Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số bằng bộ cân bằng kênh turbo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC ************* LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG THU TÍN HIỆU BẰNG BỘ CÂN BẰNG KÊNH TURBO Học viên thực : ĐÀO ĐỨC TOÀN Mã đề tài : KTTT11B-15 Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Hữu Trung HÀ NỘI 03/2014 LỜI CAM ĐOAN Trước hết, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô Viện Điện tử viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo môi trường tốt để học tập nghiên cứu Tôi xin cảm ơn thầy cô Viện Đào tạo sau đại học quan tâm, tạo điều kiện cho học viên có điều kiện thuận lợi để hồn thành hết khóa học Và đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hữu Trung tận tình hướng dẫn sửa chữa cho nội dung luận văn Tôi xin cam đoan nội dung luận văn hồn tồn tơi tìm hiểu, nghiên cứu viết Tất thực cẩn thận, có góp ý sửa chữa giáo viên hướng dẫn Tôi xin chịu trách nhiệm với tất nội dung luận văn Tác giả Đào Đức Toàn Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo LỜI NĨI ĐẦU *** Với tích hợp Internet ứng dụng multimedia truyền dẫn không dây hệ yêu cầu tốc độ truyền dẫn liệu cao băng tần rộng Nhưng tần số vô tuyến hữu hạn nên để dẫn tốc độ cao đạt kỹ thuật xử lý tín hiệu hiệu Hiện nay, mạng khơng dây hệ mạng di động LTE, mạng Wimax coi hệ thống mạng không dây triển khai Hệ thống đ i h i phải có dung lượng cao hơn, tin cậy hơn, sử dụng băng thông hiệu hơn, khả kháng nhiễu tốt Hệ thống thông tin truyền thống phương thức mã hóa kênh cũ khơng c n có khả đáp ứng yêu cầu hệ thống thông tin tương lai Những nghiên cứu lý thuyết thông tin cho thấy cân kênh sử dụng rộng rãi để khắc phục xuyên nhiễu ký tự (ISI) tác động pha đinh chọn lọc tần số Tại tần số cao, ảnh hưởng môi trường truyền dẫn đến chất lượng thu tín hiệu trở nên ngày phức tạp khó khắc phục Việc nghiên cứu kỹ thuật cân nhằm nâng cao chất lượng thu tín hiệu hệ thống thơng tin số đại cấp thiết với nhu cầu thực tế lớn Mã turbo giới thiệu năm 1993 gồm hai mã xoắn đệ quy RSC kết nối song song thông qua hoán vị giải mã lặp với chất lượng tiến tới cận Shannon khoảng vài phần mười dB Mã Turbo ngày sử dụng cơng nghệ WiMAX, LTE nhằm mục đích đưa phẩm chất hệ thống tiến tới cận Shannon Hiện nay, mã turbo khuyến nghị sử dụng hệ thống thông tin di động hệ 3G, 4G, thông tin vệ tinh, thông tin vũ trụ… Sau cố gắng nỗ lực học h i, nghiên cứu, luận văn thu kết bước đầu hiểu đánh giá chất lượng mã turbo Xây dựng mô ph ng Page Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo phần mềm MATLAB thực mơ ph ng turbo có hốn bit Từ đưa đánh giá khuyến nghị cho cơng nghệ LTE sử dụng hoán vị bit cải tiến Ngồi ra, kết hợp phương pháp hốn vị bit với cải biên phép ánh xạ điều chế theo để có độ lợi mặt công suất Eb/N0[dB] tỷ lệ lỗi bit BER Với nỗ lực thực sự, đồ án có số kết định, vậy, thời gian có hạn em khơng thể tránh kh i số thiếu sót số nhiệm vụ chưa hồn thành Vì vậy, mong ý kiến đóng góp thầy cô giáo bạn bè Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hữu Trung tận tình dẫn em suốt q trình thực để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Page Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo TÓM TẮT LUẬN VĂN *** Luận văn tổ chức thành ba phần với nội dung tóm tắt sau Nội dung đồ án bao gồm phần :  Giới thiệu chung  Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết Tổng quan hệ thống thông tin số, tập trung vào hệ thống thông tin không dây đại mạng di động LTE, khối chức bản, tín hiệu truyền kênh truyền chịu ảnh hưởng nhiễu  Chƣơng 2: Các kỹ thuật cân (Equalizer) Trình bày phương pháp kỹ thuật cân tập trung vào phương pháp cân thích nghi dựa sở lọc theo tiêu chí MMSE dẫn đến việc chọn kỹ thuật cân đại cân Turbo  Chƣơng 3: Thiết kế, mô ph ng, đánh giá, xây dựng thực sơ đồ cân Turbo với chất lượng tốt độ phức tạp thấp theo tiêu chí MMSE xây dựng cặp mã chập ánh xạ điều chế đóng vai tr quan trọng sơ đồ cân Turbo  Kết luận hƣớng phát triển Page Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo MỤC LỤC *** LỜI CAM ĐOAN LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 Giới thiệu chương 14 1.1 Mơ hình hệ thống thông tin vô tuyến 14 1.2 Một số thách thức kênh vô tuyến băng thông rộng 15 1.2.1 Suy hao đường truyền 15 1.2.2 Hiệu ứng che khuất 18 1.2.3 Fading loại fading 19 1.2.4 Các loại nhiễu ảnh hưởng đến đường truyền thông tin vô tuyến 23 1.3 ệ thống M M 28 1.3.1 1.3.2 1.3.3 Mơ hình MIMO 28 ung lư ng hệ th ng 29 Phân tập 31 1.4 Mã chập (Convolutional code) 38 1.4.1 Bộ mã hóa 38 1.4.2 Giải mã định cứng giải mã định mềm 40 CHƢƠNG CÁC KỸ THUẬT CÂN BẰNG (EQUALIZER) 48 Giới thiệu chương 48 2.1 Cân thích nghi (Adaptive Equalizer) 48 2.2 Cân cở sở lọc theo tiêu chí MMSE 50 2.3 Cân Turbo (Turbo Equalizer) 54 CHƢƠNG XÂY DỰNG BỘ CÂN BẰNG KÊNH TURBO MMSE TRÊN MATLAB 60 3.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 60 Page Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo 3.2 Xây dựng cân Turbo MMSE so sánh với cân khác 61 3.2.1 Xây dựng cân Zeroforcing kênh truyền MIMO 61 3.2.2 Xây dựng cân 3.2.3 Xây dựng cân turbo SE kênh truyền 62 SE sở lọc 64 3.3 Mơ hình kênh 68 3.4 Kết mô đánh giá 69 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Page Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo DANH MỤC HÌNH VẼ *** Hình 1.1 Mơ hình hệ thống thơng tin số vơ tuyến 14 Hình 1.2 Q trình truyền khơng gian tự 17 Hình 1.3 Hiệu ứng che khuất đường truyền tín hiệu 19 Hình 1.4 Thời gian trễ τ tương ứng với thời gian đáp ứng kênh truyền 20 Hình 1.5 Hàm phân bố Gauss 24 Hình 1.6 Minh họa nguyên nhân nhiễu ISI 24 Hình 1.7 Mơ hình hệ thống MIMO sử dụng N t anten phát N r anten thu 28 Hình 1.8 N Kênh truyền nhiễu Gauss trắng song song .29 Hình 1.9 Mơ hình kết hợp lựa chọn 33 Hình 1.10 Mơ hình kết hợp tối đa hóa tỷ lệ kết hợp 34 Hình 1.11 Mơ hình phân tập phát v ng đóng 38 Hình 1.12 Mã chập với bit đầu vào x( i ) bit đầu c( i ) 38 Hình 1.13 Bộ mã chập đơn giản với r=1/2 39 Hình 1.14 Giản đồ trạng thái mã hóa r=1/2 40 Hình 1.15 Mơ hình kênh truyền BSC với p xác suất chéo 42 Hình 1.16 Giải mã định cứng ví dụ 44 Hình 2.1 Lưới truyền dẫn BPSK qua kênh có ISI với H(z) = + z-1+ z-2 52 Hình 2.2 Sơ đồ phía phát sử dụng mã chập – hoán vị - ánh xạ .55 Hình 2.3 Máy thu sử dụng cân turbo 57 Hình 3.1 Tín hiệu phía phát rời rạc hóa 63 Hình 3.2 Cân MMSE sở lọc 65 Hình 3.3 Mơ hình kênh (3 hướng đa đường) 68 Page Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo Hình 3.4 Hình ảnh kết cân ZF 69 Hình 3.5 So sánh kết cân MMSE ZF .70 Hình 3.6 Kết mơ ph ng sử dụng cân Turbo 71 Page Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo DANH MỤC BẢNG BIỂU *** Bảng 1.1 Các kí hiệu tham số kênh truyền vô tuyến 16 Bảng 1.2 Các giá trị số đo bit 42 Page Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo CHƢƠNG 3.1 XÂY DỰNG BỘ CÂN BẰNG KÊNH TURBO MMSE TRÊN MATLAB Đặt vấn đề nghiên cứu Rất nhiều nghiên cứu san turbo thực kể từ kỹ thuật đưa Trong năm gần đây, nghiên cứu san hệ thống thông tin di động đại Một số cơng trình điển hình lĩnh vực tóm tắt 5/2005, Laot cộng đưa cân turbo có độ phức tạp thấp, sử dụng chuyển đổi Fourier nhanh (FFT) để tính tốn hệ số cân Kết dẫn đến cấu trúc máy tính thu turbo có độ phức tạp thấp Chất lượng sơ đồ khảo sát cho truyền dẫn vô tuyến băng thơng rộng đơn sóng mang đề xuất sử dụng cho liên kết vô tuyến EDGE thông tin di động GSM 9/2006, Lampinen cộng sử dụng cân turbo để cải thiện chất lượng MIMO hệ thống truy cập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) thông tin di động hệ thứ ba (3G) Kết cho thấy, trường hợp có MIMO, chất lượng thu HSDPA tăng đáng kể sử dụng cân turbo 4/2009, Liang Dong sử dụng cân turbo với dự đoán kênh ước lượng kênh theo phương thức lặp Ảnh hưởng truyền lỗi dự đoán kênh giảm thiểu giải hoán vị thành phần cân turbo Kênh dự đoán nội suy "làm mịn" thông qua ước lượng kênh sử dụng ước lượng mềm symbol vòng lặp turbo Kết cho thấy, việc kết hợp cân turbo với ước lượng kênh đối phó hiệu với thay đổi nhanh kênh cải thiện chất lượng thu 8/2009, Wusheng cộng ứng dụng cân turbo BICM-ID (điều chế mã với hoán vị bit kết hợp giải mã lặp) Ở đây, cân turbo với hồi tiếp định (DFE) áp dụng hệ thống BICM-ID Kết cho thấy thuật Page 60 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo toán dẫn đến hội tụ kênh ISI với mức pha đinh khác tiến dần tới chất lượng kênh AWGN tăng SNR Như vậy, thấy nghiên cứu ứng dụng cân turbo để nâng cao chất lượng thu tín hiệu số hệ thống thông tin di động đại đề tài thu hút nhiều nghiên cứu đạt tiến đáng kể Cũng với mục tiêu vậy, luận án đặt vấn đề thực hai giải pháp hai phía hệ thống thơng tin số: - Giải pháp phía thu với việc xây dựng cân turbo MMSE với độ phức tạp thấp cho kênh vô tuyến với phân tập thu - Giải pháp phía phát với việc thiết kế cặp mã chập - ánh xạ điều chế cho máy phát hệ thống có sử dụng cân turbo phía thu Xây dựng cân Turbo MMSE so sánh với cân khác 3.2 3.2.1 Xây dựng cân Zeroforcing kênh truyền MIMO Trong kênh truyền 2x2 MIMO, sử dụng hai anten phát hai anten thu, giả thiết có chuỗi thông tin cần truyền {x1 , x2 , xn } với xi (i=1,…,n) giá trị phần tử thông tin cần truyền n số phần tử Trong trường hợp sử dụng anten phàn tử xi truyền theo khe thời gian Trong trường hợp sử dụng hai anten phát, symbol nhóm thành hai nhóm symbol x1 , x3, x5, truyền anten symbol x2 , x4 , x6, truyền anten phát lại Để ý khe thời gian có cặp hai symbol phát đồng thời Như so với việc truyền anten tốn n khe thời gian để truyền hết symbol với hai anten truyền tốn n/2 khe thời gian để truyền hết symbol, tốc độ truyền symbol gia tăng gấp đôi Việc sử dụng nhiều anten phát nhiều anten thu kỹ thuật quan trọng việc tăng băng thông tốc độ liệu mạng băng rộng Page 61 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo Ta mơ hình hóa tốn học tín hiệu nhận phía bên thu sau:  y1   h11 h12   x1   n1   y   h h   x   n     21 22      x  Khi tín hiệu nhận anten thu thứ nhất: y1  h11 h12     n1 tín hiệu x  2 x  nhận anten thu thứ hai: y2   h21 h22     n2 với y1 , y2 tín hiệu x  2 nhận phía anten thu thứ nhất, thứ hai, hij hệ số kênh truyền i, j  (1, 2) Giả thiết kênh truyền biết (sẽ trình bày phần sau), tín hiệu bên thu biết, ta cần phải tìm tín hiệu phía phát Ta có biểu thức rút gọn mối liên quan tín hiệu bên thu bên phát: y  Hx  n Để tìm x ta cần tìm ma trận H th a mãn WH  I với I ma trận đơn vị Đối với lọc ZF, W  ( H H H ) 1 H H , gọi ma trận giả nghịch đảo pseudo inverse ma trận H , đó: * * 2 *  h11* h21   h11 h12   h11  h21 h11h12  h21h22   H H   * *   * *  h12 h22   h21 h22   h12 h11  h22 h21 h12  h22  H Để ý đường chéo ma trận H H H khơng mục đích lọc cố gắng đưa đường chéo ma trận giá trị tiến hành cân bằng, nhiên việc làm khuếch đại công suất nhiễu Do cân ZF khơng phải lựa chọn tốt cho cân kênh Tuy nhiên cân ZF đơn giản dễ thực thi thực tế Ta so sánh kết thực thi lọc ZF mục 3.2.2 Xây dựng cân MMSE kênh truyền MIMO Ta mơ hình hóa ký tự truyền sau: Page 62 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo s(t )    an g (t  nT ) n Với T khoảng thời gian truyền symbol, an symbol cần truyền, g (t ) lọc phía phát, n thứ tự symbol truyền s (t ) tín hiệu đầu anten phát, để đơn giản ta giả sử khơng có lọc sửa dạng xung (pulse shaping) g (t )   (t ) , symbol truyền rời rạc hóa tín hiệu truyền s[k ]  a n sau: a1 a0 a1 a2 a3 a4 a6 t -T T 2T 3T 4T 5T Hình 3.1 Tín hiệ phía phát rời rạc hóa Cân kênh MMSE Với mẫu k ta cần phải tìm hệ số c[k ] sai số nh tín hiệu muốn có tín hiệu cân c[k ]  y[k ] Ta có: E (e[k ])  E ( s[k ]  c[k ]  y[k ])  E ( s[k ]  cT y )( s[k ]  cT y )T E (e[k ])  E ( s[k ])  E (cT ys[k ])  E ( s[k ] y T c)  E (cT yy T c) E(e[k ])2  E(s[k ])2  cT Rys  Rsy c  cT Ryyc e[k ] sai số mẫu k , c véc tơ có K phần tử lưu trữ hệ số cân bằng, y véc tơ có K phần tử lưu trữ mẫu nhận được, K số đường, Rys  E (ys[k ]) hàm tương quan chéo chuỗi nhận chuỗi đầu vào, Rsy  E(s[k ] yT ) hàm tương quan chéo chuỗi đầu vào chuỗi nhận Ryy  E( yyT ) hàm tự tương quan chuỗi nhận Để đạt tiêu MMSE, ta cần tìm tập hệ số c cho E (e[k ]) nh Lấy đạo hàm hai theo biến c hai vế ta có:   E ( s[k ])2  cT Rys  Rsy c  cT Ryy c]  c   Rsy  Ryy c  Page 63 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo c  Ryy1Rsy Đơn giản hóa Rsy  E(s[k ] yT )  E(s[k ](hs[k ]  n)T ) Rsy  hT E(s2[k ])  E(s[k ]n)  h Và Ryy  E( yyT )  E((hs[k ]  n)(hs[k ]  n)T ) Ryy  E(hhT )E(s2[k ])  hE(s[k ]n)  E(n[k ]s[k ])hT  E(n2 ) Ryy  E(hhT )  E(n2 ) Chú ý rằng: E ( s s [k ])  phương sai tín hiệu đầu vào E (s[k ]n[k ])  , khơng có tương quan tín hiệu đầu vào nhiễu 3.2.3 Xây dựng cân turbo MMSE sở lọc Một máy thu turbo Error! Reference source not found bao gồm hai tầng SISO trao đổi với thông tin ngoại lai mềm theo nguyên lý lặp, gồm có cân bằng,/giải ánh xạ SISO, giải mã SISO Các tầng SISO phân cách hoán vị giải hoán vị bit, thực trao đổi với LLR mã theo nguyên lý lặp Do vậy, độ tin cậy định tăng lên Sau số vòng lặp, định cứng bit thông tin thực đầu giải mã SISO nhị phân Bộ cân bằng/giải ánh xạ SISO cần phải tạo LLR ngoại lai bit sở mẫu thu LLR tiên nghiệm bit giải mã nhị phân SISO đưa tới Như vậy, thực hai nhiệm vụ cân giải điều chế Nói cách khác, cân bằng/giải ánh xạ SISO thực phép biến đổi bit/symbol (quá trình điều chế) trình cân mức symbol Page 64 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo Pa ( si ) ri Ước lượng trung bình phương si sai symbol vi Cân MMSE si tuyến tính Ước lượng xác suất ngoại lai symbol Pe ( si ) Hình 3.2 Cân MMSE lọc Hình miêu tả cách xây dựng cân MMSE trình bày luận văn Bộ cân MMSE tuyến tính tạo ước lượng s i cho symbol phát si sở thông tin tiên nghiệm Pa ( si ) mẫu thu ri Bộ cân cần phải đảm bảo sai số bình phương trung bình E { si  si } giảm thiểu Xác suất ngoại lai Pe(si) ước lượng sở s i Trong vòng lặp, tách tín hiệu MMSE thực chức khử nhiễu đa đường đưa thông tin mềm chuyển tới giải mã kênh SISO Dựa tiêu chí xác suất hậu nghiệm cực đại (MAP), tách tín hiệu MMSE đưa tỉ số ước lượng theo hàm log (LLR) hậu nghiệm bit mã P b(i )  1 r (t )  P  r (t ) b(i )  1 P b(i )  1 1 b(i )  log   log   log P b(i )  1 P b(i )  1 r (t )  P r (t ) b(i )  1  1 b(i )  2P b(i ) Thành phần thứ hai 2P [b(i)] biểu diễn LLR tiên nghiệm bit mã b(i) giải mã kênh tạo từ vòng lặp trước (ký hiệu p lượng thu từ vòng lặp trước) Thành phần thứ 1 [b(i)] biểu diễn thông tin ngoại lai tách tín hiệu MMSE tạo sở tín hiệu thu r(t) thông tin tiên nghiệm Page 65 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo mã khác ngoại trừ bit thứ 2P [b(j)] với j  i Trông tin ngoại lai 1 [b(i)], không chịu ảnh hưởng thông tin tiên nghiệm tạo giải mã kênh 2P [b(i)], giải hoán vị đưa tới giải mã kênh làm thông tin tiên nghiệm cho vòng lặp Bộ giải mã kênh SISO sử dụng thông tin tiên nghiệm tất bit mã cấu trúc mã để đưa LLR hậu nghiệm mã: P b(n)  1 1P b(n)  ; decoding  n 0     b(n)   P b(n)  b(n)  log   1  2 M  P   P b(n)  1 1 b(n)  ; decoding n 0   M 1 Bộ giải mã kênh SISO tính LLR hậu nghiệm tất bit thông tin để đưa định mã vòng lặp cuối Sau hốn vị, thơng tin ngoại lai tạo giải mã kênh đưa tới tách tín hiệu MMSE làm thơng tin tiên nghiệm cho vịng Do ISI mã kênh dạng độc lập độ dư, nên rõ ràng là, vịng lặp đầu tiên, thơng tin ngoại lai 1 b(i) 2 b(i) độc lập thống kê với Đặc biệt, cần lưu ý vòng lặp thứ 2 b(i) hàm 1 b( j ) j 0; j i (hàm tín hiệu thu thơng tin M 1 tiên nghiệm khơng có vịng lặp thứ nhất) Do vậy, 2 b(i) khơng độc lập thống kê với 1 b(i) Sau vòng lặp 2 b(i) trở nên ngày tương quan với 1 b(i) thông qua phụ thuộc 1 b(i) vào thông tin tiên nghiệm Như vậy, mức độ cải thiện giảm dần theo số vòng lặp Về chất, giải mã dựa LLR bit mã {b(k )}nk (nL( 1)L1) để tính ước lượng mềm bit Page 66 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo  2P b(k )  b(k )    , n  ( L  1)  k  n  ( L  1)   Đặt b(n) ), , b(n   L  1, , b(n  1),0, b(n  1), b(n   L  1)  T Với bit mã b(n), tách tín hiệu MMSE thực hai thao tác sau đây: thao tác thứ khử nhiễu mềm r (n)  r ( n)  H ( n)b( n)  H ( n) b( n)  b( n)    2 ( n) thao tác thứ hai tách tín hiệu theo tiêu chí MMSE z(n) = wH(n) r (n) w(n) véc tơ số cho bởi: w(n) = [H(n)  (n)HH(n) +  I ]-1 H(n)eL với 2 2 (n)  Diag 1  b (n   L  1), ,1  b (n  1),1,1  b (n  1), ,1  b (n   L  1)    T ma trận đường chéo, eL véc tơ có độ dài (2L-1) với phần tử 0, ngoại trừ phần tử L Thay thành phần tương ứng nói ta có: 1 z(n)  eLT H H (n)  H (n)  (n) H H (n)   I  r (n)  H (n)b(n)  Giả sử z(n) biểu diễn đầu kênh tương đương với tạp âm Gau xơ trắng cộng tính  ( n ) , có symbol đầu vào b(n), ta viết z(n) =  (n)b(n)   ( n) Page 67 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo Suy ra:  (n)  E{z (n)b(n)}   H H (n)  H (n)  (n) H H (n)   I  H (n)  1   L,L Và thông tin ngoại lai tách tín hiệu MMSE cung cấp: 1 b(n)  log P( z (n) b(n)  1 4Re{z ( n)?}  P( z (n) b(n)  1   ( n) Ở đây, ký hiệu Re (.) biểu diễn phép tính lấy phần thực Đối với bit mã, thông tin ngoại lai tách tín hiệu MMSE cung cấp định z(n)  (n) Để tính toán z(n)  (n), ta cần thực phép nghịch đảo ma trận tương quan: 1 (n)  H (n)  (n) H H (n)   I  1 Việc thực trực tiếp phép nghịch đảo ma trận, phép tính cần thực nhiều lần trình san turbo MMSE, đ i h i độ phức tạp tính tốn cao 3.3 Mơ hình kênh Giả sử kênh truyền kênh truyền đa đường với khoảng cách T Khi hệ số kênh truyền h[k ]  h1 h2 h3  h1 h2 h3 t T 2T Hình 3.3 Mơ hình kênh (3 hướng đa đường) Page 68 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo Bênh cạnh kênh truyền đa đường, tín hiệu nhận cịn ảnh hưởng nhiễu AGWN, giá trị n nhiễu tuân theo phân phối chuẩn p( x)  Với giá trị trung bình   phương sai    ( x   )2 2 e 2 N0 Tín hiệu nhận y[k ]  s[k ]  h[k ]  n 3.4 Kết mơ đánh giá Từ Hình 3.4 ta thấy sử dụng cân ZF cho kết đáng kể so với việc không sử dụng cân kênh Từ ta so sánh kết mô ph ng chạy cân với Hình 3.4 Hình ảnh kết cân ZF Page 69 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo Ở hình ta tiến hành so sánh số BER với hai cân MMSE cân ZF, dễ dàng nhận thấy rắng cân MMSE cho kết tốt cân ZF phân tích phía Hình 3.5 So sánh kết cân MMSE ZF Page 70 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo Hình cho thấy kết sử dụng cân Turbo kết hợp với mã hóa chập, hốn vị sử dụng giãi mã SISO Viterbi phía thu, số vòng lặp tăng từ đến Để ý với số vịng lặp lớn BER thấp nhiên điều dẫn đến độ phức tạp tính tốn tăng lên thời gian xử lý lâu hơn, khơng thích hợp với hệ thống đ i h i xử lý thời gian thực Hình 3.6 Kết mô sử dụng cân Turbo Page 71 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo KẾT LUẬN Từ kết mô ph ng cho thấy, việc sử dụng cân kênh turbo cho kết chất lượng cao, Eb / N bé Chất lượng hệ thống tăng lên đáng kể số v ng lặp tăng lên nhiên số v ng lặp tăng lên làm độ phức tạp tính tốn tăng lên, thời gian xử lý tăng lên Đây điều gây khó khăn sử dụng dịch vụ thời gian thực Thuận lợi việc sử dụng Matlab dễ lập trình với thư viện hàm phong phú tốc độ xử lý chậm dẫn đến tốc độ mô ph ng chậm, đặc biệt nâng cao số v ng lặp Một hướng phát triển mô ph ng sử dụng ngôn ngữ C để mô ph ng Trong luận văn này, phần lý thuyết cịn có số nội dung chưa rõ ràng, chưa mô tả hết nội dung liên quan đến cân kênh Giải thuật triền khai Matlab c n hạn chế chưa có so sánh với tài liệu lý thuyết khác Page 72 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo TÀI LIỆU THAM KHẢO *** [1] Aaronand M., Tufts D.W., (Jan 1966), ―Intersymbol interference and error probability,‖ IEEE Trans Inform Theory, vol IT – 12, no.1, pp.26 - 34 [2] Agazzi O.E and Sheshadri N., (Mar 1997), ―On the use of tentative decisions to cancel intersymbol interference and non-linear distortion,‖ IEEE Trans Inform Theory, vol 43, no 2, pp 394 – 408 [3] Al-Dhahirand N., Cioffi J.M., (May 1996), ―Efficiently computed reducedparameter input – aided MMSE equalizers for ML detection: A unified approach,‖ IEEE Trans Inform Theory, vol 42, no.3, pp.903 – 915 [4] Ariyavisitakul S L., (Aug 2000), ―Turbo Space – time processing to improve wireless channel capacity,‖ IEEE Trans Inform Theory, vol 48, pp.13471359 [5] Arnott R., (Nov 1997), ―Diversity combining for digital mobile radio using radial basis function networks,‖ Signal Processing, vol 63, pp – 16 [6] Aulin T.M., (Feb 1999), ―Breadth-first maximum likelihood sequence detection: Basics,‖ IEEE Trans Commun., vol 47, no 2, pp 208 – 216 [7] Belfioreand C.A., Park J.H., (Aug 1979), ―Decision feedback equalization,‖ Proc IEEE, vol 67, no 8, pp 1143 – 1156 [8] Benedetto S., Marsan M.A., Albertengo G., and Giachin E., (Mar 1988), ―combined coding and modulation: theory and applications,‖ IEEE Trans Inform Theory, vol 34, pp 223 – 236 [9] Berrou C and Glavieux A., (Oct 1996), ―Near optimum error correcting coding and decoding: Turbo – Codes,‖ IEEE Trans Commun., Vol 44, pp 1261 – 1271 [10] Berthet A.O., Unal B.S., and Visoz R., (Sep 2001), ―Iterative decoding of convolutionally encoded signals over multipath Rayleigh fading channels.‖ IEEE J.Select Areas Commun., vol 19, no 9, pp 1729 – 1743 [11] Caire G., Taricco G and Biglieri E., (May 1998), ―Bit-interleaved code modulation,‖ IEEE Trans Inform Theory,‖ vol 44, no.3, pp 927 – 946 Page 73 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo [12] Calderbank A R and Sloane N J A., (Jan 1987), ―New trellis codes based on lattices and coset,‖ IEEE Trans Inform Theory, vol IT – 33, pp 177 – 195 [13] Chanand A M and Wornell G W., (Nov 2001), ― A class of block – iterative equalizers for intersymbol interference channels: Fixed channel results,‖ IEEE Trans Commun., vol 49, no 11, pp 1966 – 1976 [14] http://wikipedia.org [15] http://vntelecom.org Page 74 ... nỗ lực học h i, nghiên cứu, luận văn thu kết bước đầu hiểu đánh giá chất lượng mã turbo Xây dựng mô ph ng Page Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo phần mềm... có NR tín hiệu thu? ??c ~x tách đư c Nếu NT < NR: có NT tín hiệu thu? ??c ~x có ích, NR - NT cuối khơng chứa thông tin Page 30 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo. .. qua kênh truyền Gausse Page 47 Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng thu tín hiệu số cân kênh Turbo CHƢƠNG CÁC KỸ THU? ??T CÂN BẰNG (EQUALIZER) Giới thiệu chương Chương 2, trình bày cách kỹ thu? ??t