MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Lý thuyết mã hoá đã được ra đời và phát triển từ lâu, được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực truyền tin. Các mã có khả năng chống nhiễu (mã kênh) đáp ứng phần nào khả năng nâng cao độ chính xác trong truyền tin. Mã Turbo là lớp mã kênh được đưa ra năm 1993 bởi Berrou, Glavieux và Thitimajashima. Sơ đồ được đưa ra cho các mã chập. Năm 1996, Hagenauer sử dụng ý tưởng mã Turbo cho các mã khối là các mã BCH. Xuất phát từ những nghiên cứu ban đầu của Shannon năm 1948 về mã khống chế sai. Cũng cùng mục đích, năm 1957 E. Prange đã xây dựng nên lý thuyết mã cyclic. Năm 1987, GS. TSKH. Nguyễn Xuân Quỳnh và GS. TS. Nguyễn Bình lần đầu tiên nghiên cứu và đề xuất một quan điểm mới là mã cyclic cục bộ. Mã cyclic cục bộ không những bao hàm mọi tính chất của mã cyclic truyền thống, mà còn có một số ưu điểm nổi trội và thiết thực như: khả năng lựa chọn mã đa dạng, tốc độ lập mã, giải mã nhanh, dễ dàng hiện thực thành thiết bị. Với ý tưởng sử dụng sơ đồ Turbo cho các mã khối cyclic cục bộ. Đề tài: "Các mã khối Turbo xây dựng trên các mã cyclic cục bộ" sẽ nghiên cứu xây dựng các bộ mã mới trên cơ sở sử dụng sơ đồ Turbo cho các mã khối cyclic cục bộ.
1 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Lý thuyết mã hoá đời phát triển từ lâu, ứng dụng nhiều lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực truyền tin Các mã có khả chống nhiễu (mã kênh) đáp ứng phần khả nâng cao độ xác truyền tin Mã Turbo lớp mã kênh đưa năm 1993 Berrou, Glavieux Thitimajashima Sơ đồ đưa cho mã chập Năm 1996, Hagenauer sử dụng ý tưởng mã Turbo cho mã khối mã BCH Xuất phát từ nghiên cứu ban đầu Shannon năm 1948 mã khống chế sai Cũng mục đích, năm 1957 E Prange xây dựng nên lý thuyết mã cyclic Năm 1987, GS TSKH Nguyễn Xuân Quỳnh GS TS Nguyễn Bình lần nghiên cứu đề xuất quan điểm mã cyclic cục Mã cyclic cục bao hàm tính chất mã cyclic truyền thống, mà có số ưu điểm trội thiết thực như: khả lựa chọn mã đa dạng, tốc độ lập mã, giải mã nhanh, dễ dàng thực thành thiết bị Với ý tưởng sử dụng sơ đồ Turbo cho mã khối cyclic cục Đề tài: "Các mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục bộ" nghiên cứu xây dựng mã sở sử dụng sơ đồ Turbo cho mã khối cyclic cục ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án là: Nghiên cứu xây dựng mã cyclic cục sử dụng cho sơ đồ Turbo; Nghiên cứu đặc tính, tính chất, hiệu mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ BỐ CỤC Phương pháp nghiên cứu luận án nghiên cứu lý thuyết (dựa vào khái niệm mã Turbo, mã cyclic cục bộ) kết hợp với tính toán mô phỏng, dựa vào để xây dựng mã Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Những kết luận án đóng góp nhỏ bé vào việc phát triển lý thuyết mã cyclic cục bộ, mã Turbo nói riêng lý thuyết mã sửa sai nói chung Các nghiên cứu luận án đưa số phương pháp để xây dựng mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục Nội dung luận án bao gồm phần: Mở đầu, ba chương, kết luận phụ lục Chương 1: Tổng quan mã Turbo mã cyclic cục Chương giới thiệu tổng quan nghiên cứu mã Turbo, số công trình nghiên cứu dựa sơ đồ mã hóa Turbo Chương trình bày tổng quan nghiên cứu mã cyclic, mã cyclic cục bộ, số công trình nghiên cứu thực mã cyclic cục Để khai thác ưu điểm sơ đồ mã hóa Turbo, khả tạo mã đa dạng, phương pháp giải mã ngưỡng đơn giản mã cyclic cục bộ, kết luận chương tác giả đề xuất ý tưởng sử dụng mã cyclic cục sơ đồ mã hóa Turbo, giải mã phương pháp giải mã ngưỡng để tạo lớp mã Chương 2: Phương pháp giải mã ngưỡng mã cyclic cục Chương giới thiệu phương pháp phân hoạch vành đa thức, sở lý thuyết để tạo mã cyclic cục Phương pháp giải mã ngưỡng phương pháp giải mã đơn giản, hiệu quả, sử dụng nhiều lớp mã cyclic cục Trong chương hai, tác giả đề xuất phương pháp xây dựng, đánh giá hiệu sửa sai mã cyclic cục vành đa thức trường hợp giải mã tổng quát dựa hệ tổng kiểm tra - liên hệ chặt trường hợp mã hóa đặc biệt mã tựa cyclic - mã xây dựng vành đa thức có hai lớp kề cyclic Đây điểm luận án Các lớp mã tác giả sử dụng nghiên cứu chương ba Chương 3: Các mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục Trong chương này, tác giả trình bày thuật toán MAP, sở lý thuyết phương pháp giải mã lặp định mềm mã Turbo Nội dung chương ba tác giả thực ý tưởng đưa chương chương 2, đề xuất lớp mã mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục bộ, bao gồm: Sơ đồ Turbo đơn giản, sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp, sơ đồ Turbo liên kết song song sử dụng mã cyclic cục Giải mã phương pháp giải mã ngưỡng Nghiên cứu đặc tính, tính chất, đánh giá hiệu sửa sai mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục bộ, so sánh chất lượng với mã cyclic, cyclic cục mã BCH Chương ba nội dung luận án Kết luận: Trình bày tóm tắt kết đạt luận án kiến nghị nghiên cứu Phụ lục: Giới thiệu hàm chương trình mô 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MÃ TURBO VÀ MÃ CYCLIC CỤC BỘ 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÃ HÓA Hình 1.1: Sơ đồ chung hệ thống thông tin số Trong hệ thống thông tin số có ba khối mã hóa: mã hóa nguồn, mật mã mã hóa kênh Trong phạm vi luận án, tập trung vào mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục bộ, lớp mã kênh có số ưu điểm định 1.2 TỔNG QUAN MÃ TURBO 1.2.1 Sơ đồ mã hóa Turbo Hình 1.2: Sơ đồ mã hoá Turbo Mã Turbo đưa năm 1993 Berrou, Glavieux Thitimajashima Sơ đồ đưa cho mã chập Với cách tạo mã kết hợp với giải mã lặp, mã Turbo có chất lượng gần đạt tới giới hạn Shannon 1.2.2 Một số thuật toán giải mã Turbo Trong mục này, luận án giới thiệu thuật toán MAP số thuật toán giải mã thực nhằm giảm độ phức tạp thuật toán giải mã, bao gồm: - Thuật toán MAP (The Maximum A-Posteriori Algorithm) Hình 1.3: Chất lượng mã Turbo (37,21,65536) phụ thuộc vào số lần lặp giải mã SNR - Thuật toán Max – log – MAP - Thuật toán Log – MAP - Thuật toán Viterbi (SOVA) 1.2.3 Một số công trình nghiên cứu dựa sơ đồ mã hóa Turbo Trong mục này, luận án giới thiệu công trình nghiên cứu thực nhằm khai thác ưu điểm độ tăng ích mã lớn sơ đồ mã hóa Turbo, bao gồm: - Thay đổi mã hóa thành phần 6 - Thay đổi xáo trộn - Sử dụng mã hóa thành phần hỗn hợp - Sử dụng nhiều hai mã hóa thành phần sơ đồ Turbo - Sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp Hình 1.4: Sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp 1.3 TỔNG QUAN MÃ CYCLIC CỤC BỘ 1.3.1 Mã cyclic Trong mục này, luận án giới thiệu vấn đề bản, ưu nhược điểm mã cyclic, bao gồm: - Khái niệm mã cyclic - Ma trận sinh ma trận kiểm tra Ưu điểm mã cyclic: Mã cyclic có chất lượng phát sai sửa sai tốt Thuật toán mã hóa, giải mã đơn giản Nhược điểm: Khả tạo mã bị hạn chế (do số đa thức sinh ít) chí có vành đa thức xây dựng mã tốt Theo quan điểm xây dựng mã cyclic nghiên cứu nhóm nhân vành đa thức 1.3.2 Các nhóm nhân cyclic vành đa thức Trong mục này, luận án giới thiệu vấn đề nhóm nhân cyclic vành đa thức, bao gồm: - Nhóm nhân vành đa thức - Nhóm nhân cyclic vành đa thức CMG (Cyclic Multiplicate Group) 1.3.3 Mã cyclic cục vành đa thức Trong mục này, luận án giới thiệu mã cyclic cục gồm nội dung sau: - Khái niệm mã cyclic cục - Các lớp mã LCC - Mối quan hệ mã cyclic cyclic cục Mã cyclic Ideal vành đa thức Trong đó, từ mã phần tử Ideal vành đa thức Theo quan điểm xây dựng mã LCC, dấu mã phần tử Ideal Toàn từ mã phận vành gồm n phần tử xác định Ideal Như vậy, ta hoàn toàn dùng lý thuyết xây dựng đa thức sinh mã cyclic để tạo trưởng lớp kề cho mã LCC Trên sở phân tích mã cyclic lớp kề đặc biệt mã LCC Hay mã cyclic dạng đặc biệt mã LCC 1.3.4 Một số phương pháp xây dựng mã cyclic cục thực 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Các kết đạt chương là: Trình bày tổng quan mã Turbo: Giới thiệu sơ đồ mã hóa, số phương pháp giải mã, đánh giá chất lượng mã Turbo Mã Turbo mã có độ tăng ích mã lớn Tuy nhiên, thuật toán giải mã phức tạp Từ khái niệm mã Turbo, nhiều công trình nghiên cứu thực nhằm giảm độ phức tạp thuật toán giải mã nghiên cứu ưu điểm sơ đồ mã hóa Turbo Sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp ứng dụng nhiều kênh lỗi cụm, có chất lượng phụ thuộc nhiều vào xáo trộn không bị tượng lỗi sàn sơ đồ Turbo liên kết song song Trình bày tổng quan mã cyclic cục bộ: Giới thiệu mã cyclic Mã cyclic có chất lượng phát sai sửa sai tốt Thuật toán mã hóa, giải mã đơn giản Tuy nhiên, mã cyclic có nhược điểm khả tạo mã bị hạn chế (do số đa thức sinh ít), chí có vành đa thức xây dựng mã tốt Để khắc phục nhược điểm mã cyclic, mã cyclic cục đề xuất, nghiên cứu phát triển Việt Nam Các mã cyclic cục vành đa thức xây dựng theo quan điểm xây dựng mã cyclic nghiên cứu nhóm nhân vành đa thức Khả tạo mã cyclic cục đa dạng, thuật toán mã hóa, giải mã đơn giản, dễ dàng thực thành thiết bị Mã cyclic trường hợp đặc biệt mã cyclic cục Một hướng nghiên cứu mở sử dụng mã cyclic cục làm mã hóa thành phần sơ đồ Turbo, giải mã phương pháp giải mã ngưỡng để tạo lớp mã khai thác ưu điểm độ tăng ích mã lớn, sử dụng hiệu kênh lỗi cụm sơ đồ mã hóa Turbo khả tạo mã đa dạng, phương pháp giải mã đơn giản mã cyclic cục 9 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI MÃ NGƯỠNG VÀ MÃ CYCLIC CỤC BỘ 2.1 PHÂN HOẠCH TỔNG QUÁT VÀNH ĐA THỨC Trong mục này, luận án trình bày nội dung: - Các vấn đề phân hoạch vành đa thức - Các kiểu phân hoạch vành đa thức 2.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MÃ NGƯỠNG Bao gồm nội dung: - Hệ tổng kiểm tra trực giao - Phương pháp giải mã ngưỡng theo đa số 2.3 MÃ CYCLIC CỤC BỘ Trong mục này, luận án trình bày nội dung: 2.3.1 Phương pháp xây dựng mã cyclic cục 2.3.2 Cấu trúc từ mã cyclic cục 2.3.3 Đề xuất phương pháp xây dựng mã cyclic cục dựa hệ tổng kiểm tra - liên hệ chặt Trong mục này, luận án trình bày nội dung đề xuất sau: - Khái niệm hệ tổng kiểm tra (TKT) - liên hệ chặt - Số TKT - liên hệ chặt - Điều kiện cần để sửa t sai hệ TKT - liên hệ chặt - Xây dựng mã cyclic cục (14,6,5) cụ thể sau: a Mã hóa : Xây dựng mã cyclic cục LCC(14,6,5) vành Z [x]/ x6 + 10 Chọn a(x) = x, ta có phân hoạch chuẩn Chọn 03 lớp kề với trưởng lớp kề 1,13,21 ta lớp mã cyclic cục (14,6) CGP1 = {(0), (1), (2), (3), (4), (5)} CGP7 = {(023), (134), (245), (035), (014), (125)} CGP9 = {(024), (135)} Sơ đồ mã hóa hình 2.3 Hình 2.3: Sơ đồ mã hóa LCC(14,6,5) b Giải mã phương pháp giải mã ngưỡng dựa TKT – liên hệ chặt Hệ TKT – liên hệ chặt cho dấu (0) sau: 1, a + a + a + b = (0) + (2) + (3) + (023) = 2, a + a + a + c = (0) + (2) + (4) + (024) = 3, a + a + a + b = (0) + (3) + (5) + (035) = 4, a + a + a + b = (0) + (1) + (4) + (014) = 5, a + a + c + b = (0) + (1) + (135) + (035) = 11 6, a + a + b + c = (0) + (5) + (245) + (024) = 7, a + c + b + b = (0) + (135) + (125) + (023) = 8, a + b + b + b = (0) + (125) + (245) + (014) = Dịch vòng nhịp ta tìm hệ TKT – liên hệ chặt cho dấu (1) sau nhịp ta tìm dấu (0), (1), (2), (3), (4), (5) Sơ đồ giải mã hình 2.4 Thông tin giải mã M=5 (0) + (1) + + (2) + (3) + (4) (5) + + + (023) + (134) + (035) + (014) (125) + + (245) + + (024) (135) + Hình 2.4: Sơ đồ giải mã LCC(14,6,5) 2.3.4 Đề xuất phương pháp xây dựng mã cyclic cục vành đa thức có hai lớp kề cyclic - Mã tựa cyclic Trong mục này, luận án trình bày nội dung đề xuất sau: 12 - Khái niệm nhóm nhân cyclic vành đa thức có hai lớp kề cyclic - Mã tựa cyclic vành đa thức có hai lớp kề cyclic - Xây dựng mã tựa cyclic (14,4,7) cụ thể sau: a Mã hóa: Xây dựng mã tựa cyclic vành Z [ x] / x Xét nhóm nhân CMG sau: A {(024)i mod(234); i 1,2, } A mã tựa cyclic (14,4,7) b Giải mã : Hệ tổng kiểm tra trực giao với dấu mã (0) là: S1 (0) S2 (02) (2) S3 (03) (3) S4 (013) (13) S5 (0123) (123) S (012 ) (12) S (023) (23) Sơ đồ giải mã ngưỡng biểu thị hình 2.5 Hình 2.5: Sơ đồ giải mã ngưỡng mã tựa cyclic (14,4,7) 13 Bảng 2.12: Một số mã tựa cyclic với giá trị khác n n Na Nh N n1 56 14 11 600 511 30.6600 1.022 13 1.728 2.047 3.537.216 19 139.968 131.071 183.457.457 10 4.094 10 262.142 2.3.5 Sơ đồ Monte – Carlo 2.3.6 Đánh giá hiệu mã LCC(14,6,5) mã tựa cyclic(14,4,7) 2.3.6.1 Hiệu mã LCC(14,6,5) Theo kết hình 2.7, mã LCC(14,6) cho kết tốt mã BCH(15,7) Hình 2.7: Tỷ số lỗi bit mã LCC(14,6) mã BCH(15,7), điều chế BPSK kênh AWGN 2.3.6.2 Hiệu mã tựa cyclic(14,4,7) Có thể thấy rằng, mã tựa cyclic (14,4) cho chất lượng tốt mã cyclic (15,5) mã cyclic cục (14,6) 14 Hình 2.8: So sánh chất lượng BER mã cyclic (15,5), mã cyclic cục (14,6) mã tựa cyclic (14,4) sử dụng điều chế BPSK kênh AWGN 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương trình bày nội dung sau: Giới thiệu phân hoạch tổng quát vành đa thức, phương pháp giải mã ngưỡng sở lý thuyết sử dụng mã hóa, giải mã cyclic cục Đề xuất 02 lớp mã mã cyclic cục dựa hệ tổng kiểm tra - liên hệ chặt mã tựa cyclic xây dựng vành đa thức có hai lớp kề cyclic Khả tạo mã đa dạng, mạch điện mã hóa, giải mã thực ghi, cộng, cổng Logic, thiết bị giải mã ngưỡng dễ thực Thuật toán giải mã sử dụng phương pháp giải mã ngưỡng đơn giản Xây dựng, đánh giá hiệu sửa sai mã LCC(14,6,5) mã tựa cyclic(14,4,7) Mã LCC(14,6,5) mã tựa cyclic(14,4,7) có chất lượng tốt mã cyclic, BCH có tham số (n,k) tương đương 02 lớp mã tác giả sử dụng nghiên cứu chương 15 CHƯƠNG 3: CÁC MÃ KHỐI TURBO XÂY DỰNG TRÊN CÁC MÃ CYCLIC CỤC BỘ 3.1 THUẬT TOÁN MAP VÀ NGUYÊN LÝ GIẢI MÃ LẶP TURBO Mục luận án trình bày nội dung: - Thuật toán MAP - Nguyên lý giải mã lặp Turbo 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA MÃ HÓA THÀNH PHẦN, BỘ XÁO TRỘN TỚI CHẤT LƯỢNG MÃ TURBO Bao gồm nội dung: - Thay đổi mã hóa thành phần - Thay đổi xáo trộn - Kênh, lỗi cụm xáo trộn 3.3 ĐỀ XUẤT CÁC MÃ KHỐI TURBO XÂY DỰNG TRÊN CÁC MÃ CYCLIC CỤC BỘ 3.3.1 Sơ đồ Turbo đơn giản sử dụng mã cyclic cục 3.3.1.1 Mã hóa Hình 3.7: Sơ đồ Turbo đơn giản – Mã hóa Các bit đầu vào mã hóa mã cyclic cục Các bit đầu mã hóa đưa tới đầu vào xáo trộn 3.3.1.2 Giải mã Hình 3.8: Sơ đồ Turbo đơn giản – Giải mã 16 Bộ giải mã hóa LCC thực theo phương pháp giải mã ngưỡng mã cyclic cục 3.3.2 Sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp sử dụng mã cyclic cục 3.3.2.1 Mã hóa Hình 3.9: Sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp – Mã hóa Các bit tín hiệu đầu vào mã hóa mã hóa LCC thành phần thứ Tín hiệu đầu mã hóa LCC thành phần thứ qua xáo trộn, sau mã hóa mã hóa LCC thành phần thứ hai Với cách tạo mã này, tốc độ mã hóa R sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp là: R= R1 xR2 Trong R1 , R2 tốc độ mã hóa mã hóa LCC thành phần 3.3.2.2 Giải mã Hình 3.10: Sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp – Giải mã Sử dụng phương pháp giải mã ngưỡng giải mã hóa LCC thành phần 3.3.3 Sơ đồ Turbo liên kết song song sử dụng mã cyclic cục 17 3.3.3.1 Mã hóa Hình 3.11a: Sơ đồ Turbo liên kết song song – Mã hóa Khi thay đổi mã hóa LCC thành phần, xáo trộn, ghép xen trích trọn sơ đồ thuật toán giải mã, có sơ đồ Turbo liên kết song song sử dụng mã cyclic cục có đặc tính khác Xét trường hợp cụ thể (Hình 3.11b) Các bit tín hiệu vào chia thành luồng tín hiệu Các bit đầu mã (3,2) gồm thành phần: Các bit đầu mã hóa thành phần thứ nhất; Các bit đầu mã hóa thành phần thứ hai; Các bit kiểm tra tổng module theo thứ tự bit bit đầu mã hóa thành phần thứ bit đầu mã hóa thành phần thứ hai Hình 3.11b: Sơ đồ Turbo liên kết song song, trích chọn (3,2) – Mã hóa 18 3.3.3.2 Giải mã Bộ giải mã (3,2) tách bit đầu vào thành luồng tín hiệu thành phần Hình 3.12: Sơ đồ Turbo liên kết song song – Giải mã Các bit đầu giải mã thành phần thứ xác định theo phương pháp giải mã ngưỡng tín hiệu (Hệ Tổng kiểm tra) sau: Các Tổng kiểm tra giải mã thành phần thứ nhất; Các Tổng kiểm tra tổng modulo Tổng kiểm tra giải mã thành phần thứ hai Tổng kiểm tra giải mã tín hiệu kiểm tra Các bit đầu giải mã thành phần thứ hai xác định tương tự bit đầu giải mã thành phần thứ Các bit đầu giải mã thành phần thứ hai đưa đến đầu vào giải xáo trộn Các bit đầu kết hợp bit đầu giải mã thành phần thứ bit đầu giải xáo trộn 3.4 MỘT SỐ ĐẶC TÍNH, TÍNH CHẤT SƠ ĐỒ TURBO ĐƠN GIẢN, SƠ ĐỒ TURBO LIÊN KẾT NỐI TIẾP SỬ DỤNG MÃ CYCLIC CỤC BỘ 19 Luận án đề cập nội dung sau: - Khả sử dụng kênh lỗi cụm - Khả xây dựng mã - Khả thực mạch mã hóa giải mã 3.5 MỘT SỐ HIỆU QUẢ CỦA CÁC MÃ KHỐI TURBO XÂY DỰNG TRÊN MÃ CYCLIC CỤC BỘ 3.5.1 Đánh giá hiệu sơ đồ Turbo đơn giản sử dụng mã LCC(14,6,5) mã tựa cyclic(14,4,7) Hình 3.13 cho thấy, thay đổi kích thước xáo trộn 100 hàng x 14 cột; 200 hàng x 14 cột 500 hàng x 14 cột xáo trộn có kích thước 200 hàng x 14 cột cho kết BER tốt Cũng theo hình 3.13, sơ đồ Turbo đơn giản sử dụng mã LCC(14,6) cho kết tốt mã LCC(14,6) Hình 3.13: Tỷ số lỗi bit mã LCC(14,6) sơ đồ Turbo đơn giản sử dụng mã LCC(14,6), điều chế BPSK kênh AWGN 20 Hình 3.14 Tỷ số lỗi bit mã tựa cyclic(14,4) sơ đồ Turbo đơn giản sử dụng mã tựa cyclic(14,4), điều chế BPSK kênh AWGN Hình 3.15: Tỷ số lỗi bit mã BCH(15,7), sơ đồ Turbo đơn giản sử dụng mã BCH(15,7) sơ đồ Turbo đơn giản sử dụng mã LCC(14,6), điều chế BPSK kênh AWGN 3.5.2 Đánh giá hiệu sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp sử dụng mã LCC(14,6,5) 21 Theo hình 3.16, sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp sử dụng mã LCC(14,6) cho chất lượng tốt mã tựa cyclic(14,4) tốt đáng kể mã cyclic cục (14,6) Hình 3.16: Tỷ số lỗi bit mã LCC(14,6), mã tựa cyclic(14,4) sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp sử dụng mã LCC(14,6) 3.5.3 Đánh giá hiệu sơ đồ Turbo liên kết song song sử dụng mã LCC(14,6,5) Hình 3.17: Tỷ số lỗi bit mã LCC(14,6), mã tựa cyclic(14,4) sơ đồ Turbo liên kết song song sử dụng mã LCC(14,6) 22 Theo hình 3.17, sơ đồ Turbo liên kết song song sử dụng mã LCC(14,6) cho chất lượng tốt mã LCC(14,6) chất lượng tương đương so với mã tựa cyclic (14,4) SNR=6.5dB 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương nêu giải vấn đề sau: Trình bày thuật toán MAP nguyên lý giải mã lặp Turbo Ảnh hưởng mã hóa thành phần, xáo trộn tới chất lượng mã Turbo Đây sở để đề xuất, so sánh với lớp mã Đề xuất lớp mã mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục bộ, bao gồm: Sơ đồ Turbo đơn giản, sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp, sơ đồ Turbo liên kết song song sử dụng mã cyclic cục Giải mã phương pháp giải mã ngưỡng Nghiên cứu đặc tính, tính chất, hiệu lớp mã nêu Các hàm chương trình mô chứng minh mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục có độ tăng ích lớn so với mã cyclic cục mã thông thường khác Phương pháp giải mã ngưỡng đơn giản nhiều so với thuật toán giải mã Turbo Khi đánh giá mã với cấu trúc tạo mã khác nhau, NCS so sánh với mã đơn chưa có điều kiện so sánh với sơ đồ loại dùng mã BCH truyền thống (cùng sử dụng phương pháp giải mã ngưỡng) Trong sơ đồ Turbo đơn giản: Bộ xáo trộn trước kênh cần thiết cho khả cải thiện lỗi kênh Fading, 23 xáo trộn sơ đồ song song hay nối tiếp lại cần thiết cho làm tăng khoảng cách từ mã kênh AWGN Khi so sánh hiệu sửa sai mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục với mã Turbo truyền thống với tốc độ có BER mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục yêu cầu S/N lớn khoảng từ 0.5 dB đến 2.0 dB KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án đạt kết sau đây: Đề xuất 02 lớp mã cyclic cục mã cyclic cục dựa hệ tổng kiểm tra - liên hệ chặt mã tựa cyclic vành đa thức có hai lớp kề cyclic Xây dựng mã cyclic cục LCC(14,6,5), mã tựa cyclic Quasi(14,4,7) cụ thể sử dụng cho sơ đồ Turbo Đề xuất lớp mã mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục bộ, bao gồm: Sơ đồ Turbo đơn giản, sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp, sơ đồ Turbo liên kết song song sử dụng mã cyclic cục Giải mã phương pháp giải mã ngưỡng Đây loại mã khai thác ưu điểm độ tăng ích mã lớn, sử dụng hiệu kênh lỗi cụm sơ đồ mã hóa Turbo; Đồng thời khai thác ưu điểm khả tạo mã đa dạng, thuật toán mã hóa, giải mã đơn giản dễ dàng thực mạch mã hóa, giải mã mã cyclic cục Các mã khối Turbo nói cho chất lượng BER tốt mã cyclic, cyclic cục mã BCH sử dụng điều chế BPSK kênh AWGN Các mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục số nhược điểm sau: 24 Phương pháp tạo mã cyclic cục sử dụng lớp kề, thực mạch mã hóa phải sử dụng nhiều loại xung nhịp khác Sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp sử dụng mã cyclic cục có tốc độ mã hóa thấp Khi so sánh hiệu sửa sai với mã Turbo truyền thống (cùng tốc độ, BER) mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục yêu cầu S/N lớn khoảng từ 0.5 dB đến 2.0 dB Khả áp dụng thực tế Các mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục đáp ứng thời gian thực tốt mã Turbo Sử dụng sơ đồ Turbo đơn giản, sơ đồ Turbo liên kết song song cho kênh truyền tín hiệu dịch vụ; Sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp cho kênh truyền tín hiệu đòi hỏi chất lượng cao, tốc độ truyền thấp kênh báo hiệu, giám sát, điều khiển Kiến nghị nghiên cứu tiếp theo: Khảo sát mã cyclic cục xáo trộn sơ đồ Turbo đơn giản Tìm tiêu chuẩn nhận biết cho mã cyclic cục bộ, xáo trộn sử dụng để sơ đồ Turbo đơn giản có chất lượng tốt Nghiên cứu phương pháp giải mã sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp, liên kết song song sử dụng mã cyclic cục bộ: Giải mã ngưỡng phương pháp giải mã khác Đánh giá hiệu sửa sai mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục kênh truyền khác (Ngoài kênh AWGN) PHỤ LỤC:CÁC HÀM VÀ CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG [...]... CÁC MÃ KHỐI TURBO XÂY DỰNG TRÊN CÁC MÃ CYCLIC CỤC BỘ 3.3.1 Sơ đồ Turbo đơn giản sử dụng mã cyclic cục bộ 3.3.1.1 Mã hóa Hình 3.7: Sơ đồ Turbo đơn giản – Mã hóa Các bit đầu vào được mã hóa bởi mã cyclic cục bộ Các bit đầu ra bộ mã hóa được đưa tới đầu vào bộ xáo trộn 3.3.1.2 Giải mã Hình 3.8: Sơ đồ Turbo đơn giản – Giải mã 16 Bộ giải mã hóa LCC thực hiện theo phương pháp giải mã ngưỡng đối với mã cyclic. .. điểm khả năng tạo mã đa dạng, thuật toán mã hóa, giải mã đơn giản và dễ dàng thực hiện mạch mã hóa, giải mã của mã cyclic cục bộ Các mã khối Turbo nói trên cho chất lượng BER tốt hơn mã cyclic, cyclic cục bộ và mã BCH khi sử dụng điều chế BPSK trên kênh AWGN Các mã khối Turbo xây dựng trên các mã cyclic cục bộ còn một số nhược điểm sau: 24 Phương pháp tạo mã cyclic cục bộ sử dụng các lớp kề, vì vậy... có cùng BER thì các mã khối Turbo xây dựng trên các mã cyclic cục bộ yêu cầu S/N lớn hơn khoảng từ 0.5 dB đến 2.0 dB KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án đã đạt được các kết quả sau đây: Đề xuất 02 lớp mã cyclic cục bộ mới là mã cyclic cục bộ dựa trên hệ tổng kiểm tra - liên hệ chặt và mã tựa cyclic trên các vành đa thức có hai lớp kề cyclic Xây dựng bộ mã cyclic cục bộ LCC(14,6,5), mã tựa cyclic Quasi(14,4,7)... mạch mã hóa có thể phải sử dụng nhiều loại xung nhịp khác nhau Sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp sử dụng mã cyclic cục bộ có tốc độ mã hóa thấp Khi so sánh hiệu quả sửa sai với các mã Turbo truyền thống (cùng tốc độ, cùng BER) thì các mã khối Turbo xây dựng trên các mã cyclic cục bộ yêu cầu S/N lớn hơn khoảng từ 0.5 dB đến 2.0 dB Khả năng áp dụng thực tế Các mã khối Turbo xây dựng trên các mã cyclic cục bộ. .. của bộ mã hóa thành phần, bộ xáo trộn tới chất lượng mã Turbo Đây là cơ sở để đề xuất, so sánh với lớp mã mới Đề xuất lớp mã mới là các mã khối Turbo xây dựng trên các mã cyclic cục bộ, bao gồm: Sơ đồ Turbo đơn giản, sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp, sơ đồ Turbo liên kết song song sử dụng mã cyclic cục bộ Giải mã bằng phương pháp giải mã ngưỡng Nghiên cứu đặc tính, tính chất, hiệu quả của lớp mã nêu trên. .. các mã cyclic cục bộ, các bộ xáo trộn sử dụng để sơ đồ Turbo đơn giản có chất lượng tốt nhất Nghiên cứu các phương pháp giải mã sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp, liên kết song song sử dụng mã cyclic cục bộ: Giải mã ngưỡng và các phương pháp giải mã khác Đánh giá hiệu quả sửa sai của các mã khối Turbo xây dựng trên các mã cyclic cục bộ trong các kênh truyền khác (Ngoài kênh AWGN) PHỤ LỤC:CÁC HÀM VÀ CHƯƠNG... hiệu quả của lớp mã nêu trên Các hàm và chương trình mô phỏng đã chứng minh các mã khối Turbo xây dựng trên các mã cyclic cục bộ có độ tăng ích lớn hơn so với các mã cyclic cục bộ và các mã thông thường khác Phương pháp giải mã ngưỡng đơn giản hơn rất nhiều so với các thuật toán giải mã Turbo Khi đánh giá mã mới với các cấu trúc tạo mã khác nhau, NCS mới chỉ so sánh với mã đơn là chính nó và chưa có... thể sử dụng cho sơ đồ Turbo Đề xuất lớp mã mới là các mã khối Turbo xây dựng trên các mã cyclic cục bộ, bao gồm: Sơ đồ Turbo đơn giản, sơ đồ Turbo liên kết nối tiếp, sơ đồ Turbo liên kết song song sử dụng mã cyclic cục bộ Giải mã bằng phương pháp giải mã ngưỡng Đây là loại mã khai thác được ưu điểm độ tăng ích mã lớn, có thể sử dụng rất hiệu quả trong kênh lỗi cụm của sơ đồ mã hóa Turbo; Đồng thời khai... giả sử dụng trong các nghiên cứu ở chương 3 15 CHƯƠNG 3: CÁC MÃ KHỐI TURBO XÂY DỰNG TRÊN CÁC MÃ CYCLIC CỤC BỘ 3.1 THUẬT TOÁN MAP VÀ NGUYÊN LÝ GIẢI MÃ LẶP TURBO Mục này luận án trình bày các nội dung: - Thuật toán MAP - Nguyên lý giải mã lặp Turbo 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA MÃ HÓA THÀNH PHẦN, BỘ XÁO TRỘN TỚI CHẤT LƯỢNG MÃ TURBO Bao gồm các nội dung: - Thay đổi mã hóa thành phần - Thay đổi bộ xáo trộn - Kênh,... kết quả ở hình 2.7, mã LCC(14,6) cho kết quả tốt hơn mã BCH(15,7) Hình 2.7: Tỷ số lỗi bit của mã LCC(14,6) và mã BCH(15,7), điều chế BPSK trên kênh AWGN 2.3.6.2 Hiệu quả mã tựa cyclic( 14,4,7) Có thể thấy rằng, mã tựa cyclic (14,4) cho chất lượng tốt hơn mã cyclic (15,5) và mã cyclic cục bộ (14,6) 14 Hình 2.8: So sánh chất lượng BER mã cyclic (15,5), mã cyclic cục bộ (14,6) và mã tựa cyclic (14,4) sử ... thực mạch mã hóa, giải mã mã cyclic cục Các mã khối Turbo nói cho chất lượng BER tốt mã cyclic, cyclic cục mã BCH sử dụng điều chế BPSK kênh AWGN Các mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục số nhược... làm tăng khoảng cách từ mã kênh AWGN Khi so sánh hiệu sửa sai mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục với mã Turbo truyền thống với tốc độ có BER mã khối Turbo xây dựng mã cyclic cục yêu cầu S/N... Khả xây dựng mã - Khả thực mạch mã hóa giải mã 3.5 MỘT SỐ HIỆU QUẢ CỦA CÁC MÃ KHỐI TURBO XÂY DỰNG TRÊN MÃ CYCLIC CỤC BỘ 3.5.1 Đánh giá hiệu sơ đồ Turbo đơn giản sử dụng mã LCC(14,6,5) mã tựa cyclic( 14,4,7)