Chƣơng 1 TỔNG QUAN CHUNG
1.4. Mã mạng lớp vật lý
1.4.4.4. Kênh fading không đối xứng và ước lượng kênh
Trong các phần trước giả sử rằng kênh truyền là đối xứng. Nút 1 và nút 2 có thể có khoảng cách khác nhau với nút chuyển tiếp. Ngoài ra kênh còn chịu tác động của hiệu ứng fading. Cho rằng hiRlà số phức chỉ ra hàm truyền đạt kênh cho kênh đường lên từ nút I tới nút R. Với sự ảnh hưởng của băng thông tần số vô tuyến lên kênh pha đinh phẳng, ký hiệu mẫu ở nút chuyển tiếp được xác định bởi công thức:
1 ( 1 1) 2 ( 2 2)
R R R R
y h a jb h a jb w (1.4)
Nút chuyển tiếp phải ước lượng h2Rvà h1R. Ước lượng thường được thực hiện thông qua các ký hiệu được nhúng trong các gói tin. Ước lượng kênh truyền trong hệ thống mã mạng lớp vật lý là một lĩnh vực nghiên cứu bởi vì nó không giống với hệ thống truyền tin điểm – điểm trong đó chỉ có 1 hàm truyền đạt kênh cần được ước lượng, mà ở đây có 2 hàm truyền đạt kênh cần được ước lượng dựa trên các tín hiệu nhận được trong cùng một khoảng thời gian.
Nếu nút 1 và 2 biết h1Rvà h2R. Chúng ta có thể nhân ký tự (a1 jb1)với * 2 1R / 1R
h h và ký
tự (a1 jb1)với * 2 2R / 2R
h h trước khi truyền chúng. Làm như vậy các tín hiệu nhận được ở nút chuyển tiếp sẽ có các phương trình tương tự như phương trình
1 ( 1 1) 2 ( 2 2)
R R R R
các gói tin chuyển tiếp tới nút 1 và 2, nó cũng nhúng ước lượng h1Rvà h2Rtrong gói tin quảng bá. Theo cách đó, nút 1 và 2 có thể sử dụng thông tin để tiền mã hóa các ký tự trong các gói tin kế tiếp truyền tới nút R. Vì thế phương pháp tiền mã hóa ở nút 1 và nút 2 có thể cho ta hiệu suất tốt hơn.
Không thể sử dụng phương pháp này trong hai trường hợp sau:
- Fading nhanh: Hàm truyền đạt kênh biến đổi nhanh. Do đóh1R sẽ thay đổi lớn. Các thông tin phản hồih1Rtừ nút chuyển tiếp R tới nút i không phản ánh được giá trị thực tế của h1R trong khung thời gian tiếp theo.
- Bursty: Lưu lượng không đều xảy ra khi nút đầu cuối không luôn luôn có các gói tin để truyền, và nút chuyển tiếp được chia sẻ bởi rất nhiều nút đầu cuối. Trong trường hợp này, giao thức điều khiển truy cập có thể được sử dụng để kết hợp gói tin trao đổi giữa các cặp nút khác nhau. Thời gian giữa 2 trao đổi liên tục của các nút riêng biệt có thể dài và vì thế h1R thay đổi đáng kể.
Nói chung, hệ thống trong đó phương pháp tiền mã hóa là khá phức tạp để thực hiện và áp dụng trong phạm vi lớn. Vì lý do đó, hầu hết các nghiên cứu về mã mạng lớp vật lý đều giả sử các nút không có quá trình tiền mã hóa. Chú ý rằng tiền mã hóa bởi nút R là một câu chuyện khác. Nếu kênh là đối xứng thì hiR=hRi, nút R có thể sử dụng thông tin hiR để tiền mã hóa tín hiệu trước khi truyền tới nút đầu cuối. Chuyển tiếp xảy ra gần như ngay tức thì sau khi được truyền bởi nút 1 và 2. Dó đó hàm truyền đạt kênh không thay đổi đáng kể từ khe thời gian này tới khe thời gian khác.
Với kênh pha đinh không phẳng, phương trình (1.4) là không hợp lệ bởi có nhiễu liên ký tự (ISI). OFDM là kỹ thuật rất mạnh trong trường hợp kênh pha đing không phẳng. Các ý tưởng cơ bản của OFDM là để mang ký hiệu trên các kênh con đa đường. Nếu các kênh con có fading đủ hẹp, fading trong mỗi kênh con là phẳng. Do đó trên các kênh con, phương trình (1.4) vẫn đúng. Thêm nữa, OFDM cung cấp một cách tự nhiên để giải quyết các symbol offset giữa các nút 1 và 2 trong mã mạng lớp vật lý. Đặc biệt, mỗi symbol offset trong miền thời gian sẽ được chuyển sang thành một pha trong hàm truyền đạt kênh trong miền tần số. Vì thế phương trình (1.4) vẫn đúng với h1R được nhân với pha.
Do khả năng có thể giải quyết với symbol offset và kênh pha đinh không phẳng một cách đồng thời, nên mã mạng lớp vật lý sử dụng OFDM là một hệ thống nghiên cứu phổ biến trong rất nhiều nghiên cứu. Đồng thời, nó cũng là một thách thức mới khi mà nó không tồn tại trong hệ thống OFDM điểm – điểm truyền thống. Một ví dụ của ước lượng kênh trên sóng mang con trong hệ thống mã mạng lớp vật lý sử dụng OFDM, và ước lượng offset của sóng mang RF ở 2 nút đầu cuối. Dựa trên tín hiệu ghép lại nhận được từ 2 nút đầu cuối, các training symbol và pilot trong mô hình OFDM điểm điểm truyền thống cần được thiết kế lại để ước lượng kênh trong hệ thống mã mạng lớp vật lý
sử dụng OFDM