ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUY CẬP GÓI ĐƯỜNG XUỐNG TỐC ĐỘ CAO (HSDPA)

HSDPA là công nghệ truy cập gói đường xuống tốc độ cao, là giải pháp mangtính đột phá về mặt công nghệ và được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA, được tối ưu hóa cho các ứng d

LỜI CAM ĐOAN

Kính gửi: Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp Khoa Điện tử -Viễn thông _ Trường

Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Em tên là: Phạm Văn Đông

Hiện đang học lớp 06ĐT3 - Khoa: Điện tử - Viễn thông – Trường: Đại học BáchKhoa Đà Nẵng

Em xin cam đoan:

Những nội dung trong đồ án này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫn trựctiếp của GV-TS Phạm Văn Tuấn - Khoa Điện tử Viễn Thông - Đại học Bách Khoa

Phạm Văn Đông

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 11

1.1 Giới thiệu chương 11

1.2 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G 11

1.3 Kiến trúc 3G UMTS 11

1.3.1 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 12

1.3.2 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4 13

1.3.3 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5 14

1.4 Kết luận chương 15

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ TRUY CẬP GÓI ĐƯỜNG XUỐNG TỐC ĐỘ CAO HSDPA 16

2.1 Giới thiệu chương 16

2.2 Giới thiệu về công nghệ HSDPA 16

2.3 Nguyên lý và cấu trúc của HSDPA 18

2.3.1 Nguyên lý cơ bản 18

2.3.2 Cấu trúc kênh trong HSDPA 19

2.4 Các kỹ thuật chính được dùng trong HSDPA 22

2.4.1 Điều chế và mã hóa thích ứng (AMC) 22

2.4.2 Lập biểu phụ thuộc kênh 23

2.4.2.1 Tổng quan về lập biểu 23

2.4.2.2 Các kiểu lập biểu khác nhau 24

2.4.3 Yêu cầu lặp tự động lai ghép (HARQ) với kết hợp mềm 27

2.4.3.1 Tổng quan về HARQ 27

2.4.3.2 Phân loại HARQ với kết hợp mềm 28

2.6.2 Thuật toán giải mã SOVA 39

2.6.2.1 Nguyên lý của bộ giải mã Viterbi ngõ ra mềm 40

2.6.2.2 Độ tin cậy của bộ giải mã SOVA tổng quát 40

2.6.2.3 Sơ đồ khối của bộ giải mã SOVA 45

2.6.2.4 Bộ giải mã SOVA lặp 46

2.7 Kết luận chương 47

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MỘT SỐ KHỐI TRONG MÔ HÌNH HSDPA 49

3.1 Giới thiệu chương 49

3.2 Mô hình HSDPA 49

3.3 Mô phỏng lập biểu trong kênh truyền HS-DSCH 53

3.3.1 Giới thiệu các công cụ mô phỏng 53

3.3.1.1 Network Simulator - 2 (NS-2) 53

3.3.1.2 Module Eurane 55

3.3.1.3 Network Analyzer for Network Simulator ( Nans) 55

3.3.2 Các tham số phục vụ quá trình mô phỏng 56

3.3.3 Quá trình mô phỏng 58

3.3.3.2 Thực hiện mô phỏng 60

3.3.3.3 Vẽ đồ thị 63

3.3.3.4 Nhận xét 66

3.4 Mô phỏng mã Turbo 67

3.4.1 Gới thiệu 67

3.4.2 Chương trình mô phỏng 67

3.4.2.1 Lưu đồ thuật toán tính tỉ lệ lỗi bit và tỉ lệ lỗi khung 67

3.4.2.2 Kết quả mô phỏng với các lần thực hiện khác nhau 69

3.4.2.2.1 Thông số đầu vào 69

3.4.2.2.2 Kết quả mô phỏng 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

3G : Third Generation

3GPP : 3rd Generation Partnership Project

16QAM : 16 Quadrature Amplitude Modulation

64QAM : 64 Quadrature Amplitude Modulation

ACK : Acknowledge

AMC : Adaptive Modulation and Coding

ARQ : Automatic Repeat request

AuC : Authentication Center

BER : Bit Error Rate

BPSK : Binary Phase Shift Keying

BSC : Base Station Controller

CDMA : Code Division Multiple Access

CN : Core Network

CQI : Channel Quality Indication

CS : Channel Switching

DPCH : Dedicated Physical Channel

DPCCH : Dedicated Physical Control Channel

DPDCH : Dedicated Physical Data Channel

EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution

EIR : Equipment Identity Register

EURANE : Enhanced UMTS Radio Access Network Extension

FDD : Frequency Division Multiple Access

FER : Frame Error Rate

GGSN : Gateway GPRS Support Node

GMSC : Gate Mobile Switch Center

GPRS : General Packet Radio Service

HE : Home Environment

HLR : Home Location Register

HS-DPCCH : High-Speed Dedicated Physical Control CHannel

HS-DSCH : High-Speed Downlink Shared Channel

HS-PDSCH : High-Speed Physical Downlink Shared Channel

HS-SCCH : High-speed Shared Control Channel

HSDPA : High-speed Downlink Packet Access

IP : Internet Protocol

ITU : Internation Telecommunication Union

MAC : Medium Access Control

MAC-hs : High-speed MAC

MEGACO : Media Gateway Control

MGW : Media Gateway

ML : Maximum likelihood

MS : Mobile Station

MSC : Mobile Switch Center

PCCC : Serial Concatenated Convolutional Code

PCM : Pusle Code Modulation

PLMN : Public Land Mobile Network

PSTN : Public Switching Telephone Network

PN : Pseudo Noise

PS : Packet Switching

QAM : Quadrature Amplitude Modulation

QoS : Quality of Service

QPSK : Quadrature Phase Shift Keying

RLC : Radio Link Control

RTP : Real Time Transport Protocol

SAW : Stop And Wait

SCCC : Serial Concatenated Convolutional Code

SGSN : Serving GPRS Support Node

SN : Serving Network

SOVA : Soft Output Viterbi Algorithm

TD : Time Division Duplexing

TTI : Transmission Time Interval

UTRAN : Universal Terrestrial Radio Access Network

UMTS : Universal Mobile Telecommunication System

USIM : UMTS Subscriber Identity Module

WCDMA : Wideband Code Division Multiple Aceess

VA : Viterbi Algorithm

VLR : Visitor Location Register

dụng di động ngày càng cao cả về chất lượng và dịch vụ, thông tin di động khôngngừng cải tiến, phát triển nhằm mục đích triển khai các hệ thống thông tin di độngtiên tiến hơn trong tương lai Thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ Xuất phát

từ thế hệ thứ nhất (1G), tiếp đến là 2G với GSM và CDMA điển hình đã phát triểnmạnh mẽ ở nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thông mở rộng cho thấy rõnhững hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế

hệ hai Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ ba là một tất yếu, theo hướng cung cấpcác dịch vụ đa phương tiện nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và đa dạng củangười sử dụng Mặc dù hệ thống 3G đã có những cải tiến mạnh với các hệ thống diđộng trước đây, tuy nhiên nó vẫn còn có những nhược điểm, chính vì vậy hệ thốngtruy cập gói tốc độ cao đường xuống HSDPA đã ra đời nhằm mang lại những tínhnăng mới mà các hệ thống trước chưa từng có

Trong nội dung đồ án này, em đi vào nghiên cứu cấu trúc và những khía cạnh

kỹ thuật của công nghệ HSDPA ứng dụng vào mạng di động thế hệ thứ 3G, tậptrung mô phỏng để làm sáng tỏ xử lý lập biểu ảnh hưởng ra sao đến tổng hiệu năngcủa hệ thống và chất lượng dịch vụ cung cấp cho người dùng, tập trung nghiêu cứu

mã Turbo để thấy được ưu điểm của nó trong việc sửa lỗi đối với truyền dữ liệuHSDPA

Đồ án được thực hiện bởi nhóm sinh viên gồm:

 Phạm Văn Đông 06DT3

 Nguyễn Văn Linh 06DT3

Bố cục đồ án gồm 3 chương với nội dung:

 Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ 3G

Giới thiệu tổng quát kiến trúc mạng W-CDMA

 Chương 2: Công nghệ truy cập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA

sửa lỗi

 Chương 3: Mô phỏng một số khối trong mô hình HSDPA

Mô phỏng kỹ thuật lập biểu gói trong kênh truyền HS-DSCH sử dụngNETWORK SIMULATION 2 Mô phỏng mã Turbo sử dụng Matlab

Để thực hiện được đồ án, nhóm đã phân chia nội dung công việc như sau:

 Phạm Văn Đông: Tìm hiểu tổng quan về 3G, HSDPA, tìm hiểu và mô phỏng

mã Turbo

 Nguyễn Văn Linh: Tìm hiểu nguyên lí và cấu trúc của HSDPA, tìm hiểu các

kỹ thuật chính của HSDPA Mô phỏng kỹ thuật lập biểu gói trong kênhtruyền HS-DSCH

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1.1 Giới thiệu chương

Chương này trình bày về:

 Các tiêu chuẩn xây dựng mạng 3G

W-cả châu Á, châu Âu, và châu Mỹ UMTS cũng là dòng công nghệ chiếm thị phầnlớn nhất trên thị trường thông tin di động ngày nay

Với sự phát triển của công nghệ thì hiện nay mạng UMTS đã được phát triểnlên HSDPA - còn được gọi với tên 3.5G với tốc độ download đường xuống lên đến10Mbps

1.3 Kiến trúc 3G UMTS

3G UMTS được xây dựng theo ba phát hành chính được gọi là R3, R4 và R5.Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm miền chuyển mạch kênh (CS) và miềnchuyển mạch gói (PS) Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưađáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh Lúc này đảm nhiệm

các dịch vụ thoại là miền CS còn số liệu được truyền trên miền PS R4 phát triểnhơn R3 với miền CS chuyển sang chuyển mạch mềm do đó toàn bộ mạng truyền tảigiữa các Node chuyển mạch đều trên IP

1.3.1 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3

RNC

Nút B Nút B

Miền CS

Miền PS HE

Hình 1.1: Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3

UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói với384kbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS Một mạng UMTS bao gồm baphần: thiết bị di động (UE), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN),mạng lõi (CN)

Trong đó UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME)

và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM)

UTRAN là liên kết giữa người sử dụng và CN Nó gồm các phần tử đảm bảocác cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng UTRAN đượcđịnh nghĩa giữa hai giao diện Giao diện Iu giữa UTRAN và CN gồm hai phần:IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho mềm chuyển mạch kênh Giao diện

Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện này là hai Node,RNC và Node B UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS) và mỗi RNSbao gồm bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và các BTS

Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh (CS), chuyển mạch gói (PS)

và môi trường nhà (HE) Các Node B trong CN được kết nối với nhau bằng đường

trục của nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM

và IP

Miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nốiTDM Mạng đường trục trong miền CS sử dụng TDM, nó bao gồm phần tửMSC/VLR và GMSC

Miền PS đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đếnInternet và các mạng số liệu khác Khác với CS mạng đường trục trong miền PS sửdụng IP, miền PS bao gồm phần tử SGSN và GGSN

HE lưu các hồ sơ thuê bao của hãng khai thác Nó cũng cung cấp cho cácmạng phục vụ (SN) các thông tin về thuê bao và về cước cần thiết để nhận thựcngười sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cung cấp HE bao gồm các cơ sở dữliệu: trung tâm nhận thực (AuC), bộ ghi định vị thường trú (HLR) và bộ ghi nhậndạng thiết bị (EIR)

1.3.2 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4

(GTP/IP)

Iu-cs (Điều khiển)

PCM Iu-cs

H248/IP H248/IP

RTP/IP

Hình 1.2: Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4

Khác nhau cơ bản giữa R3 và R4 là ở mạng lõi là mạng phân bố và chuyểnmạch mềm Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiếntrúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào

Về cơ bản, MSC được chia thành MSC Server và cổng các phương tiện(MGW) MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động có ởmột MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch, ma trận

chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSCServer.

Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữaRNC và MSC Server Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thựchiện giữa RNC và MGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và địnhtuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục Trong nhiều trường hợpđường trục gói sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real TimeTransport Protocol) trên giao thức IP Lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN

và từ SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP Cả số liệu và tiếng đều có thể sửdụng truyền tải IP bên trong mạng lõi Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP

Tại nơi mà cuộc gọi cần chuyển đến một trạm khác như PSTN chẳng hạn, sẽ

có một cổng phương tiện khác được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSCServer) MGW này sẽ chuyển thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưađến PSTN Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này

Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giaothức ITU H.248 có tên là điều khiển cổng các phương tiện (MEGACO) Giao thứcđiều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một giao thức điềukhiển cuộc gọi bất kì

1.3.3 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5

Gi Gn

Hình 1.3: Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R5

Kiến trúc này được xây dựng trên các công nghệ gói và điện thoại IP chođồng thời các dịch vụ thời gian thực và không thời gian thực Kiến trúc này chophép hỗ trợ chuyển mạch toàn cầu và tương tác với các mạng ngoài như: mạngthông tin di động thế hệ 2 hiện có, mạng số liệu công cộng và mạng VoIP đaphương tiện

Trong kiến trúc UMTS R5 thì cả tiếng và số liệu được xử lý như nhau trêntoàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người dùng đến nơi nhận cuối cùng, do đó cóthể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu

1.4 Kết luận chương

Chương 1 đã trình bày một cách tổng quát các tiêu chuẩn cũng như kiến trúctổng quan các thế hệ mạng 3G Mạng HSDPA được phát triển lên từ mạng W-CDMA, do đó đây cũng là những đặc điểm cơ bản của mạng HSDPA Bên cạnh đónhững tính năng ưu việt hơn của mạng HSDPA sẽ được giới thiệu ở chương sau

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ TRUY CẬP GÓI ĐƯỜNG XUỐNG TỐC ĐỘ

CAO HSDPA 2.1 Giới thiệu chương

Chương này trình bày các vấn đề sau:

 Giới thiệu về công nghệ HSDPA, qua đó thấy được những cải tiến đáng kểcủa HSDPA so với các công nghệ trước đó

 Nguyên lý hoạt động và cấu trúc của HSDPA

 Các kỹ thuật chính được sử dụng một cách hiệu quả trong HSDPA

 Tìm hiểu mã Turbo được sử dụng trong HSDPA

2.2 Giới thiệu về công nghệ HSDPA

So với các công nghệ trước đây, HSDPA có những ưu điểm vượt trội, đặc biệtthể hiện rõ qua tốc độ và thời gian truyền dữ liệu

 Không tận dụng các ưu thế của dữ liệu gói

 Không thể xử lý tốc độ dữ liệu cao lên đến 10Mbps

HSDPA là công nghệ truy cập gói đường xuống tốc độ cao, là giải pháp mangtính đột phá về mặt công nghệ và được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA, được tối ưu hóa cho các ứng dụng dữ liệu chuyển mạch gói Công nghệHSDPA hiện nay cho phép tốc độ download đạt đến 1.8 Mbps, 3.6Mbps, 7.2 Mbps

và 14.4 Mbps và trong tương lai gần, tốc độ hiện nay có thể được nâng lên gấpnhiều lần, đưa đến một hiệu quả sử dụng tốt hơn Các thuê bao dịch vụ HSDPA cóthể nhận email với tập tin đính kèm mang dung lượng lớn, lướt web, tải về các tậptin đa phương tiện hoặc văn bản nhanh hơn

HSDPA được phát triển dựa trên công nghệ W-CDMA, là mở rộng giao diện vôtuyến của W-CDMA, tăng cường hiệu năng và dung lượng của W-CDMA, sử dụngcác phương pháp chuyển đổi và mã hóa dữ liệu khác Nó tạo ra một kênh truyền dữliệu bên trong W-CDMA được gọi là HS-DSCH, kênh chia sẻ đường xuống tốc độcao Kênh truyền tải này hoạt động hoàn toàn khác biệt so với các kênh thôngthường và cho phép thực hiện download với tốc độ vượt trội Và đây là một kênhchuyên dụng cho việc download Với kênh truyền tải mới này, hai tính năng quantrọng nhất của WCDMA như điều khiển công suất vòng kín và hệ số trải phổ biếnthiên không còn được sử dụng Thay vào đó HSDPA sử dụng điều chế và mã hóathích ứng AMC, HARQ nhanh và lập biểu gói (Fast Packet Scheduling) nhanh.Những tính năng này được phối hợp chặt chẽ và cho phép thích ứng các tham sốtruyền dẫn theo mỗi khoảng thời gian TTI nhằm liên tục hiệu chỉnh theo sự thay đổicủa chất lượng kênh vô tuyến

So với công nghệ W-CDMA thì HSDPA có những cải tiến đáng kể, góp phầnquan trọng làm tăng tốc độ dữ liệu truyền như sau :

 HSDPA sử dụng các kỹ thuật chính như : AMC, HARQ, khoảng thời giantruyền ngắn ( TTI=2ms), lập biểu gói

 W-CDMA chủ yếu sử dụng điều khiển công suất, chuyển giao mềm, hệ sốtrải phổ SF biến thiên

2.3 Nguyên lý và cấu trúc của HSDPA

2.3.1 Nguyên lý cơ bản

Công nghệ HSDPA là công nghệ mạng không dây mới được 3GPP chuẩnhóa trong R5 để hỗ trợ nhu cầu dịch vụ dữ liệu đường xuống tốc độ cao Nó dựatrên cấu trúc cơ bản của mạng W-CDMA, thêm một số giải pháp kỹ thuật nhưkhoảng thời gian truyền dẫn ngắn (TTI=2ms), AMC, HARQ, truyền dẫn đa mã trênlớp vật lý L1 và thực thể MAC-hs mới, công nghệ HSDPA có thể nâng tốc độ củadịch vụ dữ liệu đường xuống tới hơn 10Mbps HSDPA là một công nghệ quan trọng

có thể làm tăng dung lượng downlink và tốc độ dịch vụ dữ liệu

Hình 2.2: Nguyên lý cơ bản của HSDPA.

Trong quá trình kết nối người sử dụng UE sẽ định kỳ gửi một chỉ thị chấtlượng kênh CQI tới node B cho biết tốc độ dữ liệu nào (bao gồm kỹ thuật điều chế

và mã hóa, số lượng các mã sử dụng ) mà thiết bị này có thể hỗ trợ ứng các điềukiện vô tuyến hiện thời Sau khi nhận dữ liệu từ UE, tùy theo dữ liệu QoS và tìnhtrạng vô tuyến, node B sẽ lựa chọn phương pháp điều chế (QPSK hoặc 16QAM) và

tỉ lệ mã hóa thích hợp Sau khi nhận được gói dữ liệu từ node B, UE gửi một báonhận (Ack/Nack) ứng với mỗi gói giúp node B biết được gói đã được gửi thànhcông hay không ,nếu không thành công thì tiến hành truyền lại theo kỹ thuật HARQ

có kết hợp mềm Cùng với chức năng thống kê chất lượng kênh tương ứng cho từng

UE, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ thực hiện sắp xếp các gói tin của các UE một cáchthích hợp.

Trong HSDPA, thiết bị sắp xếp gói tin sẽ được chuyển từ bộ điều khiển mạng

vô tuyến RNC tới Node B nhằm giúp người sử dụng dễ dàng truy nhập vào cácchức năng thống kê giao diện vô tuyến Kỹ thuật sắp xếp gói tiên tiến sẽ giúp điềuchỉnh được tốc độ dữ liệu người dùng sao cho thích hợp với các điều kiện kênh vôtuyến tức thời Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium AccessControl) được đặt tại Node B, do đó cho phép truy nhập nhanh hơn tới các giá trị đolường tuyến kết nối, lập lịch biểu hiệu quả hơn và nhanh hơn, cũng như có thể kiểmsoát chất lượng QoS chặt chẽ hơn Bằng cách sử dụng kỹ thuật mã hoá Turbo tốc độthay đổi, điều chế 16 QAM, cũng như hoạt động đa mã mở rộng, kênh HS- DSCH

hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh tới hơn 10Mbps

2.3.2 Cấu trúc kênh trong HSDPA

Các kênh cần thiết trong HSDPA thể hiện như sau:

Kênh chia sẻ, cho một ô Kênh riêng, cho một UE

HS-DSCH

Số liệu người

sử dụng đường xuống

HS-SCCH Báo hiệu điều khiển cho HS-DSCH

(F-)DPCH Các lệnh điều khiển công suất

DPDCH

Số liệu người

sử dụng đường lên

DPCCH Báo hiệu điều khiển cho DPDCH

HS-DPCCH Báo hiệu điều khiển liên quan đến HS-DSCH

Hình 2.3: Cấu trúc kênh của HSDPA

Trong đó:

 HS-DSCH (Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao): Mang số liệu gói tốc độcao

 HS-SCCH (Kênh điều khiển chia sẻ đường xuống tốc độ cao): Mang thôngtin về số mã trải phổ và phương pháp điều chế được sử dụng cho đầu cuối đểđầu cuối có thể giải trải phổ và giải điều chế đúng.

 HS-DPCCH (Kênh điều khiển vật lý dành riêng đường lên tốc độ cao): Mangthông tin hồi tiếp để Node B có thể thích ứng đường truyền và phát lại

 DPDCH/DPCCH là 2 đường lên mang số liệu người sử dụng và báo hiệuđiều khiển cho nó

Đặc điểm chủ yếu của HSDPA là truyền dẫn kênh chia sẻ Trong truyền dẫnkênh chia sẻ, một bộ phận của tổng tài nguyên vô tuyến đường xuống khả dụngtrong ô được coi là tài nguyên chung được chia sẻ động theo thời gian giữa cácngười sử dụng Truyền dẫn kênh chia sẻ được thực hiện thông qua kênh chia sẻđường xuống tốc độ cao HS-DSCH HS-DSCH cho phép cấp phát nhanh một bộphận tài nguyên đường xuống để truyền số liệu cho một người sử dụng đặc thù.Phương pháp này phù hợp cho các ứng dụng số liệu gói thường được truyền theodạng cụm và vì thế có các yêu cầu về tài nguyên thay đổi nhanh Tài nguyên mã choHS-DSCH bao gồm tập mã định kênh có hệ số trải phổ 16, mỗi mã định kênh nàycòn được gọi là kênh chia sẻ vật lý đường xuống tốc độ cao (HS-PDSCH),trong đó

số mã được sử dụng để lập cấu hình cho HS-DSCH nằm trong khoảng từ 1 đến 15.Các mã không dành cho HS-DSCH được sử dụng cho mục đích khác, chẳng hạncho báo hiệu điều khiển hay các dịch vụ chuyển mạch kênh

Hình 2.4: Cấu trúc thời gian mã của HS-DSCH

Tài nguyên mã HS-DSCH ấn định cho từng người sử dụng trên cơ sở khoảngthời gian truyền dẫn TTI = 2ms HSDPA sử dụng TTI ngắn để giảm trễ và cải thiệnquá trình bám theo các thay đổi của kênh cho mục đích điều khiển tốc độ và lậpbiểu phụ thuộc kênh

Cần phải có báo hiệu điều khiển đường xuống cho hoạt động của HS-DSCHtrong từng TTI Số nhận dạng của UE (hoặc các UE) hiện thời đang được lập biểuphải được thông báo cùng với tài nguyên vật lý (các mã định kênh) được sử dụng đểphát đến UE này UE cũng cần được thông báo về khuôn dạng truyền tải được sửdụng cho truyền dẫn cùng với thông tin liên quan đến HARQ Tài nguyên và thôngtin về khuôn dạng truyền tải bao gồm bộ phận cây mã được sử dụng cho truyền dẫn,

sơ đồ điều chế được sử dụng và kích thước khối truyền tải Báo hiệu điều khiểnđường xuống được mang trên kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao (HS-SCCH) Kênhnày được phát đồng thời với HS-DSCH bằng cách sử dụng một mã định kênh riêng.HS-SCCH là kênh chia sẻ để thông báo về việc HS-DSCH được lập cấu hình cho

UE nào Tất cả các UE đều thu kênh này để tìm xem nó có được lập biểu haykhông

Truyền dẫn HSDPA cũng đòi hỏi báo hiệu điều khiển đường lên cho HARQ

để thông báo cho Node B về việc thu truyền dẫn đường xuống có thành công hay

không Trong mỗi TTI mà UE được lập biểu, các báo hiệu ACK và NAK được gửitrên đường lên để thông báo kết quả của giải mã HS-DSCH Thông tin này đượcmang trên kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao (HS-DPCCH) Mỗi UE được thiếtlập một kênh HS-DPCCH cùng với cấu hình HS-DSCH Ngoài ra Node B cũng cầnbiết thông tin về các điều kiện kênh đường lên tức thời tại UE để thực hiện lập biểuphụ thuộc kênh và điều khiển tốc độ Vì thế mỗi UE phải đo các điều kiện tức thờiđường xuống và phát chỉ thị chất lượng kênh (CQI) trên kênh HS-DPCCH.

Ngoài các kênh HS-DSCH và HS-SCCH, đầu cuối HSDPA cần nhận đượccác lệnh điều khiển công suất để hỗ trợ điều khiển công suất vòng kín đường lêngiống như đối với đầu cuối WCDMA Điều này đạt được thông qua kênh vật lýriêng đường xuống DPCH đối với từng UE Ngoài lệnh điều khiển công suất, kênhnày còn được sử dụng cho số liệu của người sử dụng không được truyền trên kênhHS-DSCH, chẳng hạn cho các dịch vụ chuyển mạch kênh

2.4 Các kỹ thuật chính được dùng trong HSDPA

2.4.1 Điều chế và mã hóa thích ứng (AMC)

Điều khiển tốc độ đã được coi là phương tiện thích ứng đường truyền cho cácdịch vụ truyền số liệu hiệu quả hơn so với điều khiển công suất thường được sửdụng trong WCDMA, đặc biệt là khi nó được sử dụng cùng với lập biểu phụ thuộckênh

Đối với HSDPA, điều khiển tốc độ được thực hiện bằng cách điều chỉnh động

tỷ lệ mã hóa kênh và chọn lựa động giữa điều chế QPSK và 16QAM Điều chế bậccao như 16QAM cho phép đạt được mức độ sử dụng băng thông cao hơn QPSKnhưng đòi hỏi tỷ số tín hiệu trên tạp âm (Eb/N0) cao hơn Vì thế 16 QAM chủ yếuchỉ hữu ích trong các điều kiện kênh thuận lơi Trong HSDPA, mã hóa thích ứngdựa vào điều kiện kênh truyền Tỉ lệ mã hóa được thay đổi từ 1/4 – 3/4 một cáchmềm dẻo ứng với các điều kiền kênh truyền khác nhau

Luồng số đưa vào bộ mã hóa Turbo được chia thành ba nhánh, nhánh thứ nhấtkhông được mã hóa và các bit ra của nhánh này được gọi là các bit hệ thống, nhánh

thứ hai và thứ ba được mã hóa và các bit ra của chúng được gọi là các bit chẵn lẻ 1

và 2 Như vậy cứ một bit vào thì có ba bit ra, nên bộ mã hóa turbo này có tỷ lệ mã làr=1/3 Tỷ lệ này có thể giảm nếu ta bỏ bớt một số bit chẵn lẻ và quá trình này đượcgọi là đục lỗ

Hình 2.5: Mã hóa Turbo và đục lỗ

Truyền dẫn thích ứng là quá trình truyền dẫn trong đó tốc độ số liệu được thayđổi tùy thuộc vào chất lượng đường truyền: tốc độ đường truyền được tăng khi chấtlượng đường truyền tốt hơn, ngược lại tốc độ đường truyền bị giảm Node B lựachọn tốc độ số liệu độc lập cho từng TTI 2ms và cơ chế điều khiển tốc độ có thểbám các thay đổi kênh nhanh.Để thay đổi tốc độ truyền phù hợp với chất lượngkênh, hệ thống thực hiện thay đổi sơ đồ điều chế và tỷ lệ mã nên phương pháp nàyđược gọi là điều chế và mã hóa thích ứng (AMC: Adaptive Modulation andCoding)

2.4.2 Lập biểu phụ thuộc kênh

2.4.2.1 Tổng quan về lập biểu

Một trong số các kỹ thuật chính của HSDPA là lập biểu phụ thuộc kênh Bộlập biểu trong MAC-hs điều khiển việc sẽ sử dụng phần mã chia sẻ nào và tàinguyên công suất nào cho người sử dụng nào trong một TTI cho trước Đây là phần

tử quan trọng và cũng là một phần tử quyết định ở một mức độ rất lớn tổng hiệunăng của hệ thống HSDPA, đặc biệt là trong một mạng có tải lớn Khi tải thấp, chỉ

có một hoặc một ít người sử dụng được lập biểu và sự khác biệt giữa các chiến lượclập biểu khác nhau là không rõ ràng.

Node B đánh giá chất lượng kênh của từng máy di động HSDPA dựa trênhồi tiếp lớp vật lý nhận được từ đường lên Sau đó lập biểu và thích ứng đườngtruyền được thực hiện nhanh tùy thuộc vào giải thuật lập biểu và mức độ ưu tiênngười sử dụng

Hình 2.6: Nguyên lý lập biểu HSDPA của Node B

Mục đích tổng thể của hầu hết các bộ lập biểu là lợi dụng các thay đổi kênhgiữa các người sử dụng và lập biểu truyền dẫn ưu tiên cho người sử dụng có cácđiều kiện kênh tốt nhất Tồn tại một số chiến lược lập biểu nhưng để lập biểu hoạtđộng hiệu quả thì yêu cầu tối thiểu cần có:

 Thông tin về các điều kiện kênh tức thời tại UE

 Thông tin về trạng thái bộ đệm và mức ưu tiên của các luồng số liệuThông tin về trạng thái tức thời của kênh tại UE thường nhận được thông qua

5 bit chỉ thị chất lượng kênh (CQI) mà từng UE định kì phản hồi lại cho Node B

2.4.2.2 Các kiểu lập biểu khác nhau

Lập biểu người sử dụng theo các điều kiện đường truyền vô tuyến tức thời tốtnhất thường được gọi là lập biểu theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu cực đại (max-C/I) hay

tốc độ cực đại Vì trong một ô, các điều kiện của các đường truyền vô tuyến khácnhau thường thay đổi độc lập, tại mỗi thời điểm hầu như luôn có một đường truyền

vô tuyến với chất lượng gần như tốt nhất Vì thế đường truyền được sử dụng chotruyền dẫn sẽ có chất lượng cao nhất và với điều khiển tốc độ, tốc độ số liệu cao nhất

có thể được sử dụng Điều này dẫn đến dung lượng hệ thống cao Phương pháp đểnhận được độ lợi trong đó truyền dẫn được thực hiện đối với các người sử dụng cóđiều kiện đường truyền vô tuyến thuận lợi thường được gọi là phân tập người sửdụng Trong đó thay đổi kênh càng lớn và số người sử dụng càng lớn thì độ lợi cànglớn Về mặt toán học, bộ lập biểu max-C/I có thể được biểu diễn như quá trình lậpbiểu người sử dụng k như sau:

k=max Ri , trong đó Ri là tốc độ dữ liệu tức thời của người dùng thứ i

Người sử dụng #1 Người sử dụng #2 Người sử dụng #3

Thay đổi kênh hiệu dụng nhìn từ trạm gốc

Thời gian

Hình 2.7: Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA

Từ quan điểm dung lượng hệ thống, lập biểu max-C/I là có lợi.Tuy nhiênnguyên lý lập biểu này không công bằng trong điều kiện các thay đổi xảy ra trongmột thời gian dài.Trong trường hợp này các điều kiện kênh mà một đầu cuối diđộng phải trải nghiệm có thể xấu hơn các điều kiện kênh mà các đầu cuối di độngkhác Mặc dù cho phép nhận được dung lượng hệ thống cao nhưng tình trạng nàykhông thể chấp nhận được từ quan điểm chất lượng dịch vụ

Một giải pháp khác cho chiến lược lập biểu max-C/I được gọi là lập biểuquay vòng Chiến lược lập biểu này cho phép các người sử dụng chia sẻ tài nguyên

mã không xét đến các điều kiện kênh tức thời Lập biểu quay vòng có thể được coi

là lập biểu công bằng trong đó khối lượng tài nguyên như nhau được phân cho mọiđường truyền thông tin Tuy nhiên lập biểu quay vòng không công bằng về mặt đảmbảo chất lượng kênh giống nhau cho tất cả các đường truyền tin Trong trường hợp

này cần dành nhiều tài nguyên vô tuyến hơn cho các đường truyền tin có điều kiệnkênh tức thời không thuận lợi và điều này dẫn đến tổng hiệu năng hệ thống thấp hơnnhưng chất lượng dịch vụ giữa các đường truyền tin khác nhau cân bằng hơn so vớilập biểu max-C/I.

Chiến lược lập biểu phải có khả năng tận dụng được các thay đổi nhanh củakênh để cải thiện thông lượng trong khi vẫn đảm bảo thông lượng trung như nhaucho tất cả các người sử dụng hay ít nhất là đảm bảo được thông lượng tối thiểu chotất cả các người sử dụng Vì thế một bộ lập biểu thực tế nên làm việc tại một vị trínào đó giữa bộ lập biểu max-C/I và bộ lập biểu quay vòng để tận dụng nhiều nhấtcác thay đổi nhanh trong các điều kiện kênh mà vẫn thỏa mãn ở một mức độ nào đó

sự công bằng giữa các người sử dụng Bộ lập biểu như vậy gọi là lập biểu côngbằng, các tài nguyên chia sẻ được ấn định cho người sử dụng có điều kiện kênh vôtuyến tốt nhất một cách tương đối, nghĩa là tại mỗi thời điểm, người sử dụng k đượcchọn cho truyền dẫn theo điều kiện sau:

Các kiểu lập biểu khác nhau được thể hiện như sau:

Thời gian (a)

Thời gian (b)

Thời gian (c)

Nguyên lý chung của HARQ trong HSDPA: Trước hết gói cần phát được

nạp vào bộ đệm của Node B Trong trường hợp giải mã phía thu thất bại, Node thựchiện phát lại mà không cần RNC tham gia Máy di động thực hiện kết hợp các phátlại Phát theo RNC chỉ thực hiện khi xảy ra sự cố hoạt động lớp vật lý Phát lại theoRNC sử dụng chế độ báo nhận RLC, phát lại RNC không thường xuyên xảy ra

Hình 2.9: Nguyên lý xử lý phát lại của Node B

Trong HSDPA, HARQ với kết hợp mềm được sử dung một cách hiệu quảnhất Hoạt động của HARQ khi không kết hợp mềm sẽ thực hiện xóa các gói bị lỗi

và yêu cầu phát lại chúng Nhưng dù không thể giải mã các gói này, tín hiệu thuđược này vẫn chứa thông tin và thông tin này sẽ mất nếu xóa các gói thu mắc lỗi.Nhược điểm này được khắc phục bằng cách sử dụng HARQ kết hợp mềm Trong sơ

đồ HARQ kết hợp mềm, gói mắc lỗi được lưu lại trong bộ nhớ đệm và sau đó đượckết hợp với gói được phát lại để nhận được một gói duy nhất tin cậy hơn các góithành phần

2.4.3.2 Phân loại HARQ với kết hợp mềm

Theo quy định, phát lại trong mọi sơ đồ HARQ phải thể hiện cùng tập bitthông tin như truyền dẫn gốc Tuy nhiên, tập các bit được mã hóa và được pháttrong mỗi lần phát lại có thể được lựa chọn theo cách khác nhau chừng nào chúngvẫn còn thể hiện cùng tập bit thông tin Vì thể HARQ với kết hợp mềm được chiathành 2 loại : Chase Combining (CC) và Incremental Redundancy (IP), phụ thuộc

vào việc có đòi hỏi phát lại tương tự như lần phát lại ban đầu hay không hay chỉphát phần dư tăng

Chase Combining (CC): được thực hiện với việc phát lại cùng tập các bitđược mã hóa giống như lần truyền đầu tiên Sau mỗi lần phát lại, máy thu sử dụngkết hợp tỉ lệ cực đại để kết hợp từng bit thu được với các bit của các lần truyền dẫntrước và tín hiệu sau kết hợp được đưa đến bộ giải mã Vì phát lại là bản sao của lầnphát đầu tiên nên có thể coi phát lại với kết hợp săn bắt là một dạng mã hóa lặp Vìthế không có độ dư mới được phát Kết hợp săn bắt không cho thêm độ lợi mã hóa

mà chỉ tăng tỉ số Eb/N0 tích lũy cho mỗi lần phát lại

Incremental Redundancy (IP) : mỗi lần phát lại không giống như lần phátđầu tiên Thay vào đó, nhiều tập các bit được mã hóa được thành lập trong đó mỗitập thể hiện cùng một tập các bit thông tin Mỗi khi cần phát lại, phát lại sẽ sử dụngmột tập các bit được mã hóa khác với lần phát trước đó Máy thu kết hợp phát lạinày với các lần phát trước của cùng một gói Vì phát lại này có thể chứa các bitchẵn lẻ bổ sung không có trong các lần phát lại trước nên tỉ lệ mã tổng hợp sẽ đượcgiảm sau mỗi lần phát lại Ngoài ra mỗi phát lại không nhất thiết phải chứa cùng sốbit được mã hóa như phát gốc và tổng quát sơ đồ điều chế có thể khác nhau cho cáclần phát lại khác nhau Vì thế có thể coi kết hợp độ dư tăng như là tổng quát hóa củakết hợp săn bắt hay ngược lại kết hợp săn bắt như là trường hợp đặc biệt của kếthợp độ dư tăng

2.5 Chỉ số chất lượng đường truyền CQI

Một số kỹ thuật chính của HSDPA, mà trước hết là lập biểu và điều khiển tốc

độ, đều dựa trên việc thích ứng nhanh các thông số truyền dẫn với các điều kiệnkênh tức thời của đường truyền đến UE Node B có thể tự do tạo ra ước tính kênhdựa trên mọi thông tin khả dụng, nhưng báo hiệu điều khiển đường lên từ các UE ởdạng chỉ thị chất lượng đường truyền (CQI) thường được sử dụng

CQI không chỉ thị một cách cụ thể chất lượng kênh, mà chỉ chỉ thị tốc độ sốliệu nào UE cần hỗ trợ trong các điều kiện kênh hiện hữu Nói một cách cụ thể

hơn, CQI là khuyến nghị về kích thước khối truyền tải (tương đương với khuyếnnghị về tốc độ số liệu).

Lý do không báo cáo kết quả đo chất lượng kênh cụ thể vì các UE khác nhau cóthể hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau trong các môi trường giống nhau tùy theo xửlý cụ thể của máy thu Với việc báo cáo tốc độ số liệu chứ không phải kết quả đochất lượng kênh cụ thể, UE có máy thu tốt hơn có thể cung cấp dịch vụ tốt hơn vàđiều này rất có lợi khi sử dụng máy thu tiên tiến cho người sử dụng đầu cuối Đốivới kênh được điều khiển công suất, độ lợi nhận được từ một máy thu tiên tiến thìNode B có thể sử dụng công suất thấp hơn, và điều này có lợi cho mạng chứ khôngphải cho người sử dụng đầu cuối Cách nhìn này hoàn toàn trái ngược với HS-DSCH sử dụng điều khiển tốc độ, trong đó một UE có máy thu tiên tiến có thể thuđược HS-DSCH với tốc độ số liệu cao hơn so với máy thu bình thường

Cơ sở để tạo ra CQI là đo đạc trên kênh hoa tiêu chung CQI biểu thị các điềukiện thức thời của kênh trong khoảng thời gian ba khe với kết thúc một khe trướckhi phát CQI Việc qui định CQI báo cáo trong khoảng thời gian nào để Node Bbám kịp các thay đổi trong chất lượng kênh giữa các báo cáo CQI được thực hiệnbằng cách sử dụng các lệnh điều khiển công suất Định thời các báo cáo CQI và thờigian có thể sử dụng báo cáo này cho mục đích lập biểu được minh họa trên hình2.10:

HS-DPCCH

CPICH

A/N=ACK/NAK

Hình 2.10: Định thời các báo cáo CQI cho mục đích lập biểu

CQI được truyền từ UE tới Node B theo sơ đồ sau:

Hình 2.11: Sơ đồ truyền CQI từ UE đến Node B

CQI được tính toán tại khối Quality Estimation của UE với cấu trúc khối

Quality Estimation như sau

Hình 2.12: cấu trúc khối Quality Estimation

2.6 Mã turbo

2.6.1 Tổng quan về mã hóa Turbo

Mã Turbo là sự kết nối gồm hai hay nhiều bộ mã riêng biệt để tạo ra một mãtốt hơn và cũng lớn hơn Mã Turbo được dùng trong hệ thống thực chất là sự kết nốisong song các bộ mã tích chập đặc biệt cùng với các bộ chèn Cấu hình này gọi là:

“Kết nối song song các mã tích chập”(PCCC) Ngoài ra cũng có “Kết nối nối tiếpcác mã tích chập” (SCCC) và dạng “Kết nối hổn hợp các bộ mã tích chập”(HCCC)

Bộ mã tích chập đặc biệt được dùng trong cấu hình PCCC chính là bộ mã tíchchập hệ thống đệ quy(RSC)

 Mã tích chập hệ thống và không hệ thống:

Mã tích chập có tính hệ thống là mã tích chập mà có một phần từ mã ở ngõ rachính là dãy tin đầu vào, tức là đầu vào của dãy tin được đưa trực tiếp đến một trongnhững ngõ ra của bộ mã Sơ đồ của bộ mã tích chập hệ thống như hình 2.13:

Hình 2.13: Bộ mã hóa tích chập hệ thống

đối với mã chập hệ thống do dãy tin ngõ vào được đưa trực tiếp đến đầu ra nên ta cóthể dễ dàng xác định từ mã ở ngõ ra hơn so với mã chập không hệ thống

 Mã tích chập đệ quy và không đệ quy:

Mã tích chập đệ quy có từ mã ở ngõ ra được đưa hồi tiếp trở lại dãy tin đầuvào

Hình2.14: Bộ mã tích chập đệ quy

Mã tích chập không đệ quy có từ mã ở ngõ ra của bộ mã không được đưa hồitiếp trở lại đầu vào

 Bộ mã tích chập hệ thống đệ quy:

Để mô tả bộ mã hóa mã chập người ta đưa ra các thông số của bộ mã hóanhư sau : (n, k, K) trong đó:

k : số đầu vào

n :số đầu ra

K: chiều dài ràng buộc (constraint lengths)

Trong đó k < n để ta có thể thêm độ dư vào luồng dữ liệu để thực hiện pháthiện sai và sửa sai

Một bộ mã tích chập thông thường được biểu diễn qua các chuỗi g1= [1 1 1] và

g 1

Hình 2.16: Bộ mã hoá PCCC tổng quát

Trong đó mỗi bộ mã hoá RSCi được gọi là các bộ mã thành phần (constituentcode) Ở các bộ mã hoá thứ hai trở đi, chuỗi bit nhận vào để mã hoá trước hết phảiqua một bộ chèn Tất cả các chuỗi mã hoá ngõ ra sẽ được hợp lại thành một chuỗibit duy nhất n bit trước khi truyền

Tốc độ mã hoá của bộ mã hoá PCCC là: r = k/n

Tín hiệu trước khi truyền đi được chuyển đổi song song sang nối tiếp và có thểdùng kỹ thuật puncture để tạo ra tốc độ mã hóa thích hợp

Hình 2.17 trình bày bộ mã hóa Turbo PCCC cơ bản:

Hình 2.17 : Mã PCCC tốc độ 1/3 gồm 2 bộ mã hoá chập hệ thống đệ quy

Bộ mã hoá Turbo cơ bản được thiết kế bằng cách kết nối song song hai bộ mã

hoá hệ thống đệ quy tích chập lại với nhau, hai bộ mã hoá thành phần được phâncách nhau bởi một bộ chèn ( interleaver) Chỉ có một trong ba đầu ra của hai bộ

RSC trên là đầu ra của hệ thống, đầu ra của hệ thống có được bằng cách thay đổithứ tự vị trí của bit đầu vào Tốc độ mã hoá của bộ mã này là r =1/3, bộ mã hoáRSC đầu tiên cho ra chuỗi hệ thống c1 và chuỗi chập đệ quy c2, trong khi bộ mã hoáRSC thứ hai thì chỉ cho ra chuỗi chập đệ quy c3.

 Kỹ thuật xóa(puncture - đục lỗ):

Tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng mà có thể dùng kỹ thuật xóa hay không Tốc

độ mã càng thấp thì chất lượng càng cao nhưng băng thông tăng.Ví dụ bộ mã tốc độ1/3 có thể trở thành bộ mã hoá tốc độ 1/2 bằng cách thay vì 1 bit ngõ vào sẽ cótương ứng 3 bit ngõ ra mã hoá thì ta cho ngõ ra mã hoá chỉ còn 2 bit Bản chất của

kỷ thuật puncture là làm giảm n theo một qui luật nào đó để tốc độ mã hoá r tănglên

Ví dụ: bộ mã trong hình trên, nếu chuỗi hệ thống c1 vẫn giữ nguyên và cácchuỗi c2 và c3 sẽ được lấy xen kẽ Chuỗi c2 sẽ lấy các bit lẻ và các bit chẵn của chuỗi

c3 thì bộ mã sẽ có tốc độ 1/2 Khi bộ giải mã nhận được chuỗi bit đến thì nó sẽ thêmvào chuỗi này các bit 0 tại những chỗ đã bị xoá bớt Như vậy với việc dùng kỹ thuậtpuncture thì số lượng bit parity sẽ giảm do đó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng giải mã,tức là khả năng mắc lỗi sẽ cao hơn

 Bộ chèn (interleaver):

Đối với mã Turbo, có thể có một hay nhiều bộ chèn được sử dụng giữa các bộ

mã hoá thành phần Bộ chèn được sử dụng tại bộ mã hoá nhằm mục đích hoán vị tất

cả các chuỗi ngõ vào có trọng số thấp thành chuỗi ra có từ mã ngõ ra trọng số caohay ngược lại Luôn đảm bảo với một chuỗi ngõ vào thì ngõ ra một bộ mã hoá sẽcho từ mã trọng số cao còn bộ mã hoá kia sẽ cho ra từ mã trọng số thấp để làm tăngkhoảng cách tự do tối thiểu

Bộ chèn không những được sử dụng tại bộ mã hoá mà nó cùng với bộ giảichèn (deinterleaver) có trong bộ giải mã đóng một vai trò quan trọng Vai trò của bộchèn chính tại bộ giải mã mới bộc lộ hết Một bộ chèn tốt sẽ làm cho các ngõ vào

của bộ giải mã SISO ít tương quan với nhau tức là mức độ hội tụ của thuật toán giải

mã sẽ tăng lên, đồng nghĩa với việc giải mã chính xác hơn

Ví dụ bộ chèn được sử dụng để tăng trọng số của các từ mã

Hình 2.18: Bộ chèn làm tăng trọng số mã của bộ mã hoá RSC2 khi so sánh với bộ

mã hoá RSC1

Đối với bộ mã hoá RSC1 thì chuỗi ngõ vào x cho ra chuỗi mã tích chập đệquy có trọng số thấp c2 Để tránh bộ mã hoá RSC2 cho ra chuỗi ngõ ra đệ quy kháccũng có trọng số thấp, bộ chèn hoán vị chuỗi ngõ vào x thành 1 chuỗi mới với hivọng cho ra chuỗi mã tích chập đệ quy có trọng số cao c3 Vì vậy, trọng số mã của

mã PCCC là vừa phải, nó được kết hợp từ mã trọng số thấp của bộ mã hoá 1 và

trọng số cao của bộ mã hoá 2

Theo hình 2.19 chuỗi ngõ vào xi cho ra các chuỗi ngõ ra c1i và c2i tương ứng.các chuỗi ngõ vào x1 và x2 là các chuỗi hoán vị khác nhau của x0 Bảng dưới trình

bày kết quả của các từ mã và trọng số của các từ mã

Hình 2.19: Ví dụ minh họa khả năng của bộ chèn

Bảng 2.1: các chuỗi ngõ vào và ngõ ra của bộ mã hóa trong hình 2.19

Từ bảng trên cho thấy trọng số của từ mã có thể tăng bằng cách sử dụng bộchèn

Bộ chèn ảnh hưởng đến việc thực hiện mã vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến đặctính khoảng cách của mã Bằng cách dùng kỹ thuật chèn có thể tránh các từ mã cótrọng số thấp, BER của mã Turbo có cải tiến đáng kể Vì vậy có nhiều bộ chèn khácnhau đã được nghiên cứu thiết kế Phần sau đây trình bày các bộ chèn tiêu biểuthường sử dụng trong việc thiết kế mã Turbo

 Bộ chèn chẵn lẻ:

Bộ chèn chẵn lẻ là đặc trưng cho mã PCCC r = 1/2 Một mã PCCC r =1/2được lấy bằng cách kết hơp 2 chuỗi ngõ ra của mã PCCC r = 1/3 thành một chuỗingõ ra của mã PCCC r = 1/2 Tuy nhiên, bằng cách kết hợp 2 chuỗi ngõ ra được mãhóa này, có thể một bit thông tin sẽ không có các bit được mã hóa của nó ( cả hai bitđược mã hóa kết hợp có lẻ bị đục lỗ ) Cũng có thể một bit tin có một hay cả hai bítđược mã hóa của nó Vì vậy, nếu một lỗi xảy ra cho bit tin không được bảo vệ( không có một bit nào của nó được mã hóa) thì chất lượng của bộ bộ giải mã TC cóthể bị suy giảm

Bộ chèn chẵn lẻ có thể khắc phục được vẫn đề này bằng cách cho phép mỗi bittin có một bít được mã hóa của nó một cách chính xác Như kết quả của bộ chènnày, khả năng sửa sai của mã được phân bố đồng nhất trên tất cả các bít tin

Các bit mã hóa lẻ của chuỗi c3 được lưu trữ với chuỗi tin hoán vị x

Từ bảng trên ta thấy mỗi bit tin có bit mã hóa riêng của nó

 Bộ chèn giả ngẫu nhiên:

Bộ chèn giả ngẫu nhiên sử dụng sự hoán vị ngẫu nhiên cố định và ánh xạ chuỗiđầu vào dựa theo trật tự hoán vị Giả thiết độ dài của chuỗi ngõ vào là L Hình 2.20trình bày bộ chèn ngẫu nhiên với L = 8

Hình 2.20: Bộ chèn giả ngẫu nhiên với độ dài chuỗi ngõ vào L= 8

Như hình trên bộ chèn viết vào [ 01011011] và đọc ra [ 00011111]

và chất lượng không cao

Nếu bộ giải điều chế không tự quyết định xem giá trị lấy mẫu nhận được là bit

0 hay bit 1 mà đưa thẳng cho bộ giải mã để bộ giải có đầy đủ thông tin về bit saukhi đã qua kênh truyền thì với cấu trúc phù hợp bộ giải mã sẽ cho các quyết địnhchính xác hơn, tức là chất lượng cao hơn Bộ giải mã sẽ tính toán các giá trị để xét

độ tin cậy của từng giá trị và cuối cùng mới quyết định Điều này sẽ làm giảm khả

năng có thể xảy ra lỗi hơn so với quyết định cứng Tuy nhiên, để đạt điều đó thì bộgiải mã mềm sẽ có độ phức tạp cao hơn rất nhiều so với bộ giải mã cứng.

2.6.2 Thuật toán giải mã SOVA

Mã PCCC có cấu trúc mã hoá kết nối song song tuy nhiên quá trình giải mãPCCC lại dựa trên sơ đồ giải mã kết nối nối tiếp Mã Turbo sử dụng bộ giải mã kếtnối nối tiếp vì sơ đồ kết nối nối tiếp có khả năng chia sẻ thông tin giữa các bộ giải

mã kết nối, trong khi đó các bộ giải mã có sơ đồ kết nối song song chủ yếu giải mãđộc lập nhau Các thông tin này nhờ đặc tính mềm, được trao đổi, khai thác nhiềulần qua các vòng lặp sẽ làm tăng đáng kể chất lượng giải mã

Vì độ phức tạp của các mã TC chủ yếu là do bộ giải mã lặp nên điều cần thiếttrước nhất là tìm hiểu các thuật toán giải mã và tìm ra cách tốt nhất để giải mã màkhông làm giảm chất lượng

SOVA là thuật toán giải mã ngõ ra mềm thuộc họ thuật toán Viterbi Nó dựatrên thuật toán Viterbi sửa đổi, nó kết hợp giá trị tin cậy để cải thiện chất lượng giải

mã

2.6.2.1 Nguyên lý của bộ giải mã Viterbi ngõ ra mềm

Đối với các mã Turbo, chúng ta gặp hai trở ngại khi sử dụng các bộ giải mãViterbi thông thường Thứ nhất, bộ giải mã Viterbi bên trong cho ra một loạt lỗi bitlàm giảm đi việc thực hiện của các bộ giải mã Viterbi bên ngoài Thứ hai, bộ giải

mã Viterbi bên trong cho ra các ngõ ra quyết định cứng làm ngăn chặn bộ giải mãViterbi bên ngoài nhận được các lợi điểm của các quyết định mềm Cả hai trở ngạinày có thể được khắc phục và việc thực hiện giải mã có thể được cải tiến một cáchđáng kể nếu các bộ giải mã Viterbi có thể cho ra các giá trị tin cậy Các giá trị tincậy này đi qua các bộ giải mã Viterbi tiếp sau đó và được xem như là một thông tin

ưu tiên nhằm để cải tiến việc thực hiện giải mã Bộ giải mã Viterbi bổ sung nàyđược tham khảo như là bộ giải mã thuật toán Viterbi ngõ ra mềm (SOVA)