mã hóa kênh trong hệ thống thông tin di động wcdma

Thông tin di động thế hệ 3 đang phát triển rất mạnh mẽ với các công nghệtiên tiến và thu hút đại bộ phận dân số sử dụng do đó việc đảm bảo chất lượng thôngtin liên lạc là vấn đề bức thiế

MỤC LỤC

CHƯƠNG I 4

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA 4

1.1 Hệ thống WCDMA 4

1.1.1 Các yêu cầu chính với hệ thống WCDMA 5

1.1.2 Các thông số chính của W-CDMA 5

1.2 Cấu trúc hệ thống WCDMA 7

1.2.1 Cấu trúc mạng WCDMA 7

1.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 9

1.3 Các kênh vô tuyến trong hệ thống WCDMA 10

1.3.1 Kênh vật lý 10

1.3.2 Kênh logic 12

1.4 Quy hoạch phổ tần của WCDMA 14

CHƯƠNG II 17

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÁC LOẠI MÃ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG WCDMA 17

2.1 Mã khối 17

2.1.1 Định nghĩa mã khối tuyến tính 18

2.1.2 Ma trận sinh 18

2.1.3 Cách mã hóa: 19

2.1.4 Ma trận kiểm tra 20

2.1.5 Syndrome và phát hiện sai 20

2.1.6 Khoảng cách tối thiểu của mã khối 23

2.1.7 Khả năng phát hiện và sửa sai của mã khối tuyến tính: 23

2.1.8 Dãy tiêu chuẩn và giải mã syndrome 24

2.2 Mã vòng 26

2.3 Mã xoắn 28

2.3.1 Khái niệm 28

2.3.2 Cách tạo mã xoắn 29

2.3.3 Đa thức tạo mã: 30

2.3.4 Các cách biểu diễn mã xoắn 31

2.3.5 Giải mã xoắn 34

2.4 Mã turbo 38

2.4.1 Bộ mã hóa tích chập hệ thống đệ quy RSC: 38

2.4.2 Bộ chèn (interleaver) hay bộ xáo trộn 40

2.4.4 Mã lược bớt (punctured codes) 41

2.4.5 Kết thúc trạng thái 42

2.4.5 Thuật giải mã 43

CHƯƠNG III 48

MÃ HÓA KÊNH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA 48

3.1 Cấu trúc kênh đường xuống 49

3.1.1 Cấu trúc khung kênh lưu lượng đường xuống cho tốc độ RS1 50

3.1.2 Kênh hoa tiêu 51

3.1.3 Cấu trúc khung kênh đồng bộ 51

3.1.4 Cấu trúc khung kênh tìm gọi 52

3.1.5 Các loại mã hóa kênh sử dụng trong cấu trúc kênh đường xuống 53

3.1.6 Cấu trúc khung kênh lưu lượng đường xuống cho tốc độ RS2: 55

3.2 Cấu trúc kênh đường lên 57

3.2.1 Cấu trúc khung kênh lưu lượng đường lên 58

3.2.2 Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH 58

3.2.3 Mã hóa xoắn trong cấu trúc đường lên 58

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

CÁC TỪ VIẾT TẮT 62

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay thông tin di động đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sốnghàng ngày của con người trên toàn thế giới Trước đây khi mạng thông tin di độngmới ra đời do công nghệ kỹ thuật còn thấp nó đơn thuần chỉ phục vụ cho mục đíchliên lạc trong phạm vi hẹp, trải qua một thời gian phát triển thì ngày nay mạngthông tin di động đã có bước tiến rất dài Các nhà cung cấp dịch vụ thông tin diđộng đã và đang nỗ lực hết mình để cung cấp tới khách hàng những dịch vụ với chấtlượng tốt nhất và với yêu cầu ngày càng cao của khách hàng thì việc tiến lên hệthống thông tin di động thế hệ 3 là điều tất yếu Đa phần các công ty cung cấp dịch

vụ thông tin di động ở Việt nam áp dụng công nghệ GSM vì vậy để phát triển lên3G thì lộ trình bắt buộc sẽ là từ GSM tiến lên WCDMA (Đa truy nhập phân chiatheo mã băng rộng) theo hợp chuẩn IMT_2000

Thông tin di động thế hệ 3 đang phát triển rất mạnh mẽ với các công nghệtiên tiến và thu hút đại bộ phận dân số sử dụng do đó việc đảm bảo chất lượng thôngtin liên lạc là vấn đề bức thiết, vì vậy để tìm hiểu về phương pháp nâng cao hiệu quả

sử dụng phổ tần, đảm bảo chất lượng thông tin và truyền tin tin cậy trong mạng

thông tin di động em đã chọn đề tài:“ Mã hóa kênh trong hệ thống thông tin di động WCDMA”

Nội dung đồ án của em bao gồm :

Chương I: Tổng quan về hệ thống WCDMA.

Chương II: Cơ sở lý thuyết về các loại mã được sử dụng trong WCDMA.

Chương III: Mã hóa kênh trong hệ thống thông tin di động WCDMA.

Đồ án của em được hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong

bộ môn Điện tử Viễn thông - khoa Điện - Điện tử tàu biển, đặc biệt là thầy giáoTh.S Bùi Đình Thịnh Em xin chân thành cảm ơn

Hải Phòng, tháng 02 năm 2011.

Sinh viên: Nguyễn Văn Dự

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA

1.1 Hệ thống WCDMA

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chiatheo mã băng rộng) là một trong những hệ thống thông tin di động thế hệ 3, sử dụngcông nghệ CDMA Công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access: Đa truycập phân chia theo mã), là một công nghệ không dây, số sử dụng kỹ thuật trải phổ

để phân tần tín hiệu vô tuyến trong một dải tần số rộng Trong công nghệ CDMA,nhiều người sử dụng chung một thời gian và tần số Mã PN (giả ngẫu nhiên) với sựtương quan chéo thấp, được ấn định cho mỗi người sử dụng Người sử dụng truyềntín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN đã ấn định Đầu thu tạo ramột dãy PN như đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngượccác tín hiệu đồng bộ thu được Cũng giống như TDMA, WCDMA là một trongnhiều công nghệ chủ đạo để mạng thông tin di động hoạt động Nó cũng được biếtnhư là một giao diện vô tuyến hay công nghệ đa truy xuất

- WCDMA là một giao diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vựcthông tin di động WCDMA có thể có 2 giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép songcông phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song côngphân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex) Cả hai giao diện này đều sửdụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) Giải pháp thứ nhất được triển khai rộngcòn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ được khai triển cho các ô nhỏ (micro và pico)

- Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phâncách nhau 190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHzđến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến

2170 Mhz Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độrộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 KHz Việc chọn độrộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác

- WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạchgói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độgói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất Hơn nữa, WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ

số liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ

1.1.1 Các yêu cầu chính với hệ thống WCDMA

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 là thế hệ phát triển tiếp theo của các

hệ thống 1G, 2G nó có những yêu cầu cơ bản để đáp ứng nhu cầu ngày càng caocủa người sử dụng, bao gồm:

- Đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu cao để có thể cung cấp các dịch vụ băngrộng như: Thoại có hình, internet tốc độ cao, truyền dữ liệu với dung lượng và tốc

độ lớn…cụ thể tùy theo tốc độ di chuyển và phạm vi hoạt động:

+ Tốc độ 2M cho thuê bao cố định và các ứng dụng trong nhà

+ Tốc độ 384 Kbps cho thuê bao di động tốc độ thấp (đi bộ)

+ Tốc độ 114Kbps cho các thuê bao di chuyển tốc độ cao (trong ô tô)

- Đảm bảo chất lượng thoại không thua kém mạng hữu tuyến

- Hiệu quả sử dụng phổ tần cao, đây là yêu cầu tối quan trọng với các

1.1.2 Các thông số chính của W-CDMA

- WCDMA là một phương pháp đa truy xuất vô tuyến phân chia theo mã trảiphổ trực tiếp dải rộng, nghĩa là các bit thông tin của các user được trải đều ratrên một dải thông rộng bằng việc nhân dữ liệu của user với các mã ngẫunhiên (gọi là chip) nhận được trải phổ trong WCDMA

- Tốc độ chip 3.84Mcps được sử dụng cho ghép dải thông sóng mang xấp xỉtới 5MHz Dải thông sóng mang của WCDMA rộng như thế gắn liền với tốc

độ dữ liệu của uesr cao và còn có hiệu quả nâng cao khả năng phân tập tần

số Các nhà quản lý mạng có thể tăng dung lượng nhờ dải thông của sóngmang là 5MHz Khoảng cách các sóng mang có thể chọn trên những khoảng200KHz giữa khoảng 4.4 đến 5MHz tuỳ thuộc vào nhiễu giữa các sóngmang

- WCDMA cung cấp tốc độ khả biến cho các user rất cao, hiểu theo cách khácchính là dải thông theo yêu cầu cũng được cung cấp Mỗi user được cung cấpmột khung giây có chu kỳ 10ms trong khi tốc độ dữ liệu vẫn giữ nguyên

không đổi Tuy nhiên dung lượng dữ liệu có thể thay đổi từ khung này đếnkhung khác.

- WCDMA cung cấp hai chế độ hoạt động cơ bản là FDD và TDD TrongFDD các khoảng tần số sóng mang 5MHz được sử dụng cho sóng manghướng lên và hướng xuống riêng rẽ, trong khi đó TDD chỉ có một khoảng5MHz được dùng cho cả hướng lên và hướng xuống

- WCDMA cung cấp hoạt động bất đồng bộ cho các trạm gốc và do đó khônggiống như hệ thống đồng bộ IS-95 CDMA, nó không cần thời gian chuẩntrên toàn cầu GPS

- WCDMA dùng tách sóng kết hợp cho hướng lên và hướng xuống nhờ các kýhiệu hoa tiêu hay kênh hoa tiêu chung, dẫn tới tăng dung lượng và vùng phủsóng

- WCDMA được thiết kế để phát triển nâng cấp cho chuẩn GSM vì vậy có thểchuyển giao giữa mạng GSM và mạng WCDMA

- WCDMA sử dụng mã sửa lỗi chính là mã xoắn và mã turbo

Các thông số cơ bản của hệ thống WCDMA

Phương thức truy nhập vô

1.2 Cấu trúc hệ thống WCDMA

1.2.1 Cấu trúc mạng WCDMA.

Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng

có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần: mạng lõi (CN) và mạng truynhập vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứngcủa mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA.Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng(UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả

UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ

vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM.Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sởcông nghệ GSM

 UE (User Equipment): Thiết bị người sử dụng

Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệthống UE gồm hai phần :

- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được sửdụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu

- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thông minh chứathông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các

PLMN,PSTN ISDN

Internet

Các mạng ngoài

MSC/

GGSNSGSN

HLR

CN

RNC

Node BNode B

RNC

Node BNode B

khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.

 UTRAN (Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyếnMạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đếntruy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

- Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu Nócũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Node Controller): Có chức năng

sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nốivới nó) RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp chomạng lõi CN

 CN (Core Network): Mạng lõi bao gồm:

- HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữthông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm :Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và cácthông tin về dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyểnhướng cuộc gọi

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) :

Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạchkênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyểnmạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như

vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

- GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Serving GPRS): Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụngcho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng như GMSC nhưng chỉphục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các mạng ngoài gồm:

- Mạng CS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh

- Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các giao diện vô tuyến

- Giao diện CU: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện nàytuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện UU: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệthống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.

- Giao diện IUr: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuấtkhác nhau

- Giao diện IUb: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC IUb đượctiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

1.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

UTRAN bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS (Radio NetworkSubsystem) Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và các node B.Các RNC được kết nối với nhau bằng giao diện Iur và kết nối với node B bằng giaodiện Iub

Iu PS RNS

RNS

Hình 1-2 Cấu trúc UTRAN.

a Đặc trưng của UTRAN

Các đặc tính của UTRAN là cơ sở để thiết kế cấu trúc UTRAN cũng như cácgiao thức UTRAN có các đặc tính chính sau :

- Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và cácthuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết nối từ UTRAN đến

cả hai vùng của mạng lõi

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM

- Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

b Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN

- RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến của

UTRAN RNC kết nối với CN (thông thường là với một MSC và một SGSN) quagiao diện vô tuyến Iu RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải vàtránh tắc ngẽn cho các ô của mình Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên

vô tuyến từ nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng bịêt

- RNC phục vụ (Serving RNC): SRNC đối với một MS là RNC kết cuối cảđường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP (phần ứng dụngmạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi SRNC cũng là kết cuối báo hiệuđiều khiển tài nguyên vô tuyến Nó thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối sốliệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một node B nào đó được

sử dụng để MS kết nối với UTRAN

- RNC trôi (Drif RNC): DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điềukhiển các ô được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân tập

vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ địnhtuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr Một UE có thể không có hoặc có một haynhiều DRNC

c Node B

Chức năng chính của node B là thực hiện xữ lý trên lớp vật lý của giao diện vôtuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũng thực hiệnphần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Vềphần chức năng nó giống như trạm gốc của GSM

1.3 Các kênh vô tuyến trong hệ thống WCDMA

1.3.1 Kênh vật lý

Trong hệ thống CDMA thì các kênh vật lý tương ứng với tần số và mã địnhkênh Ở hệ thống WCDMA thì độ rộng băng tần là 5 MHz với hai sóng mangphân cách nhau 190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920MHz đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110MHz đến 2170 Mhz Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng cóthể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 KHz.Khung vô tuyến là một khối xử lý bao gồm 15 khe thời gian có chiều dài

38400 chip, một khe thời gian có chiều dài 10ms gồm 2560 chip Vì thế số bittrên một khe có thể khác nhau và trong một vài trường hợp có thể biến đổitheo thời gian Cấu trúc khung vô tuyến được biểu diễn trên hình 1-3

Hình 1-3: Cấu trúc khung vô tuyến

Ngoài ra thì mỗi kênh còn được ấn định bởi một mã định kênh Mãđịnh kênh là các mã trực giao có hệ số trải phổ biến đổi (OVSF) đảm bảo sựtrực giao giữa các kênh vật lý Các mã OVSF được định nghĩa theo cây mãtrên hình 1- 4 Mỗi mức trên cây mã xác định một mã định kênh với chiều dàibằng hệ số trải phổ SF Tất cả các mã trong cây không thể dùng đồng thờitrong cùng một cell Một mã chỉ được sử dụng trong một cell khi trong cell

đó không sử dụng một mã nào khác nằm trên đường từ một mã cụ thể tới gốccây hay trong cây con dưới mã ấy Điều ấy có nghĩa rằng số mã định kênhkhả dụng là không cố định mà phụ thuộc vào tốc độ và hệ số trải phổ của mỗikênh vật lý Các mã định kênh được kí hiệu là Cch,SF,k trong đó ch là kênh, SF

là hệ số trải phổ và 0≤ k ≤ SF-1 là số mã Hệ số trải phổ là tỉ số giữa tốc độchip với tốc độ kí hiệu đưa lên trải phổ và nó cũng bằng chu kỳ hay độ dàicủa chuỗi trải phổ Mỗi cây mã được xác định bởi một mã ngẫu nhiên hóanhận dạng BS hoặc UE

Data

Tslot=2560 chip, 10.2 k bit (k=0,1 ,6)

Tf = 10ms

Hình 1.4 Cấu trúc cây mã của mã định kênh

Giá trị ngoài cùng bên trái trong từng từ mã định kênh là chuỗi chip đượctruyền đầu tiên Khi kết nối sử dụng hệ số trải phổ khả biến việc sử dụng đúng đắncây mã cũng cho phép giải trải phổ theo hệ số trải phổ nhỏ nhất Do vậy chỉ cần sửdụng mã định kênh chọn từ nhánh được chỉ thị bởi mã có hệ số trải phổ nhỏ nhất

Để đảm bảo tính trực giao giữa các mã trong một cây mã cần thỏa mãn quy địnhsau cho việc chọn mã định kênh ở cùng một cây mã (cùng 1 BS hoặc cung 1 UE):chỉ có thể sử dụng một mã khi và chỉ khi không có mã nào khác được sử dụng ởcùng ô nằm trên đường dẫn từ mã này đến gốc cây hoặc ở cây con phía dưới mãnày Các mã trực giao đường xuống trong một trạm gốc được quản lý bởi bộ điềukhiển mạng vô tuyến RNC trong mạng

1.3.2 Kênh logic

Các kênh logic là một nhóm các bit mang một thông tin cụ thể nào đó: cóthể là thông tin về lưu lượng hay thông tin báo hiệu , điêu khiển Các kênh nàyđược phân chia theo đường xuống (từ BS đến MS) và các kênh đường lên ( từ MSđến BS) Các kênh logic ở WCDMA gồm: kênh hoa tiêu PiCH (đường xuống),kênh tìm gọi PCH (đường xuống), kênh đồng bộ SCH (đường xuống), kênh truynhập ngẫu nhiên RACH (đường lên), các kênh lưu lượng TCH được sử dụng đểmang thông tin của người sử dụng (thoại hoặc số liệu) cùng với báo hiệu giữa BS

và MS, đây là các kênh hai chiều

a Kênh hoa tiêu (PiCH)

C ch,4,0 = (1,1,1,1)

C ch,4,1 = (1,1,-1,-1)

C ch,4,2 = (1,-1,1,-1)

C ch,4,3 = (1,-1,-1,1)

C ch,2,0 = (1,1)

C ch,2,1 = (1,-1)

C

ch,1,0 = (1)

xuống Kênh hoa tiêu được sử dụng để cung cấp tham số chuẩn cho tất cả các trạm

di động, nó cung cấp tham chuẩn pha cho giải điều chế nhất quán PiCH khôngmang thông tin và là một tín hiệu trải phổ không được điều chế được sử dụng đểđồng bộ các trạm di động nằm trong vùng phủ của trạm gốc, vì thế cấu trúc củakênh này là một chuỗi toàn không được trải phổ bởi hàm Walsh 0 Tín hiệu hoa tiêuđược duy trì ở mức cao hơn kênh lưu lượng với công suất tín hiệu không đổi Tínhiệu hoa tiêu được sử dụng để so sánh cường độ tín hiệu giữa các BS khác nhau khithực hiện chuyển giao và là cơ sở để MS điều khiển công suất phát khi truy nhậpmạng

b Kênh tìm gọi (PCH)

Kênh tìm gọi mang thông tin từ trạm gốc tới trạm di động Tồn tại bốn kiểubản tin chính: bổ sung, tìm gọi, lệnh và ấn định kênh Nội dung của các bản tin nàynhư sau:

- Cấu hình của hệ thống được truyền ở các bản tin bổ sung: bảntin thông số hệ thống, bản tin thông số truy nhập, bản tin danh sách trạm lân cận vàbản tin danh sách kênh CDMA

- Các bản tin tìm gọi chứa các tìm gọi đến một hay nhiều trạm di động Cácbản tin tìm gọi này thường được phát đi khi trạm gốc nhận được một cuộc gọi chomột trạm di động và chúng thường được phát từ nhiều trạm gốc khác nhau

- Các bản tin ấn định kênh cho phép trạm gốc ấn định một kênh lưu lượngcho một trạm di động, hay thay đổi ấn định kênh tìm gọi cho trạm di động này Kênh tìm gọi có một chế độ đặc biệt được gọi là chế độ được định khe Ở chế

độ này các bản tin cho một trạm di động chỉ được phát đi ở các khỏang thời gianđịnh trước Khả năng này cho phép trạm di động có thể giảm công suất ở các khethời gian không dành cho nó, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể năng lượng nguồn

ắc quy của máy cầm tay

c Kênh đồng bộ (SCH)

Kênh đồng bộ được sử dụng để đảm bảo đồng bộ khung, thời gian và cấuhình hệ thống cho trạm di động Ở kênh này chỉ có một bản tin được phát đi đó làbản tin kênh đồng bộ Các thông số của bản tin đồng bộ là:

- Nhận dạng hệ thống (SID: System Identification): số nhận dạng cho hệthống

- Nhận dạng mạng (NID: Network Identificatin): số nhận dạng mạng

- Chỉ số dịch thời chuỗi hoa tiêu PN: chỉ số dịch thời cho BS hoặc đoạn ô

- Trạng thái mã dài: mã dài tại một thời điểm xác định ở thời gian hệ thống

- Thời gian hệ thống.

- Tốc độ số liệu kênh tìm gọi

Bản thân các bản tin kênh đồng bộ có thể chiếm nhiều khung

d Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH)

Kênh truy nhập chỉ có ở đường lên Nó được trạm di động sử dụng để khởi đầuthông tin với trạm gốc và trả lời các bản tin của kênh tìm gọi Mỗi kênh truy nhậpđều đi cặp với một kênh tìm gọi Các kênh truy nhập được phân biệt với nhau bởimột mã PN dài

e Kênh lưu lượng (TCH)

Kênh lưu lượng có cả ở đường xuống và lên Kênh lưu lượng để truyền:

- Thông tin của người sử dụng: thoại, số liệu

- Thông tin báo hiệu

- Thông tin mào đầu

Có bốn loại bản tin được phát trên TCH: các bản tin điều khiển cuộc gọi, cácbản tin điều khiển chuyển giao, các bản tin điều khiển công suất đường xuống, cácbản tin bảo mật và nhận thực, các bản tin cung cấp các thông tin đặc biệt tới trạm diđộng

1.4 Quy hoạch phổ tần của WCDMA

Các băng tần sử dụng cho WCDMA FDD trên toàn cầu được cho trên hình1-5 WCDMA sử dụng phân bố tần số quy định cho IMT-2000 (InternationalMobile Telecommunications-2000) như sau Ở châu Âu và hầu hết các nước châu Ábăng tần IMT-2000 là 260 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) cóthể sử dụng cho WCDMA/ FDD Băng tần sử dụng cho TDD ở châu Âu thay đổi,băng tần được cấp theo giấy phép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở 1900-1920(TDD1) và 2020-2025 MHz (TDD2) Băng tần cho các ứng dụng TDD không cầnxin phép (SPA= Self Provided Application: ứng dụng tự cấp) có thể là 2010-2020MHz Các hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đường lên và đườngxuống với phân cách là khoảng cách song công, còn các hệ thống TDD sử dụngcùng tần số cho cả đường lên và đường xuống

UMTS quy định khai thác song công phân chia theo tần số là chế độ tiêuchuẩn cho thông tin thoại và số liệu Hoạt động đồng thời và liên tục của các mạchđiện phát và thu là các thay đổi đáng kể nhất so với họat động của GSM

Hình 1.5 Phân bố tần số cho WCDMA/FDD.

a) Các băng có thể dùng cho WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000

Băng tần cho họat động FDD cho các băng I, II và III được cho trên hình

1-5 Băng I (B1) là ấn định băng chính ở Châu Âu Quy định dành hai cấp phát60MHz với khoảng cách song công chuẩn 190MHz, tuy nhiên quy định cũng chophép song công khả biến, trong đó khoảng cách phát thu nằm trong khoảng 130 đến250MHz Hệ thống song công khả biến đặt ra các yêu cầu bổ sung đối với thiết kếmáy phát thu vì các bộ tổ tần số máy phát và máy thu phải hoạt động độc lập vớinhau Băng II (B2) tái sử dụng băng hiện có của hệ thống thông tin di động cá nhân

và dự định để sử dụng ở Mỹ để đảm bảo đồng tồn tại UMTS và GSM Khoảng cáchsong công chỉ bằng 80MHz đối với băng II vì thế đặt ra các yêu cầu khó khăn hơnđối với phần cứng của máy thu phát

Tại Việt Nam băng tần 3G được cấp phát tần số theo tám khe tần số như chotrong bảng 1-1, trong đó hai hoặc nhiều nhà khai thác có thể cùng tham gia xin cấpphát chung một khe

Bảng 1.1 Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam

Lý do cấp phát các kênh 5MHz khác nhau tại các nước khác nhau là ở chỗcác nhà khai thác phải quy hoạch mã và phải tránh việc sử dụng các mã gây ranhiễu kênh lân cận trong cùng một nước hoặc các nhà khai thác khác trong nướcliền kề Vì thế cần phải nghiên cứu quan hệ giữa các tổ hợp mã trải phổ và hoạtđộng của các kênh lân cận Hiện nay tại Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA đãđược chia là bốn khe và được cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC,EVN+HT

là ta phải chấp nhận một số lượng lỗi nhất định Mã hóa kênh được sử dụng để pháthiện và hiệu chỉnh lỗi trong luồng bit thu nhằm giảm tỉ số lỗi bit BER Để đạt đượcđiều này người ta bổ sung các bit dư vào luồng thông tin Như vậy ta phải gửi đinhiều bit hơn cần thiết cho thông tin, nhưng bù lại ta có thể đạt được độ an toànchống lỗi tốt hơn.

Có hai phương pháp để sửa lỗi là: mã hóa kênh (sửa lỗi thuận-FEC) và yêucầu phát lại tự động(ARQ) Trong WCDMA sử dụng phương pháp mã hóa kênh(FEC) do có băng thông rộng nhờ quá trình trải phổ tín hiệu bằng các mã ngẫunhiên, việc xử lý này có thể làm tăng thêm độ lợi xử lý (so với độ lợi xử lý sau khitrải phổ) Có ba loại mã khối được sử dụng trong WCDMA là: mã khối tuyến tínhhay cụ thể là mã CRC, mã xoắn và mã turbo Trong đó mã CRC được sử dụng đểphát hiện lỗi, các mã còn lại được sử dụng để sửa lỗi Trong phần này ta xét nguyên

lý cơ bản của các loại mã trên

2.1 Mã khối

Mã khối là mã hoạt động dựa trên các khối có chiều dài cố định của các bítthông tin Dãy thông tin nhị phân được chia thành dãy các thông tin có chiều dài cốđịnh Các khối của các bít thông tin có chiều dài cố định thường gọi là message.Mỗi message ký hiệu là u gồm có k bit thông tin Vậy tổng có 2k message khác nhau

và chúng có thể được thể hiện là các bộ vector k thành phần, trong đó mỗi thànhphần vector là “0” hoặc “1” Bộ phận mã hóa theo quy luật nào đó sẽ ánh xạmessage u thành một vector n thành phần v (n > u) v được gọi là từ mã (hay vectormã) của message u Ứng với 2k message sẽ có 2k từ mã khác nhau Tập 2k từ mã nàyđược gọi là mã khối Để mã hóa hữu hiệu thì 2k từ mã luôn là các từ mã phân biệt.Mỗi một từ mã chứa n bit bởi vậy có thể phân biệt thành 2n từ mã Tuy nhiên mãkhối được tạo ra để sử dụng 2k trong tổng số 2n từ mã có thể này Một từ mã chứa n

bit nhưng nó chỉ mang thông tin ở k bit mà thôi bởi vậy từ mã có (n-k) bit thừa, cácbít này được sử dụng để phát hiện và sửa lỗi.

Đặc trưng quan trọng nhất của bộ mã khối là từ mã đầu ra chỉ phụ thuộc vàobản tin đầu vào hiện hành mà không phụ thuộc vào các bản tin trước đó Do đó, mãkhối là một bộ mã không nhớ Nếu bản tin đầu vào và từ mã đầu ra là các ký hiệunhị phân thì bộ mã khối được gọi là bộ mã khối nhị phân, bộ mã này thường được

sử dụng vì có độ phức tạp vừa phải Trong mã khối (n, k) nhị phân, có 2k bản tin có

độ dài k bit đầu vào khác nhau được bộ mã khối sắp xếp thành 2k từ mã có độ dài n bitđầu ra khác nhau và tốc độ mã là R = k/n

Trong thực tế với mã khối có 2k từ mã và mỗi từ mã có chiều dài n, việc lưulại bảng mã để phục vụ cho việc giải mã là rất khó khăn (đặc biệt khi 2k lớn) Do đómột loại mã khối có cơ chế hoạt động đơn giản, có thể áp dụng vào trong thực tế đó

là mã khối tuyến tính Việc sử dụng mã khối tuyến tính đã làm cho quá trình mã hóa

và giải mã trở nên đơn giản hơn rất nhiều

2.1.1 Định nghĩa mã khối tuyến tính

Là loại mã trong đó dữ liệu được phát thành từng khối, mỗi khối gọi là một

từ mã gồm n bit, trong đó k bit mang tin và (n-k) bít kiểm tra Mã này được viết tắt

là C(n,k) Phần thông tin gồm có k bit thông tin nằm ở bên phải và phần kiểm tra dưthừa gồm (n-k) bit kiểm tra thêm vào nằm ở bên trái Cấu trúc mã khối tuyến tính(n,k) như sau:

Mã khối nhị phân là mã tuyến tính khi và chỉ khi kết quả cộng modul-2 của hai từ

mã cũng là một từ mã Để đơn giản trong bài viết này phép cộng modul-2 được thaythế bằng phép (+)

00 01 0n-1 o

1 1

k 1

0

g : g u ,

u , u G

u

Hình 2.1 Mạch mã hoá khối tuyến tính (n, k)

2.1.4 Ma trận kiểm tra.

Với ma trận G(k x n) có k hàng độc lập tuyến tính, luôn tồn tại ma trận H (n-k,n) với (n-k) hàng độc lập tuyến tính H là ma trận kiểm tra chẵn lẻ và được thànhlập như sau:

PT là ma trận chuyển vị của ma trận P và In-k ma trận đơn vị bậc (n - k)

2.1.5 Syndrome và phát hiện sai.

Xét một mã tuyến tính (n ,k) với ma trận sinh G và ma trận kiểm tra H

Gọi v = (v0, v1, , vn-1) là từ mã được truyền qua kênh truyền có đặc tínhnhiễu

Gọi r = (r0, r1, , rn-1) là vectơ nhận được từ kênh truyền Vì kênh truyền có lỗinên r nhận được có thể khác v

Khi thu r thì bên thu không biết được v và e Bộ giải mã sẽ xác định r nhận

được có lỗi truyền hay không Nếu có lỗi được phát hiện thì bộ giải mã sẽ thực hiện

xác định vị trí lỗi và sửa lỗi hoặc yêu cầu truyền lại

Khi nhận được r bộ giải mã sẽ tính bộ (n-k) thành phần:

s = r.HT = (s0, s1, , sn-k-1)

s được gọi là hội chứng syndrome r

+ Nếu s = 0 thì thu đúng, r là từ mã ban đầu

+ Nếu s  0 thì thu sai, r không phải là từ mã ban đầu

Có thể có một vài lỗi không bị phát hiện, điều đó có nghĩa là r có lỗi nhưng

phương trình s = r HT = 0 vẫn đúng Điều nảy xảy ra khi vector lỗi trùng với một từ

mã khác 0, trong trường hợp này r vừa là tổng của 2 từ mã vừa là 1 từ mã nên khi

đó r.HT = 0 và không phát hiện được lỗi sai

Các thành phần của syndrome s được tính như sau:

k n 1 1 k n 1

k n 0 1 k n 1

k n

1 1 k k n 1

1 k n 01 k n 1 1

0 1 k 1 n 01

00 k n 0

0

P r

P r

P r

S

P r

P r

P r r S

P r

P P

r r s



Từ phương trình trên ta thấy s là tổng của các bit cùng cấp nhận được r0, r1, , rn-1

 Mạch tạo syndrome s từ thông tin nhận được r như sau:

Hình 2.2 Mạch tạo Syndrome của mã khối tuyến tính

Syndrome được tính từ r, thực sự chỉ phụ thuộc vào vector lỗi e Do r là vector

tổng của v và e:

r = e + v

 s = r.HT = v.HT + e.HT

mà v.HT = 0  s = e.HT

Từ đó ta thấy rằng s là tổ hợp tuyến tính đơn giản những thành phần vector lỗi

ei Nên s cung cấp thông tin về những thành phần của vector lỗi và vì vậy nó có thểđược sử dụng để sửa lỗi

Từ (n-k) phương trình tuyến tính ở trên phải xác định được những thành phầncủa vector lỗi e Mỗi lần vị trí e được tìm thấy thì vector (r+e) là từ mã thực sự đượctruyền Nhưng việc xác định vector lỗi đúng không phải là vấn đề đơn giản Bởi vì(n-k) phương trình tuyến tính không theo một lời giải duy nhất mà có tới 2k lời giải.nói cách khác có 2k vector lỗi là kết quả của cùng 1 syndrome, và vector lỗi đúng chỉ

là 1 trong số đó Như vậy bộ giải mã phải xác định vector lỗi đúng từ tập hợp 2k

vector lỗi đó

Xét từ mã khối (7,4):

Giả sử các bit thông tin là: u = 1010

Từ mã được truyền là: v = u.G = 0101010

Giả sử khi qua kênh trưyền có lỗi là từ mã nhận được là:

r = 0001010 Tức là có một sai số lỗi ở bit thứ 2

1 0 1 1 0 1 0

0 1 1 1 0 0 1 P

I

k n

0 10 1

1 0

1 0 1

0 1 1

1

1 0 0

0 1 0

0 0 1

2.1.6 Khoảng cách tối thiểu của mã khối.

Ví dụ: khoảng cách Hamming của u = 0011010 và v = 1010010 là 2

Khoảng cách Hamming là hàm thoả mãn bất đẳng thức với u,x,v là 3 vector nthành phần, khi đó:

* Khoảng cách tối thiêu của một bộ mã:

Cho một mã khối C, có thể tính được khoảng cách Hamming giữa hai từ mãbất kỳ

Khoảng cách Hamming tối thiểu của C là khoảng cách Hamming nhỏ nhấtgiữa hai từ mã bất kỳ thuộc bộ mã C, ký hiệu là dmin :

dmin = min{d(x, y) x, y  C, x  y}

Nếu C là một mã khối tuyến tính thì tổng của hai vector cũng là một vectorthuộc C mạt khác theo (*) từ đây ta có:

dmin = min{d(x, y) x, y  C, x  y}

= min{w(v)v  C, v  0}

= wminTham số wmin được gọi là trọng lượng Hamming tối thiểu của từ mã tuyến tính

2.1.7 Khả năng phát hiện và sửa sai của mã khối tuyến tính:

Một mã khối với khoảng cách tối thiểu dmin có khả năng phát hiện cực đại(dmin-1) lỗi

Trong mã khối tuyến tính khoảng cách dmin bằng trọng lượng nhỏ nhất wmin, vớikhoảng cách có khả năng sửa lỗi ngẫu nhiên là:

2

1 min 

d t

Nghĩa là nó có thể sửa những từ mã có số lỗi ít hơn hoặc bằng t

Khi từ mã có khả năng sửa 2 lỗi thì mặc dù s = 0 nhưng không chỉ ra được vịtrí 2 bit lỗi do đó cần thiết phải so sánh từ mã thu được với tất cả các từ mã có thểđược phát để tìm ra từ mã thu đúng gần nhất

2.1.8 Dãy tiêu chuẩn và giải mã syndrome.

Gọi C là một mã khối tuyến tính (n,k) Gọi v = (v1, v2,…,vn) là những vector

mà bị truyền qua kênh nhiễu, vector nhận được có thể là bất kỳ trong 2n vector nthành phần Bộ giải mã sẽ phân chia 2n vector nhận được này tạo thành 2k tập conrời rạc (p1,p2,…, p2 ) mỗi vector vi thuộc tập pi tương ứng với vector mã thực sựđược truyền

Phương pháp để phân chia 2n khả năng vector nhận được thành 2k tập con vàmỗi tập con chỉ có một vector mã duy nhất là:

+ Đầu tiên 2k vector mã của C được đưa vào hàng đầu tiên của dãy, với

vi = (000…0) là phần tử phía trên bên trái của dãy Từ 2n -2k vector n thành phầncòn lại, vector e2 được chọn và đặt tại cột v1 Hàng thứ 2 được tạo thành bằng cáchcộng e2 với mỗi thành phần của vi của hàng đầu tiên và tổng này được đặt tại cột vi.Sau đó e3 được chọn và đặt tại cột vi Hàng thứ 3 được tính bằng cách cộng e3 vớicác thành phần vi tại cột đầu tiên và tổng được đặt ở cột vi hàng e3 Tiếp tục thựchiện cho đến khi tính xong tất cả bộ n thành phần

Không có hai vector n thành phần giống nhau ở trên cùng 1 hàng trong mộtdãy chuẩn mỗi vector n thành phần chỉ xuất hiện trên một và chỉ một hàng mà thôi

Ta thấy có 2n/2k = 2n-k hàng khác nhau trên một dãy chuẩn Mỗi hàng có 2kphần tử khác nhau 2n-k hàng đó được gọi là những tập con (coset) của mã C, vàvector n thành phần đầu tiên của mỗi tập con ei được gọi là coset leader (tập conđầu)

Sau khi xác định được syndrome ta đi xác định tập con đầu phù hợp vớisyndrome Công việc giải mã trên được gọi là giải mã syndrome hay giải mã bằngcách tra bảng Về nguyên tắc giải mã bằng cách tra bảng có thể sử dụng cho mãtuyến tính (n,k) bất kỳ nhưng đối với (n,k) lớn nó sẽ làm tốn nhiều không gian lưutrữ và thời gian tính toán

Xét mã tuyến tính (7,4) có ma trận kiểm tra H như ở phần 2.1.5 ta xác địnhđược từ mã có 23 = 8 tập con như vậy có 8 vector lỗi có thể sửa được bao gồm cảvector 0 Do đó khoảng cách tối thiểu của bộ mã là 3 nên nó có khả năng sửa tất cảcác vector lỗi có trọng lượng là 1 hoặc 0 Như vậy có 7 vector có trọng lượng là 1

Từ đó ta xác định được syndrome tương ứng với bảng Coset leader bằng côngthức:

Ta có bảng Coset leader với syndrome tương ứng:

100010110011011111101

mã nhận được có sai lỗi và được giải mã thành:

v* = r +e (1001111) + (0000100) = (1001011)

Đây là từ mã thực sự được truyền

Vậy việc giải mã được tiến hành 3 bước:

Bước 1: Tính syndrome s = e.HT của r

Bước 2: Dò tìm coset leader ei có syndrome bằng với s Bước 3: Giải mã vecto nhận dược r thành từ mã ban đầu: vi = ei + r

Sơ đồ khối giả mã ta bảng như sau:

Hình 2.3 Sơ đồ giải mã tổng quát của bộ giải mã khối tuyến tính

Như vậy mã khối có khả năng phát hiện và sửa lỗi tuy nhiên nó chỉ sửa đượckhi số bit bị lỗi ít.

2.2 Mã vòng

Mã vòng CRC (Cyclic Redundancy Check) cho phép kiểm tra dư vòng haychỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin Mã vòng là một tập con của mã khốituyến tính Bộ mã hóa được đặc trưng bởi đa thức tạo mã Cứ k bit vào thì bộ tạo

mã cho ra một từ mã n bit, trong đó (n-k) bit là các bit CRC được bổ sung vào k bitđầu vào Bộ mã này có tỷ lệ mã là r = k/n Ở mã này từ mã được rút ra từ hai đathức: Đa thức tạo mã g(x) bậc (n-k) và đa thức bản tin u(x), trong đó x là toán tử trễ

Từ mã được tính toán như sau:

- Nhân đa thức bản tin u(x) với xn-k

- Chia tích u(x)xn-k nhận được ở trên cho đa thức tạo mã để được phần dư b(x)

- Kết hợp phần dư với đa thức trên ta được đa thức từ mã:

c(x) = u(x)xn-k+b(x)

Để minh họa ta xét ví dụ sau Giả sử có ta đa thức tạo mã sau:

gCRC4(x) = x4 + x3 + x2 + 1

và bản tin được truyền là: u(x) = 101

Bước 1: Nhân thông báo u(x) với xn-k

xn-k.u(x) = x4.(x2 + 1) = x6+ x4

Bước 2: Chia xn-k .u(x) cho đa thức sinh g(x) ta được b(x) = x+1

Bước 3: Đa thức mã C(x) = b(x) + x .u(x) = 1+x+ xn-k 4 + x 6

Vậy từ mã truyền đi là: (1100101)Như vậy số bit CRC bằng số mũ cao nhất của đa thức tạo mã (trong trườnghợp này bằng 4)

Mã hóa mã vòng: Các bước mã hóa mã vòng (n,k) có thể thực hiện bằngmạch chia với thanh ghi dịch (n-k) tầng có hàm hồi tiếp tương ứng với đa thức sinhg(x):

Hình 2.5 Mạch mã hoá mã vòng (7,4) với đa thức sinh g(x) = 1+x+ x 3

Bước 1: Cổng đóng cho các (cho thông tin đi qua), k chữ số thông tin u0, u1,

…,uk-1 (hay dạng đa thức là u(x) = u0+ u1x+…+uk-1xk-1) được dịch vào mạch và đồngthời nối vào kênh truyền Dịch thông tin ux vào mạch từ thiết bị đầu cuối để nhân

trước với xn-k Ngay sau khi thông tin được đưa vào mạch thì n-k chữ số còn lạitrong thanh ghi là những con số kiểm tra chẵn lẻ.

(không cho thông tin đi qua)

Bước 3: Dịch con số kiểm tra chẵn lẻ và đưa ra đường truyền Các chữ số

kiểm tra này kết hợp với k chữ số thông tin tạo thành vector mã

2.3 Mã xoắn

2.3.1 Khái niệm.

Mã xoắn được Elias đề cập đến đầu tiên vào năm 1955 Sau đó Wozencraftđưa ra một thuật giải mã tương đối có hiệu lực cho mã xoắn, từ đó những nghiêncứu về mã xoắn ngày càng được hoàn thiện Năm 1963 Massey đưa ra mã ít hiệuquả hơn nhưng dễ thực thi, được gọi là giải mã ngưỡng Nhờ tiến bộ này mã xoắnđược ứng dụng truyền số liệu số qua kênh thông tin Năm 1967, Viterbi đã đưa ragiải thuật mã tối ưu được gọi là giải thuật Viterbi Giải thuật này cùng những phiênbản sau đó đã làm cho mã xoắn được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp viễnthông

Mã xoắn được miêu tả bởi 3 số nguyên (n,k,m) Trong đó k là số bit đượcdịch vào thanh ghi dịch tại mỗi thời điểm, n là tổng số bit trong một từ mã ở lối racủa bộ lập mã, m được gọi là độ dài hạn chế (ràng buộc), tham số này mô tả số tầngthanh ghi dịch

Một đặc điểm quan trọng của mã xoắn khác mã khối là bộ lập mã có nhớ nênquá trình tạo ra n phần tử đầu ra của bộ lập mã không những phụ thuộc vào k bitđầu vào mà còn phụ thuộc vào m-1 khối tin trước đó Mã xoắn (n,k,m) được xâydựng bởi mạch dãy Mạch này dung thanh ghi dịch m bit làm bộ nhớ

Mã xoắn (n,k,m) được tạo ra bằng cách cho chuỗi thông tin truyền qua hệthống các thanh ghi dịch tuyến tính có số trạng thái hữu hạn Mỗi thanh ghi dịch có

k ô nhớ và đầu ra bộ mã chập có n hàm đại số tuyến tính Tốc độ mã là R = k/n, số ônhớ của bộ ghi dịch là mk Giả thiết, bộ mã chập làm việc với các chữ số nhịphân, thì tại mỗi lần dịch sẽ có k bit thông tin đầu vào được dịch vào thanh ghi dịchthứ nhất và tương ứng có k bit thông tin trong thanh ghi dịch cuối cùng được đẩy rangoài mà không tham gia vào quá trình tạo chuỗi bit đầu ra Đầu ra nhận được chuỗi

n bit mã từ n bộ cộng môđun-2 Như vậy, giá trị chuỗi đầu ra kênh không chỉ phụthuộc vào k bit thông tin đầu vào hiện tại mà còn phụ thuộc vào (m-1)k bit trước đó

Ở đây dấu “*” là phép toán rời rạc và tất cả các phép toán là phép toán modul

2 sau khi mã hóa, hai dãy đầu ra V(1), V(2) sẽ được dồn lại thành một dãy đơn V, Vđược gọi là từ mã:

V = (v0(1) ,v0(2) ,v1(1) v1(2) ,v2(1) ,v2(2)…)

Từ mã này được truyền đi trên kênh thông tin

Nếu sắp xếp dãy sinh g(1) , g(2) thành ma trận:

2 ( 2 ) 1 ( 2 ) 2 ( 1 ) 1 ( 1 ) 2 ( 0 ) 1 ( 0

) 2 ( ) 1 ( )

2 ( 2 ) 1 ( 2 ) 1 ( 1 ) 2 ( 0 ) 1 ( 0

) 2 ( ) 1 ( )

2 ( 2 ) 2 ( 1 ) 1 ( 1 ) 2 ( 0 ) 1

(

0

m m

m m

m m

g g g

g g g g g

g g g

g g g g

g g g

g g g g

Ví dụ 2.1: Cho bộ mã xoắn (n,k,m) = (2,1,3) có các đa thức sinh g(1) = (111)

và g(2) =(101)

Dãy bit vào là U = (11011)

Ta có sơ đồ tạo mã xoắn:

Hình 2.7: Sơ đồ tạo mã xoắn (2,1,3)

Dãy thông tin dầu ra là:

Với ví dụ 2.1 ở trên những đa thức sinh có dạng:

Kết quả nhận được giống kết quả đã tính trước đó.

2.3.4 Các cách biểu diễn mã xoắn.

a Đồ hình trạng thái:

Mạch mã xoắn là một mạch dãy Để biểu diễn các bộ lập mã đơn giản có thể

sử dụng đồ hình trạng thái Trong đồ hình trạng thái các ô vuông biểu diễn cáctrạng thái có thể có của bộ lập mã, đường nối các ô vuông biểu diễn từ mã nhánh lốira