TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG Đề tài MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM TRÊN KÊNH NHIỄU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG VÀ KÊNH NHIỄU GAUSSE NHÓM 12 Sinh viên thự.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG Đề tài: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM TRÊN KÊNH NHIỄU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG VÀ KÊNH NHIỄU GAUSSE NHĨM 12 Sinh viên thực hiện: HỒNG ĐĂNG Ý HÀN CÔNG THUẬN TRẦN NGỌC LONG Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐỨC Hà Nội, 2022 MSSV 20172928 20172842 20172664 LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, nhu cầu truyền thơng khơng dây ngày tăng Các hệ thống thông tin tương lai địi hỏi phải có dung lượng cao hơn, tin cậy hơn, sử dụng băng thông hiệu hơn, khả chống nhiễu tốt Hệ thống thông tin truyền thống phương pháp ghép kênh cũ không khả đáp ứng yêu cầu hệ thống thông tin tương lai Trong hệ thống thông tin di động, kỹ thuật phân tập sử dụng để hạn chế ảnh hưởng fading đa đường, tăng độ tin cậy truyền tin mà tăng công suất phát hay băng thông Thực tế kỹ thuật phân tập cho phép lợi dụng nhược điểm kênh truyền gây nên hệ thống thông tin vô tuyến nghiên cứu nhiều Trong năm gần đây, kỹ thuật phân tập đa người dùng nghiên cứu hệ thông tin cho hệ 4G, 5G nhằm nâng cao chất lượng hệ thống Hiện đa sóng mang ứng dụng hệ thông tin LTE, WIMAX Vậy phân tập đa người dùng áp dụng hệ đa sóng mang Xuất phát từ ý tưởng trên, nhóm em lựa chọn đề tài tập lớn ”Mơ hệ thống OFDM kênh nhiễu phân tập đa đường kênh nhiễu Gausse”, trường hợp riêng đa sóng mang Mục đích tập lớn để tiến hành tìm hiểu kỹ thuật phân tập đa người dùng việc chia sẻ tài nguyên vô tuyến người dùng với u cầu dịch vụ khác Sau mơ hệ thống phần mềm MATLAB để phân tích, so sánh với ý tưởng đề Từ đưa nhận xét chọn phương pháp lập lịch tối ưu ứng với điều kiện cụ thể Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Đức, người trực tiếp hướng dẫn, bảo chúng em tận tình đề tài Nội dung tập lớn gồm chương: Chương 1: Tổng quan OFDM Chương 2: Kênh vô tuyến Chương 3: Kiến trúc phát tín hiệu OFDM Chương 4: Mã Turbo Chương 5: Mô hệ thống Chương 6: Kết luận Trong q trình thực hiện, khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp thầy giáo bạn để tập nhóm chúng em hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH i CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ OFDM .1 1.1 Phương pháp điều chế sóng mang đơn 1.2 Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM 1.3 Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM .3 CHƯƠNG KÊNH VÔ TUYẾN .5 2.1 Mơ hình kênh vô tuyến 2.1.1 Kênh theo phân bố Rayleigh 2.1.2 Phân bố Rice 2.2 Quan hệ tín hiệu phát, thu mơ hình kênh 2.3 Hiệu ứng đa đường 2.3.1 Rayleigh fading 2.3.2 Trải trễ 2.4 Hiệu ứng Doppler .8 2.4.1 Giới thiệu hiệu ứng Doppler 2.4.2 Biểu diễn toán học .9 2.5 Nhiễu trắng gausse (AWGN) CHƯƠNG KIẾN TRÚC THU PHÁT TÍN HIỆU OFDM 11 3.1 S/P 11 3.2 M-QAM 11 3.3 Chèn sóng mang ảo (Zeros insertion) 11 3.4 IFFT 12 3.5 Chèn khoảng bảo vệ (Guard insertion) 12 CHƯƠNG MÃ TURBO 14 4.1 Tổng quan mã turbo 14 4.1.1 Giới thiệu mã turbo 14 4.1.2 Sự kết nối mã đời mã turbo (TURBO CODE) 14 4.1.3 Bộ mã hóa tích chập hệ thống đệ quy RSC: .15 4.2 Mã hóa mã turbo .16 4.3 Giải mã hóa mã turbo 18 4.3.1 Tổng quan giải thuật giải mã 18 4.3.2 Giải thuật MAP 20 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 22 5.1 Mơ hình hệ thống 22 5.2 Thiết lập thông số 22 5.3 Kết đánh giá 22 CHƯƠNG KẾT LUẬN 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mật độ phổ lượng hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang Hình 1.2 Mật độ lượng hệ thống đa sóng mang Hình 1.3 Mật độ phổ lượng tín hiệu điều chế đa sóng mang OFDM Hình 1.4 a) phổ tín hiệu kênh con; b) phổ tín hiệu hệ thống kênh Hình 2.1 Phân bố Rayleigh Hình 2.2 Mơ hình kênh tuyến tính Hình 2.3 Mơ hình tổng qt truyền dẫn phân tập đa đường Hình 2.4 Mật độ phổ tín hiệu thu Hình 2.5 Mơ hình truyền có nhiễu trắng 10 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống OFDM 11 Hình 3.2 Chèn Zero vào phần băng tần không sử dụng .12 Hình 3.3 Cấu tạo tín hiệu OFDM .13 Hình 4.1 Mã kết nối nối tiếp 14 Hình 4.2 Mã kết nối song song 14 Hình 4.3 Bộ mã hố RSC với r=1/2 k=3 16 Hình 4.4 Cách thức kết thúc trellis mã RSC .16 Hình 4.5 Sơ đồ mã hoá mã Turbo 17 Hình 4.6 Mã SRC .17 Hình 4.7 Sơ đồ trạng thái(a) sơ đồ lưới mã chập (b) 17 Hình 4.8 Tổng quan thuật tốn giải mã .18 Hình 4.9 Bộ giải mã MAP 20 Hình 5.1 Mơ hình hệ thống 22 Hình 5.2 Kết mô .23 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ OFDM Kỹ thuật điều chế OFDM trường hợp đặc biệt phuơng pháp điều chế đa sóng mang sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ phổ tín hiệu sóng mang phụ cho phếp chồng lấn lên mà phía thu khơi phục lại tín hiệu ban đầu Nhờ vậy,hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn nhiều so với kỹ thuật điều chế thông thường Với phát triển kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM ứng dụng rộng rãi Thay sử dụng IDFT người ta sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho điều chế OFDM, sử dụng FFT cho giải điều chế OFDM 1.1 Phương pháp điều chế sóng mang đơn Trong phương pháp điều chế đơn sóng mang, dịng tín hiệu truyền tồn băng tần B, có nghĩa tần số lấy mẫu hệ thống độ rộng băng tần tín hiệu có độ dài là: Trong đó: - độ dài mẫu tín hiệu (s) - bề rộng băng tần hệ thống (Hz) Trong thông tin vô tuyến băng rộng, kênh vô tuyến thường kênh phụ thuộc tần số Tốc độ lấy mẫu thông tin băng rộng lớn, chu lỳ lấy mẫu nhỏ Do phương pháp điều chế đơn sóng mang có nhược điểm sau: Ảnh hưởng nhiễu liên tín hiệu ISI gây hiệu ứng phân tập đa đường tín hiệu thu lớn Điều giải thích sau: giả thiết trễ truyền dẫn lớn kênh , tỷ số tương đối trễ truyền dẫn lớn độ dài mẫu tín hiệu là: Tỷ số lớn nhiều so với trường hợp điều chế đa sóng mang Ảnh hưởng trễ truyền dẫn gây nhiễu liên tín hiệu ISI nhiều mẫu tín hiệu thu Ảnh hưởng phụ thuộc kênh theo tần số lớn hệ thống Do băng thông rộng kênh phụ thuộc vào tần số Hai lý nêu làm cho cân kênh lọc nhiễu máy thu phức tạp Hình 1.1 Mật độ phổ lượng hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang Phương pháp điều chế đơn sóng mang sử dụng chủ yếu thông tin băng hẹp hệ thống thông tin di động tồn cầu GSM Trong thơng tin băng rộng, phương pháp điều chế đa sóng mang đời để cải thiện nhược điểm 1.2 Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM Phương pháp điều chế đa sóng mang hiểu tồn băng tần hệ thống chia làm nhiều băng với sóng mang phụ cho băng khác Ý tưởng phương pháp mô tả hình 1.2 Hình 1.2 Mật độ lượng hệ thống đa sóng mang Phương pháp điều chế đa sóng mang cịn hiểu phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số FDM, tồn bề rộng phổ tín hiệu hệ thống chia làm kênh song song hay gọi kênh phụ với bề rộng là: Độ dài mẫu tín hiệu điều chế đa sóng mang lớn lần so với độ dài mẫu tín hiệu điều chế đơn sóng mang: Hệ tỷ số tương đối trẻ truyền dẫn lớn kênh độ dài mẫu tín hiệu điều chế đa sóng mang giảm lần so với điều chế đơn sóng mang Do nhiều liên tín hiệu ISI gây trễ truyền dẫn ảnh hưởng đến số mẫu tín hiệu Chất lượng hệ thống bị ảnh hưởng hiệu ứng phân tập đa đường Các ưu điểm phương pháp điều chế đa sóng mang so với phương pháp điều chế đơn sóng mang liệt kê sau: Ảnh hưởng nhiều liên tín hiệu ISI đến chất lượng hệ thống giảm đáng kể Ảnh hưởng hiệu ứng lựa chọn tin số kênh (requency selectivity effect) chất lượng hệ thống giảm kênh chia làm nhiều kênh phụ Độ phức tạp cân kênh lọc nhiễu cho hệ thống giảm Tuy nhiên phương pháp điều chế đa sóng mạng có nhược điểm sau: Hệ thống nhạy cảm với hiệu ứng phụ thuộc thời gian kênh (time selectivity) Điều độ dài mẫu tín hiệu tăng lên, nên biến đổi thời gian kênh vơ tuyến xảy mẫu tín hiệu Phương pháp điều chế đa sóng mang khơng làm tăng hiệu sử dụng băng tần hệ thống so với phương pháp điều chế đơn tần, ngược lại kênh phụ phân cách với khoảng định điều lại làm giảm hiệu sử dụng phổ Để làm tăng hiệu sử dụng phổ hệ thống đồng thời kế thừa phương pháp điều chế đa sóng mang, phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM đời 1.3 Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM Điều chế đa sóng mang trực giao OFDM dạng đặc biệt phép điều chế sóng mang thơng thường FDM với sóng mang phụ lựa chọn cho sóng mang phụ trực giao với sóng mang phụ cịn lại Nhờ trực giao phổ tín hiệu kênh cho phép chồng lần lên Điều làm hiệu sử dụng phổ tín hiệu tồn hệ thống tăng rõ rệt Sự chồng lấn phổ tiens hiệu kênh mô tả hình 1.3 hình 1.4 Hình 1.3 Mật độ phổ lượng tín hiệu điều chế đa sóng mang OFDM Hình 1.4 a) phổ tín hiệu kênh con; b) phổ tín hiệu hệ thống kênh Hình 1.4 minh họa cách đơn giản ngun lý trực giao, tín hiệu kênh có dạng tín hiệu hình sin(x)/x Các kênh xếp đặt miền tần số cách khoảng đặn sai cho điểm cực đại kênh điểm không kênh lân cận Điều làm nguyên lý trực giao thỏa mãn cho phép máy thu khôi phục lại tín hiệu phổ kênh chồng lấn lên CHƯƠNG KÊNH VƠ TUYẾN 2.1 Mơ hình kênh vơ tuyến Trong mục này, xem xét hai loại mơ hình kênh vơ tuyến bản, mơ hình kênh Rayleigh kênh Rice 2.1.1 Kênh theo phân bố Rayleigh Hàm truyền đạt kênh thực chất trình xác xuất phụ thuộc thời gian tần số Biên độ hàm truyền đạt kênh tần số định tuân theo phân bố Rayleigh nêu điều kiện môi trường truyền dẫn thảo mãn: Mơi trường truyền dẫn khơng có tuyến tầm nhìn thẳng, có nghĩa khơng có tuyến có cơng suất tín hiệu vượt trội Tín hiệu máy thu nhận từ vô số hướng phản xạ nhiều xạ khác Phân bố Rayleigh biên độ hàm truyền đạt đưa phương trình đây: (2.1) Hình 2.5 Phân bố Rayleigh CHƯƠNG KIẾN TRÚC THU PHÁT TÍN HIỆU OFDM Để thực điều chế OFDM, thực tế người ta thay khối điều chế nhân sóng mang phép biển đổi Furier ngược IFFT Việc sử dụng IFFT yếu tố quan trọng cho phép điều chế OFDM trở thành thực tiễn IFFT điểm vượt trội OFDM so với FDM cho phép điều chế nhiều kênh lúc, điều khó thực sử dụng kỹ thuật FDM Sơ đồ điều chế OFDM thực tế Hình 3.10 Sơ đồ hệ thống OFDM 3.1 S/P Serial to Paralel – biến đổi nối tiếp song song, mục đích tách từ dịng bít tốc độ cao thành dịng bít tốc độ thấp số sóng mang mang liệu hệ thống 3.2 M-QAM Điều chế M-QAM trình ánh xạ cặp bit đầu vào A thành tín hiệu phức chòm điều chế M-QAM đầu B 3.3 Chèn sóng mang ảo (Zeros insertion) Chèn sóng mang ảo OFDM nhằm đảm bảo thành phần trung bình chiều tín hiệu khơng để tạo khoảng bảo vệ tần số hệ thống tín 11 hiệu tránh nhiễu giao thoa tần số ICI (Interearier Interferrence) ICI nhiễu ảnh hưởng giao thoa tần số hệ thống cá tần số lân cận Hình 3.11 Chèn Zero vào phần băng tần khơng sử dụng 3.4 IFFT Biến đổi Fourier ngược nhằm biến đổi tín hiệu từ miền tần số sang miền thời gian 3.5 Chèn khoảng bảo vệ (Guard insertion) Chèn khoảng bảo vệ mục đích chống nhiễu ISI ký hiệu OFDM hệ thống Nhiều ảnh hưởng kênh đa đường sinh Nhiễu ISI nhiều từ tín hiệu đằng trước ảnh hưởng đến tín hiệu đằng sau nguyên nhân kênh truyền Đối với hệ thống OFDM, để tránh bị ảnh hưởng ta chèn khoảng bảo vệ Độ dài khoảng bảo vệ phụ thuộc vào kênh truyền, độ dài khác với hệ thống khác Tuy nhiên, nguyên tắc chung OFDM chèn khoảng bảo vệ, thay việc chèn số không vào khoảng trống ký hiệu, người ta copy phần cuối ký hiệu đưa lên đầu ký hiệu Việc giúp cho việc khôi phục đồng OFDM trở nên dễ dàng 12 Hình 3.12 Cấu tạo tín hiệu OFDM tần số lấy mẫu, độ dài tín hiệu OFDM 13 CHƯƠNG MÃ TURBO 1.1 Tổng quan mã turbo 1.1.1 Giới thiệu mã turbo Mã Turbo kết nối gồm hai hay nhiều mã riêng biệt để tạo mã tốt lớn Mơ hình ghép nối mã Forney nghiên cứu để tạo loại mã có xác suất lỗi giảm theo hàm mũ tốc độ nhỏ dung lượng kênh độ phức tạp giải mã tăng theo hàm đại số Mơ hình bao gồm kết nối nối tiếp mã mã 1.1.2 Sự kết nối mã đời mã turbo (TURBO CODE) Forney sử dụng mã khối ngắn mã tích chập với giải thuật giải mã Viterbi xác suất lớn làm mã mã Reed Salomon dài khơng nhị phân tốc độ cao với thuật tốn giải mã sửa lỗi đại số làm mã Mục đích lúc đầu nghiên cứu lý thuyết sau mơ hình ghép nối mã trở thành tiêu chuNn cho ứng dụng cần độ lợi mã lớn Có hai kiểu kết nối kết nối nối tiếp (hình 4.1) kết nối song song (hình 4.2) Hình 4.13 Mã kết nối nối tiếp Bộ mã hoá gọi mã ngồi, cịn mã hố mã Đối với mã kết nối nối tiếp, tốc độ mã hố: Rnt=k1k2/n1n2 Hình 4.14 Mã kết nối song song Trên mơ hình kết nối lý thuyết.Thực tế mơ hình cần phải sử dụng thêm chèn mã hoá nhằm cải tiến khả sửa sai Năm 1993, Claude Berrou, Alain Glavieux, Puja Thitimajshima viết tác phNm “ Near Shannon limit error correcting coding and decoding: TURBO CODE” 14 đánh dấu bước tiến vượt bậc nghiên cứu mã sửa sai Loại mã mà họ giới thiệu thực khoảng 0.7dB so với giới hạn Shannon cho kênh AWGN Loại mã mà họ giới thiệu gọi mã Turbo, thực chất kết nối song song mã tích chập đặc biệt với chèn Cấu hình gọi là: “Kết nối song song mã tích chập “(Parallel Concatenated Convolutional CodePCCC) Ngồi có “Kết nối nối tiếp mã tích chập” (Serial Concatenated Convolutional Code_SCCC) dạng “Kết nối hổn hợp mã tích chập” (Hybrid Concatenated Convolutional Code_HCCC) Các loại mã có nhiều đặc điểm tương tự xuất phát từ mơ hình Berrou nên gọi chung là: turbo code (TC) 1.1.3 Bộ mã hóa tích chập hệ thống đệ quy RSC: Trong mã TC sử dụng mã tích chập đặc biệt: mã tích chập hệ thống đệ quy ( Recursive Systematic Convolutional Code_RSC ) 1.1.3.1 Bộ mã tích chập hệ thống đệ quy Để mô tả mã hóa mã chập người ta đưa thơng số mã hóa sau: (n, k, K) đó: k: số đầu vào n: số đầu K: chiều dài constraint lengths (số ngăn lớn ghi) Trong k < n để ta thêm độ dư vào luồng liệu để thực phát sai sửa sai Một mã tích chập thông thường biểu diễn qua chuỗi g1= [1 1] g2 = [1 1] viết G = [g1,g2] Bộ mã hố RSC tương ứng mã hố tích chập thơng thường biểu diễn G = [1, g2/g1] ngõ (biểu diễn g1) hồi tiếp ngõ vào, g1 ngõ hệ thống, g2 ngõ feedforward Hình 4.3 trình bày mã hố RSC 15 Hình 4.15 Bộ mã hoá RSC với r=1/2 k=3 1.1.3.2 Kết thúc TRELLIS: Đối với mã tích chập thơng thường, Trellis kết thúc bằng( m= k -1) bit zero thêm vào sau chuỗi ngõ vào Các bit thêm vào lái mã tích chập thơng thường đến trạng thái tất zero (là trạng thái kết thúc trellis) Nhưng cách khơng thể áp dụng cho mã hố RSC có q trình hồi tiếp Các bit thêm vào để kết thúc cho mã hoá RSC phụ thuộc vào trạng thái mã hố khó dự đốn Ngay tìm bit kết thúc cho mã hoá thành phần mã hố thành phần khác không lái đến trạng thái tất zero với bit kết thúc có diện chèn mã hoá thành phần Hình 4.4 kết thúc trellis Hình 4.16 Cách thức kết thúc trellis mã RSC 1.2 Mã hóa mã turbo Mã Turbo có cấu trúc gồm hai mã RSC kết nối song song kết hợp với xáo trộn thuật toán giải mã SISO: 16 Hình 4.17 Sơ đồ mã hố mã Turbo Như vậy, chuỗi liệu hệ thống đầu vào S đưa trực tiếp tới mã chập RSC1 tạo bit kiểm tra đưa qua xáo trộn tới RSC2 tạo Các bít hệ thống kiểm tra đưa tới lược bỏ ghép kênh để loại bỏ bớt bít kiểm tra để tăng tốc độ mã hóa Nếu ta loại bỏ xen kẽ ta tốc độ mã tổng cộng 1/2, cịn khơng loại bỏ tốc độ tổng cộng 1/3 Tín hiệu đẩu mã hóa điều chế truyền qua kênh hình 4.5 Hình 4.6 ví dụ sơ đồ mã RSC, chuỗi đầu vào đưa tới đầu gọi chuỗi bít hệ thống Sơ đồ trạng thái sơ đồ lưới ví dụ hình 4.6 biểu diễn hình 4.7 Hình 4.18 Mã SRC Hình 4.19 Sơ đồ trạng thái(a) sơ đồ lưới mã chập (b) 17 1.3 Giải mã hóa mã turbo 1.3.1 Tổng quan giải thuật giải mã Ngồi kết nối mã tích chập việc sử dụng thành phần đặc biệt chèn, thành phần quan trọng khác chất lượng Turbo qui trình giải mã mềm thực lặp lặp lại độ phức tạp tăng tuyến tính theo kích thước khung Mã PCCC có cấu trúc mã hố kết nối song song nhiên trình giải mã PCCC lại dựa sơ đồ giải mã kết nối nối tiếp Mã Turbo sử dụng giải mã kết nối nối tiếp sơ đồ kết nối nối tiếp có khả chia xẻ thông tin giải mã kết nối, giải mã có sơ đồ kết nối song song chủ yếu giải mã độc lập Các thơng tin nhờ đặc tính mềm, trao đổi, khai thác nhiều lần qua vòng lặp làm tăng đáng kể chất lượng giải mã Trong thực vịng lặp giải mã thơng tin mềm trao đổi giải mã thành phần, Forney chứng minh ngõ mềm tối ưu cho giải mã phải xác suất a posteriori (APP) xác suất bit truyền dựa tín hiệu nhận Vì độ phức tạp mã TC chủ yếu giải mã lặp nên điều cần thiết trước tìm hiểu thuật tốn giải mã tìm cách tốt để giải mã mà khơng làm giảm chất lượng Phát triển thuật toán giải mã hiệu mối quan tâm hàng đầu cải tiến mã TC Hình 4.8 trình bày nhìn tổng quan họ thuật toán giải mã dựa sơ đồ trellis Hình 4.20 Tổng quan thuật toán giải mã Họ thứ họ thuật tốn MAP cịn gọi thuật tốn BCJR (Bahl-CockeJelinek-Raviv, tên bốn người tìm thuật tốn này) Thuật tốn liên quan đến thuật toán giải mã khả xảy lớn (ML) nhằm làm giảm tối đa xác suất 18 lỗi bit Họ bao gồm thuật toán symbol-by-symbol MAP, phương pháp tối ưu để tính thơng tin APP, thuật tốn dạng tích, độ phức tạp cao Trong họ cịn có hai loại thuật tốn làm gần thuật toán MAP để trở thành thuật toán dạng tổng độ phức tạp mà chất lượng giải mã gần tương đương LogMAP phiên gần Log-MAP Max-log-MAP Một họ thuật toán giải mã khác họ thuật toán dựa việc sửa đổi thuật tốn Viterbi (VA) có sử dụng thêm metric bổ sung VA truyền thống khơng tính thơng tin APP, metric bổ sung làm điều Họ thuật toán giải mã bao gồm thuật toán tiếng thuật toán Viterbi ngõ mềm (SOVA) thuật tốn biết đến thuật tốn Viterbi ngõ liệt kê nối tiếp (SLVA) Ngoài hai họ thuật tốn giải mã cịn có số kỹ thuật giải mã lặp khác Tuy thuật toán ngõ mềm dựa sơ đồ trellis khác với VA thuật toán giải mã trellis ML giảm thiểu xác suất lỗi từ mã, thuật toán MAP lại nhắm tới giảm tối đa xác suất lỗi bit MAP phương pháp tối ưu để ước đoán trạng thái ngõ trình Markov điều kiện nhiễu trắng Tuy nhiên MAP khả ứng dụng thực tế khó khăn số học liên quan đến việc biểu diễn xác suất, hàm phi tuyến số phép nhân cộng tính tốn giá trị Log-MAP biến thể MAP, chất lượng gần tương đương mà không gặp trở ngại việc ứng dụng thực tế Log-MAP thực hồn tồn miền logarit, nhờ phép nhân chuyển thành phép cộng ta có hàm tương đối dễ thực Max-Log-MAP SOVA thuật toán gần tối ưu dùng để giảm bớt độ phức tạp tính tốn kênh nhiễu Gauss chất lượng hai loại khơng cao, đặc biệ vùng SNR thấp Max -Log-MAP giống với Log-MAP có điểm khác sử dụng hàm đơn giản nhiều Các nghiên cứu cho thấy Max-Log-MAP làm giảm chất lượng khoảng 0.5 dB so với MAP/Log-MAP kênh nhiễu Gauss Các khác biệt việc thực thuật toán giải mã giúp giải thích khác biệt chất lượng Tại bước thứ k trellis, MAP/Log-MAP chia tất đường thành hai tập ; tập đường bit thông tin ngõ vào tập đường bit thông tin ngõ vào MAP/Log-MAP tính tỉ số xác suất log (LLR) hai tập theo công thức Ngược lại Max -Log-MAP tìm tất đường để chọn đường thích hợp, đường có khả lớn cho bit thông tin ngõ vào Ngõ mềm MaxLog-MAP LLR hai đường Còn SOVA bổ sung vào VA số giá trị thực lưu giữ Thuật tốn tìm đường “tồn tại” đường cạch tranh với đường “tồn tại” Về chất, 19 SOVA sử dụng loại metric có định cứng Max-log- MAP Mặc dù, SOVA ln tìm đường có khả lớn đường cạnh tranh tốt bị loại trước kết hợp với đường ML Kết ngõ mềm SOVA bị sai đường so với ngõ mềm Max-Log-MAP chất lượng giải mã lặp SOVA Max - Log-MAP Mặc dù thuật toán MAP tốt thuật tốn SOVA có cấu trúc phần cứng q trình tính tốn giải mã lại phức tạp nhiều 1.3.2 Giải thuật MAP Bộ giải mã kết hợp nhiều giải mã (thường hai giải mã) giải mã lặp (interatively) Phần lớn tập trung giải thuật Viterbi cung cấp giá trị mềm (soft output or reliability information) cho so sánh giá trị mềm dùng để định bit ngõ Một giải thuật khác quan tâm symbolby- symbol Maximum A Posteriori (MAP) Balh cơng bố Hình 4.21 Bộ giải mã MAP Giải thuật giải mã thực sau: Tách tín hiệu nhận thành chuỗi tương ứng cho giải mã giả mã Ở vịng lặp đầu tiên,thơng tin a priori (thông tin tiền nghiệm) giải mã đưa Sau giải mã đưa thông tin extrinsic ( thông tin ngoại lai )thì chèn đưa tới giải mã đóng vai trị thơng tin a priori giải mã Bộ giải mã sau đưa thơng tin extrinsic vịng lặp kết thúc.Thơng tin extrinsic giải mã thứ giải chèn đưa giải mã thơng tin a priori Q trình giải mã giải mã lặp lại thực đủ số lần lặp qui định 20 Sau vịng lặp cuối cùng, giá trị ước đốn có tính cách giải chèn thơng tin giải mã thứ đưa định cứng 21 CHƯƠNG MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 1.4 Mơ hình hệ thống Hình 5.22 Mơ hình hệ thống 1.5 Thiết lập thông số Băng tần: Thời gian lấy mẫu: Số điểm FFT (IFFT): Điều chế 16-QAM: Khoảng bảo vệ: Tần số Doppler max: Số ký tự OFDM: Số pha/tần số rời rạc: 1.6 Kết đánh giá Kết mô thu tần số Doppler max 50 Hz Hz mô tả đồ thị (Hình 5.2) Với tần số Doppler Hz (kênh không phụ thuộc thời gian) cho kết SER tốt so với tần số Doppler 50 Hz (kênh phụ thuộc thời gian) Kết cho thấy ảnh hưởng hiệu ứng Doppler kênh truyền vô tuyến, tần số Doppler max lớn mức độ ảnh hưởng lớn ngược lại 22 Hình 5.23 Kết mô 23 CHƯƠNG KẾT LUẬN Mục tiêu tập lớn nhóm sử dụng cơng cụ mơ MATLAB để hiểu thêm hệ thống OFDM vấn đề kênh truyền vơ tuyến Trong báo cáo này, nhóm trình bày kiến trúc hệ thống OFDM áp dụng vào việc truyền tải dư liệu Để hiểu rõ hệ thống OFDM, nhóm trình bày chi tiết khái niệm OFDM, kênh truyền vơ tuyến đa đường có hiệu ứng Doppler nhiễu trắng Gauss Để mơ hệ thống, nhóm sử dụng phần mềm MATLAB R2019a để mô kiểm thử Kết thu với yêu cầu đầu tập lớn Trong tương lai nhóm tiến hành hồn thiện hệ thống mà nhóm đề hoàn thành kết hợp với Turbo code để tăng hiệu suất hệ thống Cuối cùng, sau thời gian học tập nghiên cứu tài liệu, đề tài hoàn thành thời hạn Tuy nhiên, với hạn chế kiến thức, thời gian kỹ năng, tập lớn cịn nhiều sai sót, mong q thầy độc giả góp ý để nhóm hồn thiện thêm kiến thức kĩ Một lần xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Đức tận tình hướng dẫn suốt thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn thầy! 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng ”Thông tin di động”, PGS.TS Nguyễn Văn Đức – PGS.TS Trần Quang Vinh [2] Cheng Xiang-Wang – Nguyễn Văn Đức, Các tập Matlab thông tin vô tuyến, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Văn Đức, Thông tin vô tuyến, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Văn Đức, Lý thuyết ứng dụng kĩ thuật OFDM, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 25 ... cầu hệ thống thông tin tương lai Trong hệ thống thông tin di động, kỹ thuật phân tập sử dụng để hạn chế ảnh hưởng fading đa đường, tăng độ tin cậy truyền tin mà tăng công suất phát hay băng thông. .. lượng hệ thống Hiện đa sóng mang ứng dụng hệ thông tin LTE, WIMAX Vậy phân tập đa người dùng áp dụng hệ đa sóng mang Xuất phát từ ý tưởng trên, nhóm em lựa chọn đề tài tập lớn ”Mơ hệ thống OFDM kênh. .. thuật phân tập cho phép lợi dụng nhược điểm kênh truyền gây nên hệ thống thông tin vô tuyến nghiên cứu nhiều Trong năm gần đây, kỹ thuật phân tập đa người dùng nghiên cứu hệ thông tin cho hệ 4G,