IV. Kết hợp điều khiển lỗi và điều khiển cơng suất trong DS-CDMA đa phương tiện
1. Tích hợp điều khiển cơng suất và điều khiển lỗ
Mơ hình hệ thống DS-CDMA hướng gĩi hỗ trợ lưu lượng thoại, dữ liệu và hình ảnh trong một giao thức tương thích với ATM. Ở đường xuống, mỗi trạm gốc truyền một tín hiệu hoa tiêu cho di động để nĩ chọn đúng trạm gốc mà nĩ đang định vị và để xác định cơng suất phát của nĩ. Mỗi đầu cuối di động dùng tín hiệu hoa tiêu nhằm đồng bộ mã PN và tìm sự nhất quán giữa chúng.
Ở đường lên, điều khiển cho phép kết nối cần thiết để cung cấp chất lượng dịch vụ (Q0S) thích hơpï cho người dùng di động phát nhiều loại lưu lượng khác nhau. Đường lên chứa kênh điều khiển cho phép và nhiều kênh truyền dữ liệu. Trong quá trình cho phép, người dùng di động sử dụng kênh cho phép để thơng báo trạm gốc của nĩ về loại lưu lượng, BER yêu cầu truyền, tốc độ truyền, độ trễ truyền… của nĩ. Dựa vào những thơng số này, trạm gốc quyết định xem liệu hệ thống cĩ đủ tài nguyên để chấp nhận đầu cuối di động hay khơng. Một khi đã được thừa nhận, đầu cuối di đợng truyền những gĩi cĩ độ dài cố định qua những kênh được chỉ định.
Với việc đĩng gĩi thơng tin người dùng và truyền song song qua nhiều kênh dữ liệu, hệ thống cĩ thể cung cấp nhiều dịch vụ cho các loại lưu lượng cĩ tốc độ bit cố định hoặc thay đổi. Vì cĩ hiện tượng chồng cụm trong mức can nhiễu gây ra sự suy giảm nghiêm trọng đến chất lượng truyền, việc truyền khơng đồng bộ giữa những người dùng để đưa ra sự phân bố của can nhiễu thì đồng nhất hơn so với truyền đồng bộ, kết quả là việc ghép kênh tốt hơn.
Để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện, mạng vơ tuyến sẽ bảo đảm cho lưu lượng cĩ độ nhạy trễ (như hình ảnh hoặc thoại) cũng như lưu lượng cĩ độ nhạy lỗi (như dữ liệu) với chất lượng được bảo đảm. Thơng thường, độ chính xác truyền địi hỏi cho thoại là BER (pb) ≤ 10-3 cho truyền hình tốc độ thấp là pb≤ 10- 4 hoặc 10-5. Mặt khác, lưu lượng cĩ độ nhạy lỗi cĩ thể địi hỏi BER rất thấp (pb≤
10-9). Với DS-CDMA, cĩ thể đạt được BER khác nhau khi cĩ điều khiển lỗi và điều khiển cơng suất.
Những người dùng cĩ độ nhạy trễ địi hỏi BER khắc khe hơn cĩ thể đạt được bằng cách tăng cơng suất phát của họ để tăng giá trị thu Eb/Ib, kết quả là BER thấp hơn. Tuy nhiên, điều này làm tăng mức can nhiễu lên những người dùng khác do đĩ cĩ thể tăng BER cho những người dùng khác hoặc làm giảm dung lượng hệ thống. Vì DS-CDMA bị giới hạn do can nhiễu nên tài nguyên hệ thống được dùng cho di động thường là tỷ lệ giữa tốc độ truyền và mức cơng suất thu từ di động.
khác, điều khiển cơng suất khơng thể cĩ hiệu quả khi phổ tần số vơ tuyến bị giới hạn.
Kỹ thuật điều khiển lỗi truyền sẽ được dùng kết hợp với điều khiển cơng suất. Mã hĩa kênh cĩ thể giảm được Eb/Ib khi địi hỏi BER thấp, điều này cĩ thể làm tăng hiệu suất phổ tần số của mạng. Mã hĩa thì cần thiết nếu tăng hiệu suất phổ làm tăng bit mã hĩa cho mỗi gĩi. Ở đây chúng ta xem xét mã phép nhân chập cĩ tốc độ r = b/n và độ dài K.
Đối với lưu lượng cĩ độ nhạy trễ địi hỏi độ chính xác truyền, điều khiển cơng suất và mã hĩa phép nhân chập được dùng để hỗ trợ các dịch vụ cĩ thời gian thực và bảo đảm giá trị BER thích hợp. Dựa vào mã phép nhân chập được dùng và giá trị BER yêu cầu cho lưu lượng thời gian thực, Eb/Ib cĩ thể được quyết định. Trạm gốc so sánh giá trị Eb/Ib đo với giá trị đích để thơng báo cho đầu cuối di động tăng, giảm hoặc giữ nguyên mức cơng suất phát. Khơng cĩ giao thức yêu cầu truyền lại tự động (ARQ) cho lưu lượng cĩ độ nhạy trễ.
Đối với luồng dữ liệu cĩ độ nhạy lỗi, việc địi hỏi thời gian thực khác so với lưu lượng thoại và hình ảnh. Do đĩ, cùng với mã hĩa phép nhân chập, giao thức ARQ cĩ thể được dùng để đạt được giá trị BER rất thấp.
Để thực hiện giao thức ARQ cho các gĩi với mã hĩa phép nhân chập, bộ giải mã hĩa cĩ khả năng tách những lỗi qua giải mã. Phát hiện lỗi cĩ thể được thực hiện bằng cách dùng mã CRC ở cuối mỗi gĩi tin hoặc dùng giải mã Viterbi cải tiến.
Với thuật tốn giải mã Viterbi cải tiến, yêu cầu phát lại được phát với cách thức sau:
Nếu cĩ sự sai khác của bộ giám sát (bộ giám sát thực chất là 1 đường dẫn) và đường dẫn kế tiếp là nhỏ hơn giá trị xác định trước A ( ≥ 0) thì bộ giám sát sẽ được đánh dấu X. Nhãn X tồn tại trên đường đĩ cho đến khi nĩ tiếp tục là bộ giám sát. Nếu tất cả bộ giám sát đều mang nhãn X thì yêu cầu truyền lại được phát. Chế độ phát lỗi này khác so với dùng bộ phát hiện lỗi CRC sau giải mã Viterbi.
Bộ giải mã Viterbi cải tiến thích hợp hơn cho mơ hình hệ thống nhờ những thuận lợi của nĩ như sau:
• Khơng cần thêm bit phát hiện lỗi cho mỗi gĩi thơng tin
• Hệ thống khơng cần cĩ bộ mã hĩa và giải mã CRC, cĩ thể tránh được độ trễ xử lý do phát hiện lỗi của CRC
• Bằng cách chọn các giá trị khác nhau của thơng số A, xác suất lỗi truyền và xác suất truyền lại cĩ thể được điều khiển.
sẽ làm giảm lỗi truyền nhưng xác suất truyền lại lại tăng. Cĩ tỷ lệ 1:1 giữa Eb/I0
yêu cầu thu và cơng suất thu yêu cầu.
Gọi P~ là giá trị cơng suất thu trung bình yêu cầu để đạt được BER cĩ giá trị p~b lớn hơn BER yêu cầu (pb). Xác suất của lỗi bit p~b được giảm nhiều hơn so với pb nhờ truyền lại. p~b được xác định như sau:
Mối liên hệ giữa p~b và P~ phụ thuộc vào thống kê kênh fading, cấu trúc bộ mã hĩa phép nhân chập, thơng số giải mã A, bậc thu phân tập, mức nhiễu đa truy nhập do những người dùng khác trong hệ thống và nhiễu trắng cộng Gaussian (nhiễu nền).
Đặt P là trung bình thống kê của cơng suất thu, giá trị P để đạt được BER theo yêu cầu pb là
Rp p P P − = 1 ~ (3.58)
pR là xác suất truyền lại gĩi, nĩ phụ thuộc vào P~, A và độ dài gĩi.
Thơng thường, pR rất nhỏ, kết quả là giá trị của P chỉ hơi lớn hơn P~. Mặt khác, P~ cĩ thể nhỏ hơn nhiều so với cơng suất thu yêu cầu để đạt được pb mà khơng cĩ truyền lại, phụ thuộc vào giá trị của pb và ~pb. Kết quả là cơng suất thu P khi cĩ truyền lại nhỏ hơn cơng suất thu yêu cầu khi khơng cĩ truyền lại.
Tối ưu điều khiển cơng suất là xác định mức cơng suất thu P~ theo cách để tổng cơng suất thu P là nhỏ nhất. Mặt khác, dựa vào mơ hình mã hĩa kênh đã dùng và BER yêu cầu (pb), ~pb sẽ làm cho P tối thiểu và điều khiển cơng suất để đạt được giá trị Eb/I0 đích tương ứng với p~b cho mơ hình mã hĩa kênh đã sử dụng. Bằng cách này, điều khiển lỗi được kết hợp với điều khiển cơng suất để đạt được BER yêu cầu và để tối thiểu mức can nhiễu của di động so với các di động khác, dẫn đến sử dụng tối đa phổ tần số vơ tuyến. Giá trị Eb/I0 đích thu được cĩ thể được quyết định ở trạm gốc trong quá trình cho phép kết nối dựa vào Q0S yêu cầu cho đầu cuối di động.
Đối với nguồn lưu lượng khơng cĩ độ nhạy lỗi, trạm gốc so sánh giá trị Eb/I0 tối ưu đã tính tốn so với giá trị đo được. Dựa vào sự so sánh này, lệnh điều khiển cơng suất được phát cho di động. Trong trường hợp tế bào cho phép thêm dung lượng, luồng lưu lượng khơng cĩ độ nhạy trễ cĩ thể phát cơng suất lớn hơn giá trị đích cũng như BER yêu cầu cho tất cả lưu lượng cĩ thể được bảo đảm. Do đĩ, hiệu suất phổ tần số cĩ thể tối đa.
Tĩm lại, kết hợp điều khiển lỗi với điều khiển cơng suất cĩ thể tối ưu sử dụng hiệu suất phổ tần số vơ tuyến và bảo đảm nhiều yêu cầu Q0S cho nhiều người dùng di động. Đối với lưu lượng đa phương tiện cĩ độ ưu tiên khác nhau,
Định ra Eb/I0 thu nhỏ nhất cho mỗi luồng lưu lượng cĩ độ nhạy trễ để cĩ giá trị BER theo yêu cầu mà khơng cĩ chế độ truyền lại. Một vài liên kết cĩ độ ưu tiên thấp hơn sẽ bị bỏ qua nếu khơng đủ tài nguyên bảo đảm cho yêu cầu về Q0S.
Bước 2:
Phân phối nguồn tài nguyên cịn lại cho lưu lượng khơng cĩ độ nhạy trễ mà giá trị Eb/I0 cho mỗi luồng được xem như là tổng cơng suất thu được P và việc truyền lại là nhỏ nhất. Những kết nối cĩ độ ưu tiên thấp hơn sẽ bị treo nếu khơng cĩ đủ tài nguyên. Một số kết nối treo sẽ được phát lại nếu như cĩ tài nguyên dự trữ.
Bước 3:
Cho phép luồng khơng cĩ độ nhạy trễ cĩ giá trị Eb/I0 lớn hơn giá trị tối đa nếu như cĩ tồn tại thêm nguồn dự trữ sau khi tất cả mọi kết nối treo đã được phát lại.