Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 118 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
118
Dung lượng
2,04 MB
Nội dung
GVHD: PGS.TS Phm Hng Liên HVTH: Nguyn Đức Phúc Trang vi MC LC Trang LÝ LCH KHOA HC i LI CAM ĐOAN ii LI CM T iii TÓM TT iv ABSTRACT v MC LC vi DANH SÁCH CÁC CH VIT TT x DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH SÁCH CÁC BNG xiv Chơng 1. TNG QUAN 1 1.1 Đặt vn đ 1 1.1.1 Mã LDPC(Low Density Parity Check) 1 1.1.2 MIMO-OFDM 1 1.1.3 Chn đ tài 4 1.2 Mc tiêu đ tài 4 1.3 Nhim v nghiên cứu và gii hn của đ 4 1.4 Phơng pháp nghiên cứu 4 Chơng 2. TNG QUAN B MÃ LDPC 5 2.1 Gii thiu 5 2.2 Khái nim cơ bn v mư LDPC 5 2.2.1 Đnh nghĩa mư LDPC 5 2.2.2 Biu din mã LDPC 6 GVHD: PGS.TS Phm Hng Liên HVTH: Nguyn Đức Phúc Trang vii 2.2.2.1 Biu din ma trn 6 2.2.2.2 Đ hình Tanner 6 2.2.3 MãLDPC có quy tc và bt quy tc 8 2.2.3.1 Mã LDPC có quy tc 8 2.2.3.2 Mã LDPC bt quy tc 9 2.2.3.3 Mức phân phi (degree distribution) 10 2.3 Mã hóa mã LDPC 10 2.4 Gii mư mư LDPC 11 2.4.1 Gii mã tng tích (Sum ậ product decoding) 11 2.4.2 Gii thut gii mã lt bit (Bit-Flipping - BF) 14 2.5 Tóm tt 15 Chơng 3. H THNG MIMO-OFDM 17 3.1 OFDM 17 3.1.1 Gii thiu: 17 3.1.2 Mô hình h thng: 19 3.2 K THUT MIMO 27 3.2.1 Gii thiu: 27 3.2.2 K thut phân tp: 29 3.2.2.1 Phân tp thi gian: 29 3.2.2.2 Phân tp không gian: 30 3.2.2.3 Phân tp tn s: 31 3.2.3 Mô hình h thng MIMO: 32 3.2.4 Dung lng h thng MIMO: 34 3.3 H THNG MIMO ậ OFDM 37 GVHD: PGS.TS Phm Hng Liên HVTH: Nguyn Đức Phúc Trang viii 3.3.1 Gii thiu: 37 3.3.2 Mô hình h thng: 38 Chơng 4. MÃ HịA TRONG H THNG MIMO-OFDM 42 4.1 MÃ KHÔNG GIAN ậ THI GIAN STC 42 4.1.1 Gii thiu: 42 4.1.2 Mô hình h thng: 42 4.1.3 Mã STBC: 44 4.1.3.1 Sơ đ Alamouti: 44 4.1.3.2 Sơ đ Alamouti m rng: 48 4.1.3.3 Sơ đ h thng N anten phát và M anten thu: 49 4.1.3.4 STBC cho chòm sao tín hiu thực: 52 4.1.3.5 STBC cho chòm sao tín hiu phức 54 4.1.3.6 Gii mư STBC 56 4.2 MÃ KHÔNG GIAN ậ TN S SFC 60 4.2.1 Gii thiu: 60 4.2.2 Mô hình tín hiu: 60 4.2.3 Thit k mư : 62 4.2.4 Gii mư: 64 4.3 MÃ KHÔNG GIAN ậ THI GIAN ậ TN S STFC 64 4.3.1 Gii thiu: 64 4.3.2 Mô hình tín hiu: 65 4.3.3 Thit k mư: 68 4.3.4 Gii mư: 70 Chơng 5. MỌ PHNG VÀ KT QU 71 GVHD: PGS.TS Phm Hng Liên HVTH: Nguyn Đức Phúc Trang ix 5.1 Mã LDPC 71 5.2 H thng MIMO 72 5.3 H thng MIMO-OFDM: 74 5.4 Mã không gian-tn s SF: 77 Kho sát h thng MIMO-OFDM mã hóa SF vi các thông s sau: 77 5.5 Mã không gian-thi gian-tn s STF: 80 5.6 Kt hp Mư LDPC và mư STF 84 5.7 So sánh mt s kt qu của h thng MIMO-OFDM 88 Chơng 6. KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN 93 6.1 Kt lun 93 6.2 Hng phát trin 93 PH LC 94 TÀI LIU THAM KHO 105 GVHD: PGS.TS Phm Hng Liên HVTH: Nguyn Đức Phúc Trang x DANH SỄCH CỄC CH VIT TT LDPC Low Density Parity Check FEC Forward error correction DVB Digital Video Broadcasting VLSI Very-large-scale integration AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate BPSK Binary Phasee Shift Keying CSI Channel State Information FFT Fast Fourier transform IFFT Inverse fast Fourier transform DFT Discrete Fourier transform IDFT Inverse Discrete Fourier Transform PARR Peak to Average Power Ratio i.i.d independent identically distributed ICI Inter-Carrier Interference ISI Inter Symbol Interference FIR Finite Impulse Response LP Linearly Precoded MIMO Multiple-Input Multiple-Output ML Maximum Likelihood MRC Maximal Ratio Combiner OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing CP Cyclic Prefix Pdf probability density function QAM Quadrature Amplitude Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying BER Bit Error Rate GVHD: PGS.TS Phm Hng Liên HVTH: Nguyn Đức Phúc Trang xi MMSE Minimum Mean Square Error SIC Successive Interference Cancellation SISO Single-Input Single-Output SFC Space-Frequency code SNR Signal Noise Rate STBC Spaceậtime block code STC Space-Time code STFC Space-Time-Frequency code GVHD: PGS.TS Phm Hng Liên HVTH: Nguyn Đức Phúc Trang xii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Đ hìnhTanner tơng ứng vi ma trn kim tra chẵn lẻ H trong (2.1) 8 Hình 3.1 Sơ đ khi h thng OFDM cơ bn 19 Hình 3.2 a) Khái nim CP; b) Symbol OFDM m rng tun hoàn 22 Hình 3.3 Kênh truyn nhiu ngõ vào và nhiu ngõ ra MIMO cơ bn 28 Hình 3.4: Sơ đ khi kênh MIMO tơng đơng khi N > M 36 Hình 3.5: Sơ đ khi kênh MIMO tơng đơng khi M > N 36 Hình 3.6: Mô hình h thng N x M MIMO-OFDM 38 Hình 4.1: Mô hình h thng băng gc 42 Hình 4.2: Sơ đ khi mư hóa ST Alamouti 44 Hình 4.3B thu cho sơ đ Alamouti 45 Hình 4.4: Sơ đ tng quát N anten phát và M anten thu 49 Hình 4.5: Mã hóa STBC 50 Hình 4.6: Mã hóa SF 62 Hình 4.7: Cơ ch truyn mư STF 65 Hình 5.1: LDPC trên kênh truyn AWGN 72 Hình 5.2: MIMO cha mư hóa: cùng mức phân tp 6 73 Hình 5.3: MIMO cha mư hóa: thay đi anten phát 73 Hình 5.4: MIMO cha mư hóa: thay đi anten thu 74 Hình 5.5: MIMO-OFDM cha mư hóa: thay đi anten phát 75 Hình 5.6: MIMO-OFDM cha mư hóa: thay đi anten thu 76 Hình 5.7: MIMO-OFDM cha mư hóa: thay đi s đng fading L 76 Hình 5.8: MIMO-OFDM cha mư hóa: cùng mức phân tp Tx*Rx*L=32 77 Hình 5.9: H thng MIMO-OFDM mư hóa SF, thay đi anten phát 78 Hình 5.10: H thng MIMO-OFDM mư hóa SFC, thay đi anten thu 79 Hình 5.11: H thng MIMO-OFDM mã hóa SFC, 2Tx x 2Rx, thay đi L 79 Hình 5.12: H thng MIMO-OFDM mã hóa SF, Tx* Rx* L=32 80 Hình 5.13: H thng MIMO-OFDM mư hóa STF thay đi anten phát 81 GVHD: PGS.TS Phm Hng Liên HVTH: Nguyn Đức Phúc Trang xiii Hình 5.14: H thng MIMO-OFDM mư hóa STF, thay đi anten thu 82 Hình 5.15: H thng MIMO-OFDM mã hóa STF, phân tp thi gian 83 Hình 5.16: H thng MIMO-OFDM mư hóa STF, phân tp theo s đng fading . 83 Hình 5.17: H thng MIMO-OFDM mư hóa STF, cùng mức phân tp 84 Hình 5.18: H thng MIMO-OFDM mư hóa LDPC và STF thay đi anten phát 85 Hình 5.19: H thng MIMO-OFDM mư hóa LDPC và STF thay đi anten thu 86 Hình 5.20: H thng MIMO-OFDM mư hóa LDPC và STF phân tp thi gian 87 Hình 5.21: H thng MIMO-OFDM mư hóa LDPC và STF thay đi s đng fading 87 Hình 5.22: H thng MIMO-OFDM mư hóa LDPC và STF cùng mức phân tp 6488 Hình 5.23: So sánh h thng MIMO-OFDM khi điu ch BPSK 89 Hình 5.24: So sánh h thng MIMO-OFDM khi điu ch 4QAM 90 Hình 5.25 H thng MIMO mã hóa Alamouti 2 anten phát 2 anten thu [28] 91 Hình 5.26: So sánh h thng MIMO-OFDM khi điu ch QPSK 91 GVHD: PGS.TS Phm Hng Liên HVTH: Nguyn Đức Phúc Trang xiv DANH SỄCH CỄC BNG BNG TRANG Bng 5-1: Mã LDPC 71 Bng 5-2: H thng MIMO ậ cha mư hóa 72 Bng 5-3: H thng MIMO-OFDM - cha mư hóa 74 Bng 5-4: H thng MIMO-OFDM mã hóa SF 78 Bng 5-5 H thng MIMO-OFDM - mã hóa STF 80 Bng 5-6 H thng MIMO-OFDM - mã hóa LDPC và mã STF 84 Bng 5-7: So sánh gia các h thng MIMO-OFDM khác nhau. 89 GVHD: PGS.TS Phm Hng Liên HVTH: Nguyn Đức Phúc Trang 1 Chng 1. TNG QUAN 1.1 Đặt vn đ Th gii con ngi đang trong k nguyên của thông tin và đc mi ngi truy cp hằng ngày. Đa s các thit b mà mi ngi s dng đu s dng mng không dây đ truyn d liu nh k thut Wifi, 3G, 4G, ầ Trong đó k thut làm cách nào đ có đ tin cy ti đa khi truyn không dây đòi hi nhiu k thut rt phức tp. Các tin b của k thut truyn thông không dây gn đây của th gii đư làm gia tăng dung lng của kênh truyn rt nhiu, đng thi tăng đ tin cy của h thng không ngừng gia tăng. Vic s dng các b mư sa li mnh nh mưkim tra chẵn lẻ mt đ thp(LDPC), kt hp các k thut phân tpđc s dng rng rưi đ gim nh hng của fading đa đng và ci thin đ tin cy của truyn dn mà không phi tăng công sut phát hoặc m rng băng thông. 1.1.1 Mã LDPC(Low Density Parity Check) Mã kim tra chẵn lẻ mt đ thp[1] (LDPC) đư đc chứng minh tin rt gn gii hn Shannon. Mt phm vi rng trong các h thng thông tin mi nht và h thng lu tr đư chn mã LDPC làm mã sa sai (FEC) trong các ứng dng bao gm truyn hình qung bá k thut s (DVB-S2, DVB-T2), Ethernet 10 Gigabit (10GBASE-T), truy cp không dây băng thông rng (WiMax), mng cc b không dây (WiFi), thông tin không gian sâu (deep-space) và lu tr từ trng trong đĩa cứng. Vic áp dng mã LDPC, ít nht v lý thuyt, là chìa khóa đ đt đc thông tin tin cy hơn. 1.1.2 MIMO-OFDM Các h thng thông tin không dây luôn đc nghiên cứu nhằm ci thin cht lng dung lng cũng nh kh năng chng li hin tng đa đng. Đi vi các h thng thông tin truyn thng cht lng tín hiu có th ci thin bằng cách tăng công sut, dung lng truyn h thng có th tăng khi tăng băng thông. Tuy nhiên [...]... vƠo h th ng MIMO- OFDM 1.2 M c tiêu đ tài Xây dựng m t công c đ so sách cho thi t lặp đ ng truy n không dây có và không có s d ng mã LDPC và mã STF trong các h th ng MIMO- OFDM 1.3 Nhi m v nghiên c u và gi i h n c a đ Nghiên cứu mã hóa và gi i mã mã LDPC Thi t k và gi i mã SFC, STFC trong h th ng MIMO- OFDM Mô ph ng k t qu của từng lo i mã trong h th ng MIMO- OFDM r i k t h p v i mã LDPC bằng ph... =1 � −1 (2.6) ng n i đ n các node ki m tra và ký hi uc pnode ki m tra l n nh t �( ) = 0.8 Đ i v i ví d + 0.2 và �( ) = 0.6 trong hình 2.2, các đa thức mức phân ph i t ơng ứng là 2 3 + 0.4 4 2.3 Mã hóa mã LDPC Mặc dùcó nhi u u đi m, mã hóa mã LDPC có th là m t tr ng i cho các ứng d ng th ơng m i, vì chúngcóđ phức t p mã hóa cao và sự tr mã hóa Vi c mã hóa mã LDPC v cơ b n bao g m hai công vi c : - Xây... ơng phápmư hóa hi u qu cho mã LDPC và các ph ơng pháp gi i mã lặpcho m LDPC có đ phức t p gi i mã th p 2.2 Khái ni m c b n v mã LDPC 2.2.1 Đ nh nghƿa mƣ LDPC Mã LDPC là mã kh i tuy n tính có th ( , , ), trong đó là chi u dài của từ mã, đ c ký hi u là ( , ) hoặc là chi u dài của các bit thông tin, là tr ng s c t(là s ph n t khác không trong m t c t của ma tr n ki m tra chẵn lẻ) và là tr ng s hàng (là s... vào năm 1963 rằng mã LDPC thích h p cho gi i thu t gi i mã lặp Tuy nhiên, mã LDPC b lưng quên trong hơn 30 năm, vì sự h n ch của ph n cứng c n thi t và năng lực tính toán t i th i đi m đó không th đáp ứng các yêu c u c n thi t cho quá trình mã hóa.V i năng lực tính toán ngày càng đ LDPC đư đ c c i thi n và sự phát tri n của các lý thuy t liên quan, mã c tái phát hi n b i Mackay và Neal vào nh ng năm 1990... không đ i - S ‘l’ gi a hai c tb t kỳ không l n hơn 1 tr nH Thông th và là các s r t nh so v i chi u dài mã ng, t c đ mã của mã LDPC là � = 1 − và s hàng trong ma / 2.2.3.2 Mã LDPC b t quy t c Mã LDPC g i là b t quy t c n u s ‘1’ trong các c t và các hàng thay đ i cho m t ma tr n ki m tra chẵn lẻ .Mã LDPC b t quy t c có nh h lý thuy t mã hóa k từ khi nó đ ng quan tr ng trong c nh n th y rằng chúng có... 2.5 Tóm t t Mã ki m tra chẵn lẻ m t đ th p (LDPC) là m t h của mã s a sai (ECC) kh i tuy n tính Chúng có m t cơ ch gi i mư đơn gi n và cho th y hi u su t r t t t trong truy n d li u Mã LDPC có nhi u u đi m so v i các lo i mã mã hóa kênh khác Trang 15 GVHD: PGS.TS Ph m H ng Liên HVTH: Nguy n Đức Phúc Chẳng h n nh , mư LDPC có th s d ng gi i mã quy t đ nh cứng hoặc m m M t u đi m khác của mã LDPC là mô... bằng tham s b i các đa thức �( ) và các mã có quy t c Từ đó, nhi u lo i mã b t quy t c khác nhau đư đ �( ): Mã LDPC b t quy t c có th đ � � = =2 � = =2 −1 � −1 c phát tri n (2.3) (2.4) Trang 9 GVHD: PGS.TS Ph m H ng Liên HVTH: Nguy n Đức Phúc Trong đó, � ( ) và �i ( ) là các đ node bi n thứ ; ngph thu c vàocác node ki m tra và các là s node ki m travà s node bi n t ơng ứng và 2.2.3.3 M c phân ph i (degree... lý thuy t và mô ph ng k t qu tính toán bằng ph n m m c và qu c t Matlab - T ng h p vi t báo cáo Trang 4 GVHD: PGS.TS Ph m H ng Liên HVTH: Nguy n Đức Phúc ng 2 T NG QUAN B Ch Mĩ LDPC 2.1 Gi i thi u Mã ki m tra chẵn lẻ m t đ th p[1] (LDPC) là mã s a saithu c l p mã kh i tuy n tính cho hi u su t ti n g ngi i h n Shannon.Chúng đ c phát minh b i Robert Gallager vào năm 1963 Gallager đư phát bi u vào năm 1963... u đi m n i b t của h th ng MIMO và k thu t OFDM[ 6], vi c k t h p h th ng MIMO và k thu t OFDM hi n đang là m t gi i pháp đ y hứa hẹn cho h th ng thông tin không dây băng r ng t ơng lai Và hi n t i MIMO- OFDM đang đ c ứng d ng trong WiMAX theo tiêu chuẩn IEEE 802.16 H th ng MIMO- OFDM là m t trong nh ng gi i pháp đ đ c quan tâm và đư c ch p nh n nh là sơ đ truy n d n không dây cho h u h t các th h k ti... ti n b l n trong vi c nghiên cứu mã LDPC Mã LDPC g n đây đư tr thành m t chủ đ nghiên cứu nóng b i vì các tính ch t v t tr i của chúng Mư LDPC đ Turbo, đặc bi t là khi đ c xem là đ i thủ c nh tranh m nh v i mã c s d ng trong kênh truy n fading Ch ơng này trình bày nh ng v n đ cơ b n v mã LDPC B t đ u v i các khái ni m v mư LDPC, cũng nh ph ơng pháp bi u di n, phân lo i và mức đ phân ph i Sau đó, trình . 5.18: H thng MIMO- OFDM mư hóa LDPC và STF thay đi anten phát 85 Hình 5.19: H thng MIMO- OFDM mư hóa LDPC và STF thay đi anten thu 86 Hình 5.20: H thng MIMO- OFDM mư hóa LDPC và STF phân tp. thng MIMO- OFDM. 1.3 Nhim v nghiên cu và gii hn ca đ Nghiên cứu mã hóa và gii mã mã LDPC Thit k và gii mã SFC, STFC trong h thng MIMO- OFDM. Mô phng kt qu của từng loi mã. 0.4 4 . 2.3 Mã hóa mã LDPC Mặc dùcó nhiu u đim, mã hóa mã LDPC có th là mt tr ngi cho các ứng dng thơng mi, vì chúngcóđ phức tp mã hóa cao và sự tr mã hóa. Vic mã hóa mã LDPC v