Chương 5 TÁCH SÓNG NHIỀU NGƯỜI DÙNG TURBO

u ra ca b an xen l u vo ca b mó húa trong. Sau ú, u ra ca b mó húa

trong c truyn i trờn kờnh truyn thụng. Tớch tc ca hai b mó húa chp

ny l tc ca b mó húa Turbo ni tip. Hỡnh 5.1 minh ha cu trỳc ca b mó

húa Turbo ny.

d(i)



b(i)



Bộ mã hóa

ngoài



Bộ đan xen



Bộ mã hóa

trong



Đầu vào

kênh



Đầu vào

dữ liệu



Hỡnh 5.1 Cu trỳc b mó húa Turbo ni tip

Ging nh gii mó ca mó húa Turbo song song, cu trỳc gii mó Turbo ni

tip s dng gii mó u vo mm/u ra mm (SISO) v an xen ngu nhiờn. S

khỏc nhau quan trng l mi b gii mó FEC riờng l c thc hin bi b gii

mó MAP SISO, tớnh toỏn LLR khụng ch cho bit d liu m tớnh cho c cỏc bit mó

húa c s dng nh thụng tin tiờn nghim cho thnh phn gii mó k tip trong

lc .

2



Bộ đan xen



Không

sử dụng



1



Pa [b(t)]

Bộ giải mã MAP

SISO trong

Đầu ra kênh



P [b(t)]

e



Không

sử dụng

Bộ giải đan xen



1

Pe [b(t)]



2

Pa [b(t)]



Bộ giải mã MAP

SISO ngoài

2



Pe [d(t)]



d(i)

Đầu ra



Hỡnh 5.2 Cu trỳc b gii mó Turbo ni tip

Cu trỳc gii mó Turbo ni tip thu cỏc bit u ra kờnh v trc tiờn gii mó

chỳng vi b gii mó MAP SISO trong nh th hin trờn hỡnh 5.2. B gii mó MAP

SISO trong cú u vo l LLR tiờn nghim, Pa1 [b(t )], m c thit lp khụng cho

bc lp u tiờn (cỏc bc lp tip theo cú c t b gii mó MAP SISO ngoi).

B gii mó MAP SISO tớnh toỏn cỏc LLR ngoi lai cho mi bit mó húa b(t), ký hiu

l Pe1 [b(t )]. Sau khi gii an xen, cỏc LLR ngoi lai ny c coi nh l thụng tin



73



tiờn nghim a n b gii mó MAP SISO ngoi, ký hiu l Pa2 [b(t )] nh trờn hỡnh

5.2. Khụng nh b gii mó MAP SISO ngoi, b gii mó MAP SISO trong ch c

a vo cỏc LLR ca cỏc bit mó húa. u vo ny l u vo tiờn nghim t b gii

mó MAP SISO trong. Khi b gii mó MAP SISO ngoi khụng truyn d liu trc

tip trờn kờnh thỡ khụng cú thụng tin metric u vo. B gii mó MAP SISO ngoi

ly thụng tin LLR tiờn nghim, Pe2 [b(t )] . Sau khi an xen, cỏc LLR ca xỏc sut hu

nghim i vi cỏc bit mó húa t b gii mó MAP SISO ngoi, Pa1 [b(t )], c a

n b mó húa MAP SISO trong nh l thụng tin tiờn nghim cho bc lp tip

theo. Khi kt thỳc s ln lp yờu cu hoc t c hiu nng yờu cu, b gii mó

MAP SISO ngoi a ra cỏc LLR i vi cỏc bit d liu Pe2 [d(t )] v sau ú quyt

nh cng c to ra nh sau:

2







( i ) = 1 Pe d ( i ) > 0

d



còn lại

0





(5.1)



5.2 NGUYấN TC M HểA TURBO P DNG CHO TCH SểNG NHIU

NGI DNG

Trong ni dung ca lun vn ny, MUD dựng ch vic tỏch d liu t

nhiu ngi dựng trờn kờnh khụng dõy ca h thng DS-CDMA. í tng c bn

ca MUD l tỡm ra s tng quan chộo (cross-correlation) trong cỏc tớn hiu

c tỏch súng nhm ci thin quỏ trỡnh tỏch d liu. Mt khỏc, mó húa FEC khai

thỏc s ph thuc vo cỏc ký hiu kờnh liờn tc ci thin s tỏch súng ký hiu d

liu ca dũng d liu n. Trong mt vi h thng khụng dõy hin nay, nh h

thng th h ba, u cú c mó húa FEC v kờnh ghộp khụng trc giao. Cu hỡnh

in hỡnh ca loi h thng cú b mó húa chp i cựng vi b an xen v b iu

ch DS-CDMA cho cỏc ký hiu kờnh. Tuy nhiờn, s lng kờnh cú th c biu

din bng quỏ trỡnh liờn tc tuyn tớnh hn l mó húa chp. c bit, nú cú th c

xem li bng cỏch thay th b mó húa trong ca mó húa Turbo ni tip trong cu

trỳc b mó húa ca h thng DS-CDMA cú th thc hin tt nguyờn tc lp.

Hỡnh 5.3 minh ha cu trỳc b mó húa nh vy.



74



Bộ đan xen



Bộ mã hóa

Đầu vào

dữ liệu



Kênh

DS-CDMA



Đầu vào

kênh



Hỡnh 5.3 Kt hp mó húa kờnh vi mt kờnh DS-CDMA

Quỏ trỡnh gii mó ca s kt hp ny cng ging nh b gii mó Turbo ni

tip nh trờn hỡnh 5.4. u tiờn tớn hiu DS-CDMA c gii tri ph (s dng b

tỏch súng thụng thng hoc b tỏch súng nhiu ngi dựng) v gii an xen to

ra d liu a vo b gii mó kờnh. Theo cỏch ging b gii mó Turbo ni tip, b

gii mó FEC to ra quyt nh u ra cui cựng sau mt s ln lp yờu cu. Nú cng

a ra thụng tin hu nghim mm ngoi lai m c an xen v a vo b tỏch

súng nhiu ngi dựng nh l thụng tin tiờn nghim bc lp tip theo. Quỏ trỡnh

ny c lp li cho n ht s bc lp yờu cu, sau khi m b gii mó FEC a ra

quyt nh cng cho d liu khụng mó húa. Ging nh mó Turbo, nguyờn tc tỏch

súng nhiu ngi dựng Turbo c coi nh l s kt hp mó húa kờnh (mó húa

ngoi) v tỏch súng nhiu ngi dựng (mó húa trong) s dng trao i lp thụng tin

mm. Nh vy, chỳng ta ó thit lp mt ng dng ca nguyờn tc Turbo cho tỏch

súng nhiu ngi dựng. Ging nh gii mó Turbo, phng thc lp cho tỏch súng

nhiu ngi dựng kt hp v mó húa kờnh s ha hn mang li hiu nng t gn

gii hn Shannon.

Thông tin

tiên nghiệm



Bộ giải đan xen



MUD SISO

Đầu ra kênh



Bộ đan xen



Thông tin

hậu nghiệm



Bộ giải mã

FEC SISO



Đầu ra



Hỡnh 5.4 Cu trỳc b tỏch súng/gii mó lp

(nguyờn tc tỏch súng nhiu ngi dựng Turbo)



75



5.3 MY THU LP NHIU NGI DNG

Nh ó cp trờn, b gii mó/tỏch súng ti u s dng ỏnh x ti u t

cỏc tớn hiu thu lờn ký hiu d liu ban u (kt hp tỏch súng nhiu ngi dựng v

mó húa FEC). Tuy nhiờn, kt qu li rt phc tp, s phc tp tng theo hm s m

c s 2 i vi s lng ngi dựng U v di rng buc ca mó húa chp K

(O(2UK)). Trong lc gn ti u (sub-optimal scheme), vic thc hin tỏch súng

ký hiu v gii mó c thc hin riờng r, xem hỡnh 5.5. S phc tp ca cu trỳc

ny gim xung cũn O(2U) + O(2K). Tỏch súng nhiu ngi dựng v gii mó kờnh

thng s dng cỏc thut toỏn rt phc tp, nh vy phc tp l mt trong cỏc

vn cn c chỳ trng nghiờn cu. Trong thc t, nguyờn tc tỏch súng nhiu

ngi dựng Turbo s gim c s phc tp ny.

Bộ giải mã FEC



Bộ giải mã FEC



r(t)



MUD



d1(i)



d2(i)



.

.

.

Bộ giải mã FEC



dU(i)



Hỡnh 5.5 Cu trỳc mỏy thu nhiu ngi dựng

Mỏy thu lp nhiu ngi dựng DS-CDMA cú mó húa FEC c hỡnh thnh

t s kt hp ni tip b to metric (ch tiờu MAP) cho tớn hiu thu c kt hp v

U khi gii mó Turbo n ngi dựng. Hỡnh 5.6 th hin h thng mỏy thu lp

nhiu ngi dựng.

Mỏy thu ly u ra b tỏch súng thụng thng v to cỏc xỏc sut kờnh cú

iu kin p(r(t)\b(t)). Xỏc sut ny l xỏc sut cú iu kin Gauss nhiu bin. Sau ú

b to metric tớnh toỏn cỏc xỏc sut p(r(t)\bu(t)) cho b gii mó th u. Cỏc b gii

mó FEC cho ra xỏc sut bit mó húa hu nghim p(bu(t)\r(t)) s dng nh thụng

tin tiờn nghim cho b to metric bc lp tip theo. Sau mt s ln lp yờu cu,

b gii mó FEC n ngi dựng a ra quyt nh cng ca bit d liu ngi dựng

th u ti thi im t, du(t). S thc hin ch tiờu MAP i vi b to metric m m



76



bo hiu nng b tỏch súng nhiu ngi dựng ti u cú mó Turbo thng s dng

lc mó húa FEC. Bi vy, s dng lc lp ny s t c hiu nng BER

thp nht cho mỏy thu nhiu ngi dựng. Mc dự s phc tp ca cu trỳc l quỏ

cao i vi vic trin khai trong thc t, c bit i vi s lng ngi dựng ln,

nhng nú vn hu ớch hiu nguyờn tc tỏch súng nhiu ngi dựng Turbo ng

thi l im chun cõn i gia hiu nng v phc tp ca mỏy thu loi ny.

Pe[b1(t)]



r(t)



Pe[b2(t)]



Bộ tạo

metric



Bộ giải đan xen 1



Bộ giải đan xen 2



Pa[b1(t)]



Pa[b2(t)]



.

.

.

Pe[bU(t)]



Bộ giải mã Turbo

d2(i)

Bộ giải mã Turbo



.

.

.



Bộ giải đan xen U



Pa[bU(t)]



d1(i)



Bộ đan xen U



Pa[bU(t)]



dU(i)

Bộ giải mã Turbo



Pe[bU(t)]



.

.

.

Pa[b2(t)]



Pa[b1(t)]



Pe[b2(t)]

Bộ đan xen 2



Bộ đan xen 1



Pe[b1(t)]



Hỡnh 5.6 Mỏy thu lp nhiu ngi dựng

Ging nh gii mó Turbo, vn c bn trong lc lp l cỏch trao i

thụng tin gia khõu tỏch súng v khi cỏc b gii mó FEC. i vi mt tớn hiu thu

r(t) cho trc, b to metric cho ra thụng tin hu nghim (LLR) m sau ú c

dựng gii an xen, l thụng tin hu nghim cho cỏc b gii mó FEC, Pa [b u (t )] ; u

{1, 2, ..., U}. Tng t, mi b gii mó n ngi dựng a ra thụng tin hu





nghim, Pe [b u (t )] , m s dựng sau an xen l thụng tin tiờn nghim, Pa [b u (t )] , cho



b to metric mi ln lp. Ging nh mó Turbo, ý tng chớnh l trao i

thụng tin mm bng cỏch s dng b tỏch súng nhiu ngi dựng SISO v khi cỏc

b gii mó FEC n ngi dựng.



77



5.3.1 B to metric

Nguyờn tc quyt nh MAP cho b to metric theo cụng thc sau:



b (t ) = arg max p (r (t ) \ b (t ))pr (b (t ))



(5.2)



b (t )



Tuy nhiờn, b to metric yờu cu to cỏc metric b gii mó n ngi dựng

cho khi cỏc b gii mó FEC. Thụng tin mm ny t c bng cỏch tớnh LLR ca

xỏc sut cú iu kin nh sau:

p(r (t ) \ b u (t ) = +1)

Pe [b u (t )] = ln

p(r (t ) \ b (t ) = 1)



u







(5.3)



S dng nh lý Bayes, u ra b to metric (LLR) cho ngi dựng u c

xỏc nh bi xỏc sut cú iu kin p(r(t)\bu(t)=b) vi b {-1, +1} c biu din

nh sau:

p(r (t ) \ b u (t ) = b ) =







b( t )

( b u ( t )= b )



U



p(r (t ) \ b(t )) pr (b k (t ))



(5.4)



k =1

ku



Trong ú, pr(bk(t)) l xỏc sut tiờn nghim trong b to metric mi ln lp

v p(r(t)\b(t)) l giỏ tr likelihood kt hp cú c bi hm mt xỏc sut Gauss

nhiu bin nh sau:

r (t ) a (t ) 2



exp





2 2





p(r (t ) \ b(t )) =

N\2 N

(2)



(5.5)



a (t ) l vộc t u vo khụng nhiu i vi vộc t d liu u vo b(t).



5.3.2 B tỏch súng Turbo n ngi dựng

S dựng mó Turbo mó húa FEC s rt tt cho khõu gii mó. Tuy nhiờn,

cu trỳc b gii mó Turbo cn c thay i nh chp nhn cỏc xỏc sut u vo

mm v a ra xỏc sut u ra mm thớch hp cho u vo tiờn nghim ti b to

metric. Bi vỡ chỳng ta ang xem xột mt cỏch chớnh xỏc b gii mó FEC cho mi

ngi dựng trong h thng nờn phn di õy ch c bn gii quyt quỏ trỡnh gii

mó cho ngi dựng th u.

78



B gii mó Turbo cho ngi dựng th u cú u vo sau khi an xen l

Pa [b u (t )] , m c to ra bi b tỏch súng nhiu ngi dựng. Thụng tin ny s dng



trc tip cho b gii mó MAP SISO th nht nh sau:

i (Yi , s' , s ) = P{Si = s \ Si 1 = s'}



n ci



p(r(t ) \ b (t ) = b )

u



t = n c (i 1)+1



(5.6)



Trong ú:



(



)



exp Pa bu ( t )







1 + exp Pa bu ( t )





p ( r ( t ) \ bu ( t ) = b ) =

1



1 + exp P b t

a u ( )





(



(



)



)



nếu b = 1



(5.7)

nếu b = 1



Cỏc ký hiu thu cú tp õm ti thi im t c ký hiu l Yi = r(nc(i - 1) + 1),

..., r(nci) v tớch ca ton b cỏc bit mó húa cú c t s chuyn i ca b gii mó

SISO t trng thỏi s sang trng thỏi s'. Trong mó Turbo, b gii mó MAP SISO khụng

ly bt k thụng tin tiờn nghim no trong ln lp u tiờn ca lc gii mó Turbo,

tc l: P{Si = s\Si-1 = s'} = 0,5. cỏc ln lp sau ca b gii mó Turbo, b gii mó

MAP SISO th hai cho ra thụng tin tiờn nghim cho cỏc bit i xng trong b gii mó

MAP SISO u tiờn. Chỳ ý rng trong cu trỳc mỏy thu a ngi dựng cú hai quỏ

trỡnh lp, mt cho mó húa FEC s dng mó Turbo v mt cho mỏy thu nhiu nhiu

ngi dựng tng ng nguyờn tc tỏch súng nhiu ngi dựng Turbo.

Nh l mt u ra, b gii mó Turbo phi a ra mt cp nht cỏc LLR cho





cỏc bit mó húa, Pe [b u (t )] , cng nh l cỏc bit d liu, Pe [d u (t )] . Cỏc LLR ca cỏc bit



mó húa xau khi an xen c dựng nh l xỏc sut tiờn nghim u ra b to

metric, xem biu thc (5.4). Tt c cỏc bit l u vo b gii mó Turbo (khụng ch

cỏc bit d liu) cng cú th c cp nht vi cỏc khi b gii mó MAP SISO. Sau



mt s ln lp yờu cu trong b gii mó Turbo, u ra LLR Pe [b u (t )] c tớnh toỏn



s dng cỏc u ra ca cỏc b gii mó MAP SISO, nh l vic trớch mó Turbo, bit

mó LLR d tha c ly t b gii mó MAP SISO th nht v th hai. LLR cho

cỏc bit d liu c ly t u ra ca b gii mó MAP SISO th hai.

79



5.3.3 Lc lp trong mỏy thu nhiu ngi dựng

Cỏc xỏc sut u ra b gii mó Turbo n ngi dựng, p(bu(t) = b\r(t)), sau khi

an xen c gỏn nh l xỏc sut tiờn nghim trong b to metric trong mi ln lp,

xem biu thc (5.4), tc l p(bu(t) = b) = p(bu(t) = b\r(t)) cho u {1, 2, ..., U} v b

{1, -1}. Trong ln lp u tiờn, xỏc sut tiờn nghim trong b to metric c thit

lp l p(bu(t) = b) = 0,5, tc l cỏc chui bit mó húa c cho l cú xỏc sut ngang

nhau. Ti ln lp cui cựng ti mỏy thu, cỏc b gii mó FEC tớnh toỏn LLR hu

nghim ca cỏc bit d liu m dựng a ra quyt nh cỏc bit mó húa nh sau:





1 Pe d ( i ) > 0







d (i ) =

còn lại

0





80



(5.8)



Chng 6



TCH SểNG LP TRONG MễI TRNG

NHIU NGI DNG DS-CDMA

6.1 TCH SểNG LP NHIU NGI DNG TRONG KấNH AWGN

Trờn ng xung ca h thng DS-CDMA cỏc tớn hiu thu ti mi thit b

di ng c ng b vi nhau do trm gc phỏt qung bỏ ti tt c ngi dựng

mt cỏch ng thi. Khi mó trc giao ti thit b u cui b tỏch súng thụng

thng t c hiu nng n ngi dựng cỏc iu kin lý tng, tc l khụng

cú nhiu a truy nhp v khụng a ng. Tuy nhiờn, cỏc kờnh phõn tp thi gian

thng c dựng ph bin cho thụng tin di ng s phỏ b thuc tớnh trc giao ca

h thng. Theo kch bn ny, mó tri ph gi ngu nhiờn cú th l s la chn tt

hn mụ t cỏc iu kin kờnh khi chỳng to ra mc nhiu trung bỡnh ging tp

õm khi s lng ngi dựng ln.

Trong mc ny chỳng ta xột ng xung h thng DS-CDMA vi mó húa

FEC s dng mó tri ph gi ngu nhiờn trờn kờnh AWGN. Tip theo chỳng ta s

cp n vic thc hin k thut tỏch súng tuyn tớnh to ra khõu tỏch súng nhy m

cú th dựng cho nguyờn tc tỏch súng nhiu ngi dựng Turbo. Da trờn cỏc nghiờn

cu ny, chỳng ta s xem xột mụ hỡnh mỏy thu lp nhiu ngi dựng. Trong cu trỳc

ny khụng ch cú li do gim c phc tp ca mỏy thu m cũn khai thỏc nguyờn

tc lp ci thin hiu nng mỏy thu theo cỏch ging nh mó Turbo.

6.1.1 Mụ hỡnh h thng

Chỳng ta mụ hỡnh húa ng xung ca mt h thng truyn thụng DSCDMA thi gian ri rc vi mó húa FEC cho U ngi dựng tớch cc. Gi s rng c

bit v chip ng b vi cỏc mu ly ti tc chip. Hỡnh 6.1 minh ha mụ hỡnh h

thng. Ngi dựng th u truyn mt khi d liu nh phõn phõn b c lp v ng

nht, {du(i)}; i {1, 2, ..., L}, u {1, 2, ..., U}, trong ú du(i) l bit d liu th i

ca ngi dựng th u.



81



c1(t)

d1(i)



Bộ mã hóa



Bộ đan xen 1



d1(i)



b1(t)



c2(t)

d2(i)



Bộ mã hóa



Bộ mã hóa



d2(i)



Bộ đan xen 2



x(t)



.

.

.

dU(i)



AWGN



b2(t)

Máy thu

r(t)

lặp đa

ngời dùng



.

.

.



cU(t)

bU(t)



dU(i)



Bộ đan xen U



Hỡnh 6.1 Mụ hỡnh h thng DS-CDMA vi mó húa FEC trờn kờnh AWGN

gim s phc tp ca mỏy thu, mó húa FEC s dng l mó chp. gim

hiu ng li cm (error burst) ti u vo ca b gii mó FEC, chui cỏc bit mó húa

ti u ra ca mi b mó húa c an xen theo kiu ngu nhiờn ri rc. B an xen

ngu nhiờn l s hoỏn v ỏnh x chui bit mó húa FEC L/R0 thnh chui d liu

tng t vi s sp xp mi, tc l vi mi t cú mt s nguyờn ngu nhiờn tng

ng (t) khụng lp li (t (t)). Mi b an xen cú mt b gii an xen tng ng

m tỏc ng lờn chui ó an xen ca cỏc bit mó húa FEC v a chỳng tr li s

sp xp ban u. Mt khỏc, mó tri ph c la chn li c lp vi mu gi ngu

nhiờn theo tng bit (cỏc bit mó húa kờnh) cho mi ngi s dng. S cú tng

ng xỏc sut s dng chui ngu nhiờn. Gi s rng, tt c ngi dựng phỏt

cụng sut khụng i nh nhau. Ti thi im t, u ra ca kờnh c xỏc nh chớnh

xỏc nh biu thc sau:

r (t ) = CAb (t ) + n (t )



Trong ú, ma trn mó C cú NìU chiu c xỏc nh nh sau:

c1,1



c1, 2

C=





c1,N





c 2,1

c 2, 2

c 2, N



c U ,1



c U ,2





c U,N





A l ma trn biờn ngi dựng cú kớch thc UìU, c xỏc nh bi:



82