Luận văn Nghiên cứu công nghệ và khả năng ứng dụng mạng WLL CDMA tần số 450MHz

g buộc. Mọi bít được mã hóa (ở đầu ra của bộ mã chập ) là một sự kết hợp tuyến tính của vài bít thông tin trước đó. Đường xuống (BS-MS) sử dụng mã chập tốc độ 1/2 và độ dài ràng buộc K=9. Hình 1.16 Hình 1. 16 Sơ đồ mã chập cho đường xuống CDMA Ban đầu, tất cả các thanh ghi được cho giá trị 0. Khi các bít bản tin mi được đưa vào theo xung nhịp ở phía bên trái thì các bít đầu ra được dịch qua các khâu và được cộng modul 2. Tổng được đưa ra đầu ra của bộ mã chập. Vì tốc độ mã là 1/2 nên cứ mỗi xung nhịp sẽ tạo ra 2 bít. Tốc độ đầu ra gấp 2 lần tốc độ đầu vào. Hàm tạo mã cho 2 bít đầu ra là y’i và y’’i ta có thể viết: Đối với đường lên (MS-BS) IS95 CDMA sử dụng một sơ đồ mã chập khác. MS bị giới hạn về công suất nên đường lên, sử dụng một mã chập tốc độ 1/3 và độ dài ràng buộc k=9. Một bít vào sẽ cho ra 3 bít đầu ra, vì thế tốc độ đầu ra gấp 3 lần tốc độ đầu vào. Hình vẽ 1.17 chỉ ra điều này: Hình 1. 17 Mã xoắn trong hệ thống IS95 CDMA (đường lên) Hàm tạo mã cho 3 đầu ra: Cơ cấu giải mã cho các mã chập sử dụng một thuật toán cây tìm kiếm thông qua “lưới”. 3. Ghép xen Các tín hiệu được truyền qua kênh thông tin di động dễ bị fading. Các mã sử sai được thiết kế để chống lại lỗi do Fading và đồng thời giữ cho công suất tín hiệu ở một mức hợp lý. Hầu hết các mã sửa sai thực hiện tốt việc sửa các lỗi ngẫu nhiên. Tuy nhiên trong các chu kì fading sâu, các lỗi cụm hoặc lỗi các dòng bít dài liên tục có thể làm cho chức năng sửa sai trở nên vô ích. Ghép xen là một kĩ thuật sắp xếp ngẫu nhiên các bít trong một dãy bít bản tin để các lỗi cụm do kênh truyền có thể chuyển thành các lỗi ngẫu nhiên. Chúng ta muốn gửi bản tin “ARE YOU SURE THAT THEY ARE COMMONGT TO LUNCH WITH US” qua một kênh bị fading. Một cách để ghép xen bản tin để nạp nó vào trong 1 ma trận bốn hàng và 10 cột. Chúng ra cắt bản tin thành bốn phần để đưa vào bốn hàng. Sau đó đọc bản tin ra từ trên xuống theo từng cột. Kết quả được một bản tin ngẫu nhiên sẽ được gửi qua kênh truyền: Bản tin gốc: Ma trận ghép xen: Bản tin ghép xen : Bản tin ghép xen (với các lỗi cụm burst): Bản tin được khôi phục (với các lỗi ngẫu nhiên): Kênh truyền chứa các lỗi cụm trong bản tin. Kết quả các kí tự gạch chân thu được bị lỗi. Phía thu, một bộ giải ghép xen xây dựng lại bản tin sử dụng ma trận tương tự. Các lỗi cụm thực sự được chuyển thành lỗi ngẫu nhiên. Trường hợp này độ sâu của ghép xen là 10 (10 cụm). IS95 CDMA dùng bộ ghép xen cho kênh lưu lượng hướng lên sử dụng ma trận 32 hàng 48 cột (tốc độ toàn tốc). Đối với đường xuống là 24 hàng 16 cột. Trong hệ thống IS95 CDMA mỗi tín hiệu băng hẹp của người dùng được trải rộng thành một băng tần rộng hơn. Sử dụng đường truyền không đối xứng. Đường xuống sử dụng các mã Walsh còn đường lên sử dụng các mã giả tạp âm (PN) để mã hóa kênh. ứng dụng mã Walsh vào kênh truyền trong DS-SS Giả sử có 3 người sử dụng khác nhau mỗi người sử dụng muốn gửi các bản tin riêng các bản tin này lần lượt là: Mỗi người sử dụng này được ấn định một mã tương ứng: Mỗi bản tin được trải phổ bằng mã walsh tương ứng. Tốc độ chíp của mã gấp 4 lần tốc độ bít bản tin ( hệ số xử lý là 4). Đối với bản tin thứ nhất: Tiếp theo là tín hiệu trải phổ của các bản tin thứ 2: Bản tin thứ 3 sẽ là: Tất cả các tín hiệu trải phổ này m1(t)w1(t), m2(t)w2(t), m3(t)w3(t) được kết hợp để tạo ra một tín hiệu tổng hợp C(t): Kết quả C(t) sẽ là: C(t) là tín hiệu tổng hợp được phát ở một băng tần RF đơn. Nếu trong quá trình phát lỗi không đáng kể thì máy thu thu được là C(t). Để tách các bản tin gốc m1(t), m2(t), m3(t) từ tín hiệu C(t). Phía thu nhân tín hiệu C(t) với mã Walsh tương ứng cho mỗi bản tin: Sau đó máy thu tích hợp hay cộng dồn các giá trị mỗi bít được kết quả M1(t), M2(t), M3(t): Một ngưỡng ra quyết định để cho ra các giá trị: nếu Sau khi áp dụng quy tắc nêu trên ta được: Việc sử dụng mã walsh để phân biệt các bản tin này cho những người dùng khác nhau là hoàn toàn thực hiện được, tuy nhiên điều này lại phụ thuộc chủ yếu vào sự trực giao của chuỗi mã. Chẳng hạn có sự trễ đa đường gây ra trong quá trình truyền sóng làm cho mã có sự sai lệch bị trễ một chíp thì mã bị trễ sẽ không trực giao với các mã còn lại (không trễ). Ví dụ 2 mã: là trực giao nhưng nếu w3 bị trễ một chíp là: thì dễ thấy w2 và w’3 sẽ không trực giao. Do đó việc đồng bộ là cần thiết cho việc sử dụng mã walsh cho đa truy nhập DS-SS. Thực tế hệ thống IS95 CDMA sử dụng một kênh Pilot và một kênh đồng bộ để đồng bộ đường xuống. ứng dụng mã PN vào kênh truyền trong DS-SS Giả sử có 3 bản tin của 3 người dùng cần gửi đi: Mỗi người sẽ được phân bổ một mã PN tương ứng: Bản tin 1 được trải phổ bằng mã PN 0, bản tin 2 được trải phổ bằng mã PN3 và bản tin 3 được sử dụng cho PN. Độ lợi xử lý là 7 ta sẽ có: Tương tự cho các bản tin tiếp theo: và m3(t) là: Tín hiệu trải phổ tổng hợp là: Kết quả ta được: Để tách bản tin gốc m1(t), m2(t), m3(t) từ tín hiệu kết hợp C(t) ta nhân tín hiệu thu C(t) với từng mã PN: Kết quả ta được: Ngưỡng ra quyết định Sau khi áp dụng ta được tín hiệu ở phía thu là Như vậy về mặt lý thuyết bản tin hoàn toàn được khôi phục ở phía thu. Nhưng chúng ta cần xem xét vấn đề không đồng bộ trong truyền dẫn. Chúng ta định nghĩa tự tương quan của một chuỗi x có giá trị thực rời rạc theo thời gian là: Nghĩa là mỗi dịch chuyển i chúng ta tính toán tổng của tích xj và phiên bản dịch của nó xj-i . Giả sử tính toán hàm tự tương qua của chuỗi PN p0 Bảng 1.2 Tính toán hàm tự tương quan cho chuỗi P0 Hình 1. 18 Hàm tự tương quan cho chuỗi P0 Hình 1.18 cho thấy hàm tự tương quan đạt một giá trị đỉnh ở mọi vị trí dịch thời sau 7 lần dịch từ vị trí đầu. Đối với mọi giá trị dịch thời khác hàm tự tương quan có giá trị là -1. Đặc tính của hàm tự tương quan được chỉ ra trên hình vẽ là quan trọng vì nó giúp cho việc thu giá trị ban đầu một cách chính xác và sự đồng bộ mã PN ở phía thu. Giá trị tương quan cao khi dịch thời gian bằng hoặc cứ sau mỗi chu kì của chuỗi mã, mọi vị trí khác thì giá trị tương quan sẽ thấp. Thực tế, máy thu có sẵn một bản sao của mã PN gốc (P0,j). Máy thu sẽ thu được một chuỗi mã đến P0, j-i ở một pha bất kỳ. Nó sẽ so sánh tự tương quan giữa 2 chuỗi này. Nếu tự tương quan mà lớn nhất thì 2 mã cùng pha và có dịch thời bằng 0. Ngược lại thì nó sẽ loại bỏ. Trong IS95 CDMA, việc này được làm thông qua việc MS sẽ thu được kênh pilot không được điều chế. Sự phối hợp thu này cũng có thể được thực hiện khi độ dài mã trải phổ bằng chu kì bít số liệu. Trong IS95 CDMA , đường lên sử dụng mã PN dài cho kênh truyền. Mã PN dài là bởi nó có độ dài chíp là 242- 1 chíp và được tạo ra bằng việc sử dụng một thanh ghi có 42 tầng Đường xuống sử dụng mã Walsh cho những người dùng phân theo kênh của BS đặc biệt. Tuy nhiên, đường xuống cũng sử dụng mã PN. Mỗi trạm gốc được phân cho một mã PN duy nhất và được thêm vào phần đầu của mã Walsh. Thực hiện điều này nhằm tách biệt các BS khác nhau (hoặc các sector). Sự phân biệt này là cần thiết vì mỗi BS sử dụng cùng bộ mã walsh 64. Mã PN sử dụng cho đường xuống là mã ngắn, vì độ dài của mã tương đối ngắn được tạo ra bởi thanh ghi dịch 15 tầng và độ dài của nó là: 215 –1 chíp. Cấu hình hệ thống thông tin di động CDMA Chương II. Dung lượng và đường truyền CDMA Dung lượng của hệ thống CDMA Dung lượng của một cell đơn Dung lượng và chất lượng của hệ thống có liên quan chặt chẽ với nhau và bị giới hạn bởi công suất nhiễu hiện có ở băng tần. Dung lượng là tổng số người sử dụng đồng thời mà hệ thống có thể cho phép, và chất lượng là điều kiện thu của một đường truyền vô tuyến được phân định cho người sử dụng nào đó. Chất lượng được thể hiện qua xác suất lỗi bít, hay tỉ lệ lỗi bít (BER). Dung lượng của một cell CDMA phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giải điều chế phía máy thu, độ chính xác của điều khiển công suất và công suất nhiễu thực sự do những người dùng trong cùng cell hoặc các cell lân cận. Trong thông tin số, ta thường quan tâm chủ yếu đến tỉ số Eb/No là năng lượng bít/ mật độ công suất tạp âm. Xác suất lỗi bít là hàm của Eb/No có liên quan đến tỉ số S/N (SNR) thông qua việc xác định năng lượng bít so với công suất tín hiệu được điều chế trung bình trong một chu kì bít: Eb= ST Với S là công suất tín hiệu điều chế trung bình và T là thời gian của một bít. Với tốc độ bít là R ta có thể thay T=1/R sẽ được: Eb = S/R Eb/No = S/(RN0) Ta thay thế công suất tạp âm với w là độ rộng băng thì sẽ có: Chúng ta giả thiết hệ thống có điều khiển công suất hoàn hảo nghĩa là các công suất mà các MS phát ra được điều khiển để có cùng giá trị thu được ở BS, ta sẽ có tỉ số SNR của 1 user có thể được viết lại là: Với M là tổng số user hiện tại ở băng tần. Hình 2.1 minh họa công thức này. Hình 2. 1 Tổng công suất nhiễu bằng tổng công suất của các user. Ta sẽ có: Ta suy ra: Với M lớn thì Hiệu ứng của tải Phần trước ta nghiên cứu mô hình có M user trong một cell CDMA. Cell đơn này có anten phát xạ đẳng hướng và không có các cell lân cận và các MS phát 100% thời gian. Trong thực tế có nhiều cell ở trong hệ thống CDMA như hình 2.2 cell A đang xét: Hình 2. 2 Nhiễu gây ra do các MS ở các cell lân cận Mặc dù các user đang ở các cell khác được điều khiển công suất do các cell khác quản lý nhưng công suất này vẫn bị nhiễu đến cell A. Vì thế cell A chịu tải bởi các cell lân cận. Như vậy cần phải bổ xung vào công thức tính dung lượng là: Với h là hệ số tải có giá trị từ 0% đến 100%. Ví dụ ở hình 2.3 cho thấy hệ số tải h=0,5 do đó sự gia tăng về nhiễu là 150% so với trường hợp không có các user ở các cell lân cận. Hình 2. 3 Hệ số tải thu được ở cell A Giá trị nghịch đảo của (1+h) được gọi là hệ số sử dụng lại tần số F: Hệ số sử dụng lại tần số có giá trị lý tưởng là 1 khi chỉ có một cell đơn (h =0). Trong trường hợp đa cell, khi hệ số tải tăng lên thì hệ số sử dụng lại tần số sẽ giảm tương ứng. Hệ số tải được định nghĩa là tỉ số giữa tổng nhiễu của kênh lưu lượng đường lên ở các MS trong các cell lân cận gây ra so với tổng nhiễu do các kênh lưu lượng đường lên từ các MS trong cell đang xét: h=I’t/I’m Hiệu ứng sector hóa Nhiễu từ các MS khác trong các cell khác nhau có thể bị giảm đi nếu cell được chia nhỏ (sector). Thay vì sử dụng một anten vô hướng có bức xạ anten 3600 thì cell A có thể được sector thành 3 sector có bức xạ anten 1200(hình 2.4) Hình 2. 4 Một cell được sector hóa Một anten được sector hóa sẽ chống lại được nhiễu do các MS không nằm trong búp sóng anten. Việc thực hiện này sẽ làm giảm hiệu ứng tải bằng một hệ số xấp xỉ 3. Nếu một cell được chia 6 sector thì hiệu ứng tải sẽ giảm đi 6 lần. Hệ số này được gọi là độ lợi sector hóa l. Đối với mỗi cell giá trị l được tính toán chính xác bằng tổng công suất nhiễu từ tất cả các hướng cho công suất nhiễu thu được từ anten sector: Với G(q) là đồ thị bức xạ anten của anten sector theo chiều ngang, G(0) là độ lợi đỉnh, xảy ra ở phía cạnh (q=0), I(q) là công suất nhiễu thu được từ các MS của các cell khác là hàm của q. Công thức trên tính toán chính xác độ lợi sector hóa phụ thuộc chủ yếu vào độ lợi anten được dùng cũng như sự phân bố về không gian và khoảng cách nhiễu của các MS ở các cell lân cận. Công thức trên không tính toán cho đồ thị bức xạ anten theo phương thẳng đứng bởi nó ảnh hưởng rất ít đến hệ số l. Thực tế thì đối với cấu hình 3 sector thì giá trị l =2,5 và cấu hình 6 sector thì l=5. Biểu thức tính toán cuối cùng được thêm vào để tính dung lượng là: Hiệu ứng của hệ số tích cực thoại Trong các trường hợp đã xét thì ta đã giả định các MS đang phát 100% thời gian. Nhưng trong thực tế bộ mã hóa thoại (vocoder) có tốc độ biến đổi có nghĩa là tốc độ đầu ra của bộ vocoder được điều chỉnh tùy thuộc vào mẫu đồ thị tiếng nói thực sự của người dùng. Ví dụ như nếu người dùng không nói trong lúc đàm thoại, thì tốc độ đầu ra của bộ vocoder sẽ thấp để tránh phát công suất không cần thiết. Hiệu ứng của bộ mã hóa tốc độ biến đổi này là giảm được toàn bộ công suất được phát và vì vậy giảm được nhiễu, tăng được dung lượng hệ thống. Thống kê cho thấy thời gian đàm thoại chỉ chiếm 40 –50%. Bằng việc sử dụng bộ mã hóa thoại tốc độ thay đổi thì hệ thống sẽ giảm được tổng công suất nhiễu qua hệ số tích cực thoại. Biểu thức cần bổ xung thêm là: Với n là hệ số tích cực thoại. Tính toán ta được: Với M lớn thì: Kết luận Dung lượng của một hệ thống CDMA phụ thuộc vào các yếu tố: Dung lượng hay số người sử dụng đồng thời M tỉ lệ với độ lợi xử lý của hệ thống. Đường truyền đòi hỏi một tỉ số riêng để đạt được một tỉ số lỗi BER có thể chấp nhận được mục đích để có tỉ số lỗi khung có thể chấp nhận được (FER). Dung lượng của hệ thống tỉ lệ nghịch với hệ số yêu cầu của đường truyền. Ngưỡng yêu cầu càng thấp thì dung lượng hệ thống càng cao. Dung lượng của hệ thống có thể được tăng lên nếu có thể giảm được hệ số tải ở các MS trong các cell lân cận. Việc lọc không gian, chẳng hạn như chia sector thì có thể làm cho dung lượng hệ thống tăng lên đáng kể. Một cell có 6 sector thì sẽ có dung lượng lớn hơn một cell có 3 sector. Sử dụng bộ mã hóa thoại sẽ làm tăng dung lượng hệ thống. Đường truyền trong CDMA Đường truyền bất đối xứng Trong hệ thống IS95 CDMA, các đường lên và xuống có cấu trúc khác nhau. Điều này là cần thiết để phù hợp với những yêu cầu cho một hệ thống thông tin di động mặt đất. Đường xuống bao gồm bốn loại kênh logic: kênh pilot, kênh đồng bộ, kênh tìm gọi và kênh lưu lượng. Mỗi đường xuống vật lý có một kênh pilot (hoa tiêu), một kênh đồng bộ, và có 7 kênh tìm gọi, cùng vài kênh lưu lượng. Mỗi kênh đường xuống đầu tiên được trải phổ trực giao bởi hàm Walsh tương ứng, sau đó nó được trải phổ bằng một cặp chuỗi PN ngắn cầu phương. Tất cả các kênh được tổng hợp thành một tín hiệu trải phổ phát xuống MS. Đường lên gồm có 2 loại kênh logic: kênh truy nhập và kênh lưu lượng. Mỗi kênh đường lên này được trải phổ trực giao bằng một chuỗi PN dài duy nhất, vì thế nên mỗi kênh được phân biệt bằng mã PN dài. Kênh pilot không được sử dụng ở đường lên là bởi mỗi MS không thể phát quảng bá chuỗi pilot riêng của nó. Đường xuống Đường xuống sử dụng mã walsh được tạo ra từ ma trận Hadamard 64x64 trực giao, bao gồm 64 hàm, mỗi kênh logic được xác định bằng một hàm walsh đã được phân bổ. Kênh Pilot Kênh pilot được xác định bằng hàm Walsh 0 (w0). Kênh này không chứa thông tin trong băng tần gốc. Chuỗi băng tần gốc là một chuỗi 0 được trải phổ bằng hàm Walsh 0. Hình 2. 5 Kênh pilot Kết quả chuỗi này (toàn 0) được nhân với cặp chuỗi PN cầu phương. Như vậy kênh pilot thực sự là chuỗi PN của chính nó. Chuỗi PN với một (offset) dịch thời nào đó nhận dạng duy nhất sector mà phát ra tín hiệu pilot. Lưu ý rằng cả 2 hàm Walsh 0 và chuỗi PN có tốc độ 1,2288Mcps. Sau khi trải phổ chuỗi PN, bộ lọc băng gốc được sử dụng để tạo dạng các xung số. Điều này được thực hiện thông qua bộ lọc thông thấp lọc dòng xung số và điều khiển phổ tín hiệu. Kênh pilot là các xung được phát liên tục tại các sector trạm gốc. Kênh pilot cung cấp cho MS chuẩn về định thời (timing) và pha. Việc đo tỉ số S/N (hay Ec/Io) của MS trên kênh pilot cho biết sector nào phục vụ có tín hiệu mạnh nhất đối với MS để MS lựa chọn chuyển giao. Kênh đồng bộ Không giống như kênh pilot, kênh đồng bộ mang thông tin băng gốc. Thông tin này bao gồm bản tin kênh đồng bộ và thông báo cho MS biết về sự đồng bộ hệ thống và các tham số. Hình 2.6 mô tả thông tin băng gốc được bảo vệ lỗi và ghép xen; Hình 2. 6 Kênh đồng bộ Kênh đồng bộ được trải phổ bằng hàm Walsh 32 sau đó được nhân với cặp chuỗi PN của sector đang phục vụ. Tốc độ của luồng thông tin băng gốc là 1,2kb/s. Kênh đồng bộ phát theo nhóm siêu khung trên kênh đồng bộ, mỗi siêu khung gồm 96 bít và dài 90ms tốc độ số liệu là 96/90=1,2 kbps hình 2.7: Hình 2. 7 Cấu trúc khung của kênh đồng bộ Mỗi khung của kênh đồng bộ được sắp hàng với một chuỗi PN ngắn (tương ứng với sector đang xét). Chuỗi PN ngắn được lặp với thời gian 26,67 ms và mỗi chu kì của chuỗi PN ngắn được đồng bộ với mỗi khung kênh đồng bộ. Vì vậy, mỗi lần MS đồng bộ được với kênh pilot, sự sắp hàng cho kênh đồng bộ được thấy ngay lập tức. Lý do là vì kênh đồng bộ được trải phổ bằng cùng một chuỗi PN pilot và bởi vì định thời khung của kênh đồng bộ được sắp hàng với chuỗi PN pilot đó. Mỗi khi MS giành được sự sắp hàng với kênh đồng bộ thì MS có thể bắt đầu đọc bản tin kênh đồng bộ. Bản tin của kênh đồng bộ thì dài và có thể chứa trong nhiều khung của kênh đồng bộ. Vì thế bản tin kênh đồng bộ được tổ chức theo một cấu trúc gọi là bao bọc bản tin kênh đồng bộ (Sync Channel Message Capsule. Một Capsule (bọc) bản tin kênh đồng bộ bao gồm: bản tin kênh đồng bộ và phần đệm (padding). Bản tin kênh đồng bộ được chứa nhiều khung đồng bộ, và bộ đệm (chứa các bít) được sử dụng để lấp đầy vào vị trí bít ở tất cả các đầu của siêu khung đồng bộ tiếp theo, nơi bắt đầu của bản tin kênh đồng bộ. Mỗi khung của kênh đồng bộ bắt đầu bằng bít khởi đầu của bản tin (SOM). Bít SOM là bít đầu tiên của khung ở mỗi kênh đồng bộ. Giá trị bít SOM là 1 chỉ ra bắt đầu của bản tin kênh đồng bộ, bít SOM là 0 chỉ ra khung của kênh đồng bộ hiện tại có nội dung của một bản tin kênh đồng bộ đang chạy mà đã được bắt đầu ở vài khung trước đó. Theo cách này, BS có thể phát bản tin kênh đồng bộ trong các khung của kênh đồng bộ nối tiếp nhau. Chú ý rằng SOM 1 cũng là bắt đầu của một siêu khung của kênh đồng bộ. Nói cách khác, một bản tin của kênh đồng bộ luôn được bắt đầu ở đầu của siêu khung của kênh đồng bộ. Mỗi khung kênh đồng bộ bắt đầu với bít SOM, và phần còn lại của khung là phần thân khung của kênh đồng bộ. Hình 2.8 chỉ ra cấu trúc này. Bản tin của kênh đồng bộ chiếm 2 siêu khung liên tiếp: Hình 2. 8 Cấu trúc bản tin kênh đồng bộ (giả sử bản tin chiếm 2 siêu khung liên tiếp) Bản tin kênh đồng bộ bao gồm các trường khác nhau; bản tin chứa thông tin như dịch thời của chuỗi PN pilot được sử dụng cho sector phát (chẳng hạn như trường PILOT-PN). Bản tin cũng chứa thông tin để có thể cho phép MS đồng bộ với chuỗi PN dài. Điều này được thực hiện bằng cách đọc các trường LC_STATE và SYS_TIME của bản tin kênh đồng bộ. BS thiết lập trường LC_STATE theo trạng thái mã dài ở khoảng thời gian tương lai nhận được từ trường SYS_TIME, và ở thời điểm chính xác đưa ra bởi SYS_TIME, MS bắt đầu chạy chuỗi PN dài (ở trạng thái đưa ra bởi trường LC_STATE). Vì thế, sau khi thành công thu bản tin MS biết chính xác dịch thời PN nào của chuỗi PN ngắn, và MS được đồng bộ với chuỗi PN dài. Kênh tìm gọi Đường xuống có 7 kênh tìm gọi. Cũng giống như kênh đồng bộ, kênh tìm gọi cũng mang thông tin băng tần gốc, nhưng nó khác với kênh đồng bộ ở chỗ, kênh tìm gọi phát ở các tốc độ cao hơn, nó có thể phát ở tốc độ 4,8 hoặc 9,6 kb/s. Trường PRAT trong bản tin kênh đồng bộ báo cho MS về tốc độ số liệu của kênh tìm gọi. Khi MS chiếm được định thời và sử dụng đồng bộ trên kênh đồng bộ thì MS sẽ bắt đầu giám sát kênh tìm gọi. Mặc dù có đến 7 kênh tìm gọi trên 1 sector nhưng mỗi MS chỉ giám sát một kênh tìm gọi. Trên hình 2.9 thông tin băng tần gốc được bảo vệ lỗi đầu tiên, sau đó nếu tốc độ là 4,8kb/s thì các bít được lặp lại ngay tức khắc. Ngược lại chúng không bị lặp lại Hình 2. 9 Cấu trúc kênh tìm gọi Tiếp theo ghép xen, số liệu đầu tiên được trộn (để chống thu trộm) bằng một chuỗi PN dài đã bị rút bớt tốc độ, sau đó được trải phổ bằng một hàm walsh được phân bổ cho kênh tìm gọi và được trải phổ bằng chuỗi PN ngắn được phân bổ cho sector phục vụ. Hình 2.9 cho thấy mã PN dài được rút bớt theo một tỉ số suy giảm 64:1 ( nghĩa là từ 1,2288Mcps-> 19,4Ks/s). Chính bộ tạo mã dài được tạo mặt nạ với một mặt nạ chỉ định theo mỗi số kênh tìm gọi duy nhất (từ 1-> 7). Vì thế, mặt nạ mã dài được sử dụng cho kênh tìm gọi 1 (trải phổ bằng hàm walsh 1) là khác với mặt nạ mã dài được dùng cho kênh tìm gọi 3 ( được trải phổ bằng hàm walsh 3). Kênh tìm gọi được chia thành các slot 80 ms, mỗi nhóm có 2048 slot được gọi là một chu kì slot tối đa. Một slot 80ms được chia thành 4 khung kênh tìm gọi, mỗi khung kênh tìm gọi được chia thành 2 nửa khung tìm gọi. Bít đầu tiên của mỗi nửa khung được gọi là bít chỉ thị vỏ bọc đồng bộ. Hình 2.10 mô tả cấu trúc khung của kênh tìm gọi; Hình 2. 10 Cấu trúc khung của kênh tìm gọi ở tốc độ 9,6 kb/s Một bản tin kênh tìm gọi có thể chiếm nhiều hơn một nửa khung kênh tìm gọi, và một bản tin có thể kết thúc ở giữa nửa khung của kênh tìm gọi . Bản tin trên kênh tìm gọi có thể được chuyển bằng vỏ bọc (Capsules) của bản tin kênh. Nếu một bản tin kết thúc ở giữa của một nửa khung kênh tìm gọi và nếu có ít hơn 8 bít giữa cuối của bản tin đó và bít SCI của nửa khung tiếp theo thì BS sẽ bao gồm cả bít đệm của nửa khung tiếp theo. Nếu vỏ bọc bản tin tiếp theo được phát đi là một vỏ bọc bản tin được đồng bộ, thì BS sẽ cũng bao gồm đủ các bít đệm ở cuối vỏ bọc bản tin hiện tại để mở rộng vỏ bọc lên đến đầu của nửa khung tiếp theo. Tuy nhiên nếu một bản tin kết thúc ở giữa của nửa khung kênh tìm gọi và nếu có nhiều hơn 8 bít giữa phần cuối của bản tin đó và bít SCI của nửa khung tiếp theo, thì BS có thể phát một capsule ( vỏ bọc) bản tin được đồng bộ ngay lập tức sau bản tin đó. Trong trường hợp này không có các bít đệm được thêm vào. Vì thế bít SCI ra lệnh bằng cờ bắt đầu của một vỏ bọc bản tin mới đóng nhãn trong nửa khung hiện tại có nghĩa bít SCI là 1. Sau đó một vỏ bọc bản tin mới được bắt đầu ngay tức khắc sau bít SCI đó. Bít SCI được thiết lập về 0 trong tất cả các trường hợp khác. Hình 2.11 chỉ ra 3 bản tin kênh tìm gọi được phát một cách liên tục Hình 2. 11 Ba bản tin của kênh tìm gọi được phát liên tục Các bản tin mào đầu và tìm gọi được gửi qua kênh tìm gọi. Thông tin mào đầu được sử dụng để báo cho MS về các thông số cấu hình hệ thống quan trọng. Ví dụ về các bản tin mào đầu là bản tin các tham số hệ thống, bản tin tham số truy nhập, bản tin danh sách lân cận (neighbor list message). Bản tin tham số hệ thống gồm các tham số cấu hình hệ thống, bao gồm: Các tham số chuyển giao cho MS để dùng: T_ADD: ngưỡng phát hiện pilot T_DROP: ngưỡng rơi pilot T_COMP: ngưỡng so sánh candidate set và active set T_TDROP: giá trị thời gian rơi SRCH_WIN_A: kích thước cửa số tìm kiếm cho active set và candidate set SRCH_WIN_N: kích thước cửa sổ tìm kiếm cho neighbor set SRCH_WIN_R: kích thước cửa số tìm kiếm remaining set NGHBR_MAX_AGE: độ tuổi tối đa của neighbor set Các tham số điều khiển công suất đường xuống cho MS để sử dụng: PWR_REP_THRESH: ngưỡng báo cáo điều khiển công suất PWR_REP_FRAMES: đếm khung báo cáo điều khiển công suất PWR_THRESH_ENABLE: chỉ thị kiểu báo cáo ngưỡng PWR_PERIOD_ENABLE: chỉ thị kiểu báo cáo định kỳ PWR_REP_DELAY: trễ báo cáo công suất Bản tin tham số truy nhập bao gồm các tham số cấu hình truy nhập, bao gồm: Các tham số điều khiển công suất đường lên cho MS để dùng: NOM_PWR: dịch thời công suất phát tối thiểu INIT_PWR: dịch thời công suất ban đầu cho truy nhập PWR_STEP: lượng tăng công suất Các tham số truy nhập cho MS: NUM_STEP: số thăm dò truy nhập PROBE_PN_RAN: ngẫu nhiên thời gian cho thăm dò kênh truy nhập ACC_TMO: thời gian hết hiệu lực PROBE_BKOFF: access channel probe backoff range BKOFF: access channel probe sequence backoff range; MAX_REQ_SEQ: số chuỗi thăm dò truy nhập tối đa cho một yêu cầu kênh truy nhập Các tham số kênh truy nhập để MS sử dụng: MAX_CAP_SZ: Kích thước vỏ bọc bản tin kênh truy nhập tối đa PAM_SL: độ dài phần đầu kênh truy nhập Bản tin danh sách lân cận (neighbor list message) bao gồm một danh sách các sector lân cận để MS sử dụng; bao gồm các dịch thời PN của các sector lân cận. Các bản tin tìm gọi được gửi qua kênh tìm gọi, một bản tin tìm gọi gồm có một bản tin cho một MS riêng biệt, hoặc nó có thể gồm một bản tin chứa một nhóm MS. Kênh lưu lượng Kênh lưu lượng đường xuống được sử dụng để phát thoại và số liệu người dùng. Các bản tin báo hiệu cũng được gửi qua kênh lưu lượng. Cấu trúc của kênh lưu lượng đường xuống cũng giống với kênh tìm gọi. Chỉ khác là kênh lưu lượng đường xuống chứa đa thành phần PCBs. Hình 2.12 mô tả kênh lưu lượng đường xuống cho tập tốc độ 1. Hình 2. 12 Kênh lưu lượng đường xuống tập tốc độ 1 Tập tốc độ 1 có 4 tốc độ số liệu khác nhau là 9,6 4,8 2,4 và 1,2 kb/s. Trong chu kỳ im lặng của thoại, bộ mã hóa thoại có thể quyết định tốc độ mã hóa thoại tốc độ thấp nhất là 1,2 kb/s. Số liệu băng tần gốc từ bộ mã hóa thoại được mã hóa xoắn để bảo vệ lỗi. Với tập tốc độ 1 sử dụng bộ mã xoắn tốc độ 1/2. Sau bộ mã hóa tốc độ tăng gấp đôi. Sau khi mã xoắn thì số liệu phải đi qua bộ lặp ký hiệu. Bộ lặp ký hiệu lặp lại các ký hiệu khi số liệu tốc độ thấp hơn được tạo ra bởi bộ vocoder. Dưới đây là sơ đồ lặp: Khi tốc độ số liệu là 9,6 kb/s thì tốc độ ký hiệu mã (ở đầu ra của bộ mã xoắn) là 19,2 kb/s. Trong trường hợp này không có sự lặp lại ký hiệu. Khi tốc độ là 4,8kb/s tốc độ ký hiệu mã là 9,6 kb/s thì mỗi ký hiệu được lặp lại một lần, tốc độ ký hiệu điều chế cuối cùng là 19,2 kb/s Khi tốc độ 2,4 kb/s tốc độ ký hiệu mã là 4,8 kb/s thì mỗi ký hiệu được lặp lại 3 lần, tốc độ ký hiệu ở đầu ra bộ lặp là 19,2 kb/s Khi tốc độ 1,2 kb/s tốc độ ký hiệu sau khi mã hóa là 2,4 kb/s, tốc độ kí hiệu qua bộ lặp là 19,2 kb/s. Lý do dùng các bộ lặp lại là để giảm toàn bộ công suất nhiễu ở một thời điểm nhất định khi phát ở tốc độ số liệu thấp hơn. Hình 2.13 a và b minh họa điều này Hình 2. 13 Giảm được công suất nhờ sử dụng bộ lặp lại ký hiệu Trong một hệ thống CDMA thực sự, khi bộ vocoder phát tốc độ 4,8kb/s thì năng lượng của một ký hiệu được phát chỉ là một nửa tốc độ 9,6 kb/s. Khi vocoder phát ở tốc độ 2,4 kb/s thì năng lượng/ kí hiệu được phát bằng 1/4 tốc độ 9,6 kb/s. Nếu tốc độ là 1,2 kb/s thì năng lượng/ký hiệu được phát là 1/8 tốc độ 9,6 kb/s. Sau khi lặp ký hiệu, số liệu được ghép xen để chống lại fading. Sau khi dữ liệu được ghép xen thì được trộn vào một chuỗi PN dài. Chuỗi PN dài được tạo ra bởi một bộ tạo mã PN dài. Máy phát tạo ra chuỗi PN dài 1,2288Mc/s. Vì tốc độ số liệu ở đầu ra của bộ ghép xen là 19,2 kb/s nên chuỗi PN được qua bộ Decimate (rút gọn) tạo tỉ số 64:1 để đạt được một tốc độ 19,2 kcps sau đó được nhân với dòng số liệu 19,2kb/s. Bộ tạo mã dài tạo ra chuỗi PN dài sử dụng một mặt nạ để chỉ định đến MS. Thực tế, mặt nạ là một hàm của chuỗi số điện tử (ESN) của MS. Các bít PCBs tốc độ 800b/s được nhân với dòng số liệu được trộn ở tốc độ 19,2kb/s. Một PCB có thể được đưa vào bất kì đâu ở vị trí 16 bít đầu tiên của nhóm PCG ( gồm 24 bít). Cấu trúc kênh lưu lượng đường xuống tương tự cho bộ tốc độ 2. Bộ mã hóa tốc độ 2 mã hóa thoại ở tốc độ cao hơn và nó tạo ra chất lượng thoại tốt hơn ở tốc độ 1: bộ tốc độ 2 có các tốc độ : 14,4; 7,2; 3,6 và 1,8 kb/s. Để duy trì đầu ra của khối ghép xen ở tốc độ 19,2 kb/s thì tốc độ của bộ mã xoắn được tăng lên R=3/4 Bộ điều chế Đầu ra của kênh logíc được đưa vào bộ điều chế hình 2.14. Độ lợi của mỗi kênh logic gồm kênh: pilot, đồng bộ, tìm gọi và tất cả các kênh lưu lượng trước tiên được hiệu chỉnh bằng hàm điều khiển độ lợi. Độ lợi của mỗi kênh ra lệnh cho công suất được phát cho kênh đó bao nhiêu. Độ lợi của các kênh lưu lượng riêng được thay đổi mang tính động (chúng được điều khiển bằng quá trình điều khiển công suất ). Sau khi độ lợi kênh được điều chỉnh, các tín hiệu được cộng với nhau tạo thành một dạng tín hiệu trải phổ kết hợp. Sau đó cả hai thành phần đường truyền I và Q được đổi ngược trở lại bằng sóng mang tương ứng của chúng. Tín hiệu đảo ngược sau đó được cộng với nhau để tạo dạng tín hiệu QPSK thông dải cuối cùng. Hình 2. 14 Cấu trúc của bộ điều chế đường xuống (đầu vào A, B, C, D và a, b, c, d được vẽ ở các hình 2.5; 2.6; 2.9 và 2.12) Đường lên Đường lên gồm có 2 loại kênh logic: các kênh truy nhập và các kênh lưu lượng. Do tính không chặt chẽ của đường lên mà các hàm walsh không được sử dụng để mã hóa kênh. Thay vì chuỗi PN dài được sử dụng để phân biệt những người dùng với nhau. Kênh truy nhập Kênh truy nhập được MS sử dụng để trao đổi thông tin với BS khi MS không được phân bổ kênh lưu lượng. MS sử dụng kênh này để tạo cuộc gọi và trả lời (đáp lại) các lệnh và tìm gọi. Tốc độ số liệu băng gốc của kênh truy nhập được cố định 4,8 kb/s Hình 2. 15 Kênh truy nhập đường lên Sau khi được ghép xen, số liệu được mã hóa bằng bộ điều chế trực giao 64, sử dụng hàm walsh 64 để điều chế hay để thay thế nhóm 6 ký hiệu. Do tính không chặt chẽ của đường lên mà phải có sự điều chế trực giao lần nữa. Máy thu ở BS phải tách mỗi ký hiệu đúng là ký hiệu +1 hay –1 thật khó trong một chu kỳ ký hiệu. Nhưng nếu một nhóm có 6 ký hiệu được thay thế bằng một hàm walsh duy nhất thì BS có thể dễ dàng tách 6 ký hiệu ở mỗi thời điểm bằng việc biết được hàm walsh nào đã được gửi đi trong một chu kỳ đó. Máy thu có thể dễ dàng quyết định được hàm walsh nào được gửi đi bởi sự tương quan chuỗi được thu với các hàm walsh 64 đã biết. Hàm walsh ở đường lên này được sử dụng để phân biệt các ký hiệu khác nhau( nhóm 6 ký hiệu) còn hàm walsh ở đường xuống dùng để phân biệt các kênh khác nhau. Mỗi nhóm 6 ký hiệu nhị phân được ứng với 1 giá trị thập phân 0 ->63. Ví dụ, một nhóm 6 ký hiệu (-1 +1 –1 +1 +1 –1) tương ứng với một giá trị nhị phân 010110 hay một giá trị thập phân 22. Như vậy hàm walsh 22 là đầu ra của bộ điều chế trực giao. Thông tin được phát trên kênh truy nhập ở các khe (slots) kênh truy nhập và các khung kênh truy nhập. Mỗi khe gồm (3+ MAX_CAP_SZ)+ (1+ PAM_SZ) khung, mỗi khung gồm có 96 bít và dài 20ms tương ứng với tốc độ số liệu băng gốc 4,8kb/s. MAX_CAP_SZ là kích thước vỏ bọc bản tin kênh truy nhập tối đa và PAM_SZ là chiều dài phần đầu của kênh truy nhập.. Mặc dù BS cho phép mỗi Slot (khe) gồm (3+ MAX_CAP_SZ) +(1+PAM_SZ) khung, nhưng MS có thể không cần nhiều khung trên khe để phát các bản tin của nó. MS sẽ thiết lập một giá trị CAP_SZ thay đổi tùy thuộc vào độ dài của bản tin thực sự. Sự dàng buộc là CAP_SZ< (3+ MAX_CAP_SZ). (hình2.16). Hình 2. 16 Cấu trúc khung kênh truy nhập Có hai loại bản tin kênh truy nhập; bản tin trả lời và bản tin yêu cầu. Hình 2. 17 Cấu trúc bản tin kênh truy nhập Hình 2.17 chỉ ra cấu trúc bản tin của kênh truy nhập. Chúng ta có các khung (1+PAM_SZ) là phần đầu kênh truy nhập. Mỗi khung kênh truy nhập gồm có 88 bít thông tin và 8 bít đuôi. Đối với các khung này thì không có phần đầu, các bít thông tin ở phần thân của khung được kết hợp để tạo vỏ bọc bản tin kênh truy nhập (access channel message capsule), bao gồm (CAP_SZx88) bít. Vỏ bọc này bao gồm bản tin kênh truy nhập và phần đệm. Bản tin kênh truy nhập có thể chiếm hơn 1 khung và các bít đệm được thêm vào để có tổng độ dài của kênh truy nhập và phần đệm bằng (CAP_SZx88) bít Kênh lưu lượng Kênh lưu lượng đường lên được sử dụng để phát thoại và số liệu; bản tin báo hiệu cũng được gửi qua đó. Cấu trúc của kênh lưu lượng đường lên tương tự như kênh truy nhập, sự khác nhau chủ yếu là kênh lưu lượng đường lên có thêm một bộ ngẫu nhiên cụm số liệu (data bust randomizer)(hình 2.18). Hình 2. 18 Cấu trúc kênh lưu lượng đường lên Số liệu được điều chế trực giao đưa vào bộ tạo ngẫu nhiên cụm dữ liệu. Bộ phận này mang lại những ích lợi cho hệ số kích hoạt thoại ở đường lên. Khác với đường xuống, khi bộ vocoder hoạt động ở tốc độ thấp, các kí tự được phát lặp lại để giảm công suất phát, nhưng tốc độ thu lại lâu hơn. Với kênh lưu lượng đường xuống đòi hỏi tốc độ điều khiển công suất nghiêm ngặt hơn. MS đo FER qua một chu kì thời gian định kỳ tương đối lâu hơn và báo cáo FER cho BS, để BS sẽ hành động và hiệu chỉnh công suất đường xuống. ảnh hưởng của nhiễu tới kênh truyền cDMA Có ba thông số quan trọng ảnh hưởng lớn tới hệ thống CDMA là các tỉ số: Ec/Io của kênh pilot, Eb/Io của kênh lưu lượng đường lên và đường xuống. Kênh pilot Tỉ số Ec/Io là năng lượng chíp/ mật độ nhiễu đo trên kênh pilot; nó thể hiện cường độ tín hiệu của kênh pilot. MS liên tục đo tỉ số Ec/Io và so sánh nó với các mức ngưỡng khác, chẳng hạn như ngưỡng phát hiện pilot, ngưỡng loại bỏ pilot T_DROP. Kết quả việc so sánh này được báo cáo trở lại BS để từ đó có thể thực hiện quyết định có nên chuyển giao từ BS này sang BS khác hay không. Vì thế tỉ số Ec/Io đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định xem liệu MS có trong vùng phủ của một BS hay không. Hơn nữa, tín hiệu pilot được phát ở một BS ở một mức công suất tương đối cao so với các kênh logic đường xuống khác, và phải đảm bảo rằng độ lớn đạt yêu cầu. Xét trường hợp có nhiều cell và nhiều MS trong một vùng nào đó như hình vẽ 2.19. Công thức tính toán tỉ số Ec/Io là: P0(q0): giá trị ERP mào đầu ( ở sector 0) của BS thường trú bao gồm các công suất của kênh đồng bộ, tìm gọi và pilot theo hướng q0 so với MS đang xem xét. ERP phụ thuộc vào đồ thị bức xạ anten (là hàm của q0) nên ERP cũng là hàm của q0. a0: hệ số ERP mào đầu (overhead) của BS được phân bổ cho công suất pilot. L0(q0, d0): suy hao đường truyền từ BS theo q0 đối với BS với khoảng cách d0. G: độ lợi anten của MS. Ih: công suất nhiễu thu ở MS đang xét do công suất mào đầu BS phát ra. In: công suất nhiễu thu được ở MS từ các nguồn nhiễu khác bên ngoài hệ thống CDMA (phát vào băng tần CDMA). N: công suất tạp âm nhiệt. Io: tổng nhiễu các công suất mào đầu của các BS lân cận ảnh hưởng đến MS Im: tổng công suất nhiễu kênh lưu lượng thu được ở MS đang xét khi tất cả các MS đang thu các kênh lưu lượng đường xuống từ BS thường trú Tj (q0) là ERP của kênh lưu lượng đường xuống cho MS thứ j theo hướng q0 so với MS đang xét (coi như MS thứ 0). Tổng có J MS đang được phủ sóng bởi BS đang xét. Giá trị Im này lên tục thay đổi vì BS liên tục điều chỉnh công suất phát của nó trên một kênh lưu lượng. Công suất phát trên mỗi kênh lưu lượng đường xuống Tj là ngẫu nhiên. It : tổng công suất kênh lưu lượng (thu được ở MS đang xét) từ tất cả các BS lân cận khác ( xét K BS) Xk(q0): tổng ERP của kênh lưu lượng phát từ BS k ảnh hưởng đến MS đang xét. K là tổng số các cell hoặc sector trong hệ thống Đối với BS thứ K, Tk,j(qk) là ERP kênh lưu lượng xét cho MS thứ j theo hướng qk Hình 2. 19 Nhiều cell phục vụ nhiều MS ở đường xuống Kênh lưu lượng đường xuống Tỉ số Eb/No của đường truyền liên quan trực tiếp đến chất lượng thoại đường xuống. Chúng ta có thể xem xét công thức tổng quát: T0(q0): ERP của kênh lưu lượng phát ở BS thường trú (hoặc sector 0) theo hướng q0 đối với MS 0 (MS đang xét). Nói chung ERP của kênh lưu lượng phụ thuộc vào đồ thị bức xạ anten vì vậy là hàm của q0. L0(q0 , d0): suy hao đường truyền từ BS đến MS G:độ lợi anten thu của MS. In: công suất nhiễu thu được từ các nguồn không phải CDMA. N: công suất tạp âm nhiệt W/R: độ lợi xử lý Ih: công suất nhiễu thu được ở MS do công suất mào đầu được phát ra từ BS. Nó được tính bằng: e là hệ số trực giao I0: nhiễu do công suất mào đầu phát ra từ các BS xung quanh, được xác định ở phần trước. Im’ tổng nhiễu kênh lưu lượng (từ BS thường trú phát xuống MS khác) e: hệ số trực giao và Tj(q0) là ERP kênh lưu lượng hướng xuống phát vào MS thứ j nhưng làm nhiễu đến MS đang xét theo q0. Kênh lưu lượng đường lên Đường lên từ MS đến BS, ta chỉ xét tỉ số Eb/No có ảnh hưởng trực tiếp đến BER. Cũng giống như ở đường xuống ở đường lên ta có công thức: T’: ERP của kênh lưu lượng đường lên của MS L’0(q0,d0): suy hao đường lên từ MS đến anten theo hướng q0 với khoảng cách d0. G0(q0): độ lợi anten BS theo hướng q0 đối với MS đang xét. I’n: công suất thu được ở BS từ các nguồn nhiễu khác, không phải CDMA. N: công suất tạp âm nhiệt. W/R: độ lợi xử lý. I’m: tổng nhiễu do phát các kênh lưu lượng đường lên của tất cả các MS khác: T’j: ERP của kênh lưu lượng đường lên của MS j L’j (qj,dj): suy hao đường lên từ MS j theo hướng qj so với BS và khoảng cách dj. G0(qj): độ lợi anten thu của BS thường trú (BS 0) theo hướng qj so với MS j. Kết quả I’m: tổng nhiễu đường lên do các MS được phục vụ bởi BS 0 I’t: tổng nhiễu do việc phát các kênh lưu lượng đường lên của tất cả các MS khác phát đến các BS khác (trừ BS 0). Yk: tổng công suất kênh lưu lượng (đường lên) được thu từ các MS mà được phục vụ bởi BS k. Hình 2. 20 Nhiễu ảnh hưởng đến đường lên Chương III. mạng WLL CDMA 20001x Cấu hình mạng Hình 4. 1 Cấu hình hệ thống mạng WLL 2000 1x MSC: Mobile Switching Centre GMSC: Gateway MSC SCP: Service Control Point VLR: Visitor Location Register HLR: Home Location Register PDSN: Packet Data Service Node BSS: Base Station Subsystem AC: Authentication Centre HA: Home Agent MISUP: Mobile ISDN User Part MTUP: Mobile Telephone User Part PCF: Packet Control Function AAA: Authorization, Authentication and Accounting LE: Local Exchange BTS: Base Transceiver Station MSC: Mobile Switching Center BSC: Base Station Controller PDSN: Packet Data Service Node PCF: Packet data Control Function MS: Mobile Station IWF: Inter Working Function SoftSite: Soft Base Station Các thành phần hệ thống: MSC: Trung tâm chuyển mạch di động là phần lõi của hệ thống chuyển mạch CDMA. Nó thực hiện các chức năng chuyển mạch cho tất cả các đầu cuối di động trong miền cục bộ, bao gồm: quản lý cuộc gọi, định tuyến, khử tiếng vọng, điều khiển quá tải. Nó cũng thu thập thông tin tính cước, quản lý lưu lượng, và hỗ trợ dịch vụ từ xa, dịch vụ thông minh và dịch vụ phụ. VLR: Bộ định vị tạm trú là cơ sở dữ liệu động, lưu trữ thông tin tạm thời (toàn bộ dữ liệu cần thiết để thiết lập các kết nối cuộc gọi) của các thuê bao chuyển vùng trong các vùng MSC cục bộ. VLR được sử dụng để lưu thông tin của tất cả các MS trong vùng nó quản lý, có thể được dùng để thiết lập các kết nối cuộc gọi đi và đến, để hỗ trợ các dịch vụ cơ bản, các dịch vụ phụ và quản lý tính di động. SSP: Điểm chuyển mạch dịch vụ là thực thể chức năng của mạng thông minh IN có trách nhiệm thực hiện chức năng chuyển mạch liên quan tới các dịch vụ thông minh. HLR/AC: Bộ định vị thường trú/ trung tâm nhận thực; HLR là một cơ sở dữ liệu để quản lý thuê bao di động thường trú, HLR có trách nhiệm lưu trữ thông tin thuê bao (các trạng thái thuê bao và thông tin thuê bao dịch vụ viễn thông), thông tin định vị MS, MDN, IMSI (MIN),... AC được liên kết vật lý với HLR, nó là một thực thể chức năng của HLR, đặc biệt dành riêng cho quản lý an ninh của hệ thống CDMA. Nó lưu giữ các thông tin nhận thực. Chặn các thuê bao bất hợp pháp khi truy nhập hệ thống và ngăn chặn dữ liệu giao diện vô tuyến bị lấy cắp. SCP: Điểm điều khiển dịch vụ là thực thể lõi của mạng thông minh. Bảo lưu dữ liệu thêu bao và logic dịch vụ. SCP chủ yếu nhận thông tin yêu cầu được gửi từ SSP, cơ sở dữ liệu truy vấn và mã hóa. SCP bắt đầu dịch vụ logíc khác dựa trên các sự kiện cuộc gọi được báo cáo bởi SSP, và gửi các chỉ dẫn điều khiển cuộc gọi theo logic dịch vụ đến SSP tương ứng để hướng dẫn các hành động tiếp theo của nó. GMSC: MSC cổng có chức năng liên kết các mạng khác và tính cước. Các giao diện Giao diện báo hiệu chuẩn Kết nối vật lý Đặc tính vật lý Báo hiệu và các thủ tục A (A 1/A2) The interface between MSC and BSS. E1 IOS-634, IOS-2.X, IOS-4.X C, D C interface: the interface between the MSC and HLR. D interface: the interface between the VLR and HLR. E1 ANSI 41D, IS771, IS826 T1, T2 T1 interface: the interface between the MSC/SSP and SCP. T2 interface: the interface between the HLR and SCP. E1 ANSI 41D, IS771, IS826 E The interface between MSC and MSC. E1 ANSI 41D V5.2 The interface between MSC and Local Exchange E1 V5,Q.921, Q.931, G.703 MTUP, MISUP The interfaces between PSTN and the MSC or GMSC. E1 MTUP, MISUP PRA The trunk interface for MSC. 30B+D Q.930/Q.931 CAS (R2) The trunk interface for MSC. E1 ITU R2 O&M interface The interface between the MSC and WS. TCP/IP Internal protocol Billing interface The interface between the iGWB and the Billing Center. TCP/IP FTAM, FTP Các yêu cầu hệ thống Hiện nay mạng WLL CDMA 2000 1x ở dải 450 MHz đang được triển khai tại Công ty Thông tin Viễn thông Điện lực, tần số sử dụng cho đường uplink: 452,5 MHz – 457,5MHz, và đường xuống downlink: 562,5MHz- 467,5 MHz. Mã hóa thoại Vocoder sử dụng: 8kb/s EVRC và 13 kb/s QCELP. Tỉ lệ chuyển giao mềm yêu cầu là 35 %. Cấp phục vụ cho giao diện air là 2%, cho đường truyền MSC và PSTN là 1%. Lưu lượng trung bình của một thuê bao đòi hỏi là 0,02 Erl/1 thuê bao. Hệ số tải cho đường lên là 40%, tải đường xuông là 80%, tỉ lệ nghẽn cuộc gọi là GOS=2% - Công suất phát tối đa của MS : 200mW (23dBm) MS sử dụng 2 loại là cố định hoặc di động Công suất BTS phát định danh là 20W và kênh Pilot tối đa chiếm 20%, kênh tìm gọi chiếm 14%, kênh đồng bộ 2%. Còn lại 64% công suất HPA được phân bổ qua các kênh lưu lượng sẵn có. BTS sẽ có dung lượng đòi hỏi với cấu hình phù hợp trên 3 sector ở vị trí đơn cho 23.7Er/31.9Er/FA (Mobile/WLL) lưu lượng thoại cố định với giả định Users/Sector/Carrier (Mobile/WLL) là 32/41 đường Các thông số cho trước Độ cao anten BTS Nông thôn: 50m Đô thị: 30m Độ cao của anten đầu cuối Cố định: 4m Máy cầm tay: 1.5 m Độ dài tối đa của Feeder capble 100m Suy hao thâm nhập nhà cửa, công trình 20dB cho khu đô thị đông đúc 16dB cho khu đô thị 12dB cho ngoại ô 8dB cho vùng nông thôn Suy hao Feeder capble (100m) 4dB Mô hình truyền sóng Okumura- Hata Eb/Nt của thoại (3km/h) 5.27dB Dự trữ Fading 12.2 dB for 94% Cell area Xác suất 5.4 dB for 86% Cell area probability 5.4 dB for 75% Cell area probability Độ lợi anten cell site 15dBi Hệ số tích cực thoại 0.4 Tốc độ số liệu đường lên trung bình 18kb/s Độ rộng băng tần trải phổ Đối với CDMA 2000 là 1.2288MHz Tốc độ số liệu Có các mức: RC1: 9600, 4800, 2700 và 1500b/s RC2: 19200, 38400, 76800, 153600 and 307200bps, RC3: 14400, 28800, 57600, 115200 and 230400bps. Độ lợi anten Giá trị của nó tương đương với tỉ số độ rộng băng tần trải phổ qua tốc độ số liệu. Phạm vi của nó có thể từ 21~9 dB - Tạp âm nhiệt Độ tăng tạp âm = 10*log10(1/(1-loading)), Độ tăng tạp âm là 3.01dB cho 50% tải. Các tham số trạm gốc:Công suất phát tối đa là 20W (43.01dBm) Độ lợi anten trạm gốc cực đại là 15dBi Dense Urban Urban Suburban Rural Antenna Height(m) 30 35 40 50 Feeder Cable Length(m) 35 40 45 55 Feeder Cable Type 7/8 7/8 7/8 7/8 Feeder Cable Loss (dB/100m) 450MHZ 4.00 4.00 4.00 4.00 Eb/Nt yêu cầu Eb/Nt (dB) FER 2% FER 5% FER 5% FER 5% FER 5% FER 5% Voice (9.6kbps) Data (9.6kbps) Data (19.2kbps) Data (38.4kbps) Data (76.8kbps) Data (153.6kbps) Stationary (0km/h) 3.3 2.17 1.91 1.71 1.65 1.65 Walking (3km/h) 5.27 4.82 4.11 3.01 2.47 1.98 Slow City Car (8km/h) 5.94 5.55 4.96 3.64 3.01 2.51 Normal City Car (30km/h) 6.63 6.0 5.96 4.78 4.28 3.8 Highway (100km/h) 6.42 6.09 5.37 4.26 3.57 2.68 Từ bảng trên cho ta thấy sự khác nhau về tốc độ số liệu, yêu cầu FER và tốc độ di chuyển của máy di động khác nhau thì yêu cầu Eb/Nt cho giải điều chế cũng khác nhau, vì vậy vùng phủ sóng là không phải giá trị cố định. Tạp âm thu Bộ thu sẽ thu thêm nhiễu vào tín hiệu khi nó đi qua bộ thu. Và đó là thuộc tính của thiết bị. Thiết bị khác nhau có một hệ số tạp âm khác nhau. Thiết bị BTS của Huawei có tạp âm là 3.2dB. Thông số máy thuê bao Công suất phát: Công suất phát tối đa của MS là 200mW (23.01dBm) Các kênh đường lên của CDMA2000 1x bao gồm một kênh Pilot (R_PICH), một kênh cơ bản (a fundamental channel (R_FCH)) và một kênh bổ xung tuỳ chọn (R_SCH). Khi chúng ta tính toán đường truyền, chúng ta lấy dịch vụ thoại làm tiêu chuẩn. Vì vậy, ta cho máy di động phát công suất tối đa trên kênh FCH bằng toàn bộ tổng công suất trừ đi Pilot hướng lên được tính là 1.46 dBm. Max.R_FCH = 23.01 – 1.46 = 21.55 dbm - Độ lợi anten MS và suy hao 0dB Suy hao cơ thể khi MS đặt gần cơ thể, trong tính toán thường cho suy hao này là 3dB. Đối với dịch vụ số liệu, thì bỏ qua suy hao này vì không đặt gần cơ thể. - Eb/Nt yêu cầu cho MS là 5.23 với tốc độ di chuyển của MS trên 30 km/h Nhiễu tạp âm thiết bị thu của MS là 6 to 8dB. Độ lệch chuẩn Fading che khuất, Propagation slop và dự trữ Fading che khuất. Độ dự trữ Fading che khuất được tín toán cho 8dB độ lệch chuẩn, propagation slop và xác suất vùng phủ được cho như sau Shadow Margin Situation Dense Urban Urban Suburban Rural Coverage Probability (%) 98% 98% 95% 90% Cell Edge Probability (%) 94% 94% 86% 64% Propagation slop 3.5 3.5 2.8 2.5 Shadow Margin (dB) 12.2 12.2 8.6 1.4 Độ lợi chuyển giao mềm Việc thiết kế đường truyền được tính toán suy hao đường lên/xuống tối đa. Trong trường hợp này, MS ở biên của cell và độ lợi đã đem về bởi chuyển giao mềm nên được thực hiện theo đánh giá. Vì chuyển giao mềm nên tồn tại đường truyền sóng phụ thuộc có thể dẫn đến sự giảm sự cho phép Fading che khuất đã xảy ra đòi hỏi xác suất vùng phủ sóng. Điều này được gọi là độ lợi chuyển giao mềm trong tính toán đường truyền. Thực tế, độ lợi chuyển giao mềm là độ lợi phân tập macro. Trong khi chuyển giao mềm, mỗi nhánh đường lên sử dụng thuật toán kết hợp độ lợi tối đa. FCH tham gia vào chuyển giao mềm và mềm hơn, nhưng SCH thì không tham gia. Vì vậy độ lợi là 0 dB đối với các thuê bao sử dụng SCH, và 3.70 dB cho các thuê bao sử dụng FCH. Trong tài liệu này, tốc độ dữ liệu 38.4kb/s cho đường lên, và SCH được phân bổ nên độ lợi chuyển giao mềm trong tính toán đường truyền là 0dB Độ dự phòng nhiễu Hệ thống CDMA là một loại hệ thống tự gây nhiễu, mà điều này liên quan đến vùng phủ sóng và dung lượng. Với sự gia tăng tải lượng, nhiễu từ các thuê bao khác trong hệ thống sẽ cũng tăng lên, dẫn đến làm giảm độ nhạy máy thu. Trong việc tính toán đường truyền, điều này được thể hiện trong dự trữ nhiễu Đối với đường lên, các mức tải khác nhau sẽ tương ứng với sự gia tăng nhiễu khác nhau Ví dụ; Sự gia tăng của nhiễu 3dB tương ứng với 50% tải; trong khi sự gia tăng nhiễu 4dB tương ứng với 60% tải. Trong tính toán đường truyền, dự trữ nhiễu tuỳ thuộc vào dung lượng thiết kế hệ thống. Trong tài liệu này giả định rằng dung lượng hệ thống 50% Các tham số môi trường khác có liên quan Hệ số thâm nhập nhà cửa Các vật thể ở phía thu tín hiệu có ảnh hưởng lớn đến tín hiệu truyền dẫn. Suy hao thâm nhập và suy hao vật thể ô tô của các toà nhà sẽ phải tính toán. Suy hao thâm nhập liên quan đến nhà cửa xe cộ. Nói chung đối với vùng đô thị mật độ đông đúc, lấy giá trị 20dB cho suy hao thâm nhập nhà cửa; đối với các đô thị nói chung, giá trị này là 16dB; đối với các vùng ngoại ô là 12dB, vùng nông thôn là 8dB. Trong mạng CDMA, công suất phát di động tối đa giới hạn vùng phủ sóng của cell. Vì thế, thông qua tính toán đường lên mà cần tính toán suy hao đường truyền tối đa. Sau đó chúng ta áp dụng mô hình truyền sóng từ đó có được diện tích phủ sóng của 1 BS ở các môi trường khác nhau. Từ vùng phủ sóng này của mỗi môi trường ta có thể tính toán được số lượng BS. 450MHz Link Budget of Reverse Link Dense Urban (Incar) Urban (Incar) Suburban (Incar) Rural (Incar) Formula Max FCH TX Power (dBm) 21.55 21.55 21.55 21.55 a Transmitter Feeder Loss(dB) 0 0 0 0 b Antenna Body Interaction (dB) 0 0 0 0 Transmitter Antenna Gain (dBi) 0 0 0 0 c EiRP (dBm) 21.55 21.55 21.55 21.55 d=a-b+c Receiver Antenna Gain (dBi) 15.00 15.00 15.00 15.00 e Feed Cable Length (m) 35.00 40.00 45.00 55.00 Receiver Feeder And Connector Loss (dB) 1.73 1.86 2.00 2.27 f Reciever Noise Figure(dB) 3.2 3.2 3.2 3.2 g Required Eb/Nt of Demodulation ( dB ) 4.8 4.8 4.8 4.8 h Receiver Sensitivity (dBm) -126.18 -126.18 -126.18 -126.18 i=-174+g+h+10*LOG10(Rb) Locate Thermal Noise Adjust (dB) 0 0 0 0 j Locate Receiver Sensitivity (dB) -126.18 -126.18 -126.18 -126.18 k=i+j Max Path Loss(dB) 160.70 160.57 160.43 160.16 m=d+e-f-k Body Loss(dB) 3 3 3 3 n Loading Factor(dB) 50.00% 50.00% 50.00% 50.00% System Loading Interference Margin (dB) 3.01 3.01 3.01 3.01 o Soft Handoff Gain (dB) 3.7 3 3 3 p Required Edge Coverage Probability 94% 94% 86% 64% Lognormal Fade Margin(dB) 12.2 12.2 8.4 1.4 q Penetration Loss 10 10 10 10 r Propagation Loss Permitted (dB) 135.19 135.19 138.79 145.99 s=m-n-o+p-q-r Ms Antenna High (m) 1.50 1.50 1.50 1.50 Apply Okumura-Hata model’s formula BS Antenna High (m) 30.00 35.00 40.00 50.00 Cell Coverage Radius(Km)(450MHz) 2.97 3.2 7.58 33.40 Các chú ý đối với BS Giữ độ cao anten của BS phù hợp lắp đặt anten có thể cách ly với các hệ thống khác, có đủ khoảng cách để đạt được phân tập không gian Có đủ khoảng không để lắp thiết bị Có thể cấp nguồn bổ xung với ácquy dự phòng Có thể cấp đường truyền hoặc cáp quang Đảm bảo vùng phủ quan trọng có thể có chất lượng dịch vụ tốt hơn và đủ dung lượng Đảm bảo nhà cửa có thể lắp thiết bị, và đầu của toà nhà có thể lắp đặt anten Kết luận Qua việc nghiên cứu đề tài, tác giả đã nắm bắt được về kĩ thuật trải phổ và công nghệ CDMA, các thành phần hệ thống CDMA để từ đó đưa ra những phân tích cụ thể về dung lượng của hệ thống CDMA, cấu trúc đường truyền để từ đó tính toán các yếu tố nhiễu ảnh hưởng đến hệ thống cũng như việc điều khiển công suất trong CDMA. Đặc biệt vấn đề nhiễu trong hệ thống CDMA đang được nhiều người quan tâm tìm hiểu đã được xem xét một cách cụ thể những yếu tố nhiễu ảnh hưởng đến dung lượng cũng như chất lượng hệ thống. Tìm hiểu vấn đề để có những biện pháp khắc phục những nhược điểm của hệ thống CDMA là mục tiêu chính của luận văn này. Mặc dù luận văn đã được hoàn thiện, nhưng những vấn đề nêu ra vẫn chỉ mang tính lý thuyết, để phát triển những vấn đề nghiên cứu cao hơn cần phải có những thực nghiệm cụ thể, những đo đạc chính xác mang tính trực quan. Yếu tố nhiễu có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng, dung lượng hệ thống và tác động đến phạm vi phủ sóng của một hệ thống CDMA. Em xin trân thành cảm ơn Giáo sư Tiến sỹ Nguyễn Vũ Nguyên, các đồng nghiệp đã giúp đỡ em trong việc hoàn thành luận văn này. Danh mục tài liệu tham khảo Dr. Jonathan P. Castro (2001), The UMTS Network and Radio Access Technology, John Wiley & Sons, Ltd. Samuel C. Yang (1998), CDMA RF System Engineering, Artech House, Boston • London. Các tài liệu của các hãng Huawei Ltd (2004), CDMA Network Planning and Optimization. Lucent Technologies (2002), Wireless Networks. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng (2003), cdmaOne và cdma2000 tập 1, tập 2, Nhà xuất bản Bưu điện, Hà nội. TS. Phạm Công Hùng (2003), bài giảng vi ba số. Các trang Web