Đồ án Tìm hiểu và tiếp cận các vấn đề có tính lý thuyết và thực tế của công nghệ CDMA

NRZ. Các xung số liệu này được chia thành dòng trùng pha dI(t) dI(t) = d0,d2,d4,...... các bit ở vị trí chẵn và dòng vuông pha dQ(t) dQ(t) =d1,d3,d5,.........các bit ở vị trí lẻ. Chú ý rằng dI(t), dQ(t) có tốc độ bit bằng một nửa tốc độ bit của d(t). Sau đó hai chuỗi dI(t),dQ(t) được điều chế biên độ với hai sóng mang vuông pha nhau, dI(t) với hàm cosin và dQ(t) với hàm sin. Sóng QPSK trực giao thu được bởi sự tổng hợp hai sóng BPSK vuông pha này. Dạng sóng QPSK tổng hợp S(t) = .dI(t),cos(w0t +p/4) Do đó ta có thể biểu diễn. dI(t) = .cosf(t) và dQ(t) = -.sinf(t) trong đó f(t) = -arctg() ; f(t) = + kp k = 0, á1, á2... Nên: S(t) = .cos(wt + p/4 + f(t)) Do dI(t) và dQ(t) chỉ có thể nhận 1 trong hai giá trị +1 hạc –1 nên ta sẽ có 4 trường hợp: dI(t) = 1, dQ(t) =-1 đf(t) = p/4 đS(t) = .cos(w0t) dI(t) =1, dQ(t) =-1 đf(t) = -p/4 đS(t) = .sin(w0t) dI(t) =-1, dQ(t) =-1 đf(t) = 3p/4 đS(t) = -.cos(w0t) dI(t) =-1, dQ(t) =1 đf(t) = 5p/4 đS(t) = -.sin(w0t) Ta có thể biểu diễn giá trị của S9t) theo dI(t) và dQ(t) trong toạ độ lượng giác sau: cos(w0t + p/4) (1,1) (1,1) (1,1) =(dI,dQ) (1,1) Hình vẽ 3.17- Biểu diễn s(t) theo dI(t) và dQ(t). Dòng số liệu ban đầu d(t) có chu kỳ Tb sẽ được chia thành hai dòng trùng pha dI(t) và dòng vuông pha dQ(t) với chu kỳ mỗi dòng là 2Tb. Với điều chế QPSK thì dòng trùng pha và dòng vuông pha được sắp xếp đồng bộ để vị trí chuyển trạng thái của chúng xuất hiện đồng thời. Do sự sắp xếp cùng lúc này pha của sóng mang tổng hợp QPSK sẽ thay đổi với chu kỳ 2Tb. Trái lại với OQPSK (QPSK lệch thời) hai dòng xung dI(t) và dQ(t) được xếp so le nhau vì thế sẽ không có bất kỳ thay đổi trạng thái nào của hai dòng này là trùng nhau. Thay đổi trạng thái ở hai dòng sẽ lệch nhau khoảng Tb. Dó đó, sóng mang OQPSK sẽ có chu kỳ Tb. dQ dQ dI dI d0 d2 d2 d3 d0 d1 d0 d0 d2 d2 d1 d3 d5 d7 Hình vẽ 3.18-Dạng tín hiệu dI và dQ ,a trong QPSK ,b OQPSK Thực tế trong điều chế QPSK(OQPSK) cho kênh mã CDMA thay cho chuyển đổi nối tiếp /song song, để thu được hai chuỗi pha I vàQ người ta sử dụng điều chế vuông góc, rồi sau đó quá trình xử lý xảy ra giống như sơ đồ nguyên lý. dòng bit vào Kênh I Kênh Q chuỗi hoa tiêu Q chuỗi hoa tiêu I Hình vẽ 3.19 –Sơ đồ điều chế vuông góc cho các kênh mã CDMA. Dòng bit trên hai kênh vuông pha I va Q được tạo ra bằng phép cộng modul 2 dòng bit thông tin với chuỗi hoa tiêu I và Q, tương ứng. Sau đây sẽ trình bày phương pháp tính chuỗi hao tiêu –I và chuỗi hoa tiêu Q: + Xuất phát từ đa thức tạo mã. P1(x) = 1 + X5 + X7 + X8 + X9 + X13 + X15 cho chuỗi trùng pha –I PQ(x)= 1 + X3 + X4 + X5 + X6 + X10 + X11 + X12 + X15 cho chuỗi vuông pha – Q + Đa thức nghịch đảo xác định nhờ: i(x) = x15.PI(x-1) = 1 + X2 + X6 + X7 + X8 + X10 + X15 q(x) = x15.PQ(x-1) = 1 + X3 + X4 + X5 + X9 + X10 + X11 + X12 + X15 +Tính dãy số nhị phân i(n),q(n) với n = 1á 32767 = 215 – 1 ( có 215 – 1) nhờ cơ chế đệ quy tuyến tính sau: i(n) = i(n –15) Å i(n- 10) Å i(n –8) Å i(n – 7) Å i(n –6) Å i(n-2) và q(n) = q(n –15) Å q(n –12) Å q(n –11) Å q(n –10) Å q(n –9) Å q(n –5) Å q(n –4) Å q(n –3) Để đảm bảo độ dài 215 bit, chuỗi và sẽ hình thành từ các dãy i(n) và q(n) với việc chèn thêm một bit 0 vào vị trí n = 15 của hai dãy này. = (i(1), i(2) ,...............,i(14),0, i(15), i(16)....) = (q(1), q(1),............., q(14),0, q(15), q(1)....) Sau khi tính được và nhân hai vectơ này với chuỗi tín hiệu ta sẽ được kênh I và kênh Q. Để tạo tín hiệu QPSK, tín hiệu trên kênh I được nhân với hàm cos(wt), tín hiệu kênh Q được nhân với hàm sin(wt) để tạo ra hai dạng nhận sóng BPSK vuông pha. Tổng hợp hai sóng mang BPSK vuông pha này ta sẽ được dạng sóng QPSK. Các kênh hướng đi sẽ sử dụng điều chế QPSK, còn các kênh hướng về sử dụng điều chế OQPSK trong đó tín hiệu kênh Q sẽ trễ đi một khoảng = 1 nửa độ dài chip = 406,9ns trước khi đưa vào điều chế. Lọc băng gốc Lọc băng gốc Lọc băng gốc Lọc băng gốc Kênh I Kênh Q Kênh I Trễ S S PQSK OPQSK coswt coswt sinwt sinwt Hình vẽ 3.20 – Sơ đồ điều chế. a/QPSK cho kênh hướng đi b/ OQPSK cho kênh hướng về 3.3.2 Các thông số điều chế cho từng loại kênh. A.Kênh hướng về: + Kênh tham nhập Bộ tạo Mã dài Trễ 1/2PN Bộ điều chế trực Giao 64 mức I(t) Ghép xen khối Lặp ký Hiệu Mã hoá xoắnR = 1/3 k = 9 Cộng 8 bit đuôi, 9,6bit/khung LBG S LBG S(t) sinw0t Cosw0t Các bit Thông tin, 88 bit/ khung 4,8 kb/s Ký hiệu mã,14.4ks/s Ký hiệu mã 28.8ks/s Ký hiệu điều chế 4.8ks/s I(t) Q(t) Chuỗi kênh I Chuỗi kênh Q Hình vẽ 3.21- Sơ đồ điều chế cho kênh thâm nhập hướng về Bảng thông số điều chế cho kênh thâm nhập Thông số Tốc độ số liệu (4800bps) Đơn vị Tỉ lệ mã(bộ hoá vòng xoắn) 1/3 bit/ký hiệu Lặp lại ký hiệu 2 ký hiệu mã/ ký hiệu Điều chế trực giao 6 KH mã /KH điều chế Tốc độ ký hiệu điều chế 4800 ký hiệu/s Tốc độ chip Walsh 307.2 Kc/s Khoảng thời gian 1 ký hiệu điều chế 208.33 ms Số liệu truyền trên kênh thâm nhập được xử lý theo các bước sau. 1) Phần đuôi của bộ mã hoá gồm 8 bit sẽ được thêm vào các bit thông tin để nhóm thành các khung 20ms. 2)Số liệu được mã hoá vòng xoắn 1/3. 3)Các ký hiệu được lọc ra khỏi bộ mã hoá vòng xoắn sẽ được lặp một lần. 4)Các ký hiệu đưa vào ghép xen để bảo vệ lỗi cụm. 5)Trong điều chế trực giao 64 mức, đầu vào là các ký hiệu mã còn đầu ra là các ký hiệu điều chế. Mỗi ký hiệu điều chế này được truyền dẫn cho một khối 6 ký hiệu mã. 6)Trải phổ DS được thực hiện bởi một mã dài. Cơ chế trải phổ này liện quan tới cộng modul 2 đầu ra bộ trực giao 64 mức và mã dài. 7) Kênh thâm nhập, sau đó được trải phổ vuông góc. Chuỗi số liệu vuông pha và Q là kết quả của phép XOR 2 chuỗi hoa tiêu Ivà Q với số liệu ra của bộ trải phổ DS. 8) Chuỗi vuông pha Q, sau đó bị trễ đi một nửa thời gian chip (406,9ns). Các chuỗi tín hiệu trên kênh I và Q được đưa tới bộ lọc băng gốc. 9) Chuỗi tín hiệu kênh I và Q sau bộ lọc băng gốc dược đưa tới điều chế dịch pha BPSK, một sóng với hàm có và một sóng với hàm sin. Dạng sóng OQPSK s(t) thu được sẽ là tổng hợp 2 dạng sóng BPSK trực giao và lệch thời. + Kênh lưu lượng về. Kênh lưu lượng về sử dụng để truyền dẫn tín hiệu báo hiệu thông tin người dùng tới trạm gốc. Tốc độ của kênh lưu lương về được chọn trên cơ sở từng khung. Mỗi khung của kênh lưu lượng về dài 20 ms. Mỗi khung của kênh lưu lượng về được nhận dạng nhờ 1 mã dài. Mã dài được sử dụng để nhận dạng duy nhất 1 trạm di động trên cả kênh lưu lượng đi và về. Lặp ký hiệu Ghép xen khối Điều chế trực giao LBG Trễ 1/2 chip LBG Tạo mã dài Ngẫu nhiên hoá cụm số liệu Thêm CRC Thêm 8 bit đuôi Mã hoá vòng xoắn, R=1/3,K=9 S 8.6kb/s 4.0kb/s 2.0kb/s 0.8kb/s 9.2kb/s 4.4kb/s 2.0kb/s 0.8kb/s 9.6kb/s 4.8kb/s 2.4kb/s 1.2kb/s 28.8kb/s 14.4kb/s 7.2kb/s 3.6kb/s Các bit thông tin 28.8ks/s Ký hiệu điều chế, 4.8ks/s I(t) Q(t) Chuỗi kênh Q 1.2288Mc/s Chuỗi kênh I 1.2288Mc/s Hình vẽ 3.22 – Tiến trình xử lý tín hiệu với KLL về Các thành phần tham gia xử lý tín hiệu trên kênh lưu lượng về có nguyên lý hoạt động như đã đề cập đến ở phần trước, ở đây ta sẽ xem xét kỹ hơn các đặc trưng của kênh lưu lượng hướng về. + Ngẫu nhiên hoá cụm số liệu. Để truyền dẫn tốc độ số liệu thay đổi cho các luồng số liệu có tốc độ bit khác nhau(9.6kbps,4.8kbps,2.4kbps,1.2kbps) luồng số ở đầu ra bộ ghép xen được đưa vào bộ ngẫu nhiên hoá. Bộ ngẫu nhiên hoá sẽ đóng mở để xoá đi 1 số ký hiệu và chỉ cho một số ký hiệu đi qua tuỳ theo tốc độ bit (chẳng hạn khi truyền 4800, 2400, 1200bps chỉ có tương ứng là : 1/2, 1/4, 1/8số ký hiệu được đi qua) Qúa trình đóng mở được thực hiện bằng cách chia các khung 20ms thành 16 đoạn dài đều nhau(1.25ms) gọi là các nhóm điều khiển công suất . Một số nhóm được mở cho qua còn một số nhóm được mở cho qua còn một số nhóm bị đóng lại không được qua. Việc đóng mở các nhóm này thực hiện nhờ chức năng ngẫu nhiên hoá cụm số liệu. Bộ ngẫu nhiên hoá cụm số liệu đảm bảo rằng mỗi ký hiệu mã được đưa vào qua trình lặp chỉ phát đúng một lần. Bộ ngẫu nhiên hoá sẽ tạo ra một mẫu chắn gồm các bit 0 và 1 để chắn ngẫu nhiên các ký hiệu sau qúa trình lặp. Mẫu chắn này được quyết định bởi tốc độ khung số liệu và 14 chip của mã dài. Mã dài có chu kỳ 242 – 1 bit tốc độ 1.2288Mchip/s cũng được chia thành 16 nhóm dài 1.25ms ký hiệu từ 0á15, mỗi nhóm chứa 384 chip PN,14 chip cuối cùng trong nhóm trước cuối (nhóm thứ 14) của các chip mã dài dùng để trải phổ cho khung số liệu trước đó sẽ được sử dụng để xác định mẫu chắn. Giả sử 14 chip này được ký hiệu như sau: C0 ,C1 ,C2 , C3,......, C13 trong đó C0 là chip đầu tiên ( chip già nhất) Thuật toán đóng mở được thựchiện trên 14 chip này như sau: - Tốc đọ số liệu 9600bps Tất cả các nhóm điều khiển công suất được phát -Tốc độ số liệu 4800bps. Các nhóm điều khiển công suất có ố thứ tự xác định theo công thức sau sẽ được phát. C0,2+ C1,4+ C2,6+ C3,8+ C4,10+ C5,12+ C6,14+ C7 -Tốc độ 2400bps. Các nhóm điều khiển công suất có số thứ tự xác định theo công thức sau được phát. C0 nếu C8 = 0 (4 + C2 )nếu C9 = 0 (8 + C4 )nếu C10 = 0 (12 + C6) nếu C11 = 0 hay hay hay hay (2+ C1) nếu C8 = 1 (6+ C3) nếu C9 = 1 (10+ C5) nếu C10 = 1 (14 + C7) - Tốc độ số liệu 1200bps. C0 nếu C8 = 0 và C12 = 0 4 + C2 nếu(C9 = 0 và C12= 0) 8+ C4 nếu ( C10 = 0 và C13 = 0) 12 + C6 néu (C11 = 0 và C13 = 1) hay hay hay hay 2 + C1 nếu C8 = 1 và C12 = 0 6 + C3 nếu (C9 = 1 và C12 = 1) 10 + C3 nếu (C10 =1 và C13 = 0) 14 + C7 nếu ( C11 = 1 và C13 = 1) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 12 13 14 15 14 15 C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 9 C 10 C 11 C 12 C 13 192 bit = 567 ký hiệu mã =96 ký hiệu điều chế =16 nhóm đ/k CS 1.25ms =1 nhóm điều khiển CS được mã hoá bởi 384 chip PN Các khung có tốc độ 9600bps Các khung có tốc độ 4800bps Các khung có tốc độ 2400bps Các khung có tốc độ 1200bps 14 bit cuối cùng của mã dài tải phổ cho PCG thứ 14 được xét trong thí dụ này: c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 c11 c12c13 =00101101100100 Nhóm 14 Nhóm 15 Khung trước Khung trước Khung trước Nhóm được truyền Hình vẽ 3.23- Thí dụ về đường truyền dẫn tốc độ số liệu thay đổi của kênh CDMA hướng về. B. Các kênh đường đi . Các kênh CDMA hướng đi gồm các kênh mã sau: hao tiêu, kênh đồng bộ kênh nhắn tin và kênh lưu lượng hướng đi. Mỗi một kênh mã được trải phổ bởi một hàm Walsh thích hợp. Một ví dụ điển hình các kênh được truyền từ trạm gốc BS như sau: W0 KTN ....... KTN 7 KLL 1 ...... KLL 24 KĐB KLL 25 ...... KLL Hình vẽ 3.24 Ví dụ các kênh đường đi Kênh mã số 0 luôn ấn định cho kênh hoa tiêu, nếu kênh đồng bộ tồn tại nó sẽ được ấn định kênh mã số 32. Nếu kênh nhắn tin tồn tại nó được ấn định các kênh mã từ 1á 7. Các kênh mã còn lại dành cho kênh lưu lượng đi. + Kênh hoa tiêu Kênh hoa tiêu luôn được trạm gốc phát đi ở mọi kênh CDMA hướng xuống tích cực, kênh hoa tiêu là một tín hiệu trải phổ không được mã hoá. Kênh hoa tiêu là một kênh chuẩn cho phép trạm di động thu được định thời của kênh CMA hướng đi và cung cấp chuẩn pha cho giải điều chế kết hợp. Cấu tạo của kênh hoa tiêu là 1 chuỗi toàn bit’0’ được trải phổ bởi hàm Walsh 0. Tiến trình xử lý kênh hoa tiêu sau khi thiết lậo khung như sau: Lọc băng gốc Lọc băng gốc S Chuỗi hoa tiêu-I Chuỗi hoa tiêu-Q cosw0t sinw0t Q(t) I(t) S(t) Kênh hoa tiêu toàn bit ‘0’tốc độ 19.2ks/s khung 20ms 20mshàm Walsh’0’ 1.22.88Mc Hình vẽ 3.25 – Tiến trình xử lý tín hiệu trên kênh hoa tiêu + Kênh đồng bộ. Kênh đồng bộ được xác định như là kênh mã số 32 trong kênh CDMA hướng đi. Kênh đồng bộ sẽ hoạt động ở tốc độ cố định 1200bps. Kênh đồng bộ được sử dụng bởi MS để thu được đồng bộ thời gian của hệ thống. Tiến trình xử lý như sau: Mã hoá vòng xoắn Ghép xen Lặp ký hiệu mã Lọc băng gốc Lọc băng gốc S Dữ liệu vào Ký hiệu mã 2.4ks/s 4.8ks/s Hàm Walsh Số 32 Chuỗi hoa tiêu-I Chuỗi hoa tiêu-Q cosw0t sinw0t Q(t) I(t) S(t) Tốc độ chip 1.2288Mc/s Hình vẽ 3.26 – Tiến trình xử lý tín hiệu trên kênh đồng bộ Các thông số của kênh đồng bộ. Thông số Tốc đọ số liệu 1200bps Đơn vị Tốc độ chip PN 1.2288 Mchip/s Tỉ lệ mã bộ mã hoá vòng xoắn R = 1/2 bit/ký hiệu mã Lặp mã 2 ký hiệu/ký hiệu mã Tốc độ ký hiệu 4800 ký hiệu/s Số chip PN/chip 1024 chip PN/bit + Kênh nhắn tin. Kênh nhắn tin hoạt động ở tốc độ cố định là 9600bps hay 4800bps trong các khung có độ dài 20ms. Các kêh nhắn tin được chia thành các khe nhắn tin có độ dài 80ms. ở chế độ không ấn định khe MS phải theo dõi liên tục kênh nhắn tin để có thể thu được bản tin nhắn tin dành cho nó. Còn ở chế độ ấn định khe MS sẽ theo dõi kênh nhắn tin trong khe đã cho. Sau khi lập khung quá trình xử lý đối với kênh nhắn tin được cho bởi Mã hoá vòng xoắn Lấy1 Từ 64 Tạo mã dài Ghép xen Lặp ký hiệu mã Lọc băng gốc Lọc băng gốc S 9.6kb/s 4.8kb/s Ký hiệu mã 19.2ks/s 9.6ks/s 19.2ks/s Trộn dữ liệu Hàm Walsh 1.2288Mc/s Chuỗi hoa tiêu-I Chuỗi hoa tiêu-Q cosw0t sinw0t Q(t) I(t) S(t) Hình vẽ 3.27- Tiến trình xử lý tín hiệu trên kênh nhắn tin. Các thông số điều chế. Thông số Tốc đọ số liệu 1200bps Đơn vị Tốc độ chip PN 1.2288 Mchip/s Tỉ lệ mã bộ mã hoá vòng xoắn 1/2 bit/ký hiệu mã Lặp mã ký hiệu/ký hiệu mã Tốc độ ký hiệu 19.2 ký hiệu/s Số chip PN/chip 64 chip PN/bit + Kênh lưu lượng hướng đi. Kênh lưu lượng hướng đi dùng để truyền thông tin báo hiệu và thông tin người dùng tới một MS cụ thể trong một cuôic gọi. BS sẽ truyền thông tin rên kênh lưu lượng tại các tốc độ thay đổi 9600,4800,2400,1200bps.Tốc độ số liệu được chọn trên cơ sở từng khung Các thông số điều chế cho kênh lưu lượng hướng đi: Thông số Tốc độ Đơn vị Tốc độ chip PN 9600 4800 2400 1200 Mchip/s Tỉ lệ mã bộ mã hoá vòng xoắn 1/2 1/2 1/2 1/2 bit/ký hiệu mã Lặp mã 1 2 4 8 ký hiệu/ký hiệu mã Tốc độ ký hiệu 19.2 19.2 19.2 19.2 ký hiệu/s 64 64 64 64 Số chip PN/chip 128 256 512 1024 chip PN/bit Lặp ký hiệu Ghép xen khối Điều chế trực giao LBG Trễ 1/2 chip LBG Tạo mã dài Ngẫu nhiên hoá cụm số liệu Thêm CRC Thêm 8 bit đuôi Mã hoá vòng xoắn, R=1/3,K=9 S 8.6kb/s 4.0kb/s 2.0kb/s 0.8kb/s 9.2kb/s 4.4kb/s 2.0kb/s 0.8kb/s 9.6kb/s 4.8kb/s 2.4kb/s 1.2kb/s 28.8kb/s 14.4kb/s 7.2kb/s 3.6kb/s Các bit thông tin 28.8ks/s Ký hiệu điều chế, 4.8ks/s I(t) Q(t) Chuỗi kênh Q 1.2288Mc/s Chuỗi kênh I 1.2288Mc/s Hình vẽ 3.28- Tiến trình xử lý tín hiệu trên KLL đi Các thành phần tham gia xử lý tín hiệu đã được đề cập đến ở trước, ta chỉ xem xét kỹ hơn một số đặc trưng sau: Kênh phụ điều công suất: Kênh phụ điều công suất trên kênh lưu lượng đi liên tục phát các bit điều khiển công suất tại tốc độ 800bit/s, có nghĩa các bit điều khiển công suất có chu kỳ 1.25ms(1/800). Để phục vụ cho việc điều khiển công suất thì KLL hướng đi và về đều được phân thành các khoảng thời gian 1.25ms gọi là các nnhóm điều khiển công suất. Bit điều khiển công suất sẽ được chèn vào vị trí nào đó của 1 bit thông tin trên nhóm điều khiển công suất của KLL hướng đi. Bit ‘0’ biểu thị trạm di động cần phải tăng mức công suất phát đầu ra và bit’1’ biểu thị trạm di động cần giảm mức công suất ra. Trạm di động chỉ điều chỉnh mức công suất của nó khi được trả lời từ các bit điều khiển công suất trên KLL đi. Bit điều khiển công suất xem như có hiệu lực nếu nó thu được trong khoảng 1.25ms và là khoảng thời gian thứ hai sau khoảng thời gian mà trạm di động phát.Ví dụ, nếu tín hiệu thu được trên KLL về ở nhóm điều khiển công suất thứ 7 (5+ 2= 7). Kênh lưu lượng về được chia thành nhóm 16 nhóm điều khiẻn công suất (PCG), mỗi nhóm dài1.25ms. Tuỳ theo tốc độ số liệu khác nhau mà các nhóm điều khiển công suất được phát .(ví dụ với tốc độ 9.6Kb/s thì cả 16 nhóm đều được phát, tốc độ 4.8Kb/s có 8 nhóm được phát, tốc độ 2.4Kb/s có 4 nhóm được phát, và chỉ có 2 nhóm được phát với tốc độ1.2Kb/s). Tại trạm gốc, bộ thu KLL về đánh giá độ mạnh yếu của tín hiệunhận được. Nếu tín hiệu vượt qua mức ngưỡng thì bit điều khiển công suất ‘1’ sẽ được phát(giảm Công suất ra tại MS ). Ngược lại, nếu tín hiệu dưới mức ngưỡng bit điều khiển ‘0’ sẽ được phát (tăng công suất ra tại MS) Sau khi thực hiện trộn dữ liệu, khung kênh lưu lượng đi cũng được chia thành 16 nhóm điều khiển công suất, mỗi nhóm dài 20ms và có 24 ký hiệu mã. Bit điều khiểncông suất được chèn vào chuỗi dữ liệu KLL chiều đi. Bit điều khiển có thể nằm ở 1 trong 16 vị trí đầu tiên của 24 ký hiệu mã. Trong chu kỳ 1.25ms sẽ có 24 bit của mã dài(đầu ra bộ lấy 1 từ 64) được sử dụng cho việc trộn dữ liệu và 4 bit nhị phân cuối cùng dánh số từ 20á23 sẽ dược dùng để xác định vị trí của bit điều khiển công suất.Bit thứ 20 là bit ít ý nghĩa nhất, còn bit 23 là bit có ý nghĩa nhất. Trong ví vụ sau,giá trị của các bit 23, 22, 21 và 20 là 1110(= 14 theo hệ thập phân ) Như vậy, bit điều khiển công suất bắt đầu tại vị trí ký hiệu thứ 14 Trạm gốc:1.đo cường độ tín hiệu 2.xác định bit đ/k CS thích hợp 3.ghép bit đ/k CS ,a0 a1 a2 a3 a22a23 .b0b1 b2 b3 b22b23 .c0c1 c2 c3 c14 c15 c16 c22c23 1110=14 =vị trí bit đ/k CS .b20 b21 b22 b23 =0 =1 =1 = 1 0 1 2 3 4 5 15 Khung hướng về 20ms= 96 ký hiệu điều chế = 16 nhóm điều khiển công suất Nhóm trước Chuỗi dữ liệu đầu ra bộ ghép xen Mã dài(đầu ra bộ ghép xen) Ghép bit đ/k CS 16 vị trí có thể bắt đầu bit đ/k CS Các vị trí không dùng cho bit đ/k CS 1.25ms 0 1 2 3 4 5 6 7 15 Hình vẽ 3.29 Ghép bit điều khiển công suất. Chương 4 Các vấn đề thực tế của hệ thống thông tin tổ ong CDMA 4.1 Máy thu Rake: Trong môi trường pha đinh nhiều tia cùng một tín hiệu phát đi từ trạm gốc sẽ tạo nên nhiều tín hiệu đến Ante của MS tại các thời gian khác nhau và có mối quan hệ pha ngẫu nhiên với nhau. Nếu như các đường phản xạ đến Anten của MS trễ hơn so với đường đến sớm nhất một khoảng lớn hơn thời gian 1 chip, thì chúng có thể bị loại bỏ khi giải trải phổ do tính tương quan thấp của dãy mã. Tuy nhiên, chú ý rằng, các tín hiệu trải phổ đến theo cá đường khác nhau, sẽ chịu ảnh hưởng của pha đinh khác nhau. Bởi vậy, tại một thời điểm nào đó, nếu có 1 vài thành phần nhiều đường bị suy giảm bởi pha đinh nhiều tia thì có thể các thành phần khác không bị pha đinh, và bộ thu có thể sử dụng các thành phần không bị pha đinh và bộ thu CDMA mà lợi dụng các thành phần nhiều đường để quyết định tín hiệu đến trực tiếp sẽ không có tương quan với nhau và được gọi là 1 đường quyết định sẽ được sử dụng bởi máy thu Rake. Các tín hiệu nhiều đường có thể sử dụng bởi máy thu Rake phải thoả mãn trải rộng trễ lớn hơn thời gian 1 chip nhưng phải nhỏ hơn thời gian của một bit tín hiệu. Máy thu Rake có thể có L đường quyết định theo công thức: L= (D/Tc) + 1.Trong đó : D : độ rộng dải trễ, Tc < D < T t r t S Trễ Tc Trễ Tc Bộ tạo Mã PN a t r r a a Hình vẽ 4.1 Sơ đồ khối của máy thu Rake. Nguyên lý hoạt động : Anten thu được tín hiệu nhiều đường, mỗi đường chứa cùng một kênh thông tin, nhưng có thời gian xuất hiện ( độ trễ), biên độ và pha khác nhau. Mỗi kênh được lựa chọn từ mỗi đường sẽ được trải phổ riêng biệt với một chuỗi PN thích hợp. Vì mỗi tia đến anten thu lại các thời gian khác nhau nên mỗi bộ mã PN sẽ có pha được điều chỉnh động. Tín hiệu giải trải phổ không còn chứa dạng sóng chip PN, được đưa tới bộ kết hợp tối ưu tuyến tính, gồm có L nhánh. Mỗi nhánh được gọi là một ngón tay (Finger), và gồm có 3 tầng: + Tầng t : sẽ loại bỏ trải rộng trễ giữa các đường được trải phổ. + Tầng p: điều chỉnh thích hợp pha của mỗi nhánh. +Tầng a: cân bằng mức công suất ra của mỗi nhánh. Các tín hiệu ra từ mỗi ngón tay sau đó được cộng lại để đưa ra ước lượng cho tín hiệu thu. Thêm vào phân tập thời gian như trên, máy thu Rake còn được sử dụng để phân tập không gian trong chuyển giao mềm. Trong chuyển giao mềm, khi MS di chuyển tới biên giới của 1 ô, nó sẽ chuyển thông đồng thời với cả hai trạm gốc. Anten củaMS sẽ thu cùng môt tín hiệu kênh lưu lượng phát đi từ 2 trạm gốc khác nhau. Máy thu Rake sẽ làm nhiệm vụ kết hợp với hai tín hiệu này. Máy thu Rake sẽ xem đường đến từ trạm BS mới như là 1 đường cần kết hợp tối ưu với đường tín hiệu của trạm cũ. 4.2 Chuyển giao: 4.2.1 Các khái niệm chung về chuyển giao: Trong hệ thống thông tin di động tổ ong, chuyển giao xảy ra khi trạm di động đang di chuyển ra ngoài vùng phủ sóng của trạm gốc và đi vào vùng phủ sóng của 1 trạm gốc khác. Quá trình chuyển giao xảy ra ở biên giới của ô. Mục đích của chuyển giao là đảm bảo chất lượng đường chuyển, khi một trạm MS rời xa trạm gốc đang phục vụ nó. Khi đó, MS phải chuyển lưu lượng sang 1 kênh mới thuộc trạm gốc lân cận khác. ở CDMA tồn tại hai dạng chuyển giao mềm và hhai dạng chuyển giao cứng. 1. chuyển giao mềm giữa các ô khác nhau sử dụngchung kênh tần số 2. Chuyển giao mềm hơn giữa các đoạn ô của cùng 1 ô. 3. Chuyển giao giữa 2 hệ thống không được đồng bộ và không sử dụng chung kênh tần số. 4. Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA đến hệ thống tượng tự (chỉ áp dụng cho MS hoạt ở hai chế độ: tương tự và CDMA ) Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa trên nguyên tắc “ Nối trước khi xoá), trong đó trạm di động bắt đầu chuyển thông với 1 trạm gốc mà vẫn chưa cắt thông tin với trạm gốc cũ. Chuyển giao mềm chỉ có thể thức hiện khi trạm gốc mới và cũ đều làm việc ở cùng một kênh tần số. Cho nên trạm di động không cần thay đổi kênh tần số khi nó chuyển sang 1 ô khác. Như vậy chuyển giao chỉ có thể thực hiện ở hệ thống thông tin di động CDMA, trong đó cho phép sử dụng chung tần số ở hai trạm gốc kề cận mà không nhiễu đáng kể. Trong quá trình di động, MS sẽ liện tục giám sát công suất của các trạm gốc kế cận. Khi phát hiện một trạm gốc có công suất đủ lớn(so sánh công suất của trạm gốc hiện thời MS sẽ thông báo điều này cho trạm gốc hiện thời. Trạm gốc này sẽ thông báo với trung tâm chuyền mạch để cho phép trạm gốc thứ hai cùng phát và thu lưu lượng từ trạm di động. Như vậy trong qua trình chuyển giao MS sẽ chuyền thông đồng thời với hai trạm gốc. ở đường đi (đường xuống) máy thu Rake của MS sẽ kết hợp với hai tín hiệu từ hai trạm gốc này để có được một tín hiệu với chất lượng tốt hơn. ở đường về(đường lên) mỗi trạm gốc sẽ giải điều chế và giải mã khung tiếng một cách độc lập rồi gửi chúng đến trung tâm chuyển mạch để chọn ra khung tốt hơn. Như vậy chuyển giao mềm sẽ không bất kỳ ngắt quãng nào và sẽ không làm mất đi bát kỳ bit thông tin nào như với chuyển giao cứng. Trong hệ thốngCDMA,còn có chuyển giao mềm hơn trong 1 ô khi mà MS di chuyển từ anten định hướng này sang anten định khác của cùng một trạm gốc. Thông thường một trạm gốc được thiết kế sao cho 1 anten sẽ phát và thu trong 1 cung 600 hay 1200 thay vì trong cả vùng phủ sóng3600. Với vùng phủ sóng 3600 sẽ cần nhiều anten mỗi cung mà một anten phủ sóng gọi là 1 đoạn ô, và chuyển giao mềm hơn được thực hiện khi MS di chuyển đến 1 biên giới của 1 đoạn ô. Chuyển giao cứng. Chuyển giao cứng được thực hiện khi cần chuyển lưu lượng sang 1 kênh tần số mới.Các hệ thống thông tin tổ ong FDMA và TDMA đều chỉ sử dụng phương thức chuyển giao này. Chuyển giao cứng thực hiện trên nguyên tắc”nối trước khi xoá”, trong đó kết nối với kênh cũ bị xoá trước khi kết nối với kênh mới được thực hiện. Nhược điểm của chuyển giao cứng là có thể xảy ra rớt cuộc gọi do chất lượng của kênh mới chuyển đến trở nên quá xấu trong kênh cũ đã bị cắt. Các sơ đồ chuyển giao cứng ở CDMA bao gồm: + Chuyển giao CDMA đến CDMA: trạm di động chuyển dịch giữa các ô làm việc ở các tần số CDMA khác nhau. + Chuyển giao cứng giữa CDMA đến tương tự: trạm di dộng chuyển kênh lưu lượng sang kênh tiếng tương tự. 4.2.2 Các thủ tục chuyển giao mềm ở hệ thống IS – 95: a/Tổng quan: Xét đến khía cạnh địa lý, chuyển giao thực hiện khi MS di chuyển đến biên giới của hai trạm gốc. Còn xét về nguyên lý hoạt động, thì chuyển giao là quá trình MS chiếm kênh hoa tiêu mới có cường độ trường thích hợp và tiến hành truyền thông với trạm gốc mới phát kênh hoa tiêu này trong khi vẫn tryền thông với trạm gốc hiện thời. Trong hệ thống CDMA IS –95 để phục vụ tốt hơn việc chuyển giao các kênh hoa tiêu được phát hiện được đưa vào các nhóm khác nhau: nhóm tích cực nhóm ứng cử nhóm kề cận nhóm còn lại. Chuyển giao mềm chỉ có thể thực hiện với các kênh hoa tiêu với các nhóm tích cực. Quá trình chuyển kênh hoa tiêu vào/ra nhóm tích cực, đồng thời việc chuyền giao mềm với kênh hoa tiêu chuyển vào được thực hiện ở các bước sau. 1. Gửi bản tin đo cường độ trường(đường lên): Trạm di động liên tục tìm kiếm các KHT mới và do cường độ trường của KHT này, nhưng nó chỉ gửi bản tin đo cường độ trường đến trạm gốc ở 1 trong các trường hợp sau: + Cường độ 1 kênh hoa tiêu trom nhóm lân cận và nhóm còn lại vượt quá ngưỡng T_ADD. + Cường độ một kênh hoa tiêu trong nhóm ứng cử vượt qua cường độ 1 KHT trong nhóm tích cực 1 lượng là T_COMP. +Một kênh hoa tiêu ở nhóm tích cực giảm thấp hơn ngưỡng (T_DROP) trong suốt khoảng thời gian giảm ngưỡng chuyển giao T_TDROP. Trong hai trường hợp đầu,kênh hoa tiêu sẽ được chuyển vào nhóm tích cực còn hai trường hợp cuối kênh hoa tiêu sẽ chuyển ra khỏi nhóm tích cực. 2.Bản tin hướng dẫn chuyển giao. Khi nhận được bản tin đo cường độ trường trạm gốc sẽ chuyển đến trung tân chuyển mạh MSC. MSC có thể quyết định hướng dẫn trạm MS chiếm kênh hoa tiêu mới nếu bản tin đo cường độ trường này phát đi ứng với 1 trong hia trường hợp đầu tiên ở bên trên. Với trường hợp thứ 3, MSC sẽ quyết định MS phải xoá kênh hoa tiêu có cường độ thấp khỏi nhóm tích cực của nó, từ bỏ viêc truyền thông với trạm gốc phát đi KHT này, MSC sẽ ra lệch cho trạm gốc gửi tới MS bản tin hường dẫn chuyển giao. Bản tin f gồm: - Số trình tự của bản tin hướng dẫn chuyển giao. - ấn định tần số của kênh CDMA - Nhóm tích cực (chứa cả KHT mới và cũ) - Kênh mã (mã Walsh) liên kết với mỗi KHT trong nhóm tích cực. - Kích thước cửa sổ tìm kiếm cho nhóm tích cực và nhóm ứng cử. - Ngưỡng phát hiện kênh hoa tiêu (T_ADD). - Ngưỡng xoá kênh hoa tiêu (T_DROP). - Giá trị đồng hồ giản chuyển giao(T_TDROP) - Ngưỡng so sánh giữa nhóm tích cực và nhóm ứng cử (T_COMP). 3.Bản tin hoàn thành chuyển giao (đường lên). Khi trạm di động đã nhận được bản tin chuyển giao từ trạm gốc hiện thời, nó thực hiện chiếm trạm gốc mới trong khi, vẫn duy trì truyền thông với trạm gốc hiện thời. Bây giờ nhóm tích cực chứa cả KHT của trạm gốc hiện thời và trạm gốc cũ sau khi chiếm trạm gốc mới trạm di động sẽ gửi bản tin hoàn thành chuyển giao đến cả hai trạm gốc. b/Các nhóm kênh hoa tiêu. Hệ thống CDMA IS –95 định nghĩa một nhóm kênh hoa tiêu có thể sẽ sử dụng phục vụ quá trình chuyển giao. - Nhóm tích cực chứa các KHT liên kết với các kênh lưu lượng đường xuống( hàmWalsh) được ấn định cho trạm di động trạm gốc thông báo cho trạm di động nội dung của nhóm tích cực bằng bản in ấn định kênh hay bản tin hướng dẫn chuyển giao. - Nhóm ứng cử: Nhóm này chứa các kênh hoa tiêu hiện thời không nằm trong nhóm tích cực nhưng cường độ tín hiệu thu được từ các KHT này đủ lớn để có thể chứng tỏ các KLL đường xuống có thể được giải điều chế thành công. - Nhóm kề cận: Nhóm này chứa các KTH hiện thời không nẳm trong nhóm tích cực cũng như nhóm ứng cử và có thể là ứng cử cho chuyển giao. Danh sách ban đầu của các kênh kế cận được gửi tới trạm di động ở bản tin thông số hệ thống trên kênh nhắn tin. - Nhóm còn lại: chứa tất cả các KTH trong hệ thống trừ các kênh của nhóm tích cực, nhóm ứng cử và nhóm kề cận. c/Duy trì các nhóm kênh hoa tiêu: +Các ngưỡng chuyển giao: Trạm di động sẽ theo dõi cường độ trường của tất cả các kênh hoa tiêu trong hệ thống sau đó cường độ này được so sánh với các ngưỡng khác nhau. Nếu kết thúc một khoảng thời gian cho trước mà cường độ KHT vẫn ổn định thì KHT này sẽ được chuyển vào nhóm này hay nhóm khác tuỳ thuộc vào cường độ tín hiệu của nó so với các ngưỡng nói trên Kênh hoa tiêu sẽ được chuyển lần lượt vào các nhóm khác nhau thể hiện qua hình vẽ 4.2: Hình vẽ này thể hiện 7 bản tin chuẩn được trao đổi giữa MS và BS trong qúa trình chuyển giao: (1) Cường độ KTH trong nhóm kề cận vượt qúa T_ADD,MS gửi bản tin đo cường độ hoa tiêu và chuyển KHT sang nhóm ứng cử . (2) BS gửi đi bản tin hướng dẫn chuyển giao (3) MS chuyển KHT sang nhóm tích cực và gửi đi bản tin hoàn thành chuyển giao (4) Khi cường độ KHT giảm thấp hơn ngưỡng T_DROP, MS khởi động đồng hồ giảm chuyển giao. (5) Đồng hồ giảm chuyển giao chạy hết, MS gửi đi bản tin đo cường độ trường. (6) BS gửi đi bản tin hướng dẫn chuyển giao (7) MS chuyển KHT từ nhóm tích cực sang nhóm kề cận và gửi đi bản tin hoàn thành chuyển giao Hình vẽ 4.2 Quá trình chuyển nhóm KHT thay đổi cường độ. +Cửa sổ tìm Trạm di động sẽ tìm kiếm ( đo cường độ trường)kênh hoa tiêu trong khoảng thời gian cho trước được xác định bằng số chip của chuỗi hoa tiêu PN được gọi là cửa sổ tìm. Tín hiệu nhiều tia trong cửa sổ tìm Các cửa sổ tìm 32.768[chip] Chuỗi hoa tiêu PN Hình 4.3 – Các cửa sổ tìm Khi tìm một kênh hao tiệu, trạm di động không thể giới hạn đến thời gian dịch chính xác của chuỗi hoa tiêu PN do hiện tượng pha đinh nhiều tia. Các dịch thời gian của chuỗi hoa tiêu PN liên quan đến phản xạ nhiều tia sẽ trễ so với tia đi thẳng vài chip. Trạm di động sẽ định tậm của cửa sổ tìm kiếm cho mỗi kênh hoa tiêu trong nhóm tích cực và nhóm ứng cử xung quanh phần tử của tia đến sớm nhất. Kích thước của cửa sổ được xác định theo số chip của chuỗi hoa tiêu PN. Trạm di động cũng cần định tậm cửa sổ cho mỗi kênh hoa tiêu của nhóm kế cận và nhóm còn lại xung quanh dịch thời chuỗi hoa tiêu sử dụng chuẩn thời gian của trạm di động. +Trình từ tìm: Mỗi kênh hoa tiêu trong nhóm ứng cử chỉ được tìm sau khi đã tìm tất cả các kênh hoa tiêu trong nhóm tích cực. Một kênh hoa tiêu trong nhóm kế cận chỉ được tìm sau khi đã tìm tất cả các kênh hoa tiêu trong nhóm ứng cử. Một hoa tiêu trong nhóm còn lại chỉ được tìm sau khi đã tìm hết các hoa tiêu trong nhóm kế cận. +Duy trì các nhóm hoa tiêu: - Duy trì nhóm tích cực: Khi trạm di động được cấp phát kênh lưu lượng lần đầu, nhóm tích cực chỉ chứa 1 KHT mà liên kết với KLL đường xuống đã cấp phát. Khi trạm di động xử lý bản tin hướng dẫn chuyển giao, nó sẽ thay thế nhóm tích cực bằng một danh sách các hoa tiêu trong bản tin này. Nhóm tích cực có thể chứa đến 6 hoa tiêu. -Duy trì nhóm ứng cử: Khi trạm di động lần đầu được cấp phát 1 KLL đường xuống nhóm ứng cử không chứa KHT nào cả. Một kênh hoa tiêu, Px được bổ xung vào nhóm ứng cử từ các nhóm khác như sau: KHT Pa thuộc nhóm tích cực được bổ xung vào nhóm ứng cử khi: bản tin hướng dẫn chuyển giao không chứa Pa và đồng thời giảm Pa (TTdrop)chưa chạy hết. - KHT PN thuộc nhóm kế cận được bổ xung vào nhóm tích cực khi: cường độ của kênh này vượt ngưỡng phát hiện hoa tiêu (T_ADD). KHT Pr thuộc nhóm còn lại được bổ xung vào nhóm tích cực khi : cường độ của kênh này vượt ngưỡng phát hiện hoa tiêu (TADD). Một hoa tiêu, Pc của nhóm ứng cử bị chuyển ra khi: -Bản tin hướng dẫn chứa một hoa tiêu của nhóm ứng cử,Pc (Pc chuyển lên nhóm tích cực. -Đồng hồ thời gian giảm chuyển giao tương ứng với một kênh hoa tiêu của nhóm ứng cử, Pc, đã chạy hết (Pc chuyển xuống nhóm kế cận). -Kích thước của nhóm ứng cử bị vượt quá, hoa tiêu Pc có đồng hồ thời gian giảm chuyển giao gần thời điểm chạy hết sẽ bị xoá khỏi nhóm ứng cử (chuyển xuống nhóm kế cận). Duy trì nhóm kế cận: Khi trạm di động lần đầu được cấp phát kênh lưu lượng đường xuống, nhóm kế cận chỉ chứa các hoa tiêu được liệt kê trong bản tin danh sách kế cận mà thu được mới nhất tái sinh. Trạm di động sẽ duy trì một bộ đếm tuổi, AGE, cho từng hoa tiêu ở nhóm kế cận. Nếu một hoa tiêu chuyển từ nhóm tích cực hay nhóm ứng cử đến nhóm kế cận, bộ đếm này sẽ khởi động lại từ 0. Nhưng nếu có một hoa tiêu chuyể từ nhóm còn lại đến nhóm kế cận thì bộ đếm sẽ được lập vào giá trị cực đại. Trạm di động sẽ bổ xung một hoa tiêu ở các nhóm khác vào nhóm kế cận trong các điều kiện sau. - Kênh hoa tiêu có trong bảng danh sách kênh kế cận nhưng chưa có ở nhóm ứng cử hoặc nhóm kế cận. - Một kênh hoa tiêu thuộc nhóm tích cực không có trong bản tin hướng dẫn chuyển giao và thời gian giảm chuyển giao đã hết. - Thời gian giảm chuyển giao của một hao tiêu trong nhóm ứng cử đã hết. - Một hoa tiêu bổ xung cho nhóm ứng cử làm kích thước của nhóm này bị vượt quá. Trạm di động sẽ xoá một hoa tiêu ra khỏi nhóm kế cận khi: - Bản tin hướng dẫn chuyển giao chứa một hoa tiêu từ nhóm kế cận hiện hành (chuyển lên nhóm tích cực). - Cường độ của một hoa tiêu trong nhóm kế cận vượt quá ngưỡng T_ADD(chuyển xuống nhóm còn lại). - Một hoa tiêu bổ xung cho nhóm kế cận làm kích thước của nhóm này bị vượt quá (chuyển xuống nhóm còn lại). - Tuổi (age) của một hoa tiêu thuộc nhóm kế cận vượt quá giá trị cực đại của bộ đếm age(chuuyển xuống nhóm còn lại). d./ Xử lý kênh lưu lượng. + Xử lý kênh lưu lượng đường xuống: Tất cả các kênh lưu lượng ấn định cho trạm di động vầ các hoa tiêu liên kết trọng nhóm tích cực ddều mang cùng một thông tin lưu lượng trừ kênh con điều khiển công suất. Khi nhóm tích cực chứa hai hay nhiều hoa tiêu, trạm di động phải đảm bảo phân nhóm bằng cách kết hợp các kênh lưu lượng đường xuống liên kết như mô tả trong hình vẽ đưới đây(hình 4.4) Trạm gốc B PN(t – Tb) Wj(t) Trạm gốc A PN(t – Ta) Wi(t) PN(t-Tb – Pb) Wj(t –Pb) PN(t-Ta – Pa) Wi(t –Pa) Kết hợp phân nhóm ở trạm di động Ký hiệu : -PN(t – Ta),PN(t – thiết bị): các chuỗi hoa tiêu dịch thời Ta và thiết bị -Wi(t),Wj(t): các mã Walsh -Pa,Pb: trễ truyền lan Hình 4.4 : Kết hợp phân tập các KLL đường xuống ở trạm di động + Xử lý kênh lưu lượng đường lên (chuyển giao giữa các cell): Trong quá trình chuyển giao giữa các cell, trạm di động phát cùng một thông tin đến cả hai trạm gốc. Mỗi trạm gốc nhận được thông tin từ trạm di động với độ trễ truyền lan khác nhau(hình 4.5). Khi này các trạm gốc sẽ gửi tín hiệu thu được đến bộ mã hoá tiếng/chọnlựa. Bộ này sẽ chọn khung tốt nhất và loại bỏ khung có chất lượng kém hơn. Khung tốt nhất được chọn Bộ mã hoá tiếng/chọn lựa BTS a BTS b .d(t-Pa).c(t-Pa) .d(t-Pa).c(t-Pa) Ký hiệu: -d(t):Số liệu của người sử dụng -c(t):Mã của người sử dụng -Pa,Pb:Trễ truyền lan -BTSa,BTSb:Trạm gốc a và trạm gốc b Trạm di động d(t).c(t) Khung b Khung a Chuyển mạch Hình 4.5 Xử lý KLL đường lên khi chuyển giao giữa các cell +Xử lý kênh lưu lượng đường lên( chuyển giao giữa các đoạn ô): Trong quá trình chuyển giao giữa các đoạn ô trạm di động phát cùng một thông tin đến cả hai đoạn ô( hình 4.5 ). Phiến kênh ở trạm di động của ô sẽ nhận được tín hiệu của cả hai đoạn ô. Phiến này sẽ kết hợp hai đầu vào và gửi tín hiệu tổng sau khi kết hợp đến bộ mã hoá tiếng/chọn lựa. Như vậy sau đó sẽ chỉ có một khung tiếng được xử lý. Bộ mã hoá tiếng/chọn lựa Chuyển mạch Phần tử kênh kết hợp và giải mã .d(t-Pa)c(t-Pa) .d(t-Pb)c(t-Pb) Trạm di động d(t)c(t) Các đầu vào Phản xạ Ký hiệu: -d(t):số liệu của người sử dụng -c(t):Mã của người sử dụng -Pa,Pb:Trễ truyền lan Hình 4.6 Xử lý đường lên khi chuyển giao giữa các đoạn ô 4.3 Hiệu ứng gần xa và điều khiển công suất 4.3.1 Hiệu ứng gần xa: Trong một hệ thống thông tin vô tuyến, khi hai người xử dụng có khoảng cách khác nhau tới trạm BS đang truyền thông thì công suất thu được của hai người này tại trạm gốc sẽ khác nhau do suy hao đường truyền là khác nhau. Với hệ thống FDMA và TDMA thì sự khác biệt về công suất này không ảnh hưởng gì đến việc giải điều chế tín hiệu ở trạm gốc trong môi trường đa kênh, vì chúng là một khe thời gian. Còn với hệ thống CDMA, do các máy di động phát chung tần số ở cùng thời gian nên sẽ gây nhiễu đồng kênh với nau. Do vậy, nếu một tín hiệu thu được có mức công suất lớn hơn các tín hiệu khác, nó sẽ là nguồn nhiễu lớn với các tín hiệu yếu, khiến BS ít nhậy cảm với các tín hiệu yếu hơn. Chẳng hạn nếu công suất thu được của một người sử dụng nào đó ở trạm BS lớn hơn 10 lần công suất của những người sử dụng khác thì nhiễu giao thoa đồng kênh do người sử dụng này gây ra cũng lớn gấp 10 lần của những người sử dụng khác. Rõ ràng, nếu hệ thống cho phép truyền 11 kênh đồng thời thì để đảm bảo thu thành công, chỉ có thể truyền 1 kênh có công suất nhỏ và một kênh có công suất lớn(gấp 10 lần công suất nhỏ). Và như vậy, dung lượng của hệ thống đã giảm 1 lượng bằng 9. Do đó, vấn đề điều khiển công suất thu được đặt ra một cách bắt buộc với hệ thống CDMA để đảm bảo công suất thu được ở các trạm gốc là bằng nhau với những người sử dụng ở khoảng cách khác nhau. Đồng thời, điều khiển công suất cũng phải nhanh nếu không dung lượng hệ thống sẽ giảm. 4.3.2 Các phương pháp điều khiển công suất: Có 3 phương pháp để điều khiển công suất ở hệ thống thông tin CDMA: + Điều khiển công suất vòng hở trong đó chỉ có trạm di động tham gia; + Điều khiển công suất vòng kín trong đó có cả trạm di động và trạm gốc thạm gia; + Điều khiển công suất đường xuống; *Điều khiển công suất vòng hở: Thực hiện tại MS theo nguyên tắc đo tự điều khuếch AGC. Trước khi phát, trạm di động sẽ giám sát tổng công suất mà nó thu được từ trạm gốc và so sánh với công suất phát danh định ghi trong bản tin kênh nhắn tin. Kết quả so sánh sẽ cho thấy tổn hao đường truyền đối với từng người sử dụng. Trạm di động sẽ điều chỉnh công suất phát của mình tỉ lệ nghịch với công suất mà nó thu được(tức thu lớn phát nhỏ và thu nhỏ phất lớn). Tuy vậy, nhược điểm của phương pháp này độ chính xác không cao. Giữa đường truyền xuống và đường truyền lên có sự khác biệt ở các băng tần khác nhau, vì thế, dùng tổn hao đường xuống để đánh giá tổn hao đường lên là không chính xác. Điều chỉnh công suất vòng hở không đạt được hiệu quả cao. Vì thế, nó còn được gọi là điều chỉnh thô Điều khiển công suất vòng kín: Có thể đạt được điều khiển công suất trung bình dài hạn hiệu quả hơn bằng phương pháp điều khiển công suất vòng kín (CPC). Phương pháp này đòi hỏi BS phải thường xuyên liên hệ với trạm di động khiến MS thay đổi công suất một chách thích ứng. Trạm gốc sẽ đánh giá công suất tín hiệu của MS ở đường lên và so sánh nó với công suất ngưỡng danh định. Trên cơ sở mức thu cao hay thấp hơn mức ngưỡng, trạm gốc phát lệnh 1 bit đến trạm di động để hạ thấp hoặc nâng cao công suất phát của trạm di động lên một nấc cố định biểu thị bằng db. Hai phương pháp điều khiển công suất trên đây được dùng cho đường lên. Trong một hệ thống thực tế, thường sử dụng kết hợp cả hai phương pháp này. Điều khiển công suất đường xuống. Đối với đường xuống không cần điều khiển công suất ở hệ thống đơn ô, vì nhiễu gây ra do tín hiệu của những người sử dụng khác luôn ở mức không đổi với tín hiệu hữu ích. Tất cả tín hiệu đều được phát chung từ trạm gốc. Vì thế, sẽ khôngcó sự khác biệt về tổn hao truyền sóng tại máy thu như đường lên. Tuy vậy, ở hệ thống CDMA nhiều ô, sử dụng chung tần số, máy di động sẽ thu nhiễu từ các trạm gốc của các ô khác. ở các hệ thống này, việc điều khiển công suất đường xuống là cần thiết để hạn chế mức nhiễu trạm gốc gây ra cho các kênh lân cận khi phát tín hiệu. Tồn tại 2 sư đồ điều khiển đường xuống. + Theo khoảng cách : Khi biết được vị trí của trạm di động, có thể giảm thiểu tổng công suất phát của mỗi trạm di động bằng cách chỉ định phát đi công suất cao hơn cho trạm di động ở biên giới của ô và phát đi công suất thấp hơn cho trạm di động ở gần trạm gốc. + Theo tỉ số C/i: Nghĩa là giảm thiểu tỉ số C/i theo nhu cầu của từng người sử dụng. Muốn vậy, mỗi trạm di động phải phát thông tin về C/i của nó đến trạm gốc. Nhờ thế, trạm gốc có thể quyết định nên tăng hay giảm công suất của người sử dụng được xét.d Mạch đ/k Vòng hở Mạch đ/k Vòng kín Đ/k CS đườngxuống Đ/K công suất Xử lý tín hiệu Số liệu phát KĐ Giải điều chế số Giải mã Tách bit Đ/K CS ghép bit Đ/K CS Tách bản tin báo cáo tỉ lệ lỗi Xác định mức CS Giải mã Giải điều chế số Khuyếch đại Xử lý tín hiệu Xử lý của BS Xử lý của MS Hình vẽ 4.7 Các phương pháp điều khiển công suất trong hệ thống CDMA 4.3.3 Thực hiện điều khiển công suất ở hệ thống CDMA IS 95: Hệ thống CDMA IS 95 sử dụng có 3 kiểu điều khiển công suất : vòng hở, vòng kín và điều khiển công suất đường xuống. Đánh giá vòng hở: Bản tin thông số thâm nhập: Sau khi trạm đi động đã bật nguồn, nó chiếm hệ thống bằng cách thu và sử dụng kênh hoa tiêu, kênh đồng bộ và kênh tìn gọi. Kênh tìm gọi cung cấp bản tin thông số thâm nhập trong đó định nghiã các thông số mà trạm di động sử dụng khi phát kênh thâm nhập đến trạm gốc. Các thông số quan trọng trên kênh thâm nhập gồm: + Số kênh thâm nhập. + Độ dịch công suất danh định(NOM_PWR). + Độ dịch công suất ban đầu (INT_PWR). + Kích cỡ nấc tăng công suất. + Số thăm dò trên một chuỗi thăm dò thâm nhập. + Cửa sổ thời gian thăm dó giữa hai lần thâm nhập. + Khoảng thời gian ngẫu nhiên hoá giữa hai thăm dò thâm nhập. + Khoảng thời gian ngẫu nhiên hoá giữa hai chuỗi thăm dò. Trạng thái thâm nhập : Trong khi trạng thái thâm nhập trạm di động vẫn chưa được ấn định kênh lưu lượng nên chưa thực hiện điều khiển vòng kín. Khi này tự trạm di động phải khởi xướng một điều chỉnh công suất bất kì cho phù hợp với hoạt động của mình(ở gia đoạn này MS sẽ thự hiện công suất vòng hở ). Tuy nhiên, từ các thông tin nhận được trên kênh hoa tiêu, đồng bộ, tìm gọi, bây giờ trạm di động có thể thử thâm nhập hệ thống qua một số vài kênh thâm nhập hiện có. Các quy tắc của thủ tục thâm nhập: Trạm di động thâm nhập vào hệ thống và thử phát một công suất rất nhỏ đến trạm gốc. Quy tắc chính ở đây là trạm di động phải phát công suất tỉ lệ nghịch với công suất mà nó thu được. a./ Khi thu được một tín hiệu hoa tiêu mạnh ở trạm gốc,trạm di động phát đi một tín hiệu yếu, vì một tín hiệu thu mạnh ở trạm di động có nghĩa suy hao đường truyền xuống thấp. Nếu coi như suy hao đường truyền lên cũng vậy thì cần phải phát đi một công suất thấp. b./ Cũng nhờ lập luận như vậy, khi thu được tín hiệu hoa yếu từ trạm gốc có nghĩa suy hao đường truyền lên lớn lúc này trạm di động cần phát đi công suất cao để bù trừ tổn hao đường truyền. Trạm di động sẽ phát thăm dò đầu tiên ở công suất trung bình được xác định theo công thức sau: Tx = -Rx – 73 + NOM_PWR + INT_PWR, dBm trong đó ,Tx: công suất phát trrung bình tính theo dBm Rx : Công suất thu trung bình(dBm), NOM_PWR : điều chỉnh danh định(trong dải –8 đến +7 dB) INT_PWR : điều chỉnh công suất ban đầu (từ –16 đến +15 dB) Các bước thăm dò công suất : Nếu trạm gốc công nhận hay không trả lời thử thâm nhập thì sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên trạm di động sẽ phát lại với công suất cao hơn. Sau đó, nếu vẫn chưa được trả lời, nó thử lại với công suất cao hơn nữa. Qúa trình này được lặp lại nhiều lần cho đến khi đạt được trả lời từ trạm gốc. Mỗi bước tăng công suất Pi được gọi là một hiệu chỉnh công suất vòng hở. Công suất phát thực tế của trạm di động được xác định như sau: Tx = -Rx – 73 +NOM_PWR + INT_PWR + Tổng công suất của các lần hiệu chỉnh thăm dò thâm nhập Điều khiển công suất vòng kín: Sau khi đã khởi động các kênh lưu lượng, mỗi khi thu được bit điều khiển công suất trong kênh phụ điều khiển công suất (ghép chung với KLL) bằng ‘1’ trạm di động sẽ giảm công suất phát đi một bước định trước (1dB). Ngược lại, nếu thu được bit điều khiển công suất bằng ‘0’ trạm di động sẽ tăng công suất phát lên (1dB). Các lần hiệu chỉnh công suất này được gọi là hiêu chỉnh công suất vòng kín, vì quyết định tăng hay giảm công suất được thực hiện trên cơ sở đánh giá công suất thu được ở trạm gốc. Công suất phát trung bình ở kênh lưu lượng đường lên được xác định như sau: Tx = -Rc – 73 +NOM_PWR + INT_PWR +Tổng tất cả các hiệu chỉnh công suất thăm dò thâm nhập + Tổng tất cả các hiệu chỉnh điều khiển công suất vòng kín. Đánh giá công suất thu được thực hiện trên cơ sở đánh giá cường độ tín hiệu thu trong khoảng 1.25ms (nhóm điều khiển công suất )ở máy thu đường lên của trạm gốc. Điều khiển công suất đường xuồng: Hệ thống CDMA IS – 95 có thể điều khiển công suất đường xuống dựa trên báo cáo về tỉ lệ lỗi từ trạm di động. Để thực hiện điều khiển công suất đường xuống, trạm gốc định kỳ giảm công suất phát đến trạm di động. Việc giảm công suất này tiếp diễn đến khi trạm di động yêu cầu tăng công suất do nhận thấy tăng tỉ số lỗi khung vượt qua ngưỡng cho phép. Khi đó, trạm gốc sẽ tăng công suất lên một bước định trước. Tăng/giảm cong suất được thực hiện một lần ở một khung tiếng. Kết luận chung Việc ứng dụng công nghệ CDMA trong thông tin viễn thông nói chung và trong thông tin di động nói riêng là một xu thế tất yếu vì những ưu điểm nổi bật của nó như: tính chống nhiễu cao, khả năng bảo mật tốt, chuyển giao mềm dẻo khả năng đáp ứng các dịch vụ băng rộng...Chính vì vậy, nhiều nước trên thế giới như Hoa Kỳ, Hàn Quốc...Đã sớm nghiên cứu và đưa vào thử nghiệm các hệ thống CDMA như: IS-95(tiêu chuẩn Hoa kỳ )và đã thu được những thành tựu hết sức khử quan. Tính đến đầu năm 1998, hệ thống CDMA có khoảng 1 triệuthuê bao trên khắp thế giới, chủ yếu là Châu á. Nhưng hệ thống thông tin di động CDMA vẫn chưa thực sự phát triển vì nhiều lý do, các hệ thống CDMA không tương thích với TDMA là một điều hết sức khó khăn cho quá trình đầu tư ban đầu, không tận dụng được hệ thống hiện có. ở nước ta, mạng thông tin di động mới được lắp đặt và đưa vào khai thác trong vài năm gần đây. Hiện tại, ở Việt Nam tồn tại song song hai mạng di động là:Mobifone đưa vào khai thác từ 1993 là đơn vị liên doanh giữa VMS với Comvik- Thuỵ Điển và mạng Vinafone đưa vào hoạt động năm 1996 là đơn vị trực thuộc TCT BCVT Việt Nam. Hai hệ thống này đều hoạt động theo tiêu chuẩn GSM của Châu Âu. Tính đến tháng 5 –2000, nước ta mới chỉ có khoảng 500 ngàn thuê bao điện thoại di động. Thực tế, nhu cầu sử dụng mạng thông tin di động ở nước ta chưa cao do khó khăn về kinh tế, thu nhập của người dân còn thấp. Cho nên việc đầu tư xây dựng lớn, sự cạnh tranh với các hệ thống hiện có… Hơn nữa,xu hướng phát triển của hệ thống thông tin di động trên thế giới là tiến tới hệ thống di động thế hệ thứ 3(sử dụng công nghệ CDMA băng rộng)nhằm đáp ứng nhu cầu nhiều mặt của khách hàng và xây dựng 1 mạng viễn thông đa dịch vụ. Hiện nay, có hai tiêu chuẩn cho hệ thống di động thế hệ thứ 3 là hệ thống viễn thông đa năng UMTS của Châu Âu và hệ thống viễn thông quốc tế IMT – 2000 của ITU. Các hệ thống này sử dụng điều chế số với tốc độ đạt tới 2Mbps trên băng tần 2Ghz. Mặt khác, từ hệ thống GSM hiện tại cũng có thể tiến lên hệ thống di động thế hệ thứ 3 UTMS. Ưu điểm của xu hướng này là tận dụng được cơ sở hạ tầng hiện có, thống nhất được tiêu chuẩn, có vùng phủ sóng rộng ngay từ khi bắt đầu tiển khai. Vì vậy, ta nên chờ 1 thời gian khi mạng viễn thông băng rộng sử dụng công nghệ CDMA đưa vào khai thác ổn định thì mới triển khai hệ thống mới. Trong thời gian tới có thể tiến hành nâng cấp các hệ thống hiện có như từ hệ thống GSM pha 2 lên pha 2+(GPRS) và có chiến lược đầu tư cho việc chuẩn bị phát triển các hệ thống mới như: cơ sở vật chất, chiến lược đầu tư con người, kế hoạch cho tương lai. Phụ lục các thuật ngữ ACN AMPS AUC BASE_ID BSC BSS BTS CEPT CRC CT-2 DECT DOC DS-SS EIR ESN FCC FDD FH-SS GSM HLR IMT-2000 ISDN ITU JTACS LSB ME MLSR MS MSB MSC NMT NTACS OSS PACS PCD PCN PCS PILOT_ID PN PSTN SIM SSMA TACS TDD TIA UMTS UTRA W-CDMA WOTS Access Channel Number Advanced Mobile Phone Sevice Authentification Base Identification Base Station Controler Base Station Subsystem Base Tranceiver Station European Conference of Post and Communication Cyclic Redundancy Check Cordless Telephone 2nd generation Digital Enhance or European cordless Telephone Deparment of communication Directed sequence-spread spectrum Equipment Identification register Electronic Serial Number Federal Communication Commission Frequence Division Duplex Frequency Hopping-Spread spectrum Group special mobile or Global system for Mobile communication Home Location Register International Mobile telecommunication Intergrated services Digital Network International Telecommunication union Japan TACS Least Significal Bit Mobile Equipment Maximum Length Swicht Register Mobile station Most significal Bit Mobile service Switching Center Nordic Mobile Telephone Narrow TACS Operation and Support Subsytem Personnal Access Commnication System Pacific Digital Cellular Page channel number Personnal Communication System(or Service) Pilot identification Pseudo Noise Public Swtching Telephone Network Subcriber Identification Modul Spread Spectrum Multi Access Total Acess Communication System Time Division Duplex Telecommunication Industries Association Universal Mobile Telephone System UMTS Terrestrial Radio Access Wideband CDMA Wireless Office Telephone System Chỉ số kênh thâm nhập Hệ thống di động tiên tiến Trung tâm nhận thực Nhận dạng trạm gốc Điều khiển trạm gốc Phân hệ trạm gốc Trạm thu phát gốc Hiệp hội bưu chính viễn thông Châu âu Mã kiểm tra dư vòng Thoại léo dài thế hệ 2 Hệ thống thoại kéo dài số của Châu âu Bộviễn thông của Canada Trải phổ chuỗi trực tiếp Bộ nhận dạng thiết bị di động Số seri điện tử Hiệp hội thông tin liên bang Hoa kỳ Song công phân chia tần số Trải phổ nhảy tần Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Bộ đăng ký định vị thường trú Hệ thống viẽn thông quốc tế Mạng số đa dịch vụ Hiệp hội viễn thông quốc tế Hệ thống TACS của Nhật Bit ít ý nghĩa nhất Thiết bị di động Bộ nghi dịch có độ dài cực đại trạm di động Bit nhiều ý nghĩa nhất Trung tâm điều khiển chuyển mạch Hệ thống di động Bắc âu TACS băng hẹp Phân hệ điều hành bảo dưỡng Hệ thống thông tin thâm nhập cá nhân Thoại số Nhật Bản Số kênh thâm nhập Hệ thống(hay dịch vụ ) thông tin cá nhân Nhận dạng KHT Chuỗi giả tạp âm Mạng chuyển mạch công cộng Modul nhận dạng thuê bao Đa thâm nhập trải phổ Hệ thống truyền thông thâm nhập toàn diện Song công phân chia thời gian Hiệp hội công nghiệp viễn thông Hệ thống thoại di động toàn cầu Giao diện thâm nhập vô tuyến mặt đất của UMTS CDMA băng rộng Hệ thống thoại cơ quan