■ Bước 1: Đăt m = arg|min(e, (5, + l))j
Campello đã chứng minh rằng chỉ cần thực hiện phép làm tròn số đơn giản của phân bố bit thu được từ thuật toán đổ nước sẽ cho ta một phân bô bit hiệu quả. Một phép đo bổ sung là E-Tightness (ET), được xác định khi vectơ phân bố thông tin B có các thành phần thỏa mãn:
E-Tightness chi đơn giản nói lên rằng, sổ lượng đom vị thông tin lớn hơn không thể mang được với năng lượng đã cho. Để thu được phân bố E-tight, ta
a/ Đặt Bm = Bm+J
b/ Đặt Bn = B„- ỉ
c/ Đặt m = argỊmin(e(. (B, + 1))J
Luận văn thọc sỹ 63 cấp phát bit trong kỹ thuật DMT
CÓ thể bắt đầu với bẩt cứ phân bố bit nào và thực hiện các bước trong thuật toán sau
3.2.4.3 Thuật toán E-Tightness (ET) của Campello
■ Bước 1: Đặt S = Ỵj ỲJen(m)
rt=l m=!
■ Bước 2: Khi elolal - S < 0 hoặc £lolal - s >min(<?.(5,. + 1)) thì thực hiện
■ Bước 3: Nếu elolal - s <0 thì
a/ Đ ặt n = arg max
I íj*N
b/ Đ ặ tS = S -
c/ Đặt B„ = B„- 1 Ngược lại (nếu elolal -S > 0 )
a/ Đ ặt m = argỊnỊÌn
b / Đ ặ t s = s + e m ( B m + 1)
c/ Đặt 5„, = Bm + I
Đối ngẫu của E-Tightness chính là B-Tightness, đây không phải là phép cộng thông thường các bit trong một phân bổ bit để đạt được số lượng bit mong muốn B.
3.2.4.4 Thuật toán đối ngẫu B-Tightness (BT) của Campello
■ Bước 1: Đặt B = £ Bn
n=\
■ Bước 2: Khi B * B thì thực hiện Bước 3: Nếu B > B thì
a/ Đ ặt n = arg max
1 b/ Đặt B = B - 1
c/ Đặt B„ = B „ - 1 Ngược lại (nếu B <B)
a/ Đặt m = arg|min(e((fi. + l))j
b/ Đặt 5 = 5 + 7 c/ Đặt Bm = Bm + I
Việc giải quyết hai vấn đề trong cấp phát bit được thực hiện một cách đơn giản như sau:
Thích nghi tốc độ
y Chọn bất cứ một vectơ phân bổ bit B nào
> Tạo vectơ phân bố bit hiệu quả B nhờ thuật toán EF
> Tạo vectơ phân bổ bit E-Tighten B nhờ thuật toán ET
Thích nghỉ dự phòng
> Chọn bất cứ một vectơ phân bố bit B nào
> Tạo vectơ phân bố bit hiệu quả B nhờ thuật toán EF ^ Tạo vectơ phân bổ bit B-Tighten B nhờ thuật toán BT
Các bước 1 và 2 có thể thay thé bàng cách làm tròn từ phân bổ bit thu được từ thuật toán đổ nước nếu như việc này dễ dàng hơn cho tính toán và các kênh con sử dụng cùng cồng thức năng lượng dựa trên cùng một khoảng trổng. Có nhiều bước sắp xếp được thực hiện trong cả thuật toán làm chặt và thuật toán hiệu quả. Việc sắp xếp là một thủ tục khá phức tạp, thường đòi hỏi khoảng Nlog2(N) phép tính cho mồi lần sắp xếp. Các thuật toán phân bổ bit tiên tiến, đặc biệt là những thuật toán sử dụng cho mục đích thích nghi tốc độ động, trong đó đòi hỏi việc phân bổ bit phải được thực hiện theo thời gian thực, chú không phải chỉ thực hiện một lần vào thời điểm khởi động. Các thuật toán này tập trung vào việc loại bỏ các bước sắp xếp. Campello đã hoàn thành một sổ công việc bổ sung, sử dụng cấu trúc dữ liệu bộ nhớ động và
/SnPi Luận văn thạc sỹ 65 Cấp phải bit trong kỹ thuật DMT
lượng tăng thêm) so với các nút con của nó. Ta có thể thực hiện phân bố bit (tính trung bình) với N bước nhờ sử dụng các cấu trúc bộ nhớ động và các phương thức phân chia cấu trúc dữ liệu khác. Trong những thuật toán này, SNR được sắp xếp theo hai nhóm: một nhóm chứa các giá trị cao hom giá trị SNR trung tâm và một nhóm chứa các giá trị SNR nhỏ hơn giá trị trung tâm. Nhờ lặp lại giá trị trung tâm này, sổ phép tính trung bình có thể giảm một cách đáng kể.
3.2.5 Tráo đổi bit
Các thuật toán cấp phát bit của Campello có thể chạy định kỳ theo thời gian để ước định những thay đổi trong phân bổ bit hoặc / và tăng ích kênh đổi với hệ thống truyền dẫn đa kênh [15, 6, 7]. Kết quả này được truyền tới cho thiết bị phát (hay nói cách khác, phân bố SNR vừa được tính toán lại sẽ được truyền đến thiết bị phát và việc tính toán để cấp phát bit được thực hiện ở thiết bị phát). Trong trường hợp này, hệ thống phải có một cơ chế để truyền những thay đổi trong phân bố bit một cách tin cậy. Trong hệ thống T 1.413 ADSL, cơ chế này được gọi là tráo đổi bit. Cơ chế này cho phép chuyển một bit (hoặc hai bit, trong trường hợp tráo đổi bit mở rộng) từ kênh con này sang kênh con khác. Trường hợp đặc biệt cho phép xóa một bit từ một kênh con (không chuyển sang kênh khác, vì thế làm giảm tốc độ truyền dữ liệu) hoặc thêm vào một bit vào một kênh con (vì thế, làm tăng tốc độ truyền dữ liệu). Tiêu chuẩn ADSL T 1.413 phát hành lần thứ hai đưa ra một cơ chế cho phép truyền nhanh chóng toàn bộ phân bố bit mới từ thiết bị nhận tới thiết bị truyên mà không làm ngắt quãng dịch vụ đang cung cấp.
Trong khi thực hiện tráo đổi bit, các bảng cấp phát bit tại cả hai đầu được cập nhật một cách đồng bộ. Hơn nữa, thực chất việc tráo đôi bit giúp duy trì mức dự phòng và hiệu năng của hệ thống Vì thế, ADSL theo chuẩn T 1.413 và
G.DMT băt buộc phải sử dụng tráo đổi bit. Tuy nhiên, G.lite chỉ khuyến nghị sử dụng tráo đổi bit.
Khi thực hiện tráo đổi bit thích nghi dự phòng, các bit tiếp tục được chuyển từ kênh có chi phí năng lượng cao sang kênh có chi phỉ năng lượng thấp hơn. vẫn còn tồn tại một cản trờ khi di chuyển một bit giữa các kênh, đó là sự khác nhau vê chi phí năng lượng để bổ sung một bit vào vị trí có mức chi phí năng lượng thâp nhất và năng lượng thu lại khi xóa bit từ vị trí có chi phí năng lượng cao nhất trong bảng năng lượng tăng thêm. Trong trường hợp xấu nhất, chi phí này tương đương chi phí cho một đom vị thông tin. Trên một kênh con hai chiều với (3=1, chi phí năng lượng này cỡ 3 dB cho một kênh ricng lẻ. Xác suat lôi bit trên kênh con khi đó giảm cấp cờ 3 bậc về độ lớn trước khi việc tráo đổi bit được diễn ra. Với sổ lượng kênh con lớn hơn 1.000, ảnh hưởng này là không đáng kể, nhưng khi sổ lượng kênh giảm, hiệu năng cùa một kênh con có thể ảnh hường rất lớn đến xác suất lỗi bit tổng thể của hệ thống.
Có hai giải pháp cho vẩn đề này: thứ nhất là giảm (3, tuy nhiên điều này khó thực hiện; thứ hai là giảm năng lượng phân bố cho tất cả các kênh con nhằm tăng dự phòng năng lượng và thay cho việc dùng một phần hoặc toàn bộ năng lượng này cho các kênh con yểu nhất. Thao tác sửa chữa này được gọi là tráo đổi tăng ích. Với số lượng kênh con lớn, khả năng tồn tại chênh lệch 3 dB về SNR của các kênh con giữa các mức tráo đổi là khá nhỏ. Vì thế, tráo đổi tăng ích hiếm khi được sử dụng, đặc biệt là khi dự phòng ở mức cao. Hệ thống ADSL T 1.413 và G.DMT bao gồm cơ chế tráo đổi tăng ích ngay trong giao thức tráo đổi bit.
Luận văn thạc sỹ 67 c ấ p phát bit trong kỹ thuật DMT
Chương 4: KÉT QUÀ MÔ PHỎNG
Chương trình mô phỏng hệ truyền thông DMT ADSL và các thuật toán cấp phát bit, đã được trình bày trong chương 3 [15, 6, 7, 3, 9, 13, 14, 16, 18], được xây dựng bằng bộ công cụ mô phỏng Matlab 6.0 [19].
Các tham số dùng trong mô phỏng: Kênh truyền DMT ADSL hướng lên
■ Sổ kênh truyền : N = 32 kênh
■ Băng thông kênh truyền con : BW = 4 KHz ■ Độ dài tiền tố vòng : V = 5 mẫu
■ Công suất phát: Emax= 14 dBm ■ GAP hệ thổng : GAP = 9,8 dB ■ Dự phòng hệ thổng : MA = 6 dB
■ Kênh truyền có nhiễu Gauss: PSD nhiễu = -140 dBm/Hz ■ Tốc độ truyền dữ liệu : RA=200 bit X 4000 hz = 800 Kbit/s * Sổ bit dữ liệu tối đa trên một kênh truyền con : Bmax=l 5 bit ■ Điều chế QAM, chuẩn hoá công suất trung bình của các chòm sao Các điều kiện về kênh được mô phỏng
■ Kênh truyền chỉ có suy hao * Kênh truyền có suy hao và TAP
■ Kênh truyền có suy hao, TAP và nhiễu xung Các thuật toán cấp phát bit được mô phỏng
■ Thuật toán Đổ nước ■ Thuật toán của Chow
■ Thuật toán của C a m p ello
Theo các tiêu chí về hệ thống ■ Thích nghi tổc độ (RA) ■ Thích nghi dự phòng (MA)
^--j—^ Luận văn thạc sỹ 68 Cấp phát bit trong kỹ thuật DMT
Trạng thái và giá trị dữ liệu tại các đầu ra của các khối chức năng được mô phỏng trong hệ thống
Giản đồ chòm sao 16 - QAM và 32 - QAM
^ryr:"’'■rr"r' - • ” ... rr*f ; : •• -'•••: V ' i!* í . ,f . \ #4"% n k n m A i l i 4 d f t A t ấ I M f S A L A ft 1 'Ềỳ, i I * + ... ... + " — o 16-QAM 4 32 - QAM + I ♦ i ♦ + + ♦ ị ♦ io o o o i 1 * :• 1 ♦ ♦ > ♦ : + 1 1 1 ♦ : + + ♦ i ♦ :o o o o: ♦ i 1 • ♦ ♦ ♦ • : ♦ < ... ọ .. o o . . . Ọ ; ... ĩ« 1 1 ♦ .... - + , ♦ _____ ♦ . - 1 i t » 11 ---i--- v ' •: / / ì « / í ự . / : c / i ò m Í Ỡ O / ố - Q A M v à 3 2 - Q A M
(Chuẩn hoá công suất trung bình)
Dữ liệu truyền được ảnh xạ vào ký hiệu QAM
■ ■ T T-‘-'T ' ” ~"*T'T • • — r Ị 1... ■ " 1 1 r - ...T...— T “ 1 1 1 » i • • • • • t • 1 1 1 * 1 1 1 1 ’ /~\ * ■ 1 *— o * > i T ĩ Ị Ỉ M F Ị ĩ ỉ ■ - r .... .... .... .... .... 1 K> b .... .... .... .... .... .... .... .... .... ị — © G — ! V ơ ] ...6* • i : : : ỉ t • • • • # 1 1 1 ' i i i i i ---
Luận văn thạc sỹ 69 c ấ p phát bit trọng kỹ thuật DMT
Ký hiệu QAM được điều chế bằng IFFT
. . - - W fg. -Tpjpp-j-j •
I sau khl deu ,ohe IFFT ỵ :ị
1... ■ " • • • 1 --- --- !*■ ... ... 1 ... Q 3 i i Ọ t 1 • • ĩ 1 1 1 3 — 2 I ! ...* ' 6 ' ... ỉ " ...>... o 1 V « . I • I I I * 1 1 » ....1--- 1--- 1_____________ 1_____________ 1 • 1 1 i ... i 3 ■> Í K Ú 1 ỉ ... 1 0 % ĩ f F h Ẳ [ ■■■■ “ 1 ĩ I I I t 9 » ...1... ô --- --- • " 1 V : : i i V r Ư 7 ,* p : ' • • - ' ^ 1 1 « • — ỉ... i i ...« ...
Hình 4.3 : Ký hiệu QAM được điều chế IFFT
Sau khi truyền qua kênh, ký hiệu được giải điều chế FFT tại đầu thu và loại bỏ dữ liệu đữ liệu gương được thêm vào khi điều chế. Ký hiệu QAM thu được sẽ được ánh xạ trờ lại thành dữ liệu.
r111 **" *~ ' *“ *t «»'«TỊ>r » Ỵ Tfy1 W • *T' ■''yẹ.y^ỊT"-”1*- -«r» -~r r*«-
WỂẵ**» ^feu ụtert dteu ohe FFT;:jfcloal, bo dư lieu dol xung .ten .hop phú^ệls
ỉ Ị * Ị T “~“ ---Ị--- Ị Ị ^1» , « I I • • * I I I • ♦ I.... j- Ỵ " - ị- - " " - Ỵ - y - ị...S"...ịo"” ỵ d r ạ i i Ị " l i t ■■ í í ! u • Ị ỉ ] / $ S ẩ ? R à ________________ i - i ________________ i i--- i--- ì — — ị; : 6 ịIO 16 1 20 .'.'28 30 : ị ỉpáị? ụ’**!)■•• i‘>’-f-4*;iv ivKeflt’^Tan.80 ' *5*-
Luận văn thạc sỹ 70 Cấp phát bit trong kỹ thuật DMỈ'
Các kênh truyền được mô phỏng bao gồm: Kênh chỉ có suy hao, kênh có suy hao và TAP; Kênh có suy hao, TAP và nhiễu xung. Đáp ứng tần sổ và đáp ứng pha được cho dưới đây
jjaggTT 1 i r .7—"f- i t : : • j j I I T---1---r- 't ! ỉ ---- T---- ỉ r -1 + - ...'y '-1 .. ■ ...u \ị.... V.....1i... 1 í ^ l Ị ẻ t e « l í a I I L m ị í í i i T P r l n ị Ũ'» f ;v . Li. m2 ÍT*”!'** T * 7 fr’5*’ ĩ í*--' ’ “V 1: « ■ V* ífíf*5 Dềfi Uftf M R w m ị bngpht.*3 S Bỉ i ữ ỉ ỉ ỉ t r r * • n -* * * * — * ... ... Ị ... 4 : ' v s .10 . i a1 0.2 í 09 04 0 1 09, a7 0.8 09 r ■ ... — r — 1 - T — ---...-■ . ---, . . . . Ị \ 1 / ' v x' • • Is ’ ■ . í / Ị '■ 1 ỉ ■ / ! ... V . v , j ... ... ---I-J---X--- ^ i... k____ _ T*T—»-*1--- 1
Kênh truyền có suy hao Kênh truyền cỏ suy hao và TAP Hình 4.5 : Đáp ứng tần sổ và pha
Dap ung ian èo va dap ung pha kenh truyen OD TẰP U i nhleu xung
ỉ;0:ềo.3;. ?0.47 0.6 Q.e -'0.7,; !iỊị|:TaJl,so ohuan<hoa (xxradteample)!
ẩ P Ịí ^ Tan 80 ohuan,hoaị(xx rạdteample)
1 --- ! 1 1 1 • 1 • « • 1 • 1 --- 1---V ■ ‘ 1... ... í... 1 ... I 1 « 1 f • 1 « 1 • 1 1 1 • ì • • • 1 * 1 • I I : ; : / f ...ị... i... ... : • ĩ % Ị % 1 1 • • / 1 • I 1 1/ 1 • • 1 • t 1 • %1 1 I / 1 / • t • t• • • 1 ị i ỉ 1 • • • 1 *~w’— ♦ • • 1 • • I I I 1______1______i i______I— —
Hình 4.7 : Đáp ứng tần sổ và pha - Kênh truyền cỏ suy hao, TAP và nhiễu xung
íxLmẢ Luận văn thạc sỹ 71 cấp phát bit (rong kỹ thuật DMT
Jhbh nflhl du phono MAi^Thuaiitoarj Do nuoo va Thuat’toan ouaCampeịb,
o Do nuoo
0 $ề:
Hình 4.8 : Thuật toán đổ nước và Thuật toán của Chow (MA)
Thuật toán đổ nước và Thuật toán của Campello
Hình 4.9 : Thuật toán Đỏ nước và Thuật toán của Campelỉo (MA)
Mô phỏng các thuật toán cấp phát bit tới các kênh truyền con, trong các trường hợp: Thích nghi tốc độ (RA) và Thích nghi dự phòng (MA).
Mô phỏng Thích nghi dự phòng MA - Kênh truyền có suy hao và TAP Thuật toán đổ nước và Thuật toán của Chow
/ S Q Luận văn thạc sỹ 72 c ấ p phát bit trong kỹ thuật DMT
MÔ phỏng thích nghi tốc độ - Kênh truyền suy hao, TAP và nhiễu xung Thuật toán Đổ nước và Thuật toán của Chow
Thtoh nghi too đ ỉR A - Thua! toan Do nuoo va Thual toan o u ach ow ;t-
Hình 4.10 : Thuật toán Đổ mrớc và Thuật toán cùa Chow (RA)
Thuật toán Đổ nước và Thuật toán của Campello