Đề tài Công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA - Xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3

ến đến GMSC hoặc GGSN. Tổng đài này làm việc như một tổng đài trung kế vào cho mạng 3G. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi để định tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di động. GMSC/GGSN cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đến nơi nhận cuối cùng: các trạm di động bị gọi. 1.10.2. Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR và SGSN Một mạng thông tin di động được phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗi vùng nhỏ này được phục vụ bởi một MSC/VLR (hình 1.10a). hay SGSN (1.10b) Ta gọi đây là vùng phục vụ của MSC/VLR hay SGSN. Hình 1.10. Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di động cần gọi. Ở mỗi vùng phục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao được ghi lại tạm thời ở VLR. Thông tin này bao gồm hai loại: Thông tin về đăng ký và các dịch vụ của thuê bao. Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao đang ở vùng định vị hoặc vùng định tuyến nào). 1.10.3. Phân chia theo vùng định vị và vùng định tuyến Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị: LA (Location Area) (hình 1.17a). Mỗi vùng phục vụ của SGSN được chia thành các vùng định tuyến (RA: Routing Area) (1.17b). Hình 1.10. Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành các vùng định vị (LA: Location Area) và định tuyến (RA: Routing Area) Vùng định vị (hay vùng định tuyến là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR (hay SGSN) mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí cho MSC/VLR (hay SGSN) quản lý vị trí này. Có thể nói vùng định vị (hay vùng định tuyến) là vị trí cụ thể nhất của trạm di động mà mạng cần biết để định tuyến cho một cuộc gọi đến nó. Ở vùng định vị này thông báo tìm sẽ được phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị (LAI: Location Area Identity) hay nhận dạng vùng định tuyến (RAI Routing Area Identity). Vùng định vị (hay vùng định tuyến) có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều RNC, nhưng chỉ thuộc một MSC (hay một SGSN). 1.10.4. Phân chia theo ô Vùng định vị hay vùng định tuyến được chia thành một số ô (hình 1.18). Hình 1.10.4. Phân chia LA và RA Ô là một vùng phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI: Cell Global Identity). Trạm di động nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC: Base Station Identity Code). Vùng phủ của các ô thường được mô phỏng bằng hình lục giác để tiện cho việc tính toán thiết kế. 1.10.5. Mẫu ô Mẫu ô có hai kiểu: vô hướng ngang (omnidirectional) và phân đoạn (sectorized). Các mẫu này được cho trên hình 1.10.5. Hình 1.10.5. Các kiểu mẫu ô Ô vô hướng ngang (hình 1.19a) nhận được từ phát xạ của một anten có búp sóng tròn trong mặt ngang (mặt phẳng song song với mặt đất) và búp sóng có hướng chúc xuống mặt đất trong mặt đứng (mặt phẳng vuông góc với mặt đất). Ô phân đoạn (hình 1.19b) là ô nhận được từ phát xạ của ba anten với hướng phát xạ cực đại lệch nhau 1200. Các anten này có búp sóng dạng nửa số 8 trong mặt ngang và trong mặt đứng búp sóng của chúng chúc xuống mặt đất. Trong một số trường hợp ô phân đoạn có thể được tạo ra từ phát xạ của nhiều hơn ba anten. Trong thực tế mẫu ô có thể rất đa dạng tùy vào địa hình cần phủ sóng. Tuy nhiên các mẫu ô như trên hình 1.19 thường được sử dụng để thiết kế cho sơ đồ phủ sóng chuẩn. 1.10.6. Tổng kết phân chia vùng địa lý trong các hệ thống thông tin di động 3G Trong các kiến trúc mạng bao gồm cả miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói, vùng phục mạng không chỉ được phân chia thành các vùng định vị (LA) mà còn được phân chia thành các vùng định tuyến (RA: Routing Area). Các vùng định vị (LA: Location Area) là khái niệm quản lý di động của miền CS kế thừa từ mạng GSM. Các vùng định tuyến (RA: Routing Area) là các thực thể của miền PS. Mạng lõi PS sử dụng RA để tìm gọi. Nhận dạng thuê bao P-TMSI (Packet- Temporary Mobile Subsscriber Identity: nhận dạng thuê bao di động gói tạm thời) là duy nhất trong một RA..Trong mạng truy nhập vô tuyến, RA lại được chia tiếp thành các vùng đăng ký UTRAN (URA: UTRAN Registration Area). Tìm gọi khởi xướng UTRAN sử dụng URA khi kênh báo hiệu đầu cuối đã được thiết lập. URA không thể nhìn thấy được ở bên ngoài UTRAN. Quan hệ giữa các vùng được phân cấp như cho ở hình 1.10.6 (ô không được thể hiện). LA thuộc 3G MSC và RA thuộc 3G SGSN. URA thuộc RNC. Theo dõi vị trí theo URA và ô trong UTRAN được thực hiện khi có kết nối RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài nguyên vô tuyến) cho kênh báo hiệu đầu cuối. Nếu không có kết nối RRC, 3G SGSN thực hiện tìm gọi và cập nhật thông tin vị trí được thực hiện theo RA. Hình 1.10.6. Các khái niệm phân chia vùng địa lý trong 3G WCDMA UMTS. Chương 2:CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 2. Các hệ thống thông tin trải phổ Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt. Trong các hệ thống điều chế biên độ song biên, độ rộng băng tần cần thiết để phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng tần của nguồn này. Trong các hệ thống điều tần độ rộng băng tần này có thể bằng vài lần độ rộng băng tần nguồn phụ thuộc vào chỉ số điều chế. Đối với một tín hiệu số, độ rộng băng tần cần thiết có cùng giá trị với tốc độ bit của nguồn. Độ rộng băng tần chính xác cần thiết trong trường hợp này phụ thuộc và kiểu điều chế (BPSK, QPSK v.v...). Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát. Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả. Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ. Một hệ thống thông tin số được coi là SS nếu: * Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin. * Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu. Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum). Cũng có thể nhận được các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên. WCDMA sử dụng DSSS. DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát. Hình 2.1 minh họa quá trình trải phổ trong đó Tb=15Tc hay Rc=15Rb. Hình 2.1a cho thấy sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng số cần truyền x có tốc độ Rb được nhân với một mã trải phổ c tốc độ Rc để được luồng đầu ra y có tốc độ Rc lớn hơn nhiều so với tốc độ Rb của luồng vào. Các hình 2.1b và 2.1b biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số. Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=y´c x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; Tb là thời gian một bit của luồng số cần phát, Rb=1/Tb là tốc độ bit của luồng số cần truyền; Tc là thời gian một chip của mã trải phổ, Rc=1/Tc là tốc độ chip của mã trải phổ. Rc=15Rb và Tb=15Tc. Hình 2.1. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) Áp dụng DSSS cho CDMA Trong công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập mã trực giao được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phổ riêng. Các mã trải phổ này phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đây: Tích hai mã giống nhau bằng 1: ci´ci=1 Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: ci´cj=ck Có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mã ® , trong đó N là số chip và Ck là giá trị chip k trong một mã Bảng 2.1. cho thấy thí dụ sử dụng bộ mã gồm tám mã trực giao: c0, c1, …, c7. Bảng 2.2 và 2.3 cho thấy thí dụ khi nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được 1 và nhân hai mã khác nhau trong bảng 2.1 ta được một mã mới.. c0 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 c2 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 c3 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 c4 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 c5 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 c6 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 c7 +1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 Bảng 2.1. Thí dụ bộ tám mã trực giao Bảng 2.2. Thí dụ nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được một c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 c1´c1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 Bảng 2.3. Thí dụ nhân hai mã khác nhau trong bảng 1 được một mã mới trong tập 8 mã c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ c3 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 = c2 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sở CDMA, thì sau trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu y như sau: (2.1) Ta xét quá trình xử lý tín hiệu này tại một máy thu k. Nhiệm vụ của máy thu này là phải lấy ra xk và loại bỏ các tín hiệu khác (các tín hiệu này được gọi là nhiễu đồng kênh vì trong hệ thống CDMA chúng được phát trên cùng một tần số với xk). Nhân (2.1) với xk và áp dụng quy tắc trực giao nói trên ta được: (2.2) Thành phần thứ nhất trong (2.2) chính là tín hiệu hữu ích còn thành phần thứ hai là nhiễu của các người sử dụng còn là nhiễu của các người sử dụng khác được gọi là MAI (Multiple Access Interferrence: nhiễu đa người sử dụng). Để loại bỏ thành phần thứ hai máy thu sử dụng bộ lọc tương quan trọng miền thời gian kết hợp với bộ lọc tần số trong miền tần số. Hình 2.2 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại máy thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy phát như nhau tại đầu vào máy thu k. Hình 2.2a cho thấy sơ đồ giải trải phổ DSSS. Hình 2.2b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ K máy phát sau trải phổ, hình 2.2c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k và hình 2.2d cho thấy phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng Rb. Hình 2.2. Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu. Từ hình 2.2 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 2.2.b và tổng diện tích các hình chữ nhật trắng trên hình 2.2.c: SIR=S1/S2. Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb. vì thế tỷ số Rc/Rb được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain). 2.1. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT Trong trường hợp một máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (đến gần nút B chẳng hạn), công suất của máy phát này tăng cao dẫn đến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệu trên nhiễu giảm mạnh và máy thu k không thể tách ra được tín hiệu của mình. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng gần và xa. Để tránh hiện tượng này hệ thống phải điều khiển công suất sao cho công suất thu tại nút B của tất cả các UE đều bằng nhau (lý tưởng). Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành: Điều khiển công suất vòng hở Điều khiển công suất vòng kín Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thực hiện thủ tục xin truy nhập Nút B (dựa trên công suất mà nó thu được từ kênh hoa tiêu phát đi từ B), khi này UE chưa có kết nối với nút này. Còn điều khiển công suất vòng kín được thực hiện khi UE đã kết nối với nút B. Điều khiển công suất vòng hở lại được chia thành: Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện tại nút B. Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện nhanh với 1500 lần trong một giây dựa trên so sánh SIR thu với SIR đích Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để thiết lập SIR đích cho nút B. Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu được với tỷ lệ đích. 2.2. CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA Thông thường chuyển giao (HO: Handover) được hiểu là quá trình trong đó kênh lưu lượng của một UE được chuyển sang một kênh khác để đảm bảo chất lượng truyền dẫn. Tuy nhiên trong CDMA khái niệm này chỉ thích hợp cho chuyển giao cứng còn đối với chuyển giao mềm khái niệm này phức tạp hơn, ta sẽ xét cụ thể trong phần dưới đây. Có thể chia HO thành các kiểu HO sau: HO nội hệ thống xẩy ra bên trong một hệ thống WCDMA. Có thể chia nhỏ HO này thành HO nội hệ thống giữa các ô thuộc cùng môt tần số sóng mang WCDMA HO giữa các tần số (IF-HO) giữa các ô hoạt động trên các tần số WCDMA khác nhau HO giữa các hệ thống (IS-HO) giữa các ô thuộc hai công nghệ truy nhập vô tuyến (RAT) khác nhau hay các chế độ truy nhập vô tuyến (RAM) khác nhau. Trường hợp thường xuyên xẩy ra nhất đối với kiểu thứ nhất là HO giữa các hệ thống WCDMA và GSM/EDGE. Tuy nhiên cũng có thể là IS-HO giữa WCDMA và hệ thống các hệ thống CDMA khác (cdma2000 1x chẳng hạn). Thí dụ về HO giữa các RAM là HO giữa các chế độ UTRA FDD và UTRA TDD. Có thể có các thủ tục HO sau: Chuyển giao cứng (HHO) là các thủ tục HO trong đó tất cả các đường truyền vô tuyến cũ của một UE được giải phóng trước khi thiết lập các đường truyền vô tuyến mới Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (xem hình 2.3) là các thủ tục trong đó UE luôn duy trì ít nhất một đường vô tuyến nối đến UTRAN. Trong chuyển giao mềm UE đồng thời được nối đến một hay nhiều ô thuộc các nút B khác nhau của cùng một RNC (SHO nội RNC) hay thuộc các RNC khác nhau (SHO giữa các RNC). Trong chuyển giao mềm hơn UE được nối đến ít nhất là hai đoạn ô của cùng một nút B. SHO và HO mềm hơn chỉ có thể xẩy ra trên cùng một tần số sóng mang và trong cùng một hệ thống. Hình 2.3. Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b) Phụ thuộc sự tham gia trong SHO, các ô trong một hệ thống WCDMA được chia thành các tập sau đây: Tập tích cực bao gồm các ô (đoạn ô) hiện đang tham gia vào một kết nối SHO của UE Tập lân cận/ tập được giám sát (cả hai từ được sử dụng như nhau). Tập này bao gồm tất cả các ô được giám sát/đo liên tục bởi UE và hiện thời không có trong tập tích cực Tập được phát hiện. Tập này bao gồm các ô được UE phát hiện nhưng không thuộc tập tích cực lẫn tập lân cận. SHO là một tính năng chung của hệ thống WCDMA trong đó các ô lân cận họat động trên cùng một tần số. Trong chế độ kết nối, UE liên tục đo các ô phục vụ và các ô lân cận (do RNC chỉ dẫn) trên tần số sóng mang hiện thời. UE so sánh các kết quả đo với các ngưỡng HO do RNC cung cấp và gửi báo cáo kết quả đo đến RNC khi thực hiện các tiêu chuẩn báo cáo. Vì thế SHO là kiểu chuyển giao được đánh giá bởi đầu cuối di động (MEHO: Mobile Estimated HO). Tuy nhiên giải thuật quyết định SHO được đặt trong RNC. Dựa trên các báo cáo kết quả đo nhận được từ UE (hoặc định kỳ hoặc được khởi động bởi một số các sự kiện nhất định), RNC lệnh cho UE bổ sung hay loại bỏ một số ô khỏi tập tích cực của mình (ASU: Active Set Apdate: cập nhật tập tích cực). 2.3. MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG HAY MÁY THU RAKE Phađinh đa đường trên kênh vô tuyến dẫn đến tán thời và chọn lọc tần số làm hỏng tín hiệu thu. Để đánh giá hiện tượng tán thời trên đường truyền vô tuyến, người ta phát đi một xung hẹp (xung kim) và đo đáp ứng xung này tại phía thu. Đáp ứng này là bức tranh thể hiện sự phụ thuộc công suất của các đường truyền khác nhau đến máy thu vào thời gian trễ của các đường truyền này. Đáp ứng này được gọi là lý lịch trễ công suất. Hình 2.4a cho thấy truyền sóng đa đường và hình 2.4b cho thấy thí dụ về lý lịch trễ công suất. Hình 2.4. Truyền sóng đa đường và lý lịch trễ công suất Chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên được phát đi ở CDMA có thuộc tính là các phiên bản dịch thời của nó tại phía thu hầu như không tương quan. Như vậy một tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu theo nhiều đường khác nhau (thời gian trễ khác nhau) có thể được phân giải vào các tín hiệu phađinh khác nhau bằng cách lấy tương quan tín hiệu thu chứa nhiều phiên bản dịch thời của chuỗi giả ngẫu nhiên. Máy thu sử dụng nguyên lý này được gọi là máy thu phân tập đa đường hay máy thu RAKE (hình 2.5). Hình 2.5. Máy thu RAKE Trong máy thu RAKE để nhận được các phiên bản dịch thời của chuỗi ngẫu nhiên, tín hiệu thu phải đi qua đường trễ trước khi được lấy tương quan và được kết hợp. Đường trễ bao gồm nhiều mắt trễ có thời gian trễ bằng thời gian một chip Tc. Máy thu dịch định thời bản sao mã trải phổ từng chip cho từng ký hiệu thông tin để giải trải phổ ký hiệu trong vùng một ký hiệu và tạo nên lý lịch trễ công suất (xem hình 2.5a). Với tham khảo lý lịch trễ công suất (bức tranh thể hiện công suất và trễ của các đường truyền) được tạo ra, máy thu chọn các đường truyền có công suất vượt ngưỡng để kết hợp RAKE trên cơ sở số lượng bộ tương quan, bộ ước tính kênh và bộ bù trừ thay đổi pha (được gọi là các ngón máy thu RAKE). Trong trường hợp áp dụng thu phân tập không gian hay phân tập giữa các đoạn ô, lý lịch trễ công suất được tạo ra cho mỗi nhánh và các đường truyền được chọn từ lý lịch trễ công suất suất tổng hợp của tất cả các nhánh. Trong thực tế, vì các tín hiệu trải phổ gồm nhiễu của các người sử dụng khác và các tín hiệu đa đường của kênh người sử dụng, nên giá trị ngưỡng được lập dưạ trên mức công suất tạp âm nền và các đường truyền có SIR hiệu dụng (có công suất thu vượt ngưỡng) được chọn. Vì MS chuyển động (hoặc môi trường truyền sóng thay đổi khi MS cố định), nên vị trí đường truyền (thời gian trễ) được kết hợp RAKE cũng sẽ thường xuyên thay đổi, máy phải định kỳ cập nhật lý lịch trễ đường truyền và cập nhật các đường truyền được kết hợp RAKE trên cơ sở lý lịch mới (quá trình này được gọi là tìm kiếm đường truyền vì nó liên quan đến tìm kiếm đường truyền để kết hợp RAKE). 2.4. CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA Khái niệm trải phổ được áp dụng cho các kênh vật lý, khái niệm này bao gồm hai thao tác. Đâu tiên là thao tác định kênh, trong đó mỗi ký hiệu số liệu dược chuyển thành một số chip nhờ vậy tăng độ rộng phổ tín hiệu. Số chip trên một ký hiệu (hay tỷ số giữa tốc độ chip và tốc độ ký hiệu) được gọi là hệ số trải phổ (SF: Spectrum Factor), hay nói một cách khác SF=Rs/Rc trong đó Rs là tốc độ ký hiệu còn Rc là tốc đô chip. Hệ số trải phổ là một giá trị khả biến, ngoại trừ đối với kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao (HS-PDSCH ) trong HSDPA có SF=16. Thao tác thứ hai là thao tác ngẫu nhiên hóa để tăng tính trực giao trong đó một mã ngẫu nhiên hóa được ‘trộn’ với tín hiệu trải phổ. Mã ngẫu nhiên hoá được xây dựng trên cơ sở mã Gold. Trong quá trình định kênh, các ký hiệu số liệu được nhân với một mã OVSF (Orthogonal Variable Spread Factor: mã trực giao hệ số khả biến) đồng bộ về thời gian với biên của ký hiệu. Trong 3GPP, OVSF (hình 2.6) được sử dụng cho các tốc độ ký hiệu khác nhau và được ký hiệu là Cch,SF,k trong đó SF là hệ số trải phổ của mã và k là số thứ tự mã (0£k£SF-1). Các mã định kênh có các tính chất trực giao và được sử dụng để phân biệt các thông tin được phát đi cùng từ một nguồn: (1) các kết nối khác nhau trên đường xuống trong cùng một ô trên đường xuống và giảm nhiễu nội ô, (2) các kênh số liệu vật lý đường lên từ một UE. Trên đường xuống các mã OVSF trong mộ ô bị hạn chế vì thế cần được quản lý bởi RNC, tuy nhiên điều này không xẩy ra đối với đường lên. Cần lưu ý khi chọn mã định kênh để chúng không tương quan với nhau. Chẳng hạn khi đã chọn mã Cch,8,4=+1-1+1-1+1-1+1-1, không được sử dụng mã Cch,16,8=+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1; vì hai mã này hoàn toàn giống nhau (tích của chúng bằng 1) và chúng sẽ gây nhiễu cho nhau. Các mã OVSF chỉ hiệu quả khi các kênh được đồng bộ hoàn hảo tại mức ký hiệu. Mất tương quan chéo do truyền sóng đa đường được bù trừ bởi thao tác ngẫu nhiên hóa bổ sung. Với thao tác ngẫu nhiên hóa, phần thực (I) và phần ảo (Q) của tín hiệu trải phổ được nhân bổ sung với mã ngẫu nhiên hóa phức. Mã ngẫu nhiên hóa phức được sử dụng để phân biệt các nguồn phát: (1) các ô khác nhau đối với đường xuống và (2) các UE khác nhau đối với đường lên. Các mã này có các tính chất tương quan tốt (trung bình hóa nhiễu) và luôn được sử dụng để ‘trộn’ với các mã trải phổ nhưng không làm ảnh hưởng độ rộng phổ tín hiệu và băng thông truyền dẫn. Hình 2.6. Cây mã định kênh Đường truyền giữa nút B và UE trong WCDMA chứa nhiều kênh. Có thể chia các kênh này thành hai loại: (1) kênh riêng để truyền lưu lượng và (2) kênh chung mang các thông tin điều khiển và báo hiệu. Đường truyền từ UE đến nút B được gọi là đường lên, còn đường ngược lại từ nút B đến UE được gọi là đường xuống. Trước hết ta xét trải phổ cho các kênh đường lên. 2.5/ TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG LÊN 2.5.1. Trải phổ và điều chế các kênh riêng đường lên Nguyên lý trải phổ cho DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: kênh số liệu vật lý riêng, kênh để truyền lưu lượng của người sử dụng) và DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: kênh điều khiển vật lý riêng; kênh đi cùng với DPDCH để mang thông tin điều khiển lớp vật lý) được minh họa trên hình 2.7. Một DPCCH và cực đại sáu DPDCH song song giá trị thực có thể được trải phổ và phát đồng thời. DPCCH luôn được trải phổ bằng mã Cc=Cch,256,0, trong đó k=0. Nếu chỉ một kênh DPDCH được phát trên đường lên, thì DPDCH1 được trải phổ với mã Cd,1=Cch,SF,k, trong đó k=SF/4 là số mã OVSF và k=SF/4. Nghĩa là nếu hệ số trải phổ SF=128 thì k=32. Nếu nhiều DPDCH được phát, thì tất cả DPDCH đều có hệ số trải phổ là 4 (tốc độ bit kênh là 960kbps) và DPDCHn được trải phổ bởi mã Cd,n=Cch,4,k, trong đó k=1 nếu nÎ{1,2}, k=3 nếu nÎ{3,4} và k=2 nếu nÎ{5,6}. Để bù trừ sự khác nhau giữa các hệ số trải phổ của số liệu, tín hiệu trải phổ được đánh trọng số bằng các hệ số khuyếch đại ký hiệu là bc cho DPCCH và bd cho DPDCH. Các hệ số khuyếch đại này được tính toán bởi SRNC và được gửi đến UE trong giai đoạn thiết lập đường truyền vô tuyến hay đặt lại cấu hình. Các hệ số khuyếch đại nằm trong dải từ 0 đến 1 và ít nhất một trong số các giá trị của bc và bd luôn luôn bằng 1. Luồng chip của các nhánh I và Q sau đó được cộng phức với nhau và được ngẫu nhiên hóa bởi một mã ngẫu nhiên hóa phức được ký hiệu là Sdpch,n trên hình 2.7. Mã ngẫu nhiên hóa này được đồng bộ với khung vô tuyến, nghĩa là chip thứ nhất tương ứng với đầu khung vô tuyến. Hình 2.7. Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đường lên Các nghiên cứu cho thấy mọi sự phát không liên tục trên đường lên có thể gây nhiễu âm thanh cho thiết bị âm thanh đặt gần máy đầu cuối di động. Thí dụ điển hình là trường hợp nhiễu tần số khung (217 Hz=1/4,615ms) gây ra do các đầu cuối GSM. Để tránh hiệu ứng này, kênh DPCCH và các kênh DPDCH không được ghép theo thời gian mà được ghép theo mã I/Q (điều chế QPSK hai kênh) với ngẫu nhiên hoá phức. Minh họa trên hình 2.8 cho thấy sơ đồ điều chế này cho phép truyền dẫn liên tục ngay cả trong các chu kỳ im lặng khi chỉ có thông tin điều khiển lớp 1 để duy trì hoạt động đường truyền (DPCCH) là được phát. Hình 2.8. Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên và kênh số liệu vật lý riêng đường lên khi có/ không có (DTX) số liệu của người sử dụng Như minh họa trên hình 2.9, các mã ngẫu nhiên hóa phức được tạo ra bằng cách quay pha giữa các chip trong một chu kỳ ký hiệu trong giới hạn ±900. Bằng cách này hiệu suất của bộ khuếch đại (liên quan đến tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình) trong UE hầu như không đổi không phụ thụ thuộc vào tỷ số b giữa DPDCH và DPCCH. Hình 2.9. Chùm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dung ngẫu nhiên hóa phức, b biểu diễn cho tỷ số công suất giữa DPDCH và DPCCH. DPCCH và các DPDCH có thể được ngẫu nhiên hóa bằng các mã ngẫu nhiên dài hoặc ngắn. Có 224 mã ngẫu nhiên hóa dài đường lên và 224 mã ngẫu nhiên ngắn đường lên. Vì có thể sử dụng được hàng triệu mã nên không cần quy hoạch mã đường lên. Số mã ngẫu nhiên cho DPCH (0,…., 16777215), cùng với SF thấp nhất được phép của mã định kênh (4, 8, 16, 32, 128 và 256) cho phần số liệu được ấn định bởi các lớp cao hơn, chẳng hạn khi thiết lập kết nối RRC hoặc khi điều khiển chuyển giao. 2.5.2. Trải phổ và điều chế kênh chung đường lên PRACH Phần này sẽ trình bầy ấn định mã cho tiền tố và phần bản tin của PRACH là một dạng kênh chung đường lên. Trải phổ và ngẫu nhiên hóa phần bản tin PRACH được minh họa trên hình 2.10. Hình 2.10. Trải phổ và điều chế phần bản tin PRACH Phần điều khiển của bản tin PRACH được trải phổ bằng mã định kênh Cc=Cch,256,m, trong đó m=16.s+15 và s (0 £s£15) là chữ ký tiền tố và phần số liệu được trải phổ bằng mã định kênh Cd=Cch,SF,m, trong đó SF (có giá trị từ 32 đến 256) là hệ số trải phổ sử dụng cho phần số liệu và m=SF.s/16. Phần bản tin PRACH luôn luôn được trải phổ bằng mã ngẫu nhiên hóa dài. Độ dài của mã ngẫu nhiên hóa được sử dụng cho phần bản tin là 10ms. Có tất cả là 8192 mã ngẫu nhiên hóa. 2.6. TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG XUỐNG 2.6.1. Sơ đồ trải phổ và điều chế đường xuống Khái niệm trải phổ và ngẫu nhiên hóa đường xuống được minh họa trên hình 2.11. Ngoại trừ các SCH (kênh đồng bộ sẽ xét trong chương 3), mỗi cặp hai bit kênh trướ