh một phần của hệ thống vòng kín điều khiển công suất). Kênh lu lợng có các tốc độ truyền dẫn 9600, 4800 hay 1200bit/s tuỳ thuộc sự lựa chọn cho từng khung, mặc dù tốc độ điều chế ký hiệu giữ nguyên không đổi.
Chức năng … cấu trúc các kênh:
a. Kênh đồng bộ.
Kênh đồng bộ là kênh hớng đi, sử dụng mã Wash 32 (W32), nó phục vụ cho việc truyền bản tin đồng bộ tới hệ thống. Kênh đồng bộ hoạt động ở tốc độ cố định là 1200 bit/s. Sau khi máy di động đã liên lạc đợc với hệ thống, kênh đồng bộ không cần sử dụng cho tới khi nguồn đợc bật lại.
Độ dài của khung kênh đồng bộ giống nh độ dài của khung PN dẫn đờng và khung đợc sắp xếp thời gian với trình tự PN dẫn đờng để truyền dẫn. Vì trình tự PN dẫn đờng của mỗi trạm gốc có khoảng thời gian khác nhau nên khung
Mã hoá xoắn R=1/2, K=9 Lặp ký hiệu Chèn khối Các bít kênh đồng bộ 1,2KB/s Ký hiệu mã 2,4KB/s Ký hiệu điều chế 4,8KB/ s Ký hiệu điều chế 4,8KB/s Hàm Wash W32 Tới điều chế 1,228 Mc/s Hình 3.5: Cấu trúc kênh đồng bộ.
đồng bộ của mọi trạm gốc là khác nhau. Máy di động có thể nhận kênh đồng bộ thông qua sự sắp xếp khung một cách dễ dàng.
Kênh đồng bộ chỉ chuyển một bản tin và máy di động nhận các tham số hệ thống qua bản tin này. Các tham số quan trọng nhất là định thời, trình tự PN dẫn đờng của trạm gốc liên quan tới giờ hệ thống và tốc độ số liệu kênh nhắn tin.
Bảng các tham số kênh đồng bộ :
Tham số Tốc độ số liệu Đơn vị
1.2 Kbps
Tốc độ chip PN 1.2288 Mbps
Tỷ lệ mã 1/2 Bit/Ký hiệu mã
Lặp mã 2 Ký hiệu điều chế/Ký hiệu mã
Tốc độ ký hiệu điều chế 4.8 Kbps
Số chip PN/Ký hiệu điều chế 456 Chip PN/Ký hiệu điều chế
Số chip PN/bit 1024 Chip PN/bit
Điều chế kênh đồng bộ:
− Mã hoá xoắn: kênh đồng bộ đợc thực hiện mã hoá xoắn với các tham số (n, k, m) = (2, 1, 8) với tốc độ mã hoá xoắn là R = k/n = 1/2 bit trên một ký hiệu mã và độ dài cỡng bức của từ mã là k = 9 và số trạng thái của bộ mã hoá là m = k - 1 = 8. Bộ tạo dãy của bộ mã hoá là g1 = 753 octal = 11101011, g2 = 561 octal = 101110001. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hay đa thức sinh của bộ mã có thể viết: g1(x) = x8 + x7 + x5 + x3 + x2 + x + 1 g2(x) = x8 + x4 + x3 + x2 + 1
− Lặp mã: Do tốc độ dữ liệu trên các kênh CDMA tuyến xuống và tuyến lên thờng là 4800 Kbps hoặc 9600Kbps. Và nếu tốc độ dữ liệu đang đợc truyền dẫn thấp hơn các tốc độ đó thì cần đợc lặp lại n lần, tức là mỗi ký hiệu mã đầu ra đợc xuất hiện thêm n - 1 lần liên tiếp nhằm đạt tốc độ đầu ra 4800Kbps hoặc 9600Kbps.
− Chèn khối: Kênh đồng bộ sử dụng chèn khối theo nhịp có chu kỳ 26.666 ms (128/4800) tơng đơng với 128 ký hiệu điều chế ở tốc độ 4.8
Kbps. Mục đích của việc chèn khối là đảm bảo không có một ký hiệu liên tiếp nào đợc truyền đi lân cận nhau. Điều này làm ngẫu nhiên hoá vị trí xuất hiện lỗi, giảm lỗi. Thực nghiệm cho thấy rằng hệ thống sẽ hoạt động tốt hơn đối với lỗi dữ liệu hơn là với lỗi khối, nên việc chèn khối nhằm mục đích này.
− Trải phổ trực giao: Tín hiệu của kênh đồng bộ đợc thực hiện trải phổ trực giao với hàm mã Walsh có tốc độ chip cố định là 1.2288 Mchip/s.
− Điều chế vuông pha QPSK: Sau khi thực hiện trải phổ trực giao tín hiệu kênh đồng bộ lại đợc thực hiện điều chế pha vuông góc có sử dụng bộ tạo mã PN 15 trạng thái với chiều dài 215 = 32768 chip và chu kỳ là 32768/128800 = 26.66 ms. Dãy PN pilot I và Q của kênh đồng bộ sử dụng cùng dịch chuyển dãy PN pilot nh kênh pilot đối với một trạm gốc đã cho.
Kênh đồng bộ đợc chia thành các siêu khung, mỗi siêu khung đợc chia thành 3 khung có độ dài là 26.66 ms. Bit đầu tiên của khung là bit khởi đầu bản tin SOM (Start Of Message) và còn lại là thân bản tin.
Khi sử dụng chuỗi PN dịch chuyển zero, các siêu khung kênh đồng bộ bắt đầu tại thời điểm chẵn của giây, với thời gian đợc lấy chuẩn theo thời gian truyền dẫn của trạm gốc. Khi sử dụng chuỗi PN pilot mà không phải chuỗi dịch chuyển zero thì siêu khung kênh đồng bộ sẽ bắt đầu tại các thời điểm chẵn của giây cộng với giá trị dịch chuyển PN pilot về thời gian.
Phần chứa các bản tin kênh đồng bộ (thân bản tin) bao gồm bản tin kênh đồng bộ và phần d (Padding). Phần bản tin kênh đồng bộ bao gồm: Phần độ dài bản tin 8 bit, phần thân bản tin 2 - 1146 bit và phần chống lỗi CRC 30 bit. Chiều dài cả bản tin kênh đồng bộ và phần d là số nguyên lần của 93 bit. Các bit d có giá trị là 0.
b. Kênh dẫn đờng (Pilot Channel).
Kênh dẫn đờng là kênh đầu tiên trong cấu trúc của kênh CDMA hớng đi phát từ trạm gốc, sử dụng mã W0.
Tín hiệu dẫn đờng đợc phát đi tại mọi thời điểm nhằm cung cấp định thời của kênh CDMA tuyến xuống và pha chuẩn cho việc giải điều chế nhất quán
ở MS. Trong hệ thống có phần sector thì mỗi sector truyền đi một tín hiệu dẫn đ- ờng. Sự biến đổi mức công suất của tín hiệu dẫn đờng đợc sử dụng để điều khiển công suất trong hệ thống, mặt khác cũng có thể điều khiển việc tăng giảm công suất phát, điều khiển nới rộng hay co hẹp vùng phủ sóng.
Sự phân biệt các tín hiệu dẫn đờng giữa các sector trong ô cũng tuân theo nguyên tắc độ dịch thời gian. Sự dịch chuyển thời gian có thể đợc sử dụng lại trong hệ thống CDMA. Các kênh pilot khác nhau đợc xác định nhờ chỉ số dịch chuyển (0 - 511). Kênh dẫn đờng đợc trạm gốc truyền tại tất cả các thời điểm trên mỗi kênh CDMA hớng đi tích cực. Trạm di động nằm bên trong vùng phủ sóng của trạm gốc sử dụng kênh dẫn đờng để đồng bộ với hệ thống. Kênh dẫn đ- ờng là kênh tham chiếu, nó cho phép trạm di động thu nhận định thời của kênh CDMA hớng đi và vì vậy nó cung cấp tham chiếu pha cho viêc giải điều chế kết hợp. Trong khi xử lý kênh dẫn đờng và kênh đồng bộ trạm di động thu nhận và đồng bộ tới hệ thống CDMA khi nó ở trạng thái khởi đầu.
Trong hệ thống điện thoại tế bào CDMA mỗi tế bào phát đi một tín hiệu sóng mang dẫn đờng tại một tần số liên kết. Sóng mang dẫn đờng đợc trạm di động sử dụng để đồng bộ tới hệ thống và cung cấp tham chiếu tần số và pha. Các tín hiệu này đợc trạm di động giám sát liên tục.
Hình 3.6: Cấu trúc siêu kênh đồng bộ. 2-1146 bit
thông tin kênh đồng
bộ
Thông tin kênh đồng bộ Đệm
8 bit độ dài thông tin 30 bit CRC 93xN(bit) S O M Khung đồng bộ MOS đồng bộKhung MOS đồng bộKhung 1 Siêu khung kênh đồng bộ
96 bit,80 ms
32 bit 26,667 ms
Hệ thống CDMA sử dụng khoảng dịch chuyển thời gian (Time offset) của chuỗi PN-pilot để xác định kênh CDMA chiều đi. Sự dịch chuyển thời gian có thể đợc sử dụng lại trong hệ thống thông tin CDMA. Các kênh pilot khác nhau đ- ợc xác định nhờ chỉ số dịch chuyển (từ 0 đến 511). Chỉ số dịch chuyển chỉ ra giá trị dịch chuyển so với chuỗi PN có độ dịch chuyển là 0 (dịch chuyển zero). Chuỗi PN dịch chuyển zero là chuỗi có điểm bắt đầu là điểm chẵn của giây.
Điểm bắt đầu của chuỗi PN kênh pilot dịch chuyển zero cho các chuỗi I và Q đợc định nghĩa là chuỗi có trạng thái đầu ra là 15 giá trị liên tiếp là các bít 0. Dịch chuyển PN kênh pilot có thể có 512 giá trị.
Điều chế kênh dẫn đ ờng:
Kênh dẫn đờng CDMA hớng đi bao gồm các bit 0 đợc trải phổ trực giao với hàm Wo có tốc độ cố định là 1.2288 Mchip/s. Hàm Wo có 64 bit 0. Sau đó tín hiệu kênh dẫn đờng lại đợc thực hiện điều chế pha vuông góc với bộ mã PN 15 trạng thái. Đa thức sinh sử dụng gồm 15 chip, do đó chu kỳ mã trải phổ là 215=32768 chip. Trong kênh đồng pha I đa thức sinh sử dụng là:
PI(x) = 1+x5+x7+x8+x9+x13+x15
Trong kênh trực giao Q có đa thứ sinh sử dụng là: PQ(x) = 1+x3+x4+x5+x6+x10+x11+x11+x12+x15
Cuối cùng đợc thực hiện lọc băng gốc trớc khi điều chế PQSK.
Hình 3.7: Kênh dẫn đ ờng tuyến xuống. Hàm Walsh 0 PN kênh Q 1.2288Mchip/s Các bit kênh dẫn đ ờng (000…0) Σ PN kênh I 1.2288Mchip/s Sinωot Cosωot S(t) I Q (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c. Kênh nhắn tin.
Máy di động đồng bộ đồng hồ của nó với đồng hồ hệ thống thông qua sử dụng bản tin kênh đồng bộ và sau đó tìm ra 1 kênh nhắn tin. Kênh nhắn tin truyền thông báo từ BS tới MS các thông tin ban đầu của hệ thống và các thông tin khác khi MS bắt đầu truy nhập hệ thống.
Tốc độ số liệu của kênh nhắn tin là 4800 hoặc 9600 kbps. Số lợng tối đa là7 kênh nhắn tin. Kênh nhắn tin có tốc độ 9600 kbps có thể thực hiện 180 cuộc gọi nhắn tin hội nghị trong một giây. Điều đó có thể bởi vì nó có dung lợng rất lớn. Các kênh nhắn tin khả dụng có thể đợc lựa chọn một cách ngẫu nhiên để sử dụng và trạm gốc có thể phân bố các kênh xác định cho máy di động.
Kênh nhắn tin chuyển thông tin từ trạm gốc tới máy di động. Các bản tin quan trọng gồm 1 mào đầu (overhead), lệnh, và sự phân bố kênh. Hệ thống tế bào có thể đợc cấu hình khác nhau tuỳ thuộc các yêu cầu của các môi trờng khác nhau. Thông tin thiết lập hệ thống đợc chuyển đi thông qua 4 bản tin overhead. Sau các bản tin overhead có các bản tin tham số hệ thống, các bản tin tham số truy nhập, các bản tin liệt kê tổng đài lân cận và các bản tin liệt kê kênh CDMA.
Các bản tin tham số hệ thống sắp xếp các tham số đợc sử dụng cho thiết lập kênh nhắn tin, các tham số đăng ký, tìm kiếm tín hiệu dẫn đờng.
Các bản tin tham số truy nhập gồm thông tin trên kênh truy nhập và thiết lập tham số điều khiển. Một số tham số điều khiển cung cấp hồi tiếp tới máy di động để điều khiển tốc độ phát của máy di động để ổn định các kênh truy nhập.
Các bản tin liệt kê tổng đài lân cận có thông tin về trạm gốc lân cận liên quan tới chuyển vùng bao gồm ở đây là các khoảng thời gian của các mã PN dẫn đờng và thông tin cấu hình của trạm gốc lân cận.
Các bản tin liệt kê kênh CDMA có thông tin về phân bố tần số CDMA bao gồm các kênh nhắn tin và máy di động có thể tìm ra các kênh nhắn tin cần thiết thông qua sử dụng bản tin này.
Bản tin nhắn tin có các tín hiệu nhắn tin của nhiều hơn 1 máy di động. Sau khi các tín hiệu của máy di động nhắn tin tới trạm gốc và trạm gốc nhận đợc các tín hiệu này thì trạm gốc sẽ phát đi các tín hiệu nhắn tin. Các lệnh đề cập tới các kiểu bản tin khác nhau đợc sử dụng để điều khiển các máy di động nhất định.
Chúng đợc sử dụng cho các kiểu mục đích khác nhau (xác nhận đăng ký, tắt công suất phát của máy di động không hợp lệ).
Các bản tin phân bố kênh đợc sử dụng để phân bố các kênh nhắn tin các trạm gốc tới các máy di động và đợc sử dụng để thay đổi các kênh nhắn tin. Ngoài ra chúng đợc sử dụng để cho phép máy di động sử dụng hệ thống FM tơng tự.
Khả năng sử dụng các kênh nhắn tin gồm các phơng thức đặc biệt đợc gọi là phơng thức phân khe. Trong phơng thức này các bản tin của máy di động xác định đợc truyền đi qua các khe xác định trớc ở các thời điểm đợc đặt trớc. Máy di động có thể xác định các khe mà có thể đợc trạm gốc sử dụng thông qua các thủ tục đăng ký. Máy di động sử dụng phơng thức khe có thể cắt nguồn vào thời điểm khác các khe đợc xác định để giảm công suất. Ngoài ra máy di động có thể chỉ nhận đợc 1 số khe thông qua sử dụng các lệnh của các khe kênh nhắn tin. Kết quả máy di động có thể tiết kiệm ắc quy 1 cách hợp lý.
Điều chế kênh nhắn tin
Mỗi kênh nhắn tin đợc cấu trúc theo các khung 20ms. Cứ 4 khung 20ms lập thành một khe 80ms và số khe cực đại của một chu kỳ kênh nhắn tin là 2048 khe (0 - 2047) (chiếm 163,48s). Vợt quá 2048 khe sẽ bắt đầu một chu kỳ mới. Số khe cực tiểu một chu kỳ kênh nhắn tin là 16 (0 - 15). Một chu kỳ nh vậy chiếm 16ì80/1000 = 1,28s.
Hình 3.8: Cấu trúc kênh nhắn tin. Mã hoá xoắn R=1/2 K=9 Lặp ký hiệu Chèn khối Các bít kênh nhắn tin 9,6 hoặc 4,8 Kb/s 19,2 Kb/s 9,6 Kb/s 19.2 Kb/s 19,2 KB/s Hàm Wash (W1-W7) Bộ tạo mã dài chiaBộ Mặt nạ mã kênh nhắn tin 1,228 Mb/s 19.2Kb/s Tới điều chế 1,228 Mc/s
Các giai đoạn mã hoá, lặp ký hiệu, chèn khối giống hệt nh đã nêu với kênh