Đồ án WCDMA – công nghệ và ứng dụng

t lý được sử dụng để mang các chỉ thị bắt. Chỉ thị bắt AIs tương ứng với chữ ký s ở kênh PRACH hoặc PCPCH. Hình 2.20 minh hoạ cấu trúc của AICH. AICH gồm một chuỗi lặp của 15 khe thâm nhập liên tiếp AS (Access Slot), mỗi khe dài 40 bit và gồm 2 phần: phần chỉ thị bắt (AI) gồm 32 ký hiệu giá trị thực a0,..,a31 và một phần không sử dụng gồm 8 ký hiệu giá trị thực a32,..,a39. Kênh có SF=256. Hình 2.20. Cấu trúc khung vô tuyến cho AICH Các ký hiệu giá trị thực a0,..,a31 được xác định như sau: Trong đó AIs nhận các giá trị +1, -1 và 0 là chỉ thị bắt tương ứng với chữ ký s và chuỗi bs,0,.., bs,31 được cho theo bảng. Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) Kênh PICH có tốc độ cố định (SF=256) được sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi (PI). PICH luôn liên kết với S-CCPCH mà ở đó kênh PCH được sắp xếp lên. Một khung PICH dài 10 ms chứa 300 bit (b0, b1,..,b299). Trong đó, 288 bit (b0, b1,..,b287) được sử dụng để mang các PI và các bit còn lại (b288, b289,...,b299) không được định nghĩa. N chỉ thị tìm gọi {PI0, .., PIN-1} (N=18, 36, 72 hay 144) được phát ở từng khung PICH. PI được tính toán ở lớp cao hơn cho từng UE và được sắp xếp vào chỉ thi tìm gọi PIp, trong đó: p được tính từ các lớp cao hơn, số khung hệ thống (SFN) của khung vô tuyến P-CCPCH khi xảy ra khung vô tuyến PICH và số các chỉ thị tìm gọi trên khung (N): p = (PI + [((18 ´(SFN+[SFN/8] + [SFN/64] + [SFN/512])) mod 144)´N/144])mod N Các kênh logic Thông tin được truyền từ lớp MAC đến lớp vật lý thông qua các kênh truyền tải. Tuy nhiên các thông tin này có thể bắt đầu cao hơn trong ngăn xếp của giao thức, trong trường hợp này thì thông tin được truyền từ lớp RLC tới lớp MAC thông qua các kênh logic. Các kênh logic được sắp xếp lên các kênh truyền tải và các kênh truyền tải lần lượt được sắp xếp vào các kênh vật lý. RLC giao tiếp với MAC thông qua một số kênh logic. MAC sắp xếp các kênh logic này vào kênh truyền tải như được mô tả. Các kênh logic liên quan đến thông tin đang được truyền, trong khi đó kênh truyền tải liên quan rất nhiều đến cách thức mà thông tin được truyền. Có hai nhóm kênh logic: nhóm các kênh điều khiển và nhóm các kênh lưu lượng. Kênh điều khiển quảng bá (BCCH) được sử dụng ở đường xuống để truyền thông tin hệ thống. Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH) được sử dụng để tìm gọi một MS trong một hoặc nhiều ô. Kênh điều khiển chung (CCCH) được các thiết bị đầu cuối sử dụng ở đường lên khi chúng muốn thâm nhập vào mạng mà không có bất cứ kết nối nào với mạng. Kênh điều khiển riêng (DCCH) được sử dụng ở cả đường lên và đường xuống để gửi thông tin điều khiển. W-CDMA cũng định nghĩa kênh điều khiển kênh dùng chung nhưng kênh này chỉ được sử dụng trong chế độ TDD. Kênh lưu lượng riêng (DTCH) là kênh điểm đến điểm được dùng riêng cho một UE để truyền số liệu của người sử dụng. Các kênh DTCH có thể được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống. Kênh lưu lượng chung là kênh không hướng điểm đến đa điểm để truyền thông tin người sử dụng đến mọi UE hoặc chỉ một UE. Kênh CTCH chỉ có ở đường xuống. Hình 2.21. Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải Có rất nhiều cách để sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải. Việc sắp xếp này phụ thuộc vào một loạt tiêu chuẩn như: loại thông tin được gửi, thông tin phải được gửi đến các UE hay không và UE có một kết nối được thiết lập với mạng hay chưa. Có thể sắp xếp giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý cho chế độ FDD như được chỉ ra trong hình 2.21. Điều chế và ngẫu nhiên hoá trong WCDMA Hình 2.22. Quan hệ giữa trải phổ điều chế và ngẫu nhiên Định kênh và ngẫu nhiên hoá các kênh vật lý Sự khác nhau giữa trải trải phổ điều chế và ngẫu nhiên hoá là: trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với dữ liệu nhằm tăng độ rộng băng tần của tín hiệu phát và chống nhiễu, còn quá trình ngẫu nhiên hoá được sử dụng để phân biệt các UE và các trạm cơ sở BS. Ở W-CDMA, quá trình trải phổ được thực hiện bằng các mã định kênh và quá trình ngẫu nhiên hoá được thực hiện bằng các mã ngẫu nhiên hoá. Ngẫu nhiên hoá được thực hiện sau khi trải phổ nên độ rộng băng tần của tín hiệu không thay đổi nhưng cho phép phân biệt các tín hiệu từ các nguồn khác nhau. Tốc độ chip của W-CDMA là 3,84 Mcps. Các mã định kênh Các kết nối đường xuống trong một đoạn ô và kênh vật lý đường lên của một UE được phân biệt bằng các mã định kênh. Các mã định kênh ở đây chính là các mã trải phổ ở UTRA được xây dựng dựa trên cơ sở kỹ thuật hệ số trải phổ khả biến trực giao OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor). Kỹ thuật này cho phép thay đổi các hệ số trải phổ khác nhau và đảm bảo tính trực giao giữa các mã trải phổ có độ dài khác nhau. Các mã định kênh Cch,SF,k (ch là kênh, SF là hệ số trải phổ và 0£k£SF-1) lấy từ cây mã cho phép nén phổ theo hệ số trải phổ nhỏ nhất. Cách chọn mã định kênh từ nhánh được chỉ thị bởi mã có hệ số trải phổ nhỏ nhất. Một kênh vật lý có thể sử dụng một mã trong cây nếu không có kênh vật lý nào khác được phát đang sử dụng cùng cây mã đang sử dụng một mã ở nhánh dưới, nghĩa là sử dụng hệ số trải phổ cao hơn được tạo ra từ mã trải phổ dự định sử dụng. Cấu trúc cây của mã định kênh được mô tả ở hình 2.23. Hình 2.23. Cấu trúc cây của mã định kênh Các mã định kênh được tạo ra theo các biểu thức sau: Cch,1,0 = (1) [Cch,2,0] = [Cch,1,0 Cch,1,0] = (1,1) [Cch,2,1] = [Cch,1,0 -Cch,1,0] = (1,-1) [Cch,2(n+1),0] = [Cch,2(n),0 Cch,2(n),0] [Cch,2(n+1),1] = [Cch,2(n),0 -Cch,2(n),0] [Cch,2(n+1),2] = [Cch,2(n),1 Cch,2(n),1] [Cch,2(n+1),3] = [Cch,2(n),1 - Cch,2(n),1],… Mã ngẫu nhiên hoá Mã ngẫu nhiên hoá được sử dụng để phân biệt các đường truyền dẫn từ các người sử dụng khác nhau. Để phân biệt các ô người ta sử dụng các mã ngẫu nhiên hoá sau đây: * Chế độ FDD: các mã Gold với chu kỳ 10 ms (38400 chip ở 3,84 Mcps) được sử dụng với độ dài mã bằng 218-1 chip. * Chế độ TDD: các mã ngẫu nhiên hoá có độ dài 16 chip được sử dụng. Để phân biệt các UE thì các họ mã ngẫu nhiên hoá sau đây được sử dụng: * Chế độ FDD: các mã Gold với chu kỳ 10 ms hoặc các mã S(2) có chu kỳ 256 chip. * Chế độ TDD: các mã có chu kỳ 16 chip cùng với chuỗi chèn giữa có độ dài phụ thuộc môi trường. Định kênh và trải phổ kênh vật lý đường lên Các kênh vật lý riêng đường lên (DPCCH/DPDCH) Hai kênh vật lý DPDCH và DPCCH được truyền dẫn song song (đa mã) và điều chế QPSK song kênh (hay ghép kênh theo mã I-Q). Các mã trải phổ định kênh được tạo ra góc quay giới hạn ở ±90o giữâ hai chip liên tiếp trong cùng một ký hiệu. Góc quay 180o chỉ xảy ra khi giữa hai ký hiệu liên tiếp. Phương pháp này làm giảm tỉ số giữa giá trị công suất đỉnh và giá trị công suất trung bình PAR (Peak to Average) của tín hiệu truyền so với truyền dẫn QPSK thông thường. Hình 2.24. Ghép kênh mã I-Q cùng với ngẫu nhiên hoá phức Hai kênh vật lý riêng đường lên không được ghép theo thời gian mà ghép theo mã I-Q vì chế độ phát đường lên có thể không liên tục (DTX- Discontinuous Transmission) (chẳng hạn dịch vụ thoại) gây nhiễu âm đối với thiết bị âm thanh đặt gần đầu cuối không được bảo vệ. Ví dụ trong các chu kỳ im lặng không cần phát đi bất cứ thông tin nào, chỉ có thông tin cho mục đích bảo dưỡng đường truyền được phát (chẳng hạn điều khiển công suất với tốc độ kênh là 1,5kHz). Với tốc độ này việc phát hoa tiêu và các ký hiệu điều khiển công suất ghép theo thời gian trên đường lên sẽ gây nhiễu âm thanh ở giữa băng tần thoại. Do đó ghép kênh theo mã I-Q được sử dụng để loại bỏ hiện tượng này. Sơ đồ tổng quát trải phổ và ghép kênh vật lý đường lên DPCCH và các kênh DPDCH được cho trong hình 2.25. Trước hết, các kênh DPDCH và DPCCH cơ số hai được trình bày ở các chuỗi giá trị thực tức là được sắp xếp sao cho bit “0” được đặt vào “+1”, còn “1” được đặt vào “-1”. DPCCH được trải phổ đến tốc độ chip bằng mã định kênh cc, còn kênh DPDCH thứ n (DPDCHn, 0£n£6) được trải phổ đến tốc độ chip bằng mã định kênh cd,n. Sau đó các tín hiệu đã được trải phổ được đánh trọng số bằng các hệ số khuếch đại: bc cho DPCCH và bd cho tất cả DPDCH. Sau khi được đánh trọng số, các luồng chip giá trị thực ở các nhánh I và Q được cộng và được xử lý như các luồng chip giá trị phức. Sau đó tín hiệu giá trị phức này được ngẫu nhiên hoá bằng một mã ngẫu nhiên hoá giá trị phức Slong,n hoặc Sshort,n. Mã ngẫu nhiên hoá được đồng bộ với các khung vô tuyến có nghĩa là chip ngẫu nhiên hoá đầu tiên tương ứng với mở đầu của một khung vô tuyến. Hình 2.25. Sơ đồ tổng quát trải phổ và ghép kênh vật lý đường lên DPCCH và các kênh DPDCH Kênh PCPCH Kênh này như đã nói phần trước bao gồm hai phần: phần tiền tố và phần bản tin. Ta chỉ xét phần bản tin vì phần tiền tố chỉ dùng mã ngẫu nhiên không dùng mã định kênh. Phần bản tin gồm phần số liệu và phần điều khiển. Các bit của hai phần này trước khi trải phổ được sắp xếp sao cho: giá trị “0” được đặt vào “+1”, giá trị 1 được đặt vào “-1”. Phần điều khiển được trải phổ đến tốc độ chip bằng mã định kênh cc, còn phần số liệu được trải phổ bằng mã định kênh cd. Sau khi định kênh các tín hiệu giá trị trực được đánh trọng số bằng các hệ số khuyếch đại, bc cho phần điều khiển và bd cho phần số liệu. Tại mọi thời điểm, ít nhất một trong số các giá trị bc và bd có biên độ 1. Sau khi đánh trọng số các luồng chip giá trị thực trên các nhánh I và Q được xử lý như một luồng chip phức. Tín hiệu giá trị phức sau đó được ngẫu nhiên hoá phức Sc-msg,n.. Mã ngẫu nhiên hoá 10ms của phần bản tin (chip ngẫu nhiên hoá đầu tiên tương ứng với khởi đầu khung vô tuyến của phần bản tin). Hình 2.26. Phần bản tin của PCPCH Kênh PRACH Kênh này gồm hai phần: phần tiền tố và phần bản tin. Ta chỉ xét phần bản tin của kênh này vì phần tiền tố chỉ dùng mã ngẫu nhiên không dùng mã định kênh. Phần bản tin bao gồm phần số liệu và phần điều khiển. Các bít của hai phần này trước khi trải phổ được xắp xếp sao cho : giá trị “0” được đặt vào “+1”, giá trị “1” được đặt vào “-1”. Phần điều khiển được trải phổ đến tốc độ chip bằng mã định kênh cc, còn phần số liệu được trải phổ bằng mã định kênh cd. Sau khi định kênh các tín hiệu giá trị thức được đánh trọng số bằng các hệ số khuyếch đại, bc cho phần điều khiển và bd cho phần số liệu. Tại một thời điểm, ít nhất một trong số các giá trị bc và bd có biên độ 1. Sau khi đánh trọng số các luồng chip giá trị thực trên các nhánh I và Q được xử lý như một luồng chip phức. Tín hiệu giá trị phức sau đó được ngẫu nhiên hoá bằng mã ngẫu nhiên hoá phức Sr-mgs,n. Mã ngẫu nhiên hoá 10 ms được đồng bộ với các khung 10ms của phần bản tin. Hình 2.27. Sơ đồ phần bản tin của PRACH Ngẫu nhiên hoá kênh vật lý đường lên Có hai loại mã trên đường lên là: mã dài và mã ngắn. Mã dài được cắt thành các độ dài khung 10ms để đạt được 38400 chip với tốc độ 3,84 Mchip/s. Độ dài mã ngắn là 256 chip. Các mã dài được sử dụng nếu BS sử dụng máy thu RAKE. Còn các mã ngắn được sử dụng các bộ tách đa người sử dụng hoặc các máy thu loại nhiễu được sử dụng. Cả hai họ mã đều chứa hàng triệu mã nên không cần quy hoạch mã đường lên. Các mã ngắn này được chọn từ họ mã S(2) mở rộng. Các mã dài được chọn từ họ mã Gold. Chuỗi ngẫu nhiên hoá giá trị phức trong trường hợp mã ngắn được tạo ra bằng cách kết hợp hai chuỗi và trong trường hợp mã dài là từ một mã chuỗi trong đó chuỗi thứ hai là phiên bản trễ của chuỗi thứ nhất. Chuỗi ngẫu nhiên dài Clong,1,n và Clong,2,n cho mã được tạo ra bằng cách cộng modun2 theo vị trí bit của các đoạn 38400 chip của hai chuỗi cơ số hai được sinh ra bởi các đa thức bậc 25. Chuỗi Clong,2,n là phiên bản dịch 16777232 chip của chuỗi Clong,1,n. Hình 2.28. Sơ đồ bộ tạo chuỗi ngẫu nhiên đường dài Hình 2.29. Sơ đồ bộ tạo chuỗi ngẫu nhiên ngắn đường lên cho chuỗi 255 Các chuỗi ngẫu nhiên ngắn Cshort,1,n(i) và Cshort,2,n(i) được định nghĩa từ một chuỗi nằm trong họ S(2) mở rộng. Ngoài ra còn sử dụng chữ ký tiền tố cho việc mã hoá tiền tố một số kênh như kênh PRACH và PCPCH. Những kênh này có hai phần là phần tièn tố và phần bản tin. Phần tiền tố được phát đi bằng cách sử dụng cùng chuỗi mã ngẫu nhiên hoá như truyền dẫn đường lên. Điểm khác ở đây là chỉ có 4096 chip ở đầu chu kỳ mã là cần và các chuyển đổi trạng thái điều chế được hạn chế bằng cách khác. Các tiền tố cả các kênh này có mẫu điều chế của chúng gọi là chuỗi chữ ký tiền tố. Chữ ký tiền tố tương ứng với một chữ ký S gồm 256 đoạn lặp của chữ ký Ps(n), n= 0..15. Chữ ký này được xác định như sau: Csig(i) = Ps(i mod 16), i= 0,1…1095. Trong đó chữ ký Ps(n) nhận được từ tập 16 mã Hadamard độ dài 16. Các mã này được xác định theo bảng. Mã ngẫu nhiên hoá cho DPCCH/DPDCH Các kênh này có thể sử dụng cả hai mã ngẫu nhiên hoá dài và ngắn. Tín hiệu ở hai kênh sau khi ghép mã I-Q sẽ được ngẫu nhiên hoá phức bằng hai loại mã. Việc sử dụng thao tác ngẫu nhiên hoá phức sau khi trải phổ bằng mã định kênh cho phép tránh được hiện tượng truyền dẫn trên các nhánh độc lập vì rằng thông thường các mức công suất của DPDCH và DPCCH rất khác nhau cho nên nhiều khi truyền dẫn hai kênh nhưng lại gần như truyền dẫn một kênh trên một nhánh độc lập. Mã ngẫu nhiên hoá dài đường lên thứ n ký hiệu là Slong,n(i) = Clong,n(i), i= 0,1,.., 38399 trong đó chỉ số thấp nhất ứng với chip được phát đầu tiên. Mã ngắn ngẫu nhiên hoá đường lên thứ n ký hiệu là Sshort, n(i) = Cshort,n(i), i= 0,1,..38399 trong đó chỉ số thấp nhất ứng với chip được phát đầu tiên. Mã ngẫu nhiên hoá cho PRACH a. Mã ngẫu nhiên hoá phần bản tin Mã ngẫu nhiên hoá thứ n phần bản tin của PRACH ký hiệu là Sr-msg,n được xây dựng trên mã dài và xác định như sau: Sr-msg,n(i) = Clong,n(i+4096), i=0,1,..,38399 trong đó chỉ số thấp nhất tương ứng với chip được phát đầu tiên của khung vô tuyến 10ms. b. Mã tiền tố Mã tiền tố Cpre,n là một chuỗi giá trị phức được xây dựng từ mã ngẫu nhiên tiền tố Sr-pre,n và chữ ký tiền tố Csig,s như sau: Cpre,n,s(k) = Sr-pre,n(k). Csig,s(k).e, k =0,1,2..,4095 trong đó k =0 tương ứng với chip được phát đầu tiên. Mã ngẫu nhiên hoá tiền tố Sr-pre,n(k) được xây dựng trên cơ sỏ mã ngẫu nhiên hoá dài được xác định: Sr-pre,n()(i) = Clong,1,n(i), i = 0,1,..,4095. Mã ngẫu nhiên hoá cho PCPCH a. Mã ngẫu nhiên hoá phần bản tin Mã ngẫu nhiên hoá dài thứ n cho phần bản tin của PCPCH ký hiệu là Sc-msg,n được xác định như sau: Sr-msg,n(i) = Clong,n(i+8192), i = 0,1,..38399 trong đó chỉ số thấp nhất tương ứng với chip được phát đầu tiên của khung vô tuyến 10 ms. Trong trường hợp tài nguyên truy nhập được dùng chung cho cả PRACH và PCPCH, thì Sc-msg,n được định nghĩa như sau Sr-msg,n(i) = Clong,n(i+4096), i =0,1,..,38399 trong đó chỉ số thấp nhất ứng với chip được phát đầu tiên của khung vô tuyến 10 ms. Trường hợp mã ngắn được sử dụng ta có: Sr-msg,n(i) = Cshort,n(i), i = 0,1,.., 38399. Mã tiền tố của PCPCH cũng giống như trường hợp PRACH. b. Mã ngẫu nhiên hoá tiền tố điều khiển công suất Mã này giống như mã cho phần bản tin của PCPCH. Điều chế đường lên Điều chế đường lên phải được thiết kế để đạt được hiệu suất khuếch đại của UE lớn nhất và hoặc giảm nhiễu âm thanh do UE gây ra. Chuỗi chip giá trị phức được điều chế QPSK như sau: Hình 2.30. Điều chế kênh vật lý đường lên Định kênh và trải phổ kênh vật lý đường xuống Định kênh và trải phổ kênh vật lý đường xuống Trên đường xuống QPSK được lựa chọn cùng với ghép kênh theo thời gian cho các luồng số liệu và điều khiển. Nhiễu âm thanh không xảy ra khi phát không liên tục DTX ở đường xuống vì các kênh điều khiển được phát liên tục. Cùng với một số mã được phát đồng thời ở đường xuống nên không cần thiết việc tối ưu hoá tỷ số công suất đỉnh /công suất trung bình PAR (Peak to Average). Ngoài ra, dành riêng một mã cho việc phát DPCCH sẽ dẫn đến việc sử dụng mã tài nguyên không tốt khi cần nhiều truyền dẫn từ một nguồn. Vì các nhánh I và Q có công suất như nhau nên thao tác ngẫu nhiên hoá sẽ không đưa ra được sự khác biệt về thay đổi đường bao tương tự như ở đường lên. Phát không liên tục được thực hiện bằng cách bật/ tắt. Trải phổ đường xuống được thực hiện bằng các mã định kênh giống như đường lên. Nhiều người sử dụng sẽ dùng chung một cây mã ở một mã ngẫu nhiên hoá duy nhất. Thông thường chỉ có một mã ngẫu nhiên hoá nên chỉ có một cây mã cho một đoạn ô. Các kênh riêng và kênh chung chia sẻ một tài nguyên cây mã. Chỉ có một ngoại lệ đối với các kênh vật lý: kênh đồng bộ SCH (Synchronization Channel) không sử dụng mã ngẫu nhiên đường xuống. Trên đường xuống hệ số trải phổ kênh riêng không thay đổi theo khung: sự thay đổi tốc độ số liệu được thích ứng bằng thao tác thích ứng tốc độ hay phát không liên tục DTX (tắt phát trong một khe). Chỉ có một trường hợp đặc biệt là kênh dùng chung đường xuống DSCH có hệ số trải phổ thay đổi theo khung. Kênh vật lý chưa được trải phổ gồm có một chuỗi các ký hiệu giá trị nhận thực nhận giá trị “+1”, “-1”, “0” trừ kênh AICH. Trong đó “0” chỉ thị phát không liên tục DTX. Kênh AICH các giá trị của ký hiệu phụ thuộc vào tổ hợp của các chi thị bắt được phát. Mỗi cặp ký tự liên tiếp được bộ biến đổi song song vào nối tiếp (S/P) và được sắp xếp theo lên các nhánh I (ký hiệu chẵn) và Q (ký hiệu lẻ). Các kênh (trừ kênh AICH) có ký hiệu số “0” được định nghĩa như là ký hiệu đầu tiên cho mỗi khung. Còn kênh AICH thì ký hiệu số “0” được định nghĩa như là ký hiệu đầu tiên trong mỗi khe thời gian truy nhập. Sau đó các nhánh I và Q được trải phổ đến tốc độ chip bằng bằng cùng một mã định kênh Cch,SF,m. Các chuỗi giá trị thực ở các nhánh I và Q sau đó được xử lý như là một chuỗi chip giá trị phức. Chuỗi chip này được ngẫu nhiên hoá (nhân phức theo vị trí chip bằng một chuỗi ngẫu nhiên giá trị phức Sdl,n). Đối với P-CCPCH mã ngẫu nhiên hoá được đồng bộ với biên giới khung của P-CCPCH, nghĩa là chip phức đầu tiên của khung P-CCPCH đã trải phổ được nhân với chip số không của mã ngẫu nhiên hoá. Đối với các kênh đường xuống khác mã ngẫu nhiên được đồng bộ với mã ngẫu nhiên cấp cho P-CCPCH. Trong trường hợp này mã ngẫu nhiên không nhất thiết phải đồng bộ với biên giới của khung kênh vật lý mà nó thực hiện ngẫu nhiên. Định kênh và trải phổ cho kênh SCH Kênh đồng bộ đường xuống SCH là trường hợp đặc biệt của kênh vật lý không thể nhìn thấy ở lớp trên. Nó chứa hai kênh: kênh SCH sơ cấp và thứ cấp . Máy đầu cuối cần sử dụng kênh này để tìm các ô. Các kênh này không chịu sự khống chế của mã ngẫu nhiên hoá đặc thù ô. Đầu cuối phải có khả năng đồng bộ với ô trước khi biết được mã ngẫu nhiên đường xuống. SCH sơ cấp chứa từ mã 256 chip như nhau cho tất cả các ô. Kênh SCH được phát không điều chế mã. Từ mã được kết cấu từ các chuỗi có độ dài ngắn hơn: 16 chip để tối ưu phần cứng đầu cuối. Các từ mã SCH thứ cấp là các chuỗi tương tự nhưng khác nhau ở các BS khác nhau. 16 chuỗi này được sử dụng để tạo ra 64 từ mã khác nhau cho phép nhận dạng 64 nhóm mã mà BS trực thuộc. Các từ mã SCH chưa điều chế để chỉ thị việc sử dụng phân tập phát vòng kín trên kênh BCH. Bản thân SCH có thể sử dụng phân tập phát chuyển theo thời gian TSTD và đây là kênh duy nhất ở UTRA FDD sử dụng TSTD. Ngẫu nhiên hoá kênh vật lý đường xuống Hình 2.31. Cấu hình của bộ tạo mã ngẫu nhiên đường xuống Ngẫu nhiên hoá đường xuống sử dụng các mã dài: các mã Gold giống như mã đường lên. Mã ngẫu nhiên giá trị phức được tạo ra từ một mã duy nhất bằng cách tạo trễ giữa các nhánh I và Q. Chu kỳ mã được cắt ngắn. Các chuỗi mã ngẫu nhiên được cấu trúc bằng cách kết hợp hai chuỗi thực vào một chuỗi phức. Mỗi chuỗi thực được kết cấu bằng cách cộng modun 2 theo vị trí của các đoạn 38400 chip của hai chuỗi nhị phân được tạo ra từ các đa thức tạo mã bậc 18. Kết quả nhận được các đoạn của tập các chuỗi mã Gold. Các mã ngẫu nhiên được lặp lại cho các khung vô tuyến 10ms. Sơ đồ khối tổng quát trải phổ và điều chế kênh vật lý đường xuống Sơ đồ khối tổng quát trải phổ kênh vật lý đường xuống trừ kênh SCH được cho trong hình 2.32. Sơ đồ điều chế cho đường xuống tương tự như cho đường lên. Trước hết mỗi cặp ký tự liên tiếp được biến đổi S/P và được sắp xếp lên nhánh I (ký hiệu chẵn) và Q (ký hiệu lẻ). Sau đó các nhánh I, Q được trải phổ đến tốc độ chip bằng cùng một mã định kênh Cch,SF,m . Các chuỗi chip giá trị phức ở nhánh I, Q được ngẫu nhiên hoá bằng một chuỗi ngẫu nhiên giá trị phức Sdl,n. Hình 2.32. Sơ đồ khối trải phổ kênh vật lý đường xuống trừ SCH Hình 2.33 cho thấy cách kết hợp các kênh đường xuống khác nhau. Mỗi kênh sau trải phổ giá trị phức được đánh trọng số bởi hệ số Gi . Các kênh giá trị phức P-SCH và S-SCH được đánh trọng số bởi các thừa số Gp và Gs . Sau đó tất cả các kênh đường xuống được kết hợp với nhau bằng cách cộng phức Ở đường xuống chuỗi chip giá trị phức sau trải phổ được điều chế QPSK như cho ở hình 2.33. Hình 2.33. Sơ đồ khối ghép kênh vật lý đường xuống Mã hoá kênh và dồn kênh dịch vụ Mã hoá kênh và ghép xen cho các dịch vụ người sử dụng WCDMA sử dụng ba lớp dịch vụ cơ bản tương ứng với các phương pháp mã hoá FEC: Các dịch vụ chuẩn chỉ sử dụng mã hoá xoắn. Các dịch vụ chất lượng cao có sử dụng thêm mã hoá Reed-Solomon. Các dịch vụ có phương pháp mã hoá riêng, tức là các dịch vụ mà lớp 1 WCDMA không sử dụng một phương pháp mã hoá định trước nào. Hình 2.34. Các phương pháp mã hoá FEC cơ bản cho WCDMA Mã hoá/ghép xen trong (inner coding/interleaving): Mã hoá xoắn trong có tốc độ r = 1/3 hoặc 1/2 (khi đòi hỏi tốc độ bit cao). Đa thức tạo mã có dạng như bảng sau: Đa thức tạo mã trong WCDMA Tốc độ Chiều dài K Đa thức tạo mã 1 Đa thức tạo mã 2 Đa thức tạo mã 3 Khoảng cách tự do 1/3 9 557 663 711 18 1/2 9 561 753 Không dùng 12 Sau khi mã hoá xoắn, dữ liệu sẽ được ghép xen, phương thức ghép xen phụ thuộc vào yêu cầu về độ trễ của dữ liệu: đối với các dịch vụ có độ trễ thấp, hệ thống sẽ thực hiện ghép xen trong bản thân khung 10 ms; đối với các dịch vụ có độ trễ cao hơn, hệ thống có thể thực hiện ghép xen giữa các khung với số lượng 15 khung (150ms) cho một lần ghép. Mã hoá/ghép xen ngoài (outer coding/interleaving): Việc mã hoá ngoài sử dụng mã hoá RS với r = 4/5 trên 28 mức ký tự symbol. Sau khi mã hoá ngoài, tín hiệu sẽ được ghép xen giữa các khung. Dồn kênh dịch vụ Một kết nối có thể chứa nhiều dịch vụ được dồn kênh thời gian với nhau. Việc dồn kênh thời gian có thể được thực hiện trước hoặc sau khi mã hoá trong hoặc mã hoá ngoài. Hình 2.35. Dồn kênh dịch vụ trong WCDMA Sau khi được dồn kênh dịch vụ, dữ liệu sẽ được gán vào một hoặc nhiều kênh DPDCH. Hệ thống cũng có thể xử lý tách biệt các dịch vụ bằng cách thực hiện mã hoá/ghép xen riêng biệt cho từng dịch vụ và gán các dịch vụ này vào các kênh DPDCH riêng biệt. Với phương thực này, có thể thực hiện điều khiển công suất và chất lượng các dịch vụ một cách riêng biệt. Hình 2.36. Dồn kênh dịch vụ tách biệt trong WCDMA Biến đổi tốc độ bit Sau khi mã hoá kênh và dồn kênh dịch vụ, tốc độ bit của dữ liệu sẽ được thay đổi bằng với một giá trị trong tập tốc độ chuẩn của kênh vật lý dành riêng. Đường lên và đường xuống sử dụng các phương pháp thay đổi tốc độ bit khác nhau. Ở đường lên, việc thay đổi tốc độ bit được dựa trên phương pháp lặp không cân bằng hoặc chèn/bớt mã. Phương pháp chèn/bớt mã được sử dụng đối với các tốc độ bit có độ sai khác 20% so với tốc độ chuẩn. Trong các trường hợp khác, hệ thống sử dụng lặp không cân bằng để đạt được tốc độ chuẩn gần với tốc độ bit hiện tại nhất. Ở đường xuống, việc thay đổi tốc độ bit dựa trên phương pháp lặp hoặc chèn/bớt mã chỉ được thực hiện đối cho tốc độ cao nhất của kết nối có tốc độ bit thay đổi hoặc cho các kết nối đối có tốc độ bit cố định. Đối với các tốc độ bit thấp, hệ thống sẽ thực hiện lặp và chèn/bớt mã, đồng thời sử dụng phương pháp phát không liên tục, tức là chỉ có một phần của khe thời gian được sử dụng để phát. Phương pháp này được sử dụng để làm đơn giản hoá việc truyền dữ liệu với tốc độ không biết trước. Điều khiển công suất và chuyển giao trong WCDMA Bắt đồng bộ mạng Tại thời điểm bật nguồn, MS sẽ sử dụng kênh SCH sơ cấp để đồng bộ khe thời gian với trạm gốc nào có công suất phát lớn nhất. Sau đó, bằng kênh SCH thứ cấp, MS thực hiện đồng bộ khung và xác định nhóm mã của trạm gốc bằng cách tương quan hoá tín hiệu thu được tại vị trí của mã đồng bộ thứ cấp với 16 khả năng có thể của mã đồng bộ thứ cấp này. Để đạt được đồng bộ khung, 16 chuỗi giải điều chế phải tương quan với 16 mã dịch theo chu kỳ của chuỗi điều chế kênh SCH thứ cấp, tạo ra tổng số 256 giá trị tương quan khác nhau. Bằng cách xác định cặp mã/dịch pha có độ tương quan lớn nhất, MS sẽ xác định được nhóm mã và khung đồng bộ. Sau đó, MS sẽ xác định mã scrambling mà trạm gốc sử dụng bằng cách thực hiện tương quan theo symbol của kênh CCPCH với tất cả các mã scrambling trong nhóm mã đã được xác định trước đó. Sau khi xác định được mã scrambling, MS có thể xác định được kênh CCPCH sơ cấp, thực hiện đồng bộ đa khung và đọc các thông tin trên kênh BCCH. Điều khiển công suất Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là vấn đề rất quan trọng. Vì các người sử dụng dùng chung một tần số tại cùng một thời điểm nên một người sử dụng không được phát một công suất cao đến mức các người sử dụng khác bị lấn át. Chẳng hạn, nếu một người sử dụng gần trạm gốc phát cùng công suất với một người sử dụng ở biên giới ô thì tại trạm gốc tín hiệu từ người sử dụng gần đó sẽ lớn đến mức nó