3.1 Các hệ BLAST
3.1.2 Cấu trúc Turbo-BLAST (T-BLAST)
Cấu trúc hệ thông tin có thông lượng cao được đặc trưng bởi 3 điểm cơ bản sau :
- sử dụng nhiều anten cả 2 phía thu và phát.
- sơ đồ mã hoá ngẫu nhiên phân lớp không-thời gian (RLST), dựa vào việc sử dụng mã khối độc lập và kỹ thuật xen không-thời gian.
- Một bộ thu giống kiểu Turbo, được biết đến như một bộ thu giải mã và tách lặp – IDD, thực hiện giải mã RLST và đánh giá lặp của ma trận kênh.
Khi xét tới các điểm 1 và điểm 3, thì cấu trúc mới này gọi là Turbo BLAST hoặc Turbo MIMO. Hình 3.2 đưa ra sơ đồ nguyên lý hệ thống phát T-BLAST mức cao với 4 anten phát.
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phát T-BLAST mức cao với 4 anten phát
Quá trình mã hoá trong máy phát, tạo ra mã RLST nối tiếp nhau, bao gồm các bước sau :
- Tách dòng dữ liệu thành nhiều (Nt) nhánh có tốc độ bằng nhau.
- Lập mã khối độc lập đối với mỗi dòng nhánh, sử dụng cùng một mã khối tuyến tính sửa lỗi hướng thuận (FEC) xác định trước.
- Việc ghép xen các dòng con được mã hoá bằng cách dùng phép hoán vị không-thời gian, độc lập với các dòng bit tới.
- Lập mã không-thời gian toàn tốc, thông qua ma trận kênh, thuật toán toàn tốc có nghĩa là: chòm sao ký hiệu trong bộ ánh xạ của máy phát được thiết kế để có một kích thước bằng với số bậc tự do không gian N = min (Nt, Nr).
Hình 3.3: Minh hoạ cấu trúc mã không thời gian phân lớp ngẫu nhiên (RLST) được phát ra từ máy phát với 4 anten phát.
Cấu trúc bộ mã hóa RLST, được thiết kế trên cơ sở sự mã hoá khối độc lập của mỗi dòng con dữ liệu truyền đi và xen vòng kỳ không-thời gian, như mô tả trong hình 3.3. Ở đây, bộ phát là hệ đa anten với bộ mã hoá turbo nối tiếp kết nối với sự làm bằng và giải mã. Với hiệu năng tối ưu của mã RLST thì bộ thu sử dụng thuật toán giải mã xác suất hậu nghiệm cực đại (MAP). Tuy nhiên, sự phức tạp tính toán của thuật toán này đối với mã RLST càng tăng lên và khó quản lý khi số lượng anten thu và phát tăng. Cụ thể, với K ký hiệu chiều dài mỗi lớp trong mã RLST, thuật toán giải mã MAP cần chọn 1 trong số 2NtK chuỗi, tất cả tăng theo hàm mũ với Nt tăng. Để giảm vấn đề phức tạp tính toán, ta sử dụng bộ thu kiểu Turbo gần tối ưu được mô tả trong hình 3.4. Các bộ xen được sử dụng để tạo mã RLST cung cấp thành phần cơ bản cho quá trình giải mã và tách lặp gần tối ưu mức độ phức tạp tính toán khả thi.
- bộ giải mã trong, bao gồm bộ tách đầu vào mềm, ra mềm, được thiết kế để đối phó với vấn đề nhiễu trong tín hiệu (ISI) do kênh phading đa đường. - bộ giải mã ngoài, bao gồm Nt bộ giải mã kênh SISO song song, được thiết kế để sửa lỗi tín hiệu trong suốt quá trình truyền trên kênh.
H
Hình 3.4: Sơ đồ khối mức cao của bộ giải mã lặp cho Turbo-Blast cho hệ 4 anten thu.
Các tầng của bộ tách và giải mã của máy thu được ngăn cách ra bằng bộ chèn và giải chèn không-thời gian, chúng được xem như một sự khái quát không gian của các bản sao chúng trong bộ giải mã turbo. Các bộ giải mã ghép xen và các bộ ghép xen không-thời gian dùng để bù trừ các thao tác ghép xen được dùng trong các bộ phát và để giải tương quan lối ra, trước khi đưa đến các tầng sau. Hai tập hợp của các bộ tổng cung cấp thông tin ngoại lai từ bộ giải mã trong tới bộ giải mã ngoài qua bộ giải ghép xen và từ bộ giải mã ngoài tới bộ giải mã trong qua bộ ghép xen, tạo thành mạch vòng phản hồi kín quanh hai tầng giải mã theo đúng nguyên tắc Turbo. Bộ thu lặp cho ta các lượng ước đoán mới, tốt hơn sau mỗi lần lặp và lặp lại quá trình trao đổi thông tin một số lần, nhằm hoàn thiện quá trình quyết định và ước đoán kênh. Việc thiết kế mã hoá giữa các kênh con tại máy phát dựa trên sự lập mã độc
lập của mỗi kênh đem đến sự đơn giản hoá cho máy thu vì : chỉ phải lựa chọn một trong 2K chuỗi tách biệt nhau với từng chuỗi phát (so với 2NtK chuỗi trước đây, K là chiều dài mỗi cụm phát).
Để tái tạo lại dòng dữ liệu gốc ban đầu, cần thực hiện hai vấn đề sau :
- Khi quá trình tách sóng-giải mã lặp i.d.d cho một bit thông tin kết thúc, lối ra của bộ giải mã kênh vào ra mềm được giới hạn cứng.
- Kết quả từ lối ra của bộ giới hạn cứng được ghép kênh thành dạng nối tiếp tạo nên dòng dữ liệu nhị phân gốc ban đầu.
Trong phép lặp lần thứ nhất ở bộ thu, một chuỗi huấn luyện ngắn được dùng để tạo nên lượng ước đoán ban đầu của ma trận kênh H. Rất đáng tiếc là với chuỗi huấn luyện ngắn, thật khó mà ước đoán tốt với kênh MIMO thay đổi theo thời gian, thí dụ như môi trường ngoài nhà. Để giảm bớt điều này, ma trận kênh được ước đoán lại khi dùng lượng ước đoán mới suy ra của các ký hiệu từ lần lặp lại tiếp theo của máy thu. Kỹ thuật tự nâng cao này (bootstrapping) có tác dụng thu được thông tin cực đại từ mỗi cụm dữ liệu thu được.