Sử dụng mã LDPC tích chập trong hệ thống mimo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THỊ TUYẾT SỬ DỤNG MÃ LDPC TÍCH CHẬP TRONG HỆ THỐNG MIMO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THỊ TUYẾT SỬ DỤNG MÃ LDPC TÍCH CHẬP TRONG HỆ THỐNG MIMO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Phạm Thị Tuyết Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 10/02/1985 Nơi sinh: Thanh Hóa Quê quán: Quảng Xương - Thanh Hóa Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 223/19/24 Tây Sơn, Phường Quang Trung, TP Quy Nhơn, Bình Định Điện thoại quan: 0985967799 Điện thoại nhà riêng: Fax: Phamtuyet0502@gmail.com E-mail: II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 9/2003 đến 6/ 2008 Nơi học (trường, thành phố): Trường Bách Khoa Hà Nội đào tạo liện kết cho trường Đại học Quy Nhơn Ngành học: Điện tử - Viễn Thông Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Tổng quan mạng WCDMA Ngày & nơi bảo vệ đồ án: 25.6.2008 Trường Bách Khoa Hà Nội HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang i MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Người hướng dẫn: TS Nguyễn Tiến Quyết III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 9/2008 - 3/ 2009 9/2009 - Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Phòng Kỹ thuật - Công ty TC Trần Hưng Đạo - Quận TP.HCM Nhân viên kỹ thuật Khoa Điện tử - Trường Cao Đẳng Nghề Quy Nhơn Giáo viên HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang ii MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2015 Người viết Phạm Thị Tuyết HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang iii MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên LỜI CẢM TẠ Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý thầy cô trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, thầy cô tận tình giảng dạy, truyền đạt cho kiến thức vô quý báu suốt thời gian học cao học Những kiến thức tảng cho tiếp tục bước đường sau Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Phạm Hồng Liên tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, hỗ trợ tài liệu định hướng nghiên cứu giúp hoàn thành luận văn Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn bè bạn, đồng nghiệp người sát cánh bên việc giải vấn đề khoa học nảy sinh nghiên cứu để tác giả có lời giải đáp, tiếp tục hướng đường nghiên cứu để đạt kết cuối cùng, hoàn thành hướng nghiên cứu Công trình hoàn thành chờ đón, động viên chia sẻ người thân gia đình, người đồng nghiệp người bạn Cảm ơn người bên lúc Tôi xin gửi đến gia đình, Quý thầy cô, bạn bè, người thân lời kính chúc sức khỏe, hạnh phúc thành công Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng năm 2015 Phạm Thị Tuyết HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang iv MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên TÓM TẮT Sự phát triển lĩnh vực viễn thông năm gần tạo quan tâm sử dụng kỹ thuật mã hóa kiểm soát lỗi Một số tiêu chuẩn giao tiếp không dây DVB-S2 802.16, vv áp dụng mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC), hay gọi mã Gallager, đề xuất Gallager vào năm 1962 Về loại mã khối tuyến tính có ma trận thưa Bộ mã LDPC xem mã sửa lỗi tốt đạt đến gần giới hạn Shannon Trong thời gian sau người ta khám phá khả kiểm soát lỗi cao chúng Vì mã LDPC sử dụng nhiều ứng dụng thực tế thông tin vô tuyến lưu trữ liệu Trong đó, mã LDPC tích chập (LDPC convolutional codes, gọi mã LDPC chập) cho thấy khả đạt hiệu suất kiểm soát lỗi tốt khả tiếp cận giống mã LDPC khối Luận văn trình bày phương pháp tạo họ mã LDPC chập: time-varying time-invariant từ mã LDPC khối Luận văn chứng minh hiệu suất mã LDPC chập tốt so với mã LDPC khối Đồng thời, luận văn đưa mô hình có kết hợp mã LDPC chập vào hệ thống MIMO-một hệ thống thông tin sử dụng rộng rãi ngày nay, sau tiến hành phân tích hiệu suất mô hình Trong phần lý thuyết, trước hết luận văn trình bày tổng quan hai họ mã tảng có khả kiểm soát lỗi cao sử dụng nhiều ứng dụng thực tế: mã LDPC khối mã LDPC gần vòng (Quasi-Cyclic LDPC) Trong phần chính, luận văn trình bày lý thuyết mã LDPC chập, chủ yếu tập trung vào việc xây dựng ma trận kiểm tra chẵn lẻ H, phương pháp mã hóa giải mã hóa cho mã LDPC chập Đồng thời đưa giải pháp xây dựng ma trận kiểm tra chẳn lẽ H từ ma trận kiểm tra mã LDPC khối mã QC-LDPC Tiếp theo luận văn thực so sánh tổng quan mã LDPC chập xây dựng với mã LDPC khối mã QC-LDPC Trong phần mô phỏng, luận văn đề xuất mô hình có kết hợp mã LDPC chập vào hệ thống MIMO, thực so sánh mã LDPC chập LDPC khối thông qua biễu diễn liên hệ tỉ lệ lỗi bit (BER) tỉ số Eb/N0 Các kết HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang v MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên mô thực thuật toán Mim-Sum với số vòng lặp thay đổi, đánh giá mã LDPC chập qua việc thay đổi chu kỳ mã Thông qua kết mô chứng minh khả kiểm soát lỗi hệ thống có sử dụng mã LDPC chập hiệu suất mã LDPC chập tốt so với không sử dụng mã sử dụng mã LDPC khối HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang vi MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ABTRACT In recent years, the development of the telecommunications has created interest in using the technique error control coding Some wireless communication standards such as DVB-S2 and new 802.16, etc, have used parity Low Density Parity Check Code (LDPC), also known as Gallager codes, proposed by Gallager in 1962 Basically this is a linear block code with sparse matrices LDPC Code is seen as the better error correction codes reaches near the Shannon limit During the later the more one discovers the ability to control their high error So LDPC code can be used in many pratical application such as radio communications and data storage In particular, LDPC convolutional code have shown the ability to achieve performance better error control.This thesis shows methods create LDPC convolutional codes : time-varying and time-invariant LDPC from LDPC block code The thesis demonstrates LDPC Convolutional code has better performance than the block LDPC code Besides that, the thesis has given model that combines LDPC Convolutional code in MIMO system, the system widely used today, then proceed to analyze the performance of this model Theoretically, we firstly present overview of two platform codes, they have the ability to control very high error used in many practical applications: Block LDPC code and Quasi-Cylcic LDPC In the main part, we present the theory of LDPC Convolutional code, primarily focused on the contruction of parity check matrix H, the encoding and decoding methid for LDPC Convolutional code Besides, we offer constructive solutions parity check matrix H from parity check matrix of Block LDPC code and QC – LDPC And then, we compare overview of LDPC Convolutional code and Block LDPC code and QC – LDPC code In the simulation, the thesis proposed a model with a combination of LDPC Convolutional in MIMO system, compared LDPC Convolutional code and Block LDPC through the bit error ratio (BER) and the ratio Eb/N0 The simulation results HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang vii MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên are made by Min- Sum algorithm with the loop changes, and assess the short LDPC code by changing the length of the code This results have demonstrated the ability to control the system error when using the LDPC Convolutional code and performance of LDPC Convolutional Code better than no coding and the Block LDPC Code HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang viii MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao để tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Lời cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục ix Danh sách từ viết tắt xii Danh sách hình xiv Danh sách bảng xvi Chƣơng TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu .6 Chƣơng MÃ LDPC KHỐI VÀ QC-LDPC 2.1 Mã LDPC khối 2.1.1 Tổng quan mã LDPC khối 2.1.2 Mã hóa giải mã LDPC khối 11 2.1.2.1 Mã hoá 11 2.1.2.2 Giải mã 11 HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang ix MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên 2.2 Mã QC-LDPC .13 2.2.1 Mã hóa QC LDPC 15 2.2.2 Giải mã QC LDPC 20 Chƣơng MÃ LDPC TÍCH CHẬP 27 3.1 Tổng quan mã LDPC chập .27 3.2 Cải thiện giải mã pipeline .32 3.3 Thực so sánh độ phức tạp với LDPC khối 33 3.3.1 Độ phức tạp tính toán 34 3.3.2 Độ phức tạp phần cứng 34 3.3.3 Yêu cầu lƣu trữ 34 3.3.4 Khoảng thời gian trì hoãn giải mã 35 3.4 Xây dựng mã LDPC chập từ mã LDPC khối 35 3.4.1 Xây dựng mã LDPC chập cách triển khai – Unwrapping mã QC LDPC khối 36 3.4.2 Xây dựng mã LDPC chập time-varying cách unwrap mã LDPC khối…… 38 3.4.3 Một phƣơng pháp tiếp cận thống để unwrap 39 Chƣơng MÔ HÌNH LDPC CC – MIMO VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 44 4.1 Tổng quan hệ thống MIMO 44 4.1.1 Các kĩ thuật phân tập 44 4.1.1.1 Phân tập thời gian 44 4.1.1.2 Phân tập không gian 45 4.1.1.3 Phân tập tần số 46 4.1.2 Mã Alamouti 46 4.1.2.1 Alamouti anten phát anten nhận 47 4.1.2.2 Sơ đồ Alamouti mở rộng 50 4.1.2.3 Sơ đồ hệ thống mở rộng N ăn-ten phát M ăn-ten thu 52 HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang x MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên 4.1.2 Giải mã STBC 54 4.2 Mô hình LDPC CC – MIMO .56 4.2.1 Sơ đồ khối hệ thống mô 56 4.2.2 Lƣu đồ thuật toán cho trình mô 58 4.2.3 Một số kết mô 59 4.2.3.1 Đánh giá hiệu hệ thống thông qua việc giải mã LDPC CC thuật toán SPA với số vòng lặp thay đổi 59 4.2.3.2 Đánh giá hệ thống LDPC CC qua việc thay đổi kích thƣớc syndrome former memory ms 61 4.2.3.3 Đánh giá hiệu hệ thống có sử dụng mã LDPC CC, LDPC khối không dùng mã với kiểu điều chế BPSK kênh truyền AWGN 63 4.2.3.4 Đánh giá hệ thống dùng mã LDPC CC không dùng mã với kiểu điều chế QAM 64 4.2.3.5 Đánh giá hệ thống LDPC CC qua phân tập: 1x1; 1x2; 2x1; 2x2 66 4.2.3.6 Đánh giá hệ thống LDPC LDPC CC qua phân tập MIMO 2x2 68 Chƣơng KẾT LUẬN 70 5.1 Kết luận 70 5.2 Kiến nghị 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang xi MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu tạp âm ngẫu nhiên BER Bit Error Rate Tỉ lệ bit lỗi BP Belief Propogation Lan truyền niềm tin BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân CP Cyclic Prefix Thêm vòng CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh GF Galois Field Trường Galois ICI Inter Carrier Interference Nhiễu liên sóng mang ISI Inter Symbol Interference Nhiễu liên kí tự LDPC Low Density Parity Check Code Mã kiểm tra mật độ thấp LDPC CC Low Density Parity Check Code Mã kiểm tra mật độ thấp convolutional code chập Multi Input Multi Output Nhiều ngõ vào - nhiều ngõ MIMO MISO Multi Input Single Output Nhiều ngõ vào - ngõ ML Maximum Likelihood Khả tối đa MPA Message-passing Algorithm Thuật toán truyền thông MRC Maximal Ratio Combiner Kết hợp tỉ lệ cực đại QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương điệp HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang xii MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ OFDM GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia tần số Multiplexing trực giao QC – LDPC Quasy Cyclic Low Density Parity Mã kiểm tra chẵn lẽ mật độ Check Code thấp gần vòng SIMO Single In – Multi Out Một ngõ vào –nhiều ngõ SISO Single-Input Single-Output Một ngõ vào –một ngõ SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SPA Sum Product Algorithm Thuật toán tổng tích STBC Space–time block code Mã khối không gianthời gian HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang xiii MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin nhị phân…………………………………….3 Hình 2.1 Đồ hình Tanner cho mã LDPC khối quy tắc (10,3,6) ví dụ 2.1 10 Hình 2.2 Độ dài vòng kín 4(nét liền đậm) 6(nét đứt) 11 Hình 2.3 Dạng khối biểu diễn ma trận H QC LDPC đồ thị Tanner 14 Hình 2.7 Sơ đồ khối hệ thống thực mã hóa/giải mã QC LDPC 21 Hình 3.1 Bộ mã hóa ghi dịch 30 Hình 3.2 Đồ hình Tanner mã LDPC chập, tỉ lệ mã R=1/3 minh họa giải mã pipeline 31 Hình 3.3 Đồ hình Tanner mã QC khối với chiều dài n=r.c=7.3=21 (a), mã QC khối với chiều dài n=r.c=14.3=42 (b), mã LDPC chập với ms=2 vs=(ms+1).c=3.3=9 (c) .37 Hình 3.4 Đồ hình Tanner (a) mã LDPC khối nguồn, (b) mã LDPC khối sau cắt dạng chéo, (c) sau thêm ma trận để mã hóa nhanh, (d) mã LDPC chập 39 Hình 3.5 Xây dựng mã LDPC chập bất biến thời gian từ mã khối QC-LDPC: (a) mã QC-LDPC, (b) sau xếp lại hàng cột, (c) kết mã LDPC chập time-varying, (d) kết mã LDPC chập bất biến thời gian 41 Hình 4.1 Sơ đồ Alamouti ăn-ten phát ăn-ten thu 47 Hình 4.2 Các symbol phát thu sơ đồ Alamouti 48 Hình 4.3 Sơ đồ Alamouti ăn-ten phát M ăn-ten thu 51 Hình 4.4 Sơ đồ tổng quát N ăn-ten phát M ăn-ten thu .52 Hình 4.5 Bộ mã hóa STBC 54 Hình 4.6 Sơ đồ khối hệ thống mô .56 Hình 4.7 Lưu đồ thuật toán mô 58 Hình 4.8 Hiệu hệ thống thay đổi số vòng lặp 1,10, 20 50 giải mã LDPC CC dùng thuật toán giải mã mim-sum 60 HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang xiv MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Hình 4.9 So sánh BER với kích thước syndrome former memory ms thay đổi(11, 129, 257) (tương ứng với số chu kì mã chập T = 10, 128, 256) mã LDPC CC, thuật toán giải mã min-sum .62 Hình 4.10 Đồ thị BER hệ thống dùng mã LDPC CC không dùng mã thực điều chế BPSK kênh truyền AWGN .64 Hình 4.11 So sánh BER hệ thống trường hợp điều chế QAM sử dụng mã LDPC CC không dùng mã……………………………………65 Hình 4.12 So sánh BER mã LDPC CC hệ thống SISO, SIMO, MISO, MIMO với số lượng anten phát thu thay đổi 66 Hình 4.13 So sánh BER mã LDPC CC LDPC hệ thống MIMO Alamouti 2x2 , điều chế BPSK kênh AWGN 68 HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang xv MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 4.1 Hiệu hệ thống thay đổi số vòng lặp 1,10, 20 50 giải mã LDPC tích chập dùng thuật toán giải mã min-sum…………………61 Bảng 4.2 So sánh BER với kích thước syndrome former memory ms thay đổi (11, 129, 257 tương ứng với chu kỳ mã chập 10, 128, 256 mã LDPC tích chập…………………………………………………………………… 61 Bảng 4.3 Đồ thị BER hệ thống dùng mã LDPC CC, LDPC khối không dùng mã thực điều chế BPSK kênh truyền AWGN……… 63 Bảng 4.4 Thông số BER hệ thống trường hợp điều chế QAM sử dụng mã LDPC CC không dùng mã………………………………….65 Bảng 4.5 So sánh BER mã LDPC CC hệ thống SISO, SIMO, MISO MIMO với số lượng anten phát thu thay đổi…….67 Bảng 4.6 So sánh BER mã LDPC CC LDPC hệ thống MIMO Alamouti 2x2 , điều chế BPSK kênh Rayleigh…………………… 69 HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang xvi MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Chƣơng TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu Trong luận văn thạc sĩ ”Ứng dụng mã LDPC mã STF vào hệ thống MIMOOFDM ” tác giả Nguyễn Đức Phúc, Đại học Sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, năm 2014 [18] khảo sát hệ thống kết hợp mã LDPC với hệ thống MIMO-OFDM sử dụng mã hóa STF Các kết mô thực trường hợp có sử dụng mã LDPC không sử dụng mã LDPC để dễ dàng so sánh đưa kết luận Luận văn sử dụng mã LDPC qua với ma trận kiểm tra chẵn lẻ H(128x256), mô hình kênh truyền COST207, phương pháp điều chế BPSK, QPSK, 4QAM, để tiến hành mô Luận văn tiến hành mô hệ thống SIMO, MISO, MIMO với số lượng anten thu phát khác Thông qua kết mô chứng minh khả kiểm soát lỗi hệ thống có sử dụng mã LDPC mã STF cải thiện đáng kể so với không sử dụng mã Trong luận văn “Ứng dụng mã QCLDPC vào hệ thống MIMO phân tập không thời gian ST” tác giả Nguyễn Đức Lợi, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, năm 2013 [19] trình bày lý thuyết mã QC-LDPC chủ yếu tập trung vào việc xây dựng ma trận kiểm tra chẵn lẻ H bao gồm ma trận hoán vị tuần hoàn dựa ma trận đơn vị thuật toán giải mã QC-LDPC Ở phần mô phỏng, tác giả đề xuất mô hình có kết hợp mã QC - LDPC vào hệ thống MIMO Các kết mô thực trường hợp có sử dụng mã QC - LDPC không sử dụng mã QC- LDPC để dễ dàng so sánh đưa kết luận Luận văn sử dụng mã QC LDPC quy tắc, mô hình kênh truyền COST207, phương pháp điều chế BPSK, QPSK, 8PSK, 16PSK, để tiến hành thực mô Luận văn tiến hành mô hệ thống SISO, MIMO với thay đổi số anten Thông qua kết mô chứng HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên khả kiểm soát lỗi hệ thống có sử dụng mã QC - LDPC cải thiện đáng kể so với không sử dụng mã QC - LDPC Trong luận án tiến sĩ “Nghiên cứu cải thiện chất lượng mã LDPC” tác giả Hà Thị Kim Thoa, năm 2014 nghiên cứu kết hợp nguyên lý điều chế mã dựa độ tin cậy (RBCM- Reliability Based Coded Modulation) với sơ đồ BICM-ID để hạ thấp sàn lỗi mã LDPC sử dụng điều chế đa mức khóa dịch pha MPSK (M-ary Phase Shift Keying) điều chế cầu phương MQAM (M-ary Quadrature Amplitude Modulation) Trong báo “A comparison Between LDPC Block and LDPC Convolutional Code Based on their Decoding Latency” Najeab ul Hassan, Michael Lentmaier Gerhard P Fettweis, năm 2012, 7th International Symposium on Turbo Codes and Iterative Information Processing thực so sánh mã LDPC khối mã LDPC tích chập sử dụng thuật toán giải mã lan truyền niềm tin BP (Bilief Propagation) với độ trễ giải mã Kết mã LDPC tích chập cho hiệu suất tốt mã LDPC khối Trong báo “Driving Good LDPC Convolutional Codes from LDPC Block Codes” tác giả Ali Pusane, February 2011, IEEE Transactions on Information Theory, Vol.57, No.2 đưa phương pháp xây dựng mã LDPC chập từ mã LDPC khối chứng minh mã LDPC chập có hiệu suất tốt so với mã LDPC khối 1.2 Tính cấp thiết đề tài Chúng ta xem xét tổng quan hệ thống thông tin số Sơ đồ khối hệ thống thông tin số cho hình 1.1 Một nguồn nhị phân tạo liệu thông tin truyền hệ thống Dữ liệu gốc số (digital) máy tính, số hóa từ tín hiệu tương tự (analog) thông tin tiếng nói (voice communications) Trong hai trường hợp, mã hóa nguồn sử dụng để loại bỏ thừa liệu số Hoạt động thường gọi nén làm tăng thông lượng hệ thống thông tin liên lạc cách tiết kiệm HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên thời gian xử lí tín hiệu Các liệu nén phục hồi giải mã nguồn phía thu Lý tưởng nhất, người ta muốn giải mã nguồn để giải mã liệu nén hoàn hảo (không làm mát thông tin) Một mã hóa nguồn lý tưởng giảm thiểu số lượng symbol cần thiết để biểu diễn cho liệu, đồng thời symbol chuỗi thông tin đầu mã hóa nguồn độc lập có xác xuất Bộ mã hóa kênh xác định chiều dài khối chỗi thông tin u = [u1; u2;… ; uk] thêm vào bit dư thừa để tạo thành từ mã v = [v1; v2;… ; vn] Tỉ lệ R=k/n, k < n, gọi tỉ lệ mã hóa Bộ giải mã kênh sử dụng dư thừa với nhiễu trình truyền kênh truyền nhận khối thông tin r = [r1; r2;… ; rn] để cố gắng tái tạo lại thông tin gốc ban đầu u Tiếp theo, điều chế sử dụng từ mã v tổng hợp thành dạng sóng x(t) để phù hợp truyền kênh truyền vật lí Dạng sóng kèm nhiễu r(t) nhận phía thu giải điều chế thành khối thông tin r Khối r tiếp tục qua giải mã kênh thành khối thông tin ước lượng chuỗi thông tin gốc Transmitter message Source decoder u Channel encoder v modulator X(t) Binary information source Discrete Channel Channel noise Binary information sink Message estimate Source decoder ^ u Channal Decoder r Demodulator r(t) Receiver Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin nhị phân Một kết lớn nội dung báo Claude Shannon [18] Trong lớp mã kênh rộng, xác suất lỗi thấp tùy ý đạt tỉ lệ mã hóa R thấp dung lượng kênh truyền (channel capacity) C, điều định tính chất vật lí kênh truyền Trong trường hợp ngược lại, R > C, đạt kênh truyền tin cậy với xác xuất lỗi thấp tùy ý Kết lớn báo HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang MSHV: 138520203032 S K L 0 [...]... về lĩnh vực nghiên cứu Trong luận văn thạc sĩ ”Ứng dụng mã LDPC và mã STF vào hệ thống MIMOOFDM ” của tác giả Nguyễn Đức Phúc, Đại học Sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, năm 2014 [18] đã khảo sát một hệ thống kết hợp bộ mã LDPC với hệ thống MIMO- OFDM sử dụng mã hóa STF Các kết quả mô phỏng được thực hiện trong các trường hợp khi có sử dụng bộ mã LDPC và khi không sử dụng bộ mã LDPC để dễ dàng so sánh... số chu kì mã chập T = 10, 128, 256) của mã LDPC CC, thuật toán giải mã min-sum .62 Hình 4.10 Đồ thị BER của hệ thống khi dùng mã LDPC CC và không dùng mã thực hiện điều chế BPSK trên kênh truyền AWGN .64 Hình 4.11 So sánh BER của hệ thống trong trường hợp điều chế QAM khi sử dụng mã LDPC CC và khi không dùng mã …………………………………65 Hình 4.12 So sánh BER của bộ mã LDPC CC trong các hệ thống SISO,... mã LDPC khối và mã LDPC tích chập sử dụng thuật toán giải mã lan truyền niềm tin BP (Bilief Propagation) với cùng một độ trễ giải mã Kết quả là mã LDPC tích chập cho hiệu suất tốt hơn mã LDPC khối Trong bài báo “Driving Good LDPC Convolutional Codes from LDPC Block Codes” của tác giả Ali Pusane, February 2011, IEEE Transactions on Information Theory, Vol.57, No.2 đã đưa ra phương pháp xây dựng mã LDPC. .. đơn vị và thuật toán giải mã QC -LDPC Ở phần mô phỏng, tác giả đề xuất mô hình trong đó có sự kết hợp của bộ mã QC - LDPC vào hệ thống MIMO Các kết quả mô phỏng được thực hiện trong 2 trường hợp khi có sử dụng bộ mã QC - LDPC và khi không sử dụng bộ mã QC- LDPC để dễ dàng so sánh và đưa ra kết luận Luận văn đã sử dụng bộ mã QC LDPC quy tắc, mô hình kênh truyền là COST207, các phương pháp điều chế BPSK,... hiệu quả của hệ thống thông qua việc giải mã LDPC CC bằng thuật toán SPA với số vòng lặp thay đổi 59 4.2.3.2 Đánh giá hệ thống LDPC CC qua việc thay đổi kích thƣớc syndrome former memory ms 61 4.2.3.3 Đánh giá hiệu quả của hệ thống khi có sử dụng mã LDPC CC, LDPC khối và không dùng mã với kiểu điều chế BPSK trên kênh truyền AWGN 63 4.2.3.4 Đánh giá hệ thống khi dùng mã LDPC CC và... Chƣơng 2 MÃ LDPC KHỐI VÀ QC -LDPC 7 2.1 Mã LDPC khối 7 2.1.1 Tổng quan về mã LDPC khối 7 2.1.2 Mã hóa và giải mã LDPC khối 11 2.1.2.1 Mã hoá 11 2.1.2.2 Giải mã 11 HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang ix MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên 2.2 Mã QC -LDPC .13 2.2.1 Mã hóa QC LDPC 15 2.2.2 Giải mã QC LDPC. .. phương pháp xây dựng mã LDPC chập từ mã LDPC khối và chứng minh được mã LDPC chập có hiệu suất tốt hơn so với mã LDPC khối 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Chúng ta xem xét tổng quan một hệ thống thông tin số Sơ đồ khối trong hệ thống thông tin số được cho trong hình 1.1 Một nguồn nhị phân tạo ra các dữ liệu thông tin được truyền trong hệ thống Dữ liệu gốc có thể là số (digital) như trong máy tính, hoặc được... mã min-sum…………………61 Bảng 4.2 So sánh BER với kích thước syndrome former memory ms thay đổi (11, 129, 257 tương ứng với chu kỳ mã chập 10, 128, 256 của mã LDPC tích chập ………………………………………………………………… 61 Bảng 4.3 Đồ thị BER của hệ thống khi dùng mã LDPC CC, LDPC khối và không dùng mã thực hiện điều chế BPSK trên kênh truyền AWGN……… 63 Bảng 4.4 Thông số BER của hệ thống trong trường hợp điều chế QAM khi sử. .. Bảng 4.4 Thông số BER của hệ thống trong trường hợp điều chế QAM khi sử dụng mã LDPC CC và khi không dùng mã ……………………………….65 Bảng 4.5 So sánh BER của bộ mã LDPC CC trong các hệ thống SISO, SIMO, MISO và MIMO với số lượng anten phát và thu lần lượt thay đổi…….67 Bảng 4.6 So sánh BER của bộ mã LDPC CC và LDPC trong các hệ thống MIMO Alamouti 2x2 , điều chế BPSK và kênh Rayleigh…………………… 69 HVTH: Phạm... ma trận con để mã hóa nhanh, (d) mã LDPC chập 39 Hình 3.5 Xây dựng mã LDPC chập bất biến thời gian từ một mã khối QC -LDPC: (a) mã QC -LDPC, (b) sau khi sắp xếp lại các hàng và cột, (c) kết quả mã LDPC chập time-varying, (d) kết quả mã LDPC chập bất biến thời gian 41 Hình 4.1 Sơ đồ Alamouti 2 ăn-ten phát và 1 ăn-ten thu 47 Hình 4.2 Các symbol phát và thu trong sơ đồ Alamouti 48 Hình