Nghiên cứu ứng dụng mã turbo vào hệ thống hạ tầng truyền thông trên cao (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - Dƣơng Đình Trƣờng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÃ TURBO VÀO HỆ THỐNG HẠ TẦNG TRUYỀN THÔNG TRÊN CAO Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thơng Mã số: 60.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Nhật Thăng Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Hệ thống hạ tầng truyền thông cao – High Altitude Platform (HAP) quan tâm nhiều năm gần cho thấy nhu cầu tính khả dụng việc xây dựng hình thành mạng truyền thơng mới, nhằm khắc phục hạn chế mạng viễn thông (mạng thông tin di động mặt đất, hệ thống thông tin vệ tinh,…) HAP cho phép triển khai dễ dàng nhanh chóng, có khả cấu hình lại, hoạt động chi phí thấp, trễ truyền dẫn thấp, vùng phủ sóng rộng, có khả truyền thơng quảng bá đa hướng, có khả di chuyển theo nhiều hướng trường hợp khẩn cấp,… Một đặc điểm quan trọng khác hệ thống HAP hệ thống mặt đất cần số lượng lớn trạm gốc để phủ sóng, hệ thống thơng tin vệ tinh GEO lại bị giới hạn kích thước tối thiểu chiếu lên mặt đất, vệ tinh quỹ đạo thấp LEO gặp phải vấn đề chuyển giao, HAP lại xem giải pháp hứa hẹn: đảm nhiệm với vai trị trạm gốc nút chuyển tiếp, chí vệ tinh LEO hiệu Mã Turbo C Berrou et.al giới thiệu vào năm 1993, loại mã có đặc tính sửa lỗi gần với giới hạn Shannon kênh nhiễu trắng cộng Gauss-AWGN (Additive White Gaussian Noise) Với kỹ thuật giải mã lặp hiệu nên mã Turbo ứng dụng cho mạng thông tin di động 3G, 4G… Với ưu điểm mã Turbo, việc nghiên cứu, ứng dụng mã cho hệ thống HAP nhằm nâng cao hiệu quả, độ tin cậy cho hoạt động hệ thống cần thiết có ý nghĩa khoa học lớn, góp phần nâng cao ưu điểm mà hệ thống HAP mang lại Chính vậy, lựa chọn đề tài nghiên cứu làm luận văn Thạc sỹ Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Phó Giáo sư, Tiến sỹ Lê Nhật Thăng, người động viên bảo tận tình suốt trình thực luận văn Cũng qua xin gửi lời cảm ơn tới thầy, cô bạn học viên tạo điều kiện giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Dương Đình Trường CHƢƠNG - MÃ TURBO VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giới thiệu Mã Turbo (Turbo Code) mã chập kết nối song song, loại mã hóa sửa sai hiệu sử dụng rộng rãi mạng truyền thông Mã Turbo lần giới thiệu C.Berrou, A.Glavieux P.Thitimajshima vào năm 1993 Mã Turbo nghiên cứu toàn diện vào năm 1996 kết đạt gần đến giới hạn Shannon kênh nhiễu trắng cộng (AWGN-Addition White Gussian Noise) với ghép xen có kích thước lớn Bộ giải mã Turbo bao gồm giải mã nối nối tiếp qua giải ghép xen với đường hồi tiếp từ ngõ thứ đến ngõ vào giải mã thứ Kỹ thuật giải mã lặp dựa thuật toán hậu nghiệm tối đa (MAP-Maximum A Posteriori) kết hợp với giải mã đầu vào mềm, đầu mềm (SISO-Soft In Soft Out) giúp cho mã Turbo có khả chống lỗi cao với độ phức tạp giải mã vừa phải tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR-Signal to Noise Ratio) thấp 1.2 Lịch sử đời mã Turbo Năm 1993, hội nghị truyền thông quốc tế, Berrou cộng đưa mã xây dựng sở kết nối song song hai mã chập hệ thống đệ quy RSC (Recursive Systematic Convolutional) Các điểm mã Turbo gồm: Bộ giải mã soft in-soft output, hồi tiếp, giải mã lặp, q trình truyền thơng tin trong, thơng tin ngồi, nối song song ghép xen Berrou cộng ông lựa chọn xây dựng khối trình xử lý để thử sai sót gây nhằm tối ưu hóa để đạt giới hạn Shannon Như vậy, mã Turbo loại mã kênh sửa lỗi trước (FEC-Forward Error Correction) được tạo cách ghép nối mã chập hệ thống đệ quy 1.3 Bộ mã hóa Turbo 1.3.1 Tổng quan Như Hình 1.1, mã hóa Turbo bao gồm hai mã hóa thành phần phân tách ghép xen Hai mã hóa thành phần gồm RSC1 RSC2 hai mã chập hệ thống đệ quy với tốc độ mã r1=k/n1 r2=k/n2 Bằng việc tách (Puncturing) hợp lý bit chẵn lẻ tạo từ mã hóa thành phần, có mã với tốc độ mong muốn Các bit hệ thống C1k,s Các bit thông tin uk(k) Các bit chẵn lẻ thứ C1k,p Encoder n1-k Ghép xen Puncturing Encoder Các bit chẵn lẻ Các bit hệ thống C2k,s (Không dùng) Các bit chẵn lẻ thứ hai C2k,p n2-k Hình 1.1: Sơ đồ khối mã hóa Turbo Tốc độ mã Turbo r xác định công thức sau: r = k/(n1 + n2 - k) = (1/r1 + 1/r2) – (1.1) 1.3.2 Bộ mã chập hệ thống đệ quy (RSC) Mã chập P.Elias giới thiệu vào năm 1955 thay cho mã khối tồn Mã chập sử dụng ghi dịch tuyến tính để đưa phần dư vào luồng số liệu với thuật giải mã SOVA đơn giản Khả chống lỗi mã chập tăng lên tăng số lượng nhớ thành phần Tuy nhiên, vấn đề lại dẫn đến độ phức tạp giải mã tăng theo hàm mũ Các thông số đặc trưng mã RSC số bít đầu vào "k", số bít đầu "n" (trong k