Mô hình lớp vật lý CDMA2000 kênh xuống

t) A.sin(ω0t) c2(t-Td) Hình 14:Sơ đồ khối điều chế 30 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Y(t) ={A.d(t-Td).c1(t-Td).cos (ω0(t-Td)) + A.d(t-Td).c2(t-Td).sin(ω0(t-Td))+ n(t) }.c1(t- T’d).2 sin((ω0 + ωif).(t- Td )+ φ) (3) Nếu bỏ qua thành phần tạp âm và ngẫu nhiên ta thu được: X(t) = {A.d(t-Td).c1(t-Td).cos (ω0(t-Td)) + + A.d(t-Td).c2(t-Td).sin(ω0(t-Td)) }. c1(t-T’d).2cos((ω0 + ωif).(t- Td )) (4) Y(t) ={A.d(t-Td).c1(t-Td).cos (ω0(t-Td)) + + A.d(t-Td).c2(t-Td).sin(ω0(t-Td)) }. c1(t-T’d).2sin((ω0 + ωif).(t- Td ) (5) Giả sử mã trải phổ phía thu đồng bộ với phía phát tức là Td =T’d thì: c1(t – Td).c1(t – Td’) = c2(t – Td).c2(t – Td’) =1 (6) Ngoài ra đây là hai mã ngẫu nhiên độc lập nên: c1(t – Td). c2(t – Td’) = c1(t – Td’). c2(t – Td) = 0 (7) Với giả thiết đó ta nhận được phương trình như sau: X(t) = A.d(t-Td). cos (ω0(t-Td). 2 cos((ω0 + ωif).(t- Td )) = A.d(t-Td).{cos((2ω0 + ωif).(t- Td )) + cos(ωif(t- Td ))} (8) c1(t-Td) c2(t-Td) 2cos [ (ω0+ωif)t+φ] 2sin [(ω0+ωif)t+φ] Y(t) ∑ Lọc thông dải Bộ giải điều chế fa X(t) Dữ liệu Hình 15:Sơ đồ khối giải điều chế 31 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Y(t) =A.d(t-Td). sin(ω0(t-Td). 2sin((ω0 + ωif).(t- Td )) = A.d(t-Td).{- cos((2ω0 + ωif).(t- Td )) + cos(ωif(t- Td ))} Tín hiệu ở đầu bộ cộng là : X(t) + Y(t) = 2A.d(t – Td). cos(ωif(t- Td )) Sau khi cho qua bộ lọc ta nhận được dữ liệu ban đầu. 2.3. Mã giả tạp âm và mã Walsh. 2.3.1. Tìm hiểu dãy mã PN: Trong các hệ thống CDMA mã giả ngẫu nhiên có tác dụng là trải phổ của tín hiệu điều chế thành tín hiệu có băng tần lớn hơn rồi truyền đi, và phân biệt những người dùng khác nhau trong một băng tần truyền dẫn chung. Mã PN không phải là ngẫu nhiên mà chúng là dãy xác định và có chu kì. Trong các hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp(DSSS) dạng sóng của trải phổ giả tạp âm là một hàm thời gian của một chuỗi PN. Các chuỗi này có biểu hiện rất giống các chuỗi ngẫu nhiên đối với người quan sát bình thường tuy nhiên chúng phải được tạo ra một cách xác định, có chu kì xác định để thực hiện trao đổi thông tin hữu ích trên đường thông tin trải phổ. Để đạt được điều đó các mã trải phổ phải có những thuộc tính sau: • Tính cân đối: Trong một chu kì của dãy, số lượng các bit ‘1’ và ‘0’ khác nhau nhiều nhất là 1, hay xác suất xuất hiện số bit ‘1’ và ‘0’ là như nhau. • Tính chạy: Một bước chạy là một dãy các số 1 liên tiếp hoặc các số 0 liên tiếp. Độ dài của bước chạy là số bít trong bước chạy. Trong tất cả các bước chạy của một chu kì chuỗi, để thoả mãn tính chạy cần có 1/2 số bước chạy có độ dài là 1, 1/4 số bước chạy có độ dài là 2, 1/8 số bước chạy có độ dài là 3 tổng quát có 1/2r bước chạy có độ dài là r vơi r < n-1 và 1/2n-1 bước chạy có độ dài n với n là số phần tử nhớ. • Tính tương quan: 32 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Khi so sánh theo kiểu số hạng:so sánh số hạng của một dãy với chính dãy ấy nhưng bị dịch đi. Dãy có tính tương quan tôt nếu như số hạng giống nhau khác số số hạng khác nhau không quá một chỉ số đếm. 2.2.3. Mã Walsh Các kênh CDMA hướng đi và về được trải phổ trực giao bởi hàm Walsh. Có 64 hàm Walsh trực giao với nhau, mỗi hàm Walsh có chu kì 64 bit và là một trong 64 hàng của ma trận Hadamard 64. ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡= HH HHH mm mm m2 H1 =0, m=0; H2 = ; m=1; ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 10 00 H4 = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ HH HH 22 22 = ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ 0110 1100 1010 0000 ... Tiếp tục như vậy ta được ma trân H64. Các từ mã Hadamard mang tính trực giao. 64 hàng của từ mã Hadamard là 64 hàm Walsh. 2.4. Các kênh trong CDMA2000 2.4.1. Lớp vật lý Lớp vật lý đảm bảo cung cấp các dịch vụ mã hoá và các dịch vụ điều chế cho một tập các kênh logic được sử dụng bởi phân lớp QoS và MUX của PLDCF. Các kênh vật lý được phân loại như sau: • Các kênh vật lý đường xuống/đường lên (F/R-DPHCH) là tập hợp tất cả các kênh vật lý mang thông tin theo cách chuyên dụng, điểm -tới- điểm giữa BS và một MS 33 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống • Các kênh vật lý chung đường xuống /đường lên (F/R-CPHCH) là tập hợp tất cả các kênh vật lý mang thông tin theo cách chia sẻ truy nhập, điểm tới đa điểm giưã BS và nhiều MS Hoa tiêu bổ trợ riêng (F-DAPICH) Hình 17: Các kênh đường xuống lớp vật lý CDMA2000 Kênh ấn định chung (F-CACH) Hoa tiêu (F-PICH) Tìm gọi (F-PCH) Trạm gốc MS Bổ xung (F-CSH) Cơ sở (F-FCH) Đồng bộ (F-SYNC) Tìm gọi nhanh (F-QPCH) Mã Bổ xung (F-CSH) Quảng bá (F-BCH) Điều khiển riêng (F-DCCH) Hoa tiêu phân tập phát bổ trợ(FATDPICH) Điều khiển công suất chung(F- CPCCH) Hoa tiêu phân tập phát(F-TDPICH) Điều khiển chung (F-CCCH) 34 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống F-DPHCH F-TDPICH Kênh hoa tiêu phân tập phát đường xuống* F-PICH Kênh hoa tiêu đường xuống F-ATDPICH Kênh điều khiển riêng đường xuống F-CCHT (Kênh vật lý chung đường xuống) (Loại kênh chung đường xuống) F-PCH Kênh tìm gọi F-SYCH Kênh đồng bộ F-QPCH Kênh tìm gọi nhanh* F-CACH Kênh ấn định chung đường xuống* F-BCH Kênh quảng bá đường xuống* F-CCCH Kênh điều khiển chung đường xuống F-CPCCH Kênh điều khiển công suất chung đường xuống* * Là loại kênh mới có trong cdma2000 Hình 18:Tổng quan các kênh vật lý chung CDMA2000 – Kênh xuống F-DPHCH (Kênh vật lý riêng đường xuống) F-DPHCH Kênh điều khiển riêng đường xuống F-DPHCH (Loại kênh bổ xung đường xuống ) F-SCH 1 Kênh bổ xung đường xuống-1* F-SCCH 0 Kênh bổ xung đường xuống -0 F-SCH 2 Kênh bổ xung đường xuống-2* * Là loại kênh mới cho cdma2000 . . . . F-SCCH 7 F-FCH Kênh bổ xung đường xuống F-DAPICH Kênh hoa tiêu bổ trợ riêng đường xuống* Hình 19:Tổng quan các kênh vật lý dành riêng cdma2000 đường xuống 35 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống 2.4.2. Quy ước đặt tên kênh Kênh vật lý được ký hiệu bằng các chữ hoa.Giống như kênh lôgic chữ đầu chỉ thị phương của kênh (lên hay xuống). Bảng 3.2 dưới đây cho thấy qui ước ký hiệu và ý nghĩa của tất cả các kênh vật lý trong cdma 2000 Bảng 3.2.Qui ước ký hiệu kênh vật lý Tên kênh Kênh vật lý F/R-FCH Kênh cơ bản đường xuống/lên (Forward/Reverse Fundamental Channel) F/R-SCH Kênh bổ sung đường xuống/lên (Forward/Reverse Supplemental Channel) F/R-DCCH Kênh điều khiển đường xuống/lên (Forward/Reverse Dedicated Control Channel) F-PCH Kênh tìm gọi đường xuống (Forward Paging Channel) R-ACH Kênh truy nhập đường lên (Reverse Access Channel) F/R-CCCH Kênh điều khiển chung đường xuống /lên (Forward/Reverse Common Control Channel) F-DAPICH Kênh hoa tiêu phụ riêng đừơng xuống (Forward Dedicated Auxiliary Pilot Channel) F-CAPICH Kênh hoa tiêu phụ chung đường xuống (Forward Common Auxiliary Pilot Channel) F/R-PICH Kênh hoa tiêu đường xuống/ lên 36 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống (Forward/Reverse Pilot Channel) 2.4.3. Các kênh vật lý liên kết đường xuống Các kênh đường xuống mang thông tin giữa BS và một MS đặc thù; các kênh chung mang thông tin từ BS tới một tập MS theo cách từ điểm -tới- đa điểm Bảng 4: Các kênh đường xuống Kênh vật lý Kí hiệu kênh Kênh hoa tiêu đường xuống F-PICH Kênh tìm gọi đường xuống F-PCH Kênh đồng bộ đường xuống F-SYNC Kênh điều khiển chung đường xuống F-CCCH Kênh tìm gọi nhanh đường xuống F-QPCH Kênh hoa tiêu phân tập phát đường xuống F- TDPICH Kênh hoa tiêu phân tập phát phụ đường xuống F- ATDPICH Kênh điều khiển công suất chung đường xuống F- CPCCH Kênh ấn định chung đường xuống F-CACH Các kênh vật lý chung đường xuống Kênh quảng bá đường xuống F-BCH Kênh hoa tiêu phụ dành riêng F- 37 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống đường xuống DAPICH Kênh điều khiển dành riêng ường xuống đ Các kênh vật lý dành riêng đường xuống F-DCCH Các kênh lưu lượng đường xuống Cơ bản Bổ xung Mã bổ xung F-FCH F-SCH F-SCCH Lớp vật lý CDMA2000 có 6 loại kênh riêng đường xuống: • F-FCH: Kênh cơ bản đường xuống. • F-DCCH: Kênh điều khiển dành riêng đường xuống. • F-SCH: Kênh bổ xung đường xuống. • F-SCCH: Kênh mã bổ xung đường xuống. • F-CPCCH: Kênh điều khiển công suất chung đường xuống. • F-DAPICH: Kênh hoa tiêu phụ dành riêng đường xuống. Kênh lưu lượng đường xuống (F-TCH) cung cấp và đặc tính lớp vật lý khác nhau (tốc độ trải phổ, điều chế kênh, tốc độ mã hoá, độ dài hàm Walsh và tập các tốc độ phát). Các đặc tính này được biểu thị bởi một tham số gọi là cấu hình vô tuyến (RC). Tham số này nhận dạng duy nhất các đặc tính lớp vật lý của F-TCH. Tốc độ số liệu(kbps), FEC, RC Loại kênh SR1 SR3 Kênh đồng bộ (F-SYNC) 1.2; mã chập,r = 1/2 1.2; mã chập; r = 1/3 Kênh nhắn tin(F-PCH) 9.6 và 4.8; Mã chập;r = ½ 38 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Kênh quảng bá(F-BCH) 19.2 (khe 40ms); 9.6(khe 80ms) hoặc 4.8 (khe 160ms); mã chập, r = 1/2 19.2 (khe 40ms); 9.6(khe 80ms) hoặc 4.8 (khe 160ms); mã chập, r = 1/3 Kênh nhắn tin nhanh(Q- PCH) 4.8 hoặc 2.4 4.8 hoặc 2.4 (MC) Kênh điều khiển công suất chung (F-CPCCH) 9.6 14.4 Kênh ấn định chung(F- CACH) 9.6; mã chập; r = 1/2 9.6; mã chập ; r = 1/3 Kênh điều khiển chung đường xuống (F-CCCH) 38.4(khung 5 -10 hoặc 20ms),19.2(khung 10 hoặc 20 ms) 9.6 khung 20 ms, mã chập,r=1/4 hoặc ½ 38.4(khung 5 -10 hoặc 20ms),19.2(khung 10 hoặc 20 ms) 9.6 khung 20 ms, mã chập,r=1/3 Kênh điều khiển dành riêng đường xuống (F- DCCH) 9.6 (RC3 hoặc RC4); 14.4(khung 20ms) hoặc 9.6 (khung 5ms)(RC5) mã chập r=1/4 (RC3 hoặc RC5) r = 1/2 (RC4) 9.6(RC6 hoặc RC7);14.4 (khung 20ms ); 9.6 (khung 5ms)(RC8 hoặc RC9); mã chập, r = 1/6 (RC6), r = 1/3 (RC7), r=1/4 (RC8,20ms) r=1/3(RC8,5ms) r = 1/2 (RC9,20ms), r = 1/3 (RC9,5ms) RC1 và RC2 cung cấp khả năng tương thích 3G 1x với 2G cho nên một ô phục vụ cho máy di động 3G 1x cũng có thể phục vụ máy di động 2G. RC3, hoặc RC4 và RC5 hỗ trợ cho công nghệ 2G. RC3 có bộ giải mã mạnh hơn RC4 và yêu cầu Eb/Nt thấp hơn nên tăng dung lượng thoại đường xuống. Tuy nhiên, RC4 cung cấp gấp đôi dung lượng mã Walsh so với RC3. Với các ứng dụng thoại, RC3 và RC4 cung cấp công nghệ 3G cho bộ mã hoá tiếng 8kbps và RC5 hỗ trợ bộ mã hoá tiếng 13kbps. Các loại kênh liên kết đường xuống cho bởi bảng sau đây: 39 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Số kênh tối đa Loại kênh SR1 SR3 Kênh hoa tiêu chung đường xuống(F-PICH) 1 1 Kênh hoa tiêu phân tập phát đường xuống(F-TDPICH) 1 1 Kênh hoa tiêu phân tập phát phụ đường xuống(F- ATDPICH) - - Kênh hoa tiêu phụ đường xuống(F-APICH) - - Kênh đồng bộ đường xuống(F-SYNC) 1 1 Kênh nhắn tin đường xuống(F-PCH) 7 0 Kênh quảng bá đường xuống (F-BCH) - - Kênh nhắn tin nhanh đường xuống (F-QPCH) 3 3 Kênh điều khiển công suất chung đường xuống(F-CPCCH) 7 7 Kênh ấn định chung đường xuống(F-CACH) 7 7 Kênh điều khiển chung đường xuống(F-CCCH) 7 7 7 kênh điều khiển dành riêng đường xuống (F-DCCH) 1* 1* Kênh cơ bản đường xuống(F-FCH) 1* 1* Kênh mã bổ xung đường xuống(F-SCCH)( chỉ có RC1và RC2) 7* 0 Kênh bổ xung đường xuống(F-SCH)(chỉ có RC3 đến RC5) 2* 2* (* ứng với mỗi kênh đường xuống) 40 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Cấu hình vô tuyến đường xuống của cuộc gọi thoại 3G 1x sắp xếp tương ứng với một cấu hình đường lên duy nhất. Sự sắp xếp các cấu hình này cho bảng dưới đây RC đường xuống RC đường lên Bộ mã hoá thoại(kbps) RC1 RC1 8 RC2 RC2 13 RC3 RC3 8 RC4 RC3 8 RC5 RC5 13 2.4.4.1. kênh hoa tiêu đường xuống(F-PICH) Đây là kênh phát quảng bá liên tục để cung cấp thông tin định thời và pha. Hoa tiêu chung là 1 chuỗi 0 trước khi trải phổ bằng hàm Walsh 0. F-PICH được dùng chung cho tất cả các kênh lưu lượng và được sử dụng để: -Đánh giá khuếch đại kênh và pha. -Phát hiện các tia đa đường để ấn định các ngón của RAKE tới đa đường mạnh nhất. -Bắt ô và chuyển giao. Bằng kênh hoa tiêu chung, có thể phát tín hiệu hoa tiêu mà không cần thông tin bổ sung cho từng người sử dụng. Hệ thống sử dụng hoa tiêu chung có thể đạt được hiệu quả cao hơn hệ thống sử dụng hoa tiêu cho từng người sử dụng. Đối với lưu lượng thoại, hoa tiêu chung có thể đảm bảo đánh giá kênh tốt hơn và cần ít thông tin bổ sung hơn, vì thế cải thiện được chất lượng thu. Ngoài ra nó có thể đảm bảo tìm kiếm tốt hơn và hoạt động chuyển giao tốt hơn. 41 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống 2.4.4.2. Kênh đồng bộ đường xuống (F-SYNC) Kênh này được các MS trong vùng phủ sóng của BS sử dụng để bắt đồng bộ lúc đầu và xác định vị trí kênh tìm gọi.Có 2 kiểu kênh F-SYNC: F-SYNC chia sẻ và F-SYNC băng rộng. F-SYNC chia sẻ đảm bảo dịch vụ cho cả 2 IS-95B và cdma2000 khi sử dụng F-SYNC ở kênh IS-95B bị chống lấn. Chế độ này chỉ áp dụng cho hệ thống chồng lấn. F-SYNC băng rộng được điều chế trên toàn bộ băng rộng. F-SYNC được điều chế như 1 kênh riêng trong kênh vật lí chung đường xuống. Chế độ này áp dụng cho cả cấu hình chồng lấn và không chồng lấn. 2.4.4.3. Kênh tìm gọi đường xuống Chuyển đổi mức tín hiệu 0->+1 1->-1 Độ tăng kênh xI XQ Kênh hoa tiêu(toàn 0) Mã hoá xoắn R=1/2,k=9 Lặp kí hiệu (nhân hệ số 2) Đan xen khối(384 kí hiệu) Chuyển đổi mức tín hiệu 0->+1 1->-1 Độ tăng kênh xI XQ Các bit kênh đồng bộ 32 bit trong mỗi khung 26.666ms tốc độ dữ liệu 1.2kbps Mã hoá xoắn R=1/2,k=9 Lặp kí hiệu (nhân hệ số 2) Đan xen khối(384 kí hiệu) Chuyển đổi mức tín hiệu 0->+1 1->-1 Độ tăng kênh xI XQ Decimator Bộ tạo mã dài mặt nạ mã dài cho kênh tìm gọi Các bit kênh tìm gọi số bit/20ms tốc độ dữ liệu kbps 96 4.8 192 9.6 0 0 0 Hình :Kênh CPHCH của hệ thống CDMA2000 ứng với SR1 20 Kênh F-CPHCH của CDMA2000 ứng với SR1 42 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Hình 21: Kênh F-CPHCH của CDMA2000 ứng với SR3 Hệ thống CDMA2000 có thể có nhiều kênh tìm gọi trên một trạm gốc. Một kênh tìm gọi dùng để gửi các thông tin điều khiển và bản tin tìm gọi từ trạm gốc tới các máy di động mà nó hoạt động ở tốc độ 9.6kbps hoặc 4.8kbps(giống như ở IS-95). F-PCH mang bản tin bổ xung(overhead), tìm gọi, công nhận, ấn định kênh, yêu cầu trạng thái cập nhật số liệu bảo mật dùng chung SSD(shared secret data) từ trạm gốc tới máy di động. Hình trên biểu thị F-CPHCH (F-PICH, F-SYNC và F-PCH) 2.4.4.4. Kênh điều khiển chung đường xuống (F-CCCH) F-CCCH là một kênh dùng chung trong thông tin lớp 3 và các bản tin điều khiển truy nhập phương tiện từ trạm gốc tới một hay nhiều máy di động. Các cỡ khung cho F-CCCH có thể là 5 ms, 10 ms và 20 ms tuỳ thuộc vào môi trường hoạt động. Nó giống như F-PCH ở tốc độ 9.6kbps (khung 20ms) 2.4.4.5. Kênh hoa tiêu phụ đường xuống (F-APICH) Kênh này được sử dụng với các ứng dụng định dạng bup anten để tạo ra các bup hẹp. Các bup hẹp có thể sử dụng để tăng vùng phủ trong một vùng địa lý đặc thù để tăng dung Chuyển đổi mức tín hiệu 0 -> +1 1-> -1 Độ tăng kênh Kênh hoa tiêu( toàn 0) XI XQ a) Kênh hoa tiêu Mã hoá xoắn R=1/2 K = 9 Lặp kí hiệu (nhân hệ số 2) Đan xen khối Các bit kênh đồng bộ 32 bit trong mỗi khung 26,666ms tốc độ dữ liệu1.2kbps Chuyển đổi mức tín hiệu 0 -> +1 1-> -1 Độ tăng kênh XI XQ Sóng mang i ( i=1,2 hoặc 3) cho kênh đồng bộ YQi lập toàn 0 cho tất cả sóng mang khác kí hiệu điều chế 4.8kbps b) Kênh đồng bộ 43 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống lượng cho một vùng nóng. F-APICH có thể được dùng chung giữa nhiều máy di động trong cùng một bup hẹp. Hoa tiêu phụ được ghép kênh mã hoá với các kênh đường xuống khác và chúng sử dụng mã Walsh trực giao. Khi một kênh hoa tiêu chung không chứa số liệu (toàn 0) một kênh hoa tiêu phụ có thê sử dụng chuỗi Walsh dài hơn để làm giảm thiếu các mã Walsh trực giao hiện có cho kênh lưu lượng. Cũng có thể sử dụng kênh hoa tiêu phụ cho phân tập phát trực giao ở đường xuống trải phổ trực tiếp. Hơn nữa, nếu hệ thống CDMA sử dụng dàn anten riêng để tạo ra bup có hướng hoặc bup hẹp thì cần cung cấp một kênh hoa tiêu đường xuống riêng cho việc đánh giá kênh. 2.4.4.6. Kênh quảng bá đường xuống (F-BCH) Đây là một kênh tìm gọi được giành riêng để mang các bản tin mào đầu và các bản tin quảng bá SMS. Các bản tin mào đầu được chuyển từ kênh tìm gọi đến một kênh quảng bá riêng. Điều này cải thiện thời gian khởi tạo của máy di động và hoạt động truy nhập hệ thống. Đồng thời, tăng dung lượng tìm gọi bằng cách giảm bản tin trên F-PCH. F-BCH có một mã Walsh cố định, mã này được thông báo cho máy di động trên kênh F-SYNC. 2.4.4.7. Kênh tìm gọi nhanh (QPCH) Đây là một loại kênh tìm gọi mới được trạm gốc sử dụng khi cần liên lạc với một máy di động ở chế độ chia khe. Nó giảm thời gian cần thiết để đánh thức một máy di động, dẫn đến cần tăng tuổi thọ của pin cho máy di động. QPCH sẽ chứa các bản tin tìm gọi nhanh, bản tin một bit để chỉ thị máy di động ở chế độ chia khe theo dõi khe được gán của nó trên kênh tìm gọi theo sau ngay nó. Bản tin tìm gọi nhanh được gửi đi trước 80ms trước khi bản tin tìm gọi báo cho máy di động theo dõi kênh tìm gọi. QPCH sử dụng điều chế khác nên nó xuất hiện như một kênh vật lý khác. 2.4.4.8. Kênh hoa tiêu phụ riêng đường xuống (F-DAPICH) Có thể tạo ra một kênh hoa tiêu phụ tuỳ chọn cho một máy di động riêng. F- DAPICH được sử dụng với các ứng dụng định dạng bup anten và kĩ thuật định hướng bup để tăng vùng phủ hoặc tăng tốc độ số liệu cho một máy di động riêng 2.4.4.9. Kênh điều khiển công suất chung đường xuống (F-CPCCH) F-CPCCH phát đi các bit điều khiển công suất tới nhiều máy di động. Các máy di động sử dụng kênh này trong chế độ truy nhập điều khiển công suất hay truy nhập dành riêng. 44 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống 2.4.4.10. Kênh hoa tiêu phân tập phát đường xuống (F-TDPICH) F-TDPICH là một tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp, không điều chế được trạm gốc phát liên tục để hỗ trợ phân tập phát đường xuống. Kênh hoa tiêu và kênh hoa tiêu phân tập phát cung cấp sự tham khảo về pha để giải điều chế nhất quán cho các kênh CDMA đường xuống có sử dụng phân tập phát. 2.4.4.11. Kênh ấn định chung đường xuống (F-CACH) Trạm gốc sử dụng kênh F-CACH để xác nhận một máy di động đang truy nhập kênh truy nhập tăng cường và để phát địa chỉ của kênh R-CCCH và kênh con điều khiển công suất chung liên kết trong trường hợp chế độ riêng. 2.4.4.12. Kênh hoa tiêu phân tập phát phụ đường xuống (F-ATDPICH) F-ATDPICH được liên kết với kênh hoa tiêu phụ; cả kênh hoa tiêu phụ và kênh phân tập phát phụ cung cấp sự tham khảo về pha để giải điều chế nhất quán cho các kênh đường xuống được liên kết với kênh hoa tiêu phụ và có dùng phân tập phát. 2.4.4.13. Kênh cơ bản đường xuống (F-FCH) Kênh này được phát ở tốc độ khác nhau giống như IS-95B và do đó yêu cầu phát hiện tốc độ ở phía thu. Mỗi kênh F-FCH được phát trên các kênh mã trực giao khác nhau và sử dụng. 45 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Hình 22: Kênh F-FCH của hệ thống CDMA2000 ứng với SR1 và RC1 Thêm bit chỉ thị khung Thêm bộ mã hoá 8 bit Mã hoá xoắn R=1/2 K = 9 Lặp kí hiệu Đan xen kí hiệu (384 Kí hiệu) Độ tăng kênh Chuyển đổi mức tín hiệu 0->+1 1->-1 Độ tăng kênh con điều khiển công suất Chèn kí hiệu điều khiển công suất Bộ xác định vị trí bít điều khiển công suất Decimator Bộ tạo mã dài 1,2288Mcps mặt nạ mã dài cho người sử Hệ số lặp 8x 4x 2x 1x Kí hiệu điều chế 19.2kbps Các bit kênh lưu lượng đường xuống Số bít Tốc đô(kbps) Số bít/khung 0 1.2 16 0 2.4 40 8 4.8 80 12 9.6 172 Các bit điều khiển công suất, giá trị 1 800 bit Điều khiển định thời chèn(800Hz ) 1.2288Mcps Kí hiệu điều chế Các bit kênh tìm gọi xI 19.2kbps xQ 19.2kbps 0 46 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Thêm bộ mã hoá 8 bit Kí hiệu điều chế thêm một bít cờ dành riêng Thêm bộ chỉ thị chất lượng khung Mã hoá xoắn R=1/2 Lặp kí hiệu Chèn kí hiệu Hình 23: Kênh F-FCH của CDMA2000 ứng với SR1 và RC3 2.4.4.14. Kênh điều khiển riêng đường xuống (F-DCCH:Forward Dedicated Control Channel) F-DCCH hỗ trợ các khung 5 ms và 20 ms tại tốc độ vào bộ mã hoá 9,6 Kbit/s. 16 bit CRC được bổ sung cho các khung 5 ms và 12 bit CRC được bổ sung cho các khung 20 ms và sau đó là 8 bit đuôi, mã hoá xoăn, ghép xen và ngẫu nhiên hoá. a) khung 5ms K=9 19.2kbps Đan xen khối (384 kí hiệu) Chuyển đổi mức tín hiệu 0->+1 1->-1 Độ tăng kênh Độ tăng kênh con điều khiển công suất Chèn kí hiệu điều khiển công suất Bộ xác định vị trí bít điều khiển công suất Decimator Bộ tạo mã dài 1,2288Mcps mặt nạ mã dài cho người sử Các bit điều khiển công suất, giá trị ±1 800 bit Hệ số lặp 8x 4x 2x 1x Tốc đô(kbps) 1.2 2.4 4.8 9.6 Số bít Số bít/khung 6 21 8 55 10 125 12 267 Các bit kênh lưu lượng đường xuống Kí hiệu điều chế xI 19.2kbps xQ Điều khiển định thời chèn(800Hz ) 1.2288Mcps 24bit Khung 5 ms Cộng 8 bit đuôi Mã hoá k=9, r=1/2 Đan xen khối A Cộng 16 bit CRC 40 bit 48 bit 96 bit 47 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống 172 bit Khung 20 ms Đan xen khối Mã hoá k=9, r=1/2 Cộng 8 bit đuôi A Cộng 12 bit CRC 184 bit 192 bit 384 bit b) khung 20ms Lưu ý: Điểm A nối với điểm X trong hình Hình 26.Kênh điều khiển riêng đường xuống (F-DCCH) đối với N =1 Cộng 12 bit CRC 24 bit Khung 5 ms Cộng 8 bit đuôi Đan xen khối Mã hoá k=9, r=1/3 144 bit 48 bit X 40 bit Khung 20 ms Cộng 8 bit đuôi Đan xen khối Mã hoá k=9, r=1/3 576 192 184 X Cộng 12 bit CRC Hìn 2.5. MỘT 2.5.1. Tru Đường N=1, trải kín nhanh trực tiếp D MHz (N= pháp trải trải phổ b 172 bit bit bit bit h 27: Kênh điều khiển riêng đường xuống (F-DCCH) đối với N = 3 SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐƯỜNG XUỐNG yền dẫn đơn và đa sóng mang xuống hỗ trợ tốc độ chip Nx1,2288Mchip/s (trong đó N=1,3,6,12). đối với phổ giống như IS-95B, tuy nhiên điều chế QPSK và điều khiển công suất vòng được sử dụng. Đối với N>1, có hai tuỳ chọn: Đa sóng mang (MC) và trải phổ S. Phương pháp đa sóng mang đưa các ký hiệu điều chế vào N song mang 1,25 3,6,9,12). Mỗi sóng mang được trải phổ bởi tốc độ 1,2288 Mchip/s. Phương phổ trực tiếp N>1 phát các ký hiệu điều chế trên một song mang duy nhất được ằng tốc độ chip Nx1,2288 Mchip/s (N=3,6,9,12). 48 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống 2.5.2. Phân tập phát Phân tập phát cho phép giảm tỷ số Eb/It yêu cầu (hay công suất phát yêu cầu trên mỗi kênh) do đó tăng dung luợng hệ thống. Có thể thực hiện phân tập phát theo hai cách sau: Phân tập phát đa sóng mang (Multicarrier Tramsmit Diversity). Phân tập phát được thực hiện trên đường xuống nhiều sóng mang, trong đó một tập con các sóng mang được phát trên một anten. Các đặc điểm chính của phương pháp phân tập đa song mang là: Các ký hiệu thông tin sau mã hoá được phân chia trên nhiều sóng mang 1,25MHz. • Phân tập tần số tương ứng với trải phổ trên toàn bộ độ rộng băng tần. • Cả phân tập thời gian và phân tập tần số đều sử dụng bộ mã xoắn/bộ lặp ký hiệu và đan xen. • Máy thu RAKE thu năng lượng từ tất cả các băng tần. • Có thể ấn định chung một mã Walsh cho kênh đường xuống ở tất cả sóng mang. • Điều khiển công suất nhanh. f1 f2 f3 f1 f2 f3 a)Hai anten C B b)Ba anten A B A Hình 28. Phân tập phát đa song mang Trong máy phát đa song mang 3*1,25MHz, các ký hiệu thông tin nối tiếp sau mã hoá được chia thành ba luồng song song, mỗi luồng được trải phổ bằng một mã Walsh và chuỗi PN dài tốc độ 1,2288Mchip/s. Có ba sóng mang A,B và C được tạo ra trên đầu ra của máy phát. 49 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Sau khi xử lý các ký hiệu đã mã hoá nối tiếp bằng các sóng mang song song, đa sóng mang được đa anten phát, phân tập kiểu này được gọi là phân tập phát đa sóng mang (MCTD:Multicarrier Tramsnit Diversity). Trong MCTD các song mang được chia thành các tập con, sau đó mỗi tập con sóng mang được phát trên một anten trong đó lọc tần số đảm bảo tính trực giao gần như hoàn hảo giữa các anten. Quá trình này đảm bảo cải thiện tính phân tập tần số và do đó cũng tăng dung lượng đường xuống. Phân tập phát trải phổ trực tiếp: Phân tập phát trực giao (OTD) được sử dụng để có được phân tập phát trải phổ trực tiếp (N = 1). Các bit được mã hoá được tách ra làm hai luồng số liệu và được phát qua các anten riêng. Mỗi anten sử dụng một mã trực giao khác nhau để trải phổ. Điều này sẽ đảm bảo tính trực giao giữa hai luồng số liệu ra và vì vậy nhiễu nội được loại khỏi Phading phẳng. Cần lưu ý rằng nhờ việc phân các bit đã mã hoá thành hai luồng số liệu riêng nên số lượng các mã trải phổ trên mỗi người sử dụng cũng giống như trường hợp không sử dụng OTD. Kênh hoa tiêu phụ được sử dụng cho anten bổ xung. 2.5.3. Điều chế trực giao Để giảm hoặc loại bỏ nhiễu giao thoa trong cùng ô, mỗi kênh vật lý đường xuống được điều chế bằng một mã Walsh. Có thể sử dụng điều chế BPSK hoặc QPSK trước trải phổ. Để tăng thêm số mã Walsh sử dụng, điều chế QPSK được sử dụng trước khi trải phổ.Cứ hai bít hông tin được sắp xếp vào một ký hiệu QPSK. Vì thế số mã Walsh có thể tăng lên gấp đôi so với BPSK (trải phổ trước). Độ dài mã Walsh thay đổi để đạt được các tốc độ bit thông tin khác nhau. Đường xuống có thể bị giới hạn bởi nhiễu giao thoa hay mã Walsh phụ thuộc vào triển khai đặc thù hoặc vào môi trường khai thác. Khi xảy ra giới hạn mã Walsh có thể tạo them mã bổ sung bằng cách nhân các mã Walsh vói các hàm mặt chắn. Các mã được tạo ra như vậy là các hàm tựa trực giao. 2.5.4. Điều khiển công suất. Chức năng điều khiển công suất đường xuống ở 3G tương tự như điều khiển công suất đường lên ở IS-95. Thuật toán gồm hai vòng hoạt động hiệu quả ở tốc độ 800Hz. Sự tăng cường này là cần thiết để tăng dung lượng người sử dụng ở đường xuống. Điều khiển công suất ở 3G cơ bản khác so với IS-95. Mục tiêu chính của nó là tăng dung lượng cuộc gọi thoại ở đường xuống bằng sự cải tiến sau: • Điều khiển công suất đường xuống tốc độ cao. 50 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống • Điều khiển công suất vòng kín với đáp ứng thời gian nhanh. • Các bước điều khiển công suất thay đổi và được điều khiển bởi BS. Thuật toán điều khiển công suất đường xuống nhanh mới (FFPC:Fast Forward Power Control) cho đường xuống và điều khiển công suất cho F-FCH và F-SCH được sử dụng trong hệ thống cdma 2000. Các tiêu chuẩn quy định điều khiển công suất vòng kín nhanh ở 800 Hz.hai sơ đồ điều khiển công suất được đề xuất cho F-FCH và F-SCH.. • Điều khiển công suất công đơn: Dựa trên hoạt động của kênh nào tốc độ cao hơn giữa F-FCH và F-SCH. Độ khuyếch đại thiết lập cho kênh tốc độ thấp hơn được xác định dựa trên sự tương quan của nó với kênh tốc độ cao hơn. • Điều khiển độc lập: Trong trường hợp này, độ khuyếch đại cho F-FCH và F-SCH được xác định riêng. MS thực hiện hai thuật toán vòng ngoài riêng ( với Eb/Nt yêu cầu khác nhau) và gửi hai bit lỗi đường xuống tới BS. 2.5.5. Điều chế và trải phổ Có thể triển khai hệ thống N=1 ở phổ băng tầng mới hay như một hệ thống nâng cấp tương thích thế hệ cũ ở mọi băng tần (cùng kênh vô tuyến ) mà IS-95B được triển khai.Các kênh cdma 2000 mới có thể cùng tồn tại theo cách trực giao với các kênh của hệ thống IS-95B hiện có. Trải phổ N=1 được cho, trước hết số liệu của người sử dụng được ngẫu nhiên hoá bởi mã PN dài, sau đó được sắp xếp vào kênh I và Q, được khuyếch đại, được chích bỏ cho bit điều khiển công suất và được trải phổ Walsh. Các bit điều khiển công suất có thể được ghép hay không được ghép vào đường xuống phụ vào đặc thù của việc sắp xếp kênh logic lên kênh vât lý.Sau đó tín hịêu được trải phổ PN phức rồi được lọc băng thông và cuối cùng đưa lên điều chế sóng mang.. 2.5.6. Các đặc tính quan trọng của đường xuống Các đặc tính quan trọng của đường xuống là: -Các kênh trực giao và sử dụng các mả Walsh. Các mã có độ dài khác nhau được sử dụng để đạt được tốc độ chip như nhau cho các tốc độ bit khác nhau. -Điều chế QPSK được sử dụng trước trải phổ để tăng số mã Walsh sử dụng. -Hiệu chỉnh lỗi trước được sử dụng. *Sử dụng các mã xoắn (k=9) cho sớ liệu và thoại 51 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống *Sử dụng các mã Turbo (k=4) cho các tốc độ bit cao ở các SCH. -Hỗ trợ phân kênh đường xuống không trực giao. *được sử dụng khi hết không gian trực giao. *Tạo các hàm tựa trực giao để chắn các hàm mã Walsh đã có. -Đường xuống đồng bộ. -Phân tập phát đường xuống. -Điều khiển công suất nhanh 800 lần 1 giây. -Tập kênh bổ sung tích cực, tập con của tập kênh cơ bản tích cực. Tốc độ số liệu cực đại cho RC3 và RC5 đối với kênh bổ sung là 153,6 kbit/s.RC3 và RC6 chỉ được sử dụng cho thoại với tốc độ kênh cơ bản lên đến 14,4 kbit/s, trong đó RC kí hiệu cho cấu hình vô tuyến. -Độ dài kênh. *Các khung 20 ms được sử dụng cho báo hiệu và thông tin người sử dụng. *Các khung 5 ms được sử dụng cho thông tin điều khiển. 52 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống CHƯƠNG III SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CDMA2000-1xRTT VÀ KẾT QUẢ CHẠY THỬ NGHIỆM Demo chứa các thành phần mô hình điểm căn bản của chuẩn CDMA2000 1xRTT. Hàng trên là các thành phần của khối phát còn hàng dưới là các thành phần của máy thu. Trong Demo có khối phát nhị phân Bernoulli như là nguồn dữ liệu. Khối kênh AWGN mô phỏng ồn. Khối tính tốc độ lỗi và hiển thị để chỉ thị thống kê lỗi. Sau đây ta sẽ tìm hiểu chức năng cụ thể của từng khối. 3.1. Khối phát chuỗi dữ liệu Hình : Sơ đồ khối lấy mẫu Berrnoulli Khối này tạo ra dãy nhị phân ngẫu nhiên theo phân phối bernoulli với xác suất 0 và 1 là ngẫu nhiên, xác suất xuất hiện 0 và 1 là như nhau khoảng 50%. Tín hiệu ra: Tín hiệu ra có thể là một ma trận khung cơ sở, mẫu cơ sở theo vector hàng hoặc cột, hoặc là một mảng mẫu cơ sở. Trong Demo tín hiệu được tạo ra bằng cách lấy mẫu nguồn ngẫu nhiên và mã hoá các mẫu này thành các bit, rồi ghép các bit lại thành các khung là 172 bit/ khung. Tín hiệu ra là các khung có độ dài 172bit/khung sắp xếp theo ma trận, hoặc là theo hàng hoặc là theo cột. Nhưng khung của nó vẫn là 172 bit. khối nguồn này có thể phát ra bốn loại khung khác nhau. 3.2. Khối mã hoá 53 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống 3.2.1. Khối Chèn mã vòng CRC Khối này có tạo ra các bit kiểm tra dư thừa tuần hoàn bằng cách gán thêm các bit này vào cuối khung dữ liệu để chỉ thị chất lượng khung. Các bit CRC được tạo ra theo các đa thức tạo mã và sau đó nối chúng vào khung dữ liệu vào. Các đa thức tạo mã này phải là xác định như là một vector nhị phân hay là một đa thức theo thứ tự giảm dần được chỉ rõ tại những điểm kết nối. Trong Demo tín hiệu được đưa từ khối nguồn sang là các khung [172x1] sau khi qua khối mã hóa nó sẽ cộng thêm 12 bit CRC để chỉ thị chất lượng khung, với đa thức tạo mã [12 11 10 9 8 4 1 0 ]. Khung của tín hiệu ra sẽ là [184x1]. Các bit mã hoá CRC ta có thể thay đổi được, nhưng nó phải phù hợp với từng khung dữ liệu. 3.2.2. Khối chèn bit đuôi Khối này có nhiệm vụ chèn hay lối bit 0 theo một chiều nhất định. Sự loại bỏ sẽ xuất hiện nếu như số hàng ra xác định hay số cột ra xác định là nhỏ hơn so với chiều của tín hiệu vào. Sự loại bỏ hay chèn thêm bit 0 làm thay đổi chiều của tín hiệu vào. Trong Demo trên dữ liệu được đưa từ khối mã hoá CRC sang với các khung có số bit 184/ khung, sau đó nó được chèn thêm 8 bít zero/khung vào vị trí cuối để thành khung có số bít là 192 bit/khung sau đó tín hiệu được tiếp tục đưa sang bộ mã xoắn. Dữ liệu đưa vào là các khung có 4 loại khác nhau, nhưng các khung này đều được chèn thêm 8 bit đuôi. Các bít này có thể được chèn theo hướng hàng hoặc hướng cột hoặc cả hàng và cột và có thể chèn tại vị trí bắt đầu hoặc tại vị trí kết thúc. 54 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống 3.2.3. Khối mã xoắn Hình : Sơ đồ bộ mã hoá chập Khối mã xoắn làm thay đổi tốc độ của dòng dữ liệu, với hệ số mã k/n tốc độ dòng dữ liệu mới sẽ bằng nghịch đảo hệ số mã nhân với dòng dữ liệu trước đó. Khối này dùng mã hoá dữ liệu và chống lỗi, dữ liệu vào được lưu giữ trong bộ đệm có độ dài xác định. Lối ra là một tổ hợp của dữ liệu vào và các dữ liệu trong bộ đệm. Việc mã hoá được tiến hành liên tục theo các bước dịch của dòng dữ liệu mà không theo từng cụm như ở mã khối. Trong sơ đồ trên ta có kích thước khung vào là [192x1] sau khi qua bộ mã xoắn với tỉ lệ r = 1/4 và k = 9 ta được kích thước của khung ra là [768x1] ta có thể thay tốc độ mã xoắn bằng cách thay các thông số của bộ mã xoắn có tỉ lệ khác nhau nhưng phải phù hợp với tốc độ ban dữ liệu. 3.2.4. Khối lặp Hình : Sơ đồ khối lặp Chức năng của khối này là lặp lại các mẫu của đầu vào N lần so với tín hiệu ban đầu của khung vào. Bằng cách lặp lại liên tiếp các mẫu vào lên N lần tại đầu ra. Khối lặp này nhằm phối hợp tốc độ giữa các khung dữ liệu khác nhau nhằm phối hợp tốc độ ra giữa các khung dữ liệu khác nhau. Trong sơ đồ chạy trên ta thấy tín hiệu từ bộ mã xoắn là 768bit/khung khi đi qua bộ lặp với tỉ lệ 1x thì tại đầu ra của tín hiệu ta được khung dữ liệu vẫn là 768bit/khung. Như vậy tỉ lệ lặp ở đây là 1. Ta hoàn toàn có thể thay đổi hệ số lặp trong parameter. Ta có thể thay 55 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống đổi thông số lặp này cho phù hợp với tốc độ ra. Ứng với bốn loại khung khác nhau ta có các hệ số lặp khác nhau. 3.2.5. Khối đục lỗ Hình : Sơ đồ khối đan xen Cho phép các phần tử tương ứng với giá trị “1” trong thông số Puncture đi qua. Khối này tạo một vector ra bởi sự loại bỏ một số phần tử vector vào và giữ lại một số thành phần khác. Đầu vào có thể là một số thực hoặc một vector phức có độ dài là k. Vector phức này xác định các thành phần loại bỏ hay giữ lại bằng cách sử dụng tham số vector đan xen nhị phân. Nếu mà thành phần vector chích bỏ (k) =0, thì thành phần này sẽ bị loại bỏ tại lối ra. Nếu mà k=1 thì thành phần này sẽ được giữ lại ở lối ra. Trong tham số của vector đầu vào ta thấy đầu vào là một khung cơ sở [768x1] do đó, với hệ số vector đan xen là 1 nó không thực hiện chích bỏ các mẫu. Lối ra nó sẽ chính là vector đó [768x1 ], lối ra không thay đổi về tốc độ. 3.2.6. Khối ghép xen Hình : Sơ đồ khối ghép xen Ghép xen nhằm mục đích tăng hiệu quả sửa lỗi. Ghép xen không làm thay đổi tốc độ dữ liệu. Trong sơ đồ này sử dụng bộ ghép xen khối hoạt động theo nguyên tắc sắp xếp lại dữ liệu theo thông số Element mà không thêm hay bởt bất kì phần tử nào. 56 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Đầu vào có thể là số thực hoặc số phức. Nếu đầu vào bao gồm N phần tử tham số phần tử này là một vector độ dài N, nó được chỉ ra theo chỉ số hay là theo thứ tự của phần tử vào. Dạng chiều dài của vector ra là: Output(k) = Input(Elements(k)) Nếu đầu vào là vector khung cơ sở và tham số của nó phải là vector khung cơ sở. Trong hinh trên tham số đầu vào là một khung [768x1] được đưa từ khối đan xen qua khối xáo trộn ta thấy kết quả của nó vẫn là [768x1] do đầu vào là khung cơ sở. Qúa trình ngẫu nhiên chỉ xảy ra trong khung. 3.3. Khối phát 3.3.1. Khối xáo trộn mã dài và ghép bit điều khiển công suất Hình : Sơ đồ khối chức năng trải phổ Chức năng của khối này là xáo trộn các mã dài của kênh đường lên, điều khiển công suất và ánh xạ các tín hiệu này vào các kênh lưu lượng. Demo trên cho ta thấy các kí hiệu được điều chế vào với từng khung là [768x1] được ghép các bit điều khiển công suất sau đó ánh xạ chúng vào một khung tín hiệu điều chế duy nhất. Sự chuyển đổi tín hiệu tại lối ra thành khung có tốc độ là [2x1]. Trong khung này bao gồm hai khối là kênh dữ liệu được trải phổ trực tiếp PN và kênh điều khiển công suất cũng được trải phổ chuỗi PN sau đó hai kênh này được ghép xen vào 1 khung có tốc độ [2x1]. Cũng có thể chuyển đổi thành khung nhỏ hơn hoặc khung lớn hơn bằng các để chúng gối nên nhau. 57 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống 3.3.2. Khối trải phổ hình : Sơ đồ khối trải phổ Hoàn thiện quá trình trải phổ gốc, sử dụng một số thực để đánh giá giống như hàm gốc và trải phổ cầu phương sử dụng một giá trị phức để đánh gía chuỗi PN liên tiếp. Trong Demo dữ liệu được đưa vào với khung là [2x1] được tách thành hai khung có độ dài là [1x1] sau đó được lặp lại 64x sau đó được trải phổ trực giao với mã Walsh 64 (được dùng cho 64 kênh khác nhau) khung dữ liệu ra là [64x1] sau đó được trải phổ cầu phương với mã PN. Sau đó ghép các bit hoa tiêu cũng được lặp lại là [64x1] được trải phổ cầu phương với các chuỗi PN. Sau khi hai chuỗi này trải phổ cầu phương tín hiệu được tổng hợp lại. Khung của tín hiệu ra [64x1]. Dạng tín hiệu ra chỉ là những điểm trên giản đồ chòm sao. Tín hiệu ra chỉ là những chuỗi I và Q tổ hợp lại với nhau. 3.3.3. Khối lọc Hình : Sơ đồ khối lọc 58 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Bộ lọc nội suy, nâng mẫu tín hiệu vào bởi hệ số giá trị nguyên. Sau đó được cho qua bộ lọc FIR. Bộ lọc được thực hiện sử dụng một cấu trúc nội suy đa pha. Bậc của bộ lọc được tính bằng hệ số nội suy. Nhưng có những thông số được dấu đi khi khối này hoạt động ở đa tốc độ, cũng như đa nhiệm vụ. Trong trường hợp này điều kiện ban đầu có thể được chỉ rõ ở bộ nhớ đệm ra. Trong Demo thì kích cỡ của khung vào có giá trị là [64x1] sau khi đi qua bộ lọc tín hiệu được [256x1]. Demo này đã tạo tín hiệu ra tại dòng chèn bằng cách sử dụng một khung có kích cỡ lớn hơn. Phép nội suy này sử dụng một hệ số là L, kích cỡ khung ra sẽ lớn hơn L lần khung lối vào (M0 = Mi*L). Nhưng tốc độ khung ra và vào là bằng nhau. Tín hiệu sau bộ lọc Tín hiệu trước bộ lọc Ta thấy tín hiệu sau bộ lọc bị trải ra rộng và bị nhiễu do tín hiệu này đi qua bộ lọc và phát vào trong không gian, còn tín hiệu trước khi qua bộ lọc là dạng tín hiệu điều chế QPSK. 3.4. Khối kênh truyền 3.4.1. Khối đa đường Fading Hiện tượng đa đường dẫn Rayleigh do các tín hiệu khi được truyền đi qua nhiều con đường khác nhau. Tín hiệu vào có thể là một giá trị vô hướng hoặc một vector khung cơ sở. Nhưng là một tín hiệu phức tạp. Mối quan hệ giữa tín hiệu phát và tín hiệu thu gây ra bởi hiệu ứng dịch Doppler trong tần số tín hiệu. Phổ tín hiệu Jakes PSD xác định phổ của hiệu ứng Releigh. Từ một kênh đa đường phản xạ tín hiệu liên tiếp tại nhiều điểm, tín hiệu từ nơi phát đến nơi nhận theo các con đường khác nhau, có độ dài khác nhau. Kết quả là chúng cũng có thời gian trễ khác nhau. Fading xuất hiện khi tín hiệu đi qua nhiều đường truyền khác 59 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống nhau và có nhiễu của các kênh khác. Trong tham số của block, vector trễ chỉ ra thời gian trễ cho mỗi đường khác nhau. Kết quả chạy trong Demo có đầu vào là khung cơ sở [256x1] đầu ra cũng là vector khung cơ sở [256x1]. 3.4.2. Khối Cộng tạp âm trắng Hình : Kênh nhiễu tạp âm trắng cộng Chức năng của khối này sẽ cộng nhiễu tạp âm trắng vào trong tín hiệu vào. Tín hiệu vào và tín hiệu ra có thể là số thực hoặc là số phức. Nếu tín hiệu vào là thực thì khối này sẽ cộng nhiễu Gausse thực và tạo một tín hiệu thực ở lối ra. Khi tín hiệu vào là phức khối này sẽ cộng tín hiệu ồn Gausse phức và sinh tín hiệu phức ở lối ra. Khối này nhận các mẫu theo thời gian từ tín hiệu lối vào. Trong Demo đầu vào tín hiệu là các khung cơ sở [256x1] đầu ra của tín hiệu cũng là các khung cơ sở có kích cỡ là [256x1]. Nhưng tín hiệu qua Demo ta chỉ thấy trên màn hình mô phỏng là các điểm nhiễu. Trong đó 256 là tốc độ trải phổ trên một khung. 60 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Với tín hiêụ đầu vào ta có thể thay đổi thông số chế độ phát như SNR hoặc Eb/No và các tỉ số này hoàn toàn có thể thay đổi được. 3.5. Khối thu 3.5.1. Khối lọc Bộ lọc nội suy FIR: Lấy mẫu giá trị vào bằng hệ số giá trị nguyên, sau đó cho qua bộ lọc FIR. Bộ lọc này là dụng cụ dùng một cấu trúc nội suy đa pha. Các bậc của hệ số lọc cho bởi hệ số nội suy. Nhưng có những thông số được dấu đi khi khối này đang chạy, trong đa tốc độ cũng như trong chế độ đa nhiệm vụ. Trong trường hợp này một điều kiện ban đầu có thể được chỉ rõ trong bộ nhớ đệm ra. Khối lọc FIR nội suy này sẽ lấy mẫu thời gian riêng biệt lối vào tại một tốc độ nhanh hơn tốc độ lấy mẫu vào L lần. Trong đó L được chỉ rõ bởi tham số hệ số nội suy. Quá trình này bao gồm hai bước: *Khối này sẽ nâng các mẫu ở lối vào tới một tốc độ cao bằng cách chèn thêm L-1 bit 0 giữa các mẫu *Khối này sẽ lọc các mẫu tín hiệu tăng nên này một cách trực tiếp-Dạng lọc FIR Trường hợp lối vào là khung cơ sở: Đầu vào là một ma trận dạng khung cơ sở có đầu vào là MxN được tạo rạ như là N kênh độc lập. Khối này sẽ loại bỏ các kênh quá thời hạn. Tham số đóng khung sẽ xác định tốc độ hoạt động của khối như thế nào tại đầu ra để điều tiết các mẫu được cộng thêm. Hình :Tín hiêụ trước và sau bộ lọc 61 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Trong hình vẽ trên kích thước khối là [256x1] do hệ số nội suy là 1 kích thước của khối ra là[256x1] các tham số có trong parameter là: 3.5.2. Bộ thu Rake: Đây là bộ thu phân tập theo thời gian, bộ thu Rake làm từ bốn đường dẫn khác nhau, đặt lệch nhau một thời gian trễ thích hợp. Các mẫu xuống của mỗi đường và decorrelates bit hoa tiêu và dữ liệu sử dụng sự nối tiếp tương ứng. Các bít hoa tiêu được gửi đi tới kênh đánh giá của đầu ra sau đó dùng để dừng tín hiệu dữ liệu nhận được. Dữ liệu giải điều chế xử lý bằng mỗi đường dẫn tương ứng cuối cùng chúng được tổng hợp lại. Tín hiệu sau Derotation Trên hình vẽ tín hiệu đi từ bộ lọc là [256x1] sau khi đi qua bộ thu Rake Hình 39 :Tín hiệu sau bộ thu Rake Tín hiệu sau bộ thu Rake có dạng như hình trên đã gần giống với tín hiệu thu trải phổ cầu phương nhưng tín hiệu có vẻ nhiễu hơn so với dạng ban đầu, Từ đây ta có thể khôi phục lại tín hiệu một cách dễ dàng. 3.5.3. Khối ánh xạ tín hiệu Hình 40 :Sơ đồ khối Demapping 62 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Trong khối này có hai khối con: Complex to Real imag: Thành phần của lối ra là tín hiệu thực hoặc là tín hiệu ảo là tổng hợp của tín hiệu lối vào. Khối “ Matrix concatenation” hòan thiện quá trình ghép theo chiều ngang hoặc theo chiều đứng. Vector tín hiệu vào được coi như là một vector cột. Ví dụ như có M hàng vào thì lối ra sẽ sắp xếp thành 1 ma trận cột [Mx1]. Lối ra luôn là một ma trận. Tham số trong parameter: Số lối vào: 2 Sắp xếp mắt xich: Chiều thẳng đứng Trong demo tín hiệu đưa từ bộ thu Rake có dạng như sau: Tín hiệu lối vào là các điểm như hình trên sau khi qua khối này nó sắp xếp các tín hiệu này thành các ma trận ra như sau [2x1]. 3.5.4 Khối giải xáo trộn và tách bit điều khiển công suất Hoàn thiện quá trình giải xáo trộn và tách bit điều khiển công suất ra khỏi kênh lưu lượng. Khối này sẽ làm nhiệm vụ tách các bit điều khiển công suất và tách các tín hiệu điều chế khỏi. để đưa sang khối giải điều chế. Lối vào của khung dữ liệu là khung đầu vào gồm 256 vector thực được ghép xen. Lối ra là một vector gồm 4 bit điều khiển công suất và 768bit/khung dữ liệu ra. Từ các khung này ta đưa ra khung có quyết định cứng trong thông tin liên lạc. 3.6. Khối giải mã 3.6.1 Khối giải ghép xen Chức năng của khối này là sắp xếp lại các phần tử lối vào theo một chiều ngược lại y(elements) = u, chiều dài của những phần tử này phải hợp với lối vào. 63 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Trong demo ta thấy tín hiệu đưa từ khối giải xáo trộn sang có kích cỡ là [768x1] sau khi cho qua khối trải phổ tín hiệu ra là [768x1], khối này có tác dụng sắp xếp lại cho đúng với thứ tự. 3.6.2. Khối giải đục lố Chức năng của khối này phân phối các phần tử lối vào thành các vector lối ra. Dãy nhị phân này sẽ chèn vector 0. Để chỉ ra sự sắp xếp các phần tử 0 và các phần tử lối vào Cho lối vào là mẫu cơ sở, độ dài của lối vào phải bằng với độ dài của vector chèn 0 Cho lối vào là khung cơ sở. Nếu number of 1’s trong vector chèn 0 là nhỏ hơn độ dài của tín hiệu lối vào, khối này sẽ lặp lại sự chèn 0 tại lối ra tất cả các phần tử của lối vào. 3.6.3. Khối giải lặp Chức năng của khối này là giải lặp bởi một hệ số nguyên. Giá trị của mỗi mẫu lối ra là giá trị trung bình của N liên tiếp các mẫu lối vào. Trong Demo mẫu lối vào là khung [768x1] sau khi qua khối Derepeat với hệ số chia là 1 các khung ở lối ra có giá trị [768x1], ở đó giá trị N = 1, Các mẫu lối ra có giá trị như trong lối vào. 3.6.4. Khối giải mã Viterbi. Hình 45 Sơ đồ khối giải mã Viterbi Sử dụng thuật toán Viterbi để giải mã dữ liệu vào mã nhân chập. Phương pháp này đặc biệt vì nó là phương pháp tính khẳ năng tối đa . Dựa theo dãy nhận được tại lối ra kênh, Phương pháp này dò tìm trong sơ đồ lưới đường đi có mã giống như dãy nhận được. Trong sơ đồ liên quan đến quyết định cứng. Thuật toán sẽ tìm đường có khoảng cách 64 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Hamming nhỏ nhất đến dãy nhận được (Trường hợp kênh lý tưởng thì khoảng cách này bằng 0). Khung đầu vào có giá trị là [768x1 ] tại đầu ra khung ra có giá trị là [192x1] 3.6.5. Khối tách bit chèn đuôi Chức năng của khối này là chèn thêm hay loại bỏ các bit zezo được lối vào theo một chiều nào đó. Sự loại bỏ này sẽ xuất hiệu nếu chỉ ra số hàng lối ra hay số cột lối ra là nhỏ hơn tương ứng so với chiều của tín hiệu lối vào. Trong demo các tín hiệu được đưa từ khối giải mã Viterbi sang [192x1] sau khi đưa qua Encoder tail bit thì nó loại bỏ 8 bit zezo được chèn khung lối ra là [184x1] Các tham số có trong parameter: Vị trí chèn tín hiệu: Cuối Xác định số hàng lối ra: 172 +12 3.6.6. Khối tách bit mã CRC Nhận dạng các lỗi trong khung dữ liệu lối vào theo các đa thức tạo ra. Các đa thức tạo ra này phải được chỉ ra như là một vector nhị phân hay là một đa thức theo thứ tự giảm dần, được chỉ ra tại những điểm kết nối. Lối ra thứ nhất là các khung dữ liệu với các bit CRC bị loại bỏ và lối ra thứ hai chỉ ra nếu có một lỗi nó sẽ nhận ra trong khung dữ liệu có lỗi. Trong Demo khung tín hiệu lối vào có giá trị là [184x1] sau khi đi qua khối này nó sẽ tách các bit mã hoá lỗi vòng CRC đưa ra hai đường, đường thứ nhất chỉ ra khung dữ liệu ra có giá trị là [172x1] và đường thứ hai chỉ ra khung dữ liệu đó có lỗi hay không bằng việc xác định các bit CRC. 3.7. Các khối khác 3.7.1. Khối tính toán chỉ thị lỗi Tính tỷ lệ lỗi bít hoặc tỉ lệ lỗi ký hiệu của dữ liệu lối vào. 65 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Khối này so sánh dữ liệu lối vào của bộ phát với dữ liệu lối vào của bộ thu. Nó tính tỷ lệ lỗi dưới dạng những con số thay đổi liên tục, bằng cách chia tổng số cặp dữ liệu không bằng nhau cho tổng số dữ liệu lối vào từ một nguồn. Có thể sử dụng khối này để tính tỷ lệ lỗi bit hay tỷ lệ lỗi kí hiệu, vì nó không tính độ lớn sự chênh lệch giữa các thành phần dữ liệu vào. Nếu lối vào dạng bit thì khối sẽ tính tỷ lệ lỗi bit. Nếu lối vào là các kí hiệu thì nó tính tỷ lệ lỗi kí hiệu. 3.7.2. Khối quyết định cứng 3.8. kết quả mô phỏng trên kênh truyền. Mô phỏng với khung dữ liệu là 172bit Hinh :Tín hiệu tại khối tạo nguồn ngẫu nhiên Bernoulli 66 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Hình : Dữ liệu tại khối mã hoá Tín hiệu tại khối mã hóa được cho như trên hình trên với các quá trình ghép thêm bít CRC, chèn bit 0, mã xoắn ghép xen và ngẫu nhiên. Hình : Dữ liệu ra tại khối Hình : Dạng tín hiệu thể hiện trên giản đồ chòm sao Tín hiệu ra chỉ là những điểm trên giản đồ chòm sao 67 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Hình : Tín hiệu tại kênh truyền Hình :Tín hiệu ra tại kênh truyền Tín hiệu ra tại kênh truyền chỉ là những điểm giống như nhiễu tạp âm trắng trên đường truyền. 68 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Hình : Dữ liệu tại khối thu Hình : Tín hiệu tại khối ra bộ thu Rake 69 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Hình : Dữ liệu tại khối giải mã . Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu về mô hình lớp vật lý của CDMA2000, thông qua mô phỏng trên phần mềm Matlab với các kết quả thu được. Em thấy rằng sơ đồ mô phỏng này đã phản ánh với các thông số như là một hệ thống thông tin di động thực sự. Các thông số này cho phép ta đánh giá được các thông số tốc độ của lớp vật lý và khả năng truyền tải trên đường truyền. 70 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Do sơ đồ mô phỏng ứng với CDMA2000 1x RTT. Nên sơ đồ này chưa đánh giá được một hệ thống 3G hoàn thiện, mà phải có sự phối hợp thêm các luồng 1,25MHz song song. Do hạn chế về thời gian và tài liệu tham khảo khoá luận này chỉ tìm hiểu về mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống và các kết quả thu được chỉ là kết quả mô phỏng trên matlab mà chưa có phương tiện để kiểm tra kết quả thực. Tuy vậy, sau khi nghiên cứu tìm hiểu về mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống đã mang lại cho em những hiểu biết về công nghệ CDMA một trong những công nghệ thông tin di động trong tương lai, đặc biệt là mô hình lóp vật lý của nó và một số công cụ mô phỏng trên phần mềm matlab. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo- Tiến sỹ Trịnh Anh Vũ và thạc sỹ Hà Nam Trung công tác tại khoa điện tử viễn thông- Trường đại học công nghệ và nhiều thầy cô khác trong khoa đã chỉ bảo hướng dẫn em tận tình để em có thể hoàn thành khoá luận này. 71 Mô hình lớp vật lý CDMA2000-kênh xuống Tài liệu tham khảo [1] TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động th ế hệ 3, NXB Bưu Điện,2001 [2 ] TS. Đặng Đình Lâm, Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển, NXB Khoa học kĩ thuật, 2004 [3 ] TS. Vũ Đức Thọ, Tính toán mạng thông tin di động cellular 72