Lời mở đầu 1 Chương 1: Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động 3



tải về 0.73 Mb.
trang5/10
Chuyển đổi dữ liệu07.07.2016
Kích0.73 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

3.4.2.1 Lập biểu phân chia theo thời gian

Khi bộ lập biểu phân chia thời gian phân bổ các tốc độ gói, cần xét đến hiệu năng vô tuyến. Thông thường các dịch vụ tốc độ bit cao đòi hỏi ít năng lượng bit hơn, vì thế phân chia theo thời gian có ưu điểm là Eb/No thấp hơn. Ngoài ra thời gian trễ trung bình trong phương pháp này là ngắn hơn so với phương pháp phân chia theo mã.

Nhược điểm chính của phương pháp phân chia thời gian là:


  • Thời gian truyền dẫn ngắn trong khi việc thiết lập và giải phóng kết nối đòi hỏi thời gian dài thậm chí đến vài khung.

  • Việc sử dụng phân bổ theo thời gian bị hạn chế bởi dải tốc độ cao do hạn chế công suất của MS ở đường lên.

  • Phương pháp này sử dụng các tốc độ bit cao và tạo ra lưu lượng dạng cụm, điều này dẫn đến sự thay đổi cao ở các mức nhiễu so với lập biểu phân chia theo mã.

3.4.2.2 Lập biểu phân chia theo mã

Trong lập biểu phân chia theo mã tất cả người sử dụng được ấn định một kênh khi họ cần chúng. Nếu nhiều người sử dụng gói yêu cầu lưu lượng thì tốc độ bit phải thấp hơn ở lập biểu theo thời gian.

Các ưu điểm chính của phương pháp này là:


  • Trong lập biểu phân chia theo mã, việc thiết lập và giải phóng sẽ gây ra ít tổn thất dung lượng hơn do tốc độ bit thấp và thời gian truyền dẫn lâu hơn. Do tốc độ bit thấp việc phân bổ tài nguyên ở lập biểu gói phân chia theo mã đòi hỏi nhiều thời gian hơn ở lập biểu gói phân chia theo thời gian. Điều này cho phép dự báo được mức nhiễu.

  • Lập biểu phân chia theo mã có thể là tĩnh hoặc động. Trong lập biểu tĩnh, tốc độ bit được phân bổ duy trì cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong lập biểu động, tốc độ bit có thể thay đổi để phù hợp với lưu lượng gói.

  • Phương pháp lập biểu này đòi hỏi các khả năng của MS thấp hơn.

3.5 Tìm nhận ô

Trong WCDMA khi thiết lập một đường truyền vô tuyến giữa BS và MS , đầu tiên MS sẽ thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đường xuống và sau đó giải mã tin tức kênh quảng bá (BHC) nằm trong kênh vật lý điều khiển chung cơ bản (P-CCPCH) ở đường xuống. Các tín hiệu được phát trên kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) ở đường lên theo một định thời được 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 mềm hay khi ở trong chế độ thu không liên tục ( chế độ chờ ), MS cần tìm ra ô có suy hao đừờng 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 đừờng 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 tìm kiếm liên tiếp trên 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 thường 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.



3.5.1 Phương pháp tìm nhận ô theo ba bước:


Bắt đầu tìm nhận







Bước 1: tách định thời SCH







Bước 2: tách nhóm mã ngẫu nhiên và tách định thời mã ngẫu nhiên

Đúng
Bước 3 Sai




Nhận dạng mã ngẫu nhiên









Sai
Đúng


Kết thúc tìm nhận


Hình 3.6 Lưu đồ tìm nhận ô theo 3 bước

3.5.2 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.

3.5.3 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.. Ô (k) là ô mà qua đó đường truyền vô tuyến hiện đang được thiết lập, còn các ô xung quanh Ô (k) được biểu diễn bằng Ô1 (k) , Ô2 (k) v.v…Độ lệch định thời phát của các mã ngẫu nhiên CPICH giữa Ô (k) và các ô lân cận được biểu diễn bằng Δk1 , Δk1 v.v… Trước khi chuyển đến chế độ chuyển giao mềm, MS sẽ đo độ lệch định thời của 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 hiện 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, Ô (k) sẽ tính độ lệch trung bình về định thời mã ngẫu nhiên CPICH với Ôi (k) dựa trên số liệu thu được từ nhiều MS, để xác định độ lệch định thời mã ngẫu nhiên trung bình giữa Ô (k) và Ôi (k).

Hình minh họa lưu đồ hoạt động của quá trình tìm nhận ô tốc độ cao ở MS trong chế độ rỗi. Trong chế độ rỗi, MS thực hiện tìm nhận ô thông qua quá trình tìm ra một ô có CPICH với mức thu lớn nhất và thu kênh tìm gọi (PCH) từ ô đó theo cách không liên tục. Nhờ PCH, MS thu nhận thông tin liên quan đến loại mã ngẫu nhiên cuả Ô (k) hoặc Ôi (k) (giá trị cực đại của i= 20) cũng như thông tin liên quan đến độ lệch trong định thời mã ngẫu nhiên CPICH giữa Ô (k) và Ôi (k). Khi loại mã ngẫu nhiên của ô lân cận cần tìm và định thời thu trung bình CPICH tại MS là đã biết thì quá trình tìm nhận ô lân cận có thể được thực hiện rất nhanh (trường hợp này tương ứng với trường hợp pha của mã cần tìm đã biết bởi hệ thống đồng bộ giữa các BS).

Thu CCPCH




Đo công suất tín hiệu thu được từ các ô trong khu vực chuyển giao



Nhận diện:

-Mã ngẫu nhiên

-Định thời tín hiệu thu của ô có công suất thu cực đại




Mã ngẫu nhiên đã nhận diện và định thời tín hiệu thu

(đăng ký định vị)


Hình 3.7 Thuật toán tìm nhận ô tốc độ cao theo chế độ rỗi

3.6 Phân tập đa đường

Trong các hệ thống điều chế băng hẹp như hệ thống FM tương tự đã sử dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất thì hiện tượng truyền lan đa đường (nhiều tia sóng truyền theo các đường khác nhau, hiện tượng này còn được gọi là hiện tượng truyền lan nhiều tia) gây ra nhiều hiện tượng phadinh nghiêm trọng.

Tính nghiêm trọng của phadinh nhiều tia được giảm đi trong điều chế băng rộng WCDMA vì các tín hiệu truyền qua các đường khác nhau được thu nhận một cách độc lập. Nhưng hiện tượng phadinh vẫn thường xảy ra trong hệ thống này do không thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng phadinh nhiều tia, vì khi hiện tượng phadinh nhiều tia thường xuyên xảy ra thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách độc lập.

Phân tập là một biện pháp tốt để làm giảm phadinh, có ba loại phân tập:



  • Phân tập thời gian

  • Phân tập tần số

  • Phân tập không gian

Phân tập thời gian được thực hiện nhờ việc sử dụng phương pháp đan xen và các mã sửa lỗi.

Pha định lựa chọn tần số thường chỉ có ảnh hưởng trong một độ rộng băng tần 200-300kHz và trong hệ thống WCDMA thực hiện phân tập tần số bằng cách trải năng lượng tín hiệu ra một băng tần rộng (5Mhz).

Phân tập không gian hay phân tập theo đường truyền có thể được thực hiện theo 3 cách:


  • Đặt nhiều anten tại BS

  • Thiết lập nhiều đường tín hiệu (chuyển giao mềm)để kết nối máy di động với hai hay nhiều BS

  • Sử dụng môi trường truyền làn đa đường nhờ chức năng trải phổ như máy thu quét (RAKE receiver) sẽ thu và tổ hợp các tín hiệu phát với các thời gian trể phát khác nhau.



Hình 3.8 Các loại phân tận trong WCDMA

Phạm vi rộng của phân tập không gian có thể được cung cấp bởi đặc tính duy nhất của chuỗi trực tiếp ở hệ thống WCDMA và mức độ phân tập cao sẽ đem lại chất lượng tốt hơn trong môi trường nhiễu di động (EMI) lớn.

Bộ điều khiển đa đường tách ra dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Máy di động sử dụng ba bộ tương quan, còn BS sử dụng bốn bộ tương quan. Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét (máy thu RAKE), nó tìm thu tín hiệu qua mỗi đường, tổ hợp và giải điều chế tất cả các tín hiệu thu được. Hiện tượng phadinh 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 pha đinh 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 hỗ trợ của máy di động có thể thực hiện được. Phần dưới đây sẽ giới thiệu chi tiết hơn về kỹ thuật phân tập không gian được sử dụng trong WCDMA là kỹ thuật thu RAKE .



3.6.1 Kỹ thuật thu RAKE

Trong các hệ thống WCDMA, đường truyền từ trạm gốc trong ô tới máy di động sử dụng một máy thu quét gồm các bộ tương quan song song và đường truyền từ máy di động đến trạm gốc cũng sử dụng một máy thu như vậy nhưng có số bộ tương quan song song nhiều hơn. Thuật ngữ quét "n bộ tương quan " (n finger ), cho biết số các đường truyền có thể được tổng hợp là n.

Các máy thu quét làm nhiệm vụ phát hiện và đo các thông số của các tín hiệu đa đường để có thể được sử dụng cho thu phân tập hoặc cho các mục đích chuyển giao và kết hợp các đường tín hiệu một cách nhất quán (tức là đồng bộ tín hiệu) sau khi giải điều chế mỗi tín hiệu truyền theo một đường riêng (tổng hợp sau khi tách sóng). Việc tách và đo các thông số của các tín hiệu đa đường được thực hiện bởi một " bộ thu tìm kiếm " (searcher receiver) đã được lập trình để so sánh các tín hiệu thu với các phần của các mã PN kênh I và kênh Q. Các sóng nhiều tia tới máy thu gây ra hiện tượng tự khuếch đại tạo thành các đỉnh tương quan xảy ra tại các thời điểm khác nhau. Một giá trị biên độ của đỉnh tỷ lệ với đường bao của tín hiệu trên đường truyền và thời gian của mỗi đỉnh liên quan tới tín hiệu đến đầu tiên, những yếu tố này đem lại một phép đo về độ trễ của đường truyền. Bởi vậy, trong thiết kế tiêu chuẩn bao giờ cũng đề cập tới việc xác định bất cứ đường truyền nào đang tồn tại.

Vì tất cả các trạm gốc sử dụng cùng các mã PN I và Q chỉ khác nhau về bù pha của mã nên không chỉ các tín hiệu đa đường mà còn cả các trạm gốc khác sẽ được phát hiện bởi sự tương quan (trong một "cửa sổ tìm kiếm " khác nhau của các thời điểm đến) với các phần trong các mã tương ứng với các trạm gốc đã được chọn. Như vậy, bộ thu tìm kiếm có thể lưu giữ một bảng các tín hiệu đa đường mạnh và các tín hiệu trạm gốc để có thể kết hợp phân tập hoặc để cho các mục đích

chuyển giao. Để hữu dụng, bảng này cần phải ghi thời gian đến, cường độ tín hiệu và bù mã PN tương ứng. Trên đường truyền về, máy thu của trạm gốc được ấn định để bám theo một máy phát di động nhất định sử dụng các thời điểm đến và chuỗi bù 0 (zero-offset) trên kênh mã I và Q để xác định việc tìm kiếm các tín hiệu di động từ các thuê bao liên lạc với trạm gốc đó. Bộ thu tìm kiếm tại trạm gốc có thể nhận biết tín hiệu của máy di động cần thu bằng chuỗi bù mã PN dài ngẫu nhiên hoá duy nhất của nó, trước khi bắt đầu quá trình truyền dẫn số liệu hoặc thoại trên đường truyền một đoạn bít mở đầu đặc biệt được sử dụng cho mục đích đó. Khi tiến hành cuộc gọi, bộ thu tìm kiếm có khả năng giám sát cường độ của các tín hiệu đa đường từ máy di động đến trạm gốc và sử dụng nhiều hơn một đường nhờ việc kết hợp phân tập.


Hình 3.9 Máy thu quét (Rake receiver)


    1. Cấu trúc phân kênh của WCDMA

Cũng như trong các hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh thông tin trong WCDMA được chia ra làm hai loại tuỳ thuộc vào quan điểm nhìn nhận. Theo quan điểm truyền dẫn ta sẽ có các kênh vật lý còn theo quan điểm thông tin ta sẽ có các kênh truyền tải.

Lớp vật lý ảnh hưởng lớn đến sự phức tạp của thiết bị về mặt đảm bảo khả năng xử lý băng tần cơ sở cần thiết ở trạm gốc và trạm đầu cuối. Trên quan điểm các hệ thống thông tin di động thế hệ ba là các hệ thống băng rộng, vì vậy không thể thiết kế lớp vật lý chỉ cho một dịch vụ thoại duy nhất mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho các dịch vụ tương lai.



3.7.1 Kênh vật lý

3.7.1.1 Kênh vật lý riêng đường lên

Kênh vật lý đường lên gồm một hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) và một kênh điều khiển vật lý (DPCCH).

Kênh điều khiển vật lý (DPCCH)

Kênh điều khiển vật lý đường lên được sử dụng để mang thông tin điều khiển lớp vật lý. Thông tin này gồm: các bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá kênh cho tách sóng nhất quán, các lệnh điều khiển công suất (TCP: Transmit Control Power), thông tin hồi tiếp (FBI: Feedback Information) và một chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI).



Thông số k xác định số bit trên khe của DPDCH/DPCCH đường lên. Mỗi khung có độ dài 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip ứng với 666μs, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất. Như vậy độ rộng khe gần bằng với độ rộng khe ở GSM (577μs). Các bit FBI được sử dụng khi sử dụng phân tập phát vòng kín ở đường xuống. Có tất cả 6 cấu trúc khe cho DPCCH đường lên. Có các tuỳ chọn sau: 0, 1 hay hai bit cho FBI và có hoặc không các bit TFCI. Các bit hoa tiêu và TPC luôn luôn có mặt và số bit của chúng được thay đổi để luôn sử dụng hết khe DPCCH.



Bảng 3.2 Cấu trúc các trường của DPCCH :

Khuôn dạng tại #i

Tốc độ bit kênh (kbit/s)

Tốc độ ký hiệu kênh

SF

Số bit /khung

Số bit /khe

Npilot

NTPC

NTFCI

NFBI

Số khe được phát trên khung vô tuyến

0

15

15

256

150

10

6

2

2

0

15

0A

15

15

256

150

10

5

2

3

0

10 – 14

0B

15

15

256

150

10

4

2

4

0

8 – 9

1

15

15

256

150

10

8

2

0

0

8 – 16

2

15

15

256

150

10

5

2

2

1

15

2A

15

15

256

150

10

4

2

3

1

10 – 14

2B

15

15

256

150

10

3

2

4

1

8 – 9

3

15

15

256

150

10

7

2

0

1

8 – 15

4

15

15

256

150

10

6

2

0

2

8 – 15

5

15

15

256

150

10

5

1

2

2

15

5A

15

15

256

150

10

4

1

3

2

10 – 14

5B

15

15

256

150

10

3

1

4

2

8 – 9

Kênh số liệu vật lý riêng DPDCH

Kênh truyền số liệu cho người sử dụng, tốc độ số liệu của DPDCH có thể thay đổi theo khung. Thông thường đối với các dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu của kênh DPDCH được thông báo trên kênh DPCCH. DPCCH được phát liên tục và thông tin về tốc độ trường được phát bằng với chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI), là thông tin DPCCH về tốc độ số liệu ở khung DPDCH hiện hành. Nếu giải mã TCFI không đúng thì toàn bộ khung số liệu bị mất. Tuy nhiên độ tin cậy của TCFI cao hơn số liệu nên ít khi xảy ra mất TCFI.



Bảng 3.3 Cấu trúc các trường của DPDCH như sau :

Khuôn dạng tại #i

Tốc độ bit kênh (kbit/s)

Tốc độ ký hiệu kênh

SF

Số bit /khung

Số bit /khe

Ndata

0

15

15

256

150

10

10

1

30

30

128

300

20

20

2

60

60

64

600

40

40

3

120

120

32

1200

80

80

4

240

240

16

2400

160

160

5

480

480

8

4800

320

320

6

960

960

4

9600

640

640
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2016
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương