Nghiên cứu và thiết kế các phương pháp mã hóa kênh cho mạng di động 4g

Đối với trường hợp truyền dữ liệu trên kênh truyền chỉ chịu ảnh hưởng của nhiễu trắng GaussianAWGN, dung lượng kênh truyền C được xác định như sau[2]:  BW: Băng thông kênh truyền  S: c

1 MỤC LỤC

1 MỤC LỤC i

2 LỜI CAM ĐOAN iii

3 DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

4 MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG 3

1.1 Sự phát triển của mạng di động 3

1.2 Mục tiêu nâng cấp mạng di động 6

1.2.1 Tốc độ dữ liệu cao trong môi trường nhiễu giới hạn 8

1.2.2 Tốc độ dữ liệu cao trong môi trường nhiễu giao thoa giới hạn 10

1.2.3 Tốc độ dữ liệu cao với băng thông giới hạn sử dụng điều chế mức cao 11

1.2.4 Điều chế mức cao sử dụng kết hợp mã hóa kênh 12

1.2.5 Sử dụng băng thông rộng hơn với kỹ thuật đa sóng mang 13

1.3 Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM 15

2 CHƯƠNG 2: MÃ HÓA KÊNH 18

2.1 Tổng quan về kĩ thuật mã hóa kênh 18

2.2 Mã chập 19

2.2.1 Giới thiệu chung 19

2.2.2 chập trong TE-4G 21

2.2.3 Giải mã chập 25

2.3 Mã hóa Turbo 37

2.3.1 Giới thiệu về mã Turbo 37

2.3.2 Mã hóa Turbo trong LTE 38

2.3.3 Bộ trộn 40

2.3.4 Tổng quan về các thuật toán giải mã 42

2.3.5 Giải thuật MAP 44

3 CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT MÃ HÓA PHÂN TẬP KHÔNG GIAN TRONG HỆ THỐNG MIMO 50

3.1 Tổng quan về kỹ thuật phân tập 50

3.2 Phân tập không gian 51

3.3 Mô hình hệ thống MIMO 53

3.3.1 Mã hóa STBC 54

3.3.2 Mã hóa SFBC 56

3.3.3 Mã hóa VBLAST 57

4 CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN 59

4.1 Giới thiệu về mô hình kênh truyền 60

4.1.1 Kênh truyền dẫn phân tập đa đường 60

4.1.2 Mô hình truyền thông tin 62

4.2 Mô hình kênh SCM 65

4.2.1 Tổng quan mô hình kênh SCM 65

4.2.2 Tham số môi trường Suburban Macrocell 67

4.2.3 Hệ số kênh 70

4.2.4 Các hàm tương quan 71

5 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 73

5.1 Giới thiệu chung 73

5.2 Th m số m phỏng 76

5.3 Kết quả mô phòng 77

6 KẾT LUẬN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

2 LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu đưa ra trong luận văn dựa trên các kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PSG.TS Nguyễn Văn Đức, không sao chép bất kỳ kết quả nghiên cứu của tác giả khác Nội dung của luận văn có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí được liệt kê trong danh mục các Tài liệu tham khảo

LÊ THỊ THOA

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

A

I

L

M

O

P

Q

R

S

W

3 DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Mã hóa kênh được sử dụng cho các kênh dữ liệu LTE 19

Bảng 2.2 Mã hóa kênh được sử dụng cho kênh điều khiển 19

Bảng 2.3 Giá trị bảng trạng thái của bộ mã chập 24

Bảng 2.4 Sự phụ thuộc của f1, f2 vào K [3] 40

Bảng 4.1 Tham số môi trường Suburban Macrocell[5] 67

Bảng 4.2 Góc lệch AoD và AoA của các tuyến con[5] 69

Bảng 5.1 Các tham số mô phỏng của hệ thống 76

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tỉ lệ yêu cầu nhỏ nhất E0/Nb nhỏ nhất tại máy thu[2] 8

Hình 1.2 Chòm sao điều chế QPSK(a), 16-QAM(b) và 64QAM(c)[2] 12

Hình 1.3 Hệ thống OFDM với nguyên lý trực giao 16

Hình 1.4 Nguyên lý trực giao 17

Hình 2.1: Ví dụ về mã chập với tốc độ mã R=1/2 và K = 3 20

Hình 2.2 Sơ đồ cụ thể của khối của mã chập có tốc độ mã R = 1/2 và K = 3 20

Hình 2.3 Sơ đồ bộ mã hóa chập trong LTE[4] 21

Hình 2.4 Ví dụ về mã chập trong LTE-4G với tốc độ mã R=1/3 và k=7 22

Hình 2.5 Khởi tạo giá trị cho thanh ghi trạng thái 22

Hình 2.6 Quá trình làm việc của một bộ mã chập có R = 1/3, K =7 23

Hình 2.7 Giản đồ lưới của bộ mã chập với tốc độ mã R=1/2 và K = 3 25

Hình 2.8 Viterbi Decoding tại t =0 27

Hình 2.9 Viterbi Decoding tại t =1 28

Hình 2.10 Viterbi Decoding tại t =2 29

Hình 2.11 Viterbi Decoding tại t =3 30

Hình 2.12 Viterbi Decoding tại t =3, sau khi loại bỏ Hmax 30

Hình 2.13 Viterbi Decoding tại t =4 31

Hình 2.14 Viterbi Decoding tại t =5 32

Hình 2.15 Viterbi Decoding tại t =6 33

Hình 2.16 Viterbi Decoding tại t =7 34

Hình 2.17 Bộ m hóa Turbo cơ bản 37

Hình 2.18 Mã hóa Turbo trong LTE 39

Hình 2.19: Sơ đồ bộ giả m Turbo đơn giản[9] 42

Hình 2.20: Hai phương pháp chính để giải mã Turbo 44

Hình 2.21 Các trạng thái có thể có của chuyển dịch trạng thái trong bộ RSC có k=3 46

Hình 2.22 Giải mã MAP sử dụng sơ đồ lưới 47

Hình 2.23 Chia các trạng thái thành 3 đoạn 49

Hình 3.1 Phân loại hệ thống thông tin không dây 53

Hình 3.2 Ánh xạ tún hiệu trong STBC 54

Hình 3.3 Ánh xạ tín hiệu trong SFBC 56

Hình 3.4 Ánh xạ tín hiệu trong mã hóa V-BLAST 58

Hình 4.1 Mô hình phản xạ trong truyền dẫn phân tập đa đường 60

Hình 4.2 Mô hình truyền dẫn đa đường trong thực tế 61

Hình 4.4 Mô hình truyền tín hiệu 64

Hình 4.5 Mô hình kênh SCM[3] 66

Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống mô phỏng 73

Hình 5.2 Ảnh hưởng của số lần giải mã lặp đến hiệu năng m Turbo 77

Hình 5.3 Ảnh hưởng của mức điều chế đến tỉ lệ lỗi bít 77

Hình 5.4 So sánh khả năng sửa lỗi của mã Turbo và mã xoắn khi sử dụng mã hóa MIMO SFBC 78

Hình 5.5 So sánh khả năng sửa lỗi của mã Turbo và mã xoắn khi sử dụng mã hóa MIMO VBLAST 79

Hình 5.6 So sánh sự kết hợp giữa mã hóa MIMO và mã hóa kênh 80

4 MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

uận văn “Nghiên cứu và thiết kế các phương pháp mã hóa kênh cho mạng

di động 4G” đề cập đến vấn đề nghiên cứu về lý thuyết kỹ thuật mã hóa kênh, đưa

ra các đặc điểm chi tiết của mã hóa kênh và ứng dụng của mã hóa kênh khi kết hợp các phương pháp m hóa không gian thời gian nhằm nâng cao chất lượng kênh truyền trong mạng di động 4G

2 Mục đích nghiên cứu củ luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

2.1 Mục đích nghiên cứu củ luận văn

Nghiên cứu lý thuyết Mã hóa kênh, ứng dụng của Mã hóa kênh trong các hệ

thống thông tin di động 4G

2.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

ý thuyết về Mã hóa kênh, ứng dụng của Mã hóa kênh trong các hệ thống thông tin di động 4G

3 Nội dung chính củ luận văn và đóng góp củ tác giả

 Chương 1: Tổng quan mạng di động

Chương này sẽ trình bày về quá trình hình thành và phát triển của mạng di

thông tin di động cũng như giải thích lý do và mục tiêu nâng cấp mạng di động

 Chương 2: Mã hóa kênh

Hai phương pháp m hóa kênh là hóa chập và Mã hóa Turbo sẽ được trình

bày trong chương này

 Chương 3: Kỹ thuật mã hóa phân tập không gian – thời gian

Chương này sẽ giải thích rõ các khái niệm về hệ thống phân tập MIMO và các loại mã sử dụng cho hệ thống phân tập này

 Chương 4: Mô hình kênh truyền

Chương này sẽ đưa ra mô hình kênh truyền SC , phân tích các đặc tính tương quan của kênh để có thể áp dụng cho hệ thống MIMO với nhiều anten phát và nhiều

 Chương 5: Kết quả mô phỏng

Các giả thiết về các phương pháp m hóa kênh kết hợp với các phương pháp

mã hóa không gian thời gian sẽ được làm rõ trong chương này bằng các kết quả mô phỏng từ Matlab Cùng với đó là các nhận xét và đánh giá cho từng trường hợp để lựa chọn được phương pháp tối ưu nhất

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG

1.1 Sự phát triển của mạng di động

Trong quá trình phát triển của xã hội loài người, thông tin liên lạc luôn là nhu cầu cần thiết và đóng một vai trò quan trọng trong đời sống xã hội Để đáp ứng nhu cầu này, khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin đ đưa ra nhiều hình thức liên lạc ngày càng tiện nghi hơn, chất lượng tốt hơn

Kể từ khi được hình thành và phát triển, mạng thông tin di động đ phát triển qua các giai đoạn như sau:

Mạng thông tin di động 1G

Thuật ngữ thông tin di động tế bào (cellular network) ra đời vào những năm

1970, khi kết hợp được các vùng phủ sóng riêng lẻ thành công, đ giải được bài toán khó về dung lượng Tháng 12-1971, hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM, ở dải tần số 850MHz được đưa ra

Giai đoạn này gọi là hệ thống di động tương tự thế hệ đầu tiên (1G) với dải tầng hẹp, tất cả các hệ thống 1G sử dụng điều chế tần số F cho đàm thoại, điều chế dịch tần FSK (Frequency Shift Keying) cho tín hiệu và kỹ thuật truy cập theo tần số FD A (Frequency Division ultiple Access) được sử dụng Hệ thống này sử dụng các anten thu phát sóng gắn đặt bên ngoài, truyền tín hiệu tương tự (analog) tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua các module gắn bên trong máy di động

Chính vì thế mà các thế hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có kích thước khá

to và cồng kềnh do tích hợp cùng lúc 2 module thu và phát tín hiệu Tiêu biểu cho thế

hệ mạng di động 1G là các thiết bị thu phát tin hiệu analog to và khá kềnh càng

 Mã hoá dữ liệu theo dạng số

 Phạm vi kết nối rộng hơn 1G

 Đưa vào dịch vụ tin nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS

Các tín hiệu thoại sẽ được xử lý dưới dạng mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại có thể được truyền trên cùng một băng thông, tiết kiệm thời gian và chi phí Hơn nữa, truyền nhận tín hiệu số trong thế hệ 2G yêu cầu ít năng lượng hơn

và sử dụng các chip thu phát nhỏ hơn, thu nhỏ được diện tích bên trong thiết bị

Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: nền TDMA (Time Division Multiple Access)

và nền CDMA (Code Division Multiple Access) cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị cũng như hạ tầng từng phân vùng quốc gia:

 GSM (TDMA-based), áp dụng đầu tiên tại Phần an và sau đó trở thành chuẩn phổ biến trên toàn 6 Châu lục Và hiện nay vẫn đang được sử dụng bởi hơn 80% nhà cung cấp mạng di động toàn cầu

 CDMA2000 – tần số 450 HZ cũng là nền tảng di động tương tự GSM nói trên nhưng nó lại dựa trên nền CDMA và hiện cũng đang được cung cấp bởi 60 nhà mạng GSM trên toàn thế giới

 IS-95 hay còn gọi là CDMAOne, (nền tảng CD A) được sử dụng rộng rãi tại Hoa Kỳ và một số nước Châu Á và chiếm gần 17% các mạng toàn cầu

Mạng thông tin di động 3G

Mạng thông tin di động 3G là thế hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hơn hẳn các thế hệ trước đó Nó cho phép người dùng di động truyền tải cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm

Công nghệ 3G cũng được nhắc đến như là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU) Ban đầu 3G được dự kiến là một chuẩn thống nhất trên thế giới, nhưng trên thực tế, thế giới 3G đ bị chia thành 4 phần riêng biệt:

UMTS (W-CDMA)

 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) dựa trên công nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile Network Operator) sử dụng GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam) U TS được tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE

Mạng thông tin di động 4G và các thế hệ tiếp theo LTE

Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây Đây

là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1-1.5 Gbps Các nghiên cứu đầu tiên cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Gbps khi di chuyển và tới 1 Gbps khi đứng yên, cũng như cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên

các hình ảnh, video clips chất lượng cao Và trong tương lai, mạng di động Advanced, WiMax (nhánh khác của 4G)… sẽ là những thế hệ tiến bộ hơn nữa, cho phép người dùng truyền tải các dữ liệu HD, xem ti vi tốc độ cao, trải nghiệm web tiên tiến hơn cũng như mang lại cho người dùng nhiều tiện lợi hơn nữa từ chính chiếc di động của mình

LTE-1.2 Mục tiêu nâng cấp mạng di động

Mục tiêu chính của sự phát triển của thông tin di động là cung cấp truyền thông dữ liệu tốc độ cao cho người sử dụng cuối Hơn nữa, mạng di động thế hệ tiếp theo phải hỗ trợ tốc độ cao cho cả người dùng ở vùng ven của cell Phần này sẽ trình bày tổng quan các khái niệm cơ bản về tốc độ dữ liệu trong các môi trường khác nhau

Định lý Shannon cho phép xác định tốc độ dữ liệu cao nhất (dung lượng kênh truyền), mà thông tin có thể được truyền trên một kênh truyền nhất định Đối với trường hợp truyền dữ liệu trên kênh truyền chỉ chịu ảnh hưởng của nhiễu trắng Gaussian(AWGN), dung lượng kênh truyền C được xác định như sau[2]:

 BW: Băng thông kênh truyền

 S: công suất tín hiệu thu được

 N: công suất nhiễu

Từ công thức (1.1), ta có thể thấy hai tham số ảnh hưởng đến tốc độ dữ liệu

là công suất tín hiệu thu, hay tổng quát hơn là tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu S/N và băng thông kênh truyền

Để xác định rõ hơn tại sao các tham số này lại hạn chế tốc độ dữ liệu kênh truyền, ta giả sử tín hiệu được truyền trên kênh truyền với tốc độ truyền tin R, công suất thu được sẽ được biểu diễn:

S  Eb R

Trong đó:

Công suất nhiễu được tính như sau:

0*

Trong đó:

Rõ ràng là tốc độ thông tin không thể vượt quá dung lượng kênh truyền nên ta có

để máy thu nhận tín hiệu với tốc độ thông tin như giả thiết trên

Nếu hệ số sử dụng băng thông rất nhỏ so với 1, tốc độ thông tin sẽ nhỏ hơn băng thông sử dụng, giá trị

0

b E

Đối với cùng một mật độ công suất nhiễu, bất kì sự tăng nào của tốc độ thông tin

Hình 1.1 Tỉ lệ yêu cầu nhỏ nhất E 0 /N b nhỏ nhất tại máy thu[2]

Trong khi đó, nếu hệ số sử dụng băng thông lớn hơn 1, yêu cầu về tỉ số

0

b E N

Do đó, nếu tốc độ thông tin lớn hơn băng thông kênh thì bất kể sự tăng nào của tốc độ thông tin với cùng một băng thông sử dụng sẽ yêu cầu công suất thu tại máy thu phải tăng một cách đáng kể

1.2.1 Tốc độ dữ liệu c o trong m i trường nhiễu giới hạn

Từ những phân tích ở trên, đối với hệ thống thông tin di động mà nhiễu là yếu tố chính gây suy yếu tín hiệu, ta có thể đưa ra kết luận:

 Tốc độ dữ liệu có thể cung cấp cho hệ thống này luôn luôn bị giới hạn bởi công suất tín hiệu thu được, hay tổng quát hơn là tỉ số tín hiệu trên nhiễu Với bất kể

sự tăng nào của tốc độ dữ liệu với băng thông cho trước, sẽ cần ít nhất một sự tăng tương ứng của công suất tín hiệu thu được Như vậy, nếu công suất tín hiệu thu có thể thỏa mãn về mặt lí thuyết, tốc độ dữ liệu có thể tăng đều bất cứ giá trị nào với cùng một băng thông

 Đối với trường hợp hệ số sử dụng băng thông thấp, nghĩa là tốc độ dữ liệu thấp hơn băng thông cho phép, sự tăng của tốc độ dữ liệu kéo theo sự tăng tương

đương của công suất tín hiệu thu Đây chính là sự giới hạn về công suất, trong trường hợp này, sự tăng của băng thông không gây ảnh hưởng đến công suất tín hiệu thu được cần thiết với cùng một tốc độ dữ liệu

 Mặt khác, nếu hệ số sử dung kênh cao, nghĩa là tốc độ dữ liệu lớn hơn băng thông cho phép, bất kể sự tăng nào của tốc độ dữ liệu đều kéo theo sự tăng đáng kể của công suất thu Đây chính là sự giới hạn về băng thông, trong đó sự tăng của băng thông sẽ làm giảm công suất tín hiệu thu cần thiết với cùng một tốc

độ dữ liệu

Do đó, để có hiệu suất sử dụng tốt nhất đối với công suất tín hiệu thu, hay tổng quát hơn là tỉ số tín hiệu trên nhiễu, băng thông truyền dẫn ít nhất phải bằng với tốc độ dữ liệu muốn cung cấp

Giả sử công suất phát không thay đổi, công suất tín hiệu thu được có thể tăng bằng cách giảm khoảng cách giữa máy thu và máy phát, do suy hao truyền sóng thu phát giảm Vì vậy trong môi trường nhiễu giới hạn, ta có thể tăng tốc độ dữ liệu bằng cách giảm khoảng cách giữa máy thu và máy phát Trong hệ thống thông tin di động, điều này tương đương với việc giảm kích cỡ các cell Do đó, ta cần nhiều cell hơn để phủ sóng cùng một diện tích Hơn nữa, để cung cấp tốc độ dữ liệu tương đương hoặc lớn hơn băng thông truyền dẫn, sẽ cần làm giảm đáng kể kích thước cell Hiểu theo cách khác, tốc độ dữ liệu cao chỉ được hỗ trợ cho những thiết bị gần với trạm gốc chứ không phải toàn bộ thiết bị trong cell

Một giải pháp khác để tăng công suất tín hiệu thu được với cùng một công suất thu là tăng sử dụng thêm anten ở bên thu, còn gọi là phân tập anten thu Nhiều anten thu có thể áp dụng ở trạm gốc ( đường lên ) hoặc ở thiết bị ( đường xuống) Bằng cách tổng hợp tín hiệu thu được từ nhiều anten khác nhau, tỉ số tín hiệu trên nhiễu có thể tăng tương ứng với số anten thu được sử dụng Do đó, tốc độ dữ liệu có thể tăng với cùng một khoảng cách thu phát

Kỹ thuật đa anten cũng có thể được áp dụng ở bên phát, thường là ở trạm gốc

và được sử dụng để tập trung công suất phát vào hướng của máy thu Điều này sẽ

làm tăng công suất thu, vì vậy cũng làm tăng tốc độ dữ liệu với cùng một khoảng cách thu phát

Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu cho phép khi sử dụng nhiều anten thu hay phát cũng chỉ tăng đến một mức độ nào đó, khi mà tốc độ dữ liệu bị hạn chế về mặt công suất hơn là bị hạn chế về mặt băng thông Tốc độ dữ liệu đạt được sẽ bắt đầu bão hòa và bất cứ sự tăng thêm nào của số anten thu phát mặc dù cũng làm tăng tỉ số tín hiệu trên nhiễu, nhưng cũng chỉ làm tăng tốc độ dữ liệu ở mức rất ít Sự bão hòa của tốc độ dữ liệu tối đa có thể loại bỏ được nhờ sử dụng nhiều anten đồng thời ở cả bên phát và bên thu, còn gọi là kỹ thuật MIMO phân tập không gian

Một giải pháp nữa để tăng công suất tín hiệu thu được là giảm công suất nhiễu hay chính xác hơn nữa là mật độ công suất nhiễu ở máy thu Điều này có thể thực hiện được nhờ thiết kế tối ưu thành phần cao tần (RF) của máy thu, cho phép giảm nhiễu

1.2.2 Tốc độ dữ liệu c o trong m i trường nhiễu giao thoa giới hạn

Như đ trình bày ở trên, truyền thông trên kênh truyền vô tuyến được giả sử

là chỉ chịu ảnh hưởng của nhiễu Tuy nhiên thực tế trong thông tin di động, nhiễu giao thoa từ các cell lân cận hay còn gọi là nhiễu giao thoa liên cell cùng gây ảnh hưởng đến kênh truyền vô tuyến nhiều hơn nhiễu thông thường Điều này đặc biệt đúng đối với trường hợp triển khai các cell nhỏ với tải lưu lượng cao trong phạm vi hẹp ( môi trường thành thị) Thêm vào đó, nhiễu giao thoa của quá trình thu phát trong cùng một cell, còn gọi là nhiễu giao thoa nội cell cũng ảnh hưởng đến kênh truyền thu phát

Ảnh hưởng của nhiễu giao thoa đến liên kết vô tuyến cũng tương tự như nhiễu thông thường Những lý thuyết cơ bản trình bày ở phần trước cũng có thể được áp dụng đối với trường hợp môi trường nhiễu giao thoa giới hạn

 Tốc độ dữ liệu tối đa có thể đạt được với một băng thông cố định bị giới hạn bởi tỉ số công suất tín hiệu trên công suất nhiễu giao thoa ( SIR)

 Để hỗ trợ được tốc độ dữ liệu lớn hơn băng thông cung cấp, cần phải đạt được mật độ tỉ số tín hiệu trên nhiễu cao hơn nhiều

Tương tự như trường hợp môi trường nhiễu giới hạn, giải pháp giảm kích thước cell cũng như sử dụng kỹ thuật đa anten cũng là chìa khóa để tăng tốc độ dữ liệu tối đa trong môi trường nhiễu giao thoa giới hạn

 Giảm kích thước cell sẽ làm giảm số user trong cell, vì vậy làm giảm tải trọng cell Điều này sẽ làm giảm đáng kể mức nhiễu giao thoa trong cell, do đó sẽ làm tăng tốc độ cell tối đa

 Tương tự với việc tăng SNR, việc tăng SIR cũng có thể đạt được khi sử dụng đa anen thu

 Sử dụng kỹ thuật Beamforming với đa anten phát tập trung công suất phát

về phía thu sẽ làm giảm nhiễu giao thoa đến các liên kết vô tuyến, vì vậy sẽ cải thiện được tỉ số tín hiệu trên nhiễu giao thoa

Một số khác biệt quan trọng của nhiễu giao thoa và nhiễu là nhiễu giao thoa có cấu trúc cố định, có thể dự đoán được do đó có thể loại trừ một phần hoặc toàn phần

1.2.3 Tốc độ dữ liệu cao với băng th ng giới hạn sử dụng điều chế mức cao

Như đ trình bày ở trên, để cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn băng thông cung cấp, sẽ yêu cầu tỉ số tín hiệu trên nhiễu và tỉ số tín hiệu trên nhiễu giao thoa rất lớn Băng thông lại là tài nguyên rất quý hiếm Hệ thống thông tin di động cần được thiết kế sao cho nó có thể cung cấp tốc độ tốt nhất với các điều kiện tối ưu của tỉ số tín hiệu trên nhiễu và tỉ số tín hiệu trên nhiễu giao thoa Ví dụ như với trường hợp cell nhỏ với tải thấp và thiết bị ở gần cell Giải pháp đơn giản để tăng tốc độ dữ liệu với cùng một băng thông là sử dụng điều chế tín hiệu đa mức, nghĩa là tăng 8bit thông tin trên một tín hiệu điều chế

Trong trường hợp của điều chế QPSK được sử dụng ở phiên bản đầu tiên của chuẩn 3G, mỗi symbol có thể nhận 4 giá trị khác nhau của tín hiệu Bốn giá trị này được minh họa bằng 4 điểm như trên hình 1.2

QPSK 16 – QAM 64 - QAM

Hình 1.2 Chòm sao điều chế QPSK(a), 16-QAM(b) và 64QAM(c)[2]

Với bốn giá trị khác nhau của tín hiệu, QPSK cho phép hai bit thông tin có thể được truyền trong thời gian của một tín hiệu điều chế Nếu sử dụng điều chế 16QAM với 16 giá trị khác nhau của tín hiệu, 4 bit thông tin có thể được truyền trong thời gian của một symbol Tương tự với trường hợp 64QAM, 6 bit thông tin

có thể được truyền trong thời gian của một symbol Như vậy, tại cùng một thời điểm, băng thông của tín hiệu truyền đi về mặt lý thuyết là độc lập với mức điều chế

và phụ thuộc rất lớn vào tốc độ điều chế (số tín hiệu điều chế trên giây) Do đó, hiệu suất sử dụng băng thông tối đa có thứ nguyên là bit/Hz, của 16QAM và 64QAM, về mặt lý thuyết sẽ tăng hai đến ba lần so với QPSK

Ngoài các loại điều chế được mô tả trên hình, còn rất nhiều loại điều chế khác như 8PSK, cho việc sử dụng điều chế mức cao, có thể sử dụng hiệu suất kênh truyền cao hơn, do đó cũng tăng tốc độ dữ liệu cho phép với cùng một băng thông Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng kênh truyền càng cao, sẽ đi kèm sự trá giá về độ nhạy với nhiễu và nhiễu giao thoa Cụ thể hơn, điều chế mức cao như 16QA và

bit so với QPSK

1.2.4 Điều chế mức cao sử dụng kết hợp mã hóa kênh

điều chế mức cao với mã hóa kênh sẽ đem lại hiệu quả tốt hơn, thậm chí yêu cầu tỉ

Ví dụ, nếu hiệu suất sử dụng băng thông đạt giá trị mà số bit trên một tín hiệu điều chế chỉ đạt gần tối đa, điều chế QPSK sẽ hạn chế việc sử dụng mã hóa kênh do khi này tỉ lệ mã hóa là xấp xỉ 1 Khi đó, nếu sử dụng 16QAM, ta có thể sử dụng mã hóa kênh với tỉ lệ xấp xỉ 2 Việc sử dụng các phương pháp m hóa kênh sẽ giúp giảm tỉ lệ lỗi bit với cùng một mức tỉ số tín hiệu trên nhiễu do hiệu quả của tăng ích m hóa(coding gain) Cần phải chú ý rằng, những phân tích ở đây, không mâu thuẫn với những trình bày ở mục 2.1 Việc sử dụng mã hóa kênh với tỉ lệ mã hóa ½ cùng với 16QAM sẽ làm giảm tốc độ tín hiệu mang thông tin Do đó, hiệu suất sử dụng băng thông của trường hợp này vẫn bằng với trường hợp điều chế QPSK không mã hóa

Tóm lại, với cùng một tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu và nhiễu giao thoa, việc sử dụng kết hợp điều chế mức cao và mã hóa kênh là giải pháp tối ưu để đạt được hiệu suất sử dụng kênh truyền cao nhất (tốc độ dữ liệu cao nhất so với cùng một băng thông)

1.2.5 Sử dụng băng th ng rộng hơn với kỹ thuật đ sóng m ng

Truyền thông với hiệu suất sử dụng kênh truyền cao về cơ bản sẽ không hiệu quả về mặt công suất do nó yêu cầu tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu và nhiễu giao thoa cao với cùng mật độ tốc độ dữ liệu Giải pháp sử dụng điều chế mức cao cũng chỉ đem lại hiệu quả trong trường hợp tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu cao như trường hợp của các thiết bị gần với trạm gốc

Để tăng tốc độ dữ liệu cung cấp trong thông tin di động, giải pháp triệt để vẫn

là phải sử dụng băng thông lớn hơn cho truyền thông và phải sử dụng hiệu quả băng thông này Tuy nhiên, giải pháp này cũng gặp phải các khó khăn sau đây:

 Tài nguyên băng tần là hạn chế và khó để tìm được băng tần có độ lớn cao, nhất là đối với các tần số thấp

 Việc sử dụng băng thông truyền dẫn lớn hơn dẫn đến kiến trúc máy thu phức tạp hơn cả ở trạm gốc và thiết bị người dùng Ví dụ, băng thông lớn hơn sẽ ảnh hưởng hơn đến tần số lấy mẫu ở bên máy thu và máy phát, do đó tăng độ phức tạp và công suất tiêu hao đến các bộ biến đổi tương tự - số và số - tương tự Thiết kế đối với các thành phân RF cũng khó và đắt hơn

 Sự lựa chọn tần số của kênh truyền đối với băng thông truyền dẫn lớn Hạn chế này có thể giải quyết được nhờ các kĩ thuật ước lượng và kênh bằng kênh ở phía thu

Có hai phương thức triển khai đối với hệ thống có băng thông lớn:

 Sử dụng truyền dẫn đa sóng mang, nghĩa là truyền tín hiệu dải rộng như là các tín hiệu dải hẹp được ghép với nhau Ví dụ như truyền dẫn OFDM

 Sử dụng truyền dẫn một sóng mang được thiết kế đảm bảo cả hiệu quả sử dụng băng thông và giảm độ phức tạp của bộ cân bằng kênh

Truyền dẫn đa sóng mang là giải pháp có thể tăng băng thông sử dụng mà giảm được ảnh hưởng của kênh lựa chọn tần số Truyền dẫn đa sóng mang, có nghĩa

là thay vì truyền dẫn một tín hiệu dải rộng, ta truyền nhiều tín hiệu dải hẹp hơn, hay còn gọi là các sóng mang con, được ghép kênh theo tần số và được truyền đến bên thu Băng cách truyền M tín hiệu song song, tốc độ dữ liệu sẽ tăng lần Sự ảnh hưởng của kênh chọn lọc tần số cũng chỉ được xét giới hạn đối với từng sóng mang con và ảnh hưởng này là tương đương với trường hợp truyền dẫn tín hiệu dải hẹp Hạn chế của việc sử dụng truyền dẫn đa sóng mang ở đây là do đặc tính phổ của tín hiệu truyền đi trong từng sóng mang con M sóng mang con truyền song song không thê xếp khít với nhau trên một dải tần số Điều này làm giảm hiệu quả của việc sử dụng băng thông đối với truyền dẫn đa sóng mang

Ví dụ về việc sử dụng đa sóng mang trong truyền dẫn WCD A/HSPA để tận dụng băng thông lớn hơn WCD A có tốc độ chip rate Tuy nhiên phổ của tín hiệu WCDMA về mặt lý thuyết lớn hơn 3.84 chip/s Thực tế phổ này có dạng cos nâng

với hệ số roll-off  0.22 Do đó băng thông của tín hiệu WCDMA đạt đến xấp xỉ 4.7 MHz Từ đó ta có thể kết luận, các sóng mang con mang tín hiệu WCDMA sẽ phải cách nhau xấp xỉ 4.7 Hz để tránh ảnh hưởng của nhiễu liên sóng mang

Hạn chế thứ hai của việc truyền dẫn đa sóng mang là tương tự như việc sử dụng điều chế mức cao, truyền dẫn tín hiệu trên các sóng mang sẽ yêu cầu công suất tức thời lớn Điều này sẽ gây ra tiêu thụ công suất lớn và tăng độ phức tạp của bộ khuếch đại công suất Do đó, truyền dẫn đa sóng mang thường thích hợp với kênh đường xuống, yêu cầu về công suất không cao trên hướng đầu tại các trạm phát Trong hệ thống 4G-LTE, kỹ thuật đa sóng ghép kênh mang trực giao phân chia theo tần số OFD được sử dụng cho các kênh đường xuống Chi tiết về các đặc tính, ưu điểm và nhược điểm của OFD được trình bày ở phần 1.3

1.3 Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM

Hệ thống OFD là hệ thống sử dụng nguyên lý ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, hoạt động trên nguyên lý phát dữ liệu bằng cách phân chia luồng

dữ liệu thành nhiều luồng song song có tốc độ bit thấp hơn nhiều và sử dụng các luồng con này để điều chế sóng mang với nhiều sóng mang con có tần số khác nhau Cũng giống như hệ thống đa sóng mang thông thường, hệ thống OFD phân chia dải tần công tác thành các băng tần khác nhau cho điều chế, đặc biệt tần số trung tâm của các băng tần con này trực giao với nhau về mặt toán học Điều này cho phép phổ tần của các băng con chèn lấn nhau, do đó tăng hiệu quả sử dụng phổ tần

mà không gây nhiễu Dưới đây là những nguyên lý chủ yếu của kỹ thuật OFD [1]

Nguyên lý trực giao

kiện để các tín hiệu trong tập trực giao đôi một với nhau là:

, 0

, )

( ) ( *



(1.7)

Trong đó ψ*

kỳ của tín hiệu, còn k là một hằng số

Hình 1.3 Hệ thống OFDM với nguyên lý trực giao

Dựa vào tính trực giao, phổ của tín hiệu của các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau Sự chồng lấn phổ tín hiệu này làm hiệu suất sử dụng phổ của toàn bộ băng tần tăng lên một cách đáng kể Sự trực giao của các sóng mang phụ được thực hiện như sau: phổ của sóng mang phụ thứ p được dịch vào một kênh con

Ở phương trình (1.8) ta thấy hai sóng mang phụ p và q trực giao với nhau

do tích phân của một sóng mang với liên hợp phức của sóng mang còn lại bằng 0 nếu chúng là hai sóng mang khác biệt Trong trường hợp tích phân với chính nó

sẽ cho kết quả là một hằng số Sự trực giao này là nguyên tắc để thực hiện giải điều chế OFD

Hình 1.4 minh họa khả năng tiêt kiệm băng thông của hệ thống OFDM so

với các hệ thống điều chế đa sóng mang khác

2 CHƯƠNG 2: MÃ HÓA KÊNH

2.1 Tổng quan về kĩ thuật mã hóa kênh

Trong thông tin vô tuyến, tín hiệu truyền từ máy phát đến máy thu luôn chịu ảnh hưởng của nhiễu Những nhiễu này sẽ gây lên lỗi dữ liệu hay sai lệch giữa đầu vào và đầu ra Do đó, yêu cầu đặt ra là cần tách tín hiệu có ích ra khỏi nhiễu Các phương pháp m hóa kênh được ra đời để thực hiện điều đó

ục đích chính của m hóa kênh là thêm vào thông tin gốc các bit dư thừa để bảo vệ thông tin trước khi chúng được phát qua kênh truyền có nhiễu Sau đó bộ giải m bên thu có thể khôi phục lại tín hiệu ít sai lệch hơn so với khi không dùng

m hóa kênh

hóa kênh được chia làm hai loại m chính:

 khối tuyến tính ( inear block codes)

 kết hợp( Convolutional Codes)

Với mỗi loại m , chúng ta cần phải chú ý tới ba đặc tính sau:

 Chiều dài m ( Code Word length)

 Tổng số các từ m hợp lệ( total number of vaild code words)

 Khoảng cách Hamming tối thiểu giữa hai từ m hợp lệ

Trong khuôn khổ của cuốn uận văn này, tôi xin được đề cập đến các phương pháp m hóa kênh cho hệ thống 4G-LTE

Giả sử chuỗi bit đầu vào mỗi bộ m hóa kênh được biểu diễn bởi

1 3

2

1

0, c , c , c , , cK

sẽ được biểu diễn bởi d0( )i , d1( )i , d2( )i , d3( )i , , dD( )i1, trong đó D là số bit được mã hóa

trên mỗi luồng đầu ra, I là chỉ số luồng đầu ra bộ mã hóa Mối liên hệ giữa K và D

phụ thuộc vào từng loại mã hóa kênh

Phần lớn các kênh truyền trong TE-4G đều sử dụng hai phương pháp m hóa kênh chính là:

 chập

Bảng 2.1 Mã hóa kênh được sử dụng cho các kênh dữ liệu LTE[4]

Bảng 2.2 Mã hóa kênh được sử dụng cho kênh điều khiển[4]

Kênh điều khiển Loại mã hó Tốc độ mã hó R

2.2.1 Giới thiệu chung

Xác suất xảy ra lỗi có thể giảm được bằng cách truyền nhiều bit hơn số bit

có ích, và các bit cạnh nhau phải có sự liên quan nào đó với nhau Trong m chập,

có sự ghi nhớ về các bit, nghĩa là các bit sau khi m hóa sẽ là tổ hợp thông tin tuyến tính của một số bit trước đó

Trong m chập, tỉ lệ R it thông tin có ch it thông tin truyền gọi là tỉ lệ

m hóa T lệ m hóa này phải nhỏ hơn 1 Số bit thông tin xảy ra m xoắn được gọi

là độ dài giới hạn (Contraint length)

Hình 2.1 là kết quả của một bộ mã chập có tỉ lệ m hóa R = 0.5 và độ dài giới hạn là k = 3 Với mỗi bit thông tin có ích sẽ có 2 bit được truyền đi, và mỗi cặp bit

ra sẽ phụ thuộc vào bit đầu vào hiện tại và hai bit trước đó Trạng thái ban đầu của

bộ mã hóa sẽ được thiết lập bằng 0

Hàm phụ thuộc giữa bit đầu vào hiện tại và hai bit trước đó được gọi là đa thức sinh Đa thức sinh được quy định theo một tiêu chuẩn nhất định

Convolution coding

R = ½, K = 3

Hình 2.1: V dụ về mã chập với tốc độ mã R=1 2 và K = 3

Ta có thể thấy là với phương pháp m hóa này thì mỗi bít thông tin đầu vào

sẽ ảnh hưởng tới 4 bít đầu ra Để làm rõ hơn phương thức hoạt động của mã chập, ta xét một bộ mã chập có tốc độ mã R 0.5 như trong hình 2.2

Phần chính của bộ mã hóa là thanh ghi dịch 3 trạng thái Sự kết hợp của các thanh ghi dịch này sẽ cho các gái trị đầu ra khác nhau Đầu vào được đi qua hai bộ

XOR và các bộ XOR có thể được biểu diễn bởi các vector nhị phân [1 1 1] và [1 0 1], các vector này được gọi là các vector sinh Khi đó đa thức sinh sẽ là:

2 0

2 1

( ) 1 111( ) ( ) 1 101( )

k

d

) 1 (

k

d

) 2 (

k

d

Hình 2.3 Sơ đồ ộ mã hóa chập trong LTE[4]

Hình 2.3 biểu diễn một bộ m xoắn trong hệ thống TE-4G ột bit thông tin đầu vào sẽ cho 3 bit thông tin đầu ra Và giá trị mỗi bộ bit này sẽ phụ thuộc vào bit hiện tại và 6 bit thông tin trước đó uồng dữ liệu sau bộ m hóa, sẽ được sắp

ghi dịch trong bộ mã hóa sẽ được thiết lập tương ứng với 6 bit thông tin cuối cùng của luồng dữ liệu đầu vào Do đó trạng thái đầu và cuối của thanh ghi dịch là như

đầu của thanh ghi dịch sẽ được xác định như sau:s i cK1i

Có 3 đa thức sinh được sử dụng:

Chuỗi bit đầu ra sẽ được tính toán dựa trên tích chập của chuỗi bit đầu vào

và đa thức sinh Khi đó, với cùng chuỗi bit đầu vào như hình 2.2, ta sẽ thu được chuỗi bit đầu ra như sau:

Convolution coding in 4G

R = 1/3, K = 7

0 1 0 0 1 0 1 1 010 010 010 011 010 001 101 110

Hình 2.4 V dụ về mã chập trong LTE-4G với tốc độ mã R=1 3 và k=7

Để làm rõ hơn kết quả trên, ta sẽ cùng phân tích quá trình làm việc của bộ mã

hóa chập theo sơ đồ dưới đây Chuỗi bit đầu vào sẽ là c = 01001011

Hình 2.5 Khởi tạo giá trị cho thanh ghi trạng thái

0 1 0 0 1 1

2 Tại t = 1: s = 101001,

c = 1, d = 101

1

0 1

3 Tại t = 2: s = 110100,

c = 0, d = 001

0

0 1

4 Tại t = 3: s = 011010,

c = 1, d = 010

0

1 0

6 Tại t = 5: s = 010110,

c = 0, d = 010

0

1 0

7 Tại t = 6: s = 001011,

c = 1, d = 010

0

1 0 1

8 Tại t = 7: s = 100101,

c = 0, d = 010

0

1 0 1

Hình 2.5 và 2.6, giải thích quá trình mà bộ mã hóa chập mã hóa cho từng bit

đầu vào Trong đó s: là giá của thanh ghi trạng thái, c: là it đầu vào, d: là chuỗi

it đầu ra

 Giá trị khởi tạo của thanh ghi trạng thái bằng 6 bit cuối cùng của luồng dữ

liệu truyền vào Khi đó s = 010010 (Hình 2.5)

 Tại t = 0: thanh ghi trạng thái đ được điền đầy giá trị khởi tạo s = 010010,

bit đầu vào c = 1, chuỗi bit đầu ra sẽ được tính toán d = 110 (Hình 2.6-1)

 Tại t 1: bit đầu vào tại t = 0, sẽ được dịch chuyển vào thanh ghi dịch Khi đó

thanh ghi dịch có giá trị s 101001, bit đầu vào c 1, đầu ra d = 101 (Hình 2.6-2)

 Quá trình dịch được tiếp tục cho đến khi bit đầu vào cuối cùng Khi này

đầu ra là d = 010 (Hình 2.6-8)

Ta có 8 lần dịch, mỗi lần dịch cho 3 bit đầu ra Vậy tổng cộng ta có chuỗi bit

Bảng bên dưới trình bày chi tiết kết quả của bộ mã hóa chập đ thực hiện bên trên:

Bảng 2.3 Giá trị ảng trạng thái của ộ mã chập

STT Thanh ghi trạng thái (S) Đầu vào ( C ) Đầu ra (D)

2.2.3 Giải mã chập

Hiện nay có rất nhiều phương pháp giải mã chập, tuy nhiên chúng được gộp

lại thành hai phương pháp chính:

- Giải mã theo từng chuỗi (Sequential decoding ) dựa vào giải thuật của Fano

- Giải mã dựa vào kết quả so sánh sự giống nhau giữa các từ mã (Maximmum likely-hood decoding) dựa vào giải thuật của Viterbi

2.2.3.1 Giản đồ lưới

Giản đồ lưới biểu diễn tất cả các trạng thái chuyển đổi có thể xảy ra tại mỗi

thời điểm Trong đó trục nằm ngang là trục thời gian tăng dần tương ứng với các bit

đầu vào, còn trục dọc biểu diễn các trạng thái của bộ mã hóa Tổng số trạng thái sẽ

đến một trạng thái mới theo chiều tăng dần của trục thời gian Các kí hiệu trên

đường nối có dạng (x/c) trong đó x là bit đầu vào và c là đầu ra của bộ mã hóa

Hình 2.7 biểu diễn giản đồ lưới của bộ mã chập ở hình 2.2 với chuỗi bit đầu vào giữ nguyên của hình 2.1 Do có 3 thanh ghi dịch nên ta có tất cả 8 trạng thái Ta bắt đầu từ trạng thái đầu tiên 000, sau đó dịch chuyển từng bit theo từng khe thời gian Tại mỗi thời điểm, khi có bit vào là 0 ta sẽ đi lên thời điểm tiếp theo, và nếu bit vào là 1, ta sẽ đi xuống thời điểm tiếp theo Cứ tiếp tục đến bit cuối cùng, kết quả đầu ra thu được sẽ tương đương với kết quả thu được ở hình 2.1: chuỗi đầu vào

là 01001011 sẽ thu được chuỗi đầu ra là 10 11 11 10 00 01 01 11

2.2.3.2 Thuật toán Viterbi trong giải mã chập

Thuật toán Viterbi (được phát triển vào năm 1967) cho phép loại trừ rất nhiều đường trong tổng số các đường dựa vào sự giống nhau nhất giữa các chuỗi (Maximum Likely-hood) Phương pháp này sẽ giúp giảm số đường dẫn tại từng thời điểm Nguyên tắc để giảm số lựa chọn là:

- Các lỗi xuất hiện không có chu kì và xác suất lỗi nhỏ

- Xác suất xuất hiện hai lỗi trong một hàng nhỏ hơn nhiều so với các lỗi đơn, các lỗi phân bố ngẫu nhiên

Giải thuật Viterbi thực hiện trên toàn bộ chuỗi thu được Bộ giải mã sẽ tính

và tạo ma trận cho mỗi đường dẫn, và quyết định lựa chọn sẽ dựa trên ma trận này Tất cả các đường dẫn được tính toán đến khi có hai đường dẫn được giao nhau thành 1 trạng thái, khi đó thì ta chỉ cần quan tâm tới đường có khoảng cách Hamming nhỏ hơn, đồng thời loại bỏ đường có giá trị lớn hơn Nói cách khác, nếu k

đường đi (theo đơn vị thời gian) gấp 4 hoặc 5 lần độ dài giới hạn k thì có thể nhận được thông tin chính xác trong hầu hết các trường hợp Đường dẫn được chọn gọi là Survivors path[6]

Các kí hiệu trên đường nối của giản đồ trạng thái sẽ có dạng (x/h/H), trong đó:

- x: là giá trị đầu ra của bộ decode

- h: là khoảng cách Hamming giữa tín hiệu nhận được và kết quả tính toán

của bộ giải mã tại đường dẫn đó

- H: là tổng khoảng cách Hamming của đường dẫn tính từ khi bắt đầu

- : Biểu diễn bit đầu vào là 0

Chúng ta sẽ cùng xét lại ví dụ ở hình 2.1, sử dụng phương pháp giải mã Viterbi:

- Nếu không xảy ra lỗi, chuỗi bit thu được là : 10 11 11 10 00 01 01 11

- Giả sử có xảy ra lỗi, bit 1 thứ 3 đ được thay thế bằng bit 0 Khi đó ta phải giải mã chuỗi bit: 10 01 11 10 00 01 01 11

Sơ đồ dưới thể hiện cách mà bộ giải m xác định đường đi tối ưu ngay cả khi

có lỗi xảy ra

 Tại t = 0, chúng ta nhận được bit 11, bộ giải mã luôn luôn bắt đầu với

trạng thái 000 Từ điểm này sẽ có hai đường để đi đến trạng thái tiếp theo, tương ứng với đầu vào 0 hoặc 1 Bộ giải mã sẽ tính toán giá trị đầu ra cho mỗi đường và

so sánh với tín hiệu nhận được để lấy được khoảng cách Hamming (Hình 2.8)

Hình 2.8 Viter i Decoding tại t =0

 Tại t = 1, bộ m hóa đ mở rộng từ hai trạng thái thành 4 trạng thái Do không có lỗi nên vẫn tồn tại trạng thái có khoảng cách Hamming bằng 0 (Hình 2.9)

10/2/2 11/1/3

01/0/0

Hình 2.9 Viter i Decoding tại t =1

 Tại t = 2: Ta cần xét 8 đường có tổng khoảng cách Hamming khác nhau Bit đầu ra sẽ được so sánh với bit 01 và tổng khoảng cách Hamming sẽ được cộng thêm so với tại thời điểm t = 1 (Hình 2.10)

10/2/2 11/1/3

01/0/0

t = 3

00/1/4

11 /1

11/1

10 /5

01 /0

00 /1

01 /0

10 /2/2

01

Hình 2.10 Viter i Decoding tại t =2

 Tại t = 3: Giản đồ trạng thái điền đầy tất cả các giá trị, mỗi điểm đều có hai đường dẫn đến Theo Viterbi, tại mỗi điểm các đường có H lớn hơn sẽ không thể là đường chính xác nên bộ giải mã sẽ loại bỏ các đường này để xử lí được nhanh hơn Tuy nhiên, ở đây xảy ra trường hợp là có các đường có cùng tổng khoảng cách Hamming, vì không có cách nào để lựa chọn nên bộ giải mã sẽ lựa chọn ngẫu nhiên một trong hai đường này để đưa vào nhóm các đường có tổng khoảng cách Hamming nhỏ hơn (Hình 2.11 và 2.12)

00/1/4

11 /1/4

11/1

10/2

01/0

00 /1/3

01 /0

10 /2/2

01

00/0/4 00/0/3 11/2/7 11/2/2 10/1/4 10/1/4 01/1/3 01/1/3 11/2/6 11/2/5 00/0/5 00/0/0 01/1/5 01/1/4 10/1/3 10/1/3

01/0/0

00/1/4

11 /1

11/1

10 /5

01 /0

00 /1

01 /0

10 /2/2

10 /4

01/1

11 /2

00 /0

01 /1/410 /1/3

Hình 2.12 Viter i Decoding tại t =3, sau khi loại ỏ Hmax

 Tại t = 4: chúng ta tiếp tục có 16 đường dẫn và phải loại bỏ 8 đường dẫn có khoảng cách Hamming lớn hơn

01/0/0

00/1/4

11 /1

11/1

10/2

01/0

00 /1

01/0

10 /2/2

01 /1/410 /1/3

00/1/5 00/1/3 11/1/5 11/1/4 10/0/5 10/0/0 01/2/6 01/2/5 11/1/5 11/1/3 00/1/5 00/1/4 01/2/7 01/0/2 10/0/4 10/2/3

01/0/0

00/1/4

11 /1

11/1

10/2

01/0

00 /1

01/0

10 /2/2

01 /1/410 /1/3

00/1

01 /0/2

10/0/3

10

Hình 2.13 Viter i Decoding tại t =4

 Tại t = 5: Tương tự, ta vẫn phải loại bỏ những đường có khoảng cách Hamming lớn hơn

01/0/0

00/1/4

11 /1

11/1

10/2

01/0

00 /1

01/0

10 /2/2

00 /0

01 /1/410 /1/3

00 /1

01 /0/2

10/0/3

10

00/2/7 00/2/6 11/0/0 11/0/5 10/1/4 10/1/5 01/1/3 01/1/4 11/0/5 11/0/4 00/2/2 00/2/7 01/1/4 01/1/5 10/1/3 10/1/4

00 /0

01 /1/410 /1/3

00/1

01 /0/2

00/2

01 /1

10 /1/3

11