CHƯƠNG 2

XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘNG WCDMA

2.1. Sơ đồ tổng quát thiết bị thu phát vô tuyến số WCDMA

Hình 1.1. Sơ đồ khối máy phát vô tuyến (a) và máy thu vô tuyến (b)

Phía phát:

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 trung

gian) 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 bit 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

1

và ngẫu nhiên hoá). Chuỗi chip sau ngẫu nhiên hoá được giới hạn trong băng tần 5 MHz

bằng bộ lọc Niquist cosin tăng căn hai (hệ số dốc bằng 0,22) và được biến đổi thành

tương tự bằng bộ biến đổi D/A để đưa lên điều chế vuông góc cho sóng mang. Tín hiệu

trung tần (IF) sau điều chế được biến đổi nâng tần vào sóng vô tuyến (RF) trong băng tần

2 GHz, sau đó được đưa lên khuếch đại trước khi chuyển đến ăng ten để phát vào không

gian.

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 tín

hiệu qua bộ lọc Nyquist cosin tăng căn hai và được phân chia theo thời gian vào một số

thành phần đường truyền có các 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 đến lớp cao hơn.

2.2. Mã hoá tiếng.

WCDMA cũng là hệ thống số. Do đó, tín hiệu thoại cũng phải được biến đổi từ

tương tự sang số trước khi đưa vào xử lí tiếp theo như đối với hệ thống GSM. WCDMA

sử dụng bộ mã hoá tiếng thích ứng đa tốc độ (AMR:Adaptive Multi Rate).

Một số đặc điểm của bộ mã hoá tiếng (Codec tiếng) thích ứng đa tốc độ AMR:

- AMR hoạt động theo mỗi khung thoại dài 20ms ứng với 160 mẫu ở tần số lấy

mẫu là 8 Khz. Tốc độ có thể thay đổi theo từng khung trong từng 20ms.

- Tương thích với 8 nguồn tốc độ khác nhau:12.2 Kbps, 10.2 Kbps, 7.95 Kbps,

7.4Kbps, 6.7 Kbps, 5.9 Kbps và 4.75 Kbps.

2

- Do đặc điểm khung làm việc của bộ Codec AMR là 20ms nên mặc dù tốc độ trên

một khung kênh vật lí riêng DCH có thể thay đổi từng 10ms, nhưng đối với dữ liệu

thoại thì sau khoảng 20ms mới thay đổi.

- Khả năng chịu lỗi khung của AMR cao, 1% và tỉ số lỗi bít BER = 10-4.

- Khi tải cao thì có thể điều chỉnh giảm tốc độ để tăng dung lượng truyền dẫn. Hoặc

khi thuê bao ngoài vùng phủ sóng thì công suất phát phải cao, khi đó có thể giảm tốc

độ để mở rộng vùng phủ sóng.

- Tốc độ bít thực tế được sử dụng cho từng khung thoại phụ thuộc vào điều kiện

kênh vô tuyến hiện tại. Codec thích ứng sẽ chọn lựa tốc độ tối ưu dựa trên cơ sở chất

lượng kênh.

- Mã hoá tiếng tương thích đa tốc độ hỗ trợ phát hiện tích cực tiếng VAD (Voice

Activity Detection) và phát gián đoạn DTX (Discontinous Transmission). Không có

thông tin phát ra giao diện vô tuyến khi không có thông tin thoại có thể giảm thời

lượng phát qua giao diện vô tuyến khoảng 50%. VAD và DTX hầu như được ứng

dụng trong mọi hệ thống di động.

Quá trình thực hiện mã hoá:

Tiếng nói có tốc độ thay đổi được thực hiện biến đổi sang số và nén tốc độ dùng kĩ

thuật điều xung mã thích ứng vi sai ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code

Modulation). Tuy nhiên, trong WCDMA cũng có thể sử dụng PCM tuỳ theo dung lượng

hệ thống và yêu cầu chất lượng dịch vụ.

Điều xung mã thích ứng vi sai ADPCM theo chuẩn của ITU_T (G_726), có thể tạo

ngỏ ra tốc độ 16Kbps, 24Kbps, 32Kbps hoặc 40 Kbps theo số bít mã hoá cho một mẫu.

Trong hệ thống WCDMA sử dụng chủ yếu ở tốc độ ngỏ ra 32Kbps (G_721) cũng có thể

sử dụng 16Kbps nhưng khi đó chất lượng thoại giảm đi.

Nguyên lí của phương pháp mã hoá ADPCM 32Kbps là thông tin phát đi được

lượng tử dựa trên mức sai khác giữa mẫu tiếng đầu vào và các mẫu dự đoán ước tính

3

trước tín hiệu đầu vào, với số bít mã hoá 4bít/1mẫu. Đối với thông tin vô tuyến, tốc độ

càng giảm càng tối ưu về dung lượng hệ thống do chiếm ít đường truyền hơn, nhưng

WCDMA chấp nhận được tốc độ lớn hơn nhằm cải thiện chất lượng tín hiệu gần với chất

lượng mạng cố định.

Nguyên lí của ADPCM 16Kbps hoàn toàn tương tự như ADPCM 32Kbps chỉ

khác thay vì mã hoá 4 bít cho một mẫu thì chỉ mã hoá 2 bít cho một mẫu.

So với một số phương pháp mã hoá khác, ADPCM có một số ưu điểm: độ trễ xử

lí thấp, độ phức tạp thấp hơn, điểm trung bình đánh giá chất lượng nén thoại MOS (Mean

Option Score) có giá trị tương đối cao.

Bảng 4.1 So sánh ADPCM với một số kĩ thuật khác

Kiểu mã Tốc độ ngõ ra Thời gian trễ Độ phức tạp Điểm trung bình

RPE_LTP 13 Kbps 20 ms 1 3.8

ADPCM 32 Kbps 0.125 ms 0.5 4.1

QCELP 8.5 Kbps 20 ms 1 4

Để thực hiện điều xung mã thích ứng vi sai, tín hiệu thoại trước hết phải được

biến đổi vào dạng PCM.

Sơ đồ thực hiện điều xung mã PCM như hình 4.2.

+

Hình 4.4. Sơ đồ khối thực hiện điều xung mã PCM

4

Tín hiệu thoại trước tiên được đưa qua bộ lọc giới hạn băng tần tín hiệu về băng tần

tiếng 300_3400 Hz.

Based signal

Switch

( 8 Khz ) Sampled signal

Hình 4.5. Lấy mẫu.

Lấy mẫu là biến tín hiệu tương tự thành tín hiệu rời rạc. Tín hiệu tiếng sau đó được

lấy mẫu trong những khoảng thời gian cách đều nhau.

Các mẫu tín hiệu sau đó được gần đúng hoá biên độ theo 256 mức tín hiệu tương đối

được chuẩn hoá trước ( mức lượng tử ), quá trình này gọi là quá trình lượng tử hoá.

PCM 64Kbps thực hiện lượng tử không đồng đều, nghĩa là chênh lệch giữa các

mức lượng tử không bằng nhau và thay đổi theo hàm Logarit. Có hai luật lượng tử: luật

sử dụng ở Bắc Mỹ và Nhật Bản, luật A sử dụng ở Châu Âu.

Liên hệ giữa ngỏ ra w2(x) và ngỏ vào w1(x) theo hai qui luật như sau:

Với luật : w2(x) = )1ln(

))(1ln( 1

xw

; (0< )(1 xw < 1, = 255) (4.1)

Với luật A : w2(x) = A

xwA

ln1

)(1

; (0 )(1 xw

A

1) (4.2)

w2(x) = A

xwA

ln1

))(ln(1 1

; (

A

1 )(1 xw 1) (4.3)

trong đó, A=87.6

Giai đoạn cuối cùng của quá trình điều xung mã PCM là thực hiện mã hoá sang

dạng số, mỗi mức lượng tử được mã hoá bằng 8 bit/1 mẫu. Tốc độ ngõ ra bộ PCM

không đồng đều là 64Kbps (8000mẫu/ 1s * 8 bít/ 1mẫu).

5

Điều xung mã vi sai ADPCM:

Điều xung mã thích ứng vi sai ADPCM thực hiện chuyển tín hiệu PCM 64Kbps

sang tín hiệu tốc độ ngỏ ra thấp hơn 32 hoặc 16 Kbps. Sơ đồ thực hiện như hình 4.4.

Hình 4.6. Bộ mã hoá ADPCM

Tín hiệu PCM không đồng đều 64 kbps đưa qua bộ biến đổi để chuyển sang dạng

PCM đồng đều (Uniform PCM).

Tín hiệu PCM đồng đều ngỏ ra đưa đến bộ cộng, thực hiện tính toán tín hiệu hiệu

số bằng cách trừ đi giá trị ước lượng (Estimated Signal) của tín hiệu ngỏ vào. Tín

hiệu ước lượng này được tạo ra từ bộ dự đoán thích ứng (Adative Predictor). Kết

quả sau bộ cộng được mã hoá 4 bít/1 mức (đối với ADPCM 32Kbps) hoặc 2 bít/1

mức (đối với ADPCM 16Kbps).

Bộ lượng tử thích ứng đảo (Inverse Adaptive Quantizer) lấy giá trị ngỏ ra ADPCM

tạo lại tín hiệu sai khác được lượng tử, thực hiện trên từng 4 (hoặc 2 bít) tương

ứng. Kết quả cộng với tín hiệu ước lượng hồi tiếp từ ngỏ ra bộ dự đoán để tạo lại

tín hiệu PCM đồng đều. Sau đó, cả tín hiệu được phục hồi và tín hiệu sai khác tái

Convert touniform PCM

Adaptivequantizer

Inverse adaptivequantizer

ADPCM32 Kbps

_

+ 64KbpsPCM input

Input Signal

Differrence signal

Adaptivepredictor

+

+

Quantized difference

signalReconstructed signal

Estimated signal

6

tạo lại được đưa đến bộ dự đoán thích ứng. Ở đây sử dụng phương pháp lặp vòng

hồi tiếp được thực hiện.

Bộ dự đoán thích ứng dựa vào hai tín hiệu trên tạo ra tín hiệu ước lượng của tín

hiệu ngỏ vào, sau đó lấy hồi tiếp lại cộng với tín hiệu sai khác lượng tử lần sau tái

tạo tín hiệu ngỏ vào ban đầu (PCM đồng đều).

Như vậy, tín hiệu cuối cùng được phát đến các khối xử lí tiếp theo là tín hiệu số

16Kbps, 32 Kbps hoặc 64 Kbps tuỳ theo kiểu mã hoá được sử dụng.

Tại thiết bị thu: thực hiện quá trình giải mã ngược lại:

Chuỗi tín hiệu số thu được giải mã ADPCM tạo luồng số PCM 64 Kbps. Sau đó

thực hiện giải mã PCM khôi phục lại tín hiệu thoại ban đầu.

Sơ đồ bộ giải ADPCM như hình 4.5.

Convert toPCM

Synchronouscoding

adjustment

+ADPCM

input

Adaptivepredictor

Estimated signal

Inverse adaptivequantizer

Quantized difference

signal

Reconstructed signal

+

64 kbps output

Hình 4.7. Bộ giải mã ADPCM.

Tín hiệu ADPCM 32 Kbps khi nhận được đưa đến bộ lượng tử

thích ứng đảo tạo lại tín hiệu sai khác được lượng tử hoá giống như khi thực hiện mã

hoá. Các giá trị sai khác sau đó được đưa đến bộ cộng, cộng với tín hiệu dự đoán để

phục hồi lại tín hiệu được phát.

Tín hiệu khôi phục đưa đến bộ chuyển đổi về lại dạng PCM và sau đó đưa đến bộ

điều chỉnh mã hoá đồng bộ. Tín hiệu PCM ở dạng PCM đồng đều.

7

Bộ hiệu chỉnh mã hoá đồng bộ ( Synchronous Coding Adjustment) biến đổi tín hiệu

được phục hồi sang dạng PCM đồng đều, sau đó so sánh với tín hiệu sai khác thu

được thực tế để kiểm tra, nếu có lỗi xảy ra thì tiến hành sửa lỗi trước khi tạo tín hiệu

PCM ngỏ ra. Bộ này có ý nghĩa giảm méo tín hiệu xảy ra giữa các bộ chuyển đổi

(chẳng hạn ADPCM_PCM_ADPCM,...).

Tín hiệu PCM tiếp tục được giải mã tái tạo lại tín hiệu tương tự, thực hiện như sau:

Hình 4.8. Bộ giải mã PCM 64 Kbps.

Tín hiệu PCM 64 Kbps được giải mã từng 8 bít khôi phục lại tín hiệu tương tự

ban đầu. Sau đó, đưa đến bộ giải nén theo luật A hay như sử dụng ở hướng phát. Trước

khi đưa đến loa phát ra tiếng thì tín hiệu cũng được lọc giới hạn băng tần về băng tần âm

thanh nghe được.

2.3. Mã hoá kiểm tra lỗi CRC và giải mã

Mã hoá kênh

Cũng như hệ thống GSM, mã hoá kênh ở đây cũng thực hiện việc thêm vào một số

bít dư làm tăng khoảng cách Hamming của bộ mã để kiểm tra phát hiện hoặc có thể sửa

nhiều lỗi đường truyền hơn. Mã hoá kênh gồm mã hoá kiểm tra lỗi CRC và sửa lỗi bằng

mã hoá xoắn.

Khoảng cách Hamming của bộ mã ở đây được định nghĩa là khoảng cách

Hamming nhỏ nhất của hai từ mã trong bộ mã. Khoảng cách Hamming càng lớn thì khả

năng kiểm soát lỗi càng tốt. Gọi t là số bít lỗi và d là khoảng cách Hamming của bộ mã,

bộ mã có thể:

Phát hiện được t lỗi nếu d t+1 ( 4.4 )

8

Sửa được t lỗi nếu d2t+1. ( 4.5 )

Việc thêm các bít dư sẽ dẫn đến tình trạng tăng tốc độ truyền dẫn nhưng bù lại cho

chất lượng dữ liệu cao hơn. Do đó, việc chọn từ mã CRC dài bao nhiêu bít cũng như chọn

tỉ lệ mã hoá xoắn phải xét đến vấn đề dung lượng, yêu cầu chất lượng và độ phức tạp khi

thực hiện. Khi số bít CRC càng lớn hay tỉ lệ mã hoá xoắn càng nhỏ, nghĩa là số bít ngỏ ra

càng nhiều thì khả năng kiểm lỗi càng tốt nhưng khi đó tốc độ càng tăng và độ phức tạp

thực hiện cũng tăng.

Mã hoá CRC (Cyclic Redundance Check):

Mã hoá kiểm tra dư vòng CRC là dạng mã hoá không nhớ, nghĩa là từ mã sau

không phụ thuộc vào từ mã trước đó mà chỉ phụ thuộc vào khối bít thông tin đầu vào hiện

tại.

Mã hoá CRC được đặc trưng bởi một đa thức sinh hay còn gọi là đa thức tạo mã

G(x) và tỉ lệ mã r = k/n. Tỉ lệ mã r cho biết có k bít thông tin đầu vào, bộ mã hoá CRC tạo

từ mã đầu ra n bít bao gồm k bít bản tin và n-k bít dư thêm vào.

Bộ mã hoá CRC hoạt động dựa trên bộ ghi dịch bằng các ngỏ cộng Module2. Các

bộ ghi dịch được thiết kế dựa trên trạng thái các hệ số của đa thức tạo mã. Đa thức tạo mã

là các đa thức nguyên thuỷ với các hệ số xác định cấu trúc bộ tạo mã.

Thuật toán tạo mã kiểm tra CRC:

- Bản tin được chia thành từng khối k bít đưa vào bộ mã hoá CRC.

- Chuỗi bít vào được đặc trưng bằng đa thức bản tin

m(x) = m0 + m1x +...+mk-1xk-1 (4.6)

Trong đó, mi ( i= 0..k-1) là trạng thái k bít bản tin đầu vào. mk-1 ứng với bít có trọng

số lớn nhất và được phát trước.

- Đa thức tạo mã (đa thức sinh ) CRC k bít bản tin tạo từ mã n bít có bậc n-k

9

G(x) = 1 + g1x +g2x2+...+ gn-k xn-k (4.7)

Số bít dư được tạo ra bằng số luỹ thừa cao nhất của đa thức tạo mã, tức n-k bít.

- Nhân đa thức bản tin m(x) với thừa số xn-k , được đa thức a(x) bậc n,

A(x) = xn-k m(x). (4.8)

- Thực hiện chia đa thức A(x) cho đa thức sinh được kết quả:

a(x) = b(x) + )(

)(

xG

xr; (4.9)

đa thức dư r(x), đây chính là đa thức của n-k bít kiểm tra CRC.

- Kết hợp kết quả ta có đa thức:

c(x) = A(x) + r(x) = c0+c1x+...+cn1xn-1 (4.10)

bậc n đặc trưng cho chuỗi bít của từ mã ngỏ ra bộ mã hoá.

Hình 4.9. Mạch tạo mã CRC.

Tính toán mã CRC trong hệ thống bằng các mạch tạo mã và mạch tính Syndrom

dựa trên các thanh ghi dịch.

Đầu thu thực hiện giải mã CRC bằng cách kiểm tra Syndrom, nếu Symdrom= 0 thì

khối bít thu được không có lỗi, nếu khác thì lỗi xảy ra.

Giải thuật kiểm tra Syndrom như sau:

10

- Từ mã thu được biểu diễn dưới đa thức y(x).

- Chia y(x) cho đa thức sinh g(x) tìm đa thức dư. Đa thức dư chính là đa thức

Syndrom.

Đối với tín hiệu thoại nếu lỗi xảy ra không lớn lắm thì có thể bỏ qua khối bít bị

lỗi sau khi thực hiện sửa lỗi ở bộ giải mã hoá xoắn mà không cần yêu cầu phát lại như

đối với một số dịch vụ yêu cầu độ chính xác cao như các dịch vụ số liệu,...

Hình 4.10. Bộ tính Syndrom.

Một ví dụ đơn giản minh hoạ thuật toán tính CRC cho việc tạo mã và giải mã phát

hiện lỗi CRC .

Giả sử chuỗi bít bản tin phát đi 1101 được mã hoá CRC_3.

Đa thức tạo mã: G(x) = 1+ x + x3

Ta có các kết quả tính toán:

m(x) = 1 + x2 + x3

A(x) = x3 + x5 + x6 => )(

)(

xG

xA= 1+ x + x2+ x3 +

xx 31

1

Vậy r(x) = 1 nghĩa là 3 bít kiểm tra được thêm vào là 001. Từ mã ngỏ ra bộ mã hoá

là 1101 001. Nếu thực hiện trên các thanh ghi dịch thì sau 4 lần dịch ta cũng có cùng kết

quả. Bây giờ thực hiện giải mã:

Giả sử thu được từ mã 1111 001, đa thức được viết y(x) = 1 + x3+ x4+ x5+ x6

11

Đa thức Syndrom xác định bằng dư của phép chia y(x) cho G(x) và bằng

r’(x) = x + x2 khác 0, (trạng thái 011).

Do đó, từ mã thu được bị lỗi. Symdrom có giá trị thập phân bằng 3, do đó, bít lỗi

là bít thứ 3 trong từ mã thu được, so sánh hai từ mã phát và thu thấy vị trí sai đúng = 3.

Trong hệ thống WCDMA mã hoá kiểm tra lỗi CRC cho kênh tín hiệu thoại tạo số

bít kiểm tra khác nhau cho từng tốc độ, có thể sử dụng các đa thức tạo mã khác

nhau như :

G8(x) = x8+x7+ x4+ x3+ x +1 (4.11)

G16(x) = x16+x12+x5+x +1 (4.12)

G24(x) = x24+x23+x6+x5+x+1 (4.13)

Tạo ra khối bít kiểm tra CRC_8, CRC_16, CRC_24, tương đương thêm vào khối k

bít bản tin 8, 16 hoặc 24 bít đuôi ứng với tốc độ ngỏ ra bộ mã hoá tiếng 16 Kbps, 32Kbps

hay 64 Kbps.

2.4. Mã hoá sửa lỗi và giải mã

WCDMA có thể thực hiện sửa lỗi bằng mã hoá xoắn hoặc mã hoá Turbo. Tuy

nhiên, đối với các dịch vụ tốc độ thấp và không yêu cầu độ chính xác chất lượng cao như

dịch vụ thoại (BER cỡ 10-3), hệ thống WCDMA sử dụng bộ mã xoắn tương tự như hệ

thống GSM. Mã hoá Turbo chỉ sử dụng cho các dịch vụ số liệu tốc độ cao và yêu cầu lỗi

BER cao hơn (BER: 10-6_ 10-3).

12

2.4.1. Mã vòng

Hình 3. 1: Mạch mã hóa vòng

Nguyên lý hoạt động của mạch mã hóa vòng

Bước 1 : Cổng đóng cho thông tin qua mạch, k chữ số thông tin u 0, u1,...,un-k được

dịch vào mạch từ thiết bị đầu cuối để nhân trước u(x) với xn-k. Ngay sau khi thông tin

được đưa vào mạch thì n-k chữ số còn lại trong thanh ghi là những con số kiểm tra chẵn

lẻ.

Bước 2 : Cắt đứt đường hồi tiếp bằng cách điều khiển cho các cổng gi hở (không

cho thông tin qua).

Bước 3 : Dịch các con số kiểm tra chẵn lẻ và đưa ra đường truyền. Các chữ số

kiểm tra này kết hợp với k chữ số thông tin tạo thành vector mã.

Mã khối là bộ mã hóa chia dòng thông tin thành những khối tin (message) có k bit.

Mỗi tin được biểu diễn bằng một khối k thành phần nhị phân u = (u1,u2,..,un), u được gọi

là vector thông tin. Có tổng cộng 2k vector thông tin khác nhau. Bộ mã hóa sẽ chuyển

vector thông tin u thành một bộ n thành phần v = (v1,v2,...,vn) được gọi là từ mã. Như

vậy ứng với 2k vector thông tin sẽ có 2k từ mã khác nhau. Tập hợp 2k từ mã có chiều dài

n được gọi là một mã khối (n,k). Tỉ số R = k/n được gọi là tỉ số mã, R chính là số bit

13

thông tin đưa vào bộ giải mã trên số bit được truyền. Do n bit ra chỉ phụ thuộc vào k bit

thông tin vào, bộ giải mã không cần nhớ và có thể được thực hiện bằng mạch logic tổ

hợp. Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính

Mã vòng là phương pháp mã hóa cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC – Cyclic

Redundance Check) và chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin.

Mã hóa mã vòng (n,k) dạng hệ thống gồm ba bước :

(1). Nhân đa thức thông tin u(x) với xn-k.

(2). Chia xn-k.u(x) cho đa thức sinh g(x), ta được phần dư b(x).

(3). Hình thành từ mã b(x) + xn-k

Tất cả ba bước này được thực hiện bằng mạch chia với thanh ghi dịch (n-k) tầng có hàm

hồi tiếp tương ứng với đa thức sinh g(x).

2.4.2. Mã hoá xoắn

Sau khi thực hiện mã hoá kiểm tra lỗi CRC, các từ mã CRC lại được phân đoạn để

đưa đến bộ mã hoá xoắn nếu số bít trong khoảng thời gian một khung lớn hơn số bít trị tối

đa cho phép của khối mã xoắn (504 bít).

Đặc trưng cho mã xoắn cũng là tỉ lệ mã r = k/n và số phần tử nhớ K. Trong đó, k là

số bít đầu vào (k 504 bít ), n là số bít đầu ra, K số hữu hạn bằng số phần tử nhớ tương

ứng với số Flip Flop trong bộ ghi dịch. Nguyên tắc của bộ mã hoá xoắn là k bít được dịch

vào khối thanh ghi dịch và các bít đầu ra được ghép theo một qui luật tạo thành khối từ

mã n bít đầu ra.

Mã xoắn thuộc dạng mã khối có nhớ, từ mã ngỏ ra không chỉ phụ thuộc vào khối

bản tin hiện thời mà còn phụ thuộc vào khối thông tin trước đó. Các bít ngỏ ra phụ thuộc

vào ngỏ ra của các phần tử nhớ bằng cách thực hiện cộng Module 2 theo các đa thức tạo

mã Gi(x). Số đa thức tạo mã bằng với số ngỏ ra của bộ mã hoá xoắn. Ví dụ với bộ mã hoá

xoắn tỉ lệ ½: một bít đầu vào tạo hai bít ngỏ ra dựa trên hai đa thức tạo mã.

14

Tín hiệu thoại trong WCDMA sử dụng bộ mã xoắn với tỉ lệ mã ½ hoặc 1/3 cho cả

đường lên và đường xuống với số phần tử nhớ K= 9. Mã hoá xoắn với tỉ lệ mã càng nhỏ,

nghĩa là số ngỏ ra càng lớn thì khả năng sửa lỗi càng cao. Tuy nhiên, khi đó, tốc độ càng

tăng làm tốn đường truyền hơn và như đã nói, chọn lựa tỉ lệ mã tuỳ theo yêu cầu chất

lượng người sử dụng.

- Khi sử dụng mã xoắn tỉ mã ½, hai đa thức tạo mã như sau:

G0(x) = x8+ x6 +x5+x4+1 (4.14)

G1(x) = x8+x7+x6+x5+x3+x+1 (4.15)

- Khi sử dụng mã xoắn tỉ mã 1/3, ba đa thức tạo mã:

G0(x) = x8+ x6 +x5+x3+x2 +x+1 (4.16)

G1(x) = x8+x7+x5+x4+x+1 (4.17)

G2(x) = x8+x7+x6+x3 +1 (4.18)

Sơ đồ mã hoá xoắn tỉ lệ ½:

Hình 4.12. Cấu trúc bộ tạo mã xoắn tỉ lệ ½

Sơ đồ mạch mã xoắn tỉ lệ 1/3 :

15

Hình 4.13. Cấu trúc bộ mã hoá xoắn 1/3.

Trong đó, kí hiệu MBS, LBS chỉ bít có trọng số lớn nhất và nhỏ nhất. Ví dụ:

chuỗi bít bản tin đưa đến bộ mã hoá xoắn ½ là 1 0 0 1, trạng thái khởi đầu bộ mã hoá toàn

0, ta có kết quả dịch của bộ mã hóa như sau:

Bít vào Trạng thái bộ ghi dịch Ngõ ra C0 Ngõ ra C1

1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1

1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

Vậy từ mã xoắn ngõ ra: 1 1 0 1 1 1 0 0.

2.4.3. Mã Turbo

Trước khi xét nguyên lý mã hóa Turbo ở W-CDMA, ta xét sơ đồ tổng quát của bộ mã

hóa và giải mã như sau:

16

Bộ mã hóa Turbo gồm hai bộ mã hóa xoắn hệ thống hồi qui (RSC): RSC1, RSC2

và một bộ đan xen bên trong. Tại máy thu tín hiệu nhận được sau giải đan xen và máy thu

RAKE [y1, y2, y3] được đưa vào bộ giải mã Turbo. Giải thuật giải mã lặp của bộ giải mã

Turbo, bộ giải mã đầu ra mềm tính toán thông tin vòng ngoài Le với tham chuẩn y1 và y2.

sau đó bộ giải mã 2 đầu ra mềm, đầu vào cập nhật Le cùng với các tham chuẩn y1, y2, y3 và

Le được hồi tiếp đến bộ giải mã 1 để lặp lại quá trình trên. Sau m lần lặp, chuỗi phát được

khôi phục bởi quyết định cứng của logarit tỷ lệ khả năng giống (LLR) L(bk). LLR đối với

bit k sau giải mã, L(bk) được thể hiện bằng phương trình sau:

L(bk) =

1)P(b

1)P(bln

k

k

Trong phương trình, P(bk = +1) và P(bk = -1) là xác suất bk =+1 và bk = -1. Bộ giải

mã đầu vào mềm , đầu ra mềm được sử dụng có thể là MAP.

2.4.3.1. Bộ mã hóa Turbo

Đối với các dịch vụ số liệu đòi hỏi chất lượng dịch vụ nằm trong khoảng 10 -3 và

10-6, mã hóa turbo được sử dụng. Bộ mã hóa này gồm hai bộ mã hóa xoắn hệ thống hồi

quy: RSC1 và RSC2 có 8 trạng thái và một bộ đan xen như hình phía dưới.

Hàm truyền đạt của bộ mã thành phần 8 trạng thái RSC là:

17

Bộ giải đan xen

Bộ giải đan xen

Bộ giải đan xen

Bộ giải

mã 1

Bộ giải

mã 2

Sau m lần

lặp Le

Le

Bộ đan xen

RSC1

RSC1

X1

X2

X3

bk

a) Bộ mã hóa Turbo b) Bộ giải mã Turbo

Hình 4.14. Sơ đồ khối bộ mã hóa và giải mã Turbo.

d(D)

n(D)1,G(D)

Trong đó:

d(D) = 1 + D2 + D3

n(D) = 1 + D + D3

Giá trị khởi đầu các thanh ghi dịch của bộ mã hóa Turbo là toàn ‘0’. Đầu ra của bộ

mã hóa Turbo được trích bỏ để tạo ra các bit tương ứng với tỷ lệ mã cần thiết. Đối với tỷ

lệ mã 1/3 các bit chẳn lẻ và hệ thống không bị trích bỏ và chuỗi đầu ra là X(0), Y(0),

Y’(0), X(1), Y(1), Y’(1),…

2.4.3.2. Kết cuối ở mã Turbo

X(t)

Đan xen

X(t)

Y(t)

Y’(t)

X’(t)

Hình 4.15. Cấu trúc của bộ mã hóa Turbo của W-CDMA(đường không liên tục chỉ dành cho kết cuối mã).

18

Kết cuối ở mã Turbo được thực hiện bằng cách lấy các bit đuôi từ mạch hồi tiếp

thanh ghi dịch sau khi đã mã hóa toàn bộ các bit thông tin. Sau khi mã hóa các bit thông

tin được cộng với các bit đuôi.

Ba bit đuôi đầu được sử dụng để kết cuối bộ mã hóa thành phần thứ nhất (chuyển

mạch trên của hình 2.6) trong khi bộ mã hóa thành phần dưới bị cấm. Ba bit đuôi cuối

cùng sẽ được sử dụng để kết cuối bộ mã hóa thành phần thứ hai (chuyển mạch dưới của

hình 2.6), trong khi bộ mã hóa thành phần thứ nhất bị cấm.

Các bit được phát để kết cuối dưới lúc náy sẽ là:

X(t)Y(t)X(t+1)Y(t+1)X(t+2)Y(t+2)

X’(t)Y’(t)X’(t+1)Y’(t+1)X’(t+2)Y’(t+2)

2.4.3.3

. Đan xen bên trong mã Turbo

Hình trên mô tả toàn bộ sơ đồ mã hóa Turbo 8 trạng thái gồm cả bộ đan xen bên

trong. Bộ đan xen bên trong gồm tạo đan xen mẹ và tỉa bớt. Đối với khối cho trước bất kỳ

dài K, một khối đan xen mẹ được chọn từ tập 134 khối đan xen mẹ. Sau khi tạo mã đan

xen mẹ, 1-bit bị tỉa bớt để điều chỉnh đan xen mẹ đến độ dài khối K. Các bit đuôi T1 và T2

được bổ sung cho các bộ tạo mã thành phần RSC1 và RSC2.

Giải mã Viterbi:

Đan xen mẹ Tỉa bớt RSC2

RSC1

Nguồn k bit Chuỗi được mã hóa

(K+1) bit K bit(3K+T1+T2) bit

Hình 4.16. Toàn bộ sơ đồ mã hóa Turbo 8 trạng thái.

19

Chuỗi bít nhận được hướng thu thực hiện giải mã mã xoắn sửa lỗi áp dụng thuật

toán Viterbi. Có thể giải mã Viterbi: theo quyết định cứng và quyết định mềm. Do tính

phức tạp nên các hệ thống thông tin số nói chung và WCDMA nói riêng chỉ sử dụng giải

mã theo thuật toán Viterbi quyết định cứng.

Thuật toán giải mã Viterbi theo quyết định cứng dựa trên biểu đồ trạng thái hình

lưới. Tại mỗi nút có hai hay nhiều đường dẫn hội nhập đến. Giải mã quyết định cứng thực

hiện tính toán tổng trọng số Hamming ở mỗi thời điểm trên đường đến, tại mỗi điểm hội

nhập loại bỏ đường đến có giá trị tổng lớn hơn. Cuối cùng chỉ còn một đường duy nhất

xác định trạng thái bít tín hiệu giải mã.

Sau khi được mã hoá sửa lỗi, tín hiệu tiếp tục thực hiện giải mã kiểm tra lỗi CRC,

nếu lỗi còn xảy ra thì có thể huỷ khối hỏng.

Các thông số mã sửa lỗi cho các kênh đường lên và đường xuống

Kiểu kênh truyền tải Sơ đồ mã hoá Tỷ lệ mã

BCH

Mã xoắn ½PCH

RACH

CPCH, DCH, DSCH,

FACH

Mã xoắn 1/3, ½

Mã Turbo 1/3

Không mã hoá

2.5. Ghép xen và giải ghép xen

2.5.1. Ghép xen

Cũng giống như GSM, ghép xen là quá trình làm thay đổi vị trí các bít trong khối

bít thông tin theo qui tắc xác định trước cho từng loại kênh. Mục đích của việc ghép xen

là ngẫu nhiên hoá lỗi khối, nghĩa là phân tán khối bít lỗi lớn thành những khối nhỏ riêng

lẻ, dễ dàng cho việc sửa lỗi dùng mã xoắn.

20

Nguyên tắc của bộ ghép xen ở giao diện vô tuyến của hệ thống WCDMA dựa trên

ma trận ghép xen (m hàng, n cột) bằng việc thực hiện hoán vị các cột.

Với kênh lưu lượng mang tín hiệu thoại, khoảng thời gian thực hiện ghép xen là

10ms hoặc 20ms tuỳ chọn theo yêu cầu chất lượng. Cụ thể, nếu gọi số bít trong khoảng

thời gian ghép xen là B bít thì số hàng cột ma trận ghép xen xác định như sau:

Bảng 4.1 Quy tắc hoán vị các cột ma trận ghép xen

TTI n M Hoán vị các cột

10ms 1 B (0)

20ms 2 B/2 (0,1)

Thường thì B là một bội số nguyên của khoảng thời gian truyền dẫn.

Qui tắc ghép xen như sau:

- Đọc dữ liệu vào ma trận theo thứ tự từng hàng. Ví dụ, đọc chuỗi bít x1 x2 x3...xB vào

ma trận m hàng 2 cột thứ tự như sau:

...

5

3

1

x

x

x

...

6

4

2

x

x

x

- Chuỗi bít ngỏ ra của bộ ghép xen được đọc theo từng cột ma trận sau khi hoán vị,

nghĩa là ngỏ ra sẽ trở thành x1 x3 x5...x2 x4 x6....

Ví dụ minh hoạ, giả sử khối 10 bít thông tin 1101001101. Ma trận ghép xen 5 hàng 2 cột

như sau:

0

1

0

0

1

1

1

0

1

1

Mẫu hoán vị (0,1), ta có chuỗi bít ngỏ ra được đọc theo cột là: 1001011011.

21

Với khoảng ghép xen 10 ms thì gần như không ghép xen. Chuỗi bít ra bộ ghép xen

cũng là x1 x2 x3.... Sau khi thực hiện ghép xen, cụ thể là sau khi hoán vị các cột thì không

có hai bít kế tiếp nào được phát liên tục. Do đó, phân tán lỗi rất tốt và tốt hơn cả so với

ghép xen theo từng cụm như trong GSM.

Chuỗi bít thông tin ngõ ra sau đó được ghép xen lần 2 như sau :

Ghép xen lần hai là một bộ ghép xen khối bằng cách hoán vị các cột. Các bit vào

bộ ghép xen được ký hiêụ như sau : pUpp uuu ,...,, 21 , trong đó p là số kênh vật lý và U là số

các ký hiệu ở một khung vô tuyến đối với một kênh vật lý. Quá trình ghép xen được thực

hiện như sau :

Đặt số cột bằng: C2 = 30. Số cột được đánh số từ trái sang phải như sau : 0,1,2,

…,C2 – 1.

Xác định sốdòng R2 bằng cách tìm số nguyên cực tiểu R2 sao cho U ≤ R2C2.

Viết các bit đầu vào bộ ghép xen vào ma trận R2 x C2 theo dòng:

)30()230)1(()130)1((

603231

3021

222.......

.......

.......

RpRpRp

ppp

ppp

uuu

uuu

uuu

Thực hiện hoán vị cột theo mẫu {P2(j)} (j=0,1,…,C2 -1) được cho ở bảng sau :

Số cột C2 Mẫu hoán vị giữa các cột

30 {0, 20, 10, 5, 15, 3, 13, 23, 8, 18, 28, 1, 11, 21, 6, 16, 26, 4, 14,

24, 19, 9, 29, 12, 2, 7, 22, 27, 17}

Trong đó P2(j) là vị trí cột gốc của cột được hoán vị thứ j. Sau khi hoán vị các cột,

các ký hiệu được ký hiệu bằng ypk.

22

)30()2(

)229()2(2

)129()1(1

222

22

22

.......

.......

.......

RpRppR

RpRpp

RpRpp

yyy

yyy

yyy

2.5.2.Giải ghép xen:

Chuỗi bít nhận được cũng đọc vào ma trận ghép xen và đọc ra theo qui tắc ngược

lại với quá trình ghép xen, nghĩa là đọc vào theo từng cột và đọc ra theo hàng, khôi phục

khối bít dữ liệu như trước khi ghép xen.

2.7. Trải phổ và điều chế

Có ba kiểu hệ thống trải phổ cơ bản:

- Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS: Direct Sequence Spreading Spectrum)

- Trải phổ kiểu nhảy tần (FH/SS: Frequency Hopping Spreading Spectrum)

- Trải phổ nhảy thời gian (TH/SS: Time Hopping Spreading Spectrum)

Trong W-CDMA với băng tần 5MHz thì chỉ tồn tại duy nhất phương thức trải phổ

chuỗi trực tiếp DS với tốc độ chip là 3.84 Mchips

2.7.1. Trải phổ chuỗi trực tiếp DS-CDMA

Từ khi bắt đầu được xử lí số đến sau khi lặp, phổ tín hiệu không thay đổi. Đến

đây, phổ bắt đầu sẽ được trải rộng ra. WCDMA sử dụng kĩ thuật trải phổ trực tiếp.

Trải phổ trực tiếp là hình thức trải phổ thực hiện bằng cách nhân tín hiệu với một

chuỗi mã trải phổ dạng xung, gọi là Chip. Mục đích của trải phổ là trải rộng phổ tín hiệu

đến độ rộng cần thiết và xấp xỉ gần mức nhiễu ngẫu nhiên nhằm bảo mật thông tin trên

đường truyền vô tuyến.

- Quan hệ giữa chuỗi bít thông tin và chuỗi tín hiệu trải phổ như sau:

Chuỗi tín hiệu trải phổ = chuỗi bít thông tin * chuỗi mã trải phổ.

23

Từ đó suy ra, tín hiệu sau khi trải phổ cũng có tốc độ bằng tốc độ Chip và phát đi

dạng xung. Tốc độ Chip lớn hơn tốc độ bít nhiều lần, nghĩa là, độ rộng một Chip nhỏ hơn

độ rộng một bít nhiều lần và vì vậy phổ tín hiệu được trải rộng hơn.

Ta biết, mật độ phổ công suất tín hiệu số được tính theo công thức:

Sx(t) = V2 T ( fT

fT

2

)2sin()2 (4.19)

Hay Sx(t) = V2 T sinc2(2 fT) (4.20)

Trong đó, V: biên độ tín hiệu ; T là độ rộng bít.

Do đó, khi độ rộng bít T giảm thì độ rộng phổ công suất sẽ tăng lên. Phổ càng trải

rộng thì tín hiệu càng gần mức nhiễu.

Hình 4.22. Tín hiệu trải phổ trong miền thời gian và tần số.

- Hệ số trải phổ đặc trưng cho giá trị bao nhiêu Chip dùng trải phổ cho một mẫu. Ví dụ

như, nếu SF = 4, mẫu tín hiệu đến được trải phổ với 4 chip nghĩa là độ rộng một bít bản

tin dài gấp 4 lần độ rộng của một Chip.

Hệ số trải phổ SF : SF = Rb

Rc (4.21)

Tb

Tc

Miền thời gian

Chuỗi bít vào(Tốc độ bít)

Chuỗi xung ngõ ra(Tốc độ chip)

fo

Băng tần thông tin

Băng tần phổ

Miền tần số

fo

Tb: thời gian bit Tc: thời gian chip

24

Rc : tốc độ chíp của chuỗi mã trải phổ (Rc = 3.84 Mcps).

Rb : tốc độ dữ liệu .

Tốc độ Chip dùng cho hệ thống WCDMA là cố định và bằng 3.84 Mcps nên từ

định nghĩa ta thấy rằng khi tốc độ dữ liệu người dùng càng thấp thì sử dụng hệ số trải phổ

càng cao. Chẳng hạn, với tốc độ thoại đường lên 12.2 Kbps, theo định nghĩa thì hệ số trải

phổ bằng:

(3.84 * 106)( Chip/giây) / (12.2 * 103)( bit/ giây) = 314.7.

Tuy nhiên, tốc độ 12.2 Kbps là tốc độ không sử dụng sửa lỗi nhưng hệ thống

WCDMA có hỗ trợ việc sửa lỗi nên tốc độ truyền dẫn thực tế sẽ tăng cao hơn cũng có

nghĩa là hệ số trải phổ thực tế cho một kênh thoại 12.2 Kbps nhỏ hơn giá trị này.

Có thể tính toán ví dụ cụ thể hệ số trải phổ dùng cho tín hiệu thoại có sử dụng các

kĩ thuật sửa lỗi như sau: Giả sử tín hiệu được mã hoá tiếng với ADPCM 32 Kbps. Sau khi

thực hiện mã hoá CRC_16 trên từng khung 20ms (640bít), tốc độ bít tăng xấp xỉ

32,8Kbps (656bít/20ms). Qua bộ mã xoắn tỉ lệ ½, tốc độ có thể đạt đến 65,6Kbps. Tiếp

theo, giả sử được phối hợp tốc độ với kênh thoại 64Kbps khác, mỗi bít trong khối bản tin

được lặp lại một lần, tốc độ ngỏ ra bộ lặp lên đến 131,2Kbps. Như vậy, tín hiệu trong

trường hợp này được trải phổ với hệ số trải phổ bằng:

3,84*106/(131,2*103) = 29,26...

Rõ ràng, kết quả nhỏ hơn 314,7 rất nhiều. Thực tế, tín hiệu này có thể được trải

phổ với hệ số bằng 32 do hệ số trải phổ bằng luỹ thừa của 2.

Hệ số trải phổ thay đổi, số bít trên một khung cũng thay đổi theo. Nói cách khác

tốc độ dữ liệu thay đổi, số bít cụ thể được tính như sau:

Số bít/10ms = 15 khe (10 2k )(bít/ khe) (4.22)

Tham số k ở đây đặc trưng cho số bít trên một khe thời gian trên một khung:

SF = 2

256k ; ở tốc độ chíp 3.84 Mcps. (4.23)

25

Khi hệ số trải phổ thay đổi SF = từ 256 đến 4, k sẽ có các giá trị thay đổi k=0,1,...6.

Hệ số trải phổ SF Tốc độ đỉnh kênh dữ liệu

(Kbps)

Tốc độ dữ liệu thật (với tỷ lệ

mã xoắn 1/2 + phần mào đầu)

(Kbps)

4 1920 936

8 960 456

16 480 215

32 240 105

64 120 45

128 60 12

256 30 6

512 15 3

Bảng trải phổ kênh vật lý đường lên

Hệ số trải phổ SF Tốc độ kênh dữ liệu (Kbps) Tốc độ thật (Kbps)

(với mã xoắn tỷ lệ 1/2)

4 960 480

8 480 240

16 240 120

32 120 60

64 60 30

128 30 15

256 15 7.5

Bảng Trải phổ kênh vật lý đường xuống

Các bảng này sẽ chỉ cho thấy rằng tốc độ chuyển tải dữ liệu giới hạn từ 15Kbps

đến 1920Kbps cho đường xuống và từ 15 Kbps đến 960 Kbps cho đường lên, tuỳ theo

thừa số trải phổ SF được sử dụng.

Mã trải phổ hay mã định kênh:

26

Mã trải phổ còn được gọi là các mã định kênh. Mã trải phổ là các chuỗi mã trực

giao được sử dụng để phân biệt các kênh khác nhau có thể của cùng một thuê bao trên

đường lên.

Tất cả các mã định kênh dùng trong hệ thống WCDMA là mã Walsh tạo ra từ ma

trận Hadamard. Mỗi một hàng trong ma trận Hadarmad là một mã Walsh. Các mã sử

dụng được chọn dựa theo cấu trúc cây mã hệ số trải phổ khả biến trực giao OVSF

(Othorgonal Variable Spreading Factor). Mục đích của sự chọn lựa này nhằm đảm bảo

tính trực giao giữa các mã được sử dụng.

- Tính trực giao được định nghĩa như sau: hai tín hiệu c i(t) và cj(t) là trực giao nhau nếu

trong chu kì T có kết quả:

T

0

ci(t) cj(t) = 1 nếu i= j (4.24)

= 0 nếu i j với mọi i,j.

Tính trực giao là đặc tính quan trọng nhất của mã trải phổ tín hiệu.

- Ma trận Hadamard được xây dựng như sau:

=1

1,2,

0,2,

ch

ch

C

C=

0,1,

0,1,

ch

ch

C

C

0,1,

0,1,

ch

ch

C

C=

1

1

1

1.

Tổng quát:

1,2,

2,2,

...

1,2,

0,2,

sfkch

sfkch

kch

kch

C

C

C

C

=

12

,21,

12

,21,

...

0,21,

0,21,

sfkch

sfkch

kch

kch

C

C

C

C

12

,2 1,

12

,21,

....

0,21,

0,21,

sfkch

sfkch

kch

kch

C

C

C

C

(4.25)

Trong đó, kí hiệu Cch,sf,i ch: channel; sf hệ số trải phổ .

27

i là chỉ số của mã ứng với một hệ số trải phổ tương ứng

(i= 0 )1( sf ); k = 0..7 ; sf= 2m ; m=2..8.

- Đặc điểm của cây mã OVSF :

Các mã trên cùng một mức thì có cùng hệ số trải phổ, ứng với mỗi mức, các mã trực

giao nhau từng đôi một.

Mã đầu tiên trong bất kì một hệ số trải phổ nào cũng đều bằng 1.

Hai mã trên hai mức khác nhau có thể trực giao nhau nếu như mã này không

là nằm trên nhánh con của mã kia và ngược lại. Chẳng hạn, trên cây mã như hình thì

Cch,2,0 và Cch,2,1 là trực giao nhau (cùng mức). Cch,2,0 và Cch,4,0 hoặc Cch,4,1 là không trực

giao nhau vì Cch,2,0 là mã trên nhánh mẹ của hai mã kia...

C ch,1,0

C ch,8,2

C ch,8,1

C ch,8,0

C ch,4,3

C ch,4,2

C ch,4,1

C ch,4,0

C ch,2,1

C ch,2,0

C ch,8,4

C ch,8,3

C ch,8,5

C ch,8,7

C ch,8,6

SF=8SF=4

. . . . .

Hình 4.23. Cấu trúc cây mã trực giao OVSF

- Quy tắc chọn lựa mã trực giao trên cây mã để trải phổ cho các kênh khác nhau cho

các MS:

28

Không phải tất cả các mã trên cây mã đều trực giao nhau mà để dễ dàng và chính

xác cho công tác giải trải phổ nhận dạng kênh người dùng thì các mã sử dụng cho

các kênh khác nhau phải trực giao nhau. Do đó, một trạm di động không được sử

dụng đồng thời tất cả các mã mà phải có sự chọn lựa. Nhưng một người sử dụng có

thể dùng nhiều mã khác nhau cho các kênh khác nhau.

Qui tắc chọn lựa như sau: Khi một mã trên cây mã được sử dụng thì mã trên nhánh

con của nó không được sử dụng cũng như các mã nằm trên đường từ mã đang sử

dụng về đến gốc cây mã cũng không được sử dụng. Nói cách khác, một mã trên cây

mã được chọn sử dụng nếu như không có kênh vật lí nào đang sử dụng mã với hệ số

trải phổ cao hơn hay thấp hơn trên cùng một đường về gốc cây mã.

- Các mã định kênh có chu kì (độ dài mã) rất lớn. Do đó, tín hiệu trải phổ cũng có

dạng xung số và có tính chất giả tạp âm, phổ rộng.

Sau trải phổ trực giao, các kênh dữ liệu người dùng được ghép vào kênh I và kênh

điều khiển được sắp xếp vào kênh Q vuông pha so với kênh I, hay nói khác đi, trễ pha hơn

so với kênh số liệu 90 độ. Hai luồng bít I, Q sau đó được cộng tuyến tính với nhau, căn cứ

vào độ sai lệch pha tương đối hai luồng tín hiệu phân biệt tín hiệu kênh dữ liệu và kênh

điều khiển trong khi ghép theo mã ở bước tiếp theo sau.

Khi thực hiện đánh giá các luồng số bằng các giá trị phức cho phép tăng khả năng

sử dụng lại các mã trên hai nhánh. Thông tin các kênh trên hai nhánh phân biệt nhau nhờ

vào pha tương ứng của luồng xung tín hiệu giữa các kênh. Nghĩa là khi nhận được tín

hiệu với mã nhận dạng kênh giống nhau, dựa vào pha tương đối phân biệt được tín hiệu

trên hai nhánh I, Q.

Trên mỗi nhánh, mã nhận dạng kênh là duy nhất và với kiểu đánh giá phức thì kênh

DPDCH và DPCCH có thể dùng chung mã định kênh.

Tín hiệu trải phổ tiếp theo được nhân với hệ số khuếch đại kênh i . Các hệ số này

phản ánh hiệu công suất cần thiết giữa kênh số liệu và kênh điều khiển. Các hệ số i cũng

29

ấn định trọng số cho các kênh. Các hệ số này được lượng tử 16 mức dùng 4 bít. Tại một

thời điểm có ít nhất một kênh có hệ số bằng 1.

Các giá trị tỉ số biên độ được ước tính theo bảng 4.3.

Bảng 4.3. Các hệ số khuếch đại kênh

Các chỉ số giá

trị lượng tử

Tỉ số biên độ

ước lượng

Các chỉ số giá trị

lượng tử

Tỉ số biên độ

ước lượng

0 Tắt 8 0.5333

1 0.0667 9 0.6000

2 0.1333 10 0.6667

3 0.2000 11 0.7333

4 0.2667 12 0.8000

5 0.3333 13 0.8666

6 0.4000 14 0.9333

7 0.4667 15 1.0000

2.7.1.1. Trải phổ kênh vật lý đường lên.

Trên đường lên, hệ số trải phổ có thể thay đổi theo khung. Các mã trải phổ luôn

được chọn từ cây mã như đã trình bày ở trên. Vì mã định kênh để trải phổ luôn được chọn

từ cùng một nhánh của cây mã nên tránh được việc phải đệm ở mức chip. UE cung cấp

thông tin tốc độ số liệu hay chính xác hơn là chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI)

trên kênh DPCCH, nhờ vậy có thể tách số liệu với hệ số trải phổ khả biến trên kênh

DPCH.

2.7.1.2. Trải phổ kênh vật lý đường xuống.

30

Trải phổ đường xuống được thực hiện bằng các mã định kênh giống như đường

lên. Nhiếu 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 và vì thế chỉ có một cây mã cho một đoạn ô.

Các kênh cung và kênh riêng chia sẻ chung một tài nguyên cây mã. Chỉ có một ngoại lệ

đối với các kênh vật lý : kênh đồng bộ (SCH) 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 đáp ứng bằng thao tác thích ứng tốc độ hay phát không liên tục

(tắt phát trong một đoạn khe)

Kênh dùng chung đường xuống là trương hợp đặc biệt (DSCH).Kênh này có thể

có hệ số trải phổ thay đổi theo khung. Trong trường hợp này các mã định kênh để trải

phổ được cấp phát từ cùng một nhánh của cây mã để thực hiện đầu cuối dễ dàng hơn.

Điều này được minh hoạ ở hình sau. Hệ số trải phổ cho tốc độ số liệu cực đại và một phần

của cây mã được mạng sử dụng để ấn định khi tốc độ số liệu thấp. Trong việc khai thác

theo khung như vậy DPCCH của ke76nh riêng chứa thông tin TFCI nắhm thông báo cho

phía thu ma trải phổ được sử dụng củng với các thông số lập khuôn dạng khác cho DSCH.

31

SF = 4

SF = 8

SF = 16

SF = 32Các mã trải phổ ở cây con

Hệ số trải phổ thấp nhất

Hình 4.24 Thí dụ về cây mã của DSCH

2.7.1.3. Giải trải phổ

Giải trải phổ thực chất là thực hiện việc nén phổ tín hiệu khôi phục lại phổ tần

hẹp của tín hiệu ban đầu thực hiện việc giải tín hiệu khác nhau.

Việc giải trải phổ đường lên được thực hiện bằng cách nhân chuỗi xung tín hiệu

nhận được với mã trải phổ đã được sử dụng phía phát dựa vào tính trực giao của các mã

được sử dụng.

Khi sử dụng các mã trực giao trên cây mã để thực hiện trải phổ theo đúng qui tắc

cho phép nén phổ theo hệ số trải phổ bé nhất, chỉ cần chọn mã định kênh từ nhánh được

chỉ thị bởi mã có hệ số trải phổ nhỏ nhất.

Giải thích nguyên lí giải trải phổ theo sơ đồ đơn giản như hình 4.25.

Hình 4.25. Sơ đồ nguyên lí giải trải phổ.

Trong đó, C’I và C’Q là các chuỗi mã trực giao sử dụng ở hướng phát nhưng được

làm trể đi thời gian bằng với thời gian trễ đường truyền (63ms) tương ứng với một số thời

gian Chip hoàn toàn giống như giải ngẫu nhiên hoá.

Vấn đề tính toán thời gian trễ chính xác hướng thu là rất quan trọng, nếu thiếu

chính xác thì có thể dẫn đến chỉ có tín hiệu nhiễu được giãi trải phổ.

2.7.2. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế dữ liệu QPSK

2.7.2.2. Điều chế

32

Điều chế dữ liệu là khâu cuối cùng xử lí tín hiệu trước khi đưa ra đường truyền.

Quá trình này sẽ thực hiện việc biến đổi tín hiệu mang thông tin sang dạng tín hiệu sóng

mang hình Sin. Trong hệ thống WCDMA, cả đường lên và đường xuống điều dùng kĩ

thuật điều chế QPSK cho dữ liệu. Tốc độ điều chế là 3.84 Mcps.

Mục đích của việc điều chế: thích nghi tín hiệu truyền dẫn trong điều kiện môi

trường vô tuyến ngay trong điều kiện có nhiễu xảy ra.

- Giá trị phức của chuỗi chip được tạo thành từ quá trình trải phổ được điều chế bít.

Phần thực và phần ảo được điều chế với cặp sóng mang vuông gốc hay các hàm cơ sở

trực giao (hàm Cos và hàm Sin) cùng tần số sóng mang. Kết quả tạo cặp sóng BPSK. Sau

đó hai sóng này được cộng lại với nhau tạo sóng QPSK.

Hình 4.28. Sơ đồ nguyên lí điều chế QPSK.

Trong đó, f: tần số của sóng mang điều chế, d (t) chuỗi bít vào.

Với điều chế QPSK, độ rộng băng tần cần thiết giảm đi 2 lần so với băng tần gốc.

Mỗi cặp bít thông tin tương ứng một pha riêng và được điều chế với cùng một tần số sóng

mang và có pha tương ứng thay đổi tuỳ theo trạng thái bít. Kết quả thông tin phát ra

không gian vô tuyến trên các sóng mang điều chế.

- Thực hiện điều chế như sau:

33

Giả sử chuỗi bít mã hoá là d(t) = d0 d1 d2 d3 ...dn. Hai chuỗi tín hiệu trực giao được tách ra

gồm:

dI = d0 d2 d4 ... ( gồm các bít vị trí chẳn).

và dQ = d1 d3 d5 ... (các bít vị trí lẻ).

Tín hiệu ngỏ ra bộ điều chế gồm tổng hai tín hiệu dạng sóng Sin góc pha .

S(t) = dI (t) cos (2 ft+ ) + dQ (t) sin (2 ft + ). (4.46)

Giả sử chuỗi bít thông tin là d(t) = 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0. Ta có dạng sóng điều chế :

d

dI

dQ

1

1

0

0 1

1

0

0 1 1

1 0 1

0 11 0 1 1

Hình 4.30. Tín hiệu I, Q và dạng tín hiệu điều chế

Kết quả như trên hình 4.28 được giải thích như sau:

Hai chuỗi con trực giao gồm:

dI = 1 0 1 1 1.

dQ = 0 1 0 1 0.

34

Lệch pha giữa các cặp bít dI, dQ có thể xác định dựa vào các điểm bản tin tương

ứng như trên hình 4.20. Ví dụ, từ 10 chuyển sang trạng thái 01 thì gốc pha lệch nhau 1800,

sang trạng thái 11 gốc pha lệch 2700,...

Tương tự cho các cặp bít tiếp theo, ta có dạng sóng điều chế cho chuỗi bít ví dụ

như hình 4.28.

2.7.3. Giải điều chế dữ liệu QPSK

Hướng thu khi thu kênh thông tin trước hết tiến hành giải điều chế QPSK khôi

phục lại dạng thông tin trước khi điều chế.

Bộ giải điều chế như hình 4.22

Hình 4.31. Sơ đồ giải điều chế QPSK.

Bộ giải điều chế QPSK cũng gồm một cặp các bộ tương quan trực giao như khi

điều chế và được cấp tại chỗ. Đầu ra bộ tương quan được so sánh với mức ngưỡng 0V

quyết định xem bít ‘1’ hay bít ‘0’. Nếu giá trị tương quan > 0V thì là kí hiệu ‘0’ và nếu <

0 thì quyết định là kí hiệu ‘1’. So sánh và quyết định thực hiện riêng trên hai nhánh. Sau

đó, 2 luồng tín hiệu số được ghép lại với nhau để hình thành chuỗi xung nhị phân trước

khi điều chế với xác suất lỗi nhỏ nhất.

35

Thực tế, có độ trễ đường truyền và tín hiệu thu được có cả thành phần nhiễu nên sóng

mang thu được r’(t) trễ một khoảng thời gian t’so với tín hiệu phát ra không gian vô tuyến

ở thiết bị phát (t’= 63ms). Nhiễu là giá trị ngẫu nhiên nên khi tính hàm tương quan, tích

phân trong chu kì hữu hạn, giá trị này bằng 0.

36