Ứng dụng hệ thống điều chế mã có xáo trộn vị trí bít và giải mã lặp để nâng cao chất lượng ghiđọc dữ liệu (TT)

1 A Mở đầu Tớnh cp thit ca ti Nhiu cụng trỡnh nghiờn cu v BICM-ID u khng nh rng s ny phỏt huy hiu qu cao h thng truyn tin trờn kờnh Gauss Tuy nhiờn h thng BICM-ID li ũi hi iu ch a mc, iu ny lm hn ch vic ỏp dng trc tip mụ hỡnh BICM-ID cho ghi t tớn hiu u vo kờnh ghi t b rng buc u vo nh phõn Vi mc ớch ng dng cỏc k thut mó hoỏ v x lý tớn hiu rt thnh cụng cỏc h thng thụng tin s cho cỏc h thng ghi t nõng cao cht lng ghi/c d liu, tụi ó chn ti nghiờn cu l: ng dng h thng iu ch mó cú xỏo trn v trớ bit v gii mó lp nõng cao cht lng ghi/c d liu Lun ỏn ny xut mt phng ỏn xõy dng b iu ch/gii iu ch a chiu kt hp vi vic chn cỏc cp mó hoỏ ỏnh x tt nht cú th ng dng h thng BICM-ID cho cỏc h thng ghi t i tng nghiờn cu S iu ch a chiu xõy dng t { 1} , ỏnh x cú xỏc sut li bit u, v h thng BICM-ID s dng cỏc ỏnh x v b tớn hiu a chiu Phng phỏp nghiờn cu - Xõy dng mụ hỡnh toỏn hc ca h thng bng gii tớch; - Phõn tớch cht lng bng gii tớch kt hp vi mụ phng mỏy tớnh í ngha khoa hc v thc tin xut tiờu chun thit k cỏc cp mó hoỏ ỏnh x tt nht cho s BICM-ID vi xỏo trn tng dũng bit a mt phng phỏp iu ch a chiu, a im tớn hiu cú th ng dng h thng BICM-ID cho cỏc h thng ghi t Trỡnh by phng phỏp v kt qu tỡm kim cỏc cp mó hoỏ - ỏnh x tt nht cho h thng BICM-ID iu ch a chiu xut s dng h s chun hoỏ SF cho h thng BICM-ID iu ch a chiu B cc ca lun ỏn: Lun ỏn c chia thnh chng, 01 kt lun, danh mc ti liu tham kho v 01 ph lc B NI DUNG Chơng 1: C S Lí THUYT CHO GHI T 1.1 H thng ghi t S mt h thng ghi t c trỡnh by trờn Hỡnh 1.1 Tớn hiu ghi Tớn hiu c li Hỡnh S h thng ghi t 1.1.1 Nguyờn lý ghi t Cỏc s nh phõn c ghi mi rónh bng cỏch t tớnh hoỏ cỏc ht hoc t tớnh theo mt hng Tớn hiu ghi l mt dng súng hai mc, gi s l +1 v -1, tồn khoảng thời gian liên tục T V dng súng ny thỡ cỏc chuyn i t mc ny sang mc khỏc s chuyn ti thụng tin s mt cỏch hiu qu, bi vy nú b rng buc xut hin ti cỏc thi im bi s nguyờn ln ca thi gian chu k T Hỡnh 1.2 mụ t quỏ trỡnh ghi v c li tớn hiu vi ghi t theo phng ngang Biờn tớn hiu Hỡnh 1.2: Quỏ trỡnh ghi t theo phng ngang u vo Tớn hiu c +1 PW50 -1 -6 -4 -2 Thi gian (T) Hỡnh 1.3: ỏp ng bc thang kờnh Lorentz vi PW50 / T = 1.1.2 Mụ hỡnh kờnh ghi 1.1.2.1 ỏp ng xung kờnh i vi h thng ghi t theo phng ngang mt mụ hỡnh c s dng thng xuyờn i vi ỏp ng chuyn i h(t ) l hm Lorentz h ( t, w) = 2t + ữ ữ PW50 (1.2) Trong ú w = PW50 l rng xung ti mt na biờn nh PW50/T l mt n v o lng ca mt ghi l, ú T l chu k symbol, õy l tham s quan trng nht mụ t kờnh ghi t PW50/T cng cao thỡ chu k symbol cng ngn ú mt ghi t cng cao ỏp ng bc thang Lorentz vi PW50/T=2 c ch Hỡnh 1.3 i vi vic ghi theo phng ng, cỏc ỏp ng chuyn i c xỏc nh bi cụng thc (1.3): ln tữ ữ, PW 50 h(t , w) = erf (1.3) 1.1.2.2 ISI h thng ghi t Hỡnh 1.4 ỏp ng chuyn i i vi ghi t theo phng ngang Hỡnh 1.5 ỏp ng chuyn i i vi ghi t theo phng ng S chng ln ca cỏc xung c lin k l nguyờn nhõn gõy ISI h thng ghi t Vi mt mt ghi Ds = PW50 / T ln hn s gõy s phõn tỏn nhiu hn ca cỏc xung c v ú gõy ISI ln hn h thng Hỡnh 1.4 v 1.5 cho thy mt ghi tng lm tng s phõn tỏn ca cỏc ỏp ng xung v lm gim cng tớn hiu c 1.1.2.3 Mụ hỡnh õm ghi t Tp õm tớn hiu c ca h thng ghi t xut hin t hai ngun chớnh: õm in t n t u c v b tin khuch i; õm mụi trng tn ti li ca phng tin ghi v s liờn kt t tớnh khụng hon ho Tp õm in t chớnh l õm Gauss trng v cú th c mụ hỡnh húa nh l mt thnh phn thờm vo u ca kờnh ghi Tp õm mụi trng cng cú th c mụ hỡnh húa nh õm Gauss trng ngun 1.2 Lý thuyt Shannon cho cỏc kờnh b rng buc 1.2.1 Cỏc rng buc v iu ch 1.2.1.1 Cỏc rng buc chiu di dóy du lp (RLL) gim nh hng ca nhiu xung thỡ cỏc chui u vo kờnh b rng buc ớt nht d cỏc du giỏ tr gia cỏc giỏ tr khỏc khụng liờn tip m bo khụi phc ng b thỡ yờu cu cỏc chui cú nhiu nht k du giỏ tr gia cỏc giỏ tr khỏc khụng liờn tip 1.2.1.2 Cỏc rng buc cho kờnh PRML Thuc tớnh ny cho phộp hn ch chiu di nh ng tỏch súng v bi vy gim tr gii mó m khụng chu bt k s thit hi ỏng k no vic ỏnh giỏ chui c to 1.2.1.3 Cỏc rng buc ph khụng L rng buc cỏc chui x ó ghi cú ph khụng ti mt tn s c bit f , tc l hm mt ph cụng sut trung bỡnh ca cỏc chui ny cú giỏ tr bng ti tn s c bit ú 1.2.2 Cỏc kờnh khụng nhiu ri rc Shannon ó chng minh rng dung lng C ca mt kờnh ó b hn ch biu din mt gii hn trờn v t l truyn tin cú th t c trờn kờnh ny v vic truyn tin tin cy ti cỏc t l bt k nh hn dung lng ca kờnh C v mt lý thuyt l cú th t c 6 1.3 Cỏc k thut x lý tớn hiu cho ghi t 1.3.1 San bng h thng ghi t San bng to dng kờnh ghi c bn thnh kờnh cú rng buc v ISI Sau ú b tỏch súng Viterbi c thc hin tỏch súng chui hp lớ cc i trờn kờnh cú rng buc v ISI Cht lng x lý tớn hiu lỳc ny ph thuc vo s phự hp gia kờnh ghi c bn v ISI mc tiờu c rng buc Tuy nhiờn san bng tt nht v tỏch súng chui hp lớ cc i khụng t c gii hn ca b lc phi hp, t c cht lng tt hn thỡ phi kt hp vi mó hoỏ 1.3.2 Mó hoỏ cho ghi t Mó hoỏ cung cp kh nng sa li ti mỏy thu bng cỏch thờm phn d vo chui d liu s dng t c s phõn tỏch chui d liu tt hn Tuy nhiờn mó húa lm tng mt ghi v iu ny gõy tng ISI v lm suy gim t s SNR, ú rt khú ỏp dng mó hoỏ cho ghi t bi vỡ tng ớch mó hoỏ cn phi ln bự c cỏc suy hao tng t l mó 1.3.3 Cỏc b tỏch súng cho cỏc kờnh khụng mó 1.3.3.1 Tỏch súng nh B tỏch súng nh ly vi phõn tớn hiu c v xỏc nh cỏc khong thi gian m khong thi gian ú xut hin vic o giỏ tr Song song vi vic ú, biờn ca mi im cc tng ng tớn hiu c c so sỏnh vi ngng t trc v nu khụng vt qua ngng ny thỡ vic o giỏ tr c b qua, vic vt ngng ch l cú mt nh 7 1.3.3.2 San bng ỏp ng xung mt phn kt hp vi tỏch súng chui hp lớ cc i (PRML) Khỏc vi phng phỏp tỏch súng nh, phng phỏp tỏch súng PRML xõy dng li dy ó c ghi trờn c s cỏc giỏ tr ly mu ca tớn hiu c c san bng n nh vi cỏc mu o c ti cỏc thi im t = kT ,(k > 0) 1.3.4 Dung lng kờnh ghi 1.3.4.1 Cỏc mụ hỡnh kờnh liờn tc theo thi gian Cav = W log P+N N (1.15) (bit / sec) 1.3.4.2 Cỏc mụ hỡnh kờnh ri rc theo thi gian P Cav = log(1 + ) ( bit / symbol ) (1.16) 1.4 S h thng ghi t Mó hoỏ RLL Mó chp D liu Gii mó APP Xỏo trn Gii xỏo trn Bin i tuyn tớnh Bin i Bin i tớn hiu LLR Kờnh PRML Xỏo trn Hỡnh 1.13: S ghi t ng dng nguyờn lý BICM-ID S ghi t mi c xut lun ỏn nh trờn Hỡnh 1.13, vic c lng kờnh c thc hin mụ hỡnh kờnh PRML, bi vy b mó hoỏ vũng ngoi, b xỏo trn bit v b iu ch cú th c ti u hoỏ, vic c lng kờnh ch thc hin mt ln ú phc tớnh toỏn nh hn s san bng Turbo S Hỡnh 1.13 ch khỏc cỏc s ghi t PRML ang s dng l cú thờm mt Bin i tuyn tớnh phn ghi, cũn phn c thờm mt Bin i tớn hiu LLR Chớnh iu ny cho phộp ỏp dng nguyờn lý ny cho tt c cỏc s ghi t theo mụ hỡnh kờnh PRML m khụng phi can thip vo phn cng 1.5 t nghiờn cu Th nht: Xỏc nh mt lp cỏc ỏnh x cho phộp n gin hoỏ vic thit k v ỏnh giỏ h thng BICM-ID Th hai: xut mt phng ỏn ỏp dng nguyờn lý x lý tớn hiu ca s BICM-ID cho ghi t trờn c s coi vộc-t ca m du nh phõn { 1} liờn tip nh l mt im tớn hiu a chiu, a im Th ba: Trỡnh by phng phỏp v kt qu tỡm kim vột cn cỏc cp mỏy mó - ỏnh x tt nht cho s BICM-ID iu ch a chiu Th t: xut s dng h s chun hoỏ SF cho h thng BICM-ID iu ch a chiu gim phc tớnh toỏn ca h thng Chng 2: H THNG BICM-ID V CC NH X NHT DNG HèNH HC MC BIT BGU 2.1 S iu ch mó cú xỏo trn bit v gii mó lp (BICM-ID) 2.1.1 Gii thiu chung ut Mó hoỏ Thụng tin vo u t Thụng tin ct Xỏo trn vt iu ch st (a) Gii mó Gii xỏo trn Gii iu ch rt Xỏo trn (b) Hỡnh 2.4: S h thng BICM-ID u phỏt (a) v u thu (b) 2.1.2 Cỏc yu t nh hng ti cht lng ca h thng BICM-ID Cht lng ca h thng BICM-ID ph thuc vo b mó chp, b xỏo trn bớt, b tớn hiu v k thut ỏnh x t chui bớt lờn b tớn hiu Cỏc nghiờn cu trc õy c gng tỡm mó chp, ỏnh x v b xỏo trn tt nht cho s BICM-ID, bn Lun ỏn ny nghiờn cu chn mó v b xỏo trn ti u theo b tớn hiu v b ỏnh x 2.2 Cỏc ỏnh x GU dựng h thng BICM-ID 2.2.1 Gii thiu chung v ỏnh x nht dng hỡnh hc (GU) Tớnh tuyn tớnh ca cỏc h thng mó kt hp vi tớnh i xng ca cỏc chũm tớn hiu l c s a khỏi nim tớnh cht xỏc sut li u (UEP), t ú cho phộp phõn tớch v thit k cỏc mó h thng quy mt cỏch n gin ch cn kho sỏt mt chui tớn hiu ton l ỏnh giỏ ton b cỏc phm cht ca mó Trong mc ny lun ỏn s gii thiu khỏi nim mi nht dng hỡnh hc mc bit BGU trờn c s dựng thut toỏn gii mó lp ID vi gi thit rng cú hi tip hon ho Cỏc ỏnh x BGU mi cho phộp c lng v phõn tớch mt cỏch n gin phm cht ca h thng BICM-ID 2.2.2 Cỏc ỏnh x nht dng hỡnh hc mc bit BGU Xột mt hu hn S = {s0 , s1,K , sM 1} gm M im tớn hiu ( M = 2m ) Gi s rng mi im tớn hiu cú xỏc sut truyn nh qua kờnh Gauss (AWGN) T l li du (SER) trung bỡnh vi gii mó hp lớ cc i (ML) l: Pe ( S ) = M M P ( s ) , ú xỏc sut li du l e i Pe ( S ) , i =0 sT = si c truyn i v thu c s R , thỡ Pe ( si ) = P[ sR sT / sT = si ] 10 nh ngha 1: Mt tớn hiu S c gi l tho tớnh cht xỏc sut li u nu xỏc sut li du SEP vi gii mó du theo gii thut ML khụng ph thuc vo tớn hiu ó phỏt i, ngha l Pe ( si ) nh vi mi si S nh ngha 2: Mt phộp gỏn nhón nh phõn à[ S , m] cho chũm tớn hiu S c gi l tho tớnh cht xỏc sut li bit u (UBEP) nu xỏc sut li bit vi gii mó hp lớ cc i ML khụng ph thuc vo tớn hiu ó c truyn i, tc l Pb ( sT = si ) ging i vi mi tớn hiu si S nh ngha 3: Cho à[ S , m] l mt phộp gỏn nhón nh phõn ca chũm tớn hiu nht dng hỡnh hc S vi nhúm sinh GS nh x cú tớnh cht xỏc sut li bit u (UBEP) nu tho iu kin sau: d H ( ( gi ), ( g j )) = wH ( ( g i1 gg j )) g i , g j GS 2.2.3 xut cu trỳc mi cho phộp gỏn nhón BGU Mt phộp gỏn nhón nh phõn à[ S , m] cho mt chũm tớn hiu S l mt ỏnh x nht dng hỡnh hc mc bit theo ngha rng (Wide-Sense BGU), nu vi mi j {1,K , m} m c ly bit khụng ph thuc vo im tớn hiu, ngha l d E ( si , j ) nh vi mi tớn hiu si , hay d E ( si , j ) = d Ej Nhn xột 1: Theo gi thit BGU v IF thỡ phm cht BER ca h thng BICM-ID vựng sn li tng ng vi phm cht ca thut toỏn gii mó hp lớ cc i ML ca thnh phn mó h thng quy trờn kờnh AWGN vi iu ch BPSK cú t s tớn trờn tng ng l: Eb m j = (d E ) N 0* RN j =1 11 Nhn xột 2: Tớnh tuyn tớnh ca mó v phộp gỏn nhón BGU ca chũm tớn hiu (theo nh ngha 3) khng nh rng h thng BICMID ang xột cú tớnh cht xỏc sut li bit u (UBEP) 2.3 Xõy dng mó 2.3.1 Cỏc cn trờn v tiờu thit k 2.3.1.1 Cn trờn xỏc sut li bớt ca h thng BICM-ID vi xỏo trn ton b dũng bit Vi gi thit hi tip lý tng v ỏnh x BGU, xỏc sut li bit ca T ( D, I , L) I I =1, L =1 h thng cú cn trờn nh sau: Pb < k (2.6) m j D = exp (d E ) ú D l bin hỡnh thc: N j =1 (2.7) Gii hn (2.6) thuc mt lp c gi l cỏc ng cn trờn ca hm truyn, nh vy cú th ỏp dng cỏc k thut lm cht v tớnh toỏn bng s Mt khỏc ng bao (2.7) ch khỏc vi ng bao truyn thng Viterbi ch phi tớnh toỏn bin hỡnh thc D , chớnh xỏc hn l thnh phn lu tha cú t s tớn trờn (SNR) th mụ t trờn Hỡnh 2.8 th hin ng cn trờn mụ phng h thng BICM-ID vi cỏc mó h thng quy trng thỏi v 64 trng thỏi Cỏc ng bao cú bin iu tng t nh cỏc kt qu mụ phng v tim cn tt v BER cỏc t s tớn trờn cao 2.3.1.2 Cn trờn xỏc sut li bit ca h thng BICM-ID vi xỏo trn tng dũng bit Xột ỏnh x 4-PSK, ta cú M = 4, m = , s dng mó RSC t l 1/ Ti mi thi im t , ký hiu cts v ctp ln lt l bit h thng v bit kim 12 tra S khụng mt i tớnh tng quỏt nu ta gỏn bit h thng cts cú c ly d 1E vi bit kim tra ctp cú c ly bit l d E2 Xột mt s kin li cú di L cựng vi dóy bit nh phõn: CL = c1s c1p , c2s c2p ,K , cLs cLp Ta cú WH (CL ) = WH (CLs ) + WH (CLp ) , ú CLs v CLp ln lt l dóy bit tin v dóy bit kim tra Khi truyn qua cỏc kờnh nh phõn tng ng, chui s kin li l bỡnh phng c ly Euclid n nhỏnh mó ton 0: (d L ) = WH (CLs )(d E1 ) + WH (CLp )(d E2 ) = WH (CL ) (d 1E ) + ( d E2 ) [WH (CLs ) WH (CLp )][( d E1 ) ( d E2 ) ] + 2 Cú th thy rng biu thc trờn, s hng th nht l bỡnh phng trung bỡnh c ly Euclid ca cỏc s kin li s dng b xỏo trn tng th Nu b mó hoỏ phự hp vi ỏnh x ca chũm tớn hiu thỡ s hng th hai ca biu thc mang du dng v ú chớnh l tng ớch ca h thng Vi gi thit cú hi tip lý tng v ỏnh x BGU thỡ xỏc sut li bit ca h thng cú cn trờn xỏc nh nh sau: Pb < NL WH ( CLs ,i )( d 1E )2 +WH ( CLp,i )( d E2 )2 WH (CLs ,i ) D L = Lmin i =1 (2.9) ú N L l s s kin li kớch thc L v D = exp{1/(2 N )} 2.3.1.3 Tiờu thit k Tiờu thit k h thng BICM-ID l cc tiu hoỏ v phi ca cụng thc (2.6) cho trng hp xỏo trn ton b dũng bit v v phi cụng thc (2.9) cho trng hp xỏo trn tng dũng bit 2.3.2 Kt qu xõy dng mó 13 Hỡnh 2.8 Cỏc kt qu mụ phng v ng cn trờn xỏc sut li bit Mu xanh: Mó RSC [1,5/7]; Mu : Mó RSC [1,35/23] ng bao (2.9) ó c tớnh bng s, vic tỡm kim c thc hin vi ỏnh x SP-A v SP-B Mó kờnh tt nht tỡm c cho hai ỏnh x ny c so sỏnh vi nhn c kt hp tt nht gia mó RSC v ỏnh x theo ngha cho giỏ tr ng bao thp hn (2.9) Vi tớn hiu 4PSK cú th thy rng ỏnh x SP-A luụn luụn nõng cao cht lng ca h thng Cỏc kt qu mụ phng th hin trờn Hỡnh 2.8 Túm li: Kt qu chớnh ca chng l ó xỏc nh c mt lp cỏc ỏnh x cho phộp n gin hoỏ vic phõn tớch v ỏnh giỏ h thng BICM-ID Cn trờn xỏc sut li bớt mi ca h thng BICM-ID ó c xut da trờn c s c li bit ca b tớn hiu xut mt tiờu chun thit k cỏc cp mó hoỏ - ỏnh x tt nht cho s BICM-ID, c th xột cho trng hp mó chp RSC t l 1/2 v b tớn hiu 4PSK Cú th nhn thy rng s kt hp gia b mó hoỏ vi b ỏnh x ó mang li hiu qu tt cho h thng BICM-ID vi xỏo trn tng dũng Chng 3: NG DNG NGUYấN Lí BICM-ID CHO GHI T 3.1 Mụ hỡnh h thng s dng BICM ID cho kờnh ghi t 14 Hỡnh Mụ hỡnh kờnh ghi t PRML Hỡnh 3.1 mụ t h thng x lý hp lớ cc i cho ỏp ng xung mt phn (PRML) i vi c ghi t phng ngang v phng ng i vi mụ hỡnh kờnh ghi t PRML trờn Hỡnh 3.1, chiu di ca b san bng v d bỏo ln thỡ nhiu tng cng trờn u ca kờnh ghi cú th lm gn ỳng AWGN Bi vy chỳng ta cú th xem h thng ghi t bao gm b mó hoỏ vũng ngoi RSC, b xỏo trn bit v b iu ch a mc nh l h thng BICM-ID vi kờnh AWGN phớa thu s dng b gii mó lp, gii iu ch lp u Mó hoỏ c Xỏo trn v iu ch chiu s AWGN u LA Gii mó APP LE Gii xỏo trn Xỏo trn LE LLR (v) Gii iu ch r chiu LA Hỡnh 3.2 S h thng ghi t tng ng h thng BICM-ID Trong chng ny mụ hỡnh kờnh ghi t PRML b nh hng bi ISI cú th coi tng ng nh kờnh AWGN, bi vy b mó hoỏ vũng ngoi, b xỏo trn bit v b iu ch cú th c ti u hoỏ, núi cỏch khỏc h thng BICM-ID s cho BER thp ti vựng sn li 3.2 nh x lờn tớn hiu a chiu Trc ht, xột ỏnh x SP ca chũm tớn hiu m chiu to thnh t cỏc vộc-t s = ( s1 , s2 , , sm ), si = Hỡnh 3.3 cho thy hai ma trn kớch thc m ì m to t cỏc phn t ca trng Ga-loa GF(2) Ma trn A l mt ma trn n v, cũn ma trn BSP l ma trn tam giỏc trờn Rt d 15 thy rng cỏc dũng ca A , cng nh ca BSP , u to thnh c s ca khụng gian tuyn tớnh m chiu cha ton b cỏc vộc-t nh phõn di m Hn na, BSP l kt qu bin i tuyn tớnh ca A Nu ta ký hiu = ( ai1 , , , aim ) l vộc-t to bi hng th i, i m , ca ma trn A thỡ vộc-t hng th i, i m ca ma trn BSP c tớnh nh sau (phộp cng m vộc-t theo mụ-un GF(2)): bi = ak k =i (3.7) nh ngha phộp ỏnh x SP : c s nh sau Trc ht ta biu din nhón nh phõn c = (c1, c2 , , cm ) bi mt t hp tuyn tớnh cỏc vộc-t hng ca A m c = ci : i =1 (3.8) S dng mt ỏnh x ph 1:1 t cỏc vộc-t dũng ca A v cỏc vộc-t dũng ca BSP , c th l a j b j , j m , ta cú ỏnh x t nhón nh phõn c m vo vộc-t iu ch d = ci bi i =1 (3.9) Cui cựng, vộc-t tớn hiu tng ng c xỏc nh bng s = ( 2d 1) (3.10) Chỳng ta thy rng vộc-t tớn hiu c hon ton xỏc nh bi vộc-t iu ch, nờn phộp ỏnh x c hon ton xỏc nh bi (3.9) Núi cỏch khỏc, thc t ta cú phộp ỏnh x SP : c d Da vo tớnh tuyn tớnh ca phộp ỏnh x ny, cú th chng minh B sau: B 1: Phộp ỏnh x SP SP c nh ngha nh trờn i vi chũm tớn hiu m chiu to thnh t cỏc vộc-t s = ( s1 , s2 , , sm ), si = l ỏnh x cú tớnh cht BGU vi H s c ly bớt bớt l DP ( SP ) = { m, m 1,K ,1} Chng minh: Xột v trớ bớt i bt k, i m Gi s s v s l cp tớn hiu tng ng vi cp nhón nh phõn c v c , tha ci ci = v c j c j = vi mi j i Theo (3.10), d thy rng s s = 4WH (d d ) , 16 m vi WH ( x ) l trng s Hamming ca vộc-t nh phõn x Ta cú d = ci bi , i =1 m d = cibi v WH (d d ) = WH (bi ) = m i + , ỳng vi i bt k, i m , v i =1 vi tớn hiu s bt k õy l iu phi chng minh Tng t, xột BAG l ma trn nhn c bng cỏch bin i ma trn A nh sau (xem Hỡnh 3.3) bi = i m v b1 = a1 a1 = 1 A= M 0 L M M M L L BSP = M L 1 L M M M L BAG 1 = M 1 L L M M M L Hỡnh 3.3 Cỏc ma trn dựng nh ngha ỏnh x SP v Phn Gray nh ngha phộp ỏnh x AG : c s t nhón nh phõn c = (c1 , c2 , , cm ) vo tớn hiu s tớnh theo (3.10) vi phộp ỏnh x thc t AG : c d c xỏc m nh bi: d = ci bi , bi BAG i =1 (3.11) S dng phng phỏp nh ỏp dng vi ỏnh x SP, ta chng minh c B sau B 2: Phộp ỏnh x Phn Gray AG c nh ngha nh trờn i vi chũm tớn hiu m chiu to thnh t cỏc vộc-t s = ( s1 , s2 , , sm ), si = l ỏnh x cú tớnh cht BGU vi H s c ly bớt bớt l DP( AG ) = { m, m 1,K , m 1} 3.3 Tiờu thit k v xõy dng h thng 17 Hỡnh 3.4 Cỏc ỏnh x ca tớn hiu 2D Hỡnh 3.5 Cỏc ỏnh x ca tớn hiu 3D Hỡnh 3.4 mụ t mt vớ d v chũm tớn hiu 2D i vi m = Ngoi ỏnh x Gray, thỡ ỏnh x A v ỏnh x B l ỏnh x SP Hai ỏnh x ny cú h s c ly bit khỏc nhau, tc l DP( A) = (4,8) v DP( B) = (8,4) Mc dự hai ỏnh x ny cú c ly bit trung bỡnh ging nhau, nhiờn vi xỏo trn tng dũng bit cho cht lng khỏc Hỡnh 3.5 trỡnh by vớ d chũm tớn hiu 3D i vi m = Ngoi ỏnh x Gray v ỏnh x SP ta s dng ỏnh x Anti-Gray Xột h thng BICM-ID s dng mó chp nh phõn t l b / c truyn trờn kờnh AWGN vi mt ph cụng sut mt phớa N0 Xột mt s kin li cú chiu di L c liờn kt vi chui nh phõn m m m CL = c1c1 L c1 , c2c2 L c2 ,K , cLc L L cL Vi WH (CL ) v WH (CLj ) tng ng l trng s Hamming chui thụng tin v trng s Hamming ca chui bit kim tra ctj Trong trng hp dỏn nhón u v hi tip lý tng, t l li bit BER ca h thng c gii hn trờn nh sau: N L Pb < BL,i D deq b L =Lmin i =1 (3.12) 18 Trong ú N L l s lng s kin li cú chiu di L , BL,i l trng s bit thụng tin ca s kin li th i cú chiu di L , D l bin hỡnh thc v D = exp{m /(4 N0 )} Bỡnh phng c ly Euclid tng ng deq ph thuc vo loi xỏo trn v trớ bit c s dng Vi xỏo trn ton b dũng bit: m j =1 deq = WH (CL ) d ữ m j (3.13) m WH (CLj ,i )d 2j Vi xỏo trn tng dũng bit: deq = j =1 (3.14) Tiờu chun thit k h thng BICM-ID cho ghi t l cc tiu hoỏ v phi ca cụng thc (3.12) Nu mó chp nh phõn phự hp vi vic dỏn nhón chũm tớn hiu cho deq cụng thc (3.14) l ln nht i vi tt c cỏc s kin li thỡ chỳng ta cú th cc tiu hoỏ v phi ca cụng thc (3.12) Bi vy h thng BICM-ID vi xỏo trn tng dũng s dng cho ghi t, chỳng ta xõy dng h thng vi chũm tớn hiu 2D, 3D v 4D nh sau Vi s trng thỏi xỏc nh, u tiờn chỳng ta chn b mó hoỏ tt nht t l 1/2 cho iu ch 2D v thc hin Puncture to mó t l 2/3 v 3/4 cho iu ch 3D v 4D Giỏ tr tớnh toỏn ca (3.12) c s dng c lng BER Cu hỡnh ca b mó hoỏ, ma trn Puncture v ỏnh x cho BER nh nht ti t l SNR xỏc nh c nh bng 3.4 Bng 3.4 Cu hỡnh h thng BICM-ID cho ghi t S trng thỏi Rate-1/2 RSC codes G = [1, g2 / g1 ] [1, 5/7] 16 [1, 33/23] Cỏc ỏnh x 2D, 3D, 4D (Gray, SP, Anti-Gray) 2D, 3D, 4D (Gray, SP, Anti-Gray) Rate-2/3 punctured codes P [1101] [1101] Cỏc ỏnh x 3D (Gray, SP, Anti-Gray) 3D (Gray, SP, Anti-Gray) Rate-3/4 punctured codes P [101101] [011011] Cỏc ỏnh x 4D (Gray, SP, Anti-Gray) 4D (Gray, SP, Anti-Gray) 19 64 [1, 171/133] 2D, 3D, 4D (Gray, SP, Anti-Gray) [1101] 3D (Gray, SP, Anti-Gray) [100111] 4D (Gray, SP, Anti-Gray) 3.4 Phõn tớch kt qu mụ phng Hỡnh 3.6 Mụ phng 3D vi mó RSC trng thỏi t l 1/2 Hỡnh 3.8 Mụ phng 3D vi mó RSC 64 trng thỏi t l ẵ Hỡnh 3.6, 3.8 chỳng ta cú th khng nh rng cỏc ng mụ phng xỏc sut li bit ging vi cỏc ng biờn v nú tim cn vi ng biờn t s SNR ln C ỏnh x SP v ỏnh x Anti-Gray cho tng ớch mó hoỏ ln so vi ỏnh x Gray khong 2.5~3.0 dB T Hỡnh 3.8 chỳng ta thy h thng t ti vựng sn li nhanh hn tng s vũng lp Hỡnh 3.9 Mụ phng 4D vi mó RSC trng thỏi t l 1/2 Hỡnh 3.15 Mụ phng 2D vi mó RSC t l 1/2 Kt qu trờn Hỡnh 3.9 tng ng nh trng hp iu ch 3D, ch khỏc l cỏc ng cong BER trng hp 4D thp hn trng 20 hp 3D vựng sn li Tng ớch mó hoỏ ca h thng iu ch 4D so vi trng hp iu ch truyn thng khong 3.5~4.0 dB Hỡnh 3.19 Kt qu mụ phng vi mó RSC trng thỏi t l 1/2 ,ỏnh x SP Hỡnh 3.15 trỡnh by kt qu mụ phng vi ỏnh x SP (ỏnh x A v ỏnh x B Hỡnh 3.4) cho li mó hoỏ khong 1~2dB so vi ỏnh x Gray Tuy nhiờn h thng BICM-ID s dng xỏo trn tng dũng bit, thỡ ỏnh x B cho kt qu tt hn ỏnh x A Hỡnh 3.19 so sỏnh hiu qu ca chũm tớn hiu cỏc khụng gian 1D (Gray), 2D, 3D, 4D s dng ỏnh x SP, t kt qu ny ta cú th nhn rng tng ớch mó hoỏ tng cựng vi s chiu iu ch 3.5 Phng phỏp v kt qu tỡm vột cn cp mỏy mó ỏnh x tt nht cho s BICM_ID iu ch a chiu Mc 3.2 ó chng minh cỏc ỏnh x SP v Phn Gray cú tớnh cht BGU iu ny to iu kin cho phng phỏp tỡm vột cn cp Mỏy mó - nh x nh s trỡnh by di õy Kt qu tỡm kim cho trng hp iu ch 2D ó c tin hnh mc 2.3, vỡ vy phn ny lun ỏn ch tin hnh tỡm kim cho trng hp 3D v 4D Chng trỡnh tỡm kim c vit cho mụi trng MATLAB v thc hin cỏc bc sau: 21 Chun b cỏc tham s: Cho trc s chiu m (3D hoc 4D), phộp ỏnh x (SP hoc Phn Gray), s trng thỏi ca mỏy mó (t n 128), chiu di ca mu t l (l cho 3D v cho 4D), v giỏ tr SNR nm vựng sn li (thụng thng l 5dB) c lng t l li bớt: Vi mi mỏy mó, mi mu t l v H s c ly bớt, tớnh cn trờn i vi xỏc sut li bớt ti giỏ tr SNR cho trc Tỡm vột cn: Quột tt c cỏc mỏy mó cú th vi s trng thỏi cho trc, quột tt c cỏc mu t l cú th i vi t l mó húa tng th cho trc, quột tt c cỏc phng ỏn xỏo trn cỏc giỏ tr H s khong cỏch tỡm cp mỏy mó (bao gm c mu t l) - ỏnh x cho giỏ tr c lng t l li bớt nh nht Kt qu tỡm kim c ghi Bng 3.5 v Bng 3.6, tng ng cho iu ch 3D v 4D Trong cỏc bng ny, G = [1, g / g1 ] l a thc sinh ca mỏy mó RSC, P l mu t l v DP l H s c ly bớt Bng 3.5 Cp mỏy mó - ỏnh x tt nht cho iu ch chiu # states 16 32 64 128 nh x phõn hoch G P DP [1, 5/7] [1 1 0] {2,1,3} [1, 13/15] [1 1 0] {2,1,3} [1, 35/23] [1 1 0] {2,1,3} [1, 51/73] [1 1 0] {3,1,2} [1, 121/173] [1 1 0] {2,1,3} [1, 273/315] [1 1 0] {3,1,2} nh x Anti-Gray G P [1, 5/7] [1 1 0] [1, 13/15] [1 1 0] [1, 33/31] [1 1 0] [1, 51/73] [1 1 0] [1, 135/163] [1 1 0] [1, 225/373] [1 1 0] DP {3, 2, 2} {3, 2, 2} {2, 2, 3} {3, 2, 2} {2, 2, 3} {3, 2, 2} Bng 3.6 Cp mỏy mó ỏnh x tt nht cho iu ch chiu # states 16 32 64 128 nh x phõn hoch G P DP [1, 5/7] [1 1 0] {2, 1, 3, 4} [1, 17/15] [1 1 0] {2, 1, 3, 4} [1, 23/31] [1 1 0] {3, 2, 1, 4} [1, 53/75] [1 1 0] {2, 1, 3, 4} [1, 147/131] [1 1 0] {3, 1, 4, 2} [1, 221/323] [1 1 0] {2, 1, 3, 4} nh x Anti-Gray G P DP [1, 5/7] [1 1 0] {3, 3, 3, 4} [1, 15/17] [1 1 0] {3, 3, 3, 4} [1, 25/31] [1 1 0] {3, 3, 4, 3} [1, 43/65] [1 1 0] {3, 4, 3, 3} [1, 135/163] [1 1 0] {3, 3, 3, 4} [1, 361/323] [1 1 0] {3, 3, 4, 3} 22 Hỡnh 22: Hiu qu ca cp Mỏy mó nh x tt nht Hỡnh 25: Kt qu mụ phng SF t 0ữ1.2 cho cỏc trng hp iu ch a chiu Chỳng ta tin hnh mụ phng minh chng cho hiu qu ca vic tỡm kim vột cn cng nh hiu qu ca s iu ch a chiu vi cỏc ỏnh x mi c nh ngha Lun ỏn Hỡnh 3.22 so sỏnh BER ca cựng mt mỏy mó RSC, nhng vi mu t l v H s c ly bớt khỏc Mỏy mó chp c s dng so sỏnh l mỏy mó RSC cú a thc sinh G = [1,35 / 23] Trong s cỏc mỏy mó 16 trng thỏi v t l mó húa 1/2, mỏy mó ny c coi l tt nht cho trng hp truyn tin qua kờnh AWGN iu ch BPSK Khi s dng k thut t l, chỳng ta to thnh mỏy mó mi vi t l mó húa 2/3 Mu t l P = [1101] cng c coi l tt nht i vi mỏy mó G = [1,35 / 23] Tuy nhiờn, s dng s BICM-ID hoỏn v bớt tng dũng vi ỏnh x SP, chỳng ta thy rng mu t l P = [1110] kt hp vi bin th (bng hoỏn v) ca ỏnh x SP cú H s khong cỏch DP = [2,1,3] cho sn li thp nht iu ny cho thy hiu qu ca vic kt hp tt gia mỏy mó vi ỏnh x iu ch Nhn xột: Vic tỡm mó c n gin húa nh s dng khỏi nim v phộp ỏnh x cú tớnh cht BGU m rng xõy dng hai ỏnh x in 23 hỡnh l ỏnh x SP v ỏnh x Phn Gray cho chũm tớn hiu 3D, 4D Nh tớnh cht BGU, cú th d dng tớnh cn trờn i vi xỏc sut li bớt cho BER nh nht 3.6 Gim phc gii iu ch - gii mó bng h s SF 3.6.1 t Trong s BICM-ID s dng cỏc ỏnh x thụng thng vi SF=0.55 ó ci thin ỏng k cht lng ca thut toỏn Max-Log-MAP, c bit vựng thỏc li ỏnh giỏ nh hng ca h s SF vi iu ch a chiu (2D, 3D, 4D) ti cht lng gii mó bng gii thut MaxLog-MAP, lun ỏn thc hin mụ phng vi h s SF t 0,1ữ1.2 Kt qu mụ phng trờn Hỡnh 3.25 cho ta thy vi tt c cỏc trng hp iu ch khụng gian a chiu (2D, 3D, 4D), h s chun hoỏ SF=0.5ữ0.7 cho ta cht lng h thng l tt nht 3.6.2 ỏnh giỏ hiu qu ca SF ti cht lng gii mó Max Log MAP s BICM ID iu ch a chiu cho kờnh ghi t Qua phõn tớch cỏc kt qu mụ phng chỳng ta nhn thy i vi cỏc loi mó khỏc nhau, s dng h s chun hoỏ SF=0.55 u cho cht lng gii mó theo phng phỏp Max-Log-MAP tt hn hn so vi vic s dng h s SF=1, cỏc kt qu ny tim cn ti cht lng gii mó theo phng phỏp Log-MAP Khi s trang thỏi mó tng lờn thỡ cht lng h thng cng ci thin rừ rng hn Túm li: Cỏc kt qu chớnh ca chng 3: xut coi tớn hiu m bit theo trc thi gian l mt vộc-t (im) tớn hiu khụng gian m chiu, bin iu ch hai im tớn hiu thnh iu ch a im Vi m = 2,3, chng ó xõy dng h thng BICM-ID s dng cỏc mó 24 RSC 4, 16, 64 trng thỏi v cỏc ỏnh x Gray, SP, Anti-Gray cho chũm tớn hiu 2D, 3D v 4D Kt qu mụ phng ó ch rng trng hp iu ch 2D, 3D v 4D ó gii thiu trờn so vi iu ch nh phõn bitbit truyn thng li mó hoỏ khong 2.5~4 dB; Trỡnh by phng phỏp v kt qu tỡm kim mỏy mó - ỏnh x tt nht cho s iu ch a chiu cho ghi t; Kt qu mụ phng ch rng s BICM-ID iu ch a chiu (2D, 3D, 4D) cho ghi t, cú th s dng h s chun húa SF thay thut toỏn Log-Map bng thut toỏn Max-Log-Map h thng khụng suy hao nhiu v phm cht KT LUN A./ Nhng kt qu chớnh ca Lun ỏn Lun ỏn ó xỏc nh mt lp cỏc ỏnh x mi cho phộp n gin hoỏ vic phõn tớch v ỏnh giỏ cht lng ca h thng BICM-ID Cỏc cn trờn xỏc sut li bit mi cho h thng BICM-ID da trờn c s c li bit ca b tớn hiu ó c xut cựng vi cỏc kt qu tỡm kim mó tt phự hp vi b hoỏn v tng dũng bit vi mó RSC t l 1/2 v iu ch 4-PSK S kt hp gia b mó hoỏ vi b ỏnh x ó mang li hiu qu tt cho h thng BICM-ID vi c hoỏn v tng th v hoỏn v tng dũng Lun ỏn xut mt phng ỏn ỏp dng nguyờn lý x lý tớn hiu ca s iu ch mó cú hoỏn v bit v gii mó lp (BICM-ID) cho ghi t trờn c s coi vộc-t ca m du nh phõn { 1} liờn tip nh l mt im tớn hiu a chiu Kt qu xõy dng h thng vi c hoỏn v tng th v hoỏn v tng dũng bit v mụ phng vi m = ,m = v m=4 cho thy phng phỏp ny t c tng ớch mó húa t (2.5ữ4) dB so vi cỏc s x lý tng du thụng thng tc truyn dn 25 khụng thay i Tr giỏ l phc hai s h thng, ú l iu ch (Bin i tuyn tớnh) phớa phỏt v gii iu ch mm (Bin i tớn hiu) phớa thu Lun ỏn ó trỡnh by phng phỏp v kt qu tỡm kim cp mỏy mó ỏnh x tt nht cho h thng BICM-ID s dng tớn hiu nh phõn khụng gian a chiu gim phc ca s BICM-ID iu ch a chiu (2D, 3D, 4D) cho ghi t, xut ỏp dng thut toỏn Max-Log-Map cho gii mó SISO kt hp vi h s chun húa SF (nh [1], [3]) B./ Hng nghiờn cu tip theo So sỏnh hiu qu ca s BICM-ID iu ch a chiu vi s san bng Turbo iu ch nh phõn Tng bc trin khai ng dng cỏc kt qu nghiờn cu vo thc t [...]... của kênh ghi có thể làm gần đúng AWGN Bởi vậy chúng ta có thể xem hệ thống ghi từ bao gồm bộ mã hoá vòng ngoài RSC, bộ xáo trộn bit và bộ điều chế đa mức như là hệ thống BICM-ID với kênh AWGN ở phía thu sử dụng bộ giải mã lặp, giải điều chế lặp u Mã hoá c Xáo trộn v Điều chế chiều s AWGN uˆ LA Giải mã APP LE Giải xáo trộn Xáo trộn LE LLR (v) Giải điều chế r chiều LA Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống ghi từ... trên đối với xác suất lỗi bít cho BER nhỏ nhất 3.6 Giảm độ phức tạp trong giải điều chế - giải mã bằng hệ số SF 3.6.1 Đặt vấn đề Trong sơ đồ BICM-ID sử dụng các ánh xạ thông thường với SF=0.55 đã cải thiện đáng kể chất lượng của thuật toán Max-Log-MAP, đặc biệt ở vùng thác lỗi Để đánh giá ảnh hưởng của hệ số SF với điều chế đa chiều (2D, 3D, 4D) tới chất lượng giải mã bằng giải thuật MaxLog-MAP, luận... phân tích và đánh giá chất lượng của hệ thống BICM-ID Các cận trên xác suất lỗi bit mới cho hệ thống BICM-ID dựa trên cơ sở cự li bit của bộ tín hiệu đã được đề xuất cùng với các kết quả tìm kiếm mã tốt phù hợp với bộ hoán vị từng dòng bit với mã RSC tỷ lệ 1/2 và điều chế 4-PSK Sự kết hợp giữa bộ mã hoá với bộ ánh xạ đã mang lại hiệu quả tốt cho hệ thống BICM-ID với cả hoán vị tổng thể và hoán vị từng... xuất một phương án để áp dụng nguyên lý xử lý tín hiệu của sơ đồ điều chế mã có hoán vị bit và giải mã lặp (BICM-ID) cho ghi từ trên cơ sở coi véc-tơ của m dấu nhị phân { ±1} liên tiếp như là một điểm trong tập tín hiệu đa chiều Kết quả xây dựng hệ thống với cả hoán vị tổng thể và hoán vị từng dòng bit và mô phỏng với m = 2 ,m = 3 và m=4 cho thấy phương pháp này đạt được tăng ích mã hóa từ (2.5÷4) dB... tín hiệu 2D, 3D và 4D như sau Với số trạng thái xác định, đầu tiên chúng ta chọn bộ mã hoá tốt nhất tỷ lệ 1/2 cho điều chế 2D và thực hiện Puncture để tạo ra mã tỷ lệ 2/3 và 3/4 cho điều chế 3D và 4D Giá trị tính toán của (3.12) được sử dụng để ước lượng BER Cấu hình của bộ mã hoá, ma trận Puncture và ánh xạ cho BER nhỏ nhất tại tỷ lệ SNR xác định được như ở bảng 3.4 Bảng 3.4 Cấu hình hệ thống BICM-ID... phân tích các kết quả mô phỏng chúng ta nhận thấy đối với các loại mã khác nhau, khi sử dụng hệ số chuẩn hoá SF=0.55 đều cho chất lượng giải mã theo phương pháp Max-Log-MAP tốt hơn hẳn so với việc sử dụng hệ số SF=1, các kết quả này tiệm cận tới chất lượng giải mã theo phương pháp Log-MAP Khi số trang thái mã tăng lên thì chất lượng hệ thống cũng cải thiện rõ ràng hơn Tóm lại: Các kết quả chính của chương... không gian m chiều, biến điều chế hai điểm tín hiệu ±1 thành điều chế đa điểm Với m = 2,3, 4 chương 3 đã xây dựng hệ thống BICM-ID sử dụng các mã 24 RSC 4, 16, 64 trạng thái và các ánh xạ Gray, SP, Anti-Gray cho chòm sao tín hiệu 2D, 3D và 4D Kết quả mô phỏng đã chỉ ra rằng trường hợp điều chế 2D, 3D và 4D đã giới thiệu ở trên so với điều chế nhị phân bitbit truyền thống độ lợi mã hoá khoảng 2.5~4 dB;... của mã và phép gán nhãn BGU của chòm sao tín hiệu (theo Định nghĩa 3) khẳng định rằng hệ thống BICMID đang xét có tính chất xác suất lỗi bit đều (UBEP) 2.3 Xây dựng mã 2.3.1 Các cận trên và tiêu chí thiết kế 2.3.1.1 Cận trên xác suất lỗi bít của hệ thống BICM-ID với xáo trộn toàn bộ dòng bit Với giả thiết hồi tiếp lý tưởng và ánh xạ BGU, xác suất lỗi bit của 1 ∂T ( D, I , L) ∂I I =1, L =1 hệ thống có. .. quả mô phỏng và tiệm cận tốt về BER ở các tỷ số tín trên tạp cao 2.3.1.2 Cận trên xác suất lỗi bit của hệ thống BICM-ID với xáo trộn từng dòng bit Xét ánh xạ 4-PSK, ta có M = 4, m = 2 , sử dụng mã RSC tỷ lệ 1/ 2 Tại mỗi thời điểm t , ký hiệu cts và ctp lần lượt là bit hệ thống và bit kiểm 12 tra Sẽ không mất đi tính tổng quát nếu ta gán bit hệ thống cts có cự ly d 1E với bit kiểm tra ctp có cự ly bit... khối trong sơ đồ hệ thống, đó là khối điều chế (Biến đổi tuyến tính) ở phía phát và khối giải điều chế mềm (Biến đổi tín hiệu) ở phía thu 3 Luận án đã trình bày phương pháp và kết quả tìm kiếm cặp máy mã – ánh xạ tốt nhất cho hệ thống BICM-ID sử dụng tín hiệu nhị phân trong không gian đa chiều 4 Để giảm độ phức tạp của sơ đồ BICM-ID điều chế đa chiều (2D, 3D, 4D) cho ghi từ, đề xuất áp dụng thuật toán