Di động giao diện vô tuyến WCDMA

Lớp này cung cấp hỗ trợ giao thức và cơ chế điều khiển cho các dịch vụ truyền tải sốliệu và thực hiện tất cả các chức năng cần thiết để sắp xếp các nhu cầu của các lớp cao hơnvào khả năn

LỜI GIỚI THIỆU

CDMA2000 là một trong các tiêu chuẩn mạng truy nhập vô tuyến của IMT- 2000 chothế hệ thứ ba, được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IS-2000 CDMA2000 là hệ thống 3G pháttriển từ hệ thống CDMA ở Bắc Mỹ là CDMAOne Chuẩn được quy định cho CDMA2000gồm 2 giai đoạn:1xRTT được coi là giai đoạn 1 và 3xRTT được coi là giai đoạn 2

Giai đoạn thứ nhất được định nghĩa là chuẩn có tên 1xRTT Được hoàn tất vào tháng 7năm 1999, giai đoạn này của CDMA2000 mang tên là chuẩn TIA theo IS-2000 và mang tên làchuẩn MC-1X theo ITU 1xRTT cung cấp gấp đôi dung lượng thoại và thời gian chờ so vớiIS-95, và cho phép tốc độ dữ liệu lên tới 384 Kbps (theo lý thuyết) Nó hoạt động ở kênh1.25 MHz

Giai đoạn thứ hai của CDMA2000 là 3xRTT kết hợp chặt chẽ các khả năng của 1xRTT,

có tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbps (theo lý thuyết), hỗ trợ tất cả các loại kênh (5 MHz, 10 MHz,vv )

Trong khuôn khổ của bài báo cáo thì nhóm chủ yếu sẽ tập trung vào kiến trúc giao diện

vô tuyến, các kênh và mã trải phổ của chuẩn CDMA2000 1x

MỤC LỤC

1. GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA CDMA 2000

Hình 1.1 Kiến trúc giao diện vô tuyến CDMA2000

1.1. Lớp vật lý

Chức năng : phát và thu các bit thông qua phương tiện vật lý, chuyển đổi bit sang dạngsóng (điều chế) để cho phép truyền qua môi trường vô tuyến Ngoài ra, lớp vật lý còn thựchiện các chức năng mã hóa để thực hiện các chức năng điều khiển lỗi tại mức bit và mứckhung

1.2. Lớp liên kết (Lớp 2)

Chức năng : đảm bảo thay đổi các mức độ tin cậy, QoS theo yêu cầu của dịch vụ các lớpcao hơn Lớp này cung cấp hỗ trợ giao thức và cơ chế điều khiển cho các dịch vụ truyền tải sốliệu và thực hiện tất cả các chức năng cần thiết để sắp xếp các nhu cầu của các lớp cao hơnvào khả năng đặc thù và đặc tính của lớp vật lý

Lớp liên kết được chia làm 2 lớp con :

- Lớp con điều khiển truy nhập liên kết (LAC : Link Access Control)

- Lớp con điều khiển truy nhập môi trường (MAC : Medium Access Control)

1.2.1. MAC

Là giao diện giữa lớp vật lý ,lớp con phụ LAC và các lớp cao hơn Lớp MAC điềukhiển việc truy cập của các lớp cao hơn vào môi trường vật lý

Chức năng:

• Hợp nhất các kênh logic về các kênh vật lý

• Giải hợp nhất các kênh vật lý về kênh logic

• Xử lý các gói dữ liệu

• Xử lý việc báo hiệu trên kênh chungCấu trúc : gồm 4 thực thể chính:

i. Giao thức liên kết vô tuyến (RLP : Radio Link Protocol): giao thức này đảm bảo tạo luồng

dịch vụ hiệu suất cao để thực hiện tốt nhất việc truyền số liệu giữa các thực thể Chứcnăng:

o Phân phát dự liệu người dùng

o Điều khiển cách thức di chuyển của các gói dữ liệu trên kênh chuyên dụng

o Phát hiện và thông báo phát lại nếu có lỗi xảy ra thông qua 2 cơ chế ACK vàNAK

ii. Giao thức cụm vô tuyến báo hiệu (SRBP: Signalling Radio Burst Protocol) Chức năng:

o Tính toán và phát ra các thông số cần thiết cho việc truyền và nhận các tínhiệu báo hiệu

o Hợp các SDU cho lớp vật lý để truyền đi trên các kênh vật lý

o Cho phép nhận các SDU từ lớp vật lý gửi đến lớp con LAC

iii. Lớp con hợp nhất (Multiplexing sublayer)

o Bao gồm kênh chung và kênh chuyên dụng có nhiệm vụ sắp xếp giữa cáckênh vật lý và các kênh logic

o Khi truyền,lớp con MAC sẽ tập hợp các khối dữ liệu thành các SDU và gửixuống cho lớp vật lý để truyền đi

o Khi nhận,lớp con MAC sẽ nhận các SDU, phân chia thành các khối dữliệu,và gửi lên các lớp cao hơn

Hình 1.2 Minh họa vào/ra của multiplex sublayer

1.2.2. LAC

Là giao thức kết nối dữ liệu,đảm bảo việc phân phát dữ liệu giữa lớp cao hơn và lớpcon MAC ở mức độ chính xác cao nhất

Gồm 5 lớp con chính:

1. Authentication sublayer : Lớp con xác nhận

2. Addressing sublayer : Lớp con định địa chỉ

3. Automatic repeat request (ARQ) sublayer : Lớp con tự động lặp lai yêu cầu

4. Lớp con tiêu chuẩn hóa

5. Segmentation and reassembly (SAR) sublayer : Lớp con phân chia và hợp lại

1.3. Các lớp cao ( lớp 3)

Gồm 3 khối chính :

1. Các dịch vụ thoại tiếng : gồm truy nhập PSTN, các dịch vụ thoại di động – di

động và thoại internet

2. Các dịch vụ mang số liệu người dùng : gồm số liệu gói IP, dịch vụ số liệu kênh

( ví dụ các dịch vụ mô phỏng B – ISDN) và SMS.Các dịch vụ gói phù hợp với sốliệu gói hướng kết nối hoặc không hướng kết nối bao gồm các giao thức trên nền

IP (TCP hoặc UDP).Các dịch vụ số liệu kênh mô phỏng các dịch vụ hướng kếtnối được định nghĩa theo tiêu chuẩn quốc tế như : truy nhập quay số dị bộ, fax,…

3. Báo hiệu : Khối báo hiệu là khối điều khiển hoạt động của hệ thống

CDMA2000,thi hành những chức năng để thiết lập,duy trì và kết thúc 1 cuộc gọi.Hoạt động của khối báo hiệu có thể chia thành 2 khía cạnh là trạng thái và chứcnăng

2. CÁC KÊNH CỦA CDMA 2000

Các kênh của CDMA 2000 1x được chia thành các kênh logic và các kênh vật lí

Kênh logic được ký hiệu bằng các chữ thường, trong đó chữ đầu tiên cùng với gạchngang là f- cho đường xuống hoặc r- cho đường lên và chữ cuối cùng là “ch” (kênh) Danhsách các kênh logic được cho trong bảng 2.1.

Bảng 2.1 Các kênh logic

f-csch Forward Common Signalling

Channel (Kênh báo hiệuchung đường xuống)

f-dtch Forward Dedicated Traffic

Channel (Kênh lưu lượngriêng đường xuống)

r-dtch Reverse Dedicated Traffic

Channel (Kênh lưu lượngriêng đường lên)

2.2. Các kênh vật lý

2.2.1. Các kiểu kênh vật lý

Kênh vật lý được ký hiệu bằng các chữ hoa Giống như kênh logic chữ đầu chỉ thịphương của kênh (xuống hay lên) còn hai chữ cuối cùng ký hiệu kênh (CH) Bảng 2.2 tổngkết các kênh vật lý

Bảng 2.2 Các kênh vật lý

đường xuống) đường lên)

F-SCCH Forward Supplemental Code

Channel (Kênh mã bổ sungđường xuống)

R-SCCH Reversed Supplemental

Code Channel (Kênh

mã bổ sung đường lên)

F-DCCH Forward Dedicated Control

Channel (Kênh điều khiểnriêng đường xuống)

Control Channel (Kênhđiều khiển riêng đườnglên)

F-PCH Forward Paging Channel

(Kênh tìm gọi đường xuống)

F-QPCH Forward Quick Paging

Channel (Kênh tìm gọi nhanhđường xuống)

Channel (Kênh truynhập đường lên)

Access Channel (Kênhtruy nhập tăng cườngđường lên)

F-CCCH Forward Common Control

Channel (Kênh điều khiểnchung đường xuống)

Control Channel (Kênhđiều khiển chung

đường lên)

F-BCCH Forward Broadcast Control

Channel (Kênh điều khiểnquảng bá đường xuống)

F-CPCCH Forward Common Power

Control Channel (Kênh điềukhiển công suất chung đườngxuống)

Assignment Channel (Kênh

ấn định chung đường xuống)

F-SYNCH Forward Sync Channel (Kênh

đồng bộ đường xuống)

F-PICH Forward Pilot Channel (Kênh

hoa tiêu đường xuống)

R-PICH ReversedPilot Channel

(Kênh hoa tiêu đườnglên)

F-TDPICH Forward Transmit Diversity

Pilot Channel (Kênh phân tậpphát đường xuống)

F-APICH Forward Auxiliary Pilot

Channel (Kênh hoa tiêu phụđường xuống)

F-ATDPICH Forward Auxiliary Transmit

Diversity Pilot Channel(Kênh hoa tiêu phân tập phát

bổ sung đường xuống)

Các kênh vật lý đường xuống được phân loại thành các kênh báo hiệu và kênh người sửdụng như trên hình 2.1.

Hình 2.1 Phân loại các kênh vật lý đường xuốngCác kênh vật lý đường lên được phân loại thành các kênh báo hiệu và các kênh người sửdụng như hình 2.2

Hình 2.2 Phân loại kênh vật lý đường lên

2.2.2. Chức năng các kênh vật lý

Chức năng các kênh vật lý đường xuống và đường lên được cho trong bảng 2.2 và 2.3

Bảng 2.2 Mô tả chức năng các kênh vật lý đường xuống

F-DCCH Kênh riêng cho một người sử dụng Bình thường mang báo hiệu, bit

điều khiển công suất nhưng có thể được sử dụng để truyền số liệu tốc

độ thấp (SMS chẳng hạn) trong khi cuộc gọi tích cực

F-PCH Kênh tìm gọi mang thông tin tìm gọi MS để thiết lập cuộc gọi đến

MS, ngoài ra nó còn mang các bản tin ấn định kênh, các bản tin hệthống phát quảng bá và các thông số truy nhập Có 2 chế độ: liên tục

và chia khe Trong chế độ 2, MS chỉ nghe kênh này ở khe thời gianquy định (80 ms) vì thế tiết kiệm công suất Tuy nhiên đối với một

số bản tin tìm gọi đặc biệt do phải đợi khe nên tìm gọi không đượcchuyển tức thì Ngoài ra phải nghe 80 ms cũng không tiết kiệm côngsuất

F-QPCH Kênh tìm gọi nhanh cho phép khắc phục nhược điểm nêu trên của

kênh F-PCH Kênh này sử dụng chỉ thị tìm gọi để đánh thức MS khi

có tìm gọi đặc biệt (chẳng hạn 2 chỉ thị tìm gọi trong khe tìm gọi 80ms) Ngoài ra nó còn có chỉ thị thay đổi cấu hình Chỉ thị đầu thôngbáo cho MS giám sát các bản tin quảng bá trên kênh F-CCCH trongkhe được ấn định, còn chỉ thị thứ hai thông báo cho MS về sự thayđổi cấu hình (danh sách ô lân cận chẳng hạn)

F-BCCH Kênh này truyền quảng bá thông tin hệ thống và các thông số truy

nhập cho tất cả các MS trong ô để cho phép truyền các thông tin nàynhanh hơn kênh tìm gọi

F-CCCH Kênh này truyền thông tin đặc thù cho một số MS đặc thù (chẳng

hạn ấn định kênh giống như PCH) để cho phép truyền thông tin nàynhanh hơn so với kênh tìm gọi Nó còn để truyền báo hiệu khi các

kênh F-FCH, F-SCH, F-SCCH, F-DCCH không tích cực.

F-CACH Kênh này cho phép BS nhanh chóng ấn định kênh các tài nguyên

R-CCCH cho các MS

F-CPCCH Kênh này mang các kênh con (một bit trên một kênh con) điều khiển

công suất chung để điều khiển công suất cho nhiều kênh đường lên:R-CCCH và R-EACH

F-PICH Kênh này giống như kênh hoa tiêu của IS-95 không mang thông tin

(tất cả bằng 1) và được trải phổ bởi mã Walsh Kênh này cung cấptham chuẩn thời gian và pha cho MS Hỗ trợ MS đánh giá công suấtBTS để điều khiển công suất đường lên và đồng bộ sóng mang đểgiải điều chế nhất quán

F-TDPICH Kênh này không mang thông tin (tất cả bằng 1) và được trải phổ bởi

mã Walsh Cùng với F-PICH nó hỗ trợ phân tập phát cho đườngxuống

F-APICH Kênh này không mang thông tin và được trải phổ bởi mã Walsh hay

hàm tựa trực giao Kênh này hỗ trợ cho việc tạo búp và búp hẹp chođường xuống

F-ATDPICH Kênh này hỗ trợ phân tập phát cho trường hợp tạo búp và búp hẹp

đường xuống

F-FCH Giống như IS-95, kênh này truyền lưu lượng tiếng, lưu lượng số liệu

tốc độ tháp, báo hiệu hoặc báo hiệu ghép xen với lưu lượng, các bitđiều khiển công suất cho đường lên Trong CDMA2000 1x, do F-DCCCH có khả năng truyền báo hiệu nên kênh này được giải phóngchức năng truyền báo hiệu

F-SCH Kênh này để truyền số liệu tốc độ cao dạng cụm Vì nó không truyền

báo hiệu nên nó phải đồng tồn tại với các kênh: DCCH hoặc

F-FCH Trong trường hợp thứ hai F-FCH mang lưu lượng và báo hiệu.

F-SCCH Kênh lưu lượng để truyền lưu lượng bổ sung cho kênh F-FCH (giống

như IS-95) Vì không truyền báo hiệu nên nó phải đi kèm với FCH

F-F-SYNCH Cung cấp thông tin định thời và đồng bộ khung cho MS

Bảng 2.3 Mô tả chức năng các kênh vật lý đường lên

R-DCCH Kênh riêng cho một người sử dụng để truyền báo hiệu đường lên khi

cuộc gọi tích cực

R-FCH Để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu khi cuộc gọi tích cực

R-CCCH Để truyền báo hiệu và số liệu người sử dụng tốc độ tháp khi các

kênh: F-FCH, F-SCCH, F-SCH và F-DCCH không tích cực CCCH có thể làm việc ở chế độ truy nhập dành trước hay truy nhập

R-ấn định, được điều khiển công suất và hỗ trợ chuyển giao mềm.Khác với R-ACH ở chỗ nó cung cấp nhiều tùy chọn hơn và là kênhtruy nhập theo lập biểu vì thế có thể phát bản tin dài hơn mà không

bị va chạm

R-PICH Kênh này gồm hai phần: phần không mang thông tin để hỗ trợ BTS

phát hiện phát từ MS, giải điều chế nhất quán và đánh giá công suấtđường lên cho điều khiển công suất đường lên, phần mang thông tinđiều khiển công suất đường xuống

R-ACH Để khởi đầu thông tin với BTS, chẳng hạn phát các bản tin ngắn cho

khởi đầu truy nhập, trả lời tìm gọi, đăng ký Đây là kênh truy nhậpngẫu nhiên

R-EACH Để khởi đầu thông tin với BTS, chẳng hạn khởi đầu truy nhập hoặc

trả lời tìm gọi Kênh anỳ cho phép phát số liệu truy nhập cơ sở hoặcchế độ điều khiển công suất còn số liệu ở chế độ truy nhập dànhtrước được phát trên kênh R-CCCH Đây là kênh truy nhập ngẫunhiên như R-ACH nhưng ngắn hơn vì thế khả năng xảy ra va chạmthấp hơn

R-SCH Để truyền số liệu người sử dụng tốc độ cao khi cuộc gọi tích cực.R-SCCH Để truyền số liệu người sử dụng khi cuộc gọi tích cực

2.2.3. Sắp xếp các kênh logic lên các kênh vật lý

Hình 2.2a và 2.2b cho thấy sắp xếp các kênh logic lên các kênh vật lý

Hình 2.2 Sắp xếp các kênh logic lên các kênh vật lý

2.2.4. Các thông số kênh vật lý CDMA 2000 và cấu hình vô tuyến CDMA2000 1x

Các thông số kênh vật lý được cho trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Các thông số kênh vật lý CDMA 2000

Trải phổ ĐX/ĐL QPSK/OCQPSK (HPSK)

Cấu hình vô tuyến cho đường xuống và đường lên cho CDMA 2000 1x được cho trongcác bảng 2.5 và 2.6

Bảng 2.5 Cấu hình vô tuyến đường xuống

Cấu hình vô tuyến

Bảng 2.6 Cấu hình vô tuyến đường lên

Cấu hình vô tuyến

9,6

quán kết hợp điều chếtrực giao 64

Số kênhCDMA

824,700-825,000

870,000

825,030-834,330

879,330

834,360-834,990

879,990

835,020-835,650

880,650

880,680-844,320 889,320

844,350-844,980

889,980

845,010-845,640

890,640

845,670-845,820

890,820

845,850-846,480

891,480

846,510-847,140

892,140

847,170-848,310

893,310

848,340-848,970

893,970

893,340-Bảng 2.8 Số kênh CDMA và các tần số tương ứng với băng loại 1

Phân bố

khối

Cho phép kênhCDMA

Số kênhCDMA

1851,250-1863,750

1943,750

1863,800-1864,950

1944,950

1865,000-1866,200

1946,200

1866,250-1868,750

1948,750

1868,800-1869,950

1949,950

1870,000-1871,200

1951,200

1871,250-1883,750

1963,750

1883,800-1884,950

1964,950

1885,000-1886,200

1966,200

1965,000-(5 MHz) Hợp lệ 725-775

1886,250-1888,750

1968,750

1888,800-1889,950

1969,950

1890,000-1891,200

1966,200

1891,250-1893,750

1968,750

1893,800-1894,950

1969,950

1895,000-1896,200

1976,200

1896,250-1908,750

1988,750

1908,800-1909,950

1989,950

1988,800-2.2.6.Tổng kết kiến trúc kênh vật lý

Hình 2.3 và 2.4 tổng kết kiến trúc kênh vật lý đường xuống và đường lên

Hình 2.3 Kiến trúc kênh vật lý đường xuống CDMA2000 1x

Hình 2.4 Kiến trúc kênh vật lý đường lên CDMA2000 1x

3 MÃ TRẢI PHỔ ĐỊNH KÊNH

3.1 Tạo mã Walsh

Mã trực giao Walsh được sử dụng để làm tăng hiệu quả phổ tần của hệ thống trải phổ.Mỗi người dùng khác nhau sẽ sử dụng một phần tử trong tập các hàm trực giao Việc sử dụngcác mã trực giao làm giảm thiểu can nhiễu giữa những người sử dụng khác nhau

Các hàm Walsh được tạo ra bằng các ma trận vuông đặc biệt được gọi là các ma trậnHadamard Các ma trận nay chứa một hàng toàn số “0” và các hàng còn lại có số số “1” và số

số “0” bằng nhau Hàm Walsh được cấu trúc cho độ dài khối N=2j trong đó j là một số nguyêndương

Các tổ hợp mã ở các hàng của ma trận là các hàm trực giao được xác định theo ma trậnHadamard như sau:

trong đó N = 2j, j là một số nguyên không âm và là đảo cơ số hai của HN

CDMA2000 1x cấu hình RC1 và RC2 chỉ sử dụng một ma trận H64 Các mã này đượcđánh số từ W0 đến W63 Đối với các cấu hình còn lại của CDMA2000 1x sử dụng các ma trậnHadamard khác nhau để tạo ra các mã Walsh WiN , trong đó N 128 và 0 ≤ i ≤ N - 1, để nhậndạng các kênh cho đường xuống và đường lên Lưu ý chỉ số N ở đây tương ứng với chỉ số matrận còn i tương ứng với chỉ số của mã, chẳng hạn W32128 là mã nhận được từ hàng 33 của matrận H128.

Thí dụ các mã Walsh nhận được từ ma trận H4 như sau:

= 38,4/2 = 19,2kpbs và Rs,F-SCH = 614,4/2 = 307,2kbps Khi này ta cần các mã Walsh có độ dàinhư sau: 1228,2/19,2 = 64 và 1228,2/307,2 = 4 cho F-DCCH và F-SCH tương ứng Bảng 3.1.liệt kệ các độ dài mã Walsh khác nhau cho các kênh đường xuống khác nhau

Bảng 3.1 Các độ dài mã Walsh được sử dụng cho kênh đường xuống