k bits n bits
4.4. Mã hóa Turbo trong OFDM
Mã hóa turbo gần đây đã được sử dụng thành công trong rất nhiều hệ thống thông tin. Mã hóa turbo tổng quát bao gồm hai hay nhiều mã chuỗi hoặc mã song song. Một bộ mã turbo điển hình gồm nhiều chuỗi mã vòng xoắn song song như hình dưới đây. Khi đó các bit thông tin được mã hóa bởi hai hay nhiều bộ mã vòng xoắn đệ quy, chúng còn được sử dụng để hoán vị chuỗi thông tin. Tuy nhiên, bộ giải mã turbo lại có thể dùng các bộ mã vòng xoắn song song hay phân cấp. Khả năng sửa lỗi cao của mã hóa turbo có được bắt nguồn sự ngẫu nhiên giống như sử dụng cài xen kết hợp với mã vòng xoắn và bộ giải mã sử dụng hầu hết các thông tin ngoại lai không tương quan.
TrÔ Cµi xen 1 Cµi xen N M· hãa 0 M· hãa 1 M· hãa N Multiplexing Hình 4.9: Bộ lập mã Turbo
Việc thiết kế cấu trúc và độ phức tạp của mã hóa turbo bị giới hạn bởi các thông số hệ thống khác. Chúng ta sẽ đề cập đến một vài thông số ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc bộ mã. Trễ giải mã ảnh hưởng rất lớn tới thiết kế máy thu. Bởi vì cấu trúc bộ giải mã turbo là lặp và bao gồm khối giải cài xen/giải cài xen cho mỗi lần lặp lại, nếu trễ quá lớn sẽ ảnh hưởng tới chất lượng toàn bộ hệ thống. Một vấn đề quan trọng khác mà hệ thống yêu cầu là
tăng ích mã hóa. Khi mà tốc độ lỗi bit BER của mã hóa turbo được cải thiện rõ rệt thì hệ thống có thể làm việc ở tỷ số tín hiệu trên tạp âm S/N nhỏ. Tuy nhiên nhiều chức năng khác của máy thu lại yêu cầu một tỷ số S/N tối thiểu nào đó, điều này cũng cần được tính toán kỹ lưỡng khi thiết kế hệ thống OFDM. De- interleaver Interleaver Soft input Soft output Decoder Soft input Soft output Decoder Extrinsic Information
Information bits Channel Information
Extrinsic Information
Có hai kỹ thuật giải mã lặp là: Xác suất sau cực đại MAP (Maximum a
posteriori Probability) và Giải thuật Viterbi cải tiến SOVA (Soft input Soft Output Viterbi Algorithm). Có 3 dạng khác nhau của đầu vào ‘mềm’ (Soft input) cho mỗi bộ giải mã là ký tự thông tin không mã hóa, thông tin dư thừa từ mã đối xứng đệ quy RSC (Recursive Symmetric Code) đầu tiên, và các thông tin ngoại lai. Đầu ra là các trọng số thông tin không mã hóa, thông tin ưu tiên (priori information) và thông tin ngoại lai tương ứng.
Nói chung, thuật toán MAP là tối ưu cho đánh giá trạng thái của một quá trình Markov. Trong giải mã turbo, thuật toán MAP tính logarit của tỷ số giữa xác suất sau APP (a posteriori probability) của mỗi bit thông tin trở thành ‘1’ với xác suất APP của bit trở thành ‘0’. Kỹ thuật MAP rất phức tạp và yêu cầu số phép toán thay đổi nên ít được áp dụng trong thực tế. Còn kỹ thuật SOVA sử dụng thuật toán đơn giản hóa của thuật toán MAP được ứng dụng nhiều trong thực tế vì mặc dù không tối ưu như thuật toán MAP nhưng cấu trúc lại đơn giản hơn nhiều. Thuật toán MAP xét tất cả các đường bằng cách chia chúng thành 2 tập hợp là các đường có bit ‘1’ tại những bước riêng biệt và các đường có bit ‘0’ tại nhừng bước đó, và trả về log tỷ số tương quan giữa chúng. Còn SOVA chỉ xét những đường có triển vọng (survivor path) của thuật toán Viterbi.
Nhưđã nói ở trên, mã hóa trong hệ thống OFDM có ưu thế của mã hóa trong cả miền thời gian và tần số với việc cài xen thích hợp. Mã hóa cung cấp thêm sự bảo vệ chống lại pha đinh chọn lọc thời gian và tần số. Sử dụng mã hóa Turbo đang được quan tâm đặc biệt cho một vài chuẩn vô tuyến.