BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ TRUYỀN THÔNG CHUYÊN ĐỀ MÃ TURBO VÀ ỨNG DỤNG .Nghiên cứu thiết kế các khối mã hóa và giải mã hóa turbo code

BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ TRUYỀN THÔNG CHUYÊN ĐỀ MÃ TURBO VÀ ỨNG DỤNG, BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ TRUYỀN THÔNG CHUYÊN ĐỀ MÃ TURBO VÀ ỨNG DỤNG .Nghiên cứu thiết kế các khối mã hóa và giải mã hóa turbo code Trong những năm gần đây, các dịch vụ ứng dụng trên mạng di động đã có bước phát triển bùng nổ với nhiều loại hình đa dịch vụ đa nội dung mới như các dịch vụ hội nghị trực tuyến, ngân hàng điện tử, Internet tốc độ cao hay các dịch vụ đào tạo từ xa trực tuyến, game trực tuyến... Các dịch vụ này phát triển đồng nghĩa với việc công nghệ truy nhập cũng liên tục được phát triển để đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao về băng thông cho truy cập, chất lượng dịch vụ và hiệu quả kinh tế. Các công nghệ truy nhập băng rộng đã được phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây bao gồm các công nghệ truy nhập hữu tuyến và công nghệ vô tuyến. Với mục đích mang lại một cái nhìn rõ hơn về các phương pháp mã hóa kênh đan xen và phối hợp tốc độ, ứng dụng của các phương pháp vào hệ thống thông tin di động, nhóm em đã chọn đề tài là: “Nghiên cứu thiết kế các khối mã hóa và giải mã hóa turbo code”.

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ TRUYỀN THÔNG CHUYÊN ĐỀ: Mà TURBO VÀ ỨNG DỤNG Sinh viên thực hiện: Lê Khánh Duy 1853020009 Gvhd: Th.s Phan Tròn TP HCM, 24/11/2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tiểu luận cơng trình nghiên cứu thân, đúc kết từ trình học tập nghiên cứu thực tiễn thời gian qua Các thông tin số liệu sử dụng tiểu luận cuối kì hồn tồn trung thực Thành phố Hồ Chí Minh năm 2021 Người cam đoan HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HK Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP.Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 11 năm 2021 NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN Lê Khánh Duy 1853020009 HỌ VÀ TÊN: Tên tiểu luận cuối kì: Mà TURBO VÀ ỨNG DỤNG GIẢNG VIÊN BỘ MÔN ( Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Trong trình làm tiểu luận mơn học này, để hồn thành đề tài theo yêu cầu thời gian quy định nhà trường khoa ĐT-VT HÀNG KHƠNG khơng cố gắng tơi mà cịn có giúp đỡ, dẫn tận tình thầy PHAN TRÒN Xin chân thành cảm ơn: Thầy Phan Trịn hết lịng giúp đỡ tơi q trình thực tiểu luận Vì tiểu luận yêu cầu thêm vài phần kiến thức phần mềm MatLab nên không tránh khỏi nghi vấn, thắc mắc nhận giúp đỡ giảng giải tận tình thầy nên vấn đề giải Học viện tạo điều kiện học tập hoàn thành báo cáo tiểu luận cách tốt Trong lần làm tiểu luận với đề tài thầy giao cho, tơi ln cố gắng hồn thành cách tốt nhất, báo cáo khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, dẫn thêm giáo viên hướng dẫn thầy Phan Trịn Q thầy, trường Xin chân thành cảm ơn kính chúc thầy sức khỏe! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… TpHCM, ngày 03 tháng 06 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký tên ghi rõ họ tên) Mục Lục PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài: .2 1.2 Mục tiêu nghiên cứu: 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: .2 1.4 Phương pháp nghiên cứu: 1.5 Kết cấu đề tài: CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2.1 Khái niệm Tín Hiệu- Tin Tức- Hệ Thống 2.2 Phân loại tín hiệu 2.3 2.2.1 Dựa trình biến thiên 2.2.2 Dựa vào hình thái 2.2.3 Dựa lượng 2.2.4 Dựa tần số Biểu diễn giải tích tín hiệu 2.3.1 Biểu diễn liên tục tín hiệu 2.3.2 Biểu diễn rời rạc tín hiệu 2.3.3 Tính đối xứng hàm hệ số khai triển chuỗi Fourier 13 CHƯƠNG 3: TÍN HIỆU XÁC ĐỊNH 18 3.1 Tín hiệu xác định 18 3.1.1 Các thơng số tín hiệu xác định 18 3.1.1.1 Tích phân tín hiệu 18 3.1.1.2 Giá trị trung bình tín hiệu 19 3.1.1.3 Năng lượng tín hiệu .19 3.1.1.4 Công suất trung bình tín hiệu 20 3.2 Tín hiệu xác định thực phức 20 3.2.1 Tín hiệu xác định thực 20 3.2.1.1 Tín hiệu lượng 20 3.2.1.2 Tín hiệu có cơng suất trung bình hữu hạn 22 3.2.1.3 Tín hiệu phân bố 24 3.2.2 3.3 3.4 Tín hiệu xác định phức 25 Phân tích thành phần tín hiệu 25 3.3.1 Phần thực phần ảo 25 3.3.2 Chẵn- Lẻ 25 3.3.3 Một chiều xoay chiều 26 Phân tích tương quan 26 3.4.1 Khoảng cách tín hiệu .26 3.4.2 Hệ số tương quan 27 3.4.3 Hàm tương quan 27 3.4.3.1 Tín hiệu lượng 27 3.4.3.2 Tín hiệu công suất .28 3.5 Phân tích phổ tín hiệu .29 3.5.1 Phổ tín hiệu lượng 30 CHƯƠNG 4: TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN .33 4.1 Khái niệm 33 4.2 Biến ngẫu nhiên X(A) .34 4.3 Quá trình ngẫu nhiên: X(A,t) 35 4.4 Mật độ phổ công suất 36 4.5 Truyền tín hiệu qua hệ thống tuyến tính 37 4.5.1 Tín hiệu định 37 4.5.2 Tín hiệu ngẫu nhiên 37 4.5.3 Truyền không biến dạng lọc ý tưởng .37 PHẦN II: KẾT LUẬN .38 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 38 3.1 Tổng kết đề tài: 38 3.1 Đề xuất kiến nghị 38 Các thuật ngữ viết tắt 3GPP 3rd Generation Partnership Project APP A Posteriori Probability ARQ Automatic Repeat reQuest AWGN Additive White Gauss Noise AES-CCM Advanced Encryption Standard BER Bit Error Rate BPSK Binary Phase Shift Keying BSC Binary Symmetric Channel BTC Block Turbo Code BICM-ID Bit Interleaved Coded Modulation with Iterative Decoding bps Bits per second CCSDS Consultative Committee for Space Data System CDMA Code Division Multiple Access CRC Cyclic Redundancy Check CSI CC Channel State Information Convolutional Code CP Cyclic Prefix CMAC block Cipher-based Message Authentication Code CTC Convolutional Turbo Code DSL Digital Subscriber Line DL Downlink EAP Extensible Authentication Protocol FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transform HMAC keyed Hash Message Authentication Code IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IP Internet Protocol ISI Intersymbol Interference IFFT Inverse Fast Fourier Transform OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing LDPC Low Density Parity Check Code LAN Local Area Network - Có biểu diễn vật lý rõ ràng Phương pháp phân tích phổ sử dụng nhiều để phân tích tín hiệu, đặc biệt tín hiệu thơng tin (điện thoại, phát thanh, truyền hình, ), điều khiển đo lường v v Phân tích phổ tín hiệu nguyên cứu tính chất tín hiệu thơng qua việc phân tích cấu trúc tần số nó, hình dáng, vị trí, bề rộng phổ, Có thể thấy rằng, phân tích phổ cho ta tin tức tín hiệu nhanh phân tích thời gian, đặc biệt với tín hiệu có nhiều tần số 3.5.1 Phổ tín hiệu lượng Định nghĩa: Phổ tín hiệu lượng xác định biến đổi thuận Fouier ∞ X ( ω )=F ( x ( t ) ) =∫ x (t )e − jωt dt −∞ x ( t )=F ( X ( ω ) ) = −1 ∞ ∫ X ( ω)e− jωt dω π −∞ x ( t ) X ( ω ) gọi cặp biến đổi ℱ  Tính chất: Tính chất 1: Nếu x(t) tín hiệu thực P ( ω ) và| X (ω)|: Hàm chẵn theo ω Q ( ω ) φ(ω): Hàm lẻ theo ω Tính chất 2: x ( t )= X ( ω ) x (−t )=X (−ω) x∗( t )= X∗( ω ) x∗(−t ) =X∗(−ω) 38 Tính chất 3: Tính tuyến tính a.x(t)+b.y(t)  a X ( ω )+ b Y ( ω ) Tính chất 4: Tính đối xứng x(t)  X ( ω ) => X(t)  πx (−ω ) Tính chất 5: Tính chất đồng dạng tỷ lệ x ( αt )≤¿|α|X ( αω) Tính chất 6: Định lý dịch chuyển miền thời gian x ( t−t )≤ X ( ω ) e− jωt x ( t +t )≤X ( ω ) e jωt Tính chất 7: Định lý dịch chuyển miền tần số x ( t ) e jω0 t ≤¿ X ¿ − jω t x (t ) e ≤> X ¿ x ( t ) cos ( ω t )≤¿ ¿ x ( t ) sin ( ω0 t )≤¿ ¿ 2j Tính chất 8: Định lý vi phân miền tần số n (− j ) t n x ( t ) ≤¿ n d X ( ω) ; n=1,2,3, n dω Tính chất 9: Định lý vi phân miền thời gian 39 n d x (t) n ≤¿ ( jω ) X ( ω ) ; n=1,2,3 … n dt Tính chất 10: Định lý tích phân miền thời gian t X (ω) ∫ x ( τ ) dτ≤¿ jω −∞ Tính chất 11: Tích chập miền thời gian x ( t )∗ y ( t )=X ( ω ) Y ( ω ) Tính chất 12: Tích chập miền tần số x ( t )∗ y ( t )= ( X ( ω ) Y ( ω) ) 2π Tính chất 13: Định lý hàm tương quan ∞ φxy ( τ )= ∫ x ( t ) y∗( t−τ ) dt≤¿ X ( ω ) Y∗( ω ) −∞ Tính chất 14: Định lý hàm tự tương quan ∞ φxy ( τ )= ∫ x ( t ) x∗( t−τ ) dt ≤¿| X ( ω )| −∞ Tính chất 15: Định lý tích vơ hướng ∞ ∞ ∫ x ( t ) y∗( t ) dt= 21π ∫ X ( ω ) Y∗( ω ) dω −∞ −∞ ∞ ∞ ∫ |x ( t )| dt= 21π ∫ | X ( ω )| dω −∞ −∞ 40 CHƯƠNG 4: TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN 4.1 Khái niệm Một tín hiệu ngẫu nhiên, phụ thuộc, theo cách đó, vào quy luật ngẫu nhiên Đối với tín hiệu này, khơng thể dự báo trị tức thời, nên có cách biểu diễn giải tích theo thời gian Tuy chúng đặc trưng tính chất thống kê tần số Một tín hiệu ngẫu nhiên quan sát phải xem tạo thành đặc biệt tập tín hiệu gần giống được tạo nên tượng (hay trình) ngẫu nhiên 41 Tín hiệu khơng đốn trước xuất hiện, khơng thể mơ tả biểu thức tốn học, mô tả lý thuyết xác xuất Được gọi “quá trình ngẫu nhiên” Qúa trình ngẫu nhiên gồm số hữu hạn biến ngẫu nhiên Có trình ngẫu nhiên riêng biệt: - Các trình Gauss (mơ hình q trình liên tục, ví dụ ồn nhiệt) - Các q trình Poisson (mơ hình q trình điểm, ví dụ ồn hiệu ứng lạo xạo) - Các q trình Markov (mơ hình, ví dụ lớp rộng tín hiệu thơng tín) 4.2 Biến ngẫu nhiên X(A) Biến ngẫu nhiên đại lượng thực mà trị phụ thuộc vào biến cố ngẫu nhiên ( để biến cố NN mô tả cách định hướng) Sự phụ thuộc biểu diễn quy luật xác suất gọi chung phân bố Sự phân bố biến NN mô tả hàm mật độ xác xuất P X (x) 42 Không cực Px (x) ≥ Định mức thay đổi ∞ ∫ p x ( x ) dx=1 −∞ Xác xuất x1 P( x ≤ X < x )=∫ px ( x ) dx x2 rời rạc p( X = x I ) Hai biến ngẫu nhiên quan trọng Pdf chúng Biến ngẫu nhiên đồng Liên tục : Px (x) = for a ≤ x ≤ b b−a Rời rạc : P ( X = x I ) = , for X ∈ { x , … … x M−1 } M Biến ngẫu nhiên Gaussian Px (x) = √2 π σ e−¿¿¿ x Các thông số: Công thức: ∞ mx = E {X }=∫ xp x ( x ) dx −∞ Phương sai: σ x =E { ( X −mx ) }=E { X } −mX 2 43 2 4.3 Quá trình ngẫu nhiên: X(A,t) Hàm hai biến A, t dạng song tín hiệu miền thời gian với mojt kiện ngẫu nhiên Thường viết tắt X(t) cách nhúng A Qúa trình ngẫu nhiên tĩnh: - Các tham số trung bình khơng phụ thuộc vào thời gian - Đây trình ngẫu nhiên tĩnh (tín hiệu) Thường mơ tả thuận tiện tham số trung bình Hàm hai biến mx (t) = E {X (t) } (cố định ) → m x số Hàm tự tương quan R x (τ ¿ = E {X (t) X ( t + τ )} i Mật độ phổ công suất PSD FT Cách cho miền tần số mơ tả tín hiệu ngẫu nhiên 44 4.4 Mật độ phổ công suất Các thông số ý nghĩa vật lý chúng Trung bình phương sai biến ngẫu nhiên Trung bình, tự tương quan , PSD trình ngẫu nhiên mx Mức DC tín hiệu ∞ E { X ( t ) ,R X ( ) , ∫ G x ( x ) df : Cơng suất tín hiệu trung bình −∞ x σ : Cơng suất trung bình thành phần AC Cho tín hiệu khơng có DC i¿ m x = ii) σ 2x =E { X (t)} công suất tín hiệu trung bình 45 ii Tiếng ồn hệ thống thông tin liên lạc AWGN: Tiếng ồn Gaussian trắng thêm vào Nhiễu thê, vào tín hiệu Trắng: Có PDS không đổi Gaussian: khoảnh khắc, tiếng ồn biến ngẫu nhiên Gaussian Mơ hình tín hiệu : y(t) = x(t) +n(t) i) PSD : G n (f) = N0 ii) Tự tương quan : Rn (τ ¿ = iii) pdf : p (n) = N0 δ (τ ) 2 −n 2σ e √ πσ Tiếng ồn hệ thống thông tin liên lạc Tiếng ồn thường có giá trị nghĩa AWGN AWGN mơ hình nhiễu trừu tượng hữu ích, khơng thực tế sức mạnh vơ hạn Qúa trình rời rạc δ ( )=1 σ =E { X } = Công suất phương sai N0 N0 4.5 Truyền tín hiệu qua hệ thống tuyến tính 4.5.1 Tín hiệu định 46 ∞ y(t) = x(t) * h(t) = ∫ x ( τ ) h ( t−τ ) dτ −∞ Y(f)=X(f)H(f) 4.5.2 Tín hiệu ngẫu nhiên ∞ y(t) = h(t) * x(t) = ∫ x ( τ ) h ( t−τ ) dτ −∞ G y (f) = G x (f) |H (f )| 4.5.3 Truyền không biến dạng lọc ý tưởng Truyền không biến dạng Thời gian : thay đổi cường độ không đổi độ trễ Miền tần số : đáp ứng cường độ khơng đổi tuyến tính giai đoạn hồi sinh y(t) = KX( t - t 0) Y ( f ) = K e− j2 π f t X ( f ) Bộ lọc lý tưởng : không biến dạng băng thông − jθ(f ) H (f) = |H (f )| e { { H ( f )= K passband stopband θ ( f )=2 π f t 47 48 CHƯƠNG V: Mà TURBO VÀ ỨNG DỤNG 49 PHẦN II: KẾT LUẬN CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 3.1 Tổng kết đề tài: Qua bố cục trình bày báo cáo hiểu 3.1 Đề xuất kiến nghị 50 Tài Liệu Tham Khảo: Slide giảng Kỹ Thuật Điện ( Ths Nguyễn Hữu Khương) Các khái niệm tham khảo vi.wikipedia.org 51 52