tóm tắt nghiên cứu nâng cao chất lượng xử lý tín hiệu trong các hệ thống thông tin đa người dùng

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Các hệ thống thông tin đa ngƣời dùng phát triển mạnh mẽ Trong số hệ thống thơng tin di động tiên tiến 3G WCDMA hay 4G LTE ví dụ điển hình Các hệ thống vừa phải đáp ứng dung lƣợng cao (số lƣợng ngƣời dùng lớn) vừa phải có chất lƣợng tốt (đa dịch vụ, QoS cao) Đáp ứng đƣợc đồng thời yêu cầu nhờ tiến mạnh mẽ kỹ thuật xử lý tín hiệu Vì lí nêu việc nghiên cứu nâng cao chất lƣợng xử lý tín hiệu hệ thống thơng tin đa ngƣời dùng cấp thiết Đối tượng phạm vi nghiên cứu Các hệ thống thông tin đa ngƣời dùng; Các phƣơng pháp tách tín hiệu đa ngƣời dùng; Mã sửa sai thông tin di động đa ngƣời dùng 3G 4G Nội dung, phương pháp nghiên cứu, kết cấu luận án Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu kỹ thuật chống nhiễu; Mã sửa sai BICM-ID (BitInterleaved Coded Modulation-Iterative Decoding); Các phƣơng pháp tách tín hiệu đa ngƣời dùng Xây dựng mơ hình kết hợp kỹ thuật tách tín hiệu đa ngƣời dùng MUD MMSE (khử nhiễu có độ phức tạp thấp) với sơ đồ BICM-ID (hoạt động tốt kênh AWGN pha-đinh) điều chế bậc cao (thƣờng 16-QAM) hệ thống di động đa ngƣời dùng 3G trở lên để nâng cao chất lƣợng xử lý tín hiệu Nghiên cứu đề xuất kỹ thuật kết hợp tạo dạng biểu đồ chòm tín hiệu 16-QAM với hệ thống BICM-ID Tuy nhiên, sử dụng điều chế bậc cao nên hệ thống phải trả giá khả chống nhiễu tạp âm Để khắc phục điều ta kết hợp điều chế bậc cao với mã kênh sử dụng tính chất bảo vệ lỗi khơng (UEP: Unequal Error Protection) 16-QAM Phương pháp nghiên cứu: Dựa phân tích giải tích, xây dựng mơ hình mơ hệ thống tiến hành mô MATLAB để khảo sát khẳng định kết nghiên cứu 2 Kết cấu luận án chia thành chương: Chƣơng 1: Trình bày tổng quan thơng tin đa ngƣời dùng, Các phƣơng pháp đa truy nhập; Nguyên nhân biện pháp khắc phục nhiễu MAI MI; Tổng quan phƣơng pháp MUD; Vai trị mã hóa thơng tin di động Chƣơng 2: Xây dựng mơ hình MUD dựa MMSE BICM–ID với điều chế 16-QAM Chƣơng 3: Hệ thống BICM-ID dùng 16-QAM tái sử dụng phần điểm tín hiệu khảo sát tính chất UEP hệ thống 4G LTE Ý nghĩa thực tiễn Các đề xuất cải tiến phƣơng pháp tách tín hiệu luận án cho phép nâng cao chất lƣợng hệ thống thông tin di động đa ngƣời dùng Chương THÔNG TIN ĐA NGƢỜI DÙNG 1.1 Tổng quan hệ thống đa người dùng Hệ thống thông tin đa ngƣời dùng hay gọi hệ thống đa truy nhập Có ba phƣơng pháp đa truy nhập hệ thống là: Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA); Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA; Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 1.2 Nhiễu đa truy nhập (MAI) nhiễu đa đường (MI) Có hai nguồn nhiễu chủ yếu hệ thống CDMA: nhiễu đa truy nhập MAI (Multiple Acess Interference) nhiễu đa đƣờng MI (MultiPath Interference) MAI gây hàm tƣơng quan chéo CCF (Cross Correlation Function) khơng hồn hảo mã CDMA, nhiễu MI hiệu kết hợp hàm tƣơng quan chéo CCF Hàm tự tƣơng quan ACF (Auto Correlation Function) lệch pha mã trải phổ đƣợc dùng hệ thống kênh đa đƣờng Ngoài MAI MI, hiệu ứng gần xa ảnh hƣởng tới dung lƣợng (số ngƣời dùng hệ thống) chất lƣợng hệ thống Hiệu ứng gần-xa xảy máy di động gần trạm gốc có cơng suất phát q lớn ngăn chặn máy di động xa tồn lƣu lƣợng tế bào 3 1.3 Các kỹ thuật để chống lại nhiễu Có số kỹ thuật để chống lại nhiễu nhƣ: Điều khiển công suất chống lại hiệu ứng gần-xa; Tách tín hiệu đa ngƣời dùng để chống lại nhiễu MAI; Máy thu RAKE để khắc phục MI; Các kĩ thuật tạo búp để chống lại nhiễu đồng kênh; Tách tín hiệu CDMA có trợ giúp pilot; Mã sửa sai kênh truyền Luận án nghiên cứu sâu mã sửa sai chống nhiễu kênh truyền tách tín hiệu đa ngƣời dùng 1.4 Tách tín hiệu đa người dùng (MUD) 1.4.1 Mơ hình hệ thống Tín hiệu thu đƣờng lên đƣợc biểu diễn bởi: (1.1) Giả thiết xung symbol vuông, dạng tƣơng quan mạch lọc phối hợp đơn giản tích phân tín hiệu thu đƣợc nhân với mã trải phổ quan tâm ak(t) sóng mang đồng pha cos(ct ) khoảng thời gian symbol Tb (1.3) Ta biểu diễn tập đầu mạch lọc phối hợp dạng véctơ nhƣ sau: (1.4) Trong y  [ y1 , y2 , , yK ]T R ma trận K  K biểu diễn tƣơng quan dạng sóng trải phổ khoảng bít Do đó, j,k phần tử R thì: (1.5) A ma trận đƣờng chéo với véc-tơ [A1, A2,…, AK]T dọc theo đƣờng chéo; Ak  Pk / 2, , b = [b1, b2, , bK] bít liệu từ tín hiệu K tín hiệu n  [n1, n2 , , nK ]T véctơ mẫu tạp âm Gao-xơ, với trung bình ma trận hiệp phƣơng sai ∑n=2R, tạp âm sau giải trải phổ   N0 / 4Tb công suất Khi định bít tín hiệu đƣợc thực nhƣ sau: (1.6) hàm sgn(x) đƣợc áp dụng theo phần tử: (1.7) 1.4.2 Thu đa người dùng tối ưu (1.18) Thu đa ngƣời dùng dựa dãy hợp lý cực đại có độ tăng ích cao nhƣng độ phức tạp tăng theo hàm mũ ngƣời sử dụng nên giải pháp cận tối ƣu đƣợc quan tâm 1.4.3 Thu đa người dùng cận tối ưu tuyến tính Bộ tách tín hiệu tuyến tính thiết bị đƣa định dựa biến đổi tuyến tính véc tơ đầu lọc phối hợp y: (1.19) Trong T tốn tử tuyến tính y sgn(x) đƣợc xác định phƣơng trình (1.7) Hình 1.5 Sơ đồ khối cấu trúc máy thu cận tối ưu tuyến tính tổng quát 1.5 Mã sửa sai ứng dụng thông tin di động Mã sửa sai chống nhiễu kênh truyền thƣờng dùng mã khối mã xoắn Trong đó, mã khối thƣờng dùng mã Hamming, mã RS, mã BCH, mã Cyclic… Mã xoắn gọi mã chập, áp dụng cho giải mã mềm hiệu Để tăng hiệu sử dụng băng thông ngƣời ta dùng điều chế nhiều mức với chịm tín hiệu M-PSK hay M-QAM Mã lƣới TCM ánh xạ bít đƣợc mã hố vào tập tín hiệu khơng nhị phân nhƣ ASK, PSK, QAM Hệ thống TCM đạt hiệu cao kênh AWGN nhƣng hiệu thấp kênh pha-đinh Mã BICM-ID: Nhờ điều chế mã hóa có hốn vị bít BICM (Bit Interleaved Coded Modulation) hệ thống hiệu tốt kênh pha-đinh Và nhờ có giải mã lặp (ID) hệ thống BICM-ID tốt kênh Gao-xơ 1.6 Kết luận chương Trƣớc tiên, chƣơng trình bày tổng quan nhiễu đa ngƣời dùng nhiễu đa đƣờng hệ thống thông tin di động Nội dung chƣơng giải pháp để khắc phục loại nhiễu này, tập trung vào giải pháp tách tín hiệu đa ngƣời dùng (MUD) Có thể thấy tách tín hiệu đa ngƣời dùng tối ƣu bảo đảm cải thiện chất lƣợng đáng kể song có độ phức tạp tăng hàm mũ theo số tín hiệu đƣợc tách Do đó, giải pháp cận tối ƣu bao gồm kĩ thuật tuyến tính phi tuyến đƣợc quan tâm nghiên cứu Phần cuối chƣơng trình bày tổng quan vai trò mã kênh loại mã phổ biến thông tin di động số Các kiến thức trình bày chƣơng sở cho nghiên cứu chƣơng luận án 6 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH MUD DỰA TRÊN MMSE VÀ BICM-ID ĐIỀU CHẾ 16-QAM 2.1 Tách tín hiệu đa người dùng MMSE Hình 2.1 Sơ đồ khối kênh đường lên CDMA đa người dùng Có thể biểu diễn vector tín hiệu thu ngƣời dùng nhƣ sau: y = RAb + n (2.25) Bộ tách tín hiệu tuyến tính MMSE cho định sau: (2.35) 2.2 Khảo sát hiệu tách tín hiệu đa người dùng MMSE 2.2.1 Khảo sát hiệu tách tín hiệu MMSE điều chế BPSK Trên hình 2.8, điểm chấm màu đỏ thể tín hiệu đa ngƣời dùng trƣớc tách tín hiệu MMSE, cịn điểm màu xanh thể điểm tín hiệu ngƣời dùng sau áp dụng tách tín hiệu MMSE Kết cho thấy điểm màu xanh co cụm điểu màu đỏ cụm điểm tín hiệu ngƣời dùng gọn so với có 10 ngƣời dùng Điều lặp lại với hai giá trị SNR, cho phép nhận xét nhiều MAI (khi có nhiều ngƣời dùng) gây ảnh hƣởng xấu tới tách tín hiệu Đồng thời nhận thấy tách tín hiệu MMSE, đơn giản nhờ chất xử lý tuyến tính, nhƣng có hiệu với việc giảm nhiễu MAI 7 (a) ngƣời dùng SNR 5dB (b) ngƣời dùng SNR 10dB (c) 10 ngƣời dùng SNR 5dB (d) 10 ngƣời dùng SNR 10dB Hình 2.8 Kết so sánh cụm điểm tín hiệu BPSK có tách tín hiệu đa người dùng MMSE với khơng có MMSE Khảo sát hiệu BER tách tín hiệu đa người dùng MMSE điều chế BPSK Hình 2.9 Kết so sánh hiệu BER tách tín hiệu đa người dùng MMSE điều chế BPSK Kết khảo sát BER cho trƣờng hợp đơn ngƣời dùng K=1 trƣờng hợp đa ngƣời dùng K=5 K=10 đƣợc thể hình 2.9 Ta nhận thấy, tách tín hiệu đa ngƣời dùng có tác dụng với nhiễu MAI (khi có đa ngƣời dùng) Khi số ngƣời dùng tăng lên, nhiễu MAI tăng lên làm cho chất lƣợng hệ thống giảm đi, có tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE độ lợi xử lý giảm số ngƣời dùng tăng lên Khảo sát phân bố nhiễu MAI sau tách tín hiệu đa người dùng MMSE BPSK a) BPSK ngƣời dùng b) BPSK 10 ngƣời dùng c) BPSK 20 ngƣời dùng d) BPSK 30 ngƣời dùng Hình 2.10 Kết phân bố nhiễu MAI sau tách tín hiệu đa người dùng MMSE BPSK Có thể thấy số ngƣời dùng tăng lên, phân bố nhiễu MAI sau tách tín hiệu MMSE tiến gần tới dạng Gao-xơ Điều chứng minh cho việc số ngƣời tăng lên chất lƣợng truyền tin bị tồi 9 2.2.2 Khảo sát hiệu tách tín hiệu MMSE điều chế 16-QAM (a) ngƣời dùng SNR dB (c) 10 ngƣời dùng SNR dB (b) ngƣời dùng SNR 15 dB (d) 10 ngƣời dùng SNR 15 dB Hình 2.11 So sánh cụm điểm tín hiệu 16-QAM có tách tín hiệu đa người dùng MMSE với khơng có MMSE Trên hình 2.11, điểm chấm màu đỏ thể tín hiệu đa ngƣời dùng trƣớc tách tín hiệu MMSE, cịn điểm màu xanh thể điểm tín hiệu ngƣời dùng sau áp dụng tách tín hiệu MMSE Cũng nhƣ trƣờng hợp điều chế BPSK, nhận thấy điểm màu xanh co cụm so với điểm màu đỏ, cụm điểm tín hiệu ngƣời dùng gọn so với có 10 ngƣời dùng Điều lặp lại với hai giá trị SNR, lần cho phép nhận xét nhiễu MAI (khi có nhiều ngƣời dùng) gây ảnh hƣởng xấu tới tách tín hiệu Đồng thời nhận thấy tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE, đơn giản nhờ chất xử lý tuyến tính, nhƣng có hiệu với việc làm giảm nhiễu MAI 10 Khảo sát hiệu BER tách tín hiệu đa người dùng MMSE điều chế 16-QAM Hình 2.12 Kết so sánh hiệu BER tách tín hiệu đa người dùng MMSE điều chế 16-QAM Hình 2.12 cho thấy có ngƣời dùng đơn, đƣờng cong BER trƣờng hợp có xử lý MMSE trùng với đƣờng cong BER trƣờng hợp khơng sử dụng tách tín hiệu MMSE, minh chứng cho việc tách tín hiệu đa ngƣời dùng có tác dụng với nhiễu MAI (khi có đa ngƣời dùng) Khi số ngƣời dùng tăng lên, nhiễu MAI tăng lên làm cho chất lƣợng hệ thống giảm đi, có tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE độ lợi xử lý giảm số ngƣời dùng tăng lên Khảo sát phân bố nhiễu MAI sau tách tín hiệu đa người dùng MMSE 16-QAM a) 16-QAM ngƣời dùng b) 16-QAM 10 ngƣời dùng 11 c) 16-QAM 20 ngƣời dùng d) 16-QAM 30 ngƣời dùng Hình 2.13 Phân bố nhiễu MAI sau tách tín hiệu đa người dùng MMSE 16-QAM Các kết hình 2.13 cho thấy Khi số ngƣời dùng tăng lên, phân bố nhiễu MAI sau tách tín hiệu MMSE tiến gần tới dạng phân bố Gao-xơ Các số liệu thống kê cho thấy giá trị trung bình nhiễu MAI xấp xỉ 0, phƣơng sai tăng dần theo số ngƣời d ùng Điều có nghĩa số ngƣời dùng tăng lên chất lƣợng truyền tin, tính theo BER bị tồi 2.3 Sơ đồ điều chế mã hoán v it giải mã l p ( ICM-ID) Máy phát BICM Sơ đồ phát BICM gồm mã, hoán vị bit điều chế không nhớ ghép nối tiếp nhƣ hình 2.14 ut Bộ mã Bộ hốn vị vt Bộ điều chế xt Hình 2.14 Sơ đồ khối máy phát BICM Giải mã lặp cho BICM Mặc dù BICM hoạt động tốt kênh pha-đinh tăng độ phân tập, nhƣng khó khăn BICM suy giảm kênh Gao-xơ hoán vị gây điều chế ngẫu nhiên Với hoán vị bit giải mã cận tối ƣu, symbol điểm bất k chòm Giải mã lặp khôi phục lại điều chế ngẫu nhiên 12 2.4 Sơ đồ khối máy thu kết hợp tách tín hiệu đa người dùng MMSE với giải mã l p ICM-ID Từ phân tích lý thuyết tín hiệu đa ngƣời dùng, tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE dựa kết mô minh họa mục 2.2, rút số nhận xét sau: - Tín hiệu thu đa ngƣời dùng bị tác động pha-đinh đa đƣờng, nhiễu đa truy cập MAI, tạp âm trắng cộng tính Gao-xơ Giả thiết sử dụng kỹ thuật phân tập để xử lý pha-đinh đa đƣờng số ngƣời dùng đủ lớn coi tổng nhiễu tạp tác động xấu tới tín hiệu có ích coi phân bố Gao-xơ - Tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE kỹ thuật đơn giản, cho phép giảm tác động nhiễu MAI Và tính chất tuyến tính MMSE nên nhiễu tạp sau tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE coi phân bố Gao-xơ Để cải thiện phẩm chất hệ thống, sử dụng loại mã sửa lỗi hƣớng (FEC) nhƣ sơ đồ khối hệ thống đƣờng lên hình 2.1 Cấu trúc liên kết nối tiếp máy mã chập nhị phân, hốn vị bít điều chế đa mức, luận án đề xuất áp dụng sơ đồ điều chế mã có hốn vị bít giải mã lặp BICM-ID kết hợp với tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE nhƣ hình 2.16 Hình 2.16 Sơ đồ khối máy thu kết hợp tách tín hiệu đa người dùng với giải mã lặp BICM-ID 2.5 Kết luận chương Tín hiệu thu đƣờng lên đƣờng xuống hệ thống thông tin đa ngƣời dùng CDMA bị tác động xấu nhiễu đa truy nhập MAI tạp âm Gao-xơ trắng cộng tính Khi số ngƣời dùng đủ lớn, nhiễu tạp tổng cộng có 13 thể coi có phân bố Gao-xơ Tính chất phân bố nhiễu tạp không thay đổi sử dụng tách tín hiệu tuyến tính MMSE, vừa đơn giản vừa hiệu Phù hợp với sơ đồ tuyến phát có kết hợp mã hóa sửa lỗi, hốn vị bít với điều chế bậc cao, luận án đề xuất kết hợp tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE với giải mã lặp BICM-ID phía thu để nâng cao chất lƣợng tổng thể hệ thống đa ngƣời dùng Do nhiễu tạp sau tách tín hiệu MMSE có phân bố Gao-xơ, việc thiết kế hệ thống BICM-ID tối ƣu chƣơng luận án đƣợc tiến hành dễ dàng Chƣơng khảo sát đƣa kết luận việc sử dụng tính chất xác suất lỗi bít khơng UEP điều chế 16-QAM để nâng cao chất lƣợng truyền dẫn thông tin quan trọng Nghiên cứu UEP đƣợc trình bày chƣơng luận án Chương HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ MÃ HĨA HỐN VỊ BÍT VÀ GIẢI MÃ LẶP TÁI SỬ DỤNG MỘT PHẦN BỘ TÍN HIỆU QAM 3.1 Đ t vấn đề Các nghiên cứu trƣớc thƣờng tập trung vào đề xuất phƣơng pháp ánh xạ (Gray, SP, Anti-SP) lên tập tín hiệu đa điểm cho đảm bảo a) vùng thác xảy sớm (tại SNR nhỏ) b) sàn lỗi thấp (error floor) Luận án nghiên cứu kỹ thuật kết hợp tạo dạng biểu đồ chịm tín hiệu với hệ thống BICM-ID đề xuất tái sử dụng phần điểm tín hiệu 3.2 Mơ hình hệ thống BICM-ID Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống BICM-ID 14 3.3 Điều chế 16-QAM tái sử dụng phần điểm tín hiệu - Năng lƣợng chùm tín hiệu: - Bình phƣơng cự ly bit trung bình: ES  M M  (a k 1 dTB  k  bk2 ) (3.7) m dj m j 1 (3.9) - Tỉ lệ tín tạp kênh điều chế BPSK tƣơng đƣơng bằng: (3.11) - Xác suất lỗi bit máy mã chập tỉ lệ mã hóa b/c truyền qua kênh * BPSK với tỉ lệ tín tạp Eb / N0 đƣợc chặn bởi: (3.12) mR dTB K ES - Hệ số tăng ích K: (3.13) - Đối với ánh xạ khơng có mức bảo vệ bit để thiết lập đƣợc đƣờng biên xác suất lỗi (3.12) luận án đề xuất chọn: d  d ( sk ) j j 1 k  M Ánh xạ tối ưu cho 16-QAM không tái sử dụng điểm tín hiệu Hình 3.2 Gán nhãn nhị phân cho 16-QAM cự ly bit (3.14) 15 Tái sử dụng điểm tín hiệu16 QAM (a) (b) (c) (d) Hình 3.3 Các phương án tái sử dụng điểm tín hiệu 16-QAM 16 Khi SNR nhỏ, tức mức nhiễu lớn tái sử dụng điểm tín hiệu có lƣợng thấp thay cho điểm có lƣợng cao nhƣ hình 3.3a 3.3b để giảm lƣợng trung bình chịm tín hiệu dẫn đến giảm MAI đồng nghĩa với tăng dung lƣợng hệ thống đa ngƣời dùng Khi SNR lớn, tức mức nhiễu nhỏ, tái sử dụng điểm tín hiệu nhƣ hình 3.3c 3.3d để tăng bình phƣơng khoảng cách Ơ- cơ- lit trung bình chịm tín hiệu, dẫn đến tăng chất lƣợng hệ thống (ở hạ thấp sàn lỗi BER) Bảng ánh xạ tái sử dụng phần điểm tín hiệu 16-QAM Kết mô hệ thống BICM tái sử dụng phần tín hiệu 16-QAM Kết mơ cho BER theo Eb / N0 (dB) hình 3.4 khẳng định thứ tự tăng ích Trong mơ phỏng, máy mã chập đệ quy hệ thống đƣợc mô tả đa thức sinh [1, / 7] chiều dài hốn vị bít ngẫu nhiên đƣợc chọn 4800 bit Kết mô cho thấy, trừ trƣờng hợp tái sử dụng điểm có lƣợng thấp (các điểm 6, 7, 10, 11) thay cho điểm có lƣợng cao (các điểm 1, 4, 13, 16) có sàn lỗi cao, trƣờng hợp tái sử dụng điểm tín hiệu khác có sàn lỗi thấp so với trƣờng hợp dùng tín hiệu 16-QAM tiêu chuẩn, khơng tái sử dụng điểm tín hiệu Đƣờng biên tính theo (3.12) sát với kết mơ khẳng định độ tăng ích vùng sàn lỗi 17 Hình 3.4 So sánh kết mô (đường liền nét) hệ thống BICM-ID tái sử dụng phần điểm tín hiệu 16-QAM đường biên (đường đứt nét) Hình 3.5 ƣu điểm xáo trộn theo dòng (inline) so với xáo trộn tổng thể (overall interleaving) Việc mô đƣợc thực với mã RSC trạng thái tốc độ ½ có đa thức sinh [1, 5/7] Chiều dài xáo trộn 10000 bít Một lần nữa, quy tắc ánh xạ tối ƣu [16] đƣợc áp dụng cho chịm tín hiệu 16-QAM kết hợp với cách tái sử dụng điểm tín hiệu khác (nhƣ biểu diễn hình 3.3) Có thể thấy đƣờng cong BER có mối quan hệ so sánh cách tái sử dụng điểm tín hiệu khác Ngồi ra, hệ thống với xáo trộn theo dịng (inline: đƣờng đứt nét) có chất lƣợng tốt so với xáo trộn tổng thể (overall interleaving: đƣờng liền nét) Hình 3.5 Kết mô chất lượng hệ thống BICM-ID với cách sử dụng điểm tín hiệu 16-QAM khác Mã RSC tốc độ ½, trạng thái, 10 lần lặp 18 Để so sánh, hình 3.6 biểu diễn kết mô cách tái sử dụng khác điểm tín hiệu 16-QAM trƣờng hợp ánh xạ phân hoạch tập cải biên (MSP) [19] Trừ trƣờng hợp tái sử dụng điểm tín hiệu có lƣợng thấp thay cho điểm tín hiệu có lƣợng cao (tức Es  ), ta quan sát thấy mối quan hệ tƣơng tự nhƣ nhận xét với hình 3.4 Hình 3.6 Kết mơ (đường đậm) BICM-ID với sử dụng phần điểm tín hiệu 16-QAM cận (đường đứt nét) sử dụng ánh xạ SP cải biên Các kết tính tốn mô cho thấy việc tái sử dụng phần điểm tín hiệu cho phép cải thiện giá trị BER vùng sàn lỗi Ngoài ra, việc tạo nhiều phiên ánh xạ tập tín hiệu với mức BER sàn lỗi khác mức SNR đầu vùng sàn lỗi khác đƣợc dùng cho sơ đồ thích nghi để có đƣợc BER tốt tùy theo điều kiện kênh truyền 3.4 Tính chất ảo vệ lỗi khơng Nhƣ trình bày mục 3.3, việc tái sử dụng điểm tín hiệu có lƣợng cao tín hiệu 16-QAM tạo xác suất lỗi thấp so với việc tái sử dụng điểm có lƣợng thấp Nhƣ điểm có lƣợng cao có xác suất lỗi nhỏ điểm có lƣợng thấp Tính chất đƣợc gọi tính chất bảo vệ lỗi khơng UEP (Unequal Error Protection) 19 Hình 3.7 Quá trình xử lý kênh vận tải đường xuống LTE Hình 3.8 Phân đoạn khối mã chèn CRC khối mã Hình 3.9 Bộ mã chập LTE 20 Hình 3.10 Bộ mã hóa turbo LTE Hình 3.11 Bộ hốn vị xếp chịm tín hiệu Đối với mã turbo, bít mang thơng tin hệ thống quan trọng lớn so với bít kiểm tra q trình giải mã Do đó, ngƣời ta ánh xạ nhiều bít mang thơng tin hệ thống vào vị trí đáng tin cậy symbol 16-QAM Các bít mang thơng tin hệ thống đƣợc đƣa vào hốn vị bên trên, bít kiểm tra đƣợc đƣa vào hoán vị bên dƣới Đầu từ hoán vị bên đƣợc ánh xạ lên vị trí bít tin cậy đầu từ hoán vị bên dƣới đƣợc ánh xạ lên vị trí bít tin cậy Hình 3.12 Hốn vị dùng mã turbo 21 Các lối mã hóa turbo (các bít hệ thống, bít kiểm tra chẵn thứ nhất, bít kiểm tra chẵn thứ hai) trƣớc tiên đƣợc hốn vị cách riêng biệt Các bít hốn vị sau đƣợc chèn vào đệm vịng với bít hệ thống đƣợc chèn đầu tiên, theo sau chèn luân phiên bít kiểm tra chẵn thứ thứ hai Sau việc lựa chọn bít tách bít liên tiếp từ đệm vòng đến mức độ cho khớp với tài nguyên gán KẾT QUẢ MƠ PHỎNG TÍNH CHẤT ẢO VỆ IT KHƠNG ĐỀU So sánh BER bít điều chế 16-QAM theo ánh xạ 10 10 BER 10 10 16QAM, Gray mapping 10 Bit Bit Bit Bit -1 10 10 -2 10 -3 BER 10 -4 10 10 10 10 10 16QAM, Modified Gray Bit Bit Bit Bit -1 -2 -3 -4 -5 -5 10 -6 10 -7 10 Signal-to-Noise Ratio, Eb/No (dB) Hình 3.13 So sánh BER bít điều chế 16-QAM theo ánh xạ Gray truyền thống 15 10 -6 -7 -8 10 Signal-to-Noise Ratio, Eb/No (dB) 15 Hình 3.14 So sánh BER bít điều chế 16-QAM theo ánh xạ Gray cải biên Kết mô hình 3.13 3.14 phù hợp với thực tế, cụ thể là: Với ánh xạ Gray truyền thống bít bít đƣợc bảo vệ tốt bít bit Với ánh xạ Gray cải biên bit bit đƣợc bảo vệ tốt bit bit So sánh bảo vệ bít khơng đơn người dùng đa người dùng Hình 3.15 so sánh tính chất bảo vệ bít khơng đơn ngƣời dùng đa ngƣời dùng Cũng nhƣ hình 3.14, có ngƣời dùng bít thứ bít thứ hai đƣợc bảo vệ tốt so với bít thứ ba bít thứ tƣ Có thể thấy có 10 ngƣời dùng, tác động nhiễu MAI nên sau tách tín hiệu MMSE tỷ lệ lỗi bít tồi khoảng 1dB so với 22 trƣờng hợp ngƣời dùng nhƣng đƣờng cong BER cho vị trí bít giữ ngun biến điệu Hình 3.15 So sánh tính chất bảo vệ bít khơng đơn người dùng đa người dùng Nói cách khác, kết hợp với tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE nhờ tính chất tuyến tính xử lý MMSE tính chất bảo vệ bít khơng ánh xạ Gray cải biên đƣợc bảo toàn Điều cho phép mô kết hợp với mã hóa nhị phân, cần mơ với kênh AWGN Biến điệu đƣờng cong BER vị trí bít bảo tồn có tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE So sánh BER mã chập mã Turbo LTE kết hợp với điều chế 16-QAM theo ánh xạ Gray cải biên Hình 3.16 BER mã chập LTE kết hợp với 16-QAM theo ánh xạ Gray cải biên Hình 3.17 BER mã Turbo LTE kết hợp với 16-QAM theo ánh xạ Gray cải biên 23 Kết mơ hình 3.16 cho thấy với mã chập BER tốt không đáng kể nhƣng phù hợp với dự đốn hình 3.17 cho thấy với mã Turbo cần phân tích kỹ giải tích mơ để có kết luận xác cho trƣờng hợp sử dụng mã Turbo 3.4 Kết luận chương Chƣơng này, trình bày phƣơng pháp tái sử dụng tập điểm tín hiệu M-QAM hệ thống điều chế mã có hốn vị bít giải mã lặp Ngồi việc tái ánh xạ điểm tín hiệu lƣợng cao vào điểm tín hiệu lƣợng thấp nhằm giảm lƣợng trung bình tập tín hiệu, luận án đề xuất sơ đồ tái ánh xạ điểm tín hiệu lƣợng thấp vào điểm tín hiệu lƣợng cao nhằm tăng khoảng cách tƣơng đƣơng giải mã bít (gọi khoảng cách bít) Các kết tính tốn mơ cho thấy việc tái ánh xạ điểm tín hiệu lƣợng thấp vào điểm tín hiệu lƣợng cao cho phép cải thiện giá trị BER vùng sàn lỗi Ngoài ra, việc tạo nhiều phiên ánh xạ tập tín hiệu với mức BER sàn lỗi khác mức SNR đầu vùng sàn lỗi khác đƣợc dùng cho sơ đồ thích nghi để có đƣợc BER tốt tùy theo điều kiện kênh truyền Chƣơng này, tiến hành phân tích hoạt động lớp vật lý LTE, trọng vào phần mã hóa kênh điều chế Kết mô với mã chập cho kết luận phù hợp với dự đốn cịn với mã turbo đặt tốn cần phải phân tích thêm Có thể lợi dụng tính chất xác suất lỗi bít khơng phép ánh xạ lên chịm tín hiệu 16-QAM đƣợc đề xuất cho chuẩn Thông tin di động HSPA+ LTE để cải thiện chất lƣợng hệ thống cách áp dụng sơ đồ BICM-ID mã sửa sai mã chập 24 KẾT LUẬN A Những kết Luận án Luận án có kết chính: Luận án đề xuất phƣơng pháp tái sử dụng điểm tín hiệu chùm tín hiệu 16-QAM mơ hình điều chế mã hóa có hốn vị bit giải mã lặp Kết cho phép giảm cơng suất phát trung bình dẫn đến giảm nhiễu đa truy nhập cải thiện chất lƣợng hệ thống Ngồi ra, việc tái sử dụng cịn tạo nhiều phiên ánh xạ tập tín hiệu với mức BER vùng sàn lỗi khác mức SNR đầu vùng sàn lỗi khác Tính chất dùng cho sơ đồ thích nghi để có đƣợc BER tốt tùy theo điều kiện kênh truyền hệ thống đa ngƣời dùng (được thể cơng trình số [1] tác giả) Luận án tiến hành khảo sát tính chất bảo vệ lỗi khơng phép ánh xạ chịm tín hiệu 16-QAM hệ thống di động tiên tiến LTE Kết nghiên cứu cho thấy tính chất bảo vệ lỗi khơng áp dụng đƣợc cho hệ thống di động LTE đa ngƣời dùng để cải thiện chất lƣợng hệ thống cách áp dụng sơ đồ điều chế mã hóa có hốn vị bit giải mã lặp với mã chập, cịn với mã turbo cần phân tích thêm (được thể cơng trình số [2] tác giả) B Hướng nghiên cứu Các kết thiết kế hệ thống điều chế mã hóa có hốn vị bit giải mã lặp luận án dựa thực tế kỹ thuật MUD chuyển kênh có nhiễu MAI MI thành kênh Gao-xơ Tuy nhiên, cần có nghiên cứu để khẳng định tính tối ƣu hệ thống điều chế mã hóa có hốn vị bit giải mã lặp tái sử dụng điểm tín hiệu 16-QAM nhƣ đề xuất luận án bối cảnh toàn hệ thống thông tin đa ngƣời dùng  ... cao chất lƣợng hệ thống thông tin di động đa ngƣời dùng Chương THÔNG TIN ĐA NGƢỜI DÙNG 1.1 Tổng quan hệ thống đa người dùng Hệ thống thơng tin đa ngƣời dùng hay cịn gọi hệ thống đa truy nhập Có... tách tín hiệu đa người dùng MMSE với giải mã l p ICM-ID Từ phân tích lý thuyết tín hiệu đa ngƣời dùng, tách tín hiệu đa ngƣời dùng MMSE dựa kết mô minh họa mục 2.2, rút số nhận xét sau: - Tín hiệu. .. sai kênh truyền Luận án nghiên cứu sâu mã sửa sai chống nhiễu kênh truyền tách tín hiệu đa ngƣời dùng 1.4 Tách tín hiệu đa người dùng (MUD) 1.4.1 Mơ hình hệ thống Tín hiệu thu đƣờng lên đƣợc