CHƯƠNG III: KIẾN TRÚC PHÂN TẦNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO CDMA pps

Dãy PN pilot I và Q của kênh đồng bộ sử dụng cùng dịch chuyển dãy PN pilot nh kênh pilot đối với một trạm gốc đã cho.• Kênh đồng bộ đợc chia thành các siêu khung, mỗi siêu khung đợc chia

Chơng iii:

kiến trúc phân tầng của hệ thống thông tin di

động tế bào cdma 3.1 Cấu trúc chung - So sánh với mô hình mạng OSI

Cũng nh các hệ thống thông tin khác, hệ thống CDMA cũng có thể phân tích theo mô hình OSI Nhng có khác là hệ thống CDMA chỉ bao gồm 3 lớp: Lớp vật lý, lớp tuyến (lớp liên kết dữ liệu), và lớp mạng(lớp xử

lý điều khiển) Việc phân lớp này cho phép CDMA thực hiện điều chỉnh tính trực giao chức năng liên kết và truy nhập rõ ràng Hệ thống đợc lắp

đặt dễ dàng Các kiểu lỗi phần mềm đợc giảm đi

đối phơng yêu cầu

- Lớp mạng:

Nhận thông tin từ các host biến đổi chúng thành các gói, chọn đờng, chuyển tiếp thông tin, điều khiển ứ tuyến cho các gói, đảm trách xử lý cuộc gọi, kiểm soát luồng dữ liệu và cắt/hợp nếu cần

MạngTuyếnVật lý Vật lý Vật lý Vật lý

TuyếnMạng

3.2 Lớp vật lý

Thiết lập kênh:

Không giống nh trong hệ thống TDMA, mỗi tần số đợc chia thành 8 khe thời gian nh vậy là có 8 kênh đợc thiết lập Trong hệ thống CDMA, thông qua mã hàm Walsh (ma trận Hadmard) có thể chia thành 64 kênh trong một dải thông tần

Hàm Walsh là những ma trận vuông đặc biệt đợc gọi là ma trận Hadmard Ma trận này gồm có : cột đầu tiên toàn số 0, các cột sau đó có

số số 0 và số số 1 là bằng nhau Hàm Walsh có thể đợc mô tả bằng các khối có độ dài N = 2i , trong đó i là các số tự nhiên.

Tiêu chuẩn IS-95 CDMA sử dụng hàm Walsh để tạo thành một tập hợp gồm 64 hàm trực giao ( còn gọi là mã hàm Walsh, đợc đánh số từ 0 đến

63 ) 6 ký hiệu mã C0, C1, C2, C3, C4, C5 làm thành 26 = 64 từ, mỗi từ đợc gán vào một ký hiệu Walsh Các ký hiệu Walsh này làm thành 64 hàm trực giao

Ma trận 64ì64 (64 mã Walsh, mỗi mã 64 chip) đợc tạo ra bằng cách sử dụng thuật toán đệ quy nh sau:

1 0 1 0

1 1 0 0

26H64 =

Trong đó H N là ma trận đảo của HN

Một ký hiệu Walsh (một mã nhận dạng Walsh) là một hàng của ma trận H64 nói trên

Thời hạn một ký hiệu Walsh là s 208 , 33 às

208 =

Tại kênh hớng đi, mã hàm Walsh đợc sử dụng để tách dời tín hiệu đa truy nhập giữa những ngời sử dụng trong cùng một ô Tại kênh hớng về, tất cả các mã hàm Walsh đợc đồng bộ trong cùng một ô và tơng quan lẫn nhau Theo bốn bớc sau:

1 Dữ liệu đầu vào ( ví dụ tín hiệu thoại số) đợc ghép với một mã hàm Walsh trực giao

2 Dữ liệu đợc trải phổ bằng mã PN dẫn đờng và đợc phát trên một sóng mang

3 Tại đầu thu, sau khi tách sóng mang, tín hiệu đợc nhân với mã PN đồng bộ

4 Sau đó tín hiệu gốc đợc thu về bằng cách đồng bộ với mã hàm Walsh

Kênh hớng xuống bao gồm 64 kênh: 1 kênh dẫn đờng (pilot), 1 kênh

đồng bộ, một số kênh lu lợng (max=55) và một số kênh nhắn tin (max=7)

đợc chỉ ra nh hình vẽ 3.3

Hình 3.3 Kênh CDMA hớng xuống phát đi ở trạm gốc

Trong sơ đồ cấu trúc kênh CDMA có 64 kênh dùng chung đồng thời giải tần số 1,23 MHz, các kênh đó đợc phân biệt với nhau bởi mã nhận dạng Walsh Mỗi mã 64 chip trực giao nhau đẻ cung cấp bộ nhận dạng

đặc chng duy nhất cho mỗi kênh hớng xuống và cung cấp ký hiệu điều chế cho đờng truyền hớng lên

Các kênh dẫn đờng và kênh đồng bộ phục vụ sự khởi tạo của MS ở trạng thái chờ, MS cần đến các kênh nhắn tin phục vụ việc truy cập vào mạng để thiết lập cuộc gọi Trạm gốc dùng sự lệch thời gian (time ofset) của kênh dẫn đờng để làm căn cứ cho MS nhận dạng kênh hớng xuống (có 512 lệch thời gian khác nhau) Mỗi trạm gốc có một giá trị lệch thời gian Lệch thời gian đợc dùng trong quá trình chuyển giao

Cứ mỗi khi MS bật nguồn, thì hệ kênh đồng bộ cung cấp cho MS các tin tức định thời và tin tức về cấu hình hệ thống Kênh đồng bộ cũng dùng một mã trải phổ PN với cùng lệch thời gian nh kênh dẫn đờng và khung kênh đồng bộ (1200bit/s) có độ dài bằng chuỗi PN đợc dùng Trên kênh

đồng bộ còn có tin tức về tốc độ kênh nhắn tin và lệch thời gian của chuỗi

PN dẫn đờng Trạm gốc dùng kênh nhắn tin để gửi tin tức mào đầu và tin tức nhận dạng thuê bao Một khi MS đã có đợc tin tức từ kênh đồng bộ,

Kênh hướng xuống 1,23 MHz

Kênh nhắn tin 7

Kênh lưu lượng 1

Kênh lưu lượng N

Kênh lưu lượng 55

Điều khiển công suất MS Dữ liệu

63

W i : Mã hàm Walsh với i =0ữ 63

thì MS điều chỉnh định thời của nó và bắt đầu theo dõi kênh nhắn tin (9600 hoặc 4800 bit/s).

Kênh lu lợng hớng xuống đợc dùng để truyền lu lợng thuê bao hoặc báo hiệu phục vụ một cuộc gọi Kênh lu lợng bao gồm một phân kênh mang tin tức điều khiển công suất một cách liên tục (nh một phần của hệ thống vòng kín điều khiển công suất) Kênh lu lợng có các tốc độ truyền dẫn 9600, 4800 hay 1200bit/s tuỳ thuộc sự lựa chọn cho từng khung, mặc

dù tốc độ điều chế ký hiệu giữ nguyên không đổi

Chức năng cấu trúc các kênh:–

a Kênh đồng bộ.

Kênh đồng bộ là kênh hớng đi, sử dụng mã Wash 32 (W32), nó phục

vụ cho việc truyền bản tin đồng bộ tới hệ thống Kênh đồng bộ hoạt động

ở tốc độ cố định là 1200 bit/s Sau khi máy di động đã liên lạc đợc với hệ thống, kênh đồng bộ không cần sử dụng cho tới khi nguồn đợc bật lại

Độ dài của khung kênh đồng bộ giống nh độ dài của khung PN dẫn ờng và khung đợc xắp xếp thời gian với trình tự PN dẫn đờng để truyền dẫn Vì trình tự PN dẫn đờng của mỗi trạm gốc có khoảng thời gian khác nhau nên khung đồng bộ của mọi trạm gốc là khác nhau Máy di động có thể nhận kênh đồng bộ thông qua sự xắp xếp khung một cách dễ dàng

đ-Kênh đồng bộ chuyển chỉ một bản tin và máy di động nhận các tham số

hệ thống qua bản tin này Các tham số quan trọng nhất là định thời, trình

tự PN dẫn đờng của trạm gốc liên quan tới giờ hệ thống và tốc độ số liệu kênh nhắn tin

2,4KB/s

Ký hiệu điều chế 4,8KB/s Ký hiệu điều chế

4,8KB/s

Hàm Wash W32 Tới điều

chế 1,228 Mc/s

Hình 3.4 Cấu trúc kênh đồng bộ

456 Chip PN/Ký hiệu điều chế

Điều chế kênh đồng bộ:

• Mã hoá xoắn: kênh đồng bộ đợc thực hiện mã hoá xoắn với các tham

số (n, k, m) = (2, 1, 8) với tốc độ mã hoá xoắn là R = k/n = 1/2 bit trên một ký hiệu mã và độ dài cỡng bức của từ mã là k = 9 và số trạng thái của

bộ mã hoá là m = k - 1 = 8 Bộ tạo dãy của bộ mã hoá là g1 = 753 octal =

11101011, g2 = 561 octal = 101110001 Hay đa thức sinh của bộ mã có thể viết:

g1(x) = x8 + x7 + x5 + x3 + x2 + x + 1

g2(x) = x8 + x4 + x3 + x2 + 1

• Lặp mã: Do tốc độ dữ liệu trên các kênh CDMA tuyến xuống và

tuyến lên thờng là 4800 sps hoặc 9600sps Và nếu tốc độ dữ liệu đang đợc truyền dẫn thấp hơn các tốc độ đó thì cần đợc lặp lại n lần, tức là mỗi ký hiệu mã đầu ra đợc xuất hiện thêm n-1 lần liên tiếp nhằm đạt tốc độ đầu

ra 4800sps hoặc 9600sps

• Chèn khối: Kênh đồng bộ sử dụng chèn khối theo nhịp có chu kỳ

26.666 ms (128/4800) Tơng đơng với 128 ký hiệu điều chế ở tốc độ 4.8 Ksps Mục đích của việc chèn khối là đảm bảo không có một ký hiệu liên tiếp nào đợc truyền đi lân cận nhau Điều này làm ngẫu nhiên hoá vị trí xuất hiện lỗi, giảm lỗi Thực nghiệm cho thấy rằng hệ thống sẽ hoạt động tốt hơn đối với lỗi dữ liệu hơn là với lỗi khối, nên việc chèn khối nhằm mục đích này

• Trải phổ trực giao : Tín hiệu của kênh đồng bộ đợc thực hiện trải phổ

trực giao với hàm mã Walsh có tốc độ chip cố định là 1.2288 Mcps

• Điều chế vuông pha QPSK : Sau khi thực hiện trải phổ trực giao tín

hiệu kênh đồng bộ lại đợc thực hiện điều chế pha vuông góc có sử dụng

bộ tạo mã PN 15 trạng thái với chiều dài 215 = 32768 chip và chu kỳ là

32768/128800 = 26.66 ms Dãy PN pilot I và Q của kênh đồng bộ sử dụng cùng dịch chuyển dãy PN pilot nh kênh pilot đối với một trạm gốc đã cho.

• Kênh đồng bộ đợc chia thành các siêu khung, mỗi siêu khung đợc chia thành 3 khung có độ dài là 26.66 ms Bit đầu tiên của khung là bit khởi

đầu bản tin SOM (Start Of Message) và còn lại là thân bản tin

Khi sử dụng chuỗi PN dịch chuyển zero, các siêu khung kênh đồng bộ bắt đầu tại thời điểm chẵn của giây, với thời gian đợc lấy chuẩn theo thời gian truyền dẫn của trạm gốc Khi sử dụng chuỗi PN pilot mà không phải chuỗi dịch chuyển zero thì siêu khung kênh đồng bộ sẽ bắt đầu tại các thời điểm chẵn của giây cộng với giá trị dịch chuyển PN pilot về thời gian

Phần chứa các bản tin kênh đồng bộ (thân bản tin) bao gồm bản tin kênh đồng bộ và phần d (Padding) Phần bản tin kênh đồng bộ bao gồm: Phần độ dài bản tin 8 bit, phần thân bản tin 2-1146 bit và phần chống lỗi CRC 30 bit Chiều dài cả bản tin kênh đồng bộ và phần d là số nguyên lần

93 bit Các bit d có giá trị là 0

b Kênh dẫn đ ờng ( Pilot Channel)

Kênh dẫn đờng là kênh đầu tiên trong cấu trúc của kênh CDMA hớng

Thông tin kênh đồng bộ Đệm

8 bit độ dài thông tin

30 bit CRC

93xN(bit)

S O M

Khung

đồng bộ

S O M

Khung

đồng bộ

S O M

nhất quán ở MS Trong hệ thống có phân sector thì mỗi sector truyền đi một tín hiệu dẫn đờng Sự biến đổi mức công suất của tín hiệu dẫn đờng

đợc sử dụng để điều khiển công suất trong hệ thống, mặt khác cũng có thể

điều khiển việc tăng giảm công suất phát, điều khiển nới rộng hay co hẹp vùng phủ sóng

Sự phân biệt các tín hiệu dẫn đờng giữa các sector trong ô cũng tuân theo nguyên tắc độ dịch thời gian Sự dịch chuyển thời gian có thể đợc sử dụng lại trong hệ thống CDMA Các kênh pilot khác nhau đợc xác định nhờ chỉ số dịch chuyển (0-511) Kênh dẫn đờng đợc trạm gốc truyền tại tất cả các thời điểm trên mỗi kênh CDMA hớng đi tích cực Trạm di động nằm bên trong vùng phủ sóng của trạm gốc sử dụng kênh dẫn đờng để

đồng bộ với hệ thống Kênh dẫn đờng là kênh tham chiếu, nó cho phép trạm di động thu nhận định thời của kênh CDMA hớng đi và vì vậy nó cung cấp tham chiếu pha cho viêc giải điều chế kết hợp Trong khi xử lí kênh dẫn đờng và kênh đồng bộ trạm di động thu nhận và đồng bộ tới hệ thống CDMA khi nó ở trạng thái khơỉ đầu

Trong hệ thống điện thoại tế bào CDMA mối tế bào phát đi một tín hiệu sóng mang dẫn đờng tại một tần số liên kết Sóng mang dẫn đờng đ-

ợc trạm di động sử dụng để đồng bộ tới hệ thống và cung cấp tham chiếu tần số và pha Các tín hiệu này đợc trạm di động giám sát liện tục

Hệ thống CDMA sử dụng khoảng dịch chuyển thời gian (Time offset) của chuỗi PN-pilot để xác định kênh CDMA chiều đi Sự dịch chuyển thời gian có thể đợc sử dụng lại trong hệ thống thông tin CDMA Các kênh pilot khác nhau đợc xác định nhờ chỉ số dịch chuyển (từ 0 đến 511) Chỉ

số dịch chuyển chỉ ra giá trị dịch chuyển so với chuỗi PN có độ dịch chuyển là 0 (dịch chuyển zero) Chuỗi PN dịch chuyển zero là chuỗi có

điểm bắt đầu là điểm chẵn của giây

Điểm bắt đầu của chuỗi PN kênh pilot dịch chuyển zero cho các chuỗi I

và Q đợc định nghĩa là chuỗi có trạng thái đầu ra là 15 giá trị liên tiếp là các bít 0 Dịch chuyển PN kênh pilot có thể có 512 giá trị

Điều chế kênh dẫn đ ờng:

Kênh dẫn đờng trên kênh CDMA hớng đi bao gồm các bit 0 đợc trải phổ trực giao với hàm Wo có tốc độ cố định là 1.2288 Mcps Hàm Wo có

Các bit kênh dẫn

đường (000 0) …

Σ

PN kênh I 1.2288Mcps

Máy di động đồng bộ đồng hồ của nó với đồng hồ hệ thống thông qua

sử dụng bản tin kênh đồng bộ và sau đó tìm ra 1 kênh nhắn tin Kênh nhắn tin truyền thông báo từ BS tới MS các thông tin ban đầu của hệ thống và các thông tin khác khi MS bắt đầu truy nhập hệ thống

Tốc độ số liệu của kênh nhắn tin là 4800 hoặc 9600 kbps Số lợng tối

đa là7 kênh nhắn tin Kênh nhắn tin có tốc độ 9600 kbps có thể thực hiện

180 cuộc gọi nhắn tin hội nghị trong một giây Điều đó có thể bởi vì nó có dung lợng rất lớn Các kênh nhắn tin khả dụng có thể đợc lựa chọn một cách ngẫu nhiên để sử dụng và trạm gốc có thể phân bố các kênh xác định cho máy di động

Kênh nhắn tin chuyển thông tin từ trạm gốc tới máy di động Các bản tin quan trọng gồm 1 đầu (overhead), lệnh, và sự phân bố kênh Hệ thống

tế bào có thể đợc cấu hình khác nhau tuỳ thuộc các yêu cầu của các môi trờng khác nhau Thông tin thiết lập hệ thống đợc chuyển đi thông qua 4 bản tin overhead Sau các bản tin overhead có các bản tin tham số hệ thống, các bản tin tham số truy nhập, các bản tin liệt kê tổng đài lân cận

và các bản tin liệt kê kênh CDMA

- Các bản tin tham số hệ thống xắp xếp các tham số đợc sử dụng cho thiết lập kênh nhắn tin, các tham số đăng ký, tìm kiếm tín hiệu dẫn đờng

- Các bản tin tham số truy nhập gồm thông tin trên kênh truy nhập và thiết lập tham số điều khiển Một số tham số điều khiển cung cấp hồi tiếp tới máy di động để điều khiển tốc độ phát của máy di động để ổn định các kênh truy nhập

- Các bản tin liệt kê tổng đài lân cận có thông tin về trạm gốc lân cận liên quan tới chuyển vùng bao gồm ở đây là các khoảng thời gian của các mã

PN dẫn đờng và thông tin cấu hình của trạm gốc lân cận

Các bản tin liệt kê kênh CDMA có thông tin về phân bố tần số CDMA bao gồm các kênh nhắn tin và máy di động có thể tìm ra các kênh nhắn tin cần thiết thông qua sử dụng bản tin này

Bản tin nhắn tin có các tín hiệu nhắn tin của nhiều hơn 1 máy di động Sau khi các tín hiệu của máy di động nhắn tin tới trạm gốc và trạm gốc nhận đợc các tín hiệu này thì trạm gốc sẽ phát đi các tín hiệu nhắn tin Các lệnh đề cập tới các kiểu bản tin khác nhau đợc sử dụng để điều khiển các máy di động nhất định Chúng đợc sử dụng cho các kiểu mục đích khác nhau (xác nhận đăng ký, tắt công suất phát của máy di động không hợp lệ)

Các bản tin phân bố kênh đợc sử dụng để phẩn bố các kênh nhắn tin các trạm gốc tới các máy di động và đợc sử dụng để thay đổi các kênh nhắn tin Ngoài ra chúng đợc sử dụng để cho phép máy di động sử dụng

sử dụng các lệnh của các khe kênh nhắn tin Kết quả máy di động có thể tiết kiệm ắc quy 1 cách hợp lý

Điều chế kênh nhắn tin

Mỗi kênh nhắn tin đợc cấu trúc theo các khung 20ms Cứ 4 khung 20ms lập thành một khe 80ms và số khe cực đại của một chu kỳ kênh nhắn tin là 2048 khe (0-2047) (chiếm 163,48s) Vợt quá 2048 khe sẽ bắt

đầu một chu kỳ mới Số khe cực tiểu một chu kỳ kênh nhắn tin là 16 15) Một chu kỳ nh vậy chiếm 16x80/1000=1,28s

(0-Các giai đoạn mã hoá, lặp ký hiệu, chèn khối giống hệt nh đã nêu với kênh đồng bộ Sự khác biệt ở đây làdữ iệu sau khi chèn khối đợc chộn để

19.2Kb/s 19,2KB/s

Hàm Wash (W1-W7)

Bộ tạo

Mặt nạ mã kênh nhắn tin

1,228 Mc/s

19.2Kb/s

Tới điều chế 1,228 Mc/s

loại trừ khả năng xuất hiện của các bit 0 hoặc 1 liên tiếp Việc chộn này thực hiện bởi các mạch EX-OR thự hiện cộng ký hiệu đầu ra bộ chèn khối với mã nhị phân đầu ra bộ chia.

Bộ tạo mã dài là một thanh ghi hồi tiếp tuyến tính 42 trạng thái Có chu

kỳ 242-1 chip theo đa thức sinh sau:

P(x) = 1+x+x2+x3+x5+x6+x7+x10+x16+x17+x19+x21+x22+x25+x26+x27+

+x31+x33+x35+x42

Mặt nạ mã cho kênh nhắn tin là một dãy nhị phân 42 bit dùng để tạo ra

sự nhận dạng duy nhất cho mã dài ứng với mỗi kênh nhắn tin

Mỗi chíp mã dài đợc phát ra bằng cách cộng modul2 của tất cả các tích mặt nạ mã 42 bít với vecs tơ trạng thái 42 bit của thanh ghi dịch có giá trị là:

Kênh l u l ợng tuyến xuống(traffic channel)

Kênh lu lợng tuyến xuống đợc sử dụng cho BS truyền đi các lu lợng dữ liệu, cụ thể là: thoại, dữ liệu và các bít điều khiển công suất, các dữ liệu báo hiệu Hệ thống CDMA ghép thoại, dữ liệu và báo hiệu trớc khi mã hoá xoắn

1100011001101 00000 PCN 000000000000 PILOT PN

Tốc độ kênh lu lợng tuyến xuống có thể là 1200, 2400, 4800, 9600 bps Mỗi khung kênh lu lợng là 20 ms Mặc dù tốc độ dữ liệu có thể biến đổi nhng tốc độ ký hiệu điều chế đợc giữ không đổi là: 19200 ký hiệu/s Với mỗi BS xác định thì độ dịch thời gian chuẩn của các dãy mã PN của kênh

lu lợng giống hệt nh ở kênh đồng bộ, nhắn tin và kênh dẫn đờng

Cấu trúc kênh lu lợng chiều theo tốc độ truyền dẫn có thể mô tả nh sau:

Tại tốc độ này bao gồm 96bit (20ms) đợc bố trí nh sau:

Độ dài khung (96bit)=172 bit thông tin +8bit CRC+8bit đệm

Tại tốc độ số liệu 2400bps:

Kênh lu lợng hớng đi tại tốc độ này cố 48 bit (20ms) đợc bố trí nh sau:

Độ dài khung (48bit) = 40 bit thông tin + 8bit đệm

Tốc độ số liệu 1200bps:

Kênh lu lợng hớng đi tại tốc độ này có 24 bit (20ms) đợc bố trí nh sau:

Độ dài khung (24 bit) = 16 bit thông tin + 8 bit đệm

Việc trộn dữ liệu cũng đợc thực hiện bởi bộ cộng modul2 Một kênh phụ điều khiển công suất tốc độ 800 bps đợc truyền liên tục trên kênh lu lợng

172 bit 12 bit 8bit

80 bit 8 bit 8bit

40 bit 8bit

40 bit 8bit

Điều chế kênh l u l ợng

Việc trộn dữ liệu đợc thực hiện bởi bộ cộng module2 Một kênh phụ

điều khiển công suất tốc độ 800bps đợc truyền trên kênh lu lợng

Các thông số điều chế kênh lu lợng tuyến xuống nh sau:

Các thông số Tốc độ dữ liệu

9600 4800 2400 1200 Tốc độ chíp

1,2288 1/2 2 19200 64 256

1,2288 1/2 4 19200 64 512

1,2288 1/2 8 19200 64 1024

Mcps Bit/Ký hiệu mã

Ký hiệu điều chế /Ký hiệu mã

Sps

Chip PN/Ký hiệu

điều chế Chip PN/Bit

Quá trình sử lý tín hiệu giống nh kênh nhắn tin Chỉ khác mặt nạ mã kênh lu lợng

Mặt nạ mã kênh lu lợng 42 bit tạo ra nhận dạng duy nhất cho mã dài ứng với mỗi kênh lu lợng khác nhau

19.2Kb/s 19,2KB/s

Bộ tạo

Mặt nạ mã dài

1,228 Mc/s

19.2 Kb/s

Hàm Wash W1-W7 Tới điều chế 1,228 Mc/s

Bộ chia 2

MUX

Bit điều khiển công xuất

(800bps)

800Hz

Kênh phụ điều khiển công suất:

Đợc dùng để điều khiển công suất tuyến lên Kênh này có tốc độ 800bps, tức là cứ 1,25 ms (1/800), thì BS phát đi một bít điều khiển công suất Bít 0 là yêu cầu MS tăng công suất lên 1dB Và bit 1 là yêu cầu MS giảm công suất 1 dB

Trạm di động chỉ điều chỉnh mức công suất của nó khi đợc trả lời từ các bit điều khiển công suất thu đợc trên kênh lu lợng đi Bit điều khiển công suất đợc xem là có tác dụng nếu nó thu đợc trong khoảng thời gian 1,25 ms, tức là khoảng thời gian thứ 2 sau khoảng thời gian mà trạm di

động phát đi yêu cầu điều khiển công suất ( Điều nà là do thời gian BS nhận và sử lý thông tin mất gần 1,25 ms) Ví dụ nếu tín hiệu thu đợc trên kênh lu lợng hớng về ở nhóm điều khiển công suất số 5, sau đó các bit

điều khiển công suất trả lời đợc truyền trên kênh lu lợng hớng đi ở nhóm

điều khiển công suất số 7 (= 5 + 2)

1100011000 Số thứ tự điện tử (ESN) được thay đổi vị trí

Kênh lu lợng hớng về có 16 nhóm điều khiển công suất theo chu kỳ 1.25 ms Tuỳ theo tốc độ số liệu khác nhau mà các nhóm điều khiển công suất này đợc phát khác nhau (ở tốc độ 9.6 Kbps thì cả 16 nhóm đợc phát,

ở tốc độ 4.8 Kbps thì 8 nhóm đợc phát, ở tốc độ 2.4 Kbps thì 4 nhóm đợc phát, ở tốc độ 1.2 Kbps thì 2 nhóm đợc phát) Tại trạm gốc bộ phận kênh hớng về sẽ dự đoán mức công suất mạnh yếu của tín hiệu nhận đợc bằng cách đo tỷ số Eb/No trong mỗi nhóm điều khiển công suất (1.25 ms) Nếu tín hiệu vợt quá mức ngỡng thì bit điều khiển công suất 1 đợc phát đi (thông báo cần giảm công suất phát), ngợc lại nếu tín hiệu thấp hơn ngỡng dới của mức công suất phát thì bit 0 sẽ đợc gửi đi (thông báo cần phải tăng mức công suất phát) trên kênh lu lợng hớng đi ở kênh phụ điều khiển công suất

Các bít điều khiển công suất đợc chèn vào chuỗi dữ liệu kênh lu lợng ớng đi sau khi thực hiện trộn dữ liệu

h-• Ta xét cụ thể một kênh lu lợng tuyến xuống tốc độ 4,8kbps

Một khung (20ms) bao gồm 96 bit Khung này đợc chia thành 16 nhóm, mỗi nhóm (1,25ms) chứa 6bit (24 ký hiệu điều chế) Các nhóm này đợc đánh số từ 0 tới 15 và đợc gọi là nhóm điều khiển công suất (PCG) Giả sử BS nhận đợc thông tin ớc tính cờng độ tín hiệu thu do MS truyền tới trong PCG thứ i của kênh lu lợng tuyến lên Khi đó BS căn cứ vào thông tin này quyết định gửi đi bit điều khiển công suất (0 hoặc1) trong PGC thứ i+2 trên kênh lu lợng tuyến xuống Các bit điều khiển công suất này đợc chèn vào dòng dữ liệu kênh lu lợng tuyến xuống Độ dài một bit điều khiển công suất đúng bằng 2 ký hiệu điều chế của kênh lu lợng tuyến xuống (1/19,2kbps * 2 =104,166às)

Bit điều khiển công suất có năng lợng là Eb , Trong khi đó năng lợng một ký hiệu sau bộ chèn khối phụ thuộc vào tốc độ truyền dẫn nh sau: ES=

Eb/x giá trị hệ số x phụ thuộc tốc độ truyền dẫn:

Nh vậy Max(ES) = Eb/2 Do đó sau khi cộng dữ liệu đã đợc trộn với bít

điều khiển công suất thì hai ký hiệu ở vị trí bít điều khiển công suất sẽ

đ-ợc thay thế bởi hai ký hiệu điều chế là 11 hoặc 00 tuỳ thuộc bit điều khiển công suất là 0 hay 1

Trong một PGC (24 ký hiệu điều chế), cho phép 16 vị trí đầu tiên có thể bố trí bit điều khiển công suất, còn lại thì không cho phép có mặt bit

điều khiển công suất Vị trí 4 bit có trọng số lớn nhất trong 24 ký hiệu / một nhóm 1,25ms của mã dài (sau bộ chia thứ nhất )dùng để chỉ ra vị trí bít điều khiển công suất của khung liền sau nó ( 4bit cuối có vị trí từ 20

đến 23) Việc lấy ra 4 ký hiệu trong 24 ký hiệu của nhóm đợc thực hiện bởi bộ chia thứ 2 Ngoài ra các bit đầu ra bộ chia thứ hai gọi là các bít

định thời cho MUX, tốc độ định thời là 1/1,25ms = 800 Hz

3.2.2 Các kênh CDMA tuyến lên (Reverse channel)

Kênh CDMA hớng về đợc MS sử dụng khi thông tin với trạm gốc trong khi đang cùng sử dụng một băng tần chung với các MS khác, và đợc ấn

định sử dụng trải phổ trực tiếp trớc khi truyền đi Kênh CDMA hớng về là liên kết hớng về (Reverse Link) từ trạm di động tới trạm gốc Số liệu đợc truyền trên kênh CDMA hớng về đợc chia thành các khung có độ dài 20ms Kênh CDMA hớng về gồm có các kênh truy nhập hớng về và kênh

lu lợng hớng về Tất các dữ liệu đợc truyền trên kênh CDMA hớng về đợc mã hoá xoắn để thực hiện chống lỗi ngẫu nhiên, chèn để bảo vệ chống lại lỗi cụm, đợc điều chế bằng mã Walsh 64-ary bao gồm một trong 64 chip dài, và đợc trải phổ dãy trực tiếp bởi mã dài với chu kỳ 242-1 chip trớc khi

đợc truyền đi

…20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 ……… 23

…0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 ……

01111 = 14 = vị trí bit điều khiển

16 vị trí có thể của các bít điều khiển Không dùng đkcs Khung trước

Hình 3.9 Ngẫu nhiên hoá vị trí bit điều khiển công suất

Vị trí bit đk sẽ thay thế

24 ký hiệu điều chế (1,25 ms)

Hình 3.10 Kênh CDMA hớng lên nhận ở trạm gốc.

1 Kênh truy nhập h ớng về (Acces channel)

Kênh truy nhập hớng về là kênh CDMA hớng về đợc trạm di động sử dụng để tạo tuyến thông tin với trạm gốc Cụ thể là để trả lời các bản tin của kênh tìm gọi (tuyến xuống), để khởi tạo các cuộc gọi, đăng ký với hệ thống Có thể có một hoặc nhiều kênh truy nhập luôn đợc đi cặp cùng với các kênh nhắn tin Kênh truy nhập làm việc ở tốc độ không thay đổi là 4800bps

Khác với tuyến xuống để phân biệt các kênh truy nhập khác nhau, hệ thống CDMA không sử dụng các hàm Walsh ở tuyến lên để trải phổ trực giao Các kênh truy nhập đợc phân biệt với nhau bởi các PN mã dài Phối hợp hoạt động với một kênh nhắn tin có thể có một hoặc nhiều kênh truy nhập

Các tham số điều chế kênh truy nhập h ớng về

Kênh truy

nhập 1 Kênh truy nhập n Kênh lưu lượng 1 Kênh lưu lượng m

điều chếTốc độ ký hiệu điều chế 4.8 Ksps

Chu kỳ ký hiệu điều chế 208.33 às

Chip PN/ký hiệu mã 42.67 Chip PN/Ký hiệu mã

Chíp PN/Ký hiệu điều chế 256 Chip PN/Ký hiệu điều

chế

Điều chế kênh truy nhập tuyến lên

Ký hiệu

điều chế

Ký hiệu mã

28.8 ks/s

Ký hiệu mã

28.8 ks/s

Ký hiệu mã

14.4 ks/s

4.8 kb/s

Mã hoá

xoắn R=1/3 K=9

Lặp

ký

Điều chế trực giao 64-ary

Xung PN

1.2288Mc/s

4.8ks/s

Bộ tạo mã dài

Chuỗi số liệu kênh I 1.2288Mc/s

Chuỗi số liệu kênh Q 1.2288Mc/s

D

Bộ lọc băng tần

Bộ lọc băng tần

a Cấu trúc khung kênh truy nhập:

Kênh truy nhập hớng về có cấu trúc khung có độ dài 20ms bao gồm có

96 bit (Kênh này hoạt động ở tốc độ là 4800bps) Mỗi khuôn dạng của khung kênh bao gồm 88 bit chứa thông tin dữ liệu và 8 bít đuôi mã hoá

Do có thêm 8 bit đuôi mã hoã đợc thêm vào 88 bit thông tin nên một khung kênh truy nhập trở thành khung có độ dài 20 ms gồm 96 bit Chính vì thế tốc độ của số liệu đang từ 4.4 Kbps đợc nâng lên thành tốc độ 4.8 Kbps (= 96/20.103)

b Mã hoá xoắn

Mã hoá xoắn nhằm biến đổi dòng số liệu thành mã có chuẩn hoá lỗi để

bộ thu có thể dò tìm các lỗi và chuẩn hoá chúng

Các chuỗi bit nhị phân đầu vào là các bit 0 và 1 đợc độc lập với nhau, bit thứ i không biết thông tin về bit thứ j, chuỗi bit thiếu độ liên kết Khi cho qua bộ mã hoá xoắn các chuỗi bit này đợc chuyển thành các từ mã duy nhất ở đầu ra mà trong mỗi từ mã này các bit của chúng có liên hệ lẫn nhau, bit thứ i cho biết thông tin về bit thứ j, tức là tạo ra sự ràng buộc hay tạo ra độ d thừa trong chuỗi các từ mã ở đầu ra Điều này giúp chúng ta dễ dàng hơn trong việc sử lý lỗi trong truyền dẫn, nhằm làm tăng độ tin cậy của vần đề truyền tin

Mã hoá xoắn (n, k, m) đợc ấn định với tốc độ mã R=k/n, m=K-1 là số trạng thái của bộ mã hoá, K (khác k) là độ dài cỡng bức của mã

Trạm di động thực hiện mã hoá xoắn số liệu đợc truyền trên kênh truy

nhập trớc khi thực hiện chèn khối Cụ thể ở đây kênh CDMA sử dụng bộ mã hoá xoắn (3, 1, 8) có độ dài ràng buộc (hoặc độ dài bộ nhớ) là 9 (K=9)

và tốc độ mã hoá là R = 1/3 (tức là cứ 1 bit ở đầu vào thì cho 3 ký tự ở đầu ra) gi biểu thị cho bộ tạo dãy Trong bộ tạo thì các hàm tạo mã là g0 = 557

88 bit

8 bitCác bit thông tin Các bit đuôi

96 bit (20ms)

Hình 3.12 Cấu trúc khung kênh truy nhập

octal =101101111 (giá trị nhị phân), g1 = 663 octal = 110110011 (nhị phân), g2 = 771 octal = 111001001 (nhị phân).

Vì k = 1, n = 3, m = 8 nên bộ mã hoá xoắn bao gồm một đầu ra đơn, thanh ghi dịch 8 trạng thái cặp với 3 bộ cộng module-2 và một bộ chuyển mạch cho việc chuyển tiếp song song/nối tiếp dòng mã hoá đầu ra Tốc độ

bộ tạo mã là 1/3 nên 3 ký hiệu mã đợc dùng dể mã hoá cho 1 bít đầu vào Những ký hiệu mã này đợc phát ra do ký hiệu mã C0 đợc mã hoá với bộ tạo mã g0 là đầu ra thứ nhất, ký hiệu mã C1 đợc mã hoá với bộ tạo mã g1 là

đầu ra thứ hai, ký hiệu mã C2 đợc mã hoá với bộ tạo mã g2 là đầu ra thứ ba

c Lặp ký hiệu mã:

Tốc độ số liệu trên kênh truy nhập đợc cố định tại tốc độ 4800 kbps Dãy ký hiệu mã từ đầu ra bộ mã hoá xoắn sẽ đợc lặp trớc khi chèn mã Mỗi ký hiệu mã trên kênh truy nhập sẽ đợc lặp lại 1 lần Tức là mỗi ký hiệu xuất hiện 2 lần liên tiếp Sau khi thực hiện lặp mã thì tín hiệu đợc đa

đi thực hiện chèn khối

d Chèn khối:

Các ký hiệu mã

g3Hình 3.13 Bộ mã hoá xoắn (3,1,8)

Mục đích của việc chèn khối không chỉ đơn giản chỉ là để sửa lỗi cụm khi truyền số liệu qua mối trờng fađing đa đờng mà còn để đạt đợc độ dthừa cho việc cải thiện đặc tính hoạt động Trạm di động thực hiện chèn tất cả các ký hiệu mã trên kênh truy nhập trớc khi điều chế và truyền đi Chèn khối trong khoảng khung 20ms đợc sử dụng Bộ chèn khối này là một dãy 576 ô có 32 hàng và 18 cột Các ký hiệu mã trên kênh truy nhập nhận đợc ở đầu ra ở bộ chèn khối theo thứ tự sau:

Trình tự chèn khối các ký hiệu mã trên kênh truy nhập h ớng về

điều chế cho kênh truy nhập hớng về là dạng điều chế trực giao 64-ary

Cứ 6 ký hiệu mã đầu vào (Co C1 C2 C3 C4 C5 ) bộ điều chế trực giao tạo ra một ký hiệu điều chế Ký hiệu điều chế này chính là một trong 64 hàm Walsh mà số thứ tự (chỉ số ký hiệu điều chế MSI) của nó đợc xác định theo công thức:

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

Trong đó Ci biểu thị các giá trị nhị phân của ký hiệu mã tức là dạng của chỉ số ký hiệu điều chế

Vì tốc độ đầu ra của bộ chèn mã là 28.8 Kbps, tốc độ ký hiệu tại đầu ra

bộ điều chế trực giao sẽ là 28800/6 = 4800 bps hay 4800 x 64 = 307.2 Kcps

Khoảng thời gian yêu cầu để truyền một ký hiệu điều chế đơn là bằng 1/4800=208.33às Một chip mã Walsh đợc xác định nh khoảng thời gian liên quan đến 1/64 của 1 ký hiệu điều chế và 1 khoảng chip là 208.33/64=3,255às.

f.Trải phổ trực giao sử dụng mã dài:

Trớc khi đợc truyền đi trên kênh truy nhập thì tín hiệu đợc thực hiện trải phổ trực tiếp sử dụng mã dài Quá trình trải phổ bao gồm phép cộng modulo-2 của dãy đầu ra bộ điều chế trực giao 64-ary và PN mã dài ( hình 3.15)

Mặt nạ mã dàiHình 3.15: Trải phổ sử dụng mã dài

Mã dài là tuần hoàn với chu kỳ 242-1 với đa thức sinh P(x) của bộ tạo mã nh sau: