1.4 Kỹ thuật đa âm rời rạc (DMT)
1.4.3 Mã hóa độc lập các kênh con, [4]
Trong rất nhiều hệ thống, dữ liệu được mã hóa với mã kênh sửa lỗi. Trong hệ thống DMT dữ liệu trong mỗi kênh con được mã hóa độc lập. Trong xấp xỉ gap, giả sử độ dài tin đủ dài để có thể bỏ qua các bit cuối (overhead of tail bits) của mã hóa mạng lưới (trellis). Mã hóa độc lập trong mỗi sóng mang con có thể làm giảm hiệu năng của hệ thống DMT, đặc biệt là trong môi trường không dây. Chúng ta sẽ đề cập đến sự suy giảm cho mã hóa trellis vì mã hóa trellis là sơ đồ mã hóa tiện lợi nhất cho hệ thống OFDM.
Đầu tiên, mã hóa độc lập cho mỗi sóng mang con không thể đạt được sự phân tập tần số trong các kênh thay đổi theo thời gian. Phân tập tần số là nhân tố
thiết kế quan trọng cho các hệ thống không dây thay đổi theo thời gian. Không có sự phân tập tần số, hiệu năng của hệ thống DMT sử dụng thuật toán rót nước phụ thuộc rất lớn vào độ biến đổi của kênh trong trường hợp xấu nhất. Vì vậy hiệu năng của hệ thống DMT có thể tồi hơn hiệu năng của mã hóa OFDM với sự phân bổ bit và công suất cố định.
Lý do khác của sự suy giảm hiệu năng là mã hóa vượt ngưỡng (overhead coding). Bất cứ mã hóa kênh nào cũng cần các bit dư thừa để tránh lỗi. Ví dụ, mã hóa trellis thông thường yêu cầu hai loại bit dư thừa khác nhau. Một loại dùng để tính dư thừa trong tỷ lệ mã và loại còn lại là overhead cho các bit cuối bằng không. r là tỉ số các bit thông tin trên các bit phát thực tế và được cho bởi:
1 1/ ( 1) / b r R K N (1.67)
Trong đó R là tỷ lệ mã hóa, Nb là số bit thông tin tổng cộng và K là chiều dài ràng buộc của mã trellis.
Nếu số bit thông tin trong một khung mã lớn thì r gần giống với tỷ lệ mã hóa R. Tuy nhiên, khi số bit thông tin giảm, tỉ số r thực tế trở nên thấp hơn tỷ lệ mã hóa ban đầu. overhead cho các bit cuối là không đáng kể trong các khung ngắn. Trong các môi trường không dây thay đổi theo thời gian, dữ liệu được gửi thường xuyên trong rất nhiều các khung ngắn để sửa lỗi tốt hơn.
Ví dụ, nếu sử dụng mã hóa trellis với chiều dài K = 9 và sử dụng 10 kênh con để truyền dữ liệu sau khi tối ưu rót nước, 80 bit cho các bit cuối. Với khung 384 bit (gồm cả các bit cuối), tỉ số giữa các bit cuối và bit thông tin là 21%. Nếu chiều dài khung là 800 bit, overhead cho các bit cuối là 10% và kết quả này trong sự suy giảm chất lượng khoảng 0.5dB. Bảng sau cho thấy lượng overhead do các bit cuối ở các khung khác nhau với 10 kênh con.
Overhead của các bit cuối trong hệ thống DMT sử dụng 10 kênh con
Frame Length (bits) Overhead (%)
96 84 192 42 384 21 800 10 1600 5 3200 2.5
KẾT LUẬN
Trong chương này trình bày các nguyên lý chung nhất về hệ truyền dẫn đa sóng mang, nguyên lý truyền dẫn đa kênh và kỹ thuật đa âm rời rạc (DMT).
Kỹ thuật truyền dẫn đa sóng mang là kỹ thuật truyền thông chia luồng dữ liệu thành một số các kênh con độc lập truyền trên nhiều sóng mang con khác nhau, trong đó kênh con có băng tần nhỏ hơn tốc độ dữ liệu tổng cộng. Hiệu suất phổ của kỹ thuật đa sóng mang bằng tổng hiệu suất phổ của các song mang con. Có thể thấy một trong những ưu điểm của kỹ thuật này là có khả năng chống lại nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) gây ra bởi kênh đa đường khá tốt. Nếu kênh là chọn lọc tần số, tỷ lệ lỗi của mỗi kênh con có thể khác nhau. Một trong những sơ đồ truyền thông để khắc phục tính chọn lọc tần số là đa âm rời rạc (DMT) cũng được trình bày khá chi tiết trong chương này. DMT cho phép làm cực đại tốc độ bit phát khi có ràng buộc công suất hoặc làm cực tiểu công suất phát khi có ràng buộc về tốc độ bit nhờ sử dụng thuật toán “rót nước”. Nội dung chung về thuật toán “rót nước” đã được nghiên cứu trong chương này và các áp dụng cụ thể sẽ được xem xét trong chương tiếp theo.
CHƯƠNG 2 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT, PHÂN BỐ BIT
Điều khiển công suất là một vấn đề trọng tâm trong việc thiết kế các hệ thống truyền thông DSL đa người dùng. Trong các hệ thống này mỗi người dùng không chỉ phụ thuộc vào phân bố công suất của chính họ mà còn phụ thuộc vào phân bố công suất của các người dùng khác. Các hệ thống được thiết kế trong sự dung hoà về công suất phát giữa các người dùng nhằm đạt được một giới hạn về tốc độ truyền cực đại.
Các kỹ thuật đường thuê bao số khác nhau đã được thiết lập từ hơn 10 năm trước. Ngày nay, thông thường mỗi modem DSL được thiết kế chạy độc lập với tất cả các modem khác với giả sử nhiễu trong trường hợp xấu nhất mà không quan tâm đến môi trường mạng thực tế. Vì vậy, tốc độ dữ liệu thực tế đạt được thấp hơn nhiều so với tốc độ có thể đạt được. Mặt khác, vấn đề gần – xa tăng do không xét đến topo của mạng truy cập DSL phân tán. Để giải quyết vấn đề gần – xa trong VDSL với hướng phát lên thì các modem phân bổ ở gần nhà cung cấp (CO) phải giảm công suất phát của mình.
Mở rộng cho DSL là xem một bó cáp như là một kênh đa người dùng. Các phân tích cho thấy rằng hiệu năng được cải thiện đáng kể bằng cách sử dụng sự kết hợp và quá trình xử lí tín hiệu đồng thời giữa các modem trong một bó. Trong chương này, thuật ngữ sự cải thiện hiệu suất được sử dụng để biểu diễn sự tăng tốc độ bit có thể truyền qua cặp dây xoắn đôi. Xử lý tín hiệu đồng thời không phải luôn thực hiện được vì trong quá trình không bó (unbundling) thì hoặc là các modem được phân bổ ở các vị trí vật lý khác nhau hoặc truy cập tới lớp vật lý các tín hiệu giữa sóng mang tổng đài nội bộ và các sóng mang ở tổng đài nội bộ cạnh tranh là không được phép. Tuy nhiên hiệu năng của hệ thống vẫn có thể được cải thiện nếu kênh nhiễu là Gauss ([6], [10], [18], [20]) và tối thiểu phổ dùng chung. Thật không may, phạm vi tốc độ của kênh này lại là một vấn đề không thể giải quyết được trong lý thuyết thông tin [6]. Phạm vi tốc độ đặc trưng cho mọi khả năng kết hợp tốc độ dữ liệu của tất cả người dùng khi cho trước các ràng buộc về công suất. Yu, [17], [20], [21], đã chỉ ra rằng hiệu năng của hệ thống có thể được cải thiện khi tối ưu đồng thời phổ của mọi người dùng sử dụng thuật toán rót nước lặp (iterative water-filling). Thuật toán này thực hiện điều khiển công suất đa người dùng phân bố, trong đó tính toán sự phân bổ công suất người dùng tối ưu một cách cạnh tranh. Tuy nhiên, thuật toán này không xem xét bài toán phân bổ sóng mang con đường lên và đường xuống, thay vào đó nó giả sử rằng sự phân bổ này đã biết và cố định. Hơn nữa, độ hội tụ của thuật toán chỉ được đảm bảo nếu đạt được tập tốc độ bit mục tiêu của tất cả người dùng, khi biết trước trong đó tốc độ bit này.
Trong chương này và chương tiếp theo sẽ nghiên cứu các thuật toán phân bổ công suất, phân bổ bit áp dụng cho hệ thống DSL