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

lµ lý do t¹i sao c¸c modem m¸y tÝnh cã thÓ ®­îc sö dông ë ®­êng ®iÖn tho¹i; th«ng tin ë d¹ng sãng ®­îc ph¸t qua mét modem truyÒn dÉn vµ ®­îc thu qua modem ë phÝa thu. PCM kh«ng kh¶ thi trong c¸c øng dông kh«ng d©y v× nã bÞ giíi h¹n bëi ®é réng b¨ng th«ng. ViÖc truyÒn tèc ®é 64Kb/s qua m«i tr­êng kh«ng d©y ®ßi hái ®é réng b¨ng tÇn lín h¬n ®Ó cã thÓ cÊp ®ñ cho nhiÒu ng­êi dïng. V× vËy ph¶i sö dông c¸c kÜ thuËt m· hãa nguån kh¸c ®­îc lùa chän lµ cÇn thiÕt ®Ó m« t¶ th«ng tin nguån sö dông Ýt b¨ng th«ng h¬n. §ã lµ sö dông c¸c bé m· hãa tho¹i Vocoder dùa vµo c¸c ®Æc tÝnh cña tiÕng nãi. H×nh 1.13 m« t¶ ®iÒu nµy. H×nh 1. 13 Sö dông Vocoder trong Wireless 1. §Æc ®iÓm tiÕng nãi Tr­íc khi nãi vÒ m· hãa tho¹i chóng ta cÇn hiÓu c¬ b¶n vÒ tiÕng nãi. C¸c ®Æc ®iÓm vÒ tÇn sè vµ thêi gian cña ©m thanh con ng­êi ®­îc khai th¸c b»ng nh÷ng bé m· hãa tho¹i ®Ó m· hãa tiÕng nãi. TiÕng nãi cña con ng­êi ®­îc thùc hiÖn bëi sù kÕt hîp ©m v« thanh vµ h÷u thanh. ¢m h÷u thanh lµ c¸c nguyªn ©m (“ eee” vµ “ uuu”) ®­îc sinh ra b»ng viÖc ®i qua c¸c dao ®éng cã chu k× cña kh«ng khÝ qua thanh qu¶n. Nh÷ng ©m nµy cã mét chu k× tØ lÖ víi tÇn sè c¬ b¶n. TÇn sè c¬ b¶n nµy ®­îc xem nh­ lµ Pitch (®¬n vÞ ®o l­êng). C¸c ©m v« thanh lµ c¸c phô ©m “t” vµ “p” ®­îc t¹o ra bëi sù thay ®æi luång kh«ng khÝ ®i qua thanh qu¶n. Nh÷ng ©m nµy gièng nh­ tiÕng ån cña ©m ®­îc t¹o ra bëi sù ®ãng vµ më ®ét ngét cña thanh qu¶n. H×nh 1.14 minh häa ®iÒu nµy: H×nh 1. 14 Sù kÝch thÝch vµ ph¸t ©m cña tiÕng nãi MÆc dï ©m thanh con ng­êi lµ kh«ng æn ®Þnh theo thêi gian nh­ng phæ cña nã kh«ng thay ®æi qua mét chu k× 20 vµ 40ms. §©y chÝnh lµ lý do t¹i sao ®a sè c¸c bé vocoder t¹o ra c¸c khung cã chu k× theo yªu cÇu nµy, vÝ dô bé Vocoder trong IS95 CDMA t¹o ra c¸c khung cã chu k× 20ms 2. C¸c bé vocoder èng thanh qu¶n cã thÓ ®­îc m« h×nh hãa b»ng mét bé läc tuyÕn tÝnh thay ®æi theo thêi gian. §ã lµ bé läc ®¸p øng biÕn ®æi theo thêi gian. §iÒu nµy ®­îc thùc hiÖn b»ng viÖc cËp nhËt mét c¸ch cã chu k× hÖ sè cña bé läc. Bé läc nµy lµ all-pole ®iÓn h×nh v× mét bé läc all-pole yªu cÇu c«ng suÊt m¸y tÝnh thÊp h¬n mét bé läc víi c¶ hai poles vµ zeros. V× thÕ m« h×nh läc thanh qu¶n cã thÓ ®­îc tr×nh bµy lµ 1/T(z). NÕu chóng ta thÓ hiÖn mét tÝn hiÖu kÝch thÝch lµ E(z) th× phæ cña tÝn hiÖu tho¹i S(z) ®­îc viÕt lµ: Bé läc all-pole 1/T(z) cã thÓ viÕt : §«i khi bé läc all-zero T(z) ®­îc xem nh­ bé läc tÝch ph©n vµ E(z)= S(z)T(z) thÓ hiÖn qu¸ tr×nh cña ph©n tÝch tiÕng nãi. Bé läc all-pole 1/T(z) lµ bé läc tæng hîp, nã ®­îc sö dông chung víi tÝn hiÖu kÝch thÝch E(z) ®Ó tæng hîp tÝn hiÖu tiÕng nãi S(z). C«ng thøc tr×nh bµy qu¸ tr×nh tæng hîp tiÕng nãi KÜ thuËt m· hãa nµy ®«i khi ®­îc gäi lµ m· hãa ph©n tÝch- tæng hîp. H×nh 1. 15 Qu¸ tr×nh t¸i t¹o tiÕng nãi Bé m· hãa tho¹i ph©n tÝch tiÕng nãi vµ t¹o ra c¸c th«ng sè kÝch thÝch (nh­ c¸c quyÕt ®Þnh h÷u thanh/v« thanh) vµ gi¸ trÞ hÖ sè läc trªn 20ms. C¸c tham sè kÝch thÝch vµ c¸c hÖ sè läc lµ c¸c ®Çu ra cña bé m· hãa tiÕng nãi. Trong hÖ thèng IS 95 CDMA c¸c tham sè vµ hÖ sè ®Ó x©y dùng c¸c nguån kÝch thÝch vµ bé läc tæng hîp. KÕt qu¶ ®­îc ­íc l­îng tiÕng nãi ë ®Çu ra cña bé gi¶i m· tho¹i. Bé m· hãa dù ®o¸n tuyÕn tÝnh (LPC) ®­îc sö dông réng r·i ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c hÖ sè läc. Mét vßng håi tiÕp trong bé m· hãa ®­îc sö dông ®Ó so s¸nh giäng nãi thùc sù vµ giäng nãi t¸i t¹o. Sù kh¸c biÖt gi÷a giäng nãi thùc vµ giäng nãi t¸i t¹o lµ ®é sai lÖch. LPC ®­îc thiÕt lËp ®Ó t¹o ra c¸c hÖ sè läc ®Ó c¸c lçi nµy lµ tèi thiÓu. C¸c hÖ sè läc nµy cïng víi c¸c tham sè kÝch thÝch ®­îc sö dông b»ng bé gi¶i m· ®Ó tæng hîp tiÕng nãi. HÖ thèng IS95 CDMA sö dông mét biÕn thÓ cña LPC ®­îc gäi lµ dù ®o¸n tuyÕn tÝnh kÝch thÝch m· (CELP). Thay v× sö dông sù quyÕt ®Þnh h÷u thanh/v« thanh cã mét d¹ng kh¸c cña sù kÝch thÝch cho bé läc all- pole, ®Æc biÖt lµ bé m· hãa CELP sö dông mét sæ c¸c kÝ hiÖu ®iÖn tÝn ®Ó ph¸t kÝch thÝch vµo bé läc tæng hîp. M· hãa kªnh Sau khi nguån th«ng tin ®­îc m· hãa thµnh d¹ng sè, cÇn ph¶i thªm mét phÇn m· vµo tÝn hiÖu b¨ng tÇn gèc. §iÒu nµy thùc hiÖn ®Ó c¶i thiÖn chÊt l­îng hÖ thèng th«ng tin b»ng kh¶ n¨ng cho phÐp tÝn hiÖu chèng l¹i nh÷ng ¶nh h­ëng kh«ng tèt cña sù suy gi¶m kªnh nh­ t¹p ©m vµ fading. Môc ®Ých cña m· hãa kªnh lµ ®­a ®Õn mét x¸c suÊt lçi mong muèn ®Ó gi¶m yªu cÇu Eb/No hoÆc lùa chän ®­îc Eb/No lµ cã thÓ thùc hiÖn ®­îc ®Ó gi¶m x¸c suÊt lçi. C¸i gi¸ cña viÖc nµy lµ ®é réng b¨ng th«ng lín h¬n hoÆc cã nhiÒu bÝt d­ thõa mµ hÖ thèng ph¶i ph¸t. Trong phÇn nµy sÏ ®Ò cËp ®Õn c¸c m· söa sai ®­îc sö dông ®Ó m· hãa kªnh ®Ó c¶i thiÖn chÊt l­îng hÖ thèng. Môc ®Ých lµ thªm c¸c bÝt phô vµo c¸c bÝt th«ng tin ®Ó cã thÓ t×m thÊy lçi vµ hiÖu chØnh ë phÝa thu. Nãi c¸ch kh¸c lµ thªm vµo c¸c bÝt phô ®Ó ®­îc chuçi dµi h¬n nh»m b¶o vÖ sè liÖu. VÝ dô, m· söa sai ®¬n gi¶n nhÊt lµ lÆp l¹i c¸c bÝt th«ng tin. Khi cã mét bÝt th«ng tin muèn göi ®i vµ b¶o vÖ lçi th× cã thÓ ®¬n gi¶n göi bÝt nµy ®i 3 lÇn (vÝ dô muèn göi bÝt 1 th× ta göi ®i 111). Theo c¸ch nµy c¬ héi mµ m¸y thu thu ®óng 1 bÝt nµy lµ lín trong bÊt k× tr­êng hîp mét bÝt nµo trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn bÞ tr­ît thµnh bÝt 0. M¸y thu sÏ sö dông c¸ch gi¶i m· theo ®a sè nghÜa lµ khi nµo m¸y thu sÏ chØ quyÕt ®Þnh lµ bÝt 1 nÕu ®a sè thu ®­îc lµ 1, m· nµy ®­îc kÝ hiÖu lµ (3,1). Tæng qu¸t, (n, k ) lµ mét bé m· mµ k lµ ®é dµi cña chuçi th«ng tin cßn n lµ ®é dµi cña chuçi ®­îc m· hãa. Mét m· ®«i khi ®­îc m« t¶ b»ng tèc ®é m·. Tèc ®é m· ®­îc tÝnh lµ Cã hai lo¹i m· söa sai chñ yÕu lµ m· khèi vµ m· chËp (xo¾n): - M· khèi, ®óng nh­ tªn gäi, mçi lÇn m· hãa mét chuçi th«ng tin thµnh mét khèi. - M· chËp th× cã mét thuéc tÝnh nhí. Thuéc tÝnh nhí nµy phô thuéc vµo ®é dµi r»ng buéc K cña m· chËp. §Çu ra béi n (n-tuple) cña bé m· chËp kh«ng chØ lµ mét hµm cña ®Çu vµo béi k (k-tuple) mµ cßn lµ mét hµm ®Çu vµo K-1 cña béi k. 1. M· khèi tuyÕn tÝnh Kho¶ng c¸ch tèi thiÓu M· khèi tuyÕn tÝnh lµ mét lo¹i m· cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó ph¸t hiÖn lçi hoÆc söa sai. Mét m· khèi tuyÕn tÝnh cã thÓ ®­îc ®Æc tr­ng b»ng kÝ hiÖu (n,k) cho mét m· nhÊt ®Þnh, nghÜa lµ bé m· chuyÓn ®æi mét khèi k bÝt th«ng tin thµnh mét khèi dµi h¬n n bÝt m·. VÝ dô ta cã thÓ ®Þnh nghÜa mét m· khèi tuyÕn tÝnh (7,4) lµ mét khèi cã 7 bÝt m· ®­îc sö dông ®Ó thÓ hiÖn mét khèi gåm 4 bÝt th«ng tin. Dùa vµo 4 bÝt th«ng tin (i1, i2, i3, i4), ta sÏ cã ba bÝt d­ thõa phô (r1, r2, r3) nh­ sau: VÝ dô nÕu c¸c bÝt th«ng tin lµ (1,0,1,0) t­¬ng øng víi (i1, i2, i3, i4) th× c¸c bÝt d­ thªm vµo lµ: Vµ tõ m· sÏ lµ: ( 1,0,1,0,0,1,1) ®­îc sö dông ®Ó thÓ hiÖn 4 bÝt th«ng tin. B¶ng 3.1 liÖt kª ®Çy ®ñ m· khèi tuyÕn tÝnh (7,4) lµ m· Hamming (7,4) vµ c¸c bÝt d­ lµ c¸c bÝt ch½n lÎ. Ta thÊy r»ng c¸c bÝt d­ c¶i thiÖn ®­îc chÊt l­îng lçi cña hÖ thèng. §Ó ®¸nh gi¸ chÊt l­îng lçi chóng ta ®­a ra kh¸i niÖm kho¶ng c¸ch Hamming, kho¶ng c¸ch Hamming gi÷a bÊt k× hai tõ m· nµo lµ sè vÞ trÝ mµ hai tõ m· nµy kh¸c nhau . VÝ dô: Kho¶ng c¸ch Hamming gi÷a hai tõ m· (1, 1, 1, 1, 1 ,1, 1) vµ (1, 1, 1, 0, 1, 0, 0) lµ 3. Kho¶ng c¸ch tèi thiÓu d* cña mét m· lµ kho¶ng c¸ch Hamming cña mét cÆp c¸c tõ m· cã kho¶ng c¸ch Hamming bÐ nhÊt, ®èi víi m· Hamming (7,4) ®· thÊy kho¶ng c¸ch Hamming nhá nhÊt lµ 3 do ®ã d*=3 B¶ng 1.1 B¶ng m· Hamming Kho¶ng c¸ch tèi thiÓu lµ mét th«ng sè quan träng chØ râ sù thùc hiÖn (chÊt l­îng) cña mçi m· riªng. NÕu cã t lçi x¶y ra trong viÖc truyÒn mét tõ m· vµ kho¶ng c¸ch Hamming gi÷a tõ m· thu ®­îc so víi mäi tõ m· kh¸c lín h¬n t th× th× bé gi¶i m· hoµn toµn cã thÓ söa lçi ®­îc (nÕu tõ m· gÇn nhÊt ®èi víi tõ m· thu ®­îc ®­îc truyÒn thùc sù). Nãi c¸ch kh¸c d* ³ 2t+1 nghÜa lµ m· nµy cã kh¶ n¨ng söa ®­îc t lçi. Kh¶ n¨ng ph¸t hiÖn lçi q cña mét tõ m· lµ d* ³ q+1 ¸p dông vµo kho¶ng c¸ch tèi thiÓu d* =3 cña m· Hamming (7,4) th× kh¶ n¨ng sö lçi lµ t=1 vµ kh¶ n¨ng ph¸t hiÖn lçi lµ q=2 lçi. §Ó gi¶i m· mét tõ m· thu ®­îc th× bé gi¶i m· gi¶ ®Þnh r»ng tõ m· thu ®­îc gÇn gièng nhÊt víi tõ m· ®­îc ph¸t ®i. VÝ dô tõ m· thu ®­îc lµ (0,0,0,1,1,1,1) v× tõ m· nµy kh«ng thuéc mét trong c¸c tõ m· ë b¶ng 1.1 cña m· Hamming (7,4) nªn ch¾c ch¾n cã Ýt nhÊt mét lçi x¶y ra. Gi¶ ®Þnh r»ng tõ m· ph¸t ®i gÇn gièng víi tõ m· ®­îc thu th× bé gi¶i m· quyÕt ®Þnh tõ m· lµ (0,0,0,1,0,1,1) thùc sù ®· ®­îc ph¸t ®i ë m¸y ph¸t. ViÖc thùc hiÖn nµy ®­îc th«ng qua m¹ch logic sè ®­îc sö dông ®Ó gi¶i m·. KiÓm tra d­ vßng (CRC) IS95 CDMA sö dông m· khèi ®Ó biÓu thÞ chÊt l­îng cña khung ph¸t ( gåm mét khèi c¸c bÝt th«ng tin). IS95 CDMA sö dông kiÓm tra d­ vßng (CRC) lµ mét trong c¸c m· khèi phæ biÕn nhÊt. §èi víi CRC, c¸c bÝt th«ng tin ®­îc xem nh­ mét sè nhÞ ph©n dµi. Sè nhÞ ph©n dµi nµy ®­îc chia cho mét sè duy nhÊt nguyªn thñy còng lµ sè nhÞ ph©n vµ sè d­ (lµ c¸c bÝt d­) ®­îc thªm vµo c¸c bÝt th«ng tin. Khi thu khung nµy m¸y thu thùc hiÖn phÐp chia nh­ vËy sö dông sè chia nguyªn thñy nh­ thÕ vµ so s¸nh sè d­ ®· ®­îc tÝnh to¸n ®Ó ph¸t ®i víi sè d­ thùc tÕ thu ®­îc trong khung ®Ó kiÓm tra lçi. VÝ dô, m· Hamming (7,4) ë trªn cã thÓ ®­îc t¹o ra b»ng viÖc sö dông mét sè chia (1,0,1,1) biÖn ph¸p nµy ta cã thÓ thÊy râ khi thÓ hiÖn c¸c bÝt nhÞ ph©n d­íi d¹ng mét ®a thøc. VÝ dô c¸c bÝt nhÞ ph©n (1,0,1,1) ®­îc thÓ hiÖn b»ng ®a thøc: Mçi sè h¹ng trong ®a thøc t­¬ng øng víi mçi bÝt cña sè nhÞ ph©n §a thøc g(x) gäi lµ ®a thøc nguyªn thñy, ch¼ng h¹n b¶n tin (1,0,1,0) cÇn ®­îc m· hãa sö dông m· Hamming (7,4). §Ó lµm ®­îc viÖc nµy chóng ta ph¶i chuyÓn ®æi b¶n tin sang d¹ng ®a thøc: Sau ®ã dÞch b¶n tin ®i (n-k) vÞ trÝ b»ng c¸ch nh©n ®a thøc b¶n tin víi xn-k Trong tr­êng hîp nµy(n-k)=(7-4)=3 vËy ta cã: Chó ý r»ng ®a thøc nµy t­¬ng ®­¬ng víi (1,0,1,0,0,0,0) Sè bÝt d­ cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng viÖc chia x3m(x) cho g(x): Víi x6+ x4 lµ x3m(x) x3+1 lµ th­¬ng sè x3+x+1 lµ ®a thøc sinh g(x) x+1 lµ phÇn d­ §a thøc d­ x+1 thÓ hiÖn c¸c bÝt d­ ®­îc thªm vµo b¶n tin ®ã lµ c¸c bÝt d­ (0,1,1) vµ chóng ta cã thÓ thÊy m· Hamming (7,4) trong b¶ng 1.1 cã c¸c bÝt d­ (0,1,1) ®­îc thªm vµo b¶n tin (1,0,1,0) ®Ó t¹o ra tõ m· (1,0,1,0,0,1,1) Trong hÖ thèng CDMA khi bé m· hãa tho¹i ®ang ho¹t ®éng ë tèc ®é toµn tèc (full rate) th× mçi khung chiÕm 20ms ch­a 192 bÝt, trong ®ã 172 bÝt th«ng tin, cßn l¹i 12 bÝt chØ thÞ chÊt l­îng khung, 8 bÝt ®u«i cña bé m· hãa. 8 bÝt ®u«i nµy ®­îc ®Æt gi¸ trÞ 0, 12 bÝt chØ thÞ chÊt l­îng khung lµ c¸c bÝt d­ phô thuéc vµo 172 bÝt th«ng tin trong khung. §a thøc sinh ®­îc sö dông ®Ó ph¸t c¸c bÝt d­ cho mét khung toµn tèc lµ: ë tèc ®é b¸n tèc (half-rate) mçi khung 20ms cã 96 bÝt bao gåm 80 bÝt th«ng tin vµ 8 bÝt chØ thÞ chÊt l­îng khung, 8 bÝt ®u«i cña bé m· hãa. Trong tr­êng hîp nµy, 8 bÝt chÊt l­îng khung ( hay bÝt d­) ®­îc t¹o ra b»ng ®a thøc sinh: 2. M· chËp (xo¾n) M· khèi còng cã thÓ ®­îc gäi lµ m· kh«ng nhí. NghÜa lµ tõ m· hoÆc c¸c bÝt kiÓm tra d­ vßng CRC ®­îc thªm vµo ( trong IS95 CDMA ) chØ lµ mét hµm cña khèi hiÖn t¹i. Cßn c¸c m· chËp th× c¸c bÝt ®­îc m· hãa l¹i phô thuéc vµo c¸c bÝt th«ng tin ®Çu vµo vµ c¸c chøc n¨ng cña ®é dµi rµng buéc. Mäi bÝt ®­îc m· hãa (ë ®Çu ra cña bé m· chËp ) lµ mét sù kÕt hîp tuyÕn tÝnh cña vµi bÝt th«ng tin tr­íc ®ã. §­êng xuèng (BS-MS) sö dông m· chËp tèc ®é 1/2 vµ ®é dµi rµng buéc K=9. H×nh 1.16 H×nh 1. 16 S¬ ®å m· chËp cho ®­êng xuèng CDMA Ban ®Çu, tÊt c¶ c¸c thanh ghi ®­îc cho gi¸ trÞ 0. Khi c¸c bÝt b¶n tin mi ®­îc ®­a vµo theo xung nhÞp ë phÝa bªn tr¸i th× c¸c bÝt ®Çu ra ®­îc dÞch qua c¸c kh©u vµ ®­îc céng modul 2. Tæng ®­îc ®­a ra ®Çu ra cña bé m· chËp. V× tèc ®é m· lµ 1/2 nªn cø mçi xung nhÞp sÏ t¹o ra 2 bÝt. Tèc ®é ®Çu ra gÊp 2 lÇn tèc ®é ®Çu vµo. Hµm t¹o m· cho 2 bÝt ®Çu ra lµ y’i vµ y’’i ta cã thÓ viÕt: §èi víi ®­êng lªn (MS-BS) IS95 CDMA sö dông mét s¬ ®å m· chËp kh¸c. MS bÞ giíi h¹n vÒ c«ng suÊt nªn ®­êng lªn, sö dông mét m· chËp tèc ®é 1/3 vµ ®é dµi rµng buéc k=9. Mét bÝt vµo sÏ cho ra 3 bÝt ®Çu ra, v× thÕ tèc ®é ®Çu ra gÊp 3 lÇn tèc ®é ®Çu vµo. H×nh vÏ 1.17 chØ ra ®iÒu nµy: H×nh 1. 17 M· xo¾n trong hÖ thèng IS95 CDMA (®­êng lªn) Hµm t¹o m· cho 3 ®Çu ra: C¬ cÊu gi¶i m· cho c¸c m· chËp sö dông mét thuËt to¸n c©y t×m kiÕm th«ng qua “l­íi”. 3. GhÐp xen C¸c tÝn hiÖu ®­îc truyÒn qua kªnh th«ng tin di ®éng dÔ bÞ fading. C¸c m· sö sai ®­îc thiÕt kÕ ®Ó chèng l¹i lçi do Fading vµ ®ång thêi gi÷ cho c«ng suÊt tÝn hiÖu ë mét møc hîp lý. HÇu hÕt c¸c m· söa sai thùc hiÖn tèt viÖc söa c¸c lçi ngÉu nhiªn. Tuy nhiªn trong c¸c chu k× fading s©u, c¸c lçi côm hoÆc lçi c¸c dßng bÝt dµi liªn tôc cã thÓ lµm cho chøc n¨ng söa sai trë nªn v« Ých. GhÐp xen lµ mét kÜ thuËt s¾p xÕp ngÉu nhiªn c¸c bÝt trong mét d·y bÝt b¶n tin ®Ó c¸c lçi côm do kªnh truyÒn cã thÓ chuyÓn thµnh c¸c lçi ngÉu nhiªn. Chóng ta muèn göi b¶n tin “ARE YOU SURE THAT THEY ARE COMMONGT TO LUNCH WITH US” qua mét kªnh bÞ fading. Mét c¸ch ®Ó ghÐp xen b¶n tin ®Ó n¹p nã vµo trong 1 ma trËn bèn hµng vµ 10 cét. Chóng ra c¾t b¶n tin thµnh bèn phÇn ®Ó ®­a vµo bèn hµng. Sau ®ã ®äc b¶n tin ra tõ trªn xuèng theo tõng cét. KÕt qu¶ ®­îc mét b¶n tin ngÉu nhiªn sÏ ®­îc göi qua kªnh truyÒn: B¶n tin gèc: Ma trËn ghÐp xen: B¶n tin ghÐp xen : B¶n tin ghÐp xen (víi c¸c lçi côm burst): B¶n tin ®­îc kh«i phôc (víi c¸c lçi ngÉu nhiªn): Kªnh truyÒn chøa c¸c lçi côm trong b¶n tin. KÕt qu¶ c¸c kÝ tù g¹ch ch©n thu ®­îc bÞ lçi. PhÝa thu, mét bé gi¶i ghÐp xen x©y dùng l¹i b¶n tin sö dông ma trËn t­¬ng tù. C¸c lçi côm thùc sù ®­îc chuyÓn thµnh lçi ngÉu nhiªn. Tr­êng hîp nµy ®é s©u cña ghÐp xen lµ 10 (10 côm). IS95 CDMA dïng bé ghÐp xen cho kªnh l­u l­îng h­íng lªn sö dông ma trËn 32 hµng 48 cét (tèc ®é toµn tèc). §èi víi ®­êng xuèng lµ 24 hµng 16 cét. Trong hÖ thèng IS95 CDMA mçi tÝn hiÖu b¨ng hÑp cña ng­êi dïng ®­îc tr¶i réng thµnh mét b¨ng tÇn réng h¬n. Sö dông ®­êng truyÒn kh«ng ®èi xøng. §­êng xuèng sö dông c¸c m· Walsh cßn ®­êng lªn sö dông c¸c m· gi¶ t¹p ©m (PN) ®Ó m· hãa kªnh. øng dông m· Walsh vµo kªnh truyÒn trong DS-SS Gi¶ sö cã 3 ng­êi sö dông kh¸c nhau mçi ng­êi sö dông muèn göi c¸c b¶n tin riªng c¸c b¶n tin nµy lÇn l­ît lµ: Mçi ng­êi sö dông nµy ®­îc Ên ®Þnh mét m· t­¬ng øng: Mçi b¶n tin ®­îc tr¶i phæ b»ng m· walsh t­¬ng øng. Tèc ®é chÝp cña m· gÊp 4 lÇn tèc ®é bÝt b¶n tin ( hÖ sè xö lý lµ 4). §èi víi b¶n tin thø nhÊt: TiÕp theo lµ tÝn hiÖu tr¶i phæ cña c¸c b¶n tin thø 2: B¶n tin thø 3 sÏ lµ: TÊt c¶ c¸c tÝn hiÖu tr¶i phæ nµy m1(t)w1(t), m2(t)w2(t), m3(t)w3(t) ®­îc kÕt hîp ®Ó t¹o ra mét tÝn hiÖu tæng hîp C(t): KÕt qu¶ C(t) sÏ lµ: C(t) lµ tÝn hiÖu tæng hîp ®­îc ph¸t ë mét b¨ng tÇn RF ®¬n. NÕu trong qu¸ tr×nh ph¸t lçi kh«ng ®¸ng kÓ th× m¸y thu thu ®­îc lµ C(t). §Ó t¸ch c¸c b¶n tin gèc m1(t), m2(t), m3(t) tõ tÝn hiÖu C(t). PhÝa thu nh©n tÝn hiÖu C(t) víi m· Walsh t­¬ng øng cho mçi b¶n tin: Sau ®ã m¸y thu tÝch hîp hay céng dån c¸c gi¸ trÞ mçi bÝt ®­îc kÕt qu¶ M1(t), M2(t), M3(t): Mét ng­ìng ra quyÕt ®Þnh ®Ó cho ra c¸c gi¸ trÞ: nÕu Sau khi ¸p dông quy t¾c nªu trªn ta ®­îc: ViÖc sö dông m· walsh ®Ó ph©n biÖt c¸c b¶n tin nµy cho nh÷ng ng­êi dïng kh¸c nhau lµ hoµn toµn thùc hiÖn ®­îc, tuy nhiªn ®iÒu nµy l¹i phô thuéc chñ yÕu vµo sù trùc giao cña chuçi m·. Ch¼ng h¹n cã sù trÔ ®a ®­êng g©y ra trong qu¸ tr×nh truyÒn sãng lµm cho m· cã sù sai lÖch bÞ trÔ mét chÝp th× m· bÞ trÔ sÏ kh«ng trùc giao víi c¸c m· cßn l¹i (kh«ng trÔ). VÝ dô 2 m·: lµ trùc giao nh­ng nÕu w3 bÞ trÔ mét chÝp lµ: th× dÔ thÊy w2 vµ w’3 sÏ kh«ng trùc giao. Do ®ã viÖc ®ång bé lµ cÇn thiÕt cho viÖc sö dông m· walsh cho ®a truy nhËp DS-SS. Thùc tÕ hÖ thèng IS95 CDMA sö dông mét kªnh Pilot vµ mét kªnh ®ång bé ®Ó ®ång bé ®­êng xuèng. øng dông m· PN vµo kªnh truyÒn trong DS-SS Gi¶ sö cã 3 b¶n tin cña 3 ng­êi dïng cÇn göi ®i: Mçi ng­êi sÏ ®­îc ph©n bæ mét m· PN t­¬ng øng: B¶n tin 1 ®­îc tr¶i phæ b»ng m· PN 0, b¶n tin 2 ®­îc tr¶i phæ b»ng m· PN3 vµ b¶n tin 3 ®­îc sö dông cho PN. §é lîi xö lý lµ 7 ta sÏ cã: T­¬ng tù cho c¸c b¶n tin tiÕp theo: vµ m3(t) lµ: TÝn hiÖu tr¶i phæ tæng hîp lµ: KÕt qu¶ ta ®­îc: §Ó t¸ch b¶n tin gèc m1(t), m2(t), m3(t) tõ tÝn hiÖu kÕt hîp C(t) ta nh©n tÝn hiÖu thu C(t) víi tõng m· PN: KÕt qu¶ ta ®­îc: Ng­ìng ra quyÕt ®Þnh Sau khi ¸p dông ta ®­îc tÝn hiÖu ë phÝa thu lµ Nh­ vËy vÒ mÆt lý thuyÕt b¶n tin hoµn toµn ®­îc kh«i phôc ë phÝa thu. Nh­ng chóng ta cÇn xem xÐt vÊn ®Ò kh«ng ®ång bé trong truyÒn dÉn. Chóng ta ®Þnh nghÜa tù t­¬ng quan cña mét chuçi x cã gi¸ trÞ thùc rêi r¹c theo thêi gian lµ: NghÜa lµ mçi dÞch chuyÓn i chóng ta tÝnh to¸n tæng cña tÝch xj vµ phiªn b¶n dÞch cña nã xj-i . Gi¶ sö tÝnh to¸n hµm tù t­¬ng qua cña chuçi PN p0 B¶ng 1.2 TÝnh to¸n hµm tù t­¬ng quan cho chuçi P0 H×nh 1. 18 Hµm tù t­¬ng quan cho chuçi P0 H×nh 1.18 cho thÊy hµm tù t­¬ng quan ®¹t mét gi¸ trÞ ®Ønh ë mäi vÞ trÝ dÞch thêi sau 7 lÇn dÞch tõ vÞ trÝ ®Çu. §èi víi mäi gi¸ trÞ dÞch thêi kh¸c hµm tù t­¬ng quan cã gi¸ trÞ lµ -1. §Æc tÝnh cña hµm tù t­¬ng quan ®­îc chØ ra trªn h×nh vÏ lµ quan träng v× nã gióp cho viÖc thu gi¸ trÞ ban ®Çu mét c¸ch chÝnh x¸c vµ sù ®ång bé m· PN ë phÝa thu. Gi¸ trÞ t­¬ng quan cao khi dÞch thêi gian b»ng hoÆc cø sau mçi chu k× cña chuçi m·, mäi vÞ trÝ kh¸c th× gi¸ trÞ t­¬ng quan sÏ thÊp. Thùc tÕ, m¸y thu cã s½n mét b¶n sao cña m· PN gèc (P0,j). M¸y thu sÏ thu ®­îc mét chuçi m· ®Õn P0, j-i ë mét pha bÊt kú. Nã sÏ so s¸nh tù t­¬ng quan gi÷a 2 chuçi nµy. NÕu tù t­¬ng quan mµ lín nhÊt th× 2 m· cïng pha vµ cã dÞch thêi b»ng 0. Ng­îc l¹i th× nã sÏ lo¹i bá. Trong IS95 CDMA, viÖc nµy ®­îc lµm th«ng qua viÖc MS sÏ thu ®­îc kªnh pilot kh«ng ®­îc ®iÒu chÕ. Sù phèi hîp thu nµy còng cã thÓ ®­îc thùc hiÖn khi ®é dµi m· tr¶i phæ b»ng chu k× bÝt sè liÖu. Trong IS95 CDMA , ®­êng lªn sö dông m· PN dµi cho kªnh truyÒn. M· PN dµi lµ bëi nã cã ®é dµi chÝp lµ 242- 1 chÝp vµ ®­îc t¹o ra b»ng viÖc sö dông mét thanh ghi cã 42 tÇng §­êng xuèng sö dông m· Walsh cho nh÷ng ng­êi dïng ph©n theo kªnh cña BS ®Æc biÖt. Tuy nhiªn, ®­êng xuèng còng sö dông m· PN. Mçi tr¹m gèc ®­îc ph©n cho mét m· PN duy nhÊt vµ ®­îc thªm vµo phÇn ®Çu cña m· Walsh. Thùc hiÖn ®iÒu nµy nh»m t¸ch biÖt c¸c BS kh¸c nhau (hoÆc c¸c sector). Sù ph©n biÖt nµy lµ cÇn thiÕt v× mçi BS sö dông cïng bé m· walsh 64. M· PN sö dông cho ®­êng xuèng lµ m· ng¾n, v× ®é dµi cña m· t­¬ng ®èi ng¾n ®­îc t¹o ra bëi thanh ghi dÞch 15 tÇng vµ ®é dµi cña nã lµ: 215 –1 chÝp. CÊu h×nh hÖ thèng th«ng tin di ®éng CDMA Ch­¬ng II. Dung l­îng vµ ®­êng truyÒn CDMA Dung l­îng cña hÖ thèng CDMA Dung l­îng cña mét cell ®¬n Dung l­îng vµ chÊt l­îng cña hÖ thèng cã liªn quan chÆt chÏ víi nhau vµ bÞ giíi h¹n bëi c«ng suÊt nhiÔu hiÖn cã ë b¨ng tÇn. Dung l­îng lµ tæng sè ng­êi sö dông ®ång thêi mµ hÖ thèng cã thÓ cho phÐp, vµ chÊt l­îng lµ ®iÒu kiÖn thu cña mét ®­êng truyÒn v« tuyÕn ®­îc ph©n ®Þnh cho ng­êi sö dông nµo ®ã. ChÊt l­îng ®­îc thÓ hiÖn qua x¸c suÊt lçi bÝt, hay tØ lÖ lçi bÝt (BER). Dung l­îng cña mét cell CDMA phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh­ gi¶i ®iÒu chÕ phÝa m¸y thu, ®é chÝnh x¸c cña ®iÒu khiÓn c«ng suÊt vµ c«ng suÊt nhiÔu thùc sù do nh÷ng ng­êi dïng trong cïng cell hoÆc c¸c cell l©n cËn. Trong th«ng tin sè, ta th­êng quan t©m chñ yÕu ®Õn tØ sè Eb/No lµ n¨ng l­îng bÝt/ mËt ®é c«ng suÊt t¹p ©m. X¸c suÊt lçi bÝt lµ hµm cña Eb/No cã liªn quan ®Õn tØ sè S/N (SNR) th«ng qua viÖc x¸c ®Þnh n¨ng l­îng bÝt so víi c«ng suÊt tÝn hiÖu ®­îc ®iÒu chÕ trung b×nh trong mét chu k× bÝt: Eb= ST Víi S lµ c«ng suÊt tÝn hiÖu ®iÒu chÕ trung b×nh vµ T lµ thêi gian cña mét bÝt. Víi tèc ®é bÝt lµ R ta cã thÓ thay T=1/R sÏ ®­îc: Eb = S/R Eb/No = S/(RN0) Ta thay thÕ c«ng suÊt t¹p ©m víi w lµ ®é réng b¨ng th× sÏ cã: Chóng ta gi¶ thiÕt hÖ thèng cã ®iÒu khiÓn c«ng suÊt hoµn h¶o nghÜa lµ c¸c c«ng suÊt mµ c¸c MS ph¸t ra ®­îc ®iÒu khiÓn ®Ó cã cïng gi¸ trÞ thu ®­îc ë BS, ta sÏ cã tØ sè SNR cña 1 user cã thÓ ®­îc viÕt l¹i lµ: Víi M lµ tæng sè user hiÖn t¹i ë b¨ng tÇn. H×nh 2.1 minh häa c«ng thøc nµy. H×nh 2. 1 Tæng c«ng suÊt nhiÔu b»ng tæng c«ng suÊt cña c¸c user. Ta sÏ cã: Ta suy ra: Víi M lín th× HiÖu øng cña t¶i PhÇn tr­íc ta nghiªn cøu m« h×nh cã M user trong mét cell CDMA. Cell ®¬n nµy cã anten ph¸t x¹ ®¼ng h­íng vµ kh«ng cã c¸c cell l©n cËn vµ c¸c MS ph¸t 100% thêi gian. Trong thùc tÕ cã nhiÒu cell ë trong hÖ thèng CDMA nh­ h×nh 2.2 cell A ®ang xÐt: H×nh 2. 2 NhiÔu g©y ra do c¸c MS ë c¸c cell l©n cËn MÆc dï c¸c user ®ang ë c¸c cell kh¸c ®­îc ®iÒu khiÓn c«ng suÊt do c¸c cell kh¸c qu¶n lý nh­ng c«ng suÊt nµy vÉn bÞ nhiÔu ®Õn cell A. V× thÕ cell A chÞu t¶i bëi c¸c cell l©n cËn. Nh­ vËy cÇn ph¶i bæ xung vµo c«ng thøc tÝnh dung l­îng lµ: Víi h lµ hÖ sè t¶i cã gi¸ trÞ tõ 0% ®Õn 100%. VÝ dô ë h×nh 2.3 cho thÊy hÖ sè t¶i h=0,5 do ®ã sù gia t¨ng vÒ nhiÔu lµ 150% so víi tr­êng hîp kh«ng cã c¸c user ë c¸c cell l©n cËn. H×nh 2. 3 HÖ sè t¶i thu ®­îc ë cell A Gi¸ trÞ nghÞch ®¶o cña (1+h) ®­îc gäi lµ hÖ sè sö dông l¹i tÇn sè F: HÖ sè sö dông l¹i tÇn sè cã gi¸ trÞ lý t­ëng lµ 1 khi chØ cã mét cell ®¬n (h =0). Trong tr­êng hîp ®a cell, khi hÖ sè t¶i t¨ng lªn th× hÖ sè sö dông l¹i tÇn sè sÏ gi¶m t­¬ng øng. HÖ sè t¶i ®­îc ®Þnh nghÜa lµ tØ sè gi÷a tæng nhiÔu cña kªnh l­u l­îng ®­êng lªn ë c¸c MS trong c¸c cell l©n cËn g©y ra so víi tæng nhiÔu do c¸c kªnh l­u l­îng ®­êng lªn tõ c¸c MS trong cell ®ang xÐt: h=I’t/I’m HiÖu øng sector hãa NhiÔu tõ c¸c MS kh¸c trong c¸c cell kh¸c nhau cã thÓ bÞ gi¶m ®i nÕu cell ®­îc chia nhá (sector). Thay v× sö dông mét anten v« h­íng cã bøc x¹ anten 3600 th× cell A cã thÓ ®­îc sector thµnh 3 sector cã bøc x¹ anten 1200(h×nh 2.4) H×nh 2. 4 Mét cell ®­îc sector hãa Mét anten ®­îc sector hãa sÏ chèng l¹i ®­îc nhiÔu do c¸c MS kh«ng n»m trong bóp sãng anten. ViÖc thùc hiÖn nµy sÏ lµm gi¶m hiÖu øng t¶i b»ng mét hÖ sè xÊp xØ 3. NÕu mét cell ®­îc chia 6 sector th× hiÖu øng t¶i sÏ gi¶m ®i 6 lÇn. HÖ sè nµy ®­îc gäi lµ ®é lîi sector hãa l. §èi víi mçi cell gi¸ trÞ l ®­îc tÝnh to¸n chÝnh x¸c b»ng tæng c«ng suÊt nhiÔu tõ tÊt c¶ c¸c h­íng cho c«ng suÊt nhiÔu thu ®­îc tõ anten sector: Víi G(q) lµ ®å thÞ bøc x¹ anten cña anten sector theo chiÒu ngang, G(0) lµ ®é lîi ®Ønh, x¶y ra ë phÝa c¹nh (q=0), I(q) lµ c«ng suÊt nhiÔu thu ®­îc tõ c¸c MS cña c¸c cell kh¸c lµ hµm cña q. C«ng thøc trªn tÝnh to¸n chÝnh x¸c ®é lîi sector hãa phô thuéc chñ yÕu vµo ®é lîi anten ®­îc dïng còng nh­ sù ph©n bè vÒ kh«ng gian vµ kho¶ng c¸ch nhiÔu cña c¸c MS ë c¸c cell l©n cËn. C«ng thøc trªn kh«ng tÝnh to¸n cho ®å thÞ bøc x¹ anten theo ph­¬ng th¼ng ®øng bëi nã ¶nh h­ëng rÊt Ýt ®Õn hÖ sè l. Thùc tÕ th× ®èi víi cÊu h×nh 3 sector th× gi¸ trÞ l =2,5 vµ cÊu h×nh 6 sector th× l=5. BiÓu thøc tÝnh to¸n cuèi cïng ®­îc thªm vµo ®Ó tÝnh dung l­îng lµ: HiÖu øng cña hÖ sè tÝch cùc tho¹i Trong c¸c tr­êng hîp ®· xÐt th× ta ®· gi¶ ®Þnh c¸c MS ®ang ph¸t 100% thêi gian. Nh­ng trong thùc tÕ bé m· hãa tho¹i (vocoder) cã tèc ®é biÕn ®æi cã nghÜa lµ tèc ®é ®Çu ra cña bé vocoder ®­îc ®iÒu chØnh tïy thuéc vµo mÉu ®å thÞ tiÕng nãi thùc sù cña ng­êi dïng. VÝ dô nh­ nÕu ng­êi dïng kh«ng nãi trong lóc ®µm tho¹i, th× tèc ®é ®Çu ra cña bé vocoder sÏ thÊp ®Ó tr¸nh ph¸t c«ng suÊt kh«ng cÇn thiÕt. HiÖu øng cña bé m· hãa tèc ®é biÕn ®æi nµy lµ gi¶m ®­îc toµn bé c«ng suÊt ®­îc ph¸t vµ v× vËy gi¶m ®­îc nhiÔu, t¨ng ®­îc dung l­îng hÖ thèng. Thèng kª cho thÊy thêi gian ®µm tho¹i chØ chiÕm 40 –50%. B»ng viÖc sö dông bé m· hãa tho¹i tèc ®é thay ®æi th× hÖ thèng sÏ gi¶m ®­îc tæng c«ng suÊt nhiÔu qua hÖ sè tÝch cùc tho¹i. BiÓu thøc cÇn bæ xung thªm lµ: Víi n lµ hÖ sè tÝch cùc tho¹i. TÝnh to¸n ta ®­îc: Víi M lín th×: KÕt luËn Dung l­îng cña mét hÖ thèng CDMA phô thuéc vµo c¸c yÕu tè: Dung l­îng hay sè ng­êi sö dông ®ång thêi M tØ lÖ víi ®é lîi xö lý cña hÖ thèng. §­êng truyÒn ®ßi hái mét tØ sè riªng ®Ó ®¹t ®­îc mét tØ sè lçi BER cã thÓ chÊp nhËn ®­îc môc ®Ých ®Ó cã tØ sè lçi khung cã thÓ chÊp nhËn ®­îc (FER). Dung l­îng cña hÖ thèng tØ lÖ nghÞch víi hÖ sè yªu cÇu cña ®­êng truyÒn. Ng­ìng yªu cÇu cµng thÊp th× dung l­îng hÖ thèng cµng cao. Dung l­îng cña hÖ thèng cã thÓ ®­îc t¨ng lªn nÕu cã thÓ gi¶m ®­îc hÖ sè t¶i ë c¸c MS trong c¸c cell l©n cËn. ViÖc läc kh«ng gian, ch¼ng h¹n nh­ chia sector th× cã thÓ lµm cho dung l­îng hÖ thèng t¨ng lªn ®¸ng kÓ. Mét cell cã 6 sector th× sÏ cã dung l­îng lín h¬n mét cell cã 3 sector. Sö dông bé m· hãa tho¹i sÏ lµm t¨ng dung l­îng hÖ thèng. §­êng truyÒn trong CDMA §­êng truyÒn bÊt ®èi xøng Trong hÖ thèng IS95 CDMA, c¸c ®­êng lªn vµ xuèng cã cÊu tróc kh¸c nhau. §iÒu nµy lµ cÇn thiÕt ®Ó phï hîp víi nh÷ng yªu cÇu cho mét hÖ thèng th«ng tin di ®éng mÆt ®Êt. §­êng xuèng bao gåm bèn lo¹i kªnh logic: kªnh pilot, kªnh ®ång bé, kªnh t×m gäi vµ kªnh l­u l­îng. Mçi ®­êng xuèng vËt lý cã mét kªnh pilot (hoa tiªu), mét kªnh ®ång bé, vµ cã 7 kªnh t×m gäi, cïng vµi kªnh l­u l­îng. Mçi kªnh ®­êng xuèng ®Çu tiªn ®­îc tr¶i phæ trùc giao bëi hµm Walsh t­¬ng øng, sau ®ã nã ®­îc tr¶i phæ b»ng mét cÆp chuçi PN ng¾n cÇu ph­¬ng. TÊt c¶ c¸c kªnh ®­îc tæng hîp thµnh mét tÝn hiÖu tr¶i phæ ph¸t xuèng MS. §­êng lªn gåm cã 2 lo¹i kªnh logic: kªnh truy nhËp vµ kªnh l­u l­îng. Mçi kªnh ®­êng lªn nµy ®­îc tr¶i phæ trùc giao b»ng mét chuçi PN dµi duy nhÊt, v× thÕ nªn mçi kªnh ®­îc ph©n biÖt b»ng m· PN dµi. Kªnh pilot kh«ng ®­îc sö dông ë ®­êng lªn lµ bëi mçi MS kh«ng thÓ ph¸t qu¶ng b¸ chuçi pilot riªng cña nã. §­êng xuèng §­êng xuèng sö dông m· walsh ®­îc t¹o ra tõ ma trËn Hadamard 64x64 trùc giao, bao gåm 64 hµm, mçi kªnh logic ®­îc x¸c ®Þnh b»ng mét hµm walsh ®· ®­îc ph©n bæ. Kªnh Pilot Kªnh pilot ®­îc x¸c ®Þnh b»ng hµm Walsh 0 (w0). Kªnh nµy kh«ng chøa th«ng tin trong b¨ng tÇn gèc. Chuçi b¨ng tÇn gèc lµ mét chuçi 0 ®­îc tr¶i ph