Hệ thống truyền thông vô tuyến thế hệ 3

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG ĂNTEN THÔNG MINH TẠI MÁY CẦM TAY TRONG HỆ THỐNG WCDMATAY TRONG HỆ THỐNG WCDMA

3.2 Hệ thống truyền thông vô tuyến thế hệ 3

Công nghệ CDMA sẽ phát triển mạnh mẽ trong hệ thống truyền thông vô tuyến cá nhân. Có hai hệ thống CDMA băng rộng được đưa ra theo các chuẩn thế hệ thứ 3 (3G), các chuẩn này đáp ứng các yêu cầu của Viễn thông di động quốc tế (IMT)-2000 Liên đoàn viễn thông quốc tế (ITU). Chuẩn thứ nhất là hệ thống CDMA băng rộng (WCDMA), thường gọi là Đề án hiệp hội thế hệ 3 (3GPP), được sử dụng tại Châu Âu và Nhật. Hệ thống 3GPP được thiết kế để tương thích với hệ thống toàn cầu cho hệ thống thông tin di động (GSM), GSM là chuẩn TDMA thế hệ hai được sử dụng λ Châu

Âu. Chuẩn thứ hai là hệ thống cdma2000 do Hội công nghiệp Viễn Thông đề xuất (TIA). Hệ thống cdma2000 phát triển từ IS-95, là chuẩn CDMA thế hệ hai được sử dụng λ Nam Mỹ và Hàn Quốc. Đối với hệ thống 3GPP, có hai phương pháp trong công nghệ truy cập vô tuyến: phương pháp ghép song công theo thời gian (TDD) và ghép song công theo tần số (FDD). Hệ thống 3GPP với phương pháp FDD là một hệ thống CDMA, nhưng hệ thống 3GPP với phương pháp TDD là hệ thống kết hợp giữa CDMA và TDMA. Trong đồ án này,chúng ta chỉ xét hệ thống 3GPP với phương pháp FDD.

Cả hai hệ thống 3GPP và cdma2000 đều dựa trên CDMA. Tuy nhiên, chúng khác nhau về tốc độ chip, mã trải phổ, sữa lỗi đường xuống và một số các yếu tố khác. Điểm khác nhau nổi bật nhất của 3GPP và cdma 2000 là sự đồng bộ hoá. đối với cdma2000, tất cả các trạm gốc đều được đồng bộ hoá, tức là đồng hồ hệ thống của trạm gốc phải đồng bộ với đồng hồ hệ thống λ vị trí toàn cầu (GPS). Vì vậy, cdma2000 được gọi là hệ thống đồng bộ. Trong khi đó, các đồng hồ hệ thống sử dụng trong các trạm gốc 3GPP không nhất thiết phải đồng bộ. Do đó, 3GPP được gọi là hệ thống không đồng bộ. Cả cdma2000 và 3GPP đều có một tín hiệu hoa tiêu chung cho đường xuống từ trạm gốc đến trạm di động. Tín hiệu hoa tiêu được sử dụng để ước tính điều kiện kênh, bao gồm độ mạnh của tín hiệu và pha. Thông tin này được sử dụng để kết hợp các tín hiệu đa đường.

3.2.1 Hệ thống 3GPP

Sơ đồ khối bộ phát đường xuống của hệ thống 3GPP được thể hiện trong hình 3.4.

Mỗi một bit của các kênh vật lý (PCH) được điều chế theo phương pháp khóa dịch pha toàn phương (QPSK). Các bit Q(toàn phương) và các bit I (pha) được phân kênh bằng cách nhân với các mã hệ số trải phổ biến đổi trực giao tại tốc độ chip là 3.84 Mcps. Tất cả các tín hiệu được phân kênh đầu tiên sẽ kết hợp với nhau và sau đó được ngẫu nhiên hoá b λi một mã dài phức, mã này được tạo ra từ tập mã Gold. Tín hiệu được ngẫu nhiên hoá và không ngẫu nhiên hoá của kênh đồng bộ được kết hợp với nhau. Tín hiệu kết hợp có dạng dạng xung khi qua bộ lọc FIR cosin root – raise với hệ số tương tác là ỏ = 0.22.

Tín hiệu sau khi được sửa dạng xung sẽ được phát qua kênh vô tuyến.

S/P

S/P

Bé läc FIR

∑

PCH1

PCHK

OVSF1

OVSFK

M ngÉu· nhiªn

SCH

Thùc hay v« h­íng Phøc hay

vect¬

Hình 3.4: Sơ đồ khối bộ phát đường xuống của hệ thống 3GPP

Tín hiệu phát s(t) với K người sử dụng được biễu diễn λ dạng phức như sau:

0 0 ,0 1 1 ,1 ,

( ) ( ) ch( ) ( ) ( )ch k( )k ch k( ) ( )dl

s t =αd t C t+α d t C + +t α Kd t C t S t (3.1) Trong đó αk, dkvà Cch k, ( ) tlà các tham số biễu diễn độ mạnh tín hiệu, dữ liệu người sử dụng và mã OVSF của người sử dụng thứ k ( k = 1,2,…,K). Sdl(t) là mã ngẫu nhiên của tín hiệu s(t). Chú ý rằng, phần tử đầu tiên trong (3.1) là cho kênh hoa tiêu chung, trong đó d0(t) biễu diễn cho ký tự hoa tiêu cố định (1+i) trong định dạng QPSK( i xác định khối ảo).

Tín hiệu thu được r(t) tại bộ thu trạm di động được biễu diễn như sau:

( ) M m m( ) ( m) ( ) ( )

m

r t S t s t I t n t

=

=∑ ξ −τ + +

1

2 (3.2) Trong đó M là số lượng đa đường, Sm là công suất tín hiệu nhận được trung bình của đường thứ m, ξm( ) t là độ lợi kênh phức của thành phần đa đường thứ m với trễ thời gian là τm, I(t) là nhiễu từ các cell lân cận, và n(t) là nhiễu nền. Bộ thu Rake giải trải phổ tín hiệu đa đường và kết các tín hiệu này lại. Việc kết hợp các tín hiệu đa đường đòi hỏi mỗi một tín hiệu đa đường phải được nhân với hệ số kênh được ước tính từ tín hiệu CPICH giải trải phổ.

Tín hiệu hoa tiêu (k = 0) đối với đa đường thứ m được giải trải phổ như sau:

τ

τ τ τ

+ +

= ∫( +1)  − −  *

0, ,0

( ) 1 p m ( ) ( ) ( )

p m

n T

m nT dl m ch m

p

y n r t S t C t dt

T (3.3)

Với Tp là thời gian ký hiệu hoa tiêu, n là chỉ số ký tự, và * là liên hợp phức. Tín hiệu người sử dụng thứ k (k = 1,2,...,K) của tín hiệu đa đường thứ m được giải trải phổ theo cách giống như trong 3.3 và được biễu diễn như sau:

τ

τ τ τ

+ +

+ +

= ∫( 1)  − − 

, ( 1) ,

( ) 1 k m ( ) ( ) ( ) *

k m

n T

k m n T dl m ch k m

k

y n r t S t C t dt

T (3.4)

Trong đó, Tk là thời gian ký tự dữ liệu của người sử dụng thứ k.

Khi đó, tín hiệu của người sử dụng từ các đường khác nhau yk m, ( )n được kết hợp coherent để tạo ra một tín hiệu đầu ra như sau:

*

, 0,

1

( ) L ( ) ( )

k k m m

m

z n y n y n

=

=∑ (3.5) Trong đó L là số các rake finger ( bằng hoặc nhỏ hơn số lượng đa đường M). Cần chú ý rằng nếu hệ số trải phổ của tín hiệu người sử dụng thứ k là SFk nhỏ hơn hệ số trải phổ của tín hiệu hoa tiêu SFk, thì tín hiệu hoa tiêu y0,m(n) được sử dụng để đạt được đầu ra tín hiệu người sử dụng liên tiếp p p

k k

SF T SF T

= 

 

 . 3.2.2 Hệ thống cdma2000

Hình 3.5 biễu diễn một sơ đồ khối của đường xuống điển hình của hệ thống cdma2000. Một khung bit dữ liệu người sử dụng được tạo ra ngẫu nhiên với tốc độ dữ liệu lưu lượng là một trong các giá trị sau: 9600bps, 4800 bps, 2700 bps, hoặc 1500 bps.

Các bit dữ liệu tạo ra được gán với CRC và các bit đuôi. Các bit dữ liệu được mã hoá xoắn với tốc độ 1/4 và độ dài giới hạn là 9 và đan xen khối. Do đó, các bit dữ liệu được song song với điều chế QPSK, và mỗi một bit song song được trải phổ bằng mã Walsh với hệ số trải phổ là 64 và tốc độ chip là 1.2288 Mcps. Các tín hiệu dữ liệu kết quả được cộng với tín hiệu hoa tiêu, tín hiệu dò tìm, tín hiệu đồng bộ và tất cả các tín hiệu của người sử dụng khác. Tín hiệu sau khi được cộng sẽ được điều chế toàn phương b λi hai chuỗi PN ngắn và lấy mẫu b λi 8, sau đó được đưa đến các bộ lọc dạng xung. Tín hiệu sau khi đã điều chỉnh dạng xung được phát trên kênh.

Tín hiệu thu được sẽ được định dạng lại xung và lấy mẫu xuống b λi 8. Một bộ thu rake có 4 phần tử giải trải phổ các tín hiệu đa đường và kết hợp các tín hiệu đã được giải trải phổ đó. Tín hiệu được giải trải phổ và kết hợp được đưa đến bộ giải mã kênh, bộ này bao gồm một bộ giải đan xen khối, giải mã Viterbi, và một bộ giải mã CRC.

T¹o d÷ liÖu M ho¸ kªnh· Tr¶i phæ

tÝn hiÖu hoa tiªu, t×m gäi,

®ång bé vµ c¸c tÝn hiÖu l­u l­îng kh¸c

§iÒu chÕ

Kªnh Gi¶i ®iÒu chÕ

Bé thu Rake Gi¶i m kªnh·

§iÒu chÕ T¹o khung d÷

liÖu c¬ së

- CRC vµ c¸c bit

®u«i

- ChuyÓn ®æi, m·

hãa (R= 1/4,K=9 ) - §an xen khèi

- §iÒu chÕ d÷ liÖu QPSK - M· Walsh

- HÖ sè tr¶i phæ : 64 - Tèc ®é chip: 1.2288 Mcps

- §iÒu chÕ tr¶i phæ toµn ph­¬ng - Hai m· PN ng¾n - LÊy mÉu - Bé läc d¹ng xung

-Gi¶i ®an xen - Gi¶i m· Viterbi - CRC vµ c¸c bit

®u«i

- cã bèn Rake finger - KÕt hîp tû lÖ tèi ®a

- Bé läc d¹ng xung - LÊy 8 mÉu ®­êng xuèng

- TÇn sè sãng mang : 2.0 GHz - Cã 6 tÝn hiÖu ®a ®­êng

Hình 3.5 : Đường xuống của cdma2000