Neu thông tin về kênh thực tế là biết trước tại bộ phát, ta có thế áp dụng tiền cân bằng tại bộ phát sao cho tín hiệu tại bộ thu xuất hiện không méo dạng và sự đánh giá của kênh tại bộ thu là không cần thiết. Thông tin về trạng thái của kênh, ví dụ, tạo ra trong chế độ TDD, nếu các khe TDD đủ nhỏ sao cho kênh của các khe hướng lên và xuống có thế xem là hằng số và bộ thu phát có thể dùng thông tin trạng thái kênh nhận được từ dữ liệu nhận được trước đó.
ứng dụng của tiền cân bằng trong hệ thống thông tin di động TDD là máy di động thue bao sẽ gửi các ký hiệu pilot ở đường lên. Trạm gốc dùng các ký hiệu pilot này để đánh giá kênh và tách các ký hiệu dữ liệu đường lên. Trạng thái kênh đánh giá được được dùng đế tiền cân bằng của dữ liệu đường xuống được phát tới máy thuê bao. Như vậy, không cần phải đánh giá kênh ở thiết bị thue bao di động, làm giảm độ phức tạp của thiết bị cuối. Chỉ trạm gốc mới phải đánh giá kênh, tức là chuyển độ phức tạp sang trạm gốc.
Hình 4.8 Bộ phát OFDM hoặc MC-CDMA có tiền cân bằng.
4.2.6.1 Đường xuống
Trong hệ thống đa sóng mang, ở đường xuống, phép tiền cân bằng cho bởi:
s = ổs (4.50)
Gltl =
H
(4.52)
1,1
Có thê bù được tác động của kênh fading và tín hiệu chỉ bị ảnh hưởng bởi AWGN. Trong thực tế, kỳ thuật tối ưu này không thê thực hiện được vì yêu cầu truyền dần công suất rất lớn trên kênh con íading mạnh. Như vậy, ở phần tiếp theo, ta tập trung vào tiền cân bằng với điều kiện về công suất trong đó tống công suất
L-l X 1=0 q.pS, (4.53) 1,-1 2 L-1 2 XGU =Z|G,„C| = L 1=0 1=0 (4.54) c = j ị K \ (4.55) 39
Bằng cách áp dụng tiêu chí cân bằng trong mục 4.2.5.1 ta nhận được các hệ số
(k)s“(k) + n =
(4.59)
Tiền cân bằng tựa MMSE gọi là tựa vì đây là sự xấp xỉ hóa. Kỹ thuật tối ưu yêu cầu độ phức tạp rất cao vì điều kiện cưỡng bức công suất.
Như với các kỳ thuật tách đơn người dùng trình bày ở phần 4.2.5.1, ta có thế áp dụng tiền cần bằng có điều khiến. Tiền cân bằng có điều khiến áp dụng tiền cân bằng cưỡng ép không trên các sóng mang con trong đó biên độ của các hệ số kênh vượt quá giá trị ngưỡng ath. Tất cả các sóng mang con khác áp dụng sự kết hợp độ khuếch đại hằng số cho tiền cân bằng.
40 (4.61) K—1 r = I« K-l ỵVk)G(k)s' K-l k=0 k=0
Các kỷ thuật tiền cân bằng biểu diễn ở (4.56) tới (4.59) được áp dụng ở đường
Cuối cùng, thông tin về kênh ở bộ phát có thể được sử dụng, không chỉ đế thực hiện tiền cân bằng, mà còn đế áp dụng điều chế thích nghi trên mỗi sóng mang con nhằm làm tăng cường dung lượng của hệ thống.
4.2.6.3 Giả mã kênh mềm
Giải mã kênh mềm với xen bit là kỹ thuật hiệu quả đế chống lại suy giảm do fading, nhiễu, giao thoa và các yếu tố khác. Nguyên tắc co bản của mã hóa kênh là làm tăng độ dư ở tín hiệu phát đi. Mã chập nhị phân được chọn trong các hệ thống thông tin di động, WLAN và WLL vì có thế thực hiện giải mã mềm. Mã Turbo được xây dựng từ các mã chập được áp dụng trong các tiêu chuẩn 3G.
Có chiều dài La. Từ mã chập theo thời gian rời rạc của a(k) với đáp ứng xung của bộ lập mã chập. Bộ nhớ Mc của mã xác định độ phức tạp của bộ giải mã chập, ta có 2MC tố hợp mã, cũng là các trạng thái cho các mã chập nhị phân. Đầu ra của bộ lên cho mỗi thiết bị, tức là G^, H^ được áp dụng thay cho C*! Hĩ ĩ tương ứng.
(4.62)
v J= \l0 ’vì • — ’VLd-l) (4-Õ6)
(4.63) b<*> = (b^.b™...b®/
Hình 4.9 Mã hóa và giải mã kênh trong các hệ thống MC-CDMA
(4.64) Vecto bit mã hóa đã được xen b(k' được chuyển qua bộ ánh xạ ký hiệu, trong
đó M*'1 được ánh xạ lên dãy ký hiệu dữ liệu phức Ld, ta có:
d™ = (dịk\d<?...<ì/ (4.65)
„(k) = ( ( . * ) „(*) „(*) \T ( Ạ
Ld giá trị phức quyết định mềm của v(k) gắn với ký hiệu dữ liệu d(k) được ánh xạ lên Lb giá trị quyết định mềm thực, giá trị quyết định mềm biếu diễn bằng vv^'gắn với các bit mã hóa b(k\ Đầu ra của bộ giải mã ánh xạ sau giải xen được
biểu diễn dưới dạng vecto:
w < k ) = ....wt*-»)r
(4.67)
(4.68) Có chiều dài Lb biểu diễn các tỷ số LLR gắn với vecto bit mã hóa truyền đi b(k). Cuối cùng, dãy I(k) được giải mã quyết định mềm bằng cách áp dụng thuật toán
Trước khi biếu diễn các hệ số khuếch đại mã của các kỹ thuật mã hóa kênh khác nhau áp dụng trong các hệ thống MC-CDMA, việc tính toán các tỷ số LLR trong các kênh fading được tính tổng quát cho các hệ thống truyền dẫn đa sóng mang. Vì thế, các tỷ số LLR cho các hệ thống MC-CDMA với tách đon người dùng và với tách kết hợp được áp dụng tổng quát cho đường lên và đường xuống. Ở đường lên, chỉ có chỉ số người dùng (k) phải được gắn với các hệ số kênh fading của các người dùng tưong úng.
4.2.7 Phân tích tỉnh năng
4.2.7.1 Thông số hệ thống
Bảng 4.2 tổng kết các thông số của hệ thống MC-CDMA được phân tích trong phần này. Các mã trực giao Walsh-Hadamard được dùng để trải phổ. Chiều dài mã trải phô trong hệ thống con là L = 8. Các phưong thức điều chế QPSK, 8-PSK và 16 QAM với lập mã Giấy được dùng để ánh xạ ký hiệu.
(4.69)
43
Bảng 4.2 Các thông số hệ thống MC-CDMA
4.2.7.2 Đường xuông đồng bộ
BER và SNR trên mỗi bịt cho các kỹ thuật tách đơn người dùng cân bằng MRC, EGC, ZF vàMMSE trong một hệ thống MC-CDMA không có mã hoá sửa lỗi FEC được biếu diễn trên hình 4.15. Các kết quả chỉ ra rằng với hệ thống đầy đủ, cân bằngMMSE vượt trội so với các kỹ thuật tách đơn người dùng khác. Cân bằng ZF khôi phục tính trực giao giữa các tín hiệu người dùng và tránh MAI. Tuy nhiên, lại khuếch đại nhiễu. EGC tránh khuếch đại nhiễu nhưng không chống lại MAI gây ra
Hình 4.10 Quan hệ giữa BER và SNR của hệ thống MC-CDMA với các kỳ thuật tách đa người dùng khác nhau; không mã hóa FEC, QPSK, fading Rayleigh.
Hình 4.10 biếu diễn BER và SNR trên mỗi bịt cho các kỹ thuật tách song song đa người dùng ĨC, MLSE và MLSSE áp dụng trong hệ thống MC-CDMA không có mã hoá sửa lồi FEC. Đặc tính của ĨC song song với cân bằng thích nghi MMSE được biếu diễn hai cho hai tầng tách. Sự cải thiện đặc tính lớn nhất với IC song song nhận được sau lần lặp đầu tiên .Các kỹ thuật tách tối ưu MLSE và MLSSE thực hiện gần như đồng nhất và vượt trội so với các kỳ thuật khác. Suy giảm SNR với các kỳ thuật tách tối ưu so với giới hạn lọc phù hợp (cần dưới) gây ra bởi sự xếp
Hình 4.11 Quan hệ giữa BER và SNR của hệ thống MC-CDMA với các kỳ thuật tách đơn người dùng khác nhau; không mã hóa FEC, QPSK, fading Rayleigh.
Quan hệ của BER có mã hoá FEC và SNR trên mỗi bit cho tách đơn người dùng với cân MRC, EGC, ZF trong các hệ thống MC-CDMA được biểu diễn trên hình 4.11. Ta có thể quan sát thấy rằng, các hệ thống OFDM mã hóa tốc độ 1/2 (OFDMA, MC-TDMA) vượt hơn một chút sơ với hệ thống MC-CDMA có mã hóa
Hình 4.12 Quan hệ giữa BER và SNR của hệ thống MC-CDMA với các kỳ thuật tách đơn người dùng khác nhau; mã hóa kênh R= #, QPSK, fading Rayleigh.
Quan hệ giữa tỷ số BER có mã hóa FEC và SNR trên mỗi bit cho tách đa người dùng với cân bằng mềm IC, MLSE, MLSSE và tách đơn người dùng với cân bằng MMSE được biếu diễn trên hình 4.12 với tốc độ mã 1/2 . Các hệ thống MC- CDMA có mã hóa với kỹ thuật tách ĨC mềm vượt trội so với hệ thống OFDM có mã hóa (OFDMA, MC-TDMA) và các hệ thống MC-CDMA với MLSE/MLSSE. Tính năng của tầng khởi tạo với IC mềm bằng với tính năng với cân bằng MMSE. Ta nhận được các kết quả hứa hẹn ngay sau quá trình lặp đầu tiên.
B E R
Hình 4.13 Quan hệ BER và SNR của hệ thống MC-CDMA với các kỹ thuật tách đa
Hình 4.14 Quan hệ giữa BER và SNR của hệ thống MC-CDMA với các kỳ thuật ánh xạ khác nhau; hệ thống đủ tải, mã hóa kênh tốc độ R= 2/3, fading Rayleigh.
Cuối cùng, quan hệ giữa hiệu quả sử dụng phổ của MC-CDMA với IC mềm và của OFDM (OFDMA, MC-TDMA) với SNR được biểu diễn ở hình 4.14. Các kết quả nhận được cho mã hoá tốc độ 1/3, 1/2, 2/3 và 4/5 và được biếu diễn với BER bằng 10-4. các đường cong trong hình 4.15 cho thấy hệ thống MC-CDMA với IC mềm có thể cho đặc tính vượt trội so với OFDM (OFDMA,MC-TDMA): Từ đó ta
Hình 4.15 Quan hệ giữa hiệu quả sử dụng phổ của MC-CDMA OFDM; hệ thống đủ
tải, fading Rayleigh, BER = 10‘4.
4.2.7.3 Đường lên đồng bộ
Các thông số dùng trong đường lên đồng bộ cũng giống như đường xuống đã 50
khác nhau được nghiên cứu trong các công trình liệt kê ở phần tham khảo. Ớ đường lên, đặc tính của MLSE và MLSSE xấp xỉ gần với giới hạn đon người dùng (đường cong 1 người dùng trong hình 4.17) vì ở đây các mã Walsh-E[adamard không xếp chồng trực giao và có thể tận dụng tối đa phân tập. Suy giảm đặc tính của hệ thống MC-CDMA đủ tải với MLSEIMLSSE so với giới hạn đon người dùng là khoảng 1 dB ở SNR. Thêm vào đó, các kỹ thuật tách đơn người dùng cận tối un cũng được
Hình 4.16 Quan hệ của BER với SNR cho hệ thống MC-CDMA trong đường lên;
M R C , không mã hóa FEC, ỌPSK, L=8, fading Rayleigh. 51
Bảng 4.3 Các thông số của hệ thống MC-CDMA TDD đường lên với tiền cân bằng
HT4 r MR C □—□ EGC 0—Đ ZF 0—0 CE, ath = 0.175
A—A Quasi MMSE
8 10 12
EhỈN() in dB
Hình 4.17 Quan hệ của BER với SNR cho hệ thống MC-CDMA với các kỳ thuật tiền cân bằng khác nhau trong đường lên; đủ tải, không mã FEC.
cân bằng có điều khiển với ngưỡng ath = 0,175 vượt trội so với các kỹ thuật tiền cân bằng khác.
Khi giả thiết thông tin về kênh hướng lên của tiền cân bằng không chỉ xuất hiện tại phần đầu của mỗi khung truyền dẫn, đặc tính của hệ thống suy giảm khi tăng chu kỳ khung vì sự thay đối về mặt thời gian của kênh. Thông thường, ở phần
Hình 4.18 Quan hệ của BER với SNR cho hệ thống MC-CDMA với các kỹ thuật
Trong hình 4.19, đặc tính của hệ thống MC-CDMA với tiền cân bằng .có điều
Hình 4.19 Quan hệ của BER với SNR cho hệ thống MC-CDMA với các kỹ thuật tiền cân bằng có điều khiến và tải hệ thống khác nhau trong đường lên; độ dài
khung bằng 200 ký hiệu OFDM, không mã FEC.
4.3 MC-DS-CDMA
4.3.1 cấu trúc tín hiệu
Tín hiệu MC-DS-CDMA được tạo ra bằng biến đối các ký hiệu dữ liệu từ nối tiếp sang song song thành Nc dòng ký hiệu và áp dụng DS-CDMA trên mỗi dòng ký hiệu. Như vậy, với MC-DS-CDMA, mỗi ký hiệu dữ liệu được trải trên một băng tần54
hẹp và fading trên mỗi kênh con xuất hiện là phắng và trong các hệ thống với các kênh con băng rộng trong đó fading là chọn lọc tần số trên mỗi kênh con. Fading trên toàn bộ băng tần truyền dẫn có thê chọn lọc tần số trong cả hai trường hợp. Độ phức tạp của bộ thu với íading phang trên mỗi kênh con .có thế so sánh với bộ thu của hệ thống MC-CDMA, trong đó OFDM được áp dụng cho điều chế đa sóng mang. Khi fading trên mỗi kênh con là chọn lọc tần số và ISI xảy ra, có thế áp dụng nhiều bộ tách phức tạp. MC-DS-CDMA được đặc biệt quan tâm cho đường lên của hệ thống thông tin di động, vì có quan hệ gần với hệ thống DS-CDMA đon sóng mang không đồng bộ. Mặt khác, sự đồng bộ của các người dùng có thể tránh được, tuy thế, hiệu quả sử dụng phố có thế bị giảm do tính không đồng bộ.
Hình 4.20 biểu diễn quá trình hình thành tín hiệu MC-DS-CDMA. Tốc độ ký
do
Hình 4.20 Bộ phát MC-DS-CDMA
Dạng xung của các chip cho bởi PT (t). Đế mô tả tín hiệu MC-DS-CDMA, ta dùng cách biểu diễn thời gian liên tục, vì MC-DS-CDMA được quan tâm cho đường lên không đồng bộ. Ớ đây, kỹ thuật OFDM không nhất thiết phải là lựa chọn duy nhất thực hiện phưong thức điều chế đa sóng mang. Chu kỳ chip trong một dòng dữ liệu con là:
N T
T = T = —
( 7 . 7 1 )
L
Với MC-DS-CDMA, mỗi chu kỳ ký hiệu được trải trên L ký hiệu đa sóng mang, mồi ký hiệu có chu kỳ Ts. Dãy giá trị phức nhận được sau trải phố là
N c - I x<k,(t) = £ d‘k,.c(k,(t)ej2’r;, 0 < t < LTS (4.72) 11=0 Tần số sóng mang thứ n là: - (l+a)n f«i = T (4.73) s
Trong đ ó o < a < 1. Sự lựa chọn á phụ thuộc vào dạng chíp
đã chọn P T (t)và
về co bản được chọnsao cho Nc sóng mang phụ là tách rời. Trong trường hợp OFDM, á = 0 và PT (t)có dạng xungvuông. Khoảng cách giữa các sóng mang phụ bằng l/NcTslà trường hợp đặc biệt của hệ thốngMC-DS-CDMA. Khoảng cách chặt
(4.74)
x(t) = |vk)(t)
k=0
Tín hiệu nhận được tại trạm thu là:
y(t) = x(t)0h(t) + n(t) (4.75)
Vì đường xuống có thể đồng bộ, ISI và ICI có thể tránh được bằng cách chọn khoảng bảo vệ thích hợp. Thêm vào đó, nếu các kênh con băng hẹp đạt được trong hệ thống, ta có.thể tận đụng các ưu điềm của OFDM đề thực hiện các hệ thống MC- DS-CDMA độ phức tạp thấp.
4.3.3 Tín hiệu đường lên
Ở đường lên, tín hiệu MC-DS-CDMA phát đi của người dùng k là x^(t). Kênh đầu ra gắn với người dùng k xác định bàng tích chập củax'kl(t) với đáp ứng xung của kênh h k)(t). Tức là:
y(t) = x(t)®h(t) (4.76)
Tín hiệu nhận được của tất cả K người dùng tại trạm gốc bao gồm nhiễu cộng nói là:
y(t) = Iy'l’(t-ĩlll)+n(t) (4.77)
k=0
đơn sóngmang DS-CDMA không đồng bộ, tính chất tự’ tương quan và tương quan chéo được yêu cầu.Trong trường họp của đường lên đồng bộ, các mã trực giao thích hợp hơn.
4.3.5 Các kỹ thuật tách
Các hệ thống MC-DS-CDMA với các kênh băng rộng có thể được phân chia thành Nchệthống DS-CDMA băng rộng. Như vậy, các kỹ thuật tách đơn người dùng hoặc đa người dùng cho DS-CDMA có thế áp dụng được trong mỗi dòng dừ liệu.
MC-DS-CDMA về cơ bản được áp dụng cho đường lên không đồng bộ. Bộ tách đơn ngườidùng cho MC-DS-CDMA với các kênh băng hẹp có thế thực hiện bằng bộ tương quan mã trải phốtrên mỗi kênh con. Hình 4.21 biếu diễn bộ tách đơn người dùng với Nc bộ tương quan.
Các hệ thống MC-DS-CDMA phát ký hiệu dữ liệu trải phố song song trên p, 0 < « < Ncsóng mang phụ đế đạt được khuếch đại phân tập. Tuy nhiên, làm giảm hiệu quả pho của hệ thốngxuống với hệ số p. Trong bộ thu. dữ liệu tách được của p kênh con được kết hợp với EGC hoặc MRC.
Trong trường họp truyền dẫn đường lên và đường xuống đồng bộ với các kênh con băng hẹp, các kỹ thuật tách trình bày ở 4.2.5 cho MC-CDMA có thế áp dụng
f0 cík)(t)
Hình 4.21 Bộ tách tương quan MC-DS-CDMA 4.3.6.1 Đường lên đồng bộ
Hình 4.22 biểu diễn quan hệ của BER với SNR của hệ thống MC-DS-CDMA
Hình 4.22 Quan hệ BER với SNR của hệ thống MC-DS-CDMA với các mã trải phố khác nhau và các kỹ thuật tách khác nhau; đường lên đồng bộ, K= 8 người dùng,
QPSK, fading COST 207 RA.
Đê vượt qua giới hạn với các kỹ thuật tách đơn người dùng trong đường lên, ta phải áp ứngcác kỳ thuật tách đa người dùng phức tạp cho hệ thống MC-DS-CDMA.
Đặc trưng riêng biệt
Hiệu quả đối việc đồng bộĐược thiết kế đặc biệt để