Đ-ờng lên CDMAOne

Đ-ờng lên gồm máy phát MS, kênh vô tuyến và máy thu BS. Hẹ thống CDMA One hỗ trợ hai loại kênh vô tuyến khác nhau trên đ-ờng lên:

- Kênh truy nhập: đ-ợc MS sử dụng để truy nhập ban đầu vào mạng, nghĩa là lúc khởi x-ớng cuộc gọi hay trả lời thông báo tìm gọi. Mỗi BS có thể hỗ trợ đến 32 kênh truy nhập trên kênh tìm gọi đ-ờng xuống và các MS trong tế bào đ-ợc phân bố giả ngẫu nhiên giữa các kênh truy nhập. Trong các tế bào có số ng-ời dùng lớn, quá trình này đảm bảo rằng tài nguyên truy nhập đ-ợc phân tải khá đồng đều.

- Kênh l-u l-ợng: đ-ợc gán cho các ng-ời dùng riêng theo yêu cầu. Kênh l-u l-ợng đ-ờng lên có thể mang tiếng nói hoặc dữ liệu ng-ời dùng với tốc độ bit tới 9,6 kb/s (IS 95) hoặc 14,4 kb/s (CDMA-PCS).

MS CDMAOne không phát tín hiệu Pilot vì điều này làm giảm đáng kể dung l-ợng đ-ờng lên. Vì thế các tín hiệu đ-ờng lên CDMAOne rất khác với các tín hiệu đ-ờng xuống.

3.3.2.1 Kênh truy nhập

Sơ đồ khối của máy phát CDMAOne hỗ trợ kênh truy nhập nh- trên hình 3.18. Dữ liệu truy nhập đ-ợc biểu diễn ở dạng một khung 96 bit mỗi 20 ms. Trong 96 bit này, 88 bit đ-ợc dùng để mang thông tin và 8 bit còn lại là các bit đuôi của bộ mã hoá. Tốc độ dữ liệu lối vào là 4,8 kb/s. Dữ liệu đ-ợc cho qua bộ mã hoá xoắn tốc độ 1/3 có độ dài hạn chế là 9 xác định bởi đa thức sinh sau :

g0 = 1 + D2 + D3 + D5 + D6 + D7 + D8 g1 = 1 + D + D3 + D4 + D7 + D8 = 1 + D + D2 + D5 + D8

Mã này có độ dài cực tiểu bằng 18. Quá trình mã hoá này tạo ra 3 symbol mã đối với mỗi bit vào và tốc độ symbol nhận đ-ợc là 14,4 kb/s. Sau mã xoắn các symbol mã đ-ợc lặp lại một lần để tạo nên tốc độ 28,8 ksymbol/s, sau đó chúng đ-ợc xen kẽ khối trên các khung 20 ms (tức là 576 symbol mã tại tốc độ 28,8 ksymbol/s). Cuối cùng các symbol mã đ-ợc tạo thành từ các từ 6 bit và các từ này đ-ợc dùng để chọn một trong các mã Walsh 64 chip ở bộ điều chế trực giao 64 mức. Chỉ số mã Walsh Wx đ-ợc chọn theo công thức:

Wx = c0 + 2c1 + 4c2 +8c3 + 16c4 + 32c5

ở đây c0 đến c5 biểu diễn 6 bit của từ mã, c5 là bit mới nhất còn c6 là bit cũ nhất. Ví dụ từ mã 6 bit 110011 (c5...c0) sẽ đ-ợc dùng để chọn mã Walsh có chỉ số 51, tức W51.

ảnh h-ởng của quá trình điều chế 64 mức này là biến đổi các symbol mã 28,8 ksymbol/s thành các mã Walsh trực giao tốc độ chip 307,2 kchip/s. Các mã Walsh đ-ợc sử dụng trên đ-ờng lên một cách hoàn toàn khác so với trên đ-ờng xuống. Trên đ-ờng xuống các mã Walsh đ-ợc dùng để nhận dạng kênh khác nhau còn trên đ-ờng lên chúng đ-ợc dùng để mang thông tin. Việc sử dụng sơ đồ điều chế trực giao 64 mức cho phép máy thu BS thực hiện phát hiện (tách sóng) không Coherent khi không có tín hiệu Pilot. Tiếp theo điều chế trực giao 64 mức, các symbol điều chế đ-ợc trải phổ bằng dãy PN dài 242 - 1 (tức mã dài) đ-ợc tạo ra với tốc độ chip 1,2288 Mchip/s. Quá trình trải gồm hoặc loại trừ các symbol điều chế với tín hiệu ra từ bộ tạo mã dài. Các nội dung của bộ tạo mã dài đ-ợc xác định từ thông tin mang bởi kênh đồng bộ. Đối với kênh truy nhập, MS đặt mặt nạ mã dài 42 bit theo định dạng hình 3.19. Các bit 28 đến 32 cung cấp số kênh truy nhập (ACN) và điều này xác định một trong 32 kênh truy nhập có thể liên quan với mỗi kênh tìm gọi. Số kênh truy nhập liên quan đến kênh tìm gọi cụ thể đ-ợc chứa trong thông báo tham số truy nhập đ-ợc phát đi trên kênh tìm gọi đ-ờng xuống. MS chọn ngẫu nhiên một trong các kênh truy nhập

liên quan với kênh tìm gọi của nó bằng cách thiếp lập tr-ờng ACN trong mặt nạ mã dài theo lối ra của bộ tạo số giả ngẫu nhiên. BS đ-ợc yêu cầu theo dõi liên tục mọi kênh truy nhập đ-ờng lên.

Hình 3.19 Định dạng mặt nạ mã dài kênh truy nhập

Số hiệu kênh tìm gọi (PCN) trong mặt nạ mã dài cung cấp nhận dạng của các kênh tìm gọi đ-ờng xuống đ-ợc MS sử dụng. Kết hợp lại PCN và ACN nhận dạng duy nhất một trong 7x32 kênh truy nhập đ-ờng lên có thể. Tr-ờng BASE_ID 16 bit đ-ợc dùng để mang mã nhận dạng trạm gốc và 9 bit sau cùng của mặt nạ mang đoạn PN_Pilot (PN_OFFSET) cho BS cụ thể.

Hình 3.20 ánh xạ pha đ-ờng lên

Tiếp theo trải phổ mã dài, tín hiệu 1,2288 Mchip/s nhận đ-ợc sẽ đ-ợc trải cầu ph-ơng bằng phép hoặc loại trừ dữ liệu với các mã PNI và PNQ. Các mã PNI và PNQ đ-ợc MS sử dụng trên đ-ờng lên luôn luôn là đoạn 0, không phụ thuộc vào đoạn sử dụng bởi BS trên đ-ờng xuống. Sau quá trình này dữ liệu đã trải bởi mã PNQ đ-ợc trễ một nửa chu kỳ chip tr-ớc khi hai luồng bit đi qua bộ lọc băng gốc. Các tín hiệu ra của các bộ lọc đ-ợc dùng để điều chế hai sóng mang vuông pha, sau đó các tín hiệu kết quả đ-ợc cộng lại để tạo nên tín hiệu sóng mang điều chế pha. Chỉ tiêu của bộ lọc

băng gốc giống nh- trên đ-ờng xuống. Mối liên hệ giữa các luồng bit vào và pha sóng mang nh- trong hình 3.20. Điều này đạt đ-ợc bằng dịch chuyển các luồng bit I và Q sao cho "0" logic trong luồng ban đầu đ-ợc thay bằng mức +1, còn 1 logic trong luồng ban đầu đ-ợc thay bằng mức -1.

Hình 3.21 Chùm tín hiệu đ-ờng lên

Độ trễ 1/2 chip trong kênh Q bảo đảm rằng chỉ một chip thay đổi tại bất kỳ thời điểm nào. Có nghĩa là biên độ của tín hiệu mang không đi qua 0 trong các chuyển đổi pha; biểu đồ trạng thái chuyển đổi pha cho trên hình 3.21. Điều này đơn giản hoá việc thiết kế các tầng ra máy phát MS.

Hình 3.22 Định dạng thông báo kênh truy nhập

Bây giờ ta xét cấu trúc khung đ-ợc sử dụng trên kênh truy nhập đ-ờng lên. Cấu trúc của thông báo kênh truy nhập nh- trên hình 3.22. Tr-ờng MSG_LENGTH 8 bit cung cấp độ dài thông báo theo octet (bao gồm cả bản thân MSG_LENGTH), thân thông báo và tổng kiểm tra 30 bit. Các bit đệm (đặt bằng 0) đ-ợc thêm vào cuối của thông báo kênh truy nhập nhằm tạo nên Capsule thông báo kênh truy nhập. Capsule này luôn luôn chiếm số nguyên các khung kênh truy nhập 20 ms. Đa thức sinh mã CRC cho thông báo kênh truy nhập là giống hệt nh- của thông báo kênh đồng bộ

đ-ờng xuống. Độ dài cực đại của thông báo kênh truy nhập là 880 bit (tức là MSG_LENGTH ≤ 110).

Hình 3.23 Cấu trúc khung kênh truy nhập

Nôi dung của thông báo kênh truy nhập đ-ợc chia thành các đoạn 88 bit tạo thành thân của các khung kênh truy nhập liên tiếp nh- trên hình 3.23. Tám bit còn lại của khung kênh truy nhập 96 bit là các bit đuôi bộ mã hoá. Kích th-ớc cực đại của thông báo kênh truy nhập bị hạn chế bởi tham số MAX_CAP_SZ đ-ợc phát đến MS trên kênh tìm gọi nh- một phần của thông báo tham số truy nhập. Thông báo kênh truy nhập có thể chiếm 3+MAX_CAP_SZ khung. Mỗi thông báo luôn luôn có một số khung mào đầu (preamble) đi tr-ớc. Các khung mào đầu gồm 96 số 0 đ-ợc sử dụng bởi máy thu BS để trợ giúp việc giải mã thông báo kênh truy nhập. MS sẽ phát

1+PAM_SZ khung mào đầu tr-ớc mỗi thông báo truy nhập, ở đây tham số PAM_SZ đ-ợc chứa trong thông báo tham số truy nhập.

Thông báo kênh truy nhập và các khung mào đầu liên quan chiếm một khe kênh truy nhập gồm (3+MAX CAP SZ)+(1+PAM SZ) khung và mỗi khe kênh truy nhập sẽ bắt đầu và kết thúc trên biên giới khung kênh truy nhập 20 ms.

Xét hoạt động của MS trong thử truy nhập, đây là thuật ngữ dùng để miêu tả toàn bộ quá trình gửi yêu cầu truy nhập và truy nhập thành công (hoặc thất bại) vào hệ thống. Mỗi thông báo kênh truy nhập có thể phát đi một số lần tr-ớc khi nhận đ-ợc xác nhận hợp lệ (hoặc MS từ bỏ không truy nhập nữa). Mỗi lần phát riêng đ-ợc gọi là thăm dò truy nhập. Thăm dò truy nhập gồm mào đầu kênh truy nhập theo sau là thông báo kênh truy nhập, và mỗi thăm dò truy nhập trong cùng thử truy nhạp sẽ chứa cùng thông báo kênh truy nhập. Trong mỗi lần thử truy nhập, các thăm dò truy nhập đ-ợc nhóm lại thành dãy thăm dò truy nhập, mỗi dãy sẽ gồm 1+NUM_STEP các thăm dò truy nhập. Tham số NUM_STEP đ-ợc phát đi nh- một phàn thông báo tham số truy nhập trên kênh tìm gọi. Mỗi thăm dò truy nhập trong dãy cụ thể sẽ sử dụng cùng kênh truy nhập (nghĩa là cùng ACN). Tuy nhiên kênh truy nhập đ-ợc dùng cho mỗi dãy thăm dò truy nhập sẽ đ-ợc chọn giả ngẫu nhiên bởi MS trong số tất cả các kênh truy nhập liên quan với kênh tìm gọi hiện thời. Thủ tục truy nhập CDMAOne đ-ợc thiết kế sao cho MS sử dụng mức công suất phát cực tiểu để đến đ-ợc BS và nhờ đó nhiễu tạo nên bởi mỗi MS trong truy nhập là cực tiểu. Vì MS không ở trong kết nối hai chiều với BS trong thủ tục truy nhập nên thuật toán điều khiển công suất vòng kín không thể sử dụng để xác định công suất phát yêu cầu của MS. Vì lý do này, MS bắt đầu bằng cách phát các thăm dò truy nhập với công suất phát t-ơng đối thấp, sau đó tăng dần công suất phát của nó trên các lần thăm dò tiếp theo cho đến khi nhận đ-ợc thông báo xác nhận từ BS.

3.3.2.2 Kênh l-u l-ợng

Các kênh l-u l-ợng đ-ờng lên đ-ợc dùng để mang tiếng nói, dữ liệu ng-ời dùng và dữ liệu điều khiển giữa MS và BS trong chế độ dành riêng. Các kênh l-u l-ợng IS 95 và CDMA-PCS khác nhau một chút về định dạng của chúng.

o Kênh l-u l-ợng đ-ờng lên IS 95

Mó hoỏ tiếng núi Mó CRC +bit đuụi Mó xoắn 1/3 k=9 Xỏo trộn 28,8 kb/s Điều chế trực giao 64 phõn 28,8 kb/s 9,6 kb/s 4,8 kb/s 2,4 kb/s 1,2 kb/s 28,8 kb/s 14,4 kb/s 7,2 kb/s 3,6 kb/s 307,2 kb/s Σ LPA 0->1 1->-1 Trễ ẵ chip Ci,Pilot CQ,Pilot cosw0t sinw0t Lọc 0->1 1->-1 Lọc Mó dài 1,2288 Mchip/s (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Hình 3.24 Sơ đồ đ-ờng lên kênh l-u l-ợng IS 95

Các kênh l-u l-ợng đ-ờng lên đ-ợc thiết kế để hỗ trợ mã hoá tiếng nói CELP tốc độ biến đổi dùng trong IS 95, do đó chúng hỗ trợ các tốc độ dữ liệu 1,2 kb/s, 2,4 kb/s, 4,8 kb/s và 9,6 kb/s. Đối với mỗi tốc độ dữ liệu đ-ợc tạo nên ở dạng các khung 20 ms chứa 192 bit (9,6 kb/s), 96 bit (4,8 kb/s), 48 bit (2,4 kb/s) hay 24 bit (1,2 kb/s). Mỗi khung chứa 8 bit đuôi có giá trị bằng 0. Hai khung tốc độ cao hơn (9,6 và 4,8 kb/s) còn chứa các chỉ báo chất l-ợng khung ở dạng mã kiểm tra độ d- vòng CRC. Khung 192 bit

có mã CRC 12 bit, khung 96 bit có mã CRC 8 bit. Các định dạng khung này và các mã CRC là giống hệt đ-ờng xuống có cùng tốc độ.

Mỗi khung đ-ợc mã xoắn tốc độ 1/3 bằng cùng mã nh- kênh truy nhập. Nh- vậy tốc độ symbol mã là 3,6, 7,2, 14,4 hoặc 28,8 ksymbol/s tuỳ thuộc vào tốc độ dữ liệu vào. Tiếp theo các symbol mã đ-ợc lặp lại để duy trì tốc độ symbol không đổi 28,8 ksymbol/s khi dữ liệu vào thấp hơn 9,6 kb/s. Quá trình lặp đ-ợc đ-a vào để đơn giản việc mô tả bộ xen kẽ và bộ ngẫu nhiên hoá cụm sau đó.

Các symbol mã đã lặp đ-ợc xen kẽ trên 1 khung 20 ms, gồm 576 symbol mã tốc độ 28,8 ksymbol/s. Sau xen kẽ các symbol mã đ-ợc tạo thành các từ 6 bit và giá trị nhị phân của các từ này đ-ợc dùng để chọn mã Walsh 64 chip có cùng chỉ số. Giống nh- kênh truy nhập đ-ờng lên, các mã Walsh đ-ợc dùng để mang thông tin.

Đ-ờng lên cũng khác với đ-ờng xuống ở cách xử lý các symbol lặp. Trên đ-ờng xuống BS giảm công suất phát của nó để duy trì năng l-ợng không đổi trên bit dữ liệu. Tuy nhiên trên đ-ờng lên MS chỉ phát một bản sao của mỗi symbol mã và loại bỏ các lặp còn lại. Nói cách khác chu trình phát của MS đ-ợc điều chỉnh theo tốc độ dữ liệu vào. Loại bỏ các symbol lặp một cách đều đặn sẽ sinh phổ vạch trong tín hiệu ra ảnh h-ởng đến chất l-ợng tiếng nói.

Vì lý do này các symbol lặp đ-ợc loại bỏ một cách ngẫu nhiên trong quá trình gọi là ngẫu nhiên hoá cụm. Mỗi khung 20ms gồm 576 symbol mã đ-ợc chia nhỏ thành 16 nhóm điều khiển công suất mỗi nóm 36 symbol mã kéo dài 1,25 ms. Quá trình xen kẽ đã đ-ợc thiết kế sao cho việc loại bỏ một nhóm điều khiển công suất sẽ loại bỏ một bản sao các symbol lặp.

Sau bộ ngẫu nhiên hoá cụm, dữ liệu đ-ợc trải với lối ra của bộ tạo mã dài. Mặt nạ mã dài giống nh- kênh l-u l-ợng đ-ờng xuống với mặt nạ mã dài riêng để đảm bảo an ninh. Quá trình này cho phép BS nhận dạng các MS khác nhau trên đ-ờng lên. Tín hiệu nhận đ-ợng 1,2288 Mchip/s sau đó

đ-ợc trải bằng 2 dãy PNI và PNQ đoạn 0. L-u ý rằng MS luôn dùng các phiên bản đoạn 0 của các mã PNI và PNQ. Luồng dữ liệu cuối cùng sẽ đ-a đi điều chế pha của sóng mang vô tuyến hệt nh- trong kênh truy nhập.

Cấu trúc khung kênh l-u l-ợng đ-ờng lên IS 95 giống nh- ở đ-ờng xuống. Các kênh l-u l-ợng đ-ờng lên hỗ trợ tuỳ chọn ghép kênh 1 cho phép l-u l-ợng sơ cấp, thứ cấp và báo hiệu chia sẻ cùng kênh bằng kỹ thuật "dim and burst" và "blank and burst".

o Kênh l-u l-ợng đ-ờng lên CDMA-PCS

Kênh l-u l-ợng đ-ờng lên CDMA-PCS căn bản giống IS 95, tuy nhiên hệ thống CDMA-PCS còn hỗ trợ tập tốc độ bổ xung 2 cho phép tốc độ lên 14,4 kb/s. Giống nh- đ-ờng xuống, các tốc độ dữ liệu cao hơn này đ-ợc hỗ trợ bằng cách giảm sức mạnh của mã kênh, tức là mã tốc độ 1/3 đ-ợc giảm xuống thành tốc độ 1/2. Đối với tập tốc độ 2, dữ liệu đ-ờng lên đ-ợc trình bày ở dạng các khung 20 ms giống nh- đ-ờng xuống. Các khung đ-ợc mã xoắn tốc độ 1/2 bằng cùng mã nh- trên kênh tìm gọi, đồng bộ và l-u l-ợng tốc đọ 1 đ-ờng xuống. Các symbol mã nhận đ-ợc đ-ợc lặp để tạo tốc độ symbol không đổi 28,8 ksymbol/s tr-ớc khi xen kẽ. Thuật toán ngẫu nhiên hoá cụm áp dụng cho tập tốc độ 2 với các tốc độ là 14,4, 7,2, 3,6 và