Tỡm hiểu cỏc đặc tớnh của kờnh truyền

Cỏc đặc tớnh của cỏc kờnh truyền trong MMC đơn giản và bất biến hơn nhiều so với mụi trường khụng dõy. Vỡ vậy ta cú thể tỡm hiểu được cỏc đặc tớnh của kờnh truyền và đưa ra cỏc giải phỏp thớch hợp cho từng hệ thống. Một phương phỏp để tỡm hiểu cỏc đặc tớnh của kờnh truyền là dựng mạng Bayes. Cỏc phương phỏp thực hiện cú thể túm lược như sau :

* Dữ liệu được truyền qua kờnh truyền và sử dụng nhiều loại mụ hỡnh Mĩ Turbo với cỏc thụng số khỏc nhau.

* Ghi lại cỏc giỏ trị BER

* Thành lập một mạng Bayes với cỏc độ chớnh xỏc của mĩ kết quả và cỏc yếu tố ảnh hưởng là cỏc nỳt mạng. Một đường nối trực tiếp sẽ đi từ cỏc yếu tố đến cỏc độ chớnh xỏc của mĩ kết quả.

* Sử dụng cỏc giỏ trị BER ghi nhận để thử cho mạng này.

* Tỡm ra một tập hợp cỏc thụng số để tối ưu húa cỏc sự điều chỉnh

4.2.2 Các đề xuất khi ứng dụng mã Turbo vào truyền thơng đa phơng tiện

4.2.2.1.Kớch thước khung lớn:

Như đĩ đề cập ở trờn, một đặc tớnh quan trọng của ứng dụng MCC là khối dữ liệu lớn. Từ đõy gợi ra ý tưởng sử dụng kớch thước khung lớn cho mĩ Turbo. Kớch thước khung lớn đồng nghĩa với kớch thước bộ chốn lớn và sẽ làm tăng đỏng kể chất lượng của mĩ Turbo.

Với một băng thụng lớn như của MMC thỡ một khối lượng dữ liệu lớn cú thể truyền với một độ trễ chấp nhận được. Với kớch thước khung lớn này độ lợi mĩ của TC cú thể tăng bằng cỏc cỏch sau :

* Giảm BER của kờnh truyền

* Tăng thời gian đỏp ứng bằng cỏch giảm số lần lặp giải mĩ hay sử dụng một số cải tiến giải mĩ trỡnh bày dưới đõy.

4.2.2.2.Cải tiến quỏ trỡnh giải mĩ: 4.2.2.2.1 Giải mĩ động:

Phương phỏp giải mĩ động gúi gọn trong hai điểm sau :

* Số vũng lặp thực sự để giải mĩ một khung sẽ nhỏ hơn hay bằng giỏ trị ngưỡng này và phụ thuộc vào kết quả giải mĩ. Điều kiện để ngưng quỏ trỡnh giải mĩ là khung đĩ hết lỗi. Trong quỏ trỡnh giải mĩ, kết quả giỏ trị ước lượng của vũng lặp giải mĩ trước được lưu lại và so sỏnh với kết quả của vũng lặp giải mĩ kế tiếp. Nếu hai kết quả giống nhau thỡ hết lỗi và tiếp tục giải mĩ cho khung kế tiếp.

í tưởng ở đõy là một số khung chỉ cần số vũng lặp rất ớt (chỉ khoảng 2 hay 3 vũng) đĩ loại bỏ hồn tồn lỗi sai, trong khi một số khung khỏc rất nhiều lỗi thỡ cần số vũng lặp giải mĩ nhiều hơn để đạt được chất lượng cao hơn. Vỡ thế số vũng lặp thay đổi sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc giảm độ trễ và cú thể cũn làm tăng chất lượng. Vớ dụ như một hệ thống sử dụng số lần lặp giải mĩ cố định là 10. Khi sử dụng hệ thống này với phương phỏp giải mĩ động cú số vũng lặp tối đa là 15 thỡ số vũng lặp giải mĩ trung bỡnh sẽ giảm rất nhiều, chỉ khoảng 5 -7 vũng. Như vậy ta đĩ tiết kiệm được rất nhiều thời gian, tăng thời gian đỏp ứng của hệ thống. Thậm chớ cú một số khung nhiều lỗi sai thỡ giải mĩ lặp đến 15 vũng cú thể sẽ cho chất lượng cao hơn chỉ lặp 10 vũng cố định.

4.2.2.2.2 Giải mĩ ưu tiờn:

Khối dữ liệu được truyền ngồi đặc tớnh là cú số lượng bit lớn cũn cú một số đặc tớnh khỏc như :

* Dữ liệu nhận khụng cần chớnh xỏc 100%. Vớ dụ như trong VOD, nếu một số phần nào đú của cỏc khung nhận bị lỗi thỡ cú thể gõy ra một số suy giảm chất lượng trờn một vài phần nào đú trong hỡnh ảnh bộ phim. Nhưng nếu những sự suy giảm này khỏ nhỏ thỡ mắt người cũng khú nhận biết hoặc dễ dàng chấp nhận. Điều đú cú nghĩa là MMC cú thể chấp nhận một mức lỗi nhất định.

* Cỏc dữ liệu truyền cú tầm quan trọng khỏc nhau. Cũng xột vớ dụ trờn, nếu cỏc lỗi xảy ra trong ở vựng trung tõm của hỡnh ảnh thỡ khỏch hàng cú thể phỏt hiện dễ dàng. Nhưng nếu cỏc lỗi gõy sự suy giảm chất lượng ở cỏc vựng lõn cận biờn của hỡnh ảnh thỡ khú gõy sự chỳ ý hơn. Điều đú cú nghĩa là cỏc dữ liệu cú tầm quan trọng thấp sẽ chấp nhận mức lỗi cao hơn.

Cỏc đặc tớnh này làm nảy sinh thờm một ý tưởng là giải mĩ theo mức ưu tiờn. Cỏc ứng dụng MMC sẽ thờm cỏc thụng tin về độ ưu tiờn vào trong khung tựy theo tầm quan trọng của khung. Sau khi nhận được chuỗi tin từ kờnh truyền, bộ giải mĩ sẽ giải mĩ tỡm cỏc từ mĩ. Sau vũng lặp đầu tiờn bộ giải mĩ cú thể nhận được thụng tin về mức độ ưu tiờn của khung và sẽ quyết định số vũng lặp (hay phương phỏp lặp) phự hợp với khung.

Theo mụ hỡnh giải mĩ này, lượng thời gian tiết kiệm được từ cỏc khung cú độ ưu tiờn thấp sẽ được dựng để :

* Giảm BER của cỏc khung cú độ ưu tiờn cao

* Tăng tốc độ đỏp ứng của hệ thống nhờ giảm được số vũng lặp cho cỏc khung cú độ ưu tiờn thấp.

Mụ hỡnh này khụng làm tăng chất lượng trung bỡnh của hệ thống. Tỉ số BER cú thể lớn hơn hay nhỏ hơn so với cỏc phương phỏp giải mĩ khỏc nhưng hiệu quả thực tế thỡ hơn hẳn. Vớ dụ như trong trường hợp cụ thể trờn thỡ hỡnh ảnh sẽ được khỏch hàng đỏnh giỏ là tốt hơn.

4.3 Các ứng dụng truyền thơng khơng dây

Truyền thụng khụng dõy ngày càng trở nờn thụng dụng nhờ những ưu điểm như số lượng dịch vụ lớn, kớch thước thoại nhỏ và giỏ cả tương đối chấp nhận được so với những lợi ớch của nú. Khụng như cỏc tiến bộ vượt bậc về kỹ thuật trong kớch thước thoại và số lượng dịch vụ, cỏc giao thức hiện nay như GSM, CDMA vẫn sử dụng cỏc mụ hỡnh đơn giản như cỏc mĩ tớch chập. Với tốc độ phỏt triển như hiện nay, cỏc thành phần này sẽ được thay thế bằng loại mĩ chất lượng hơn như mĩ Turbo mà gần đõy nhất là cỏc hệ thống thụng tin thế hệ thứ ba (CDMA 200).

Đặc biệt trong truyền thụng khụng dõy cũn phải kể đến truyền thụng vệ tinh hay thỏm hiểm vũ trụ. Hiện nay đĩ cú xu hướng gia tăng cả về số lượng lẫn chất lượng cỏc loại hỡnh thụng tin vệ tinh cũng như thụng tin vũ trụ do khoa học kỹ thuật đĩ tiến bộ ở rất nhiều nước. Cỏc hệ thống tiờu biểu cho thụng tin vệ tinh là hệ thống định vị tồn cầu (GPS), hệ thống thụng tin địa lý (GIS), hệ thống truyền hỡnh qua vệ tinh.

4.3.1 Các hạn chế khi ứng dụng mã Turbo trong truyền thơng khơng dây

Đối với nhiều kờnh truyền thỡ mụ hỡnh kờnh AWGN với nhiễu tĩnh rất thớch hợp. Tuy nhiờn, trong mụi trường khụng dõy thỡ thường khụng tĩnh do cú fading của cỏc tớn hiệu truyền. Fading là hậu quả bản chất vật lý của kờnh truyền với độ tăng biờn độ là một quỏ trỡnh ngẫu nhiờn biễu diễn bởi một hàm mật độ xỏc suất và một hàm tự tương quan.

Trong kờnh AWGN, cỏc bit chỉ bị tỏc động bởi nhiễu : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Yk = axk + nk với nk là nhiễu và a = 1 đối với kờnh AWGN

Trong fading Rayleigh, cỏc từ mĩ bị tỏc động bởi cả nhiễu và fading biến đổi theo thời gian trong kờnh vụ tuyến di động.

yk = axk + nk với nk là nhiễu và a là một biến ngẫu nhiờn của phõn bố fading Rayleigh.

Phõn bố fading Rayleigh thường được sử dụng để mụ tả bản chất thay đổi theo thời gian theo thống kờ của đường bao nhận được của một tớn hiệu fading phẳng, hay đường bao của một thành phần riờng lẻ trong hệ thống đa đường. Phõn bố Rayleigh là một hàm mật độ xỏc suất cho bởi :

Kờnh truyền trong truyền thụng khụng dõy cú mức nhiễu cao hơn ở mụi trường truyền dõy. Vỡ thế cỏc mĩ kờnh phải cú đủ khả năng đương đầu với mức nhiễu lớn. Đặc biệt nếu dựng trong cụng tỏc nghiờn cứu vũ trụ thỡ mức nhiễu cũn cao hơn nữa.

Để triệt fading thỡ cũn cú nhiều cỏch khỏc nhau vớ dụ như trải phổ. Khi đĩ triệt được một phần fading và sử dụng thờm mĩ Turbo nữa thỡ chất lượng đạt được sẽ rất cao.

Ngồi ra, mụi trường truyền cũn luụn luụn biến đổi. Vớ dụ như một thuờ bao điện thoại di động cú thể vừa đàm thoại vừa di chuyển, mụi trường truyền xung quanh cũng biến đổi, thụng số mụi trường cũng thay đổi. Chớnh vỡ sự bất ổn định của kờnh truyền mà việc tỡm được một loại mĩ thớch hợp là một việc rất khú khăn. Và đõy chớnh là lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của TC nhờ cỏc đặc tớnh ưu việt.

4.3.1.2. Hạn chế về thời gian:

Cũng như cỏc ứng dụng thời gian thực khỏc, truyền thụng khụng dõy cũng cú những yờu cầu về thời gian rất khắt khe. Nhất là cỏc thụng tin thoại yờu cầu phải đỏp ứng nhanh. Thụng tin thoại mà đỏp ứng chậm sẽ trở nờn vụ giỏ trị.

4.3.1.3. Kớch thước khung nhỏ:

Trong truyền thụng khụng dõy thỡ kớch thước khung truyền khụng được lớn vỡ:

* Kờnh truyền khụng tin cậy, nếu truyền khung lớn thỡ tỉ lệ lỗi trong khung sẽ cao hơn. Nếu khung bị mất hay khụng thể khụi phục thỡ dữ liệu tại đầu nhận sẽ bị mất.

* Do đặc tớnh thời gian thực nờn khụng chấp nhận độ trễ lớn khi truyền một khung cú kớch thước lớn.

Như vậy, với kớch thước khung nhỏ thỡ khụng tận dụng được cỏc đặc tớnh ưu việt của TC.

4.3.1.4. Băng thụng giới hạn:

Truyền thụng khụng dõy chỉ sử dụng một khoảng phổ tần số đĩ được phõn, mỗi cụng ty điện thoại di động lại chỉ được phõn cho một khu vực trong khoảng này để cung cấp dịch vụ cho khỏch hàng. Như vậy băng thụng rất hạn chế 0cú nghĩa là mụ hỡnh mĩ húa phải cú càng ớt bit redundant càng tốt, tức là đũi hỏi tốc độ mĩ cao.

4.4 mã hĩa turbo trong CDMA 2000

Bộ mĩ húa turbo thực hiện mĩ húa số liệu, chỉ thị chất lượng khung (CRC) và hai bit dành trước cho mĩ Turbo và cộng chuỗi đuụi mĩ húa đầu ra. Nếu tổng cỏc bit số liệu, cỏc bit chất lượng khung và cỏc bit dành trước là

Nturbo, thỡ bộ mĩ húa tạo ra Nturbo/R cỏc ký hiệu số liệu cựng với 6/R cỏc ký

hiệu đuụi ở đầu ra, trong đú R là tỷ lệ mĩ bằng 1/2, 1/3 hay 1/4. Bộ mĩ húa turbo sử dụng hai bộ mĩ húa tớch chập hệ thống, đệ quy mắc song song kết hợp với bộ chốn, trong đú bộ chốn đứng trước bộ mĩ tớch chập thứ hai, hai mĩ tớch chập đệ quy này được gọi cỏc mĩ thành phần của mĩ Turbo. Cỏc đầu ra của cỏc bộ mĩ húa thành phần được trớch bỏ và được lặp để đạt được (Nturbo

4.4.1 Cỏc bộ mĩ húa turbo tỷ lệ 1/2, 1/3, 1/4 :

Một mĩ thành phần chung được sử dụng cho cỏc mĩ Turbo tỷ lệ 1/2, 1/3, và 1/4. Hàm truyền đạt của mĩ này cú dạng sau:

G(D)=      ) ( ) ( ) ( ) ( 1 0 1 D d D n D d D n (3.1) Trong đú: d(D) = 1 + D2 + D3, n0(D) = 1+D + D3 và n1(D) = 1 +D + D2

+ D3. bộ tạo mĩ Turbo này sẽ tạo ra chuỗi ký hiệu đầu ra giống như chuỗi được tạo ra bởi bộ mĩ cho ở hỡnh 4.1

Bộ tạo mĩ thành phần 1

Bộ mĩ hừa thành phần 2

Điều khiển

Điều khiển

Chuyển mạch vào vị trớ trờn và dịch từng bit của Nturbo bit số liệu; sau đú chuyển mạch vào vi trớ dưới và từng bit đuụi trong số ba bit đuụi của bộ mĩ húa thành phần 1, sau đú khụng ngừng dịch cho ba bit đuụi của bộ lập, mĩ thành phần 2

Chuyển mạch vào vị trớ trờn và dịch từng bit của Nturbo bit số liệu; sau đú chuyển mạch vào vi trớ dưới và từng bit đuụi trong số ba bit đuụi của bộ mĩ húa thành phần 1, sau đú khụng ngừng dịch cho ba bit đuụi của bộ lập, mĩ thành phần 2 Nturbo bit thụng tin vào (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Bộ chốn turbo

Khởi đầu cỏc trạng thỏi của cỏc thanh ghi dịch trong cỏc bộ mĩ húa thành phần được đặt về “0”. Sau đú, cỏc bit được dịch vào cỏc bộ mĩ húa thành phần theo vị trớ của cỏc chuyển mạch trờn hỡnh vẽ. mạch thay đổi chu kỳ từng bit số liệu và bit đuụi.

Cỏc ký hiệu ra của số liệu sau mĩ húa được tạo ra bằng cỏch dịch cỏc bộ mĩ húa thành phần Nturbo lần khi cỏc khúa ở vị trớ trờn và trớch bỏ cỏc đầu ra theo như quy định ở bảng 4.1. ‘0’ ở mẫu trớch bỏ cú nghĩa là ký hiệu này sẽ bị xúa và ‘1’ cú nghĩa là ký hiệu này được cho qua. Đối với mỗi bit vào, đầu ra của cỏc bộ lập mĩ thành phần sẽ được đặt vào chuỗi X, Y0,Y1, X’, Y0’, Y1’. Trong quỏ trỡnh tạo ra cỏc ký hiệu từ số liệu vào mĩ húa sẽ khụng thực hiện lặp

4.4.2 Kết cuối mĩ Turbo:

Bộ mĩ húa turbo tạo ra 6/R cỏc ký hiệu đuụi đầu ra tiếp sau cỏc ký hiệu của cỏc bit số liệu được mĩ húa. Chuỗi ký hiệu đuụi đầu ra cũng giống như chuỗi được bộ mĩ húa tạo ra ở hỡnh 4.1. Cỏc ký hiệu ra được tạo ra sau khi

Nturbo bit được dịch vào cỏc bộ mĩ húa thành phần với cỏc khúa ở vị trớ trờn.

3/R ký hiệu đuụi ra đầu tiờn được tạo ra bằng cỏch dịch bộ mĩ húa thành phần 3 lần với khúa tương ứng ở vị trớ dưới và đồng thời trớch bỏ cũng như lặp cỏc ký hiệu ra của bộ mĩ húa thành phần này. 3/R cỏc ký hiệu đuụi ra nhận được bằng cỏch dịch bộ mĩ húa thành phần 2 ba lần với khúa tương ứng của nú ở vị trớ dưới quỏ trỡnh này kết hợp với trớch bỏ và lặp cỏc ký hiệu đầu ra của bộ mĩ húa thành phần này. Cỏc đầu ra của cỏc bộ mĩ húa thành phần đới với từng chu kỳ bit đuụi sẽ được đặt vào chuỗi X, Y0, Y1, X’, Y’0, Y’1 với X ra trước.

Mẫu trớch bỏ và lặp ký hiệu ra của bộ mĩ húa thành phần được quy định ở bảng 4.2. Trong mẫu trớch bỏ, ‘0’ nghĩa là ký hiệu bị xúa cũn ‘1’ nghĩa là ký hiệu được cho qua. Đối mĩ Turbo 1/2, cỏc ký hiệu đuụi ra đối với 3 chu kỳ bit đuụi đầu tiờn sẽ là XY0 cũn cỏc ký hiệu đuụi ra đối với ba chu kỳ bit cũn lại sẽ là X’Y’0. Đối với mĩ Turbo 1/3, cỏc ký hiệu đuụi ra đối với 3 chu kỳ bit đuụi đầu tiờn sẽ là XXY0 cũn cỏc ký hiệu đuụi ra đối với ba chu kỳ bit đuụi cũn lại sẽ là X’X’Y’0. Đối với mĩ Turbo 1/4, cỏc ký hiệu đuụi ra đối với 3 chu bit đuụi đầu tiờn sẽ là XXY0Y1 cũn cỏc ký hiệu đuụi đối với 3 chu kỳ bit cũn lại sẽ là X’X’Y’0Y,1.

4.4.3. Cỏc bộ chốn Turbo:

Bộ chốn turbo là một bộ phận của bộ mĩ húa turbo cú nhiệm vụ chốn khối cho số liệu, chỉ thị chất lượng khung (CRC) và cỏc bit dành trước nhận được ở đầu vào của bộ mĩ húa Turbo.

Bộ chốn turbo hoạt động như sau. Tồn bộ chuỗi bit đầu vào của bộ chốn turbo được viết vào ma trận nhớ lần lượt theo một trỡnh tự cỏc địa chỉ và sau đú tồn bộ chuỗi này được đọc ra từ bộ nhớ theo một trỡnh tự cỏc địa chỉ được xỏc định theo thủ tục trỡnh bày dưới đõy

Đầu ra Tỷ lệ mĩ 1/2 1/3 1/4 X 11 11 11 Y0 10 11 11 Y1 00 00 10 X’ 00 00 00 Y’0 01 11 01 Y’1 00 00 11

Bảng 4.1. Mẫu trớch bỏ cho cỏc chu kỳ của bit số liệu

Lưu ý : Đối với từng tỷ lệ mĩ bảng trớch bỏ sẽ được đọc từ trờn xuống dưới