Chương 2 Giới thiệu về chuẩn IEEE802.15.4a
2.2.1.2 Điều chế PSDU
Quá trình điều chế PSDU được cho dưới hình 2.2
Hình 2.: Sơ đồ khối mã hóa dữ liệu theo chuẩn IEEE 802.15.4a
Ở đây, luồng bit thông tin sẽ đi qua hai bộ mã sửa lỗi tịnh tiến FEC là bộ mã Reed- Solomon và bộ mã chập tỉ lệ mã hóa 1/2. Bộ mã chập không nhất thiết phải có cho tất cả các loại dữ liệu như trong bảng 2.6. Các hàng trong bảng 2.6 có tốc độ viterbi bằng 1 chỉ ra rằng cấu trúc UWB PHY của phần PSDU là không cần bộ mã chập. Sau khi được mã hóa sửa lỗi tín hiệu sẽ được điều chế chế vào khung như hình 2.3. Chi tiết hai phần này được giới
thiệu ở dưới đây
Hình 2.: Quá trình mã hóa PPDU
Mã hóa sửa lỗi FEC
Hai khối mã hóa sửa lỗi này sẽ mã hóa N bít thông tin đầu vào b
0, b1 , . . . , b
N −1 . N bit này khi qua bộ mã hóa RS sẽ tăng thêm 48 bit chẵn lẻ p0 , p
1, . . . , p47 nâng chiều dài đoạn bit lên N + 48 bit. Tiếp theo, số bít này sẽ đi quan bộ mã chập với tỉ lệ mã 1/2 sẽ tạo ra 2N + 96 bit chia ra làm hai luồng khác nhau đi vào bộ điều chế BPM-BPSK.Quá trình mã hóa sửa lỗi được cho trong hình 2.4.
Hình 2.: Quá trình mã hóa sửa lỗi
Khối mã hóa RS là một khối thông dụng được tạo ra dựa trên trường Galois, sinh ra từ một đa thức tạo mã g(x):
8 1 ( ) ( k) k g x x a = = ∏ + (2.1)
Trong đó, α = 010000 là chuỗi bit gốc sinh ra từ đa thức 1 + x + x6 . Quá trình mã hóa trải qua năm bước khác nhau.
Khối mã chập sẽ sử dụng bộ mã có tỉ lệ 1/2 được tạo ra thông qua hai đa thức g
0 = [010]2 và g1 = [101]2 như trong hình 2.5. Dựa trên việc truyền mỗi một khung PPDU mà bộ mã sẽ khởi tạo tất cả các trạng thái về không.
Hình 2.: Khối mã chập Điều chế khung UWB PHY cho PSDU
( ) ( ) ( ) ( )1 0 1 0 1 ( ) [1 2 [ 2 ]* ( ) cpb cpb N k k k k n kN BPM burst c i x t g q s + p t g T h T nT = = − ∑ − − − −
Trong đó g0(k) và g1(k) là hai bit thông tin mà symbol thứ k mang. Bit g0 để mã hóa vị trí burst trong symbol, bit g
1 để mã hóa độ phân cực của burst đó. Chuỗi bit s
n+kNcpb
với n = 0, 1 . . . , N cpb
− 1 là chuỗi mã giả ngẫu
nhiên trộn vào các chip trong một burst của symbol, h(k) ∈ 0, 1, . . . , N
hop−1là vị trí chứa burst xung trong symbol thứ k, p(t) là dạng xung truyền đi. Chuỗi mã hoping h
(k)giúp giảm nhiễu giữa nhiều người dùng, trong khi đó,chuỗi s
n+kNcpb dùng để giảm nhiễu giữa các máy thu coherent vàlàm phẳng phổ tín hiệu truyền đi. Phương trình 2.2 minh họa trong mỗi một symbol chỉ có một burst xung được phat đi, tại các vị trí burst khác trong symbo sẽ không có tín hiệu phát đi. Hình minh họa cho quá trình điều chế cho bởi hình 2.6
Hình 2.: Điều chế symbol
Bộ trộn có thể được tạo ra từ một thanh ghi dich hồi tiếp (LFSR) như hình 2 . 7 .Bộ trộn này sẽ tạo luôn ra hai chuỗi mã s
n+kNcpbvà chuỗi h(k). Thanh ghi dịch này được tạo từ một đa thức g(D)=1 + D + D15 ,với D là độ (2.2 )
trễ một chip, T
c. Đầu ra của bộ trộn sn cho bởi biểu thức : s
n = sn−14 ⊕ s
n−15 , với n = 0, 1 trong đó , ⊕ là kí hiệu cho biểu thức cộng module 2.
.
Hình 2.7: Thanh ghi dich hồi tiếp tuyến tính LFSR
m=log
2(Nhop ) là số bit dùng để mã hóa cho số vị trí có thể (Nhop ) mà một burst được đặt vào. Trong một chu kỳ symbol thứ k, thanh ghi LFSR này sẽ được chốt sau N
cpb lần,đầu ra của bộ mã trộn cho Ncpb chip sẽ được lấy ra là s
n+kNcpb , n =
1, 2, . . . , Ncpb − 1. Ngoài ra giá trị h(k) được tính theo
công thức: ( ) 0 1 0 1 1 2 2 ... 2 cpb cpb cpb k kN kN m kN h = s + s+ + + s − + (2.3)
Đối với chế độ bắt buộc có mean PRF bằng 15.6 MHz và 3.9 MHz như trong bảng 2.6, số vị trí hopping có thể sẽ lần lượt là 8 và 32, tương ứng với nó số bit m sử dụng mã hóa số vị trí này là 3 và 5 thì h(k) sẽ được tính theo công thức sau : ( ) 1 2 2 4 cpb cpb cpb k kN kN kN h = s + s+ + s + với mean PRF =15.6 MHz (2.4) ( ) 1 2 3 4 2 4 8 16 cpb cpb cpb cpb cpb k kN kN kN kN kN h =s + s+ + s + + s + + s + với mean PRF=3.9 MHz (2.5) 2.2.2 Phần mở đầu SHR
SHR là phần thêm vào sau khi đã điều chế xong phần dữ liệu PSDU và phần PHR nhằm mục đích đồng bộ, giám sát, ước lượng kênh. Cấu trúc phần SHR được cho trong 2.8. Trường SHR được chia làm hai phần khác nhau là phần SYNC (đồng bộ, giám sát, ước lượng kênh) và phần SFD (xác định kết thúc phần SYNC và vào phần PHR PSDU).
Hình 2.: Cấu trúc phần mở SHR Thành phần SYNC
Thành phần SYNC bao gồm 16,64,1024 hoặc 4096 symbol. Mỗi symbol ký hiệu là Si như hình 2.8. S
i được cấu thành từ một mã cân bằng hoàn hảo có độ dài 31 hoặc 127 mã. Mỗi mã này bao gồm một chuỗi các giá trị thuộc {−1, 0, 1} ứng với mỗi kênh (0 − 15) và được chọn chèn vào phần đầu dữ liệu phát đi vì đặc tính tự tương quan của mã này là hoàn hảo giúp máy thu dễ dùng trong việc xác nhận tín hiệu. Chuẩn IEEE 802.15.4a hỗ trợ 24 mã mở đầu (C
i , i = 1, 2, . . . , 24) phù hợp với kênh. Bảng 2.2 đưa ra 8 mã đầu tiên có (chỉ số i = 1 − 8), mỗi mã có độ dài là 31, trong khi đó 16 (chỉ số i = 9 − 24)mã còn lại có chiều dài 127.
Bảng 2..: Chuỗi mã chiều dài 31.
Mỗi một symbol S
i được tạo ra bằng cách trải mã Ci bằng một hàm δL theo biểu thức: i i L S = ⊗C δ (2.6) ( ) L n δ =1 nếu n =0 ( ) L n δ = 0 nếu n =1,2,3,...,L-1
trong đó ⊗ là tích Kronecker, sau khi nhân Kronecker giữa C
i và δL thì một symbol Si được tạo thành như trong hình 2.8, trong đó L-1 phần tử 0 được chèn vàoS
i
được tạo thành như trong hình 2.8, trong đó L − 1 phần tử 0 được chen
vào mỗi
phần tử Ci(j) trong mã Ci với j=0,1...K, K={31,127}
Thành phần SFD
Trong khi phần SYNC bao gồm một dãy symbol Si giống nhau thì phần SFD bao gồm 8 hoặc 64 symbol không phải bao gồm 8 hoặc 64 symbol giống nhau mà
nó được nhân tương ứng với một chuỗi mã {-1.0,1} để tạo ra phần SFD. Hình 2.8 minh họa cho trường hợp SFD có 8 symbol với chuỗi mã [0+10-1+100-1], trường hợp này ứng cho tốc độ dữ liệu từ 850kb/s trở lên. Ngoài ra, chuẩn còn hỗ trợ trường hợp có độ dài 64 symbol với chuỗi mã
0+10−1+100−10+10−1+100−1−100+10−10+0+1000−10−10−100+10−1−10−1 +10000+1+100−1−1−1+1−1+1+10000+1+1]
cho dữ liệu có tốc độ 110Kb/s