điều khiển công suất trong hệ thống ttdđ ds-cdma đa phương tiện hướng gói

Dung lượng theo lí thuyết của bất cứ kênh thông tin nào được gọi là C trong đó Bw: độ rộng băng thông Hz C: dung lượng kênh b/s S: công suất tín hiệu N: công suất nhiễu Một hệ thống tế b

Chương I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG DS-CDMA

I Nguyên lý trải phổ

1 Định nghĩa trải phổ

Trải phổ là kĩ thuật điều chế tín hiệu với mục đích trải mức năng lượng của tín hiệu lên dải tần rộng hơn băng tần ban đầu của nó Điều chế trải phổ có rất nhiều tính năng hấp dẫn và quan trọng là:

• Chống lại các nhiễu cố tình hoặc vô tình

• Có khả năng loại trừ hay giảm bớt ảnh hưởng của truyền sóng đa tia

• Có khả năng dùng chung băng tần với người sử dụng khác nhờ các đặc trưng tín hiệu giống tạp âm của nó

• Khó bắt trộm tín hiệu

2 Phân loại kĩ thuật trải phổ

Có ba kiểu hệ thống SS (Spread Spectrum):

Trải phổ chuỗi trực tiếp ( DS – Direct Sequence ) : là kĩ thuật thực hiện

nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên (giả tạp âm) Tốc độ bit của mã lớn hơn nhiều so với tốc độ bit của tín hiệu thông tin

phổ

mang được dịch đến khoảng rời rạc theo mẫu được phát bởi chuỗi mã Thông thường những mã này được chọn để tránh can nhiễu đến hoặc từ hệ thống không trải phổ khác Trong hệ thống FHSS tần số tín hiệu là hằng số trong khoảng thời gian xác định là thời gian 1 chip, Tc Hệ thống FHSS hoặc là nhảy tần nhanh hoặc là nhảy tần chậm

Trong hệ thống nhảy tần nhanh, nhảy tần số xảy ra ở tốc độ nhanh hơn tốc độ bản tin và trong hệ thống nhảy tần chậm thì nhảy tần xảy ra chậm hơn tốc độ bản tin Do đó trong trường hợp trung gian tốc độ nhảy và tốc độ bản tin là bằng nhau

tín hiệu sau trải phổ

Nhảy thời gian (TH – Time Hopping ) : một khối các bit số liệu được nén

và được phát ngắt quãng trong 1 hay nhiều khe thời gian Thời gian truyền được chia thành từng khoảng gọi là khung Mỗi khung được chia thành nhiều khe thời gian Trong mỗi khung, một và chỉ một khe thời gian được điều chế với bản tin Tất cả các bit bản tin tích lũy trong những khung trước được truyền

3 Hệ thống trải phổ

3.1 Tính toán băng thông

Một hệ thống số được coi là hệ thống trải phổ ( Spread Spectrum) nếu

• Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rông băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin

• Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu

Dung lượng theo lí thuyết của bất cứ kênh thông tin nào được gọi là C

trong đó

Bw: độ rộng băng thông (Hz)

C: dung lượng kênh (b/s)

S: công suất tín hiệu

N: công suất nhiễu Một hệ thống tế bào tương tự thường được thiết kế có SNR (tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu) là 17 dB hoặc hơn Hệ thống CDMA có thể được thiết kế với SNR thấp hơn vì độ rộng băng thông của kênh có thể liên hệ với SNR để đạt được hiệu suất tốt nhất ở SNR thấp

Phương trình (1.1) có thể được viết lại như sau:

C

e w

1 log 44

12

11

log

N

S N

S N

S N

S N

S

e

Chúng ta sử dụng log cơ số e và giả sử SNR nhỏ vd SNR≤ 0.1 vì thế chúng ta có thể bỏ qua thành phần mũ cao, ta có thể viết lại phương trình trên như sau:

S

N C

B w = ×

44

Ơû bất cứ SNR nào chúng ta cũng có thể có tốc độ lỗi thông tin thấp bằng cách tăng độ rộng băng thông phát thông tin Ví dụ nếu chúng ta muốn hệ thống vận hành ở đường truyền có tốc độ thông tin là 10kb/s và SNR là 0.01 chúng ta phải sử dụng băng thông là

6

3

1069.001.044.1

mã trải phổ để xác định băng thông RF Nếu tín hiệu được truyền là tương tự (ví dụ thoại), tín hiệu phải được số hóa trước khi được cộng với mã trải phổ

3.2 Độ lợi xử lý của hệ thống (PG: Processing Gain)

Một trong số những thuận lợi chủ yếu của hệ thống SS là khả năng chống nhiễu của nó Độ lợi xử lý đặc trưng cho mức độ chống nhiễu Độ lợi xử lý của hệ thống là tỷ số băng thông RF và tốc độ thông tin

I P

N

S G N

(1.5)

Ví dụ để tính toán độ lợi xử lý cho hệ thống DSSS có tốc độ xung đồng hồ mã hóa là 10 Mchip/s và tốc độ thông tin là 4.8 kb/s Chúng ta giả sử rằng dạng sóng DSSS có phân bố điện áp dạng sinx/x, phân bố công suất có dạng (sinx/x)2, độ rộng băng thông bằng tốc độ mã trải phổ thì :

1.33101.2108.4

100

Bằng cách tăng tốc độ phát mã từ 10 lên 50 Mchip/s chúng ta tăng được 7

dB cho độ lợi xử lý

4 Hệ thống trải phổ trực tiếp (DSSS)

4.1 Chuỗi giả tạp âm trong DS/SS :

Trong hệ thống DS/SS, chuỗi PN được xác định như sau :

ck : được gọi là chip , nhận giá trị ± 1

Tc : thời gian của một chip ( độ rộng bit )

Chu kỳ của chuỗi PN là : NTc

Mật độ phổ công suất PSD của c(t) : c( ) Tcsin 2 ( fTc)

= τ φ

Vì chuỗi PN cũng là chuỗi m có chu kỳ là N và nó cũng là một tín hiệu xác định Cho nên :

1

∫c

NT

0c(t + τ)c(t)dt

Khi N → ∞ thì PN càng giống một chuỗi ngẫu nhiên

4.2 Hệ thống máy phát trong DS-CDMA

Hiện nay hệ thống thông tin di động thường sử dụng DS/SS do tính đơn giản của nó Cho nên trong đề tài này chỉ đề cập đến hệ thống DS/SS Ta sẽ xem xét về cách hoạt động ở máy thu và máy phát của hệ thống DS/SS

Hệ thống DSSS là hệ thống băng rộng trong đó các phần tử băng thông của hệ thống có sẵn cho mỗi người dùng Một hệ thống được coi là hệ thống DSSS nếu nó thỏa mãn các yêu cầu sau:

• Tín hiệu trải phổ có băng thông lớn hơn nhiều so với băng thông tối thiểu để truyền thông tin như mong muốn, đối với hệ thống số là dữ liệu băng cơ sở

• Trải phổ dữ liệu được thực hiện bằng bình phương tín hiệu trải phổ thường được gọi là tín hiệu mã Tín hiệu mã độc lập với tín hiệu dữ liệu và có tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ tín hiệu dữ liệu

Ơû phía phát đầu tiên tín hiệu thoại ở băng tần 14.4 KHz được mã hóa, sau đó được trải phổ với mã PN Băng tần tín hiệu sau trải phổ là 1.25 MHz, rồi được lọc qua bộ lọc băng cơ sở để được điều chế với sóng mang dịch qua tần số fc Cuối cùng được khuếch đại rồi phát lên anten

Dữ liệu

thoại

cosω c t p(t)

Ơû phía thu tín hiệu được xử lý ngược lại với các quá trình ở phía phát Việc giải trải phổ được tiến hành nhờ sự tương quan chéo của tín hiệu trải phổ thu được với việc đồng bộ tín hiệu đã được dùng cho trải phổ dữ liệu

4.3 Hệ thống DS/SS – BPSK

4.3.1 Máy phát cho hệ thống DS/SS – BPSK

Bản tin cơ

số hai b(t)

Tín hiệu DS/SS-BPSK S(t)=Ab(t)c(t)cos(2πf c t + θ)

Bộ điều chế

Sóng mang Acos(2πfct + θ)

Tín hiệu PN cơ số hai c(t)

Ta có thể biểu diễn số liệu hay bản tin nhận các giá trị ±1 như sau :

Hình 1.7:Sơ đồ máy phát DS/SS-BPSK

Trong đó : bk = ±1 là bít số liệu thứ k và T là độ rộng của một bít số liệu (tốc độ số liệu là 1/T bit/s)

Tín hiệu b(t) sẽ được trải phổ với chuỗi c(t) và điều chế sóng mang BPSK theo sơ đồ phát trên Thường người ta lấy T = NTc (tức là độ rộng 1 bit của bản tin b(t) bằng 1 chu kỳ của chuỗi PN c(t) )

4.3.2 Máy thu cho hệ thống DS/SS –BPSK

Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ là tín hiệu phát s(t) bị trễ truyền lan 1 khoảng thời gian là τ cộng thêm tạp âm n(t) :

S( t - τ ) + n(t) = A.b(t-τ ).c(t-τ).cos[2πfc(t-τ) +θ ] + n(t) n(t) : tạp âm của kênh và đầu vào máy thu

Bộ tạo tín hiệu

PN nội

ti

dt(.)

Bộ giải điều chế BPSK

ĐHKH : Đồng hồ ký hiệu, SM : Sóng mang, TH : Tín hiệu

Giả sử không có tạp âm n(t) thì quá trình giải điều chế diễn ra như sau :

+ Giải trải phổ

Tín hiệu giải trải phổ w(t) sẽ bằng tín hiệu thu được s(t-τ) nhân với tín hiệu

PN c(t-τ) được tạo ra ở máy thu :

Giả sử máy thu đã biết được θ’ và điểm khởi đầu bit ti thì tín hiệu sau giải điều chế trong khoảng thời gian 1 bit zi được xác định như sau

cos(

)()()2

sin(

)()

) ( ) ( tan ) (

2

1 1

t b t c

t b t c t

Hình 1.9 Sơ đồ máy phát DS/SS - QPSK

Hình 1.10 Sơ đồ máy thu DS/SS - QPSK

Trong đó các thành phần đồng pha và vuông góc được giải trải phổ độc lập với nhau bởi c1(t) và c2(t)

Giả thiết rằng trễ là τ, tín hiệu vào sẽ là (nếu bỏ qua tạp âm):

)2

cos(

)()()2

sin(

)()()

cos(

)2

sin(

)()()()2

(sin)

2 1

' 2

1 = Ab t−τ πf t+θ −Ab t−τ c t−τ c t−τ πf t+θ πf t+θ

)24

sin(

)()()(2)]

24

cos(

1)[

(

2

' 2

1

θπ

−

)2

cos(

)2

sin(

)()()()2

(cos)

2 1

' 2

2 = Ab t−τ πf t+θ −Ab t−τ c t−τ c t−τ πf t+θ πf t+θ

)24

sin(

)()()(2)]

24

cos(

1)[

(

2

' 2

1

θπ

II Hệ thống thông tin di động DS-CDMA

Hệ thống DS-CDMA phổ biến và được thể hiện rõ ràng trong IS-95 CDMA Sau đây ta sẽ tìm hiểu về IS-95 CDMA

1 Mô hình của hệ thống

EIR HLR AC VLR

MSCDMH

OS AUX IWF

EN

MS

OS (Operations System): Hệ thống vận hành: có trách nhiệm quản lý toàn bộ

mạng vô tuyến

AUX (Auxillary): Bộ phận phụ

IWF (Internetworking Function): Chức năng liên mạng: cho phép MSC liên

lạc với các mạng khác

MS (Mobile Station):Trạm di động

BS (Base Station): Trạm gốc: kết cuối với đường truyền vô truyến và kết nối với

MSC BS được chia thành BTS và BSC

• BTS (Base Transceiver System) : Trạm thu phát gốc: chứa một hoặc

nhiều bộ thu phát , BTS có thể được đặt chung với BSC hoặc đứng độc lập

• BSC (Base Station Controller): Điều khiển trạm gốc: BSC điều khiển

và quản lý một hoặc nhiều BTS BSC liên lạc với cả BTS và MSC, một số bản tín hiệu dẫn đường phải qua BSC

MSC ( Mobile Switching Centre): Trung tâm chuyển mạch di động:là hệ thống

chuyển mạch tự động giao tiếp với lưu lượng người dùng từ mạng vô tuyến với mạng có dây hoặc từ những mạng vô tuyến khác Chức năng của MSC gồm:

• MSC cung cấp đường vô tuyến cho cuộc gọi

• Điều khiển BTS gần trạm di động

• Cung cấp kết nối cho cuộc gọi sau khi đã chuyển giao

• Lựa chọn MSC khác cho chuyển giao

EN (External Networks): Những mạng bên ngoài như ISDN, PSTN, PLMN… DMH (Data Message Handler): Khối quản lý bản tin: khối này được dùng để

thanh toán giá tiền cho dừ liệu

EIR (Equipment Identify Register): Thanh ghi nhận dạng thiết bị: Cung cấp

thông tin về trạm di động với mục đích xác nhận EIR có thể đứng chung với MSC hoặc đứng độc lập

HLR (Home Location Register): Thanh ghi thường trú: Quản lý thuê bao di

động bằng cách lưu trữ toàn bộ thônng tin về thuê bao đó (như :số hiệu, số máy, số nhận dạng quốc tế, tiểu sử người dùng, vị trí hiện tại) HLR có thể được đặt như một phần của MSC hoặc độc lập với MSC Một HLR có thể phục vụ nhiều MSC

VLR (Visited Location Register): Thanh ghi tạm trú: Thanh ghi này cũng liên

lạc với một hoặc nhiều MSC để trao đổi thông tin về thuê bao một cách tạm thời

AC (Authentication Center): Trung tâm nhận thực: Quản lý thủ tục nhận thực

hoặc thông tin về thuê bao AC có thể được đặt chung với HLR và MSC hoặc đứng độc lập

2 Giao diện vô tuyến của DS-CDMA (IS-95)

HT TTDĐ CDMA – one là hệ thống băng hẹp hoạt động trong khoảng tần số 800 Mhz Phổ tần được cấp cho nó là 10 Mhz và được chia gần đúng thành 8 kênh CDMA với độ rộng băng tần bằng 1,23 Mhz

Các kênh logic là các kênh vật lý mang một thông tin cụ thể nào đó: có thể là thông tin về lưu lượng hay thông tin báo hiệu, điều khiển Các kênh này được phân chia theo đường xuống (từ BTS đến MS) và các kênh theo đường lên (từ

MS đến BTS) Các kênh logic gồm :

Kênh

Các kênh điều khiển

Hình 1.13 Sơ đồ các kênh của hệ thống IS-95

2.1 Kênh hoa tiêu (Pilot Channel)

Kênh hoa tiêu được sử dụng như một nguồn chuẩn sóng mang nhất quán cho việc giải điều chế ở các máy thu Kênh này được phát ở tất cả các ô với các đặc điểm như sau:

• Được phát ở mức công suất khá cao so với các tín hiệu khác để đảm bảo bám có độ chính xác cao

• Không bị điềâu biến bởi thông tin và sử dụng hàm Walsh không (gồm 64 số 0) Vì vậy chỉ bao gồm một cặp mã PN hoa tiêu vuông góc

• Được sử dụng làm chuẩn sóng mang nhất quán để giải điều chế cho các tín hiệu khác phát đi từ trạm gốc của ô

Kênh hoa tiêu luôn luôn được trạm gốc phát ở mọi kênh CDMA tích cực Kênh hoa tiêu là một tín hiệu trải phổ không được điều chế được sử dụng để đồng bộ các trạm di động nằm trong vùng phủ của trạm gốc vì thế cấu trúc của kênh này là một chuỗi toàn 0 được trải phổ bởi hàm Walsh Sau khi được trải phổ, quá trình xử lý tiếp theo cho kênh hoa tiêu giống như ở kênh lưu lượng

Cụm

công suất

A

W0 Kênh hoa tiêu (toàn 0)

Các kênh lưu lượng

Chuỗi PN hoa tiêu

Chuỗi PN hoa tiêu trong trường hợp này cũng giống như trường hợp kênh

trải phổ bởi cùng một chuỗi PN hoa tiêu và vì khung cũng như ghép xen được đồng bộ theo chuỗi PN hoa tiêu Kênh đồng bộ cung cấp cho trạm di động một số tin trong đó có:

- Tốc độ số liệu của kênh tìm gọi

- Thời gian của chuỗi hoa tiêu PN so với thời gian của hệ thống 2.2 Kênh đồng bộ (Synch Channel)

Kênh đồng bộ được trạm di động sử dụng trong giai đoạn chiếm hệ thống (truy nhập mạng lần đầu) Sau khi đã chiếm hệ thống rồi, thông thường trạm di động không sử dụng lại kênh này cho đến khi nó tắt lại bật nguồn Một khung của kênh đồng bộ có độ dài là một chuỗi PN hoa tiêu Vì mỗi trạm có chuỗi PN hoa tiêu dịch so với nhau nên đồng bộ khung của kênh đồng bộ ở các trạm gốc khác nhau Đồng chỉnh khung với chuỗi PN của trạm gốc cho phép một trạm di động lần đầu chiếm mạng dễ dàng thu được kênh đồng bộ

PN chip 1,2288 Mcps

Ký mã hiệu

Ghép xen

Chỉ có một bản tin được gửi đi ở kênh đồng bộ, bản tin này được gọi là bản tin của kênh đồng bộ Bản tin này cung cấp cho trạm di động một số thông số của hệ thống như:

• Tốc độ số liệu của kênh tìm gọi

• Thời gian của chuỗi PN của trạm gốc so với thời gian của hệ thống Kênh đồng bộ luôn có tốc độ bit là 1200bps

2.3 Kênh tìm gọi (Paging Channel)

Sau khi đã nhận được thông tin từ kênh đồng bộ, trạm di động điều chỉnh đồng hồ của mình đến hệ thống đồng hồ thông thường của hệ thống Sau đó trạm di động bắt đầu theo dõi kênh tìm gọi Kênh tìm gọi có tốc độ là 4800 hay 9600 bps Ở mỗi tần số được cấp phát cho CDMA có thể có tới 7 kênh tìm gọi Phân tích cho thấy một kênh tìm gọi 9600 bps có thể đảm bảo 180 cuộc tìm gọi trong một giây Mỗi trạm di động chỉ được quyền theo dõi một kênh tìm gọi Kênh tìm gọi này có thể được quyết định một cách ngẫu nhiên trong số tất cả các kênh tìm gọi có thể có Trạm gốc cũng có thể ấn định kênh tìm gọi cho trạm di động

Hình 1.17 Sơ đồ xử lý kênh tìm gọi

1,2288Mcps

PN chip 1,2288

19,2 kbps

Ký hiệu điều chế 19,2 kbps

Ký hiệu mã

19,2 kbps 9,6 kbps

19,2 kbps

Mặt chắn mã dài đối

với kênh tìm gọi p

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

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

• Các bản tin tìm gọi chứa các tìm gọi đến một hay nhiều trạm di động Các tìm gọi này thường được phát đi khi trạm gốc nhận được một cuộc gọi cho một 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 lượng cho một trạm di động, hay thay đổi ấn định kênh tìm gọi cho trạm di động này, hay chuyển trạm di động này sang sử dụng hệ thống tương tự điều tần

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 khoảng thời gian được định trước Khả năng này cho phép một trạm di động có thể giảm công suất ở các khe thời gian không dành cho nó Nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể năng lượng của nguồn ắc qui hay pin cho các máy cầm tay

Một khi trạm di động đã nhận được thông tin từ kênh đồng bộ, nó sẽ điều chỉnh thời gian của mình đến thời gian thông thường của hệ thống và nó sẽ bắt đầu theo dõi kênh tìm gọi.Trạm gốc sử dụng kênh tìm gọi để phát các thông tin bổ sung và các bản tin riêng cho trạm di động

Sau khi được tổ chức thành khung và siêu khung kênh tìm gọi có các tốc độ bit 9.6 kbps hoặc 4.8 kbps, cũng giống như ở kênh lưu lượng nó được đưa lên bộ mã hoá xoắn tốc độ đầu ra là 19.2 ksps, rồi qua bộ lặp ký hiệu tốc độ đầu ra là

2.4 Kênh truy nhập ( Access Channel)

Kênh truy nhập đảm bảo thông tin từ trạm di động đến trạm gốc khi trạm

di động không sử dụng kênh lưu lượng Kênh này luôn làm việc ở tốc độ 4800 bps Các bản tin truy nhập cung cấp các thông tin về: khởi xướng cuộc gọi, trả lời tìm gọi, các lệnh và đăng ký

Mỗi kênh truy nhập đều đi cặp với một kênh tìm gọi Các kênh truy nhập được phân biệt với nhau bởi một mã PN dài (giả tạp âm) Trạm gốc trả lời kênh truyền dẫn ởkênh truy nhập bằng cách phát đi một bản tin ở kênh tìm gọi liên kết Tương tự trạm di động trả lời kênh tìm gọi bằng cách phát đi bản tin ở kênh truy nhập liên kết

Kênh tìm gọi sử dụng thủ tục ngẫu nhiên Nhiều trạm di động liên kết với một kênh tìm gọi có thể đồng thời yêu cầu sử dụng kênh này Một trạm di động sẽ chọn ngẫu nhiên cả kênh truy nhập lẫn đồng bộ thời gian PN từ tập đồng bộ thời gian PN Nếu hai hay nhiều trạm di động không chọn kênh truy nhập và đồng bộ thời gian PN giống nhau, thì trạm gốc có thể tiếp nhận truyền dẫn đồng thời của chúng Ngược lại các trạm di động phải truy nhập lại

Kênh truy nhập chỉ có ở đường lên Nó được trạm di động sử dụng để khởi đầu thông tin với trạm gốc và trả lời các bản tin của kênh tìm gọi Quá trình xảy

ra cho đến bộ ghép xen cũng giống như ở kênh lưu lượng

4,8 ksps

Mặt chắn mã dài 1,2288 Mcps

KTN

4,4 kbps

28,8 kbps 14,4 kbps

Mã hoá xoắn

2.5 Kênh lưu lượng(Traffic Channel)

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

• Thông tin sơ cấp của người sử dụng máy di động như: tiếng đã số hóa, số liệu/Fax

• Thông tin sơ cấp của người sử dụng ghép xen với báo hiệu (báo hiệu trong băng)

• Báo hiệu

• Thông tin sơ cấp ghép xen với thông tin thứ cấp

• Thông tin bổ xung

Các kênh này bao gồm các khung 20 ms Các khung có thể được phát đi ở các tốc độ khác nhau: 9600, 4800, 2400 và 1200 bps Kỹ thuật này cho phép kênh thích ứng động với tiếng của người nói chuyện Khi người nói dừng, tốc độ bit giảm còn khi người nói chuyện tốc độ bit tăng và hệ thống tức thời dịch đến sử dụng tốc độ bit cao hơn Nhờ vậy cho phép giảm nhiễu đối với các tín hiệu CDMA khác và tăng dung lượng của hệ thống

Khi kênh lưu lượng được ấn định cho một trạm di động, báo hiệu được truyền trực tiếp ở kênh này (báo hiệu trong băng) Báo hiệu có thể được truyền ở cụm dành riêng hoặc ghép xen

Báo hiệu ở cụm dành riêng được phát ở tốc độ 9600 bps và thay thế cho một hay nhiều khung của số liệu lưu lượng chính (thường là tiếng đã được số hóa) với số liệu báo hiệu giống như ở hệ thống FM tương tự

Báo hiệu ở cụm ghép xen được phát đi chung với lưu lượng chính trong một khung với tốc độ truyền dẫn là 9600bps Khi bộ mã hóa tiếng muốn truyền tốc độ cực đại (tương đương 8000 bps) nó được phép truyền ở nửa tốc độ này, tốc độ bit còn lại được dành cho báo hiệu và phần bổ sung

Có bốn loại bản tin được phát ở kênh lưu lượng: các bản tin điều khiển bản thân cuộc gọi, các bản tin điều khiển chuyển giao, các bản tin điều khiển công suất đường xuống, các bản tin bảo mật và nhận thực và các bản tin cung cấp các thông tin đặc biệt từ/tới trạm di động

2.5.1 Kênh lưu lượng đường xuống

Cộng bit chỉ thị chất lượng khung cho 9,6 và

4 8 kb

Cộng 8 bit đuôi

Mặt nạ chắn mã

dài đối với người

sử dụng

Ngẫu nhiên hoá

19,2 kbps

9,6 kbps 4,8 kbps 2,4 kbps 1,2 kbps

Bộ lấy

1 từ 64

Bộ tạo mã

1,2288 Mcps

Chia (1:24)

Các khung của kênh lưu lượng đường xuống có độ dài là 20 ms Kênh lưu

lượng đường xuống tốc độ 9600 bps bao gồm các khung 192 bit 192 bit của khung bao gồm 172 bit thông tin, tiếp theo là 12 bit chỉ thị chất lượng khung (CRC) và cuối cùng là 8 bit đuôi Kênh lưu lượng đường xuống tốc độ 4800 bps bao gồm các khung 96 bit 96 bit của khung bao gồm 80 bit thông tin, 8 bit chi thị chất lượng khung và 8 bit đuôi

Kênh lưu lượng đường xuống tốc độ 2400 bps bao gồm các khung 48 bit

tốc độ 1200 bps bao gồm các khung 24 bit 24 bit này chứa 16 bit thông tin và 8

bit đuôi

Các bit chỉ thị chất lượng khung (CRC) được tạo ra từ bộ mã hóa khối tuyến tính theo một đa thức tạo mã cho trước Các khung của kênh lưu lượng tốc độ 9600 bps và 4800 bps trong trường hợp này đều chứa các bit chỉ thị chất lượng khung Kênh lưu lượng đường xuống tốc độ 9600 bps có 12 bit chỉ thị chất lượng khung được tính toán theo đa thức tạo mã sau: g(x)= x12 + x11 + x10 + x9 + x8 + x4+ x + 1

Kênh lưu lượng đường xuống tốc độ 4800 bps có 8 bit chỉ thị chất lượng khung được tính theo đa thức tạo mã sau:

g(x)= x8 + x7 + x4 + x3 + x + 1

Các bit đuôi của kênh lưu lượng đường xuống được gọi là các bit đuôi mãhóa Các bit này có giá trị không để phân cách các đoạn thông tin đưa vào mã hóa Số bit đuôi bằng độ dài hạn chế của bộ mã hóa trừ một

Sau khi được tổ chức thành các khung thì kênh lưu lượng đường xuống được mã hóa xoắn, ghép xen khối, ngẫu nhiên hóa, ghép chung với các bit điều khiển công suất, mã hóa trải phổ rồi đưa lên điều chế

2.5.2 Kênh lưu lượng đường lên: Kênh lưu lượng đường lên cũng giống như

kênh lưu lượng đường xuống

r = 1/2, k = 9 Lặp

ký Ghép xen

Cộng 8 bit đuôi

LB T

Mặt chắn mã dài

Bộ tạo mã dài

Bộ điều chế

trực giao cơ

số 64

Bộ ngẫu nhiên hoá cụm

S(t)

Hình 1.20 Sơ đồ xử lý kênh lưu lượng đường lên

Chương II

HỆ THỐNG DS-CDMA ĐA PHƯƠNG TIỆN

HƯỚNG GÓI

I Các đặc điểm trong hệ thống DS-CDMA đa phương tiện hướng gói

1 Mô hình gói dữ liệu trong CDMA2000

Mô hình mạng CDMA2000 gồm 7 lớp

Lớp ứng dụng Lớp luồng Lớp phiên Lớp liên kết Lớp bảo mật Lớp MAC Lớp vật lý

Lớp ứng dụng (Application layer): cung cấp nhiều ứng dụng, đặc biệt là

ứng dụng báo hiệu mặc định cho bản tin và gói dữ liệu người dùng

Lớp luồng (Stream layer): cung cấp việc ghép các luồng ứng dụng phân

biệt Luồng 0 được chỉ định báo hiệu và mặc định các ứng dụng báo hiệu mặc định Luồng 1 mặc định cho ứng dụng gói mặc định Luồng 2 và 3 không được mặc định

Lớp phiên (Session layer): cung cấp chức năng điều chỉnh và cấu hình

giao thức, các dịch vụ bảo dưỡng

Lớp liên kết (Connection layer): cung cấp việc thiết lập liên kết vô

tuyến và dịch vụ bảo dưỡng

Lớp bảo mật (Security layer): cung cấp việc nhận thực và dịch vụ mã

hóa

Lớp MAC (Medium Access Control layer): lớp này định ra các thủ tục

để nhận và thu gói dữ liệu

Tải trọng SLP-FTải trọng lớp luồng

Gói SNP

Gói SLP-D

Gói SLP-F

Bản tin

SNP (Signaling Network Protocol): Giao thức mạng báo hiệu cung cấp 1

octet mào đầu xác định giao thức mà bản tin được liên kết SNP sử dụng trường Type để định tuyến bản tin đến giao thức thích hợp

SLP (Signaling Link Protocol) : Giao thức liên kết báo hiệu cung cấp

việc phân mảnh bản tin, truyền tải bản tin đáng tin cậy và đạt hiệu quả tốt nhất SLP chứa 2 lớp con

SLP-D (The Delivery layer) : lớp truyền bản tin

SLP-F (The Framentation layer) : lớp phân mảnh bản tin

1.1.1 Thông tin về bản tin

Mỗi bản tin chứa thông tin về loại kênh, địa chỉ, yêu cầu SLP, độ ưu tiên

Loại kênh gồm

CC (Control Channel) : Kênh điều khiển (đồng bộ hoặc không đồng bộ)

Ccsyn (Control Channel synchronous) : Kênh điều khiển đồng bộ

AC (Access Channel) : Kênh truy nhập FTC (Forward Traffic Channel) : Kênh lưu lượng hướng xuống RTC (Reverse Traffic Channel) : Kênh lưu lượng hướng lên

Mào đầu

Mào đầu SLP-D

Tải trọng SLP-D

Các yêu cầu SLP

Best Effort : hiệu quả tốt nhất

Reliable : đáng tin cậy Địa chỉ

Quảng bá Multicast Unicast

Độ ưu tiên

Từ 0 đến 255

1.1.2 SNP

Mào đầu của SNP

Field (trường) Length (bit) (độ

dài)

Trường Type sẽ xác định loại giao thức thích hợp cho bản tin được đóng gói

1.1.3 SLP

Mào đầu của SLP-F

Trường (Field) Độ dài (Length,

bits)

Khởi tạo (Begin) 0 hoặc 1

Chỉ số tuần tự 0 hoặc 6

Dự trữ (Reserved) : đầu phát thiết lập trường này là 0 và đầu thu sẽ bỏ

qua trường này

Phân mảnh (Fragmented) : nếu tải trọng F chứa toàn bộ 1 gói

SLP-D hoàn chỉnh thì phần mào đầu SLP-F không có phần dư Như vậy đầu phát sẽ thiết lập trường này là ‘0’ nghĩa là không có phân mảnh Ngược lại có phân mảnh

Khởi tạo (Begin) : Cờ bắt đầu gói SLP-D Khi có sự phân mảnh thì mới có

trường này Nếu tải trọng của SLP-F có chứa điểm bắt đầu của gói SLP-D, đầu phát sẽ thiết lập trường này lên ‘1’ ngược lại là ‘0’

Kết thúc (End) : Cờ kết thúc gói SLP-D Khi có sự phân mảnh thì mới có

trường này Nếu tải trọng của SLP-F có chứa điểm kết thúc của gói SLP-D, đầu phát sẽ thiết lập trường này lên ‘1’ ngược lại là ‘0’

Chỉ số tuần tự (Sequence Number) : Khi có sự phân mảnh thì mới có

trường này Đầu phát sẽ tăng dần trường này khi mỗi 1 gói SLP-F được phát

Phần đệm (Pad): Trường này sẽ có và được thiết lập thành ‘0’ nếu có

phân mảnh (trường Phân mảnh có giá trị ‘1’) và trường Khởi tạo (Begin) có giá trị ‘0’ Ngược lại sẽ không có trường này

Mào đầu của SLP-D

Gồm các trường sau:

Trường (Field) Độ dài (bits)

Giá trị báo phát tuần tự 0 hoặc 1

Chỉ số tuần tự 0 hoặc 3

Header Included : Khi đầu phát thực hiện việc gửi hoặc báo phát cho tải

trọng SLP-D thì trường này có giá trị ‘1’ ngược lại là ‘0’

Giá trị báo phát tuần tự : trường này chỉ có khi trường Header Included

có giá trị ‘1’ Khi đầu phát thực hiện việc báo phát cho tải trọng SLP-D thì trường chỉ số tuần tự báo phát có giá trị xác định Khi đó trường giá trị báo phát tuần tự sẽ nhận giá trị ‘1’, ngược lại là ‘0’

Chỉ số báo phát tuần tự : trường này chỉ có khi trường Header Included

có giá trị ‘1’ Nếu trường Giá trị báo phát tuần tự mang giá trị ‘1’ thì trường này cũng được thiết lập lên giá trị tiếp theo so với chỉ số báo phát tuần tự của gói trước nó Nếu trường giá trị báo phát tuần tự mang giá trị ‘0’ thì trường này cũng mang giá trị ‘0’ và đầu thu sẽ bỏ qua nó

Giá trị tuần tự : trường này chỉ có khi trường Header Included có giá trị

‘1’ Khi đầu phát thực hiện việc gửùi tải trọng SLP-D thì trường chỉ số tuần tự cóù giá trị xác định Khi đó trường giá trị tuần tự sẽ nhận giá trị ‘1’, ngược lại là ‘0’

Chỉ số tuần tự : trường này chỉ có khi trường Header Included có giá trị

‘1’ Nếu trường Giá trị tuần tự mang giá trị ‘1’ thì trường này cũng được thiết lập lên giá trị tiếp theo so với chỉ số tuần tự của gói trước nó Nếu trường giá trị tuần tự mang giá trị ‘0’ thì trường này cũng mang giá trị ‘0’ và đầu thu sẽ bỏ qua nó

1.2 Lớp luồng

Mào đầu lớp luồng Tải trọng lớp luồng Gói lớp luồng

Tải trọng lớp phiên

Gói lớp ứng dụng

1.2.1 Mào đầu

Field (Trường) Độ dài (bits)

Luồng : đầu phát sẽ thiết lập cho trường này một giá trị luồng tương ứng

với giá trị gói lớp ứng dụng

1.2.2.Cấu trúc luồng

Trường Độ dài Mặc định

Luồng ứng dụng 0 16 0x0000 Luồng ứng dụng 1 16 0x0001 Luồng ứng dụng 2 16 0xFFFF Luồng ứng dụng 3 16 0xFFFF

Len : mạng truy nhập sẽ thiết lập trường này đến độ dài của thuộc tính phức trong octet

Luồng ứng dụng 0 : đầu phát sẽ thiết lập trường này đến chỉ số ứng dụng

đã được dùng cho luồng 0

Luồng ứng dụng 1 : đầu phát sẽ thiết lập trường này đến chỉ số ứng dụng

đã được dùng cho luồng 1

Luồng ứng dụng 2 : đầu phát sẽ thiết lập trường này đến chỉ số ứng dụng

đã được dùng cho luồng 2

Luồng ứng dụng 3 : đầu phát sẽ thiết lập trường này đến chỉ số ứng dụng

đã được dùng cho luồng 3

1.3 Lớp phiên

Gói lớp phiênGói lớp liên kết Gói lớp luồng

1.4 Lớp liên kết

Gói lớp liên kết Gói lớp bảo mật Gói lớp phiên

Gói lớp phiên

Gói lớp liên kết

Gói lớp liên

Gói lớp bảo mật

Gói lớp phiên

Khuôn dạng A : những gói này chứa đúng 1 gói của lớp phiên và không

có phần đệm

Khuôn dạng B : những gói này chứa 1 hoặc nhiều gói lớp phiên và có

mào đầu lớp liên kết và có phần đệm

Mô hình khuôn dạng B

Phần đệm

Gói lớp phiên

Mào đầu lớp liên kết

Gói lớp phiên

Mào đầu lớp liên kết

Đối với gói dạng A

Đầu cuối truy nhập sẽ tạo gói có dạng A, độ ưu tiên cao nhất của gói lớp phiên sẽ được ghi vào cho tải trọng lớp bảo mật

Đối với gói dạng B

Đầu cuối truy nhập sẽ tạo ra gói lớp liên kết dạng B bằng cách thêm vào mào đầu lớp liên kết, ghép nối và thêm vào phần đệm để tạo thành phần tải trọng lớp bảo mật

1.5 Lớp bảo mật

Mào đầu giao thức mã hóa Tải trọng giao thức mã hóa Phần đuôi giao thức mã hóa

Mào đầu giao thức

nhận thực Tải trọng giao thức nhận thực Phần đuôi giao thức nhận thực

Mào đầu giao thức bảo mật

Tải trọng giao thức bảo mật

Phần đuôi giao thức bảo mật Tải trọng lớp MAC

Gói lớp liên kết

1.6 Lớp MAC

Gói lớp bảo mật

Mào đầu

lớp MAC

Tải trọng lớp MAC

Mào đầu lớp MAC

Tải trọng lớp MAC

Phần đệm Phần dự

trữ

Gói lớp bảo mật

Gói lớp bảo mật

Tải trọng lớp vật lý

Tải trọng lớp MAC

Mào đầu lớp MAC

Gói bị phân mảnh của

lớp MAC Phần dự trữ Gói bị phân mảnh của lớp MAC Phần dự trữ

Gói lớp bảo mật

lớp MAC Tải trọng lớp vật lý

Gói lớp bảo mật

Hình 2.10.Mô hình gói kênh lưu lượng hướng lên và hướng xuống lớp

MAC

1.7 Lớp vật lý

Gói lớp vật lý (1024 bits)

Gói lớp vật lý (2048 bits) Gói lớp MAC Phần Gói lớp MAC FCS Phần đuôi

Gói lớp MAC

bi

Phần đuôi

6 bits

Gói lớp vật lý (4096 bits)

1002 bits

Phần đệm

22 bits

Gói lớp MAC

1002 bits

Phần đệm

22 bits

Gói lớp MAC

1002 bits

FCS

16 bits

Phần đuôi

6 bits

Cấu trúc kênh lưu lượng hướng lên tương tự như ở kênh hướng xuống

Trường Độ dài (bits)

Gói lớp MAC 234, 490, 1002, 2026 hoặc

4074 FCS 16

Gói lớp MAC : là gói lớp MAC từ kênh lưư lượng hướng xuống của giao

thức MAC

FCS (Frame check sequence) : trường kiểm tra tuần tự khung

Phần đuôi (Tail) : những bit đuôi mã hóa Trường này được thiết lập lên

Kênh truy nhập

Gói lớp vật lý

Gói lớp vật lý

Gói lớp MAC

1002 bits 16 bits FCS Phần đuôi 6 bits

2 Lý thuyết về các loại mã dùng trong hệ thống DS-CDMA đa phương tiện 2.1 Mã BCH (Bose, Chaudhuri and Hocquenghem)

2.1.1 Định nghĩa

Mã BCH là một loại mã sửa lỗi vòng ngẫu nhiên quan trọng Mã Hamming chỉ là trường hợp riêng của mã BCH (mã Hamming sửa được một lỗi, mã BCH sửa được nhiều lỗi)

2.1.2 Biểu diễn mã

Với các số nguyên dương m (m >3) và t (t < 2m-1), tồn tại một mã BCH nhị phân có các tham số sau:

• Độ dài khối bộ mã: n=2m-1

• Số bit kiểm tra: n-k ≤ mt

• Khoảng cách nhỏ nhất: dmin≥ 2t+1

2.2 Mã FEC (Forward Error Correction): mã sửa lỗi trước

2.2.1 Sơ đồ giải mã

2.2.2 Biểu diễn mã

Mã FEC có

• Số bit dữ liệu: m

• Số bit kiểm tra: n

Ví dụ: nếu có 4 bit dữ liệu (m=4), chúng ta có 5 trường hợp khác nhau để xét là:

• Không bị lỗi

• Lỗi ở bit 1

• Lỗi ở bit 2

• Lỗi ở bit 3

• Lỗi ở bit 4

Như vậy, ta cần n=3 để xử lý cho 5 trường hợp đó

2.3 Mã phép nhân chập (Convolutional Code)

2.3.1 Biểu diễn mã

Mã này phát những bit dư liên tục

Kiểm tra và sửa lỗi liên tục

Mã có dạng (n, k, K) trong đó

• Có k bit đầu vào tại một thời điểm

• Có n bit đầu ra cho mỗi k bit đầu vào

• K : hệ số yêu cầu

n bit đầu ra phụ thuộc vào k bit đầu vào hiện tại và K-1 bit ở k bit trước đó

2.3.2 Sơ đồ mã hóa của mã phép nhân chập với (n, k, K) = (2, 1, 3)

Bit đầu vào v n1 =u n−2 ⊕u n−1⊕u n

2.4.1 Thuật toán Viterbi

Mục đích: giải mã bản tin với số bit lỗi là nhỏ nhất

Bộ giải mã nhận n bit từ b trạng thái

Bước 0: bắt đầu trạng thái 0

Bước i+1: Với mỗi trạng thái S tại thời điểm i+1, tìm tất cả đường dẫn đến trạng thái S, chọn đường dẫn ngắn nhất

lỗi theo khoảng cách đó Nếu khoảng cách nhỏ nhất không duy nhất thì không thể sửa lỗi được

2.4.2 Sơ đồ Trellis

Trạng thái J BM trạng thái 2J BM (Branch Metric):nhánh

-BM S: số trạng thái

0< J < S/2 -1 -BM

trạng thái J+S/2 BM trạng thái 2J+1

2.5 Hiệu quả khi hệ thống có phát hiện và sửa lỗi (Error Detection and Correction : EDC)

Hình 2.15 Mối liên hệ giữa SNR và BER khi có và khônng có EDC

Ta thấy

• Hệ thống không có EDC có BER cao hơn

• Để tăng SNR số bit lỗi phải giảm, EDC có thể làm tăng hiệu suất và làm giảm BER

3 Hệ thống DS-CDMA đa tốc độ

3.1 Giới thiệu

Có nhiều cách để thiết kế một hệ thống DS-CDMA hỗ trợ dịch vụ đa tốc độ Một cách để thực hiện điều này là trải phổ toàn bộ tín hiệu, độc lập với tốc độ bit, đến cùng băng rộng Điều này được thực hiện bằng cách giữ cho tốc độ chip

Những người dùng phát ở tốc độ bit thấp do có độ lợi xử lý cao (xem công thức (1.4)) Điều này cho phép người dùng phát ở công suất thấp hơn

Trong mô hình này, các thiết bị đầu cuối có thể phát ở tốc độ khác nhau Chúng ta dùng kỹ thuật điều khiển công suất để tối ưu hóa tốc độ dữ liệu sao cho hiệu quả nhất cho các thiết bị đầu cuối

3.2 Mô hình hệ thống và tính toán tốc độ dữ liệu

Giả sử hệ thống có N thiết bị đầu cuối, tốc độ dữ liệu của mỗi thiết bị đầu cuối là khác nhau

Gọi R i là tốc độ của đầu cuối thứ i Để hỗ trợ dịch vụ đa tốc độ, chúng ta coi hệ số trải phổ là khác nhau cho mỗi đầu cuối, tốc độ chip của mỗi đầu cuối là như nhau Do đó tín hiệu của tất cả người dùng được trải phổ cùng băng thông W

G i là hệ số đường truyền giữa đầu cuối i và trạm gốc P i là công suất truyền Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR), Γi, như sau:

∑ ≠ +

= Γ

i

i i i

P G

P G

i

i i

i

b

R

W J

f là hàm của Eb/J0

Tốc độ thông tin của đầu cuối thứ i khi qua 1 kênh

R

W f

i i T

R

W f R R

1

Mục tiêu của chúng ta là làm cho RT lớn nhất, điều này được quyết định

Nếu η >0, chúng ta thấy rằng Q sẽ làm tăng SIR cho tất cả người dùng Trong thực tế công suất thu không thể có độ lớn không xác định được mà được chuẩn hóa ở 1 mức thích hợp nào đó Ta giả sử rằng tổng mức công suất thu chuẩn hóa là QT Giá trị của QT phụ thuộc vào số người dùng N, công suất lớn nhất cho mỗi người dùng và nhiễu thu được η

II Hệ thống DS-CDMA đa phương tiện hướng gói

1 Khái niệm về DS-CDMA đa phương tiện hướng gói

Hệ thống hỗ trợ đa dich vụ với nhiều tốc độ và nhiều chất lượng dịch vụ khác nhau đồng thời cho phép giao tiếp không đường nối đến mạng băng rộng truyền bất đồng bộ (ATM) Các gói được truyền với mã sửa lỗi trước (FEC), mã phép nhân chập cho gói thoại và mã BCH cho dữ liệu Dữ liệu còn được hỗ trợ thêm giao thức yêu cầu truyền lại tự động (ARQ)

Hệ thống hỗ trợ thoại, dữ liệu và truyền hình trong giao thức tương thích với ATM Truyền dữ liệu với tốc độ không đổi được điều khiển bởi hệ thống hàng đợi FIFO nhằm tránh đụng độ gói dữ liệu

2 Mô hình hệ thống

2.1 Cách thức truyền cho tín hiệu

DS-CDMA được dùng như giao thức truy nhập kênh vô tuyến Mỗi trạm gốc chỉ định những mã PN theo yêu cầu đến thuê bao di động trong 1 tế bào Đối với mỗi luồng lưu lượng, thời gian được chia thành các khoảng gọi là chu kì

truyền Mỗi chu kì truyền kí hiệu là T c Thông tin được sắp xếp thành nhiều gói có chiều dài cố định

Mỗi gói được truyền vào thời điểm bắt đầu của chu kì kế tiếp ở tốc độ

kênh đỉnh R c Vì DS-CDMA bị giới hạn là có can nhiễu nên các cụm trong mức can nhiễu sẽ làm giảm chất lượng truyền trong khoảng thời gian của cụm Do đó, chu kì truyền không được đồng bộ giữa những người dùng để làm giảm mức can nhiễu so với truyền đồng bộ dẫn đến tăng dung lượng hệ thống

Thông tin có độ nhạy trễ (thoại và hình ảnh) truyền với tốc độ bit không

đổi đòi hỏi BER là 10 -3 Bằng cách phối hợp điều khiển hoạt động thoại, mỗi

người dùng thoại có tốc độ bit không đổi (CBR) được chuẩn hóa như là 1 nguồn có 2 tốc độ Khi người dùng đang ở chế độ phát tiếng, hệ thống phát có tốc độ

không đổi R v và khi ở chế độ không phát tiếng, hệ thống không phát bit tin

Độ trễ giữa việc phát ra 1 bit so với việc truyền bit đó xấp xỉ 1 chu kì truyền Do đó Tc phải đủ nhỏ để đảm bảo không méo khi có trễ truyền

Tín hiệu hình có tốc độ bit thay đổi yêu cầu BER là 10 -5 Mỗi nguồn tín

hiệu hình truyền gói tin theo cách giống với nguồn thoại Nó xác định tốc độ

lớn hơn tốc độ đỉnh của 1 kênh DS-CDMA thì tin được truyền trong những kênh

song song nhau bằng cách dùng nhiều mã PN để độ trễ truyền không lớn hơn T c

Hệ thống cũng hỗ trợ luồng dữ liệu có độ nhạy lỗi có tốc độ bit thay đổi Khi người dùng có 1 bản tin cần truyền, nó gửi bản tin yêu cầu truyền đến trạm gốc Sau đó, nếu hệ thống chấp nhận thì hệ thống hàng đợi FIFO (First In First Out: vào trước ra trước) ở trạm gốc sẽ điều hành luồng lưu lượng tin

Nếu tốc độ lỗi truyền cho người dùng có độ nhạy trễ lớn hơn giá trị đích, trạm gốc sẽ kết thúc việc truyền của 1 số người dùng để giảm mức can nhiễu

Ví dụ

Giả sử hệ thống có băng thông W=3.2 MHz, hệ số truyền G=128, dùng vòng khóa pha vi phân (DBPSK) với hiệu suất băng thông 1.0bit/s/Hz, tốc độ

kênh đỉnh Rc=W/G=25 kb/s Khoảng cách giữa các lí hiệu (chu kì)

Ts=1/Rc= 40 microgiay

2.2 Chiều dài gói dữ liệu

Cách đơn giản nhất để tạo DS-CDMA hướng gói tương thích với mạng

ATM là dùng một gói vô tuyến có tải trọng không đổi là 48 byte Sau đó giải trải

phổ và giải mã FEC

Vì một kênh vô tuyến có xu hướng có lỗi cao, tải trọng nên là số nguyên lần của 48 để giảm bớt xác suất của lỗi gói Bằng cách này gói vô tuyến có thể dễ dàng được kết hợp với tế bào ATM tại điểm kết nối giữa mạng vô tuyến và hữu tuyến Điều này cung cấp một giao tiếp không cần đường nối

Trong mô hình hệ thống của chúng ta, tải trọng của mỗi gói vô tuyến được

chọn là 24 byte Như vậy 2 gói vô tuyến tạo thành 1 tế bào ATM Với chu kỳ

truyền là Tc =24 ms , người dùng ở chế độ phát thoại tạo ra 1 gói trong mỗi chu kỳ Khi FEC được dùng , P a được tăng lên đến

Rv/(Rc.r) = (32/r)%

trong đó r là tốc độ của mã Khi tốc độ đỉnh Rvdm < Rc.r thì chỉ cần 1 mã PN

Khi tốc độ đỉnh Rvdm > Rc.r thì cần [R vdm ( )R c r ] mã PN

Kí hiệu [.] có nghĩa là số nguyên gần nó nhất

Chiều dài gói tác động đến hiệu suất hệ thống Chiều dài gói không được quá lớn vì

• Đối với luồng có độ nhạy trễ một gói dài tương ứng với chù kỳ

• Đối với luồng có độ nhạy lỗi tăng chiều dài gói cũng tăng xác suất lỗi gói và do đó xác suất truyền lại làm giảm hiệu suất truyền

Mặt khác nếu gói ngắn thì phần mào đầu lại dài

Lựa chọn chiều dài gói phụ thuộc vào đặc tính của kênh thông tin đòi hỏi truyền chính xác, độ trễ truyền, mã hóa và điều chế cho hợp lý

2.3 Tính toán BER cho hệ thống

Phương pháp đơn giản nhất của việc thỏa mãn các yêu cầu về BER là điều chỉnh mức công suất phát Tăng công suất phát của người dùng sẽ làm tăng công suất tín hiệu thu dẫn đến tỷ số tín hiệu trên nhiều SIR tăng

SIR có thể được điều chỉnh trực tiếp tương ứng với BER , SIR càng cao thì tốc độ bit càng thấp Do đó những người dùng có tốc độ nhạy trễ có yêu cầu về BER nghiêm ngặt có thể được giải quyết bằng cách tăng công suất phát của họ Kết quả là gia tăng can nhiễu bởi những người dùng khác trong mạng vô tuyến Điều này làm tăng BER cho tất cả người dùng khác hoặc làm giảm dung lượng hệ thống Hơn nữa mã hóa kênh FEC có thể được dùng để cải thiện chất lượng truyền

So với người dùng thoại và tín hiệu hình, người dùng dữ liệu không có độ nhạy với trễ thông thường đòi hỏi BER thấp hơn nhiều (10-6) Điều này không thể đơn giản đat được bằng cách tăng công suất phát của họ

Thực tế để đạt được chất lượng âm thanh của kết nối vô tuyến đòi hỏi tăng công suất phát nhưng lại làm giảm dung lượng hệ thống

Truyền dữ liệu khác với truyền thoại và truyền hình là không yêu cầu thời gian thực Một sự lựa chọn là sử dụng giao thức có cả FEC và ARQ Điều này làm giảm BER nhưng cũng làm giảm lưu lượng vì có thêm 1 số bit phụ và bit hỗ trợ việc gói bị truyền lại

Một gói được thu có nhiều lỗi hơn những lỗi được sửa bởi FEC thì coi như gói bị lỗi Bất cứ gói nào có lỗi có thể được truyền lại sau 1 khoảng thời gian để bảo đảm BER Giao thức ARQ định nghĩa phương pháp nhận dạng gói lỗi và điều khiển truyền lại

Mã FEC có thể làm giảm SIR khi BER đích thấp, điều này giúp tăng dung lượng hệ thống và hiệu suất băng thông lên đáng kể Mã hóa thì cần thiết nếu việc tăng dung lượng có nhiều ảnh hưởng đến việc thêm các bit mã hóa dư cho mỗi gói

Một mã BCH (n,k) được dùng cho truyền dữ liệu và hình, nó có thể sửa t

lỗi hoặc phát hiện d m -1 lỗi trong mỗi gói thu được, trong đó d m ≥ 2t + 1

Giả sử dm = 2t + 1 (mã Reed-Solomon: là lớp con của mã BCH không nhị

phân) thì mã này có thể đồng thời sửa được t c lỗi và phát hiện t d lỗi (td > tc), ở đây

tc + td < dm

Có 3 điều cho mỗi gói thu

• Nếu gói có t c hoặc ít hơn t c lỗi thì những lỗi này sẽ được sửa và gói

sẽ được thu thành công không lỗi sau khi giải mã

• Nếu gói có lỗi trong khoảng t c + 1 đến t d thì tất cả những lỗi bị phát

hiện không thể được sửa Đối với truyền dữ liệu có ARQ thì yêu cầu truyền lại sẽ được phát

• Nếu gói thu có nhiều hơn t d lỗi thì các lỗi không thể được phát hiện

Trong trường hợp này, gói có thể được giải mã không đúng như các từ mã khác hoặc không được giải mã

Khoảng cách Haming tối thiểu giữa bất cứ 2 từ mã nào của mã BCH là d m

Nếu từ mã thu được giải mã không đúng, nó được giải mã đến từ mã gần nhất

trong khoảng Haming, ở đây có kdm/n bit thông tin sẽ bị lỗi

Để tính toán BER mà không có ARQ, chúng ta giả sử rằng gói dữ liệu có

lớn hơn tc lỗi sẽ bị loại bỏ và tất cả các bit đều có lỗi Tuy nhiên giả sử này hợp lý

đối với lưu lượng có độ nhạy lỗi Đối với lưu lượng hình, thông tin có thề được giữ

lại trong hệ thống truyền hình chịu lỗi

Tìm BER cho truyền tin làm giảm việc tìm xác suất có hơn tc lỗi trong 1

gói Do đó đối với lưu lượng có độ nhạy trễ không có chế độ truyền lại xác suất

BER cho 1 mã có chiều dài n trong trường hợp tệ nhất là

e i e n

t i

P P

i n

c

− +

=

1 và γc là SIR trung bình được thu trên 1 nhánh phân tập Giá trị trung bình thu SIR trên bit là γb =L.γc

Đối với lưu lượng có độ nhạy lỗi có truyền lại, BER cần được điều chỉnh

cho phù hợp Xác suất nhận thành công 1 gói là

e i e t

i

P P

Prt = [ ] [ ]n i (2.9)

e i e t

t i

P P

Pd = 1 – Ps - Prt (2.10)

Ở đây mỗi gói dữ liệu được nhận thành công hoặc được truyền lại hoặc được nhận với lỗi không được phát hiện Với giả thiết như vậy thì đối với đa số các gói được nhận thành công và những gói có lỗi không phát hiện được ( trong trường hợp xấu nhất tất cả các bit đều có lỗi ) thì BER Pb2 xấp xỉ bằng Pd

Một mã có tốc độ thấp hơn có thề làm giảm yều cầu về SIR nhưng tốn nhiều bit mã hóa và hệ số truyền thấp hơn Việc chọn các mã (không phải mã tốc độ thấp) là

• Đối với lưu lượng truyền hình đòi hỏi BER là 10-5 , L= 4

• Đối với lưu lượng dữ liệu đều BER thấp 10-6 cần ARQ Mã tốc độ cao sẽ sửa 1 vài lỗi và sau đó ARQ được dùng để loại bỏ hầu hết các lỗi khác Nếu không được truyền lại thì mã tốc độ thấp hơn sẽ được dùng Trong trường hợp này phát hiện lỗi không được dùng nên ta chọn tc= t =4

Để so sánh BER khi có hoặc không có mã hóa chúng ta cần xem xét năng lượng cần truyền khi mã hóa Đối với băng thông cố định, truyền khi có mã hóa đòi hỏi năng lượng bằng 1/r lần so với khi truyền không có mã hóa vì tín hiệu không có mã hóa có hệ số trải phổ bằng 1/r lần so với tín hiệu có mã hóa

Hơn nữa SIR cho tín hiệu có mã hóa bằng 1/r lần so với tín hiệu không có mã hóa vì tín hiệu có mã hóa truyền 1/r bit mã hóa cho mỗi bit tin

Đối với hệ thống đa phương tiện, khả năng truyền dữ liệu với tốc độ thấp, mã BCH giúp giảm SIR do đó giảm được công suất truyền và tăng dung lượng hệ thống còn đối với dữ liệu và tín hiệu hình BCH giúp điều chỉnh độ phức tạp cho hệ thống

Hình 2.16 BER (không có ARQ) có mã hóa BCH với bậc phân tập Lth