CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ Giáo viên hướng dẫn là TS. Lâm Hồng Thạch. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Hội An, ngày 05 tháng 05 năm 2014 GVHD: Lâm Hồng Thạch i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Khoa học và công nghệ Trường Đại học Phan Châu Trinh, những người đã dạy dỗ, trang bị cho em những kíến thức bổ ích trong bốn năm học vừa qua. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo Lâm Hồng Thạch, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian thực tập và làm đồ án. Em xin chân thành cảm ơn ! Hội An, ngày 10 tháng 04 năm 2014 GVHD: Lâm Hồng Thạch ii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ xii MỤC LỤC iii xii MỤC LỤC iii iii xii DANH MỤC HÌNH VẼ viii iii xii LỜI MỞ ĐẦU 1 iii xii Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT NAM 1 iii xii 1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1 iii xii 1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6 iii xii Hình 1.1 Năng lực của các hệ thống 3G mở rộng. 8 iii xii Hình 1.2 Mạng tương lai thống nhất, bao gồm nhiều hệ thống truy nhập đan xen nhau 9 iii xii Hình 1.3 Những vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến 11 iii xii Hình 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15 iii xii Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 iii xii Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 iii xii 2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 iii xii Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 iii xii 2.2 Vai trò của mã hóa 22 iii xii 2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23 iii xii GVHD: Lâm Hồng Thạch iii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.2 Mã hóa khối 24 iii xii Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống và không hệ thống 25 iii xii Hình 2.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 27 iii xiii Hình 2.5 Bộ mã hóa Turbo 30 iv xiii Hình 2.6 Bộ giải mã Turbo 31 iv xiii Hình 2.7 Sơ đồ khối của một hệ thống MIMO 38 iv xiii 2.6 Kết luận chương 40 iv xiii 3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian 41 iv xiii Hình 3.1 Một mô hình hệ thống băng tần gốc 42 iv xiii Hình 3.2 Sơ đồ mã lưới 48 iv xiii Hình 3.3 Bộ mã lưới k=1, K=3 và n=2 48 iv xiii Hình 3.4 Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k=1, K=3 và n=2 49 iv xiii Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ mã hóa STTC 51 iv xiii Hình 3.6 Đường biên giữa tiêu chuẩn TSC và tiêu chuẩn vết 56 iv xiii Hình 3.7 Bộ mã hóa STTC với 4-PSK 56 iv xiii Hình 3.8 Đặc tính FER của hệ thống BPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 60 iv xiii Hình 3.9 Đặc tính FER của hệ thống QPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 61 iv xiii Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ mã hóa ST Alamouti 64 iv xiii Hình 3.14 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 73 iv xiii GVHD: Lâm Hồng Thạch iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.15 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti vơi 2 và 2 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 76 iv xiii Hình 3.17 Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78 iv xiii thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78 iv xiv DANH MỤC HÌNH VẼ viii xiv LỜI MỞ ĐẦU 1 xiv Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT NAM 1 xiv 1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1 xiv 1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6 xiv Hình 1.1 Năng lực của các hệ thống 3G mở rộng. 8 xiv Hình 1.2 Mạng tương lai thống nhất, bao gồm nhiều hệ thống truy nhập đan xen nhau 9 xiv Hình 1.3 Những vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến 11 xiv Hình 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15 xiv Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 xiv Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 xiv 2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 xiv Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 xiv 2.2 Vai trò của mã hóa 22 xiv 2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23 xiv Hình 2.2 Mã hóa khối 24 xiv GVHD: Lâm Hồng Thạch v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống và không hệ thống 25 xiv Hình 2.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 27 xiv Hình 2.5 Bộ mã hóa Turbo 30 xiv Hình 2.6 Bộ giải mã Turbo 31 xv Hình 2.7 Sơ đồ khối của một hệ thống MIMO 38 xv 2.6 Kết luận chương 40 xv 3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian 41 xv Hình 3.1 Một mô hình hệ thống băng tần gốc 42 xv Hình 3.2 Sơ đồ mã lưới 48 xv Hình 3.3 Bộ mã lưới k=1, K=3 và n=2 48 xv Hình 3.4 Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k=1, K=3 và n=2 49 xv Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ mã hóa STTC 51 xv Hình 3.6 Đường biên giữa tiêu chuẩn TSC và tiêu chuẩn vết 56 xv Hình 3.7 Bộ mã hóa STTC với 4-PSK 56 xv Hình 3.8 Đặc tính FER của hệ thống BPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 60 xv Hình 3.9 Đặc tính FER của hệ thống QPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 61 xv Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ mã hóa ST Alamouti 64 xv Hình 3.14 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 73 xv Hình 3.15 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti vơi 2 và 2 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 76 xv GVHD: Lâm Hồng Thạch vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.17 Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78 xv thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78 xv LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT NAM 1 1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1 1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6 Hình 1.1 Năng lực của các hệ thống 3G mở rộng. 8 Hình 1.2 Mạng tương lai thống nhất, bao gồm nhiều hệ thống truy nhập đan xen nhau 9 Hình 1.3 Những vấn đề kỹ thuật liên quan đến công nghệ vô tuyến 11 Hình 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15 Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 2.2 Vai trò của mã hóa 22 2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23 Hình 2.2 Mã hóa khối 24 Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống và không hệ thống 25 Hình 2.4 Bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/3 27 Hình 2.5 Bộ mã hóa Turbo 30 GVHD: Lâm Hồng Thạch vii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.6 Bộ giải mã Turbo 31 Hình 2.7 Sơ đồ khối của một hệ thống MIMO 38 2.6 Kết luận chương 40 3.1 Phương pháp mã hóa không gian - thời gian 41 Hình 3.1 Một mô hình hệ thống băng tần gốc 42 Hình 3.2 Sơ đồ mã lưới 48 Hình 3.3 Bộ mã lưới k=1, K=3 và n=2 48 Hình 3.4 Lưới mã và sơ đồ trạng thái với k=1, K=3 và n=2 49 Hình 3.5 Sơ đồ khối của bộ mã hóa STTC 51 Hình 3.6 Đường biên giữa tiêu chuẩn TSC và tiêu chuẩn vết 56 Hình 3.7 Bộ mã hóa STTC với 4-PSK 56 Hình 3.8 Đặc tính FER của hệ thống BPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 60 Hình 3.9 Đặc tính FER của hệ thống QPSK Alamouti với 1 và 2 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 61 Hình 3.11 Sơ đồ khối của bộ mã hóa ST Alamouti 64 Hình 3.14 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti với 2 và 1 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 73 Hình 3.15 Đặc tính BER của hệ thống BPSK Alamouti vơi 2 và 2 anten thu trên kênh fading Rayleigh chậm 76 Hình 3.17 Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78 thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT GVHD: Lâm Hồng Thạch viii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3G Third generation Thế hệ thứ 3 4G Fourth generation Thế hệ thứ 4 A ARM Adaptive multi rate Tốc độ đa thích ứng ARQ Automatic repeat request Yêu cầu lặp lại tự động AWGN Additive white Gaussian noise Tạp âm Gaussian trắng cộng B BER Bit error rate Tỷ lệ lổi bit BPSK Binary phase shift keying Khoá dịch pha nhị phân C CDMA Code division multiple access Đa truy cập phân chia theo mã CRC Cyclic redundancy check Kiểm tra dư chu trình CSI Channel state information Thông tin trạng thái kênh D DAB Digital audio broadcasting Phát thanh số DPSK Differential phase shift keying Khoá dịch pha vi sai DVB Digital video broadcasting Truyền hình số E EXIT Extrinsic information transfer Chuyển giao thông tin ngoài F FEC Forward error correction Sủa lổi trước FER Frame error rate Tỷ lệ lổi khung G GPRS General packet radio services Dịch vụ vô tuyến gói chung H HSPA High speed packet access Đa truy cập gói tốc độ cao I IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers Viện nghiên cứu kỹ thuật điện và điện tử i.i.d Independent identically distributed Sự phân bố độc lập nhau L GVHD: Lâm Hồng Thạch ix ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LLR Log-likelihood ratio Tỷ lệ đoạn cực đại LOS Line-of-sight Nhìn thẳng LTE Long term evolution Sự phát triễn trong tương lai LST Layered space-time Tầng không gian thời gian M MAP Max a posteriori Giá trị cuối lớn nhất MC-CDMA MultiCarrier Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã điều chế đa sóng mang MIMO Multiple-input Multiple-output Nhiều anten ra, nhiều anten vào MLSE Maximum likelihood sequence estimator Khả năng giống nhất MMS Multimedia messages service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện MMSE Minimum mean square error Lổi bình phương trung bình nhỏ nhất MMS Maximal ratio combining Kết hợp tỷ lệ tối đa N NLOS Non line of sight Khuất O OFDMA Othogonal frequency division multiple access Đa truy nhập phân chia tần số trực giao P PCBC Parallel concatenated block coder Mã khối kết nối song song PCCC Parallel concatenated convolutional coder Mã xoắn kết nối song song PDF Probability density function Hàm mật độ xác suất PSF Phase shift keying Điều chế khoá dịch pha Q QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ cầu phương QPSK Quadrature phase-shift keying Khoá dịch pha cầu phương QoS Quality of service Chất lượng dịch vụ S SER Symbol error rate Tỷ lệ lổi hệ thống GVHD: Lâm Hồng Thạch x [...]... của hệ thống thông tin di động của Việt Nam - Chương 2: Mã hóa kênh trong thông tin di động - Chương 3: Các phương pháp mã hóa kênh đề xuất sử dụng trong 4G Xin chân thành cảm ơn ! GVHD: Lâm Hồng Thạch 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT NAM 1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1.1.1 Mạng thông tin đầu tiên 1G Hệ thống thông tin di động 1G hay còn... hình hệ thống 4G 15 Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop .16 Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 2.2 Vai trò của mã hóa 22 2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G .23 Hình 2.2 Mã hóa khối 24 Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ... 1.4 Cấu hình hệ thống 4G 15 .vii Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 vii Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 vii 2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 vii Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 vii 2.2 Vai trò của mã hóa 22 vii 2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23 vii Hình 2.2 Mã hóa khối 24 ... xiv .v Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 xiv v 2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 xiv v Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 xiv v 2.2 Vai trò của mã hóa 22 xiv v 2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23 xiv v Hình 2.2 Mã hóa khối 24 xiv v GVHD: Lâm Hồng Thạch xiv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.3 Bộ mã có tính hệ thống... iii Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 iii xii iii Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 iii xii .iii 2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 iii xii iii Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống truyền thông số 21 iii xii .iii 2.2 Vai trò của mã hóa 22 iii xii iii GVHD: Lâm Hồng Thạch xii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3 Các phương pháp mã hóa kênh trong hệ thống 3G 23... lợi phân tập và độ lợi mã hóa cao Nhưng gần đây, các nghiên cứu lại chuyển sang hướng tín hiệu chỉ được mã hóa trong miền thời gian và được phát bởi nhiều anten độc lập 6 Kết quả đạt được của đề tài : là nền tảng đế so sánh với các mã hóa kênh đã sử dụng trong thông tin di động 3G để thấy được những ưu điểm nổi bật, tính cấp thiết của quá trình hướng tới hệ thống thông tin di động 4G, cho một nền công... ở tốc độ cao bằng với tốc độ trong các hệ thống truyền dẫn sợi quang hiện tại Tuy các hệ thống truyền thông di động 4G được dự đoán sẽ được áp dụng trong tương lai, nhưng các công nghệ tiền thân và các dịch vụ của nó hiện đã được giới thiệu Với việc tích hợp Internet và các ứng dụng đa truyền thông trong các hệ thống viễn thông thế hệ 4G, yêu cầu về các dịch vụ truyền thông tốc độ cao băng rộng ngày... này luôn là một đòi hỏi cấp thiết Trước sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của các dịch vụ số liệu, trước xu hướng tích hợp và IP hoá đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp Viễn Thông di động Mạng thông tin di động thế hệ ba ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của các mạng thông tin di động thế hệ trước đó Tuy nhiên, mạng di động này cũng có một số nhược điểm như: Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất... đáp ứng các dịch vụ thời gian thực như hội nghị truyền hình là chưa cao, rất khó trong việc download các file dữ liệu lớn,…chưa đáp ứng được các yêu cầu của người sử dụng Trong bối cảnh đó người ta đã chuyển hướng sang nghiên cứu hệ thống thông tin di động mới có tên gọi là 4G Nghiên cứu về mã hoá kênh là đề tài quan trọng và có ý nghĩa nhất là trong thời kỳ các hệ thống viễn thông đang tiến đến 4G Sự... Đặc tính mã STBC, STBC+TCM, STTC sử dụng mã 4 và 8 trạng 78 xv vii thái với 2 anten phát, 3 anten thu (IEEE, 2001) 78 xv vii LỜI MỞ ĐẦU 1 vii Chương 1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VIỆT NAM 1 vii 1.1 Giới thiệu về các hệ thống thông tin di động 1 .vii 1.2 Công nghệ thông tin di động tương lai 6 .vii Hình 1.1 Năng lực của các hệ . thống 4G 15 xiv Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 xiv Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 xiv 2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 xiv Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong. hình hệ thống 4G 15 Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong hệ thống. thống 4G 15 vii Hình 1.5 Liên lạc thông qua các kết nối multi-hop 16 vii Chương 2 MÃ HÓA KÊNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 20 vii 2.1 Quá trình mã hóa và nguyên lý 20 vii Hình 2.1 Quá trình mã hóa trong