Đồ án Thiết kế hệ thống W-CDMA

ẪN VÔ TUYẾN TRONG W-CDMA 2.1 CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ W-CDMA 2.1.1 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) Trải phổ chuỗi trực tiếp được sử dụng cho hệ thống di động CDMA thế hệ 2 của Mỹ, hệ thống CDMA_WLL của Nhật và hiện đang được sử dụng trong các hệ thống di động thế hệ thứ 3 W-CDMA. Trong hệ thống trải phổ DS, một số liệu băng gốc dạng nhị phân lưỡng cực điển hình có tốc độ ký hiệu (1/Ts) sẽ được nhân với một chuỗi nhị phân lưỡng cực giả ngẫu nhiên có tốc độ “chip” (1/Tc) lớn hơn nhiều so với tốc độ ký hiệu (Ts = N.Tc). Như minh hoạ trong hình 2.1, hiệu quả của quá trình này là trải rộng độ rộng băng tức thời của dạng sóng theo hệ số N, với cùng một mức công suất tín hiệu làm cho mật độ phổ công suất của tín hiệu trở nên khá thấp và “giống như tạp âm”. Trong hình 2.1 a, trình bày một phổ RF đơn biên, công suất tín hiệu được biểu thị là Ps = A1.W = A0.B, chứng tỏ rằng mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ giảm đi một hệ số A1/A0 = B/W = 1/N so với mức khi không trải phổ. Tại phía thu, “quá trình giải trải phổ” (nhân với cùng một chuỗi nhị phân được dùng để trải phổ ở phía phát) và giải điều chế sẽ khôi phục lại được số liệu băng gốc nguyên thuỷ, cho phép máy thu lọc bỏ phần lớn nhiễu băng rộng. Giả sử rằng bộ lọc đầu vào máy thu nhận tín hiệu cần thu có độ rộng W (Hz) (như hình 2.1 b) thì máy thu cũng thu cả các nhiễu trong độ rộng băng này. Trong hình này, giả thiết mức nhiễu là N0 có thể tương đối lớn so với mức thu làm cho tỉ số SNR của tín hiệu RF là (SNR)RF = A1/N0 <1. Nhưng sau khi trải phổ, độ rộng băng của tín hiệu cần thu giảm đến giá trị ban đầu B, trong khi độ rộng băng của nhiễu vẫn là W. Như vậy, quá trình lọc đối với độ rộng băng tần tín hiệu có thể được sử dụng để loại bỏ công suất nhiễu trong SNR của số liệu băng gốc. (SNR )Băng gốc = ( 2.1 ) a. Phía phát của hệ thống b. Phía thu của hệ thống Hình 2.1 Hệ thống trải phổ DS-CDMA Một độ lợi xử lý N = W/B = tỷ số của tốc độ chip / tốc độ ký hiệu và còn được gọi là hệ số trải phổ (SF) thể hiện mức độ chống nhiễu băng rộng sẽ đạt được nhờ sử dụng quá trình trộn (nhân) và lọc (tương quan). Nếu thu được một bản sao bị trễ của tín hiệu cần thu (tức là một thành phần sóng trong hiệu ứng nhiều tia), quá trình trộn bởi các sóng trải phổ ở máy thu không làm giảm độ rộng băng tần của tín hiệu này nếu hàm tương quan của dạng sóng trải phổ có các thuộc tính mong muốn nhất định thoả mãn bởi các chuỗi giả ngẫu nhiên. Như vậy, hệ thống trải phổ DS thu được một độ lợi xử lý chống nhiễu do hiện tượng nhiều tia từ tín hiệu cần thu cũng như chống hiện tượng nhiễu từ những thuê bao khác. Khả năng này của hệ thống trải phổ DS để tách ra tín hiệu cần thu và khử nhiễu do hiện tượng nhiều tia đã được khai thác bởi một kỹ thuật thu gọi là “Rake”, kỹ thuật này sẽ thu các tia sóng đến máy thu qua nhiều đường khác nhau (multipath) sử dụng các mạch phát chuỗi PN có các thời gian trễ khác nhau, sắp xếp lại các tia sóng này theo thời gian và sau đó kết hợp chúng để thu được một độ lợi phân tập. 2.1.2 Mã trải phổ và đồng bộ mã trải phổ Có một số yêu cầu nhất định đối với các mã trải phổ, trong đó đặc biệt quan trọng là các yêu cầu: đỉnh tự tương quan phải nhọn (đạt cực đại tại một điểm) khi đồng bộ (dịch thời = 0) và phải đạt cực tiểu tại các điểm khác (khi dịch thời khác 0 và khi xét mối tương quan giữa các mã khác nhau ở mọi thời điểm). Một loại mã đáp ứng được yêu cầu này là mã Gold, cấu trúc của bộ mã này được trính bày trong hình 2.2, đây cũng chính là cấu trúc bộ mã ngẫu nhiên được sử dụng ở đường xuống của W-CDMA. Các chuỗi mã này có chu kỳ bằng hàm mũ 2n (n ≥ 3), trong đó các số 0 sẽ được thay bằng các số “-1” và được gọi là các mã Gold trực giao. Có một loại mã khác cũng là mã trực giao đó là mã Walsh, mã này được tạo bởi các ma trận Hadamard. Số các từ mã Walsh và các từ mã Gold trực giao bằng với độ dài của mỗi từ mã và bằng hệ số trải phổ (SF) của loại mã đó. Do đó, số các mã trải phổ có thể được sử dụng trong một ô sẽ bị giới hạn và không thể mở rộng dung lượng hệ thống. Để có thể sử dụng cùng các chuỗi mã trực giao lặp lại trong mỗi ô, hai lớp mã trải phổ được sử dụng bằng việc kết hợp trải phổ bằng các mã trực giao với trải phổ bằng các mã ngẫu nhiên (có độ dài lớn hơn). Để lấy ra được các số liệu tin tức, thuê bao di động đích cần thực hiện việc đồng bộ mã trải phổ với hai quá trình là bắt và bám đồng bộ, trong đó quá trình bám đồng bộ duy trì định thời đồng bộ trong khoảng ± 1 chip so với đồng bộ tìm nhận được. Bộ giải trải phổ có thể là một bộ tương quan trượt hoặc bộ lọc phối hợp (MF) với khả năng đồng bộ tốc độ cao tương đương như một dãy các bộ tương quan trượt. Trong W-CDMA bộ tương quan trượt thường được sử dụng, trong khi MF thường được sử dụng trong bước đầu tiên của quá trình tìm nhận ô ba bước được đề cập ở phần 2.2.2. Để bám đồng bộ, vòng khoá trễ (DLL) và vòng lắc lư “Tô” (TDL) thường được sử dụng. Cả hai đều xác định lỗi định thời (đường cong S) theo tham chiếu tới đỉnh tương quan được thực hiện bằng cách dịch định thời đồng bộ của các mã trải phổ bằng ± Δ (thông thường Δ = 1/2 độ dài chip) và điều chỉnh định thời của bản sao mã trải phổ để giảm tối thiểu lỗi định thời. Trong môi trường thông tin di động đa đường, công suất thu và thời gian trễ thay đổi rất khác nhau trong mỗi đường truyền. Ở môi trường như vậy, việc tìm nhận đường truyền thường dựa trên thông tin về độ trễ công suất tín hiệu. Hình 2.2 Cấu hình của bộ tạo mã Gold 2.1.3 Cấu hình chức năng của máy phát và máy thu vô tuyến Hình 2.3 cho thấy sơ đồ khối của máy phát và máy thu vô tuyến trong W-CDMA. Lớp vật lý bổ sung CRC cho từng khối truyền tải (TB: Transport Block) là đơn vị số liệu gốc cần xử lý nhận được từ lớp MAC (Medium Access Control - Điều khiển truy nhập môi trường) để phát hiện lỗi ở phía thu. Sau đó số liệu được mã hoá kênh và đan xen. Số liệu sau đan xen được bổ sung thêm các bít điều khiển công suất phát TPC (Transmit Power Control), được sắp xếp lên các nhánh I và Q của QPSK và được trải phổ hai lớp (trải phổ và ngẫu nhiên hoá). Chuỗi chip sau ngẫu nhiên hoá được giới hạn trong băng tần 5 MHz bằng bộ lọc Nyquist căn bậc hai cosin nâng (hệ số uốn lọc bằng 0,22) và được biến đổi thành tương tự bằng bộ biến đổi D/A để đưa lên điều chế trực giao cho sóng mang.Tín hiệu trung tần (IF) sau điều chế được biến đổi nâng tần vào song vô tuyến (RF) trong băng tần 2 GHz, sau đó được đưa lên khuếch đại trước khi chuyển đến anten để phát vào không gian. Tại phía thu, tín hiệu thu được khuếch đại bằng bộ khuếch đại tạp âm nhỏ, sau đó được đưa vào tầng trung tần (IF) thu rồi được khuếch đại tuyến tính bởi bộ khuếch đại AGC. Sau khuếch đại AGC, tín hiệu được giải điều chế để được các thành phần I và Q. Các tín hiệu tương tự của các thành phần này được biến đổi thành số tại bộ biến đổi A/D sau đó qua bộ lọc Nyquist căn bậc hai cosin nâng và được phân chia theo thời gian vào một số thành phần đường truyền có thời gian trễ truyền sóng khác nhau. Sau giải trải phổ cho các thành phần này, chúng được kết hợp lại bởi bộ kết hợp máy thu RAKE, tín hiệu tổng được giải đan xen, giải mã kênh, được phân thành các khối truyền tải TB và được phát hiện lỗi. Cuối cùng chúng được đưa tới lớp cao hơn. Hình 2.3 Sơ đồ khối máy phát vô tuyến (a) và máy thu vô tuyến (b) 2.1.4 Ứng dụng các ưu điểm của công nghệ W-CDMA trong các hệ thống thông tin di động (i) Điều chỉnh công suất phát (TPC) Hệ thống W-CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất hai chiều, chiều đi (từ BS tới máy di động) và chiều về (từ máy di động tới BS) để nâng cao dung lượng, đảm bảo dịch vụ thoại chất lượng cao và các lợi ích khác. Mục đích của việc điều khiển công suất phát sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong cùng một vùng phục vụ có thể được thu với một cường độ (công suất) danh định tại máy thu của BS. Khi công suất phát của tất cả các máy di động trong vùng phục vụ được điều khiển như vậy thì tổng công suất thu tại máy thu của BS bằng công suất thu danh định nhân với số máy di động. Cần phải tối ưu hoá các lợi ích của hệ thống W-CDMA bằng cách tăng số lượng các cuộc gọi đồng thời trong một băng tần cho trước. Dung lượng hệ thống được tăng lên tối đa khi tín hiệu phát của máy di động được thu bởi BS có tỷ số tín hiệu trên nhiễu ở mức yêu cầu tối thiểu nhờ việc điều khiển công suất phát ở máy di động. Chất lượng thông tin của máy di động sẽ giảm nếu tín hiệu của máy di động được thu bởi BS quá yếu. Nếu tín hiệu của máy di động quá khoẻ thì chất lượng thông tin của máy di động sẽ được cải thiện nhưng nhiễu tới các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ tăng lên làm cho chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ giảm nếu như dung lượng tối đa không giảm. (ii) Khả năng tái dụng tần số Tất cả các BS đều sử dụng lại (tái dụng) kênh băng rộng trong hệ thống W-CDMA. Tổng lượng nhiễu trong tín hiệu của máy di động thu nhận từ BS là tổng lượng nhiễu gây ra bởi các máy di động ở các BS lân cận. Nói cách khác, mỗi tín hiệu của một máy di động gây nhiễu tới tất cả các máy di động khác. Tổng lượng nhiễu từ tất cả các máy di động trong các BS lân cận bằng một nửa tổng lượng nhiễu từ các máy di động trong cùng một BS (iii) Cung cấp linh hoạt các dịch vụ với tốc độ truyền dẫn thay đổi Nhờ các kỹ thuật điều chỉnh công suất phát (TPC) và mã hóa nguồn đa tốc độ mà hệ thống W-CDMA có một sự tương quan linh hoạt giữa số thuê bao và cấp dịch vụ. Ví dụ, người sử dụng hệ thống có thể tăng tổng số kênh khả dụng nếu chấp nhận tỷ số lỗi bit cao. Nhờ chức năng này mà có thể tránh được tắc nghẽn cuộc gọi do tắc nghẽn kênh trong khi chuyển giao. Trong hệ thống TDMA số và hệ thống tương tự thì cuộc gọi sẽ được ấn định tới đường truyền khác hoặc sẽ xảy ra tắc nghẽn cuộc gọi trong trường hợp tắc nghẽn kênh trong khi chuyển giao. Nhưng trong hệ thống W-CDMA thì có thể thoả mãn thêm số cuộc gọi bằng cách chấp nhận tỷ số lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành. Hệ thống W-CDMA cũng sử dụng cấp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao (tốc độ truyền dẫn cao) theo giá thành dịch vụ và ấn định công suất (dung lượng) cao hơn cho người sử dụng dịch cao cấp. Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn khi chuyển giao cho người sử dụng dịch vụ cao cấp so với người sử dụng dịch vụ thông thường. (iv) Thu hiệu quả các tín hiệu đa đường nhờ kỹ thuật thu RAKE Các máy thu trong W- CDMA sử dụng kỹ thuật thu phân tập nhiều anten (thu RAKE). Trong hệ thống này, khối thu RAKE có bộ điều khiển đa đường để tách ra các dạng sóng PN nhờ sử dụng các bộ tương quan song song. Máy di động sử dụng ba bộ tương quan, còn BS sử dụng bốn bộ tương quan. Nhờ đó, khối thu RAKE sẽ tìm thu tín hiệu qua mỗi đường, tổ hợp và giải điều chế tất cả các tín hiệu thu được. Hiện tượng fading có thể xảy ra trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu. Vì vậy, tổ hợp của các tín hiệu thu được có độ tin cậy rất cao, vì khả năng xảy ra hiện tượng fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu là cực kỳ thấp. Nhiều bộ tách tương quan cho phép thông tin đồng thời với hai BS để quá trình chuyển giao mềm có sự tham gia của các máy di động có thể thực hiện được. (v) Chuyển giao mềm (phân tập trạm gốc) có sự tham gia của máy di động Như mô tả trong hình 2.4, cả BS ban đầu và BS mới cùng tham gia vào việc chuyển giao cuộc gọi đối với chuyển giao mềm. Việc chuyển giao cuộc gọi theo trình tự: BS ban đầu, cả hai BS và BS mới. Lược đồ này làm tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người sử dụng không nhận thấy trạng thái chuyển giao. Sau khi thiết lập cuộc gọi, máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của BS lân cận để so sánh cường độ tín hiệu của ô lân cận với cường độ tín hiệu của ô đang sử dụng. Nếu cường độ tín hiệu đạt tới một mức nhất định nào đó, tức là máy di động đã di chuyển sang vùng phục của một BS mới và quá trình chuyển giao có thể bắt đầu. Máy di động gửi bản tin điều khiển tới MSC để thông báo về cường độ tín hiệu và số hiệu của BS mới. Sau đó, MSC thiết lập một đường truyền mới giữa máy di động và BS mới và bắt đầu quá trình chuyển giao trong khi vẫn giữ đường truyền ban đầu. Trong trường hợp máy di động đang ở trong một vùng chuyển giao giữa hai BS thì cuộc gọi được trợ giúp bởi cả hai BS sao cho quá trình chuyển giao có thể thực hiện được. BS ban đầu ngừng trợ giúp cho cuộc gọi khi kết nối cuộc gọi với BS đã được thực hiện thành công. Hình 2.4 Đường truyền trong quá trình chuyển giao mềm 2.2 CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN CƠ BẢN TRONG W-CDMA W-CDMA chiếm một độ rộng băng tần khoảng 5 MHz bằng cách ứng dụng công nghệ truy nhập vô tuyến DS-CDMA với các đặc tính đã đề cập ở trên. Độ rộng băng tần lớn hơn tạo cho W-CDMA có khả năng phân chia và kết hợp các tín hiệu thu đã truyền lan qua các kênh fading nhiều tia, giúp cải thiện chất lượng thu nhờ phân tập thời gian RAKE. Chính nhờ băng thông rộng mà W-CDMA có thể cho phép một số lượng lớn các thuê bao thông tin ở tốc độ cao, ví dụ ở tốc độ 64 và 384 kbit/s (các thử nghiệm đã cho thấy truyền dẫn số liệu chất lượng cao ở tốc độ 2 Mbit/s cũng có thể thực hiện được với độ rộng băng tần 5 MHz). Ngoài ra, còn nhiều lợi ích khác của băng thông rộng mà W-CDMA có thể khai thác cho các công nghệ truy nhập vô tuyến được trình bày dưới đây. 2.2.1 Ấn định mã trải phổ hai lớp và điều chế trải phổ Cấu hình ô dị bộ cho phép mở rộng liên tục và linh hoạt từ môi trường truyền lan ngoài trời đến trong nhà và không phải đòi hỏi một hệ thống định vị toàn cầu (GPS) hoặc bất cứ một hệ thống đồng bộ ngoài nào. Để xây dựng một hệ thống các ô dị bộ như vậy, W-CDMA phải sử dụng đến kỹ thuật ấn định mã trải phổ hai lớp. Tức là, W-CDMA thực hiện trải phổ kép sử dụng một mã ngắn có chu kỳ tương tác tương đương với độ dài ký hiệu (được gọi là mã phân kênh trong 3GPP vì mã ngắn được sử dụng để phân biệt mỗi kênh vật lý ở đường xuống) và một mã ngẫu nhiên có chu kỳ tương tác dài hơn độ dài ký hiệu. Đối với mã phân kênh thì các mã trực giao như mã Walsh và mã Gold được ứng dụng. Phương pháp ấn định mã hệ số trải phổ biến thiên trực giao (OVSF) cũng được chấp thuận để đảm bảo tính trực giao giữa các kênh với một SF khác nhau (tức tốc độ ký hiệu). Hình 2.5 minh hoạ phương pháp tạo ra các mã OVSF. Bắt đầu với Cch,1,0 = (1) (SF=1), các mã OVSF có thể được tạo ra một cách liên tục trong lớp kế tiếp (tức là gấp đôi SF) dựa vào quy luật cơ bản được biểu diễn bởi phương trình (2.2): Hình 2.5 Phương pháp tạo mã OVSF Ở lớp SF = k, số mã OVSF đã tạo ra là k và độ trực giao được duy trì giữa các mã có tổng số bằng k. Ngoài ra, tính trực giao có thể được đảm bảo ngay cả giữa hai mã OVSF trong các lớp khác nhau chỉ khi không mã nào được lấy ra từ mã khác (tức là chúng có mối tương quan trong cây mã). Ví dụ, tính trực giao luôn được duy trì giữa Cch,2,0 và Cch,4,2 không phụ thuộc vào mẫu ký hiệu của số liệu tin tức. Khi mã Cch,2,0 được ấn định, không một từ mã nào được tạo ra từ tầng thấp hơn của cây mã Cch,2,0 có thể áp dụng được (đây là hạn chế của việc phân chia mã OVSF). Ở đường xuống, các tín hiệu phát trên các kênh từ BS đến MS là các tín hiệu truyền lan đa đường và có thời gian truyền lan khác nhau do hiện tượng phản xạ bởi các công trình xây dựng, các toà nhà v.v.. trên các đường truyền là khác nhau. Các kênh vật lý chia sẻ cùng một đường truyền lan sẽ có cùng phương pháp điều chế pha và biên độ. Vì thế việc sử dụng các mã OVSF giữa các kênh ghép (các kênh vật lý) chia sẻ chung một đường truyền tạo ra khả năng đảm bảo tính trực giao giữa các kênh ngay cả khi chúng không có cùng SF (tức là tốc độ ký hiệu) đến chừng nào chúng còn sử dụng cùng đường truyền lan. Đây là một cách cực kỳ hiệu quả để đạt được các đặc tính thu chất lượng cao. Hình 2.6 cho thấy các đặc tính BER trung bình của MS ở đường xuống khi sử dụng các mã OVSF được tạo ra theo phương trình (2.2) làm các mã phân kênh. Hình vẽ minh hoạ các đặc tính BER trung bình của một kênh đơn có SF = 8 (tốc độ ký hiệu = 512 ks/s) và một kênh ghép tốc độ thấp với SF biến thiên bao gồm 8 kênh có SF = 64 (tốc độ ký hiệu = 64 ks/s) trong mỗi kênh. Kiểu truyền lan ở đây là kiểu hai tia (hai đường) có cùng công suất trung bình và chịu ảnh hưởng của fading Rayleigh độc lập với nhau. Hình vẽ cũng minh hoạ các thuộc tính của truyền dẫn đa mã trực giao trên 16 kênh, trong đó SF = 64 và có thể biến thiên, công suất nhiễu là giống nhau đối với mỗi kênh. Trong trường hợp SF biến thiên và truyền dẫn đa mã như đã minh hoạ trong hình vẽ, khi nhiễu đa đường (nhiều tia) tăng thì Eb/N0 thu trung bình yêu cầu để đạt được BER trung bình = 10-3 cần phải tăng xấp xỉ 0,5 dB so với một kênh đơn (Eb/N0 là tỷ số năng lượng bit trên tạp âm nền). Tuy nhiên, các đặc tính của truyền dẫn SF biến thiên là rất giống với các đặc tính của truyền dẫn đa mã và hình vẽ cho thấy rằng tính trực giao được đảm bảo trong cùng đường truyền khi tốc độ truyền nhanh hơn gấp 8 lần (SF = 8). Việc ưu tiên sử dụng SF biến thiên giúp đạt được tỷ số công suất đỉnh/trung bình ở phía phát thấp hơn so với phương pháp truyền đa mã và cũng tạo ra khả năng xây dựng một cấu hình máy thu RAKE một dãy tại đầu cuối thu. Trong trường hợp truyền số liệu tốc độ cao, khi đó không thể đạt được độ tin cậy ngay cả khi SF được giảm xuống 4 hoặc 8, lúc này phương pháp truyền dẫn đa mã sử dụng các kênh mã ghép của SF được sử dụng. Các phương pháp truyền dẫn SF biến thiên và truyền dẫn đa mã tạo cho W-CDMA khả năng truyền tin một cách linh hoạt trên một phạm vi rộng từ các thông tin tốc độ thấp (băng tần thoại) đến thông tin tốc độ cao. Hình 2.6 Các đặc tính BER trung bình ở đường xuống sử dụng các mã OVSF Hình 2.7 minh hoạ quá trình điều chế trải phổ cho kênh vật lý riêng (DPCH) ở đường lên trong hệ thống W-CDMA. DPCH bao gồm kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) được ghép vào các thành phần đồng pha (I) và kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) được ghép vào các thành phần pha vuông góc (Q). DPDCH chứa các bit tin mã hoá kênh và DPCCH chứa các bit hoa tiêu để ước tính kênh, các bit TPC đường xuống, các bit chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI) và các bit thông tin phản hồi (FBI) được sử dụng để điều khiển phân tập phát ở đường xuống. Quá trình trải phổ của các mã phân kênh được thực hiện bằng cách sử dụng các mã OVSF khác nhau cho mỗi chuỗi số liệu được sắp xếp trên mặt phẳng pha I/Q. Quá trình trải phổ phức hợp được thực hiện trên chuỗi số liệu trải phổ ở kênh I/Q bằng cách sử dụng hai mã ngẫu nhiên được tạo ra bởi phương pháp dịch thời gian, theo phương trình (2.3): SI = DICI - DQCQ (2.3) SQ = DICQ - DQCI Trong phương trình (2.3), DI(Q) là thành phần I (hoặc Q) của chuỗi số liệu trải phổ bằng các mã kênh, ngược lại CI(Q) là thành phần I (hoặc Q) của mã ngẫu nhiên, GDPDCH và GDPCCH biểu diễn độ lợi xử lý tương ứng của các kênh DPDCH và DPCCH. Lợi ích của trải phổ phức hợp là khi biên độ của DPCCH khác với biên độ của DPDCH (tức là GDPDCH ≠ GDPCCH) thì nó có thể giảm cơ bản giá trị công suất đỉnh so với phương pháp thực hiện trải phổ trên các kênh I và Q độc lập với nhau, trong khi tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình vẫn không đổi. Trong phương pháp điều chế trải phổ QPSK, sự dịch pha của chip số liệu sau trải phổ trên mặt phẳng pha I/Q (tức là sự dịch pha sau cùng của sóng mang khi điều chế) có thể thay đổi 1800 so với tín hiệu gốc. Trong trường hợp dịch pha như vậy, ảnh hưởng của méo phi tuyến trong khối khuếch đại công suất (AMP) tăng, 3GPP qui định sử dụng phương pháp điều chế pha lai ghép (HPSK) để giảm khả năng dịch pha 1800 như vậy và dẫn tới để giảm ảnh hưởng của méo phi tuyến trong khối khuếch đại công suất. Hình 2.7 Sơ đồ khái quát quá trình trải phổ phức 2.2.2 Tìm nhận ô Trong W-CDMA, khi thiết lập một đường truyền vô tuyến giữa BS và MS, đầu tiên MS sẽ thiết lập đồng bộ mã trải phổ đường xuống và sau đó giải mã tin tức kênh quảng bá (BCH) nằm trong kênh vật lý điều khiển chung cơ bản (P-CCPCH) ở đường xuống. Các tín hiệu được phát trên một kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) ở đuờng lên theo một định thời phát xác định trước. Sau đó, BS thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đường lên và giải mã tin tức RACH, để thiết lập đường truyền vô tuyến ở cả đường lên và đường xuống. Ngay sau khi bật nguồn hoặc trước khi bước vào quá trình chuyển giao hay khi ở trong chế độ thu không liên tục (chế độ chờ), MS cần tìm ra ô có suy hao đường truyền nhỏ nhất. Quá trình này sẽ tìm ra một ô với một mã ngẫu nhiên ở kênh hoa tiêu chung (CPICH) có công suất thu lớn nhất ở đường xuống. Quá trình này được gọi là quá trình tìm nhận ô vì nó liên quan đến việc tìm ra các ô yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến. Mỗi khi đường truyền vô tuyến được thiết lập bằng cách thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đường xuống, MS sẽ phát RACH tại một thời điểm xác định trước có tham chiếu với định thời ở đường xuống, như vậy BS có thể nhanh chóng thiết lập đồng bộ mã trải phổ bất chấp độ dài của mã trải phổ, đơn giản bằng cách tách định thời ở quá trình đồng bộ mã trải phổ trong khoảng thời gian không cố định (khoảng thời gian của cửa sổ tìm kiếm đường lên) được xác định bởi thời gian trễ truyền lan. Có ba chế độ tìm nhận ô: thứ nhất là chế độ tìm nhận ô ban đầu là chế độ tìm nhận các ô yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến khi MS bật nguồn, thứ hai là chế độ tìm nhận ô đích chuyển giao trước khi thực hiện chuyển giao mềm và cuối cùng là chế độ tìm nhận các ô yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến trong trường hợp thu không liên tục ở chế độ chờ. Nói chung, việc đồng bộ các mã trải phổ yêu cầu tách ra mức tương quan trong quá trình tính toán định thời đối với độ dài (số chip) của mỗi và mọi mã trải phổ để tìm và tách ra các điểm đồng bộ. Ở đường xuống, số các mã đồng bộ là một bộ mã có giá trị đủ lớn, 512, để đảm bảo ấn định các mã ngẫu nhiên một cách linh hoạt. Do đó, trong quá trình tìm nhận ô ban đầu, MS cần xử lý để tìm kiếm liên tiếp 512 loại mã ngẫu nhiên để tìm ra mã ngẫu nhiên của ô có suy hao đường truyền nhỏ nhất yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến, thông thưòng đó là một quá trình cực kỳ tốn thời gian. Ngược lại, một hệ thống đồng bộ giữa các BS có thể thực hiện tìm nhận ô nhanh chóng bằng cách áp dụng một loại mã ngẫu nhiên tới mỗi ô nhờ quá trình dịch thời ở những khoảng thời gian nhất định. Với ý tưởng như vậy, phương pháp tìm nhận ô ba bước đã được đề xuất để đảm bảo tìm nhận ô nhanh chóng trong các hệ thống BS dị bộ. Trong 3GPP, nhiều thay đổi đã được đưa ra trong phương pháp tạo ra mã đồng bộ. 2.2.2.1 Phương pháp tìm nhận ô theo ba bước Hình 2.8 trình bày lưu đồ hoạt động của quá trình tìm nhận ô theo ba bước, cho phép tìm ra ô cần thiết để thiết lập đường truyền vô tuyến. Hình 2.8 Lưu đồ tìm nhận ô theo ba bước 2.2.2.2 Tìm nhận ô lân cận trong thời gian thông tin ở chế độ tích cực Quá trình tìm nhận ô lân cận trong thời gian thông tin ở chế độ tích cực diễn ra trước khi thực hiện chuyển giao mềm và nó khác với quá trình tìm nhận ô ban đầu. Tuy nhiên, cũng giống như trong trường hợp tìm nhận ô ban đầu, quá trình tìm nhận ô theo ba bước cũng có thể được áp dụng trong trường hợp này. Dựa trên định thời thu và công suất thu trên kênh CPICH, quá trình này cho phép tìm ra được ô lân cận có công suất thu lớn thứ hai và mã ngẫu nhiên của ô đó. Nếu không tìm được ô như vậy sau một số lần tìm kiếm xác định trước thì quá trình tìm nhận ô ba bước sẽ được thực hiện. Trong quá trình tìm nhận ô lân cận ở chế độ tích cực, mặc dù số ô tham gia vào quá trình này là nhỏ hơn (khoảng 20) số ô trong quá trình tìm nhận ô ban đầu, nhưng nhiễu từ kênh chung và DPCH từ ô nguồn chuyển giao có ảnh hưởng cực kỳ lớn đối với quá trình tìm ra ô có công suất thu lớn thứ hai. Do đó, quá trình tìm nhận ô lân cận này chiếm nhiều thời gian tìm nhận ô hơn quá trình tìm nhận ô ban đầu khi phải tốn rất nhiều thời gian xử lý trung bình trong mỗi bước để cố gắng làm giảm ảnh hưởng của nhiễu. 2.2.2.3 Tìm nhận ô lân cận trong chế độ rỗi Trong chế độ thu không liên tục (chế độ rỗi), một thuật toán đã được sử dụng để đạt được quá trình tìm nhận ô nhanh hơn phương pháp tìm nhận ô ba bước. Hình 2.9 trình bày một ví dụ về pha định thời phát tương đối của các mã ngẫu nhiên. C (k) là ô mà qua đó dường truyền vô tuyến hiện đang được thiết lập, còn các ô xung quanh C (k) được biểu diễn bằng C1 (k) , C2 (k) v.v…Độ lệch định thời phát của các mã ngẫu nhiên CPICH giữa C (k) và các ô lân cận được biểu diễn bằng Δk1 ,Δk2 v.v…Trước khi chuyển đến chế độ chuyển giao mềm, MS sẽ đo độ lệch định thời của các mã ngẫu nhiên phát bởi CPICH giữa ô nguồn chuyển giao và ô đích chuyển giao và thông báo tới ô nguồn chuyển giao. Thông thường, tại vị trí mà MS đo độ lệch định thời của các mã ngẫu nhiên CPICH giữa các ô liên quan đến MS chính là vị trí mà tại đó độ lệch giữa mức thu CPICH của ô đang thiết lập đường truyền vô tuyến và các ô lân cận rớt xuống dưới ngưỡng chuyển giao. Vì thế, do những chênh lệch về thời gian trễ truyền lan, định thời thu của mã ngẫu nhiên giữa các ô được chỉ định đo bởi MS cũng thay đổi. Để khắc phục vấn đề này, C(k) sẽ tính độ lệch trung bình về định thời mã ngẫu nhiên CPICH với Ci (k) dựa trên số liệu thu được từ nhiều MS, để xác định độ lệch định thời mã ngẫu nhiên trung bình giữa C (k) và Ci (k). Hình 2.9 Tương