Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Chương 6

GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA CDMA 2000 1x VÀ 1X EVDO
6.1. GIỚI THIỆU CHUNG
6.1.1. Các chủ đề được trình bầy trong chương
•
•
•
•
•
•
•

Kiến trúc giao diện vô tuyến của cdma2000 1x
Các kênh của cdma20001x
Sơ đồ kênh vật lý cdma2000 1x
Mã trải phổ định kênh, mã ngấu nhiên hóa nhận dạng nguồn phát
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
Kiến trúc giao diện vô tuyến 1xEVDO
Các kỹ thuật phân tập phát

6.1.2. Hướng dẫn
• Học kỹ các tư liệu đựơc trình bầy trong chương
• Tham khảo thêm [5],[6].
6.1.3. Mục đích chương
•
•
•
•

•

Hiểu giao diện vô tuyến của cdma2000 1x
Hiểu giao diện vô tuyến của cdma2000 1x
Hiểu được sơ đồ kênh vật lý
Hiểu được điều khiển tài nguyên vô tuyến
Hiểu được các kỹ thuât phân tập phát

6.2. MỞ ĐẦU
cdma2000 là một trong các tiêu chuẩn mạng truy nhập vô tuyến của IMT-2000 cho
thế hệ ba. cdma2000 được tiểu chuẩn hoá theo tiêu chuẩn IS-2000, tiêu chuẩn này tương
thích ngược IS-95A và IS-95 B (cdmaOne).
Vì cdma2000 tương thích ngược với các mạng cdmaOne hiện có nên việc nâng
cấp hoặc chuyển đổi từ các phần tử cố định của mạng cdmaOne có thể thực hiện theo
2


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

từng giai đoạn. Việc nâng cấp hay chuyển đổi này bao gồm: BTS có các phiến phần tử
kênh đa chế độ, BSC có các khả năng dịnh tuyến IP và đưa vào PDSN. cdma2000 1x có
độ rộng băng tần giống như cdmaOne (1,25 MHz), vì thế việc nâng cấp từ cdmaOne đến
hệ thống này hoàn toàn thuận lợi. Để tăng tốc độ truyền dữ liệu cdma2000 1x EVDO đã
được phát triển và cho tốc độ truyền số liệu cao hon 2Mbps
cdma2000 3x sử dụng băng tần gấp ba lần băng tần cdmaOne: 3×1,25MHz= 3,75
Mhz. Việc chuyển từ 1x sang 3x cũng hoàn toàn thuận lợi, chỉ đòi hỏi việc ấn định lại
băng tần. Một nét đặc biệt quan trọng của cdma2000 là nó không chỉ hộ trợ kết nối hệ
thống của IS-41 hiện được IS-95 sử dụng mà hỗ trợ cả các yêu cầu kết nối của GSMMAP. Điều này cho phép một nhà khai thác đồng thời hai hệ thống W-CDMA và
cdma2000 tiến tới kết hợp hoặc phát triển một hệ thống kép.
Hiện nay cdma2000 1x đã được triển khai rộng khắp trên thế giới. Chương này sẽ

xét giao diện vô tuyến cdma20001x và 1xEVDO.

6.3. KIẾN TRÚC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CDMA 2000 1x
Kiến trúc của giao diện vô tuyến được cho trên hình 6.1.
6.3.1. Các lớp cao (lớp 3)
Các lớp cao chứa các dịch vụ sau:
 Các dịch vụ thoại tiếng. Các dịch vụ thoại tiếng gồm truy nhập PSTN, các dịch vụ
thoại di động-di động và thoại internet.
 Các dịch vụ mang số liệu người sử dụng-đầu cuối. Các dịch vụ chuyển số liệu cho
người sử dụng đầu cuối di động gồm: số liệu gói (IP chẳng hạn), các dịch vụ số liệu
kênh (chẳng hạn các dịch vụ mô phỏng B-ISDN) và SMS. Các dịch vụ gói phù hợp
với số liệu gói hướng theo kết nối (CO: Connection Oriented) và không hướng theo
kết nối (CLO: Connectionless Oriented) theo tiêu chuẩn công nghiệp bao gồm các
giao thức trên cở sở IP (chẳng hạn TCP và UDP) và giao thức nối mạng không theo
kết nối (CLIP) của ISO/OSI. Các dịch vị số liệu kênh mô phỏng các dịch vụ hướng
theo kết nối được định nghĩa theo tiêu chuẩn quốc tế như: truy nhập quay số dị bộ,
fax, ISDN thích ứng tốc độ V.120 và các dịch vụ B-ISDN.
 Báo hiệu. Các dịch vụ điều khiển toàn bộ hoạt động của máy di động.

3


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Hình 6.1. Kiến trúc giao diện vô tuyến cdma2000
6.3.2. Lớp liên kết (lớp 2)
Lớp liên kết đảm bảo thay đổi các mức độ tin cậy và các đặc tính của QoS theo
yêu cầu dịch vụ của các lớp cao hơn. Lớp này cung cấp hỗ trợ giao thức và cơ chế điều
khiển cho các dịch vụ truyền tải số liệu và thực hiện tất cả các chức năng cần thiết để sắp
xếp các nhu cầu của các lớp cao hơn vào các khả năng đặc thù và các đặc tính của lớp vật

lý. Lớp liên kết nối được chia thành các lớp con sau:
 Lớp con điều khiển truy nhập liên kết (LAC: Link Access Control)
 Lớp con điều khiển truy nhập môi trường (MAC: Medium Access Control).
4


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

1. LAC
Lớp con LAC quản lý các kênh thông tin điểm đến điểm giữa các phần tử đồng cấp
lớp cao và đảm bảo hỗ trợ nhiều giao thức lớp liên kết tin cậy đầu cuối-đầu cuối.
2. MAC
MAC được chia thành:
1. Chức năng hội tụ độc lập với lớp vật lý (PLICF: Physical Layer Independent
Convergence Function)
2. Chức năng hội tụ phụ thuộc lớp vật lý (PLDCF: Physical Layer Dependent
Convergence Function).PLDCF thực hiện sắp xếp các kênh logic từ PLICF vào các
kênh logic được hỗ trợ bởi lớp vật lý đặc thù.

1.

2.

3.

4.

Đối với cdma2000 1x, bốn PLDCF được định nghĩa.
Giao thức liên kết vô tuyến (RLP: Radio Link Protocol). Giao thức này đảm bảo tạo
luồng dịch vụ hiệu suất cao để thực hiện tốt nhất việc truyền số liệu giữa các thực thể

PLICF đồng cấp. RLP đảm bảo cả chế độ hoạt động trong suốt lẫn không trong suốt.
Ở chế độ không trong suốt, RLP sử dụng giao thức ARQ để phát lại các đoạn số liệu
không được lớp vật lý truyền đúng, ở chế độ này RLP có thể đưa vào một trễ nhất
định. Ở chế độ trong suốt, RLP không phát lại các đoạn số liệu bị mất. Tuy nhiên RLP
duy trì đồng bộ byte giữa phát và thu và thông báo cho thu về các phần bị mất của
dòng số liệu. RLP trong suốt không gây ra bất kỳ trễ truyền dẫn nào và rất lợi cho việc
thực hiện các dịch vụ tiếng ở RLP.
Giao thức cụm vô tuyến (RBP: Radio Burst Protocol). Giao thức này đảm bảo cơ chế
để truyền các đoạn số liệu tương đối ngắn với truyền nỗ lực nhất trên kênh lưu lượng
chung (ctch). Khả năng này có lợi khi truyền một lượng nhỏ số liệu không cần đền
thông tin bổ sung để thiết lập kênh lưu lượng riêng (dtch).
Giao thức liên kết vô tuyến báo hiệu (SRLP: Signalling Radio Link Protocol). Giao
thức này đảm bảo tạo luồng dịch vụ tốt nhất cho thông tin báo hiệu tương tự như RLP,
nhưng tối ưu cho kênh báo hiệu riêng (dsch).
Giao thức cụm vô tuyến báo hiệu (SRBP: Signalling Radio Burst Protocol). Giao thức
này đảm bảo cơ chế để truyền các bản tin báo hiệu tương tự như RBP một cách nỗ lực
nhất, nhưng tối ưu cho thông tin báo hiệu và kênh báo hiệu chung (csch).

6.4. CÁC KÊNH CỦA CDMA 2000 1x
Các kênh của cdma 2000 1x được chia thành các kênh logic và các kênh truyền
tải. Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin này
5


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

đến lớp LAC để nó sắp xếp và các kênh logic. Sau đó các kênh logic được chuyển đến
lớp MAC để nó sắp xếp vào các kênh vât lý.
6.4.1. Các kênh logic
Kênh lôgic được ký hiệu bằng các chữ thường, trong đó chữ đầu tiên cùng với

gạch ngang là f- cho đường xuống hoặc r- cho đường lên và chữ cuối cùng là "ch" (kênh).
Danh sách các kênh logic được cho trong bảng 6.1.
Bảng 6.1. Các kênh logic
Kênh đường xuống
Ký
Tên kênh
Ký
hiệu
hiệu
f-csch Forward Common Signalling
r-csch
Channel (Kênh báo hiệu chung
đường xuống)
f-dsch Forward Dedicated Signalling r-dsch
Channel (Kênh báo hiệu riêng
đường xuống)
f-dtch Forward Dedicated Traffic
r-dtch
Channel (Kênh lưu lượng riêng
đường xuống)

Kênh đường lên
Tên kênh
Reverse Common Signalling
Channel (Kênh báo hiệu chung
đường lên)
Reverse Dedicated Signalling
Channel (Kênh báo hiệu riêng
đường lên)
Reverse Dedicated Traffic

Channel (Kênh lưu lượng riêng
đường lên

6.4.2. Các kênh vật lý
1. Các kiểu kênh vật lý
Kênh vật lý được ký hiệu bằng các chữ hoa. Giống như kênh logic chữ đầu chỉ thị
phương của kênh (xuống hay lên) còn hai chữ cuối cùng ký hiệu kênh (CH). Bảng 6.2
tổng kết các kênh vật lý.

Bảng 6.2. Các kênh vật lý
6


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Kênh đường xuống
Ký hiệu
Tên kênh

Ký hiệu

R-SCH

Forward Supplemental Channel
(Kênh bổ sung đường xuống)

R-SCH

F-SCCH

Forward Supplemental Code
Channel ( Kênh mã bổ sung
đường xuống )
Forward Fundamental Channel
(Kênh cơ bản đường xuống)
Forward Dedicated Control
Channel (Kênh điều khiển riêng
đường xuống)
Forward Paging Channel (Kênh
tìm gọi đường xuống)
Forward Quick Paging Channel
(Kênh tìm gọi nhanh đường
xuống)

R-SCCH

F-FCH
F-DCCH

F-PCH
F-QPCH

R-EACH

Forward Common Control
Channel (Kênh điều khiển
chung đường xuống)

F-BCCH

Forward Broadcast Control
Channel (Kênh điều khiển
quảng bá đường xuống)
Forward Common Power
Control Channe (Kênh điều
khiển công suất chung đường
xuống )l
Forward Common Assignment
Channel (Kênh ấn định chung
đường xuống)
Forward Sync Channel (Kênh
đồng bộ đường xuống)
Forward Pilot Channel (Kênh
hoa tiêu đường xuống/lên)
Forward Transmit Diversity

F-CPCCH

F-CACH

F-SYNCH
F-PICH
F-TDPICH

Reversed Supplemental
Channel (Kênh bổ sung đường
lên)

Reverse Supplemental Code
Channel ( Kênh mã bổ sung

mã đường lên)
R-FCH Reverse Fundamental Channel
(Kênh cơ bản đường lên)
R-DCCH Reverse Dedicated Control
Channel (Kênh điều khiển
riêng đường lên)

R-ACH

F-CCCH

Kênh đường lên
Tên kênh

R-CCCH

R-PICH

Reverse Access Channel (kênh
truy nhập đường lên)
Reverse Enhanced Access
Channel (kênh truy nhập tăng
cường đường lên)
Reverse Common Control
Channel (Kênh điều khiển
chung đường lên)

Reverse Pilot Channel (Kênh
hoa tiêu đường lên)

7


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

F-APICH

FATDPICH

Pilot Channel (Kênh phân tập
phát đường xuống)
Forward Auxiliary Pilot
Channel (Kênh hoa tiêu phụ
đường xuống)
Forward Auxiliary Transmit
Diversity Pilot Channel Kênh
hoa tiêu phân tập phát bổ sung
đường xuống)

Các kênh vật lý đường xuống được phân loại thành các kênh báo hiệu và kênh
người sử dụng như trên hình 6.2.

Hình 6.2. Phân loại các kênh vật lý đường xuống
Các kênh vật lý đường lên được phân loại thành các kênh báo hiệu và các kênh
người sử dụng như trên hình 6.3.

8


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Hình 6.3. Phân loại kênh đường lên
3. Chức năng các kênh vật lý
Chức năng của các các kênh vật lý đường xuống và đường lên được cho trong
bảng 6.3 và 6.4.
Bảng 6.3. Mô tả chức năng các kênh vật lý đường xuống
Tên kênh
Chức năng
F-DCCH
Kênh riêng cho một người sử dụng. Bình thường mang báo hiệu, bit điều
khiên công suất nhưng có thể được sử dụng để truyền số liệu tốc độ thấp
(SMS chẳng hạn) trong khi cuộc gọi tích cực.
F-PCH*
Kênh tìm gọi mang thông tin tìm gọi MS để thiết lập cuộc gọi đến MS,
ngoài ra nó còn mang các bản tin ấn định kênh, các bản tin hệ thống phát
quảng bá. và các thông số truy nhập. Giống như cdmaOne nó có hai chế
độ: liên tục và chia khe. Trong chế độ 2, MS chỉ "nghe" kênh này ở khe
thời gian quy định (80 ms) vì thế tiết kiệm công suất. Tuy nhiên đối với
một số bản tìm gọi đặc biệt do phải đợi khe nên tìm gọi không được
chuyển tức thì. Ngoài ra phải nghe 80ms cũng không tiết kiệm công suất
F-QPCH
Kênh tìm gọi nhanh cho phép khắc phục nhược điểm nêu trên của kênh
F-PCH. Kênh này sử dụng chỉ thị tìm gọi để "đánh thức" MS khi có tìm
gọi đặc biệt (chẳng hạn 2 chỉ thị tìm gọi trong khe tìm gọi 80 ms) . Ngòai
ra nó còn có chỉ thị quảng bá và chỉ thị thay đổi cấu hình. Chỉ thị đầu
9


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

F-BCCH

F-CCCH

F-CACH
F-CPCCH

F-PICH*

thông báo cho MS giám sát các bản tin quảng bá trên kênh F-CCCH
trong khe được ấn định, còn chỉ thị thứ hai thông báo cho MS về sự thay
đổi cấu hình (danh sách ô lân cận chẳng hạn)
Kênh này truyền quảng bá thông tin hệ thống và các thông số truy nhập
cho tất cả các MS trong ô để cho phép truyền các thông tin này nhanh
hơn kênh tìm gọi.
Kênh này truyền thông tin đặc thù cho một số MS đặc thù (chẳng hạn ấn
định kênh giống như PCH) để cho phép truyền thông tin này nhanh hơn.
so với kênh tìm gọi. Để truyền báo hiệu khi các kênh: F-FCH.. F-SCH,
F-SCCH và F-DCCH không tích cực
Kênh này cho phép BS nhanh chóng ấn định kênh các tài nguyên RCCCH cho các MS.
Kênh này mang các kênh con (một bit trên một kênh con) điều khiển
công suất chung để điều khiển công suất cho nhiều kênh đường lên: RCCCH và R-EACH
Kênh này giống như kênh hoa tiêu của IS-95 không mang thông tin (tất
cả bằng 1) và được trải phổ bởi mã Walsh

F-TDPICH

w128
0 .

Kênh này cung cấp

tham chuẩn thời gian và pha cho MS. Hỗ trợ MS đánh giá công suất BTS
để điều khiển công suất đường lên và đồng bộ sóng mang để giải điều
chế nhát quán
Kênh này không mang thông tin (tất cả bằng 1) và được trải phổ bởi mã
Walsh w16 . Cùng với F-PICH nó hỗ trợ phân tập phát cho đường xuống
Kênh này không mang thông tin và được trải phổ bởi mã Walsh hay hàm
tựa trực giao. Kênh này hỗ trợ cho việc tạo búp và búp hẹp cho đường
xuống.
Kênh này hỗ trợ phân tập phát cho trường hợp tạo búp va búp hẹp
đường xuống
Giống như IS-95, kênh này truyền: (1) lưu lượng tiếng, (2) lưu lượng số
liệu tốc độ thấp, (3) báo hiệu hoặc báo hiệu ghép xen với lưu lượng, (4)
các bit điều khiển công suất cho đường lên. Trong cdma2000 1x, do FDCCH có khả năng truyền báo hiệu, nên kênh này được giải phóng chức
năng truyền báo hiệu
Kênh này để truyền số liệu tốc độ cao dạng cụm. Vì nó không truyền báo
hiệu nên nó phải đồng tồn tại với các kênh: F-DCCH hoặc F-FCH. Trong
trường hợp thứ hai F-FCH mang lưu lượng và báo hiệu
Kênh lưu lượng để truyền lưu lượng bổ sung cho kênh F-FCH (giống
như IS-95). Vì không trryền báo hiệu nên nó phải đi kèm với F-FCH.
Cung cấp thông tin định thời và đồng bộ khung cho MS
128

F-APICH

FATDPICH
F-FCH*

F-SCH*

F-SCCH*
F-SYNCH*

10


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Bảng 6.4. Mô tả chức năng các kênh vật lý đường lên
Tên kênh
Chức năng
R-DCCH
Kênh riêng cho một người sử dung để truyền báo hiệu đường lên khi cuộc
gọi tích cực.
R-FCH*
Để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu khi cuộc gọi tích cực .
R-CCCH
Để truyền báo hiệu và số liệu người sử dụng tốc độ thấp khi các kênh: FFCH, F-SCCH, F-SCH và F-DCCH không tích cực. R-CCCH có thể làm
việc ở chế độ truy nhập dành trước hay truy nhập ấn định, được điều
khiển công suất và hỗ trợ chuyển giao mềm. Khác với R-ACH ở chỗ nó
cung cấp nhiều tùy chọn hơn và là kênh truy nhập theo lập biểu vì thế có
thể phát bản tin dài hơn mà không bị va vhạm.
R-PICH
Kênh này gồm hai phần: (1) phần không mang thông tin để hỗ trợ BTS
phát hiện phát từ MS, giải điều chế nhất quán và đánh giá công suất
đường lên cho điều khiển công suất đường lên; (2) phần mang thông tin
điều khiển công suất đường xuống.
R-ACH*
Để khởi đầu thông tin với BTS, chẳng hạn phát các bản tin ngắn cho khởi

đầu truy nhập, trả lời tìm gọi, đăng ký. Đây là kênh truy nhập ngẫu nhiên.
R-EACH
Để khởi đầu thông tin với BTS, chẳng hạn khởi đầu truy nhập hoặc trả lời
tìm gọi. Kênh này cho phép phát số liệu truy nhập cơ sở hoặc chế độ điều
khiển công suất còn số liệu ở chế độ truy nhập dành trước được phát trên
kênh R-CCCH. Đây là kênh truy nhập ngẫu nhiên như R-ACH nhưng
ngắn hơn vì thế khả năng xẩy ra va chạm thấp hơn
R-SCH
Để truyền số liệu ngừơi sử dụng tốc độ cao khi cuộc gọi tích cực.
R-SCCH*
Để truyền số liệu người sử dụng khi cuộc gọi tích cực. .
* Các kênh này giống như các kênh ở IS-95
3. Thí dụ về thiết lập phiên truyền gói từ MS
Hình 6.4 cho thấy thí dụ về thiết lập phiên truyền gói với sử dụng các kênh vật lý.
1. MS phát "bản tin khởi xướng" trên kênh R-ACH hoặc R-EACH: Bản tin này đặc tùy
chọn dịch vụ cho phiên số liệu gói.
2. BTS trả lời bằng bản tin "Lệnh công nhận của BTS" trên kênh F-PCH hoặc F-CCCH
3. BTS khởi xướng thiết lập tài nguyên PSDN
4. BTS phát "bản tin ấn định kênh" hay "bản tin ấn định kênh mở rộng" trên kênh FPCH hay F-CCCH
5. MS thiết lập kênh lưu lượng theo thông tin thu được
6. MS phát tiền tố và số liệu kênh lưu lượng rống trên kênh R-PICH
7. BTS phát "Lệnh công nhận của BTS trên kênh F-PCH hoặc F-CCCH
8. BTS phát "bản tin kết nối dịch vụ" trên kênh F-PCH hoặc F-CCCH
11


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

9. MS phát "bản tin hoàn thành kết nối dịch vụ trên kênh R-PCH hoặc R-CCCH
10. Số liệu được truyền trên các kênh F-FCH và R-FCH hoặc F-DCCH và R-DCCH

11. (A) Ấn định kênh bổ sung để truyền số liệu gói tốc độ cao từ BTS

Hình 6.4. Thiết lập kênh truyền gói từ MS và ấn định kênh bổ sung để truyền số liệu
gói tốc độ cao
4. Sắp xếp các kênh lô gic lên các kênh vật lý
Hình 6.5 cho thấy sắp xếp các kênh lo gic lên các kênh vật lý.

12


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Hình 6.5. Sắp xếp các kênh logic lên các kênh vật lý.
5. Các thông số kênh vật lý cdma 2000 và cấu hình vô tuyến cdma2000 1x
Các thông số kênh vật lý được cho trong bảng 6.5.
Bảng 6.5. Các thông số kênh vật lý cdma 2000
Sơ đồ đa truy nhập
MC CDMA (CDMA đa sóng mang)
Độ rộng băng tần (MHz)
1,25/5/10/15/20
Tốc độ chip (Mcps)
1,2288/3,6864/7,2738/11,0592/14,7456
Độ dài khung
5/20ms
Đồng bộ giữa các BTS
Đồng bộ
Điều chế ĐX/ĐL
QPSK/BPSK
Trải phổ ĐX/ĐL
QPSK/OCQPSK (HPSK)

Vocoder
EVRC, QCELP (13kbps)
Tổ chức tiêu chuẩn
3GPP2/TIA/TTA/ARIB
OCQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying
(Hybrid PSK) : khoá chuyển pha vuông góc phức trực giao
EVRC: Enhanced Variable Rate Coder = Bộ mã hoá tốc độ thay đổi tăng
cường
QCELP: Qualcom Code Excited linear Prediction
Trong giáo trình này ta chỉ xét cdma2000 1x với tốc độ chip R c=1,2288 Mcps hay
SR1 (Spreading Rate 1: tốc độ trải phổ 1).
13


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Cấu hình vô tuyến cho đường xuống và đường lên cho cdma2000 1x được cho
trong các bảng 6.6 và 6.7.
Bảng 6.6. Cấu hình vô tuyến đường xuống
Cấu hình vô tuyến
Tỷ lệ mã hóa
Điều chế
(RC)
1
1/2
BPSK
2
1/2
BPSK
3

1/4
QPSK
4
1/2
QPSK
5
1/4
QPSK

Tốc độ số liệu cực đại (kbps)
9,6
14,4
153,6
307,2
230,4

Bảng 6.7. Cấu hình vô tuyến đường lên
Cấu hình Tỷ lệ
Điều chế
Tốc độ số liệu cực
vô tuyến mã hóa
đại (kbps)
(RC)
1
1/3
BPSK không nhất quán kết hợp điều 9,6
chế trực giao cơ số 64*
2
1/2
BPSK không nhất quán kết hợp điều 14,4

chế trực giao 64
3
1/4
BPSK
153,6
1/2
BPSK
307,2
4
1/4
BPSK
230,4
* Điều chế trực giao cơ số 64 giống như ở cdmaOne, trong đó 6 ký hiệu sau đan xen khối
được mã hóa bằng một mã Walsh 64 chip
Các cấu hình vô tuyến 1 và 2 của đường xuống và đường lên hoàn toàn tương
thích với cdmaOne (IS-95).
6. Phân bố tần số
Phân bô tần số cho cdma2000 1x trong các băng tần loại 0 và loại 1 được cho
trong các bảng 6.8 và 6.9.

14


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Bảng 6.8. Số kênh CDMA và các tần số tương ứng đối với băng loại 0
Băng tần phát (MHz)
Phân
thống

bố

hệ Cho phép kênh Số kênh CDMA
MS
CDMA

A"
(1 MHz)

Không
Hợp lệ

A
(10 MHz)

hợp

lệ 991−1012
1013−1023

BS

824.040−824.670
824.700−825.000

869.040−869.670
869.700−870.000

Hợp
lệ 1−311

Không hợp lệ
312−333

825.030−834.330
834.360−834.990

870.030−879.330
879.360−879.990

B
(10 MHz)

Không hợp lệ 334−355
Hợp lệ
356−644
Không hợp lệ
645−666

835.020−835.650
835.680−844.320
844.350−844.980

880.020−880.650
880.680−889.320
889.350−889.980

A'
(1.5 MHz)

Không hợp lệ 667−688

Hợp lệ
689−694
Không hợp lệ
695−716

845.010−845.640
845.670−845.820
845.850−846.480

890.010−890.640
890.670−890.820
890.850−891.480

B'
(2.5 MHz)

Không hợp lệ 717−738
Hợp lệ
739−777
Không hợp lệ
778−799

846.510−847.140
847.170−848.310
848.340−848.970

891.510−892.140
892.170−893.310
893.340−893.970

Bảng 6.9. Số kênh CDMA và các tần số tương ứng đối với băng loại 1
Băng tần phát (MHz)
Phân bổ khối
A
(15 MHz)

Cho phép kênh Số kênh CDMA
CDMA
MS

Không hợp lệ
Hợp lệ
Hợp lệ điều kiện
D
Hợp lệ điều kiện
(5 MHz)
Hợp lệ
Hợp lệ điều kiện
B
Hợp lệ điều kiện
(15 MHz)
Hợp lệ
Hợp lệ điều kiện
E
Hợp lệ điều kiện
(5 MHz)
Hợp lệ
Hợp lệ điều kiện
F
Hợp lệ điều kiện

(5 MHz)
Hợp lệ
Hợp lệ điều kiện
C
Hợp lệ điều kiện
(15
MHz) Hợp lệ
Hợp lệ điều kiện

BS

0−24
25−275
276−299

1850.000−1851.200
1851.250−1863.750
1863.800−1864.950

1930.000−1931.200
1931.250−1943.750
1943.800−1944.950

300−324
325−375
376−399

1865.000−1866.200
1866.250−1868.750
1868.800−1869.950

1945.000−1946.200
1946.250−1948.750
1948.800−1949.950

400−424
425−675
676−699

1870.000−1871.200
1871.250−1883.750
1883.800−1884.950

1950.000−1951.200
1951.250−1963.750
1963.800−1964.950

700−724
725−775
776−799

1885.000−1886.200
1886.250−1888.750
1888.800−1889.950

1965.000−1966.200
1966.250−1968.750
1968.800−1969.950

800−824

825−875
876−899

1890.000−1891.200
1891.250−1893.750
1893.800−1894.950

1970.000−1971.200
1971.250−1973.750
1973.800−1974.950

900−924
925−1175
1176−1199

1895.000−1896.200
1896.250−1908.750
1908.800−1909.950

1975.000−1976.200
1976.250−1988.750
1988.800−1989.950

Các bảng trên sử dụng đánh số kênh theo hệ thống AMPS trước đây trong đó mỗi
kênh có băng thông 30 kHz. Băng thông cdma2000 1x phải bằng 1,23MHz, vì thế số
kênh AMPS nó chiếm sẽ là: 41x0,03MHz=1,23MHz. Ngoài ra cần hai băng con (9 kênh
AMPS) bảo vệ tại hai biên băng tần của mỗi nhà khai thác. Quy hoach băng tần cho
cdma 2000 1x được cho trên hình 6.6.
15

Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Hình 6.6. Băng tần cdma2000 1×: (a) một kênh cdma2000 1× đơn; (b) hai kênh
cdma2000 1×
7. Tổng kết kiến trúc kênh vật lý
Hình 6.7 và 6.8 tổng kết kiến trúc kênh vật lý đường xuống và đường lên..

Hình 6.7. Kiến trúc kênh vật lý đường xuống cdma2000 1x

16


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Hình 6.8. Kiến trúc kênh vật lý đường lên cdma2000 1x

6.5. SƠ ĐỒ KÊNH VẬT LÝ
6.5.1. Sơ đồ kênh vật lý đường xuống
Trong phần này ta sẽ xét sơ đồ kênh vật lý đường xuống cho cdma2000 1x: phần
xử lý tín hiệu số trên hình 6.9 cho các kênh F-FCH và F-SCH ở cấu hình RC3 và phần
trải phổ và điều chế trên hình 6.10.
1. Phần xử lý số thực hiện:
√ Cộng CRC để phát hiện lỗi
√ Mã hóa xoắn hoặc turbo để sửa lỗi
√ Lặp và chích bỏ để điều chỉnh tốc độ ký hiệu
√ Đan xen để tránh lỗi cụm do pha đinh.
2. Phần trải phổ và điều chế thực hiện:
√ Trải phổ mã Walsh Wi hoặc hàm trực giao (QOF) để định kênh (trải phổ lần thứ
nhất

√ Phân chia thành hai luồng độc lập (DEMUX)
√ Nhân phức hay ngẫu nhiên hóa với chuỗi hoa tiêu kênh I và kênh Q (PN I và PNQ)
để nhận dạng BTS (trải phổ lần 2).
17


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

√ Điều chế QPSK.

Hình 6.9. Xử lý tín hiệu số cho các kênh F-FCH và F-SCH cấu hình RC3

Hình 6.10. Trải phổ (hai mức) và điều chế kênh vật lý đường xuống (không xét bộ
quay dấu).
18


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Đối với cấu hình RC1 và RC2 phần đường không liền nét trên hình 6.9 không
đựơc sử dụng.
Quá trình nhân phức có thể được giải thích như sau.
I + jQ = (Iin + jQin )(PN I + jPN Q )
= Iin PN I − Qin PN Q + j(Iin PN Q + Qin PN I )

(6.1)

Quá trình nhân phức này giống như quá trình ngẫu nhiên hóa trong sơ đồ kênh vật
lý đường xuống của WCDMA (xem hình 4.9 chương 4).
6.5.2. Sơ đồ kênh vật lý đường lên

Sơ đồ kênh vật lý đường lên cho kênh R--FCH và R-SCCH cấu hình RC1 được
cho trên hình 6.11. Hoạt động của sơ đồ này như sau.
1. Xử lý số: (1) Luồng số tốc độ khả biến (từ codec QCELP) được mã hóa khối tuyến
tính để cộng thêm các bit CRC, (2) được bổ sung 8 bit đuôi cho mã hóa xoắn, (3) được
lặp ký hiệu để đồng hóa tốc độ, (4) được đan xen khối, (5) Được điều chế trực giao cơ số
64 (cứ 6 ký hiệu thì được điều chế bằng một mã Walsh 64 chip có chỉ số bằng giá trị thập
phân của 6 ký hiệu này), (6) được ngẫu nhiên hóa cụm số liệu để đảm bảo rằng mỗi ký
hiệu được đưa vào bộ lặp chỉ được phát đúng một lần.
2. Trải phổ và điều chế: (1) sau xử lý số luồng ký hiệu được đồng thời đưa lên nhánh I và
nhánh Q, (2) được trải phổ định kênh và nhận dạng nguồn phát bằng mã dài, (3) luồng Q
trễ 1/2 chip để hỗ trợ điều chế OQPSK/BPSK, (4) được sắp xếp cho điều chế
QPSK/BPSK, (5) được điều chế BPSK riêng cho luồng I và luồng Q.

19


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

Hình 6.11. Sơ đồ kênh vật lý R-FCH và R-SCCH cấu hình RC1.
Sơ đồ xử lý tín hiệu số kênh vật lý đường xuống cho R-FCH và R-SCH cấu hình
RC4 được cho trên hình 6.12.

Hình 6.12. Sơ đồ xử lý số kênh R-FCH và R-SCH cấu hình RC4.
Sơ đồ trải phổ hai mức và điều chế cho cấu hình RC4-6 được cho trên hình 6.13
Hoạt dộng của sơ đồ 6.12 và 6.13 như sau.
20


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

1. Xử lý số: (1) các bit kênh được mã hóa khối tuyến tính để cộng thêm các bit CRC, (2)
được chèn 8 bit đuôi cho mã hóa xoắn hoặc turbo, (3) được lặp ký hiệu để đồng hóa tốc
độ, (4) được đan xen để tránh lỗi cụm do phađinh.
2. Trải phổ hai mức và điều chế: (1)Các kênh sau xử lý số, được trải phổ bằng mã Walsh
định kênh Wi tương ứng, (2) được cộng tuyến tính để ghép chung, (3) Được nhân phức
hay ngẫu nhiên hóa phức (trải phổ mức hai) bởi hai mã ngẫu nhiên dài có tốc độ chip
bằng 1,2288 Mcps kênh I (Si) và kênh Q (SQ) để nhận dạng nguồn phát, (4) được điều chế
BPSK ở hai nhánh I và Q.

Hình 6.13. Sơ đồ trải phổ hai lớp và điều chế BPSK cho các cấu hình RC3, RC4
đường lên

6.6. MÃ TRẢI PHỔ ĐỊNH KÊNH VÀ MÃ NGẪU NHIÊN NHẬN DẠNG
NGUỒN PHÁT
6.6.1. Tạo mã Walsh
Các hàm Walsh được tạo ra bằng các ma trận vuông đặc biệt được gọi là các ma
trận Hadamard. Các ma trận này chứa một hàng toàn số "0" và các hàng còn lại có số số
"1" và số số "0" bằng nhau. Hàm Walsh được cấu trúc cho độ dài khối N=2 j trong đó j là
một số nguyên dương.
Các tổ hợp mã ở các hàng của ma trận là các hàm trực giao được xác định như
theo ma trận Hadamard như sau:
21


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

H1 = 0

,

H2

0
=
0

0
1

,

H4

0
0
=
0
0

0
1
0
1

0
0
1
1

0

1
,
1
0

H2 N =

HN
HN

HN
HN

;

trong đó N =2J, j là một số nguyên dương và H N là đảo cơ số hai của

(6.1)

HN .

cdma2000 1x cấu hình RC1 và RC2 chỉ sử dụng một ma trận H 64. Các mã này
được đánh chỉ số từ W0 đến W63 . Đối với các cấu hình còn lại cdma2000 1x sử dụng các
ma trận Hadamard khác nhau để tạo ra các mã Walsh W iN, trong đó N ≤ 128 và 1≤i≤N/21, để nhận dạng các kênh cho đường xuống và đường lên. Lưu ý chỉ số N ở đây tương
ứng với chỉ số ma trận còn i tương ứng với chỉ số của mã, chẳng hạn W 32128 là mã nhận
được từ hàng 33 của ma trận H128.
Thí dụ các mã Walsh nhận được từ ma trận H4 như sau (xem phương trình (6.1)):

w04 = [0 0 0 0] ; w14 = [0 1 0 1] ; w 42 = [0 0 1 1] ; w04 = [0 1 1 0]
6.6.2. Mã định kênh đường xuống

1. Mã Walsh định kênh
Vì cdma2000 1x hỗ trợ đồng thời nhiều tốc độ số liệu và tốc độ chip cố định
(Rc=1,2288Mcps) nên các mã Walsh được sử dụng đồng thời phải có độ dài khác nhau.
Độ dài chip được xác định theo hệ số trải phổ SF và bằng tỷ số giữa tốc độ chip và tốc độ
ký hiệu đưa lên trải phổ (Rc/Rs). Chẳng hạn một người sử dụng có thể được cấp phát đồng
thời hai kênh đường xuống F-DCCH và F-SCH cấu hình RC2 với tốc độ ký hiệu đưa lên
trải phổ là (xem hình 6.8): RS,F-DCCH=38,4/2=19,2kbps và RS,F-SCH=614,4/2=307,2. Khi này
ta cần các mã Walsh có độ dài như sau: 1228,2/19,2=64 và 1228,2/307,2=4 cho F-DCCH
và F-SCH tương ứng. Bảng 6.10 liệt kê các độ dài mã Walsh khác nhau cho các kênh
đường xuống khác nhau.
Bảng 6.10. Các độ dài mã Walsh được sử dụng cho kênh đường xuống
Kênh
F-SCH
F-FCH
F-DCCH
F-CCCH
F-BCCH
F-CACH
F-CPCCH
F-SCCH

Độ dài
128, 64, 32, 16, 8, hoặc 4
128, 64, 32, 16, 8, hoặc 4
128 hoặc 64
128, 64, 32 hoặc 16
64 hoặc 32
128 hoặc 64
128 hoặc 64
64

22


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

F-PCH
F-SYNCH

64
64

Để không xẩy ra nhiễu giữa các kênh càn đảm bảo các mã Walsh đựơc sử trực
gioa với nhau. Vì cdma2000 1x sử dụng các mã Walsh với độ dài khác nhau, nên hệ
thống cũng cần đảm bảo các mã Walsh tích cực có độ dài khác nhau này trực giao với
nhau. Chẳng hạn nếu một mã Walsh có độ dài bằng 4 (R s=307,2ksps) đang được sử dụng
cho F-SCH1 và MS yêu cầu thêm một kênh F-SCH2 với tốc độ bằng một nửa kênh trước
(Rs=153,6kbps) thì nó sẽ được cấp một mã Walsh dài 8 chip. Giả sử mã Walsh dài 4 chip
cho F-SCH1 là [0101] thì mã Walsh cho F-SCH2 không được là [01010101] và
[01011010]. Vì thế phải chọn má Walsh mới trong số các mã sau: [00001111],
[00110011], [00111100], [01100110] hay [01101001]. Ngoài ra cũng cần lưu ý hệ thống
có thể ấn định trước một số mã Walsh.
2. Hàm tựa trực giao (QOF)
QOF (Quasi Orthogonal Function: hàm tựa trực giao) cho phép giải quyết vấn đề
thiếu hụt mã. Để giải quyết vấn đề thiếu hụt mã mã Walsh được nhân với một hàm mặt nạ
và và tập mã mới này được gọi là tập mã QOF. Chẳng hạn nếu hệ thống có 256 mã Walsh
gốc thì sử dụng quá trình trên ta được thêm 512 mã định kênh. BTS sẽ sử dụng các mã
Walsh để định kênh cho đến khi hết mã. Khi này sẽ tạo ra tập QOF và chọn mã định kênh
từ tập này. Nếu thiếu nó có thể tạo ra tập QOF mới bằng cách nhân mã Walsh gốc với
hàm mặt nạ khác. cdma2000 1x định nghĩa 3 kiểu hàm mặt nạ khác nhau. mã QOF được
sử dụng cho các kênh sau: F-DCCH, F-FCH và F-SCH.

6.6.3. Mã định kênh đường lên
Trong trường hợp này mã Walsh được sử dụng làm mã định và được quy định
trước như cho trong bảng 6.11.
Bảng 6.11. Các mã được sử dụng cho đường lên cho R3 và R4
Kênh
Mã Walsh
Độ dài
4
2
R-SCH1
4 hay 2
w 2 = [0 011] hay w1 = [0 1]
R-SCH2
8 hay 4
w8 = [0 0 11110 0] hay w 4 = [0 0 11]
6

R-FCH
R-DCCH
R-EACH

2

w 4 = [0 0 0 0111100001111]
w168 = [0 0 0 0000011111111]
w82 = [0 0 110 011]
16

16
16

8
23


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

R-CCCH

w82 = [0 0 110 011]

8

6.6.4. Mã ngẫu nhiên nhận dạng nguồn phát
cdma 2000 1x sử dụng các mã khác nhau nhân dạng nguồn phát: BTS và MS. Các
mã này đều có tốc độ chip là: Rc=1,2288Mcps với độ rộng chip bằng: Tc= 0,814 µs.
Dưới đây ta xét các mã nói trên.
1. Mã PN dài (Long PN Code)
Mã PN dài là một chuỗi mã có chu kỳ lặp 242 - 1 chip được tạo ra trên cơ sở đa
thức tạo mã sau:
g(x) = x42 + x35 + x33 + x31 + x27 + x26 + x25 + x22 + x21 + x19
+ x18 + x17 + x16 + x10 + x7 + x6 + x5 + x 3 + x2 + x + 1
(6.2)
Trên đường xuống mã dài được sử dụng để nhận dạng người sử dụng. Trên đường lên mã
dài được sử dụng để nhận dạng nguồn phát (MS). Trạng thái ban đầu của bộ tạo mã được
quy định là trạng thái mà ở đó chuỗi đầu ra bộ tạo mã là '1' đi sau 41 số '0' liên tiếp.
2. Mã PN ngắn (Short PN Code
. Các mã PN ngắn còn được gọi là các chuỗi PN hoa tiêu kênh I và kênh Q được tạo bởi
các bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên xác định theo các đa thức sau:
gI(x)= x15 + x13 + x9 +x8 + x7 + x5 + 1
gQ(x)= x15 + x12 + x11 + x10 + x6 + x5 + x4 + x3 + 1

(6.3)
(6.4)

trong đó gI(x) và gQ(x) là các bộ tạo mã cho chuỗi hoa tiêu kênh I và kênh Q tương ứng.
Các chuỗi được tạo bởi các đa thức tạo mã nói trên có độ dài 2 15-1= 32767. Đoạn
14 số 0 liên tiếp trong các chuỗi được bổ sung thêm một số 0 để được một dẫy 15 số 0 và
chuỗi này sẽ có độ dài 32768. Trên đường xuống mã ngắn (với các dịch thời khác nhau
được tạo ra từ mặt chắn) được sử dụng để nhận dạng BTS. Trạng thái ban đầu của bộ tạo
mã được quy định là trạng thái mà ở đó chuỗi đầu ra của bộ tạo mà là '1' đi sau 15 số '0'
liên tiếp. Các mã ngắn liền kề được dịch thời 64 chip vì thế có 512 mã nhận dạng BTS.

6.7. MÃ HÓA KÊNH
cdma2000 1x sử dụng ba dạng mã kiểm soát lỗi sau:
24


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

•
•
•

Mã khối tuyến tính hay cụ thể là mã vòng
Mã xoắn
Mã turbo
Trong đó mã vòng được sử dụng để phát hiện lỗi, còn hai mã còn lại được sử dụng
để sửa lỗi và hai mã này thường được gọi là mã kênh. Mã turbo chỉ được sử dụng ở các
hệ thống thông tin di động thế hệ ba khi tốc độ bit cao. Trong phần này ta sẽ xét các
nguyên lý căn bản của các dạng mã trên và các sơ đồ của chúng được áp dụng cho hệ

thống thông tin di động thế hệ thứ ba. Các đa thức tạo mã được cdma2000 1x sử dụng để
tính toán CRC là:
gCRC16(x) = x16 + x15 + x14 + x11 + x6 + x5 + x2 + x+ 1

(6.5)

gCRC12(x) = x12 + x11 + x10 + x9 + x8 + x4 + x + 1

(6.6)

gCRC8(x) = x8 + x7 + x4 + x3 + x + 1

(6.7)

gCRC6(x) = x6 + x5 + x2 + x + 1

(6.8)

gCRC6(x) = x6 + x2 + x + 1

(6.9)

cdma2000 1x sử dụng các bộ tạo mã xoắn sau:
Bộ mã xoắn r=1/2, K=9, g0 = [753], g1 [561]
Bộ mã xoắn r=1/3, K=9, g0 = [557], g1 = [663], g2 = [711]
Bộ mã xoắn r=1/4, K=9, g0 = [765], g1 = [671], g2 = [513], g3 = [473]
Bộ mã hoá xoắn r=1/6, K=9, g0 = [457], g1= [755];
g2 = [625], g4 = [727], g5=[637]
cdma2000 1x sử dụng bộ tạo mã turbo sau:
 g (x)

G(x) = 1 0
 Q(x)

g1 (x) 

Q(x) 

(6.10)

trong đó: Q(x) = 1+x2+x3, g0(x)=1+x+x3 và g1(x)=1+x+x2+x3.
Bộ mã hóa turbo kết hợp với chích bỏ có thể cho các tỷ lệ mã: 1/2, 1/3 và 1/4.

6.8. ĐIỀU KHIỂN TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN
Cũng như WCDMA, cdma2000 1x sử dụng các phương pháp điều chỉnh công suất
sau đây:
25


Chương 6. Giao diện vô tuyến của cdma2000 1x và 1xEVDO

√ Điều khiển công suất vòng hở: được thực hiện khi MS bắt đầu truy nhập mạng và
chưa có kết nối với BTS. MS điều khiển công suất dựa trên công suất thu được từ
hoa tiêu của MS.
√ Điều khiển công suất vòng kín: khi MS đã có kết nối với BTS bao gồm: (1) điều
chỉnh công suất nhanh vòng trong đó MS và BTS đánh giá SNR để đưa ra kết
luận điều khiển công suất cho đường xuống và đường lên; (2) điều khiển công suất
vòng ngoài, MS và RNC dựa trên tỷ lệ lỗi khung (FER) đưa ra quyết định ngưỡng
SNR cho điều khiển công suất vòng trong.
cdma2000 thực hiện điều khiển công suất vòng trong nhanh với tốc độ 800 lần
trong một giây.

Cũng như WCDMA, cdma2000 1x có thể thực hiện ba kiểu chuyển giao: (1)
chuyển giao mềm, (2) chuyển giao mềm hơn và (3) chuyển giao cứng. Hai kiểu chuyển
giao đầu được thực hiện trong một ô hoặc trong một đoạn ô trên cùng một tần số.
Để quản lý chuyển giao mềm (hoặc mềm hơn) MS có bộ nhớ duy trì tập các hoa
tiêu của BTS như sau:
√ Tập tích cực: là tập các hoa tiêu cuả các BTS đang kết nối với MS (cực đại 6 hoa
tiêu)
√ Tập ứng cử: là tập các hoa tiêu của các BTS khác không có mặt trong kết nối với
MS nhưng tỷ số SIR (Ec/I0) hoa tiêu của chúng đủ mạnh để được bổ sung và tập
tích cực (cực đại 10 hoa tiêu)
√ Tập lân cận: là danh sách các hoa tiêu đựơc của các BTS có thể là đối thủ tham
gia chuyển giao mềm (cực đại 40 hoa tiêu)
√ Tập còn lại: là danh sách tất cả các hoa tiêu không thuộc các tập trên trên cùng
tần số sóng mang CDMA.
Các thành viên của các tập dưới có thể được chuyển vào các tập trên và vào tập
tích cực khi công suất của hoa tiêu chúng đủ mạnh.

6.9. GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 1XEVDO
6.9.1. Mở đầu
26