Ứng dụng mã turbo vào hệ thống mimo ofdm nhằm nâng cao chất lượng và dung lượng hệ thống thông tin không dây

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TẠ HỒNG HÀ ỨNG DỤNG MÃ TURBO VÀO HỆ THỐNG MIMO-OFDM NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Tử LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : Tiến Sĩ Đỗ Hồng Tuấn Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Tạ Hồng Hà Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20-10-1984 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Chuyên ngành: MSHV: Kỹ Thuật Điện Tử 01407672 1- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MÃ TURBO VÀO HỆ THỐNG MIMO-OFDM NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Tiến Sĩ Đỗ Hồng Tuấn Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH KHOA QL CHUYÊN NGÀNH Lời Cảm Ơn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện-Điện tử, đặc biệt thầy cô môn Viễn Thông cung cấp kiến thức tảng giúp em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy Đỗ Hồng Tuấn tận tình bảo, động viên tạo điều kiện tốt cho em thực luận văn suốt thời gian vừa qua Sau lời cảm ơn đến gia đình người thân đồng nghiệp bạn bè, bạn đại học Bách Khoa lớp động viên tinh thần giúp đỡ trang thiết bị suốt trình học tập nghiên cứu Tp.HCM, 07/2009 Tạ Hồng Hà Tóm Tắt Luận Văn Tóm Tắt Luận Văn Ngày nay, nhu cầu truyền thông không dây ngày tăng Các hệ thống thông tin không dây tương lai đòi hỏi dung lượng cao hơn, tin cậy hơn, sử dụng băng thông hiệu hơn, khả kháng nhiễu tốt hơn, khả chống lại tượng fading đa đường tốt Hệ thống thông tin truyền thống phương thức ghép kênh cũ khơng cịn khả đáp ứng yêu cầu hệ thống thông tin tương lai Một giải pháp đưa kết hợp hệ thống MIMO , kỹ thuật OFDM mã hóa kênh truyền Turbo Luận văn giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin không dây chương Chương vào phân tích kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao OFDM từ chứng minh OFDM có khả truyền thông tốc độ cao, sử dụng băng thơng hiệu quả, chống nhiễu liên sóng mang ICI chống fading chọn lọc tần số Chương phân tích tác dụng khoảng bảo vệ CP việc chống lại nhiễu ISI khả cân tín hiệu hiệu Equalizer miền tần số Chương tìm hiểu hệ thống MIMO, phân tích kỹ thuật mã hóa khơng gian-thời gian STC đưa mơ hình hệ thống MIMO, mơ tả rõ hai hệ thống MIMO tiêu biểu Alamouti V-BLAST nhằm cho thấy khả phân tập ghép kênh hệ thống MIMO kênh truyền fading đa đường tán xạ cao Các phân tích hệ thống MIMO bị giới hạn hệ thống băng hẹp, kết hợp với kỹ thuật OFDM giúp cho hệ thống MIMO ứng dụng vào hệ thống băng rộng tốc độ cao Cấu trúc mã hóa, nguyên lý giải mã mã Turbo giải thuật giải mã lập MAP, Log-MAP, Max-Log-Map, SOVA trình bày chương Chương dùng phân tích kỹ thuật OFDM chương hệ thống MIMO chương làm tiền đề vào phân tích thiết lập mơ hình hệ thống MIMO-OFDM tiêu biểu MIMO-OFDM Alamouti MIMO-OFDM V-BLAST, sau ứng dụng mã hóa Turbo vào hệ thống MIMO-OFDM VBLAST nhằm tăng khả sửa sai, giảm BER cho hệ thống thông tin không dây Chương đưa kết luận số hướng phát triển đề tài Cuối chương 2, 3, kết mô kỹ thuật OFDM, hệ thống MIMO, mã Turbo, hệ thống MIMO-OFDM hệ thống Turbo MIMO-OFDM nhằm kiểm chứng phân tích lý thuyết HVTH: Tạ Hồng Hà Trang v Mục Lục Mục Lục Tóm Tắt Luận Văn v Mục Lục vi Danh Sách Từ Viết Tắt vii Danh Sách Hình Vẽ Bảng Biểu ix Chương Giới Thiệu Chung 1.1 Kênh Truyền Vô Truyến 1.2 Các Phương Thức Ghép Kênh 11 1.3 Mơ Hình Hệ Thống Thông Tin Không Dây 12 1.4 Mã Hóa Kênh Truyền 14 Chương Kỹ Thuật OFDM 16 1.1 Giới Thiệu 16 1.1.1 Sự phát triển OFDM 16 1.1.2 Ưu điểm khuyết điểm OFDM 18 1.2 Nguyên Lý Của Kỹ Thuật OFDM 19 1.2.1 Sóng mang trực giao 19 1.2.2 Mơ hình OFDM .21 2.3 Mô Phỏng Hệ Thống OFDM 30 Mô hệ thống OFDM 36 Chương Hệ Thống MIMO 45 3.1 Giới Thiệu 45 3.1.1 Khái niệm hệ thống MIMO .45 3.1.2 Lịch sử hệ thống MIMO 45 3.1.3 Các độ lợi hệ thống MIMO 46 3.2 Mã Hóa Khơng Gian-Thời Gian STC 47 3.2.1 Mơ hình hệ thống MIMO 48 3.2.2 Dung lượng hệ thống MIMO 49 HVTH: Tạ Hồng Hà Trang vi Mục Lục 3.2.3 Mã hóa khơng gian-thời gian khối STBC .53 3.2.4 Mã hóa khơng gian-thời gian lưới STTC .60 3.2.5 Mã hóa khơng gian-thời gian lớp BLAST 63 3.3 Mô Phỏng Hệ Thống MIMO 75 3.3.1 Sơ đồ Alamouti .75 3.3.2 V-BLAST 77 Chương Mã Turbo 79 4.1 Mã Turbo – PCCC 79 4.1.1 Tổng quan mã Turbo 79 4.1.2 Đường bao xác suất lỗi mã Turbo 84 4.1.3 Bộ xáo trộn 89 4.1.4 Kết thúc Trellis 95 4.1.5 Kỹ thuật xóa bit .96 4.1.6 Các ứng dụng mã Turbo 97 4.2 Iterative Decoding of Turbo Codes 100 4.2.1 Tổng quan giải thuật giải mã 100 4.2.2 Likelihood .101 4.2.3 Giải thuật MAP .105 4.2.4 Giải thuật Log-MAP 107 4.2.5 Giải thuật Max-Log-MAP 111 4.2.6 Bộ giải mã SISO 113 4.2.7 Giải thuật SOVA 118 4.2.8 Tiêu chí ngừng giải mã 131 4.3 Mô Phỏng Mã Turbo 132 Chương Hệ Thống Turbo MIMO-OFDM 135 5.1 Giới Thiệu 135 5.2 Hệ Thống Turbo MIMO–OFDM 138 5.2.1 Mơ hình hệ thống MIMO–OFDM 138 5.2.2 Mô hình hệ thống Turbo MIMO–OFDM 140 5.2.3 Mơ hình hệ thống Turbo MIMO-OFDM Alamouti 141 5.2.4 Mơ hình hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST 145 HVTH: Tạ Hồng Hà Trang vii Mục Lục 5.3 Mô Phỏng Hệ Thống Turbo MIMO-OFDM 149 5.3.1 Hệ thống MIMO-OFDM V-BLAST .149 5.3.2 Hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST 150 5.3.4 Hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST với xáo trộn kênh 152 Chương Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài 157 6.1 Kết Luận 157 6.2 Hướng Phát Triển Đề Tài 158 Tài Liệu Tham Khảo 159 HVTH: Tạ Hồng Hà Trang viii Danh Sách Từ Viết Tắt Danh Sách Từ Viết Tắt 3GPP A/D ACF ADSL AEX APP AWGN BER BLAST BPF BPSK BS BSC CCSDS CDM CE CRC CSI CWEF D/A DAB D-BLAST DFT DPSK DVB DVB - H DVB - RCS DVB - RCT DVB - T ETSI FDM FEC FFT FIR GPP GOD GSM HDSL ICI IDFT IEEE IFFT I.I.D ISI LAN LLR LOS LPF LS MAP Mbps HVTH: Tạ Hồng Hà 3rd-Generation Partnership Project Analog to Digital Auto-Correlation Function Asymmetric Digital Subscriber Line Average Excess delay A Posteriori Probability Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate Bell-Laboratories Layered Space-Time Code Band Pass Filter Binary Phase Shift Keying Base Station Binary Symmetric Channel Consultative Committee for Space Data Systems Code Division Multiplexing Cross Entropy Cyclic Redundancy Check Channel State Information Conditional Weight Enumerate Function Digital to Analog Digital Audio Broadcasting Diagonal – Bell-Laboratories Layered Space-Time Discrete Fourier Transform Differential Phase Shift Keying Digital Video Broadcasting DVB - Handheld DVB - Return Channel via Satellite DVB - Return Channel via Terrestrial DVB - Terrestrial European Telecommunications Standards Institute Frequency Division Multiplexing Forward Error Correction Fast Fourier Transform Finite Impulse Response Generation Partnership Project Generalized Orthogonal Design Global System for Mobile Communication High-bit-rate Digital Subscriber Line InterCarrier Interference Inverse Discrete Fourier Transform Institute of Electrical and Electronics Engineers Inverse Fast Fourier Transform Independent and Identically Distributed InterSymbol Interference Local Area Network Log-Likelihood Ratio Light Of Sight Low Pass Filter Least Square Maximum A Posteriori Probability Mega Bit Per Second Trang vii Danh Sách Từ Viết Tắt MIMO MISO ML MMSE MMSE-IC MRRC MS MSps NLOS OFDM P/S PAM PAPR PCBC PCCC PDF PEF PRK QAM QPSK RF RMS RSC S/P S-DMB SC SCR SDR SIMO SINR SISO SISO SLL SLVA SNR SOVA STC STBC STMLD STTC T-DMB TDM TCC TGn V-BLAST V-OFDM Wi-Fi WiMAX WLAN WSSUS ZF ZF-IC ZF-OIC HVTH: Tạ Hồng Hà Multiple Input Multiple Output Multiple Input Single Output Maximum Likelihood Minimum Mean Square Error MMSE – Interference Cancellation Maximal-Ratio Receive Combining Mobile Station Mega Symbol Per Second NonLight Of Sight Orthogonal Frequency Division Multiplexing Parallel to Serial Pulse Amplitude Modulation Peak to Average Power Ratio Parallel Concatenated Block Code Parallel Concatenated Convolutional Code Probability Density Function Parity-check Enumarating Function Phase Reversal Keying Quadrature Amplitude Modulation Quadrature Phase Shift Keying Radio Frequency Root Mean Square Recursive Systematic Convolutional Serial to Parallel Satellite - Digital Multimedia Broadcasting Singlecarrier Communication Sign Change Ratio Sign Difference Ratio Single Input Multiple Output Signal to Interference plus Noise Ratio Single Input Single Output Soft-In Soft-Out Side Lobe Level Serial List Viterbi Algorithm Signal to Noise Ratio Soft-Output Viterbi Algorithm Space-Time Code Space-Time Block Code Space-Time Maximum Likelihood Decoder Space-Time Trellis Code Terrestrial - Digital Multimedia Broadcasting Time Division Multiplexing Telemetry Channel Coding Task Group N Vertical – Bell-Laboratories Layered Space-Time Vector – Orthogonal Frequency Division Multiplexing Wireless – Fidelity Worldwide Interoperability for Microwave Access Wireless Local Area Network Wide Sense Stationary Uncorrelated Scatter Zero-Forcing Zero-Forcing – Interference Cancellation Zero-Forcing – Ordered Interference Cancellation Trang viii Chương 5: Hệ Thống Turbo MIMO-OFDM Hình 5.3-2 Đồ thị BER hệ thống MIMO-OFDM VBLAST với mapper QPSK Hình 5.3-3 Đồ thị BER hệ thống MIMO-OFDM VBLAST với mapper 16-PSK _Trong hệ thống MIMO-OFDM với số sóng mang phụ số anten phát thu, việc tăng số trạng thái M mapper nhằm tăng số bit mã hóa symbol phải trả giá việc tăng BER hệ thống _BER hệ thống tốt ta tăng số anten phát thu hệ thống MIMOOFDM 5.3.2 Hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST Ta mô hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST, hệ thống MIMO 4x4, với kỹ thuật OFDM sử dụng sóng mang phụ Mã Turbo trạng thái dùng xáo trộn kích thước 512, Mapper BPSK Tại phía thu, giải mã STC sử dụng giải thuật giải mã tiêu biểu Zero-forcing, Zero-forcing triệt nhiễu ZF-IC, Zero- HVTH: Tạ Hồng Hà Trang 150 Chương 5: Hệ Thống Turbo MIMO-OFDM forcing triệt nhiễu theo thứ tự tối ưu ZF-OIC, giải mã Turbo sử dụng giải thuật Log-MAP với lần giải mã Kênh truyền mơ theo mơ hình Multipath Rayleigh Pedestrian B ITU, có thơng số bảng 5.3.1, với tần số Doppler Hz, Đường Độ trễ (ns) 200 800 1200 2300 3700 Công suất (dB) -0.9 -4.9 -8.0 -7.8 -23.9 Bảng 5.3.1 Thông số kênh truyền Pedestrian B ITU Với giả sử kênh truyền biến đổi chậm, thơng số kênh truyền khơng thay đổi vịng symbol OFDM, kênh truyền ước lượng đơn giản giản cách chèn chuỗi bit huấn luyện phát anten, sau phía thu lấy trung bình, để ước lượng ma trận kênh truyền Kết mô trình bày hình 5.3.4 5.3.5 Hình 5.3-4 Đồ thị BER hệ thống Turbo MIMO-OFDM, với mã Turbo m = 2, N = 512 HVTH: Tạ Hồng Hà Trang 151 Chương 5: Hệ Thống Turbo MIMO-OFDM Hình 5.3.4 & 5.3.5 cho thấy việc sử dụng mã Turbo làm giảm BER, cải thiện đáng kể chất lượng hệ thống, giải thuật ZF-OIC cho chất lượng giải mã cứng tốt nhất, dẫn đến chất lượng giải mã mềm tốt ba trường hợp ZF, ZF-IC ZF-OIC Mã Turbo cung cấp độ lợi khoảng 2dB đến 3dB so với trường hợp sử dụng định cứng BER hệ thống tương đối thấp việc ước lượng kênh truyền đơn giản, hệ thống phải chịu hiệu ứng dịch tần số Doppler kênh truyền, mã Turbo sử dụng có nhớ thấp, nguyên nhân kích thước xáo trộn nhỏ không đủ sức sửa lỗi chùm Qua mô khảo sát, ta nhận thấy rằng, lỗi chùm thường xuất luồng luồng anten phát, nằm sóng mang phụ 5.3.4 Hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST với xáo trộn kênh Từ nhận xét phần 5.3.3, đề nghị sử dụng thêm xáo trộn liên luồng tất 16 luồng (4 luồng Anten phát sóng mang phụ), sơ đồ mã hóa giải mã hình 5.3.5 5.3.6, nhằm phân tán lỗi chùm, có, từ luồng 15 luồng lại, số lượng sai bit chùm luồng giảm đáng kể, giải mã dễ dàng sửa lỗi chùm Ngoài ra, việc sử dụng mã hóa giải mã Turbo song song giúp giảm thời gian mã hóa giải mã Turbo đáng kể Turbo MIMO-OFDM V-Blast Transmitter Turbo Encoder Input S/P Turbo Encoder Turbo Encoder Inteleaver channel & Mapper Turbo Encoder OFDM Modulator Tx1 OFDM Modulator Tx OFDM Modulator Tx k OFDM Modulator Tx NT Hình 5.3-5 Hệ thống phát MIMO-OFDM V-BLAST với xáo trộn kênh liên luồng HVTH: Tạ Hồng Hà Trang 152 Chương 5: Hệ Thống Turbo MIMO-OFDM Turbo MIMO-OFDM V-Blast Receiver Rx OFDM Demod OFDM Demod Rx N R OFDM Demod Turbo Decoder Deinteleaver channel OFDM Demod STC Decoder Rx1 Turbo Decoder Output P/S Turbo Decoder Turbo Decoder Hình 5.3-6 Hệ thống thu Turbo MIMO-OFDM V-BLAST với giải xáo trộn kênh liên luồng Mô hệ thống thu phát Turbo MIMO-OFDM có sơ đồ hình 5.3.5 5.3.6, sử dụng hệ thống MIMO 4x4, với kỹ thuật OFDM sử dụng sóng mang phụ Mã Turbo trạng thái dùng xáo trộn kích thước, Mapper BPSK, xáo trộn mã Turbo xáo trộn kênh liên luồng xáo trộn ngẫu nhiên Kết mô thu đường trình bày hình 5.3.7 va2 5.3.8, kênh truyền sử dụng giống phần mô 5.3.3 Hình 5.3-7 BER hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST với xáo trộn kênh HVTH: Tạ Hồng Hà Trang 153 Chương 5: Hệ Thống Turbo MIMO-OFDM Hình 5.3-8 BER hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST, R = 1/2 1/3 Qua kết mô phỏng, ta nhận thấy cách thêm vào xáo trộn liên luồng phía phát giải xáo trộn kênh phía thu hệ thống Turbo MIMO-OFDM, BER hệ thống giảm so với BER không sử dụng xáo trộn giải xáo trộn kênh Tuy nhiên qua khảo sát số lỗi sửa luồng, nhận thấy khả sửa lỗi giải mã Turbo trường hợp sử dụng xáo trộn kênh suy giảm so với không sử dụng xáo trộn kênh, nguyên nhân độ tin cậy giá trị mềm ngõ giải mã V-BLAST Zero-Forcing luồng không giống nau Các hệ số truyền đạt kênh truyền khơng giống q trình giải mã Zero-Forcing cho luồng với Vector triệt tiêu để giải mã khác dẫn đến độ tin cậy chuỗi giá trị mềm luồng khác Sau giải xáo trộn kênh, chuỗi giá trị mềm ngõ vào giải mã Turbo có độ tin cậy khác Từ nhận xét trên, đề nghị sử dụng thêm cân độ tin cậy cho giá trị mềm cho luồng giải mã, sơ đồ hình 5.3.9, dựa Vector triệt tiêu giải thuật Zero-Forcing, luồng giá trị mềm ngõ đường nhân với hệ số cân Ei , j = Wi , j , i = ÷ N OFDM , j = ÷ N T (5.27) Với N OFDM NT số sóng mang phụ kỹ thuật OFDM số Anten phát hệ thống MIMO Với thông số mô dùng thêm cân độ tin cậy, đồ thị BER hệ thống vẽ hình 5.3.10 HVTH: Tạ Hồng Hà Trang 154 Chương 5: Hệ Thống Turbo MIMO-OFDM Rx1 Rx Rx N R Hình 5.3-9 Hệ thống phát Turbo MIMO-OFDM với giải xáo trộn kênh cân độ tin cậy Hình 5.3-10 BER hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST với xáo trộn kênh Hình 5.3-11 BER hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST, R = 1/2, 1/3 HVTH: Tạ Hồng Hà Trang 155 Chương 5: Hệ Thống Turbo MIMO-OFDM Hình 5,3,10 5.3.11 cho thấy BER hệ thống sử dụng cân độ tin cậy Do số lượng frame mô cịn nên đường BER hệ thống khơng trơn, nhiên cho thấy BER hệ thống cải thiện sử dụng cân độ tin cậy HVTH: Tạ Hồng Hà Trang 156 Chương 5: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài Chương Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài 6.1 Kết Luận Luận văn trình bày phân tích lý thuyết nhằm cho thấy ưu điểm trội hệ thống MIMO-OFDM kết hợp mã Turbo việc nâng cao chất lượng dung lượng hệ thống thông tin không dây Chương đưa nhìn tổng quan kênh truyền vơ tuyến, hệ thống truyền thơng khơng dây có hệ thống MIMO kỹ thuật ghép kênh có kỹ thuật OFDM Chương mô tả phương thức hoạt động khối kỹ thuật OFDM, trình bày mơ hình tốn kỹ thuật OFDM nhằm chứng minh ưu điểm kỹ thuật OFDM khả truyền thông tốc độ cao, sử dụng băng thông hiệu quả, chống nhiễu liên sóng mang ICI, chống fading chọn lọc tần số, có khả chống nhiễu ISI cung cấp khả cân tín hiệu Equalizer đơn giản Cuối chương, kết mô cho thấy hệ thống SC chống lại tượng fading chọn lọc tần số, hệ thống OFDM hồn tồn chống lại tượng Các kết mô cho thấy hiệu Equalizer đơn giản nhiều Mapper khác nhau, kênh truyền định trước BER hệ thống OFDM tăng lên tăng số sóng mang phụ Chương trình bày phân tích lý thuyết mã hóa khơng gian-thời gian STC nhằm nâng cao chất lượng dung lượng kênh truyền Cuối chương kết mô hệ thống MIMO tiêu biểu Alamouti V-BLAST, kết mô cho thấy sơ đồ Alamouti có khả cung cấp độ lợi phân tập phát thu mà trì cơng suất phát hệ thống không phân tập Kết mô hệ thống MIMO V-BLAST cho thấy giải thuật MMSE tốt giải thuật Zero-forcing mức SNR thấp mức SNR cao Zero-forcing tỏ tốt hơn, đặc biệt giải thuật ZFOIC SVTH: Tạ Hồng Hà Trang 157 Chương 5: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài Chương trình bày kiến thức Turbo hay gọi mã chập kết nối song song PCCC, ứng dụng mã Turbo tương lai, trình bày nguyên lý giải mã lặp giải thuật giải mã lặp dựa giá trị mềm MAP, Log-MAP, MAX-Log-MAP SOVA Kết mô cuối chương cho thấy chất lượng giải mã tăng theo số lần giải mã lặp, mức độ cải thiện chất lượng giảm Chất lượng giải mã tăng theo kích thước xáo trộn, giải thuật Log-MAP cho chất lượng giải mã tốt hẳn giải thuật SOVA, kỹ thuật xóa bit giúp tăng tốc độ mã làm giảm chất lượng giải mã, chất lượng giải mã Turbo có xu hướng tăng lên Eb / N cao số trạng thái RSC thành phần tăng lên Chương 2, chương chương đưa phân tích làm tiền đề cho việc phân tích hệ thống MIMO-OFDM ứng dụng mã Turbo vào hệ thống MIMO-OFDM chương Chương trình bày mơ hình thiết lập biểu thức tốn học hệ thống MIMO-OFDM, mơ hình hai hệ thống Turbo MIMO-OFDM Alamouti Turbo MIMO-OFDM V-Blast Cuối chương, kết mô hệ thống Turbo MIMO-OFDM mã Turbo cải thiện chất lượng hệ thống, để đạt mức BER mã Turbo cần tỷ số SNR thấp trường hợp dùng định cứng khoảng dB Cuối chương 5, xáo trộn kênh cân độ tin cậy đề nghị sử dụng hệ thống Turbo MIMO-OFDM V-BLAST cải thiện BER hệ thống 6.2 Hướng Phát Triển Đề Tài Luận văn phân tích tổng quan nêu lên chất hệ thống MIMO-OFDM, ứng dụng mã Turbo vào hệ thống, dựa phân tích đề tài có số hướng phát triển sau Nghiên cứu phương pháp ước lượng kênh truyền phù hợp cho hệ thống Turbo MIMO-OFDM trường hợp kênh truyền biến đổi nhanh theo thời gian Ứng dụng Adaptive Equalizer cho hệ thống Turbo MIMO-OFDM kênh truyền biến đổi nhanh theo thời gian Khảo sát chất lượng hệ thống Turbo MIMO-OFDM sử dụng giải thuật giải mã V-BLAST MMSE với xáo trộn, giải xáo trộn kênh cân độ tin cậy SVTH: Tạ Hồng Hà Trang 158 Tài Liệu Tham Khảo Tài Liệu Tham Khảo [1] Bernard Sklar, “Digital Communications: Fundamentals and Applications,” 2nd edition, Prentice Hall, ISBN-13: 978-0130847881, 2001 [2] Shinsuke Hara, Ramjee Prasad, “Multicarrier Techniques for 4G Mobile,” Artech House, ISBN 1-58053-482-1, 2003 [3] John G Proakis, Masoud Salehi, “Communication Systems Engineering”, Prentice Hall, ISBN-10 0-13-061793-8, 2001 [4] David Tse and Pramod Viswanath, “Fundamentals of Wireless Communication,” Cambridge University Press, ISBN-13:9780521845274, 2005 [5] Eric Lawrey, Electrical and Computer Engineering, James Cook University, “Adaptive Techniques for Multiuser OFDM,” Ph.D Thesis, 2001 [6] Gallager, R G., “Low Density Parity Check Codes,” Monograph, M.I.T Press, 1963 [7] C Berrou, A Glavieux, and P Thitimajshima, “Near Shannon limit error-correcting coding and decoding: Turbo-codes,” in Proc IEEE ICC’93, vol 2, pp 1064–1070, May 1993 [8] J Lodge, P Hoeher, and J Hagenauer, "Separable MAP 'filters' for the Decoding of Product and Concatenated Codes," in Proc IEEE Int Conf On Communications, Geneva, Switzerland, pp 1740–1745, May 1993 [9] Benedetto et al., "A Soft-Output Maximum A Posteriori (MAP) Module to Decode Parallel and Serial Concatenated Codes", TDA Progress Report 42-127, pp 1–20, Nov 1996, [10] WiLAN Inc, White Paper “High Speed Wireless OFDM Communication Systems,” http://www.wi-lan.com/technology/whitepapers.htm [11] C Ciochina, F Buda and H Sari, “An Analysis of OFDM Peak Power Reduction Techniques for WiMAX Systems,” ICC'06, Istanbul, Turkey, Jun 2006 [12] Joshep C.Liberti, JR and Theodore S.Rappaport, “Smart antennas for wireless coummunication,” Prentice Hall, ISBN 0-13-719287-8, 1999 [13] G Hampson and A P Papliński, “Simulation of beamforming techniques for the linear array of transducers,” Monash University, Tech Rep 95-3, Mar 1995 [14] Andrea Goldsmith, “EE 359 - Wireless Communication”, lecture, Standford University, 2006 SVTH: Tạ Hồng Hà Trang 159 Tài Liệu Tham Khảo [15] Christian Schlege “EE 7950: Statistical Communication Theory”, lecture, University of Alberta, Jan 2002 [16] Siavash M Alamouti, “A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications,” IEEE Journal on Select Areas in Communications, Vol.16, No.8, Oct 1998 [17] Hoo-Jin Lee, Shailesh Patil and Raghu G Raj , “Fundamental overview and simulation of MIMO systems for STC and Spatial Multiplexing,” University of Texas, 2003 [18] Vahid Tarokh, Nambi Seshadri, A Robert Calderbank, "Space-Time Codes for High Data Rate Wireless Communications: Performance criterion and Code Construction," IEEE Transactions on Information Theory 44(2), pp 744–765, Mar 1998 [19] A.Bruce Carlson, “Communication Systems” 3rd edition, McGraw-Hill, ISBN 0-07009960-X, 1986 [20] P W Wolniansky, G J Foschini, G D Golden, R A Valenzuela, “V-blast: An architecture for realizing very high data rates over the rich-scattering wireless channel,” Proc URSI International Symposium on Signals, Systems, and Electronics (ISSSE-98), Pisa, Italy, pp 295–300, Oct 1998 [21] C.E Shannon, “A Mathematical Theory of Communication, Bell System Technical Journal,” Part I: pp 379–423, July 1948 Part II: pp 623–656, Oct 1948 [22] Sergio Benedetto and Guido Montorsi, “Unveiling turbo-codes: some results on parallel concatenated coding schemes,” IEEE Transactions on Information Theory, vol 42, no 2, pp 409–429, Mar 1996 [23] Sergio Benedetto and Guido Montorsi, “Design of parallel concatenated convolutional codes,” IEEE Transactions on Communications, vol 44, [51] 5, pp 591–600, May 1996 [24] Divsalar, D and Pollara, F., “Turbo Codes for Deep-Space Communications,” JPL TDA Progress Report 42-120, pp 29–39, Feb 1995 [25] C Berrou and A Glavieux, “Turbo-codes: general principles and applications,” Proc of the 6th Int Tirrenia Workshop on Digital Communications, pp 215-226, Sep 1993 [26] Hanna, S.A, “Convolutional Interleaving for Digital Radio Communications,” Universal Personal Communications, 1993 Personal Communications: Gateway to the 21st Century Conference Record, 2nd International Conference, pp 443-447, Oct 1993 [27] A.S Barbulescu and S.S Pietrobon, “Terminating the Trellis of Turbo-Codes in the Same State,” Electronics Letters, Vol 31, issue 1, 1995, pp 22-23, Jan 1995 SVTH: Tạ Hồng Hà Trang 160 Tài Liệu Tham Khảo [28] D.Divsalar and F.Pollara, “Turbo codes for PCS applications,” In Proc ICC’95 Seattle, WA, pp 54-59, Jun 1995 [29] S Dolinar and D Divsalar, “Weight Distributions for Turbo Codes using Random and Nonrandom Permutations,” TDA progress report, Jet propulsion Lab., Pasadena, CA, pp 42-122, Aug 1995 [30] S A Barbulescu and S S Pietrobon, “Interleaver design for three dimensional turbo codes,” IEEE Int Symp Inform Theory, Whistler, British Columbia, Canada, p 37, Sep 1995 [31] Jakob Dahl Andersen and Viktor V Zyablov, “Interleaver Design for Turbo Coding,” Proc Int Symp on Turbo Codes, Brest, France, Sep 1997 [32] J Hokfelt and T Maseng, “Methodical Interleaver Design for Turbo Codes”, Proc Int Symp on Turbo Codes and Related Topics Brest, France, pp 212–215, Sep 1997 [33] M Hattori, J Murayama and R.J McEliece, “Psedo-Random and Self-Terminating Interleavers for Turbo Codes”, Inform Theory Workshop, pp 9–10, Feb 1998 [34] O.Y Takeshita and D.J Costello, “New Classes of Algebraic Interleavers for TurboCodes,” Proc IEEE int Symp on Inform Theory, Cambridge, MA, USA, p 419, Aug 1998 [35] S Crozier, J Lodge, P Guinand and A Hunt, “Performance of Turbo Codes with Relative Prime and Golden Interleaving Strategies,” Proceedings of the 6th International Mobile Satellite Conference (IMSC '99), Ottawa, Ontario, Canada, pp 268–275, Jun 1999 [36] H.R Sadjapour, M Salehi, N.J.A Sloane and G Nebe, “Interleaver Design for Turbo Codes,” IEEE Journal on Selected Areas in Communication, Vol.19, No.5, pp 831–837, May 2001 [37] Yuan, J., Vucetic, B., Feng, W & Tan, M., “Design of cyclic shift interleavers for turbo codes,” in Annals of Telecommunications, vol 56, pp 384 – 393, Jul 2001 [38] S Crozier and P Guinand, “High-Performance Low-Memory Interleaver Banks for Turbo-Codes,” Proceedings of the 54th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC 2001 Fall), Atlantic City, New Jersey, USA, pp 2394–2398, Oct 2001 [39] Shibutani, A Suda, H Adachi, F., “Multistage recursive interleaver for turbo codes in DS-CDMA mobileradio,” Vehicular Technology, IEEE Transactions, Vol 51, pp 88–100, Jan 2002 [40] W Feng, J Yuan, and B S Vucetic, “A code-matched interleaver design for turbo codes,” IEEE Transactions on Communications, vol 50, No 6, pp 926–937, Jun 2002 SVTH: Tạ Hồng Hà Trang 161 Tài Liệu Tham Khảo [41] Xilin Zhang Dongfeng Yuan Ji Luo, “Code-matched interleaver for turbo codes, Wireless Communications and Networking Conference,” Vol 3, pp 1607–1610, Mar 2004 [42] S Howard, S Sheikh Zeinoddin, C Schlegel, and V Gaudet, “Short-Cycle-Free Interleaver Design for Increasing Minimum Squared Euclidean Distance,” IEEE International Symposium on Information Theory, Chicago, IL, p 54, Jun 2004 [43] P Popovski, L Kocarev, and A Risteski, “Design of flexible-length S-random interleaver for turbo codes,” IEEE Communications Letters, vol 8, No 7, pp 461–463, Jul 2004 [44] Ying Zhao and Yang Xiao, “A design of orthogonal interleavers for multimodes turbo en-decoders,” Circuits and Systems, 2005 ISCAS 2005 IEEE International Symposium, vol pp 3171–3174, May 2005 [45] Dinoi, L and Benedetto, S., “Variable-size interleaver design for parallel turbo decoder architectures,” Communications, IEEE Transactions, vol 53, pp 1833–1840, Nov 2005 [46] Zhang Chenghai, Hu Jianhao, “The Shifting Interleaver Design Based on PN Sequence for IDMA Systems,” Future Generation Communication and Networking, vol 2, pp 279– 284, Dec 2007 [47] D Hao and P A Hoeher, “Helical interleaver set design for interleave-division multiplexing and related techniques,” in IEEE Communications Letters, vol 12, pp 843– 845, Nov 2008 [48] Salim, M and Shrimal, S., “Modified interleaver design to reduce error floor in turbo codes for wireless communication,” Recent Advances in Microwave Theory and Applications, 2008 MICROWAVE 2008 International Conference on, pp 698–701, Nov 2008 [49] Barbulescu, A S and Pietrobon, S S., “Interleaver Design for Turbo Codes,” Electronics Letters, vol 30, No 25, pp 2107–2108, Dec 1994 [50] Boutros, J.J and Zemor, G “On quasi-cyclic interleavers for parallel turbo codes,” Information Theory, IEEE Transactions, vol 52, pp 1732–1739, Apr 2006 [51] P Jung and M NaBhan, “Performance evaluation of turbo codes for short frame transmission systems,” Electronics Letters, vol 30, pp 111–113, Jan 1994 [52] M Reza Soleymani, Gao Yingzi, U Vilaipornsawai, “Turbo Coding for Satellite and Wireless Communications,” chapter 2, Springer ISBN 978-1402071973, Sep 2002 [53] Branka Vucetic, Jinhong Yuan, “Turbo codes: principles and applications,” Kluwer Academic, ISBN 0792378687, 2000 SVTH: Tạ Hồng Hà Trang 162 Tài Liệu Tham Khảo [54] Fan Mo, S.C.Kwatra, Junghwan Kim, “Analysis of Puncturing Pattern for High Rate Turbo Codes,” Military Communications Conference Proceedings, 1999 IEEE, vol 1, pp 547–550, Oct 1999 [55] Consultative Committee on Space Data Systems, “Telemetry Channel Coding,” CCSDS 101.0-B-4, Jun 1999 [56] European Telecommunications Standards Institute (ETSI) TS 125 212, Universal Mobile telecommunications System (UMTS); Multiplexing and Channel Coding (FDD), 3GPP TS 25.212 ver 5.0.0 Release 5, Mar 2002 [57] Digital Video Broadcasting (DVB) Interaction Channel for Satellite Distribution Systems, ETSI EN 301 790, V1.5.1, Final Draft, Sep 2006 [58] By Jeffrey G Andrews, Arunabha Ghosh, Rias Muhamed, “Fundamentals of WiMAX: Understanding Broadband Wireless Networking,” ISBN-13: 978-0-13-222552-6, Prentice Hall, Feb 2007 [59] Bernard Sklar, “Fundamentals of Turbo Codes,” Article, Prentice Hall, Mar 2002 [60] J Hagenauer and P Hoeher, “A Viterbi Algorithm with Soft-Decision Outputs and its Applications,” in Proc IEEE GLOBECOM’89, pp 1680–1686, Nov 1989 [61] J Hagenauer and L Papke, “Decoding ‘Turbo’ codes with the softoutput Viterbi algorithm (SOVA),” Proc Int Symp on Information Theory, p 164, Jun 1994 [62] J Hagenauer, “Source-controlled channel decoding,” IEEE Trans Commun., vol 43, No 9, pp 2449–2457, Sep 1995 [63] J Hagenauer, E Offer, and L Papke, “Iterative Decoding of Binary Block and Convolutional Codes,” IEEE Trans Inform Theory, Vol 42, No 2, pp 429–445, Mar 1996 [64] Viterbi, A.J., “Error Bounds for Convolutional Codes and an Asymptotically Optimum Decoding Algorithm,” IEEE Transactions on Information Theory, IT - 13 (2), pp 260–269, Apr 1967 [65]A.Shibutani, H.Suda, F.Adachi, “Reducing average number of Turbo decoding Iterations,” Electronics Letters, vol.35, pp 701–702, Apr 1999 [66] R.Y.Shao, S.Lin, M.P.C.Fossorier, “Two simple stopping criteria for Turbo decoding,” IEEE Trans Commun., vol.47, pp.1117–1120, Aug 1999 [67] Yufei Wu, “Implementation of Parallel and Serial Concatenated Convolutional Codes”, Ph.D Thesis in Electrical Engineering, Falculty of Virginia Polytechnic Institute and State University, Dec 2000 SVTH: Tạ Hồng Hà Trang 163 Lý Lịch Trích Ngang Họ tên: Tạ Hồng Hà Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1984 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Địa liên lạc: 270B/80/22/5 Lý Thường Kiệt, P6, Q Tân Bình, Tp.HCM Q TRÌNH ĐÀO TẠO 2002 – 2007 : Sinh viên khoa Điện-Điện tử, đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh 4/2007 tốt nghiệp loại giỏi, huy chương bạc 2007 – 2009 : Học viên cao học ngành kỹ thuật điện tử, đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC 2009 – : Giảng viên mơn Viễn Thông, khoa Điện-Điện tử, đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh ... MSHV: Kỹ Thuật Điện Tử 01407672 1- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MÃ TURBO VÀO HỆ THỐNG MIMO- OFDM NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VÀ DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN KHÔNG DÂY 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: ... thuật OFDM chương hệ thống MIMO chương làm tiền đề vào phân tích thiết lập mơ hình hệ thống MIMO- OFDM tiêu biểu MIMO- OFDM Alamouti MIMO- OFDM V-BLAST, sau ứng dụng mã hóa Turbo vào hệ thống MIMO- OFDM. .. 135 5.2 Hệ Thống Turbo MIMO? ? ?OFDM 138 5.2.1 Mơ hình hệ thống MIMO? ? ?OFDM 138 5.2.2 Mơ hình hệ thống Turbo MIMO? ? ?OFDM 140 5.2.3 Mơ hình hệ thống Turbo MIMO- OFDM Alamouti