Các vấn đề cơ bản của hệ thống di động CDMA

ết lập cuộc gọi.Trạm gốc dùng sự lệch thời của kênh hoa tiêu để làm căn cứ cho MS nhận dạng kênh hướng đi (có 512 lệch thời gian khác nhau). Mỗi một trạm gốc có một giá trị lệch thời khác nhau. Lệch thời gian được sử dụng trong quá trình chuyển giao. Mỗi khi MS bật nguồn, kênh đồng bộ cung cấp cho MS các tin tức định thời và tin tức về cấu hình hệ thống, Kênh đồng bộ cũng dùng một mã trải phổ PN với cùng lệch thời gian như kênh hoa tiêu. Trên kênh đồng bộ có tin tức về tốc độ kênh nhắn tin và lệch thời của chuỗi PN hoa tiêu.Trạm gốc dùng kênh nhắn tin để gửi tin tức mào đầu và thông tin nhận dạng thêu bao. Khi MS đã có thông tin từ kênh đồng bộ, nó sẽ điều chỉnh định thời của nó và bắt đầu theo dõi kênh nhắn tin(9,6 hay4,8). Kênh nhắn tin có 4 bản tin quan trọng sau: - Bản tin thông số hệ thống cung cấp thông tin cho việc giám sát kênh hoa tiêu và điều khiển công suất. - Bản tin thông số thâm nhập: chứa thông tin về kênh thâm nhập - Bản tin danh sách ô kề cận: chứa thông tin về ô kề cận. -Bản tin danh sách CDMA: liệt kê phân định tần số cho các KNT. Chức năng nổi bật của kênh nhắn tin là tìm gọi MS khi có cuộc gọi đến, cũng như cung cấp các thông tin cần thiết để MS thâm nhập vào hệ thống Kênh lưu lượng hướng đi dùng để truyền lưu lượng của thuê bao hay báo hiệu phục vụ cho cuộc gọi. Kênh lưu lượng phát đi dược chia thành các nhóm điều khiển công suất. Kênh lưu lượng có các tốc độ truyền dẫn 9600, 4800, 2400 hay 1200b/s. Khung kênh lưu lượng đường đi dài 20ms. Trong sơ đồ cấu trúc kênh CDMA hướng đi, có 64 kênh dùng chung đồng thời dải tần 1,23Mhz, các kênh đó phân biệt với nhau bởi mã nhận dạng Walsh. Có 64 mã Walsh trực giao nhau để cung cấp sự nhận dạng duy nhất cho mỗi kênh hướng đi và để thực hiện điều chế các tín hiệu cho các kênh hướng về Trạm gốc liên tục theo dõi kênh tham nhập hướng về để sẵn sàng đón bản tin yêu cầu thâm nhập của BS. Kênh hướng về bao gồm kênh thâm nhập và kênh lưu lượng. Khi chưa được cấp phát kênh lưu lượng thì MS dùng kênh thâm nhập để liên lạc với trạm gốc. Kênh thâm nhập có tốc độ 4800Kb/s. Kênh lưu lượng về cũng được điều khiển động để tốc độ bit thay đổi theo sự tích cực thoại 9600, 4800, 2400, 1200b/s. Các kênh logic đường đi 1,23 Mhz KTH KNT 1 KNT 7 KLL 1 KLL N KLL 24 KĐB KLL 25 KLL 55 Số liệu lưu lượng Kênh con điều khiển W0 W1 W7 W8 W31 W32 W33 W63 Sắp xếp các kênh logic trên các kênh vật lý cho đường đi và đường về như hình vẽ sau KHT: Kênh hoa tiêu KLL: Kênh lưu lượng. KĐB: Kênh đồng bộ KNT: Kênh nhắn tin Wi: Hàm Walsh thứ i Hình vẽ 3.1 – Sắp xếp kênh logic trên kênh hướng đi. Các kênh logic đường về 1,23 Mhz KTN 1 KTN N KLL 1 KLL M Sử dụng các mã giả tạp âm dài để phân biệt các kênh KNT: Kênh thâm nhập KLL: Kênh lưu lượng Nmax = 32, Mmax = 62. Hình vẽ3.2- Sắp xếp kênh logic hướng về 3.2.1 – Kênh CDMA hướng về: MS sẽ truyền thông với BS qua kênh thâm nhập hoặc kênh lưu lượng về. KNT được sử dụng để thực hiện khởi xướng cuộc gọi, xử lý các chỉ thị, trả lời nhắn tin. Sau khi truyền thông thoại hay số liệu được thiết lập, tất cả thông tin sẽ được truyền trên kênh lưu lượng về. + Kênh thâm nhập(KTN). Kênh thâm nhập đảm bảo thông tin từ trạm di động đến trạm gốc khi trạm di động không sử dụng kênh lưu lượng về. Các bản tin trong kênh thâm nhập cung cấp các thông tin về: Khởi xướng cuộc gọi, trả lời nhắn tin, các chỉ thị và đăng ký. Kênh thâm nhập hoạt dộng ở tốc độ cố định 4800bit/s trong các khung có độ lâu 20ms. Mỗi khung KTN chỉ bắt đầu với bội số nguyên 20ms của thời gian hệ thống. Mỗi khung chứa 88 bit thông tin và 8 bit đuôi. Thân khung chứa các bit thông tin Bit đuôi 88 8 96bit/20ms Hình vẽ 3.3- Cấu trúc khung của kênh lưu lượng Một khe kênh thâm nhập gồm một mào đầu kênh thâm nhập (preamble) có độ dài là 1 + PAM_SZ khung chứa toàn bit “0”, theo sau là một góc bản tin KTN có độ dài là 3 + MAX_CAP_SZ khung. Toàn bộ một bản tin kênh thâm nhập sẽ chỉ truyền trên một khe KTN có độ dài lớn nhất là: 4+ PAM_SZ + MAX_CAP_SZ khung Giá trị của PAM_SZ và PAM_CAP_SZ thu được trên kênh nhắn tin và được MS lưu trữ. Một khe KTN sẽ bắt đầu tại 1 khung KTN mà thoả mãn: t mod (4 + PAM_SZ + MAX_CAP_SZ) = 0 với t : thời gian hệ thống tại khung đó Lưu ý rằng : Các kênh thâm nhập sẽ liên kết với một kênh nhắn tin riêng có cùng độ dài khe thời gian, các khe này bắt đầu ở cùng thời điểm. Độ dài của khe thời gian có thể không giống nhau ở các trạm gốc khác nhau. Một trạm di động sẽ phải xác định độ dài khe kênh thâm nhập trước khi phát. Mào đầu KTN(preamble) có độ dài (1 + PAM_SZ)´96 bit và chứa toàn bit “0”. Gói bản tin kênh thâm nhập gồm bản tin kênh thâm nhập và phần đệm. Bản tin kênh thâm nhập chứa: trường độ dài 8 bit xác định độ dài của bản tin theo byte, thân bản tin có độ dài 2á824 bit và mã CRC 30 bit. Theo sau bản tin là phần đệm (padding) gồm toàn bit “0” để đảm bảo khung luôn kết thúc trọn vẹn(tức là phần kết thúc của gói tin trùng với phần kết thúc của khung bất kỳ). Trường độ dài bản tin MSG-LENGTH sẽ xác định độ dài theo byte của thân nó cộng với trường thân bản tin MSG-BODY và CRC. Các bit kiểm tra CRC được tính trên phần trường độ dài thân bản tin và sử dụng đa thức. G(x) = X30 + X29 + X21 + X20 + X15 + X13 + X12 + X11 + X8 + X7 + X6 + X2 + X +1 Khung KTN Khung KTN Khung KTN Khung KTN Thân khung T T Thân khung T Bản tin KTN Đệm 0...0 MSG_LENGTH MSG_BODY CRC PAM_SZ : là thông số xác định độ dài mào đầu theo khung (0á15) MAX_CAP_SZ: là thông số xác định kích cỡ gói bản tin(0á7) T: Bit đuôi của bộ mã hoá MSG_LENG: trường độ dài bản tin MSG_BODY: Trường thân bản tin Hình vẽ 3.4 Cấu trúc kênh thâm nhập +Kênh lưu lượng về Thông tin trên kênh lưu lượng về gồm lưu lượng sơ cấp ( thoại hay số liệu) và lưu lượng thứ cấp ( số liệu ) và báo hiệu. Kênh lưu lượng về sử dụng các khung có độ dài là 20ms. Kênh lưu lượng về sẽ hỗ trợ các bit thay đổi như sau: - Tốc độ 9600bit/s gồm 192 bit tin trong khung 20ms, trong đó có 172 bit thông tin, theo sau là 12 bit chỉ thị chất lượng khung CRC và cuối cùng là 8 bit đuôi của bộ mã hoá. - Tốc độ 4800 bit/s gồm 96 bit trong khung 20ms đó có 80 bit thông tin, 8 bit CRC, 8 bit đuôi . - Tốc độ 2400bit/s gồm 48 bit trong khung 20ms với 40 bit thông tin và 8 bit đuôi. Tốc độ này không sử dụng CRC. - Tốc độ 1200 bit/s gồm 24 bit trong khung 20ms với 16 bit thông tin và 8 bit đuôi.Dữ liệu truyền ở tốc độ này không sử dụng CRC. Đối với hai tốc độ 9600bit/s và 4800bit/s trường CRC được tính cho các bit thông tin, nhưng không tính cho bản thân CRC và các bit tin đuôi. Đa thức sinh cho việc tính CRC của tốc độ 9600bit/s là: G(x) = 1 + X + X4 + X8 + X9 + X10 + X11 + X12 Và đa thức sinh cho tính CRC với tốc độ 4800bit/s là: G(x) = 1 + X3 + X4 + X7 + X8 3.2.2 Kênh hướng đi Tín hiệu được truyền từ một trạm gốc BS tới trạm di động MS qua các kênh hướng đi gồm kênh hoa tiêu, kênh đồng bộ, kênh nhắn tin, kênh lưu lượng đi. +Kênh hoa tiêu (Pilot channel) Kênh hoa tiêu có tốc độ 19,2Kbps, mỗi khung dài 20ms. Kênh hoa tiêu là tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp không bị điều chế, được trạm gốc phát đi liên tục. Kênh hoa tiêu cho phép trạm di động nhận được định thời của kênh CDMA đường đi, cung cấp chuẩn pha để giải điều chế nhất quán và đảm bảo chuẩn để so sánh cường độ tín hiệu giữa các trạm gốc nhằm quyết định chuyển giao. Các mã hoa tiêu PN là một cặp các chuỗi PN có chu kỳ 215 được sử dụng để trải phổ kênh CDMA đường đi và kênh CDMA đường về. Các trạm gốc khác nhau được nhận dạng theo sự dịch pha các chuỗi hoa tiêu của chúng so với nhau. Kênh hoa tiêu được phát liện tục bởi trạm BS ở tất cả các ô với đặc điểm sau: - Được phát ở mức công suất khá cao so với các tín hiệu khác để đảm bảo báo cho ms với độ chính xác cao. - Không bị điều biến, sử dụng trải phổ với hàm Waslh “0”( gồm toàn bit 0) - Được sử dụng làm chuẩn sóng mang nhất quán để giải điều chế cho các tín hiệu khác đi từ trạm gốc BS của ô. + Kênh đồng bộ : (Synchoronous channel) Kênh đồng bộ được dùng dể đảm bảo đồng bộ khung thời gian và cấu hình hệ thống cho trạm MS. ở kênh này chỉ có một bản tin được phát đi là bản tin kênh đồng bộ. Bản tin này cung cấp cho trạm MS một số thông só của hệ thống như: -Tốc độ số liệu của kênh nhắn tin (9600bps hay 4800bps) - Dịch thời gian của chuỗi hoa tiêu PN so với thời gian của hệ thống Kênh đồng bộ có tốc độ bit là 1200bps. Bản tin kênh đồng bộ có một trường độ dài của bản tin theo byte. Thân bản tin dài từ 2á1146 bit, mã CRC là 30 bit. Nếu bản tin kênh đồng bộ có độ dài nhỏ hơn 93 bit, thì nó sẽ được cộng thêm phần đệm gồm toàn bit”0” vào cuối bản tin. Trường độ dài bản tin tính cho bản thân nó, thân bản tin và CRC. Các bit kiểm tra CRC (hay còn gọi là bit chỉ tị chất lượng khung) được tính cho trường độ dài, thân bản tin và sử dụng đa thức sinh sau: G(x) = X30 + X29 + X21 + X20 + X15 + X13 + X12 + X11 + X8 + X7 + X6 + X2 + X +1 Sau khi bản tin được cấu tạo nó dược phân đoạn thành các nhóm 31 bit. Mỗi nhóm 31 bit này sẽ được thêm vào phần đầu 1 bit khởi đầu bản tin SOM (Start of Measage) để tạo thành 1 khung kênh đồng bộ. Một khung có độ dài 26.667ms(32/1200kbps). Giá trị SOm = 1 có nghĩa rằng khung là bắt đầu của bản tin kênh đồng bộ và SOM = 0 chỉ thị khung là phần tiếp theo của bản tin hay là phần đệm. Ba khung kênh đồng bộ tạo thành một siêu khung kênh đồng bộ dài 80ms với 96 bit. Toàn bộ bản tin kênh đồng bộ được gửi đi trong Ns siêu khung. Trạm BS luôn bắt đầu một gói bản tin mới ở khung kênh đồng bộ đầu tiên của siêu khung Trường độ dài Thân bản tin CRC Bản tin kênh đồng bộ Đệm toàn 0 Gói bản tin kenh đồng bộ S O M Thân khung KĐB S O M Thân khung KĐB S O M Thân khung KĐB S O M Thân khung KĐB S O M Thân khung KĐB S O M Thân khung KĐB Khung KĐB Khung KĐB Khung KĐB Khung KĐB Khung KĐB Siêu khung KĐB Hình vẽ 3.5 – Cấu trúc kênh đồng bộ. + Kênh nhắn tin (Page channel) Sau khi nhận được thông tin từ kênh đồng bộ, trạm di động MS sẽ điều chỉnh đồng hồ của mình theo định thời của hệ thống và nó bắt đầu theo dõi kênh nhắn tin. Kênh nhắn tin hoạt động 1 trong 2 tốc độ 9600bps hay 4800bps. Trạm gốc sử dụng kênh nhắn tin để phát các thông tin bổ xung và thông tin riêng cho trạm di động. Bản tin kênh nhắn tin có dạng giống như bản tin kênh đồng bộ. Trường độ dài Thân bản tin CRC Hình vẽ 3.6- Khuôn dạng của bản tin KNT Kênh nhắn tin được chia thành các khe nhắn tin, mỗi khe có độ dài 80ms toàn bộ bản tin kênh nhắn tin được truyền đi trong N khe này, 2048 khe(163.64s) được nhóm thành một chu kỳ. Mỗi khe chứa 4 kênh nhắn tin, mỗi khung có độ dài 20ms. Đồng thời mỗi khung này lại được chia thành hai bán khung. Bit đầu tiên trên mỗi nửa khung là bit chỉ thị gói đồng bộ SCI(Synchronied Capsule Indicator). Các bit tiếp theo dành cho gói bản tin kênh nhắn tin. Bản tin kênh nhắn tin có thể được đưa vào hai loại gói: Gói đồng bộ và gói không đồng bộ. Gói đồng bộ có phần bắt đầu trùng với phần bắt đầu của nửa khung, bit SCI trước gói này được lập “1”, Gói không đồng bộ có phần bắt đầu khác bắt đầu của nửa khung, và có thể nằm ở bất kỳ đâu tại nửa khung. Bit SCI trước bán khung của gói này được lập “0”. Phần đệm có thể được sử dụng cho gói đồng bộ để đảm bảo rằng kết thúc gói đồng bộ luôn trùng với kết thúc của nửa khung. Ngược lại phần đệm không được sử dụng cho gói không đồng bộ. +Kênh lưu lượng hướng đi (Forward traffic channel). Các kênh không dùng cho kênh nhắn tin và kênh đồng bộ sẽ được dùng cho kênh lưu lượng. Tổng số kênh lưu lượng tại một trạm gốc BS = 63- tổng số kênh nhắn tin và kênh đồng bộ. Thông tin truyền trên kênh lưu lượng gồm lưu lượng chính sơ cấp( thoại hay số liệu), lưu lượng phụ thứ cấp (số liệu) và báo hiệu, sử dụng các khung KLL có độ dài 20ms. Tốc độ dữ liệu trên kênh lưu lượng có thể thay đổi 9600bps, 4800bps, 2400bps, 1200bps. Cấu tạo khung kênh lưu lượng ứng với các tốc độ này cũng giống như với kênh lưu lượng đường về. BS sẽ thiết lập tốc độ truyền dẫn dữ liệu trên cơ sở từng khung.Tốc độ dữ liệu 9600bps có thể hỗ trợ truyền lưu lượng ghép xen với báo hiệu.Còn các tốc độ 4800bps, 2400bps chỉ truyền các thông tin lưu lượng chính. Trong kênh 9600bps báo hiệu có thể truyền cùng với lưu lượng theo kiểu cụm dành riêng (Blank and Burst) hay ghép xen(Dim and Burst). Báo hiệu cụm dành riêng là kỹ thuật ghép báo hiệu với lưu lượng bằng cách thay 1 hay nhiều khung của số liệu lưu lượng sơ cấp với số liệu báo hiệu. ở phía thu sẽ lặp lại tín hiệu ở khung tốt trước đó, nếu khung hiện tại được dùng để truyền báo hiệu. Báo hiệu cụm ghép xen. Do khi đàm thoại tồn tại những khoảng dừng (không truyền tín hiệu thoại) lúc này bit không mang thông tin sẽ được truyền đi. Trong phương pháp báo hiệu này, bộ mã hoá tiếng sẽ được đưa bit của bản tin báo hiệu vào các bit không mang thông tin. Như vậy, báo hiệu ở cụm ghép xen do không lấy đi bất kỳ khung thông tin nào, nên sẽ cho chất lượng thoại tốt hơn hẳn so với phương pháp báo hiệu cụm dành riêng. Nhưng nó có nhược điểm là đòi hỏi kỹ thuật phức tạp. Như vậy, các khung của kenh lưu lượng đường đi sẽ được chia thành : -Khung bình thường(chỉ chứa lưu lượng sơ cấp) - Khung ghép xen báo hiệu với lưu lượng thứ cấp,chia thành 2 loại: +Khung ghép xen báo hiệu với lưu lượng thứ cấp(Dim and Burst) +Khung dành riêng cho báo hiệu(Blank and Burst) Chú ý rằng,lưu lượng thứ cấp(tín hiệu số liệu) có thể được truyền thay vào vị trí của các bit dành cho báo hiệu trong cấu trúc khung ghép - Cấu trúc khung bình thường: 172bit thông tin 12CRC 8T 80 bit thông tin 8 CRC 8T 40 bit thông tin 8T 16 bit thông tin 8T 24 bit/20ms 48 bit/20ms 96 bit/20ms 192 bit/20ms T: bit đuôi của bộ mã hoá Hình vẽ 3.7- Cấu trúc khung bình thường của KLL Cấu trúc khung ghép Khung ghép chỉ truyền ở tốc độ 9600bps, tức gồm 192 bit trong 2 khung 20ms. Các khung 172bit ở cấu trúc khung ghép( hình vẽ) được bổ xung thêm 12 bit CRC và 8 bit đuôi. 1 172 1 88 1 2 80 1 128 1 2 40 1 152 1 2 16 1 168 1 2 Khung ghép báo hiệu với lưu lượng sơ cấp tốc độ 1/2 (Dim and Burst) Khung chỉ chứa lưu lượng sơ cấp cho KLL 9600 bps Khung ghép báo hiệu với lưu lượng sơ cấp tốc độ 1/4 (Dim and Burst) Khung ghép báo hiệu với lưu lượng sơ cấp tốc độ 1/8 (Dim and Burst) Khung chỉ chứa thông tin báo hiệu (Blank and Burst) MM TT TM Báo hiệu (hay LLthứ cấp,TT=1 =1 =0 =11 MM TT TM lưu lượng Báo hiệu (hay LLthứ cấp,TT=1 =1 =0 =10 sơ cấp MM TT TM lưu lượng Báo hiệu (hay LLthứ cấp,TT=1 =1 =0 =01 sơ cấp MM TT TM lưu lượng Báo hiệu (hay LLthứ cấp,TT=1 =1 =0 =00 sơ cấp MM =0 Các bit thông tin 172 bit (20ms) 172 bit (20ms) 172 bit (20ms) 172 bit (20ms) 172 bit (20ms) Hình 3.8 Cấu trúc khung ghép báo hiệu 3.3 Tiến trình xử lý kênh logic trước truyền dẫn. Sau khi các bản tin trên kênh logic được thiết lập và tạo khung, để thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật của kênh vô tuuyến CDMA, chúng sẽ được xử lý trước truyền dẫn. Phần này ta xem xét các tiến trình để biến đổi khung bản tin thành tín hiệu vô tuyến phát đi trên kênh CDMA mang đặc trưng của hệ thống CDMA. Với kênh CDMA hướng đi gồm kênh kênh nhắn tin, kênh dồng bộ, kênh lưu lượng sẽ được mã hoá vòng xoắn. Các bit thông tin là đầu vào của bộ mã hoá còn đầu ra là các ký hiệu mã hoá. Với tất cả các kênh mã có tốc độ bit < 9600bps , ngoại trừ HT mỗi ký hiệu được lặp lại trước khi ghép xen. Với các kênh nhắn tin và kênh lưu lượng đi, việc lặp sẽ phụ thuộc tốc độ dữ liệu của mỗi kênh. Mỗi ký hiệu mã ở đầu vào dữ liệu có tốc độ 2.4kbps thì ký hiệu dược lặp 3 lần. Và khi đầu vào có tốc độ 1.2kbps ký hiệu được lặp lại 7 lần. Với kênh đồng bộ mỗi ký hiệu sẽ được lặp lại 1 lần. Tất cả các ký hiệu sau khi được lặp lại trên kênh đồng bộ, nhắn tin, lưu lượng hướng đi sẽ được ghép xen khối. Mục đích của việc ghép xen khối là bảo vệ dữ liệu khỏi các lỗi cụm trong môi trường fading nhiều tia. Sau ghép xen, mỗi một kênh mã trong kênh CDMA hướng đi sẽ được trải phổ bởi một trong 64 hàm Walsh. Rồi sau đó được trải phỏ với hai chuỗi hoa tiêu I và Q vuông pha có tốc độ chip cố định là 1.2288 Mchip/s. Số liệu nhị phân sau trải phổ vuông góc được đưa vào bộ lọc băng gốc rồi được điều chế BPSK với hàm cosin và hàm sin tương ứng trên kênh I và kênh Q. Việc kết hợp hai dạng sóng BPSK trực giao sẽ tạo ra số liệu QPSK cho truyền dẫn. Việc trộn dữ liệu (Scrambling) cho số liệu được sử dụng trong kênh nhắn tin cũng như là kênh lưu lượng đi. Việc trộn dữ liệu được thực hiện ở đầu ra bộ ghép xen tại tốc độ ký hiệu là 19.2kbps. Việc trộn dữ liệu được thực hiện nhờ phép cộng modul-2 đầu ra bộ ghép xen với giá trị nhị phân ở đầu ra của bộ lấy 1 từ 64. Trạm gốc sẽ thêm kênh con điều khiển công suất vào kênh lưu lượng đi để truyền dẫn liên tục, các bit điều khiển công suất tại tốc độ 800bit/s, nghĩa là 1 bit trong khoảng 1.25ms. Một bit điều khiển công suất”0” sẽ chỉ thị cho MS rằng nên tăng công suất đầu ra và bit điều khiển công suất “1” chỉ thị MS sẽ giảm công suất ra. Do đó, MS sẽ điều khiển công suất đầu ra của nó đáp ứng với các bit điều khiển công suất có hiẹu lực nhận được trên kênh lưu lượng đi. Kênh CDMA về gồm kênh thâm nhập và kênh lưu lượng về. Số liệu được truyền trên kênh về được chia thành các khung 20ms. Tất cả số liệu được truyền trên kênh hướng về sẽ được mã hoá vòng xoắn để chống lỗi, ghép xen khối để chống lỗi cụm, điều chế trực giao bởi các mã Walsh chu kỳ 64chip, được trải phổ DS bởi mã dài có chu kỳ 224 – 1 chip. Sau khi trải phổ DS thì kênh CDMA đường đi. Tuy vậy số liệu trên kênh Q sẽ bị trễ đi một khoảng thời gian là 1/2 chip( 406.9ns).Do đó việc tổng hợp hai sóng BPSK trực giao lệch thời sẽ tạo ra dạng sóng OQPSK để phát đi. 3.3.1 Các nhân tố(thành phần) cần thiét cho tiến trình biến đổi khung tin + Bộ mã hoá vòng xoắn: Bộ mã hoá vòng xoắn không những ứng cho truyền thông tin di động CDMA mà còn cho các hệ thống truyền tin vệ tinh, nhằm chống lỗi chohệ thống. Nguyên lý làm việc của bộ mã hoá vóng xoắn như sau: Chuỗi số liệu thông tin đầu vào được chia thành các khối có độ dài k(bit), mỗi khỗi được mã hoá bởi các ký hiệu mã ở đầu ra có độ dài n. Một bộ mã hoá vòng xoắn (n,km)có tỉ lệ mã R = k/n (k bit vào,n ký hiệu ra), số tầng mã hoá(số tầng flipflop) m= K-1 (K: độ dài giới hạn của ký hiệu mã) Ví dụ, bộ mã hoá vòng xoắn(2,1,8) có sơ đồ khối như sau: D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 Các bit thông tin vào g1(2) g1(1) Các chuỗi hiệu mã đầu ra Hình 3.9 Sơ đồ bộ mã vòng xoắn (2,1,8) Một dẫy sinh cho bộ mã hoá m tầng FF được định nghĩa như một chuỗi các bit nhị phân”0”và”1”, xác định nhờ dãy các kết nối từ tầng mã hó FF tới bộ cộng modul 2 tương ứng. Bit “0” biểu thị không có kết nối và bit “1” biểu thị có kết nối. Như với hình vẽ ví dụ trên ta có hai dãy sinh là: g1(1) = 111101011 g1(2) = 101110001 Tổng quát: Với bộ mã hoá (n,k,m) tập hợp n dãy sinh cho 1 bộ mã hoá tầng FF này được mô tả bởi : gi(j) = (gi,o(j), gi,1(j), gi,2(j), gi,m(j)) gi,j(j) = 1 hay 0 i: 1,2..k chỉ số ứng với các đầu vào. j: 1,2..n chỉ số ứng với các bộ cộng modul 2(các đầu ra) Mỗi thành phần của tập hợp dãy sinh này sẽ gồm có (m+1)bit nhị phân. Nếu ta đưa chuỗi thông tin: d(i) = (d0(i), d1(i)... dl(i)) đến đầu vào bộ mã hoá vòng xoắn, dãy ký hiệu ở đầu ra là. c(j) = c1(j), c2(j).... cl(j)) có thể thu được bằng việc kết hợp d(i) với g(j) như sau: l : là chỉ số ký hiệu đầu ra ứng với chỉ số các bit đầu vào. Ví dụ : đối với bộ mã hoá(2,1,8) với i = 1,chuỗi thông tin sẽ dưa lần lượt từng bit tới đầu vào của bộ mã hoá, ứng với mỗi bit có số thứ tự l (= 0,1...) trong chuỗi bit vấo sẽ có hai ký hiệu cl(1),cl(2) được đưa tới đầu ra xác định như sau: = dl + dl-1 + dl-2 + dl-3 + dl-7 + dl-8 = dl + dl-2 + dl-3 + dl-4 + dl-8 Ký hiệu cl(1),cl(2) được đưa liên tiếp ở đầu ra nhờ bộ chuyển mạch. Nếu đưa 8 bit M =(10101001) vào bộ mã hoá vòng xoắn(2,1,8) ta sẽ tính được các ký hiệu ra như sau: l M Nội dung của thanh ghi dịch (cl(1), cl(2)), 0Ê l Ê 7 0 1 2 3 4 5 6 7 1 0 1 0 1 0 0 1 100000000 010000000 010000000 010100000 001010000 000010100 000001010 (11) (10) (00) (01) (10) (01) (01) (00) Các ký hiệu cl(1),cl(2) được đưa liên kết ở đầu ra biểu diễn bởi : c= ( c0(1), c0(2), c1(1), c1(2),..., c7(1), c7(2))=(1110000110010100) + Bộ lặp mã . Với kênh CDMA mỗi ký hiệu sẽ được lặp lại trước khi ghép xen với các kênh có tốc độ ban đầu nhỏ hơn 9600bps. Kênh Tốc đọ thông tin ban đầu(bit/s) Số lần lặp Số ký hiệu liên tiếpgiống nhau Đồng bộ 1200 1 2 Nhắn tin 4800 9600 1 0 2 1 Kênh lưu lượng 1200 2400 4800 9600 7 3 1 0 8 4 2 1 Kênh thâm nhập 4800 1 2 + bộ ghép xen Ghép xen là quá trình hoán vị các ký hiệu.Thủ tục ghép xen loại này nhằm thu được sự phân tập về thời gian. Nó là kỹ thuật hiệu quả để chống lại ảnh hưởng của fading lâu nên 1 cụm bit dài. Ghép xen là 1 phương pháp mầ ta đưa liên tiếp các ký hiệu vào các hàng của ma trận sau đó lấy ra lần lượt trên các cột của ma trận đó ( hay ngược lại). +trải phổ trực giao sử đụng hàm Walsh. Các kênh CDMA hướng đi và về được trải phổ chuỗi trực tiếp bởi hàm Walsh.Có 64 hàm Walsh trực giao với nhau.Mỗi hàm Walsh có chu kỳ 64 bit và là trong số 64 hàng của ma trận Hadamoro 64 được thiết lập như sau: H1 = 0 n= 0 H2 = = n= 1 H2 = n = 2 ...................... H2 = Với n = 32,Ta sẽ được ma trận Hadamard 64 ´ 64.Mỗi hàng của ma trận Hadamard 64 là một hàm Walsh, và là chuỗi giả ngẫu nhiên PN để trải phổ chuỗi trực tiếp DS với tín hiệu thông tin. Với kênh CDMA đường đi mỗi kênh mã được trải phổ bởi một hàm Walsh tương ứng tốc độ 1.2288Mchip/s để cung cấp đặc tính trực giao giữa tất cả các kênh mã. Kênh mã thứ n được trải pphổ bởi hàm Walsh thứ n(0Ê n Ê 63). Walsh 0 được trải phổ với kênh hoa tiêu. Nếu tồn tại kênh đồng bộ nó được trải phổ với hàm Walsh thứ 32. Nếu có kênh nhắn tin nó được ấn định trải phổ với hàm Walsh W1 đến W7. Các hàm Walsh còn lại dành cho phổ các kênh lưu lượng đường đi. Chuỗi PN của hàm Walsh có tốc độ 1.2288Mcps lặp lại với chu kỳ 52.063ms( =64/1.22.88.106) đúng bằng thời gian của một ký hiệu mã trên kênh CDMA hướng đi. Đối với kênh CDMA hường về, trải phổ với hàm Walsh được thực hiện bên trong bộ điều chế trực giao 64 mức. Đầu vào bộ điều chế trực giao là các chuỗi ký hiệu mã được cia thành từng khối 6 ký hiệu mã. Mỗi khối 6 ký hiệu mã này được trải phổ DS với 164 hàm Walsh để tạo thành 1 ký hiệu điều chế ở đầu ra. Tốc độ ký hiệu mã là 28.8Kbps do đó tốc độ ký hiệu điều chế là 28.8/6 = 4.8 Kbps. Tốc độ của hàm Walsh với kênh CDMA hường về là 307.2 Kbps khác so với tốc độ của hàm Walsh hướng đi. 6 ký hiệu mã vào,Ci(i =0 đến 5 ,Ci = 0 hay 1 ) sẽ được điều chế với 1 hàm Walsh đánh số 0á63.Hàm Walsh này được lưu chọn theo chỉ số điều chế MSI(mudulation symbol index) MSI = C0 + 2C1 + 4C2 +8 C3 +16 C4 +32 C5 MSI được tính chính là chỉ số của hàm Walsh điều chế,MSI = 0á63 Chu kỳ thời gian của một hàm Walsh 64 chip = 64/307.2.103 = 208.33ms và chính bằng với chu kỳ thời gian của 6 ký hiệu mã hay bằng chu kỳ thời gian của một ký hiệu điều chế. + Bộ tạo mã dài Mã dài sẽ tạo ra một độ riêng tư nhất định. Mã dài là một chuỗi PN với chu kỳ (242-1) bit được sử dụng để trộn dữ liệu(scramble) trên kênh CDMA hướng đi, và trải phổ DS cho kênh CDMA hướng về. Mã dài được sẽ tạo ra nhận dạng duy nhất 1 trạm di động trên cả kênh hướng đi và hướng về.Mã dài được đặc tính hoá nhờ một mặt nạ dài, được dùng để tạo mã dài công khai hoặc dành riêng. Mã dài cũng được dùng để phân biệt các kênh thâm nhập trên 1 kênh CDMA hướng về. Mỗi chip của mã dài được tạo bởi phép XOR tất cả các cổng AND có một đầu vào từ mặt nạ dài 42 bit, và đầu kia từ bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính LFSR 42 tầng. X1 X2 X3 LFSR 42 tầng AND AND AND AND AND Mặt nạ mã dài 42 Cộng modul 2 (phép XOR) X41 X42 Hình vẽ 3.10 Sơ đồ khối bộ tạo mã dài Bộ ghi dịch LSFH có đa thức tạo mã p(x) như sau: P(x) = 1 +X + X1 + X2 + X3 + X4 + X5 + X6 + X7 + X8 + X9 + X10 + X11 + X12 + X13 + X14 + X15 + X16 + X17 + X18 + X19 + X21 + X22 + X25 + X26 + X27 + X33 + X35 + X42 Mặt nạ mã dài gồm một chuỗi 42 bit, tạo ra sự nhận dạng duy nhất cho mặt nạ mã dài sẽ thay đổi tuỳ thuộc loại kênh thông tin. Khuôn dạng của mặt nạ mã dài sử dụng cho kênh thâm nhập như sau: 1100011 CAN PCN BASE_ID PILOT_ID 41 33 32 28 27 25 24 98 0 Các ký hiệu ACN : Số thứ tự kênh thâm nhập PCN : Số thứ tự kênh nhắn tin BASE_ID : số nhận dạng trạm gốc PILOT_ID : chỉ số lệch thời chuỗi PN cho kênh CDMA hướng đi. 100011: Mào đầu của mặt nạ mã dài. Hình vẽ 3.11.khuôn dạng mặt nạ mã dài của KTN Với kênh lưu lượng (cả hướng đi và hướng về)sẽ sử dụng 1 trong 2 loại mặt nạ mã dài. Mặt nạ mã dài công khai và mặt nạ mã dài dàng riêng. Mặt nạ mã dài rành riêng do tính riêng tư của nó nên không được xét ở đây. Dạng mặt nạ dài công khai được cho bởi: 1100011000 ESN được hoán vị MSB LSB 0 3231 41 MSB: bit có ý nghĩa nhất. LSB: bit ít ý nghĩa nhất ESN: số Seri điện tử. Hình vẽ 3.12 Dạng mặt nạ mã dài công khai. MFR FCC Số s