Trong một hệ thống điều chế BPSK, cặp cỏc tớn hiệu s1(t), s2(t) được sử
dụng để biểu diễn cỏc kớ hiệu cơ số hai là "0" và "1" được định nghĩa như sau:
] ) ( 2 cos[ 2 ) ( f t t T E t S c b b i (t)(i1);0t Tb;i 1,2 Hay: cos[2 ] 2 ) ( 1 f t T E t S c b b ] 2 cos[ 2 ) ( ] 2 cos[ 2 ) ( 1 2 f t T E t S t f T E t S c b b c b b
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
45
Eb : Năng lượng của 1 bit
θ (t) : gúc pha, thay đổi theo tớn hiệu điều chế
θ : gúc pha ban đầu cú giỏ trị khụng đổi từ 0 đến 2π và
khụng ảnh hưởng đến quỏ trỡnh phõn tớch nờn đặt bằng 0
i = 1 : tương ứng với symbol 0 i = 2 : tương ứng với symbol 1
Mỗi cặp súng mang hỡnh sine đối pha 1800
như trờn được gọi là cỏc tớn hiệu đối cực.
Nếu chọn một hàm năng lượng cơ sở là:
b c b T t t f T t ( ) 2 cos(2 );0 Khi đú, S1(t) Eb(t) ) ( ) ( 2 t E t S b
Ta cú thể biểu diễn BPSK bằng một khụng gian tớn hiệu một chiều
(N=1) với hai điểm bản tin (M=2) : S1 = Eb , S2 = - Eb như hỡnh sau:
Hỡnh 2.10 : Biểu đồ khụng gian tớn hiệu BPSK
Khi tớn hiệu điều chế BPSK được truyền qua kờnh chịu tỏc động của nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN), xỏc suất lỗi bit giải điều chế được xỏc định theo cụng thức sau: 0 2 N E Q P b e
Trong đú,
Eb : Năng lượng bit
N0 : Mật độ nhiễu trắng cộng
2.2.2. Mã Gray
Giản đồ IQ(Inphase Quadrature) cho sơ đồ điều chế sẽ chỉ ra vector truyền cho tất cả cỏc liờn hợp từ dữ liệu. Mỗi liờn hợp từ dữ liệu phải được phõn phối một vector IQ duy nhất. Mó Gray là một phương phỏp cho sự phõn phối này, sao cho cỏc điểm canh nhau trong vũm sao chỉ khỏc nhau một bit đơn. Mó này giỳp giảm thiểu tỷ lệ lỗi bit toàn bộ vỡ nú giảm cơ hội nhiều lỗi bit xảy ra từ một lỗi symbol đơn.
Mó Gray cú thể được sử dụng cho tất cả cỏc sơ đồ điều chế PSK ( QPSK, 8-PSK, 16-PSK) và QAM(16-QAM,64-QAM,256-QAM...).
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
47
Hỡnh 2.11: Giản đồ IQ của 16-PSK khi dựng mó Gray. Mỗi vị trớ IQ liờn tiếp chỉ thay đổi một bit đơn.
2.3. Kỹ thuật điều chế đa truy nhập2.3.1. Kỹ thuật điều chế OFDMA 2.3.1. Kỹ thuật điều chế OFDMA
Truy cập phõn chia theo tần số trực giao (OFDMA) là cụng nghệ đa súng mang phỏt triển từ cụng nghệ OFDM , ứng dụng như một cụng nghệ đa truy cập. OFDMA hỗ trợ cỏc nhiệm vụ của cỏc nhúm súng mang con đối với cỏc thuờ bao nhất định. Mỗi một nhúm súng mang con được biểu thị như một kờnh con (subchannel), mỗi thuờ bao được chỉ định một hoặc nhiều kờnh con để truyền phỏt dựa trờn mỗi yờu cầu cụ thể về lưu lượng của mỗi thuờ bao.
- Kờnh con hoỏ (sub-channelization) trờn đường lờn là tuỳ chọn, khi khụng sử
dụng kờnh con hoỏ, những sự hạn chế điều tiết và yờu cầu cỏc CPE chi phớ hiệu quả gõy lờn quỹ đường truyền khụng đối xứng, điều này cũng dẫn đến phạm vi hệ thống trờn đường truyền lờn bị hạn chế. Kờnh con hoỏ cho phộp quỹ đường truyền được cõn bằng làm cho độ lợi (gain) của hệ thống là tương tự nhau đối với cả đường truyền lờn và xuống. Kờnh con hoỏ tập trung ụng suất phỏt vào một vài súng mang OFDM, điều này làm tăng độ lợi hệ thống
và mở rộng hệ thống, khắc phục được tổn hao thõm nhập toà nhà hoặc giảm cụng suất tiờu thụ của CPE. Việc sử dụng kờnh con hoỏ cũn được mở rộng hơn trong truy nhập đa súng mang phõn chia theo tần số trực giao (OFDMA) cho phộp sử dụng linh hoạt hơn tài nguyờn cung cấp cho di động.
Cấu trỳc ký hiệu OFDM bao gồm 3 loại súng mang con được biểu diễn
như hỡnh sau :
+ Súng mang con dữ liệu cho truyền dữ liệu
+ Súng mang con dẫn đường cho mục đớch đỏnh giỏ và đồng bộ + Súng mang con vụ dụng khụng dung cho truyền dẫn mà được sử dụng cho dải bảo vệ và cỏc súng mang DC
Hỡnh 2.52 Cấu trỳc súng mang con OFDMA
Trong OFDM ,tất cả cỏc súng mang được truyền song song với cựng 1
biờn độ. OFDMA chia khụng gian súng mang thành NG nhúm,mỗi nhúm cú
NE súng mang,và tạo thành NE kờnh con,mỗi một kờnh con cú 1 súng mang
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
49
Hỡnh 2.63: Kờnh con húa trong OFDMA
Trường hợp OFDMA với 2048 súng mang sẽ cú NE=32 và NG=48 ở
luồng xuống và NE=32 và NG=53 ở luồng lờn,với cỏc súng mang cũn lại được
sử dụng cho pilot và bảo vệ. Mó hoỏ,điều chế và biờn độ được phõn biệt cho mỗi 1 kờnh con phụ thuộc vào điều kiờn kờnh để tối ưu hoỏ tài nguyờn mạng. Cỏc súng mang con tớch cực (dữ liệu và dẫn đường) được nhúm lại thành những tập hợp con gọi là kờnh con. Lớp vật lý ( PHY ) OFDMA hỗ trợ kờnh con húa theo cả 2 hướng DL và UL.Đơn vị tài nguyờn tần số - thời gian tối thiểu của kờnh con húa là một khe, tương đương với 48 nhịp dữ liệu. Việc sửa đổi bổ sung chuẩn IEEE 802.16e-2005 được triển khai nhằm mở rộng chuẩn vụ tuyến 802.16 đỏp ứng cỏc ứng dụng di động. Sự bổ sung này cho phộp cụng nghệ OFDMA đỏp ứng nhiều tớnh năng sử dụng một cỏch linh hoạt và cỏc thỏch thức về việc cỏc thuờ bao di động di chuyển nhanh trong mụi trường NLOS. Chuẩn 802.16e-2005 hỗ trợ 3 tuỳ chọn phõn phối kờnh con, tuỳ theo cỏc tỡnh huống sử dụng như sau:
- Cỏc súng mang con cú thể được tỏn xạ thụng qua kờnh tần số. Điều này liờn
quan hoàn toàn tới việc sử dụng phõn hoỏ kờnh con (sub-channelization) hoặc
- Một số nhúm súng mang con tỏn xạ cú thể được sử dụng để tạo thành một kờnh con. Điều này liờn quan 1 phần tới việc sử dụng phõn hoỏ kờnh con
(Sub-channelization )
- Cỏc kờnh con cú thể được tạo ra bởi cỏc nhúm súng mang con tiếp theo.
Điều này liờn quan tới sự điều biến và mó hoỏ tuỳ ứng hoặc AMC
Hỡnh 2.74: Cấu trỳc khung cụng nghệ đa truy nhõp OFDMA
2.3.1. Kỹ thuật điều chế Scalable OFDMA (SOFDMA)
- Mạng truy cập khụng dõy diện rộng OFDMA theo chuẩn IEEE 802.16e –
2005 dành cho mạng di động dựa trờn kỹ thuật S - OFDM (Scalable OFDM). Việc mở rộng cụng nghệ S - OFDM đó hỗ trợ khả năng điều chỉnh OFDMA cho phự hợp với độ rộng kờnh đang được sử dụng. S - OFDM hỗ trợ những băng thụng dải rộng một cỏch linh hoạt cần thiết cho sự cấp phỏt nhiều loại phổ khỏc nhau cũng như yờu cầu cho những mụ hỡnh hữu ớch khỏc. Theo nguyờn tắc khi ấn định số lượng dải phổ dành cho cỏc nhà cung cấp dịch vụ khỏc, cỏc thụng số Cụng nghệ OFDMA cú thể được tối ưu hoỏ sao cho tỷ lệ với dải băng tần cấp cho một nhà cung cấp dịch vụ cụ thể. Đối với cụng nghệ S - OFDM, khả năng mở rộng được hỗ trợ bằng cỏch điều chỉnh kớch thước FFT trong khi vẫn giữ nguyờn độ rộng băng tần súng mang con, cú nghĩa là khi độ rộng kờnh thay đổi, thỡ kớch thước FFT cũng sẽ thay đổi theo một tỷ lệ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
51
nhất định với độ rộng kờnh, sao cho khoảng cỏch giữa cỏc súng mang phụ là khụng đổi. Vớ dụ, Trong kờnh tần số 5GHz một FFT kớch cỡ 512 súng mang con được xỏc định cũn một kờnh 10MHz, một FFT kớch cỡ 1024 được xỏc định. Điều đú đảm bảo rằng cả hai hệ thống 5MHz và 10MHz cú cựng khoảng thời gian của ký tự và do đú cú cựng khả năng chống mộo đa đường kể cả khi 2 hệ thống khỏc nhau về kớch cỡ. Do đú, băng thụng súng mang con theo đơn vị tài nguyờn và khoảng thời gian của ký hiệu được giữ nguyờn, ảnh hưởng tới cỏc lớp cao hơn cũng được giảm tối thiểu khi lấy tỉ lệ băng thụng.
Bảng tham số tỉ lệ OFDMA Tham số Giỏ trị Băng thụng kờnh hệ thống ( MHz ) 1.25 5 10 20 Tần số lấy mẫu ( Fp ở MHz ) 1.4 5.6 11.2 22.4 Kớch thước FFT ( N 128 512 1024 2048 Số kờnh con 2 8 16 32 Độ rộng tần số súng mang con 10.94 KHz
Khoảng thời gian symbol hữu ớch 91.4 às
Khoảng thời gian bảo vệ 11.4 às
Độ dài ký hiệu OFDMA 102.9 às
Số ký hiệu OFDMA ( Khung 5ms ) 48
2.4. Điều chế yếu cầu truyền lại tự động ARQ
Trong chuẩn 802.16 giao thức ARQ được sử dụng để sửa lỗi truyền dẫn. Trong cơ chế này thỡ phớa bờn thu khi thu được gúi tin sẽ kiểm tra lỗi truyền dẫn trong gúi tin thu được. Để kiểm tra được lỗi truyền dẫn thỡ bờn phỏt sẽ gửi thờm vào dữ liệu truyền đi một số bit dư và số bit này chỉ đủ để phớa bờn thu phỏt hiện được là gúi tin bi lỗi trong quỏ trỡnh truyền dẫn chứ khụng đủ để phớa thu tự động sửa được lỗi. Nếu như phớa thu kiểm tra thấy gúi tin bi lỗi hoặc bờn thu khụng nhận được gúi tin nú đang đợi nú sẽ gửi lại
cho bờn phỏt một thụng điệp và yờu cầu bờn phỏt gửi lại gúi tin bi lỗi. Giao thức ARQ cú 4 kiểu cơ bản đú là: Kiểu ARQ dừng và đợi (Stop and wait ARQ), Kiểu ARQ lựi N (Go back N ARQ), Kiểu ARQ chọn lọc (Selective reject ARQ), Hybrid ARQ (HARQ)
2.4.1. Kỹ thuật điều chế ARQ dừng và đợi
Trong kiểu ARQ dừng và đợi thỡ bờn phỏt gửi đi một gúi tin và nú sẽ chờ cho đến khi bờn thu gửi lại trả lại gúi tin trả lời ACK để biết là bờn thu đó nhận đỳng gúi tin hay chưa. Nếu như bờn thu đó nhận đỳng gúi tin thỡ bờn phỏt sẽ tiếp tục phỏt đi gúi tin tiếp theo cũn nếu khụng nú sẽ phỏt lại gúi tin bị
lỗi. Giả sử bờn phỏt gửi đi một gúi tin là P1 , sau khi gửi gúi tin này đi nú sẽ ở
trong trang thỏi chờ trả lời tử bờn thu để truyền tiếp. Sau một khoảng thời gian time out nhất định mà bờn phỏt khụng nhận được gúi tin trả lời ACK từ bờn thu sẽ xảy ra hai khả năng.
+ Gúi tin P1 khụng đến được đớch nờn sẽ khụng thể cú gúi tin trả lời
ACK và bờn phỏt sẽ phỏt lại gúi tin P1.
+ Bờn thu cú phỏt gúi tin ACK trả lời nhưng bờn phỏt khụng nhận
được và bờn phỏt vẫn phỏt lại gúi tin P1. Và lỳc này bờn thu dựa vào số
sequence number sẽ biết được là gúi tin này nú đó nhận và từ chối nhận gúi tin này nhưng nú vẫn gửi trả lại gúi tin ACK cho bờn phỏt.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
53
Hỡnh 2.15: Mụ hỡnh giao thức ARQ dừng và đợi
Như vậy trong phương phỏp này, sau khi truyền khung I bờn phỏt phải đợi một thời gian tối thiểu trước khi truyền khung tiếp theo. Thời gian đợi đú phải bằng tổng thời gian bờn thu thu được khung I, thời gian xử lý khung I và thời gian truyền, xử lý khung ACK. Điều này làm cho hiệu suất sự dụng băng thụng là nhỏ vỡ cú quỏ nhiều thời gian rồi. Nhưng trong phương phỏp này thỡ cỏc gúi tin khụng cần phải lưu trữ và bộ đệm.
2.4.2. Kỹ thuật điều chế ARQ lùi N
Trong cơ chế ARQ lựi N thỡ cho phộp bờn phỏt phỏt đi một số lượng cỏc gúi mà khụng phải chờ trả lời từ bờn thu, nhưng số lượng gúi phỏt đi này phải nằm trong giới hạn size của window mà thụi. Giả sử window size cú kớch thước là N thỡ bờn phỏt sẽ được phỏt đi N gúi tin liờn tiếp nhưng để phỏt được gúi tin thứ (i+N) thỡ nú phải chờ thụng tin trả lời ACK của gúi tin thứ i.
Hỡnh 2.16: Mụ hỡnh giao thức ARQ lựi N
Trong cơ chế này cú sử dụng cỏc hàm cơ bản để đú là: Ready to reciver (RR), và Reject (REJ). . Nếu như khụng tỡm thấy lỗi thỡ đich sẽ trả lại ACK với hàm RR, cũn nếu bờn thu phỏt hiện ra lỗi thỡ gúi tin ACK trả lại sẽ cú hàm REJ. Cỏc khả năng sau cú thể xảy ra trong khi truyền cỏc gúi tin từ bờn thu đến bờn nhận:
+ Trường hợp 1: Gúi tin bị lỗi
Hỡnh 2.17: Giao thức ARQ lựi N với gúi tin bị lỗi
Gúi tin truyền từ bờn phỏt đến bờn thu bị lỗi, và bờn thu nhận ra lỗi này và truyền trả lại cho bờn phỏt ACK bằng hàm REJ. Phớa bờn thu sau khi nhận được ACK này thỡ sẽ truyền lại cho bờn phỏt cỏc gúi tin bắt đầu từ gúi tin bị lỗi. Nhưng trong thời gian cho đến khi bờn phỏt nhận được trả lời ACK bằng hàm REJ thỡ bờn phỏt vẫn truyền cỏc gúi tin nằm trong window size. Và cỏc gúi tin này vẫn đến đuợc bờn thu nhưng mà bờn thu sẽ khụng nhận cỏc gúi tin này và hủy nú đi. Vỡ thế cho nờn bờn thu khụng xảy ra hiện tượng nhận hai lần một gúi tin.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
55 + Trường hợp 2: ACK bị lỗi
Hỡnh 2.18: Giao thức ARQ lựi N với ACK bị lỗi
Bờn nhận nhận được gúi tin thứ i và gửi trả lại gúi tin ACK để nhận tiếp gúi tin i+1 nhưng nú lại bị mất trờn đường truyền
Giả sử như trong mụ hỡnh trờn, ACK2 khụng đến được bờn phỏt nhưng phớa
phỏt vẫn tiếp tục gửi cỏc gúi tin 3,4,5 vỡ cỏc gúi tin này đang nằm trong window size mà nú đang truyền.
+ Trường hợp 3: Bờn phỏt muốn kờt thỳc quỏ trỡnh gửi tin
Nếu như bờn phỏt muốn gửi một gúi tin cuối cựng mà bờn phỏt muốn gửi thỡ nú sẽ gửi cho bờn nhận một gúi tin và bờn nhận phải trả lời ngay một gúi tin cú hàm RRi=1.
+ Trường hợp 4: Bờn phỏt khụng phỏt đi được gúi tin nào
Giả sử cú một lỗi gỡ đấy mà window size khụng trượt cú nghĩa là bờn phỏt khụng thể phỏt đi một gúi tin nào nữa. Lỳc này bờn phỏt sẽ re-send lại gúi tin mà nú chưa cú ACK.
Ta cú thể dễ dàng nhận thấy cơ chế ARQ lựi N cú một số đặc điểm sau: + Nú khụng phải mất thời gian đợi ACK của bờn thu
+ Khụng cần bộ đệm ở phớa thu
+ Giải quyết được vấn đề trễ đường truyền + Phải re-send quỏ nhiều
2.4.3. Kỹ thuật điều chế Hybrid ARQ
Thuật toỏn ARQ trở nờn phổ biến trong mạng khụng dõy và mạng dựng dõy để truyền lại cỏc thụng tin truyền bị lỗi. Tuy nhiờn, hiệu quả của việc sử dụng ARQ yờu cầu sự lựa chọn chớnh xỏc về cụng suất phỏt và tốc độ dữ liệu trong quỏ trỡnh tỏi truyền phỏt, về mặt khỏc, đường truyền trở nờn bị lỗi. Khi quỏ trỡnh duy trỡ cỏc thiết lập tối ưu này trong mụi trường thời gian khụng ổn định trở thành một thỏch thức cho cỏc dịch vụ băng thụng rộng di động, kỹ thuật Hyprid-ARQ (H-ARQ) được phỏt triển. H-ARQ trở thành 1 phần của thụng số mạng di động, khối thu tập hợp cỏc thụng tin từ một gúi tin bị lỗi với hiện tượng tỏi truyền phỏt tớn hiệu của cựng một gúi tin cho tới khi thụng tin tập hợp đủ lại để lấy lại toàn bộ gúi tin.
Hỡnh 2.19: Cơ chế yờu cầu lặp lại khi lỗi xảy ra
HARQ được phộp sử dụng giao thức N kờnh “ Dừng và đợi “ để cung cấp khả năng đỏp ứng nhanh cho đúng gúi lỗi và cải thiện khả năng phủ súng đường biờn cell. Với khả năng kết hợp và tựy chọn, tớnh tăng cường sự