Ứng dụng mã dual turbo trong hệ thống mimo OFDM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ BẢO MINH TRIẾT ỨNG DỤNG MÃ DUAL TURBO TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MSHV: 11140066 Mã số chuyên nghành: 605270 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 25 tháng 09 năm 2013 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA–ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín Cán chấm nhận xét : TS Hồ Văn Khương Cán chấm nhận xét : TS Võ Nguyễn Quốc Bảo Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 11 tháng năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG HV: Hồ Bảo Minh Triết TRƯỞNG KHOA GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ 1- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MÃ DUAL TURBO TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu lý thuyết mã Turbo: loại mã Turbo có…mã SCCC (Serial concatenated convolutional code), PCCC (Parallel concatenated convolutional) - Tìm hiểu mã Dual Turbo: cấu trúc hệ thống cách thức hoạt động cũa mã (có nhiều cấu trúc mã Dual Turbo-xử lý giải mã hay xử lý giải mã hóa) - Tìm hiểu hệ thống MIMO-OFDM: đặc tính bật hệ thống để ứng dụng vào đề tài - So sánh đặc điểm mã Turbo so với mã Dual Turbo để tìm ưu điểm khuyết điểm loại mã - Mô giải thuật phần mềm Matlab để xem xét độ tin cậy, tính khả thi hệ thống - Đánh giá kết mô phỏng, kết luận 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: *CBHD 1: TS Đặng Thành Tín *CBHD 2: PGS.TS Phạm Hồng Liên 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 HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM LỜI CẢM ƠN Sau trình học tập nghiên cứu, tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ “Ứng dụng mã DUAL TURBO hệ thống MIMOOFDM” hướng dẫn bảo tận tình TS Đặng Thành Tín PGS.TS Phạm Hồng Liên Với tình cảm trân trọng, tơi xin chân thành cảm ơn TS Đặng Thành Tín PGS.TS Phạm Hồng Liên hướng dẫn, bảo hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy khoa Điện tử-Viễn thơng tồn thể thầy cô trường Đại học Bách Khoa TP.HCM hết lòng dạy dỗ truyền đạt cho kiến thức quý báu thời gian qua Tơi xin cảm ơn cộng đồng facebook nhóm tải báo tải giúp báo khoa học tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Sự tiến học tập nghiên cứu tơi có giúp đỡ động viên lớn bạn lớp người thân Tôi xin cảm ơn tình cảm q báu Luận văn hoàn thành với số kết định, nhiên khơng tránh khỏi sai sót Kính mong đóng góp ý kiến thầy bạn TP.HCM, ngày 01 tháng 09 năm 2013 Hồ Bảo Minh Triết HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 11 MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG MIMO-OFDM (MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT OFDM) 14 1.1.GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO 15 1.1.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT OFDM 16 1.1.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG OFDM 17 1.1.3 BIỂU DIỄN TÍN HIỆU OFDM 18 1.2 KỸ THUẬT MIMO-OFDM 22 1.2.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG MIMO-OFDM 23 1.2.2 BIỂU DIỄN TÍN HIỆU MIMO-OFDM 25 1.2.3 MÃ HÓA KÊNH TRUYỀN 31 1.2.4 ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN 31 CHƯƠNG MÃ TÍCH CHẬP VÀ CÁC LOẠI MÃ TURBO 32 2.1 GIỚI THIỆU 32 2.2 CẤU TRÚC MÃ TÍCH CHẬP VÀ GIẢN ĐỒ BIỂU DIỄN 32 2.2.1 CẤU TRÚC MÃ TÍCH CHẬP 32 2.2.3 PHÂN BỐ TRỌNG SỐ MÃ TÍCH CHẬP 39 2.3 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI MÃ TURBO 41 2.3.1 GIỚI THIỆU 41 2.3.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG TURBO 43 2.3.2.1 MÃ TURBO THEO KIỂU NỐI TIẾP 43 2.3.2.2 MÃ TURBO THEO KIỂU SONG SONG: 44 CHƯƠNG 3: CÁC LOẠI MÃ DUAL TURBO 51 3.1 GIỚI THIỆU 51 3.2 MÃ HÓA TWIN TURBO 51 3.2.1 BỘ GIẢI MÃ TWIN TURBO 51 3.2.2 TWIN TURBO MIMO-OFDM (T2 MIMO-OFDM) 54 3.2.2.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 54 3.2.2.1 KẾT HỢP T2 VỚI MIMO-OFDM 56 3.2.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ PHỨC TẠP CỦA HỆ THỐNG TWIN TURBO MIMO-OFDM 59 HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM 3.2.4 PHÂN TÍCH ĐỘ PHỨC TẠP 59 a Tính tốn symbol hợp lệ (bước P1) 60 b Chuẩn bị cập nhật Bit hợp lệ (bước P2) 61 c Tính tốn Bit hợp lệ (bước P3) 61 d Giải mã Turbo (bước P4) 62 e Tính tốn giá trị hậu nghiệm bit chẵn lẻ (bước P5) 62 f So sánh độ phức tạp 63 3.3 DUAL-REPEAT-PUNCTURED TURBO CODES 64 3.3.1.MÃ HÓA 64 3.3.2 GIẢI MÃ 67 3.3.3 THỰC HIỆN PHÂN TÍCH 70 3.4 MÁY THU DUAL-TURBO 72 3.4.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 72 3.4.2.ĐỒ THỊ HỆ SỐ VÀ THUẬT TỐN TRONG VIỆC THƠNG ĐIỆP LẶP LẠI 73 3.4.3 CẤU TRÚC MÁY THU DUAL-TURBO 78 3.4.3.1 GIẢ THIẾT CƠ BẢN 78 3.4.3.2 MÁY THU LẶP LẠI THEO TUẦN TỰ (nối tiếp) 80 3.4.3.3 CẤU TRÚC MÁY THU DUAL TURBO 82 3.4.3.4 THỰC HIỆN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 85 a TÍNH TỐN VÀ ĐỘ PHỨC TẠP TRONG VIỆC LƯU TRỮ 85 b XỬ LÝ ĐỘ TRỄ 85 3.5 KẾT LUẬN 85 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ỨNG DỤNG MÃ DUAL TURBO TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM 87 4.1 CHỨNG MINH ƯU ĐIỂM CỦA MÃ DUAL-TRUBO 87 4.1.1 SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUAL-TURBO QUA KÊNH AWGN 88 4.1.2.SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUAL-TURBO QUA KÊNH FADING PHẲNG 89 4.2 SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUAL-TURBO KHI ỨNG DỤNG TRÊN HỆ THỐNG MIMO-OFDM 91 4.2.1.SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUAL-TURBO KHI ỨNG DỤNG TRÊN HỆ THỐNG MIMO-OFDM QUA KÊNH AWGN 94 4.2.2 SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUAL-TURBO KHI ỨNG DỤNG TRÊN HỆ THỐNG MIMO-OFDM QUA KÊNH FADING PHẲNG 95 HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 101 HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Tỉ lệ lỗi bit BER tỉ số tín hiệu nhiễu hệ thống đa anten phát đa anten thu / (dB) Hình 1.2 Hệ thống MIMO Hình 1.3 So sánh độ lợi băng thơng kỹ thuật đa sóng mang FDM kỹ thuật OFDM Hình 1.4 Sơ đồ khối thu phát OFDM băng gốc Hình 1.5 Phổ kênh OFDM (a) tín hiệu OFDM 05 sóng mang (b) Hình 1.6 (a) Khái niệm tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix); (b) Ký tự OFDM với CP Hình 1.7 Sơ đồ phát tín hiệu MIMO-OFDM Hình 1.8 Cấu trúc khung liệu MIMO-OFDM Hình 1.9 Sơ đồ thu tín hiệu MIMO-OFDM Hình 1.10 Mơ hình chi tiết hệ thống thu phát MIMO-OFDM Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát mã chập Hình 2.2 Hai giản đồ tương đương cho mã chập (3,1,3) Hình 2.3 Bộ mã chập (3,2,2) Hình 2.4 Sơ đồ mã chập với Hình 2.5 Sơ đồ hình với = 3, = 3, = 1, = 1, = đa thức sinh (2.6) = (ví dụ 3) Hình 2.6 Sơ đồ hình lưới mã chập ví dụ Trạng thái ban đầu tồn “0” Hình 2.7: Sơ đồ trạng thái mã chập ví dụ Hình 2.8 Sơ đồ trạng thái mở rộng hình 2.7 Hình 2.9 Mã hóa turbo theo cách nối tiếp Hình 2.10 Bộ giải mã turbo nối tiếp Hình 2.11 Bộ mã hóa turbo song song Hình 2.12 Bộ mã hóa turbo song song đề nghị HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM Hình 2.13 Tầng giải mã PCCC (độ lợi thêm vào thay khối có nhãn “G”) Hình 2.14 Tầng thứ hai giải mã turbo song song Hình 2.15 Tầng thứ mã hóa song song đề nghị Hình 2.16 (a) Hiệu suất nhiễu hệ thống mã hóa với số lần lặp Hình 2.16 (b) Hiệu suất nhiễu hệ thống mã hóa với số lần lặp Hình 2.16 (c) Hiệu suất nhiễu hệ thống mã hóa với số lần lặp Hình 3.1 Chịm 4-ASK tín hiệu nhận Hình 3.2 Sơ đồ khối giải mã Twin Turbo Hình 3.3 Sơ đồ khối MIMO-OFDM giả thiết Hình 3.4 Chịm tín hiệu truyền QPSK tín hiệu ghép chúng Hình 3.5 Các bước xử lý Turbo thơng thường (NT) Twin Turbo (T2) Hình 4.1(a) Cấu trúc mã hóa DRPTC Hình 4.1(b) Q trình đánh thủng máy phát, với hệ số T = m = Hình 4.2 Cấu trúc giải mã DRPTC Hình 4.3 Quá trình đánh thủng trước giải mã với hệ số lặp lại = = Hình 4.4 Cách đặt tên theo quy ước sử dụng hai trộn sử dụng Hình 5.4 Hai cấu trúc máy thu hệ thống Dual Turbo MIMO-OFDM Hình 5.5 Quá trình truyền thông điệp mềm cho máy thu DTRA với =4 Hình 6.1 Mơ hình hệ thống Dual Turbo Hình 6.2 So sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo Hình 6.3 So sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo qua kênh AWGN Hình 6.4 Mơ hình hệ thống mã hóa Dual Turbo MIMO-OFDM Hình 6.5 So sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo ứng dụng lên hệ thống MIMO-OFDM qua kênh AWGN với số lần lặp 1, HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM Hình 6.6 So sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo ứng dụng lên hệ thống MIMO-OFDM qua kênh fading phẳng với số lần lặp 1, HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 10 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ỨNG DỤNG MÃ DUAL TURBO TRONG HỆ THỐNG MIMO-OFDM Mục tiêu phần mô kiểm chứng đề xuất kết hợp đồng thời khảo sát ảnh hưởng tham số hệ thống kênh truyền Phần gồm hai phần Phần 4.1 chứng minh ưu điểm mã Dual Turbo Phần khảo sát ảnh hưởng tham số quan trọng lên chất lượng Dual-Turbo Trong đó, Phần 4.1.1 so sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo qua kênh AWGN Phần 4.1.2 so sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo qua kênh fading phẳng Phần 4.2.1 so sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo ứng dụng hệ thống MIMO-OFDM qua kênh AWGN Phần 4.2.2 so sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo ứng dụng hệ thống MIMOOFDM qua kênh fading phẳng 4.1 CHỨNG MINH ƯU ĐIỂM CỦA MÃ DUAL-TRUBO Tín hiệu ngõ vào Mã hóa Dual Turbo Điều chế số Kênh truyền Giải điều chế số Giải mã Dual Turbo Tín hiệu ngõ Hình 6.1 Mơ hình hệ thống Dual Turbo Thơng số Turbo/Dual-Turbo Giá trị Turbo/Dual-Turbo Kích thước khung 400 Đa thức sinh g = [ 1 ; 1] Bộ giải mã Log-Map Số lần lặp 1, 2, 3, 4, Kênh truyền AWGN, fading phẳng Điều chế BPSK SNR dB Bảng 1: Các thông số mã Turbo Dual-Turbo HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 87 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM 4.1.1 SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUALTURBO QUA KÊNH AWGN Hình 6.2 So sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo qua kênh AWGN HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 88 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM 4.1.2.SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUALTURBO QUA KÊNH FADING Hình 6.3 So sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo qua kênh fading Nhận xét: _Nhìn vào Hình 6.2 mã Turbo mã Dual-Turbo, ta thấy đa thức sinh, kích thước khung truyền khơng sử dụng puncture, kích thước khung 400, sử dụng thuật toán giải mã Log-MAP qua kênh AWGN chất lượng mã Dual-Turbo tốt mã Turbo thông thường Trong mã Turbo thông thường cần cho lần lặp để đạt tỉ số BER 10 Thì mã Dual Turbo cần cho lần lặp mà đạt tỉ số BER gần 10 _Nhìn vào Hình 6.3 mã Turbo mã Dual-Turbo, ta thấy đa thức sinh, kích thước khung truyền khơng sử dụng puncture, kích thước khung 400, sử dụng thuật tốn giải mã Log-MAP qua kênh fading chất lượng mã Dual-Turbo tốt mã Turbo thơng thường Mặc dù chất lượng có giảm đơi chút so với chưa qua kênh nhiễu AWGN Trong mã Turbo thông thường cần cho lần lặp để đạt tỉ số BER gần 10 Thì mã Dual Turbo cần cho lần lặp mà đạt tỉ số BER gần 10 HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 89 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM _ Khi số lần lặp tăng tỉ lệ lỗi bit giảm Việc thực mã Turbo thông thường cải tiến nhiều, điều sau thông tin chia sẻ giải mã có nhiều thơng tin ngõ vào đưa định xác Khi số lần lặp tăng lớn việc thực mã Turbo cải tiến Tuy nhiên, mức độ cải tiến không cao, điều sau lần lặp, giải mã lấy hết thơng tin mã ngõ vào không cho ngõ giá trị biến đổi lần lặp thứ Vì vậy, nói việc thực mã Turbo đạt đến mức ngưỡng sau vài lần lặp Và thấy thêm điều mức 0.5 việc giải mã mã Turbo giống lần lặp Trong mã Dual-Turbo mức 0.5 dB khác nhau, số lần lặp lớn chất lượng tốt (BER giảm) _Tốc độ giải mã mã Dual Turbo tăng gấp đôi so với mã Turbo thông thường Theo lý thuyết tăng tốc chất lượng BER giảm 1⁄2 với cấu trúc mã RSC (mã tích chập hệ thống đệ quy mắc song song) kết nối với thông qua Dual Ram, đồng thời cịn có thêm phát lỗi đơn vị định mềm không giúp tăng tốc độ giải mã so với mã Turbo thơng thường mà cịn giúp giữ số BER giảm đáng kể (xem hình cấu trúc máy thu Dual-Turbo) Việc sử dụng thuật tốn giải mã Log-Map thay sử dụng thuật tốn SOVA giúp giảm mức độ phức tạp việc tính tốn chất lượng giải mã tốt chứng minh luận văn khác _Qua hai Hình 6.1 Hình 6.2 ta thấy dù không qua kênh AWGN hay qua kênh fading phẳng chất lượng mã Dual-Turbo vượt trội so với mã Turbo thông thường Và ứng dụng mã Dual-Turbo lên hệ thống MIMO-OFDM với điều kiện kênh truyền khác so sánh chất lượng để chứng minh mã Dual-Turbo tốt hẳn so với mã Turbo thông thường ứng dụng vào hệ thống MIMO-OFDM HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 90 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM 4.2 SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUAL-TURBO KHI ỨNG DỤNG TRÊN HỆ THỐNG MIMO-OFDM Điều chế OFDM Tín hiệu ngõ vào Mã hóa Dual Turbo Điều chế số Mã hóa MIMO Điều chế OFDM Kênh truyền Tín hiệu ngõ Giải mã Dual Turbo Giải điều chế số Giải điều chế OFDM Giải mã MIMO Xử lý tín hiệu thơng tin nhận Giải điều chế OFDM Hình 6.4: Mơ hình hệ thống mã hóa Dual Turbo MIMO-OFDM Thơng số Giá trị Chuỗi bit 10 Số sóng mang 52 Điều chế BPSK Kích thước CP 16 Chiều dài FFT 64 Kênh truyền AWGN, fading Nhiễu AWGN Ngẫu nhiên Số anten phát thu 2x1, 2x2 Đáp ứng tần số kênh Ngẫu nhiên MIMO Space time block code Số lần lặp mã Turbo Dual1, Turbo SNR 15 dB Bảng 2: Các thông số mã Turbo Dual-Turbo ứng dụng vào hệ thống MIMO-OFDM HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 91 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM Lưu đồ giải thuật Truyền tín hiệu: Tín hiệu ngõ vào Mã hóa Dual Turbo Điều chế số Mã hóa khối khơng gianthời gian Thực IFFT, biến đổi tín từ miền tần số sang miền thời gian Tín hiệu điều chế truyền Kênh truyền: Tín hiệu từ anten phát Tác động nhiễu cộng ngẫu nhiên Anten nhận HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 92 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM Nhận tín hiệu: Anten nhận Thực FFT Kết hợp tín hiệu Giải điều chế số Giải mã Dual Turbo Tính BER hệ thống Dual Turbo MIMO-OFDM Vẽ giản đồ BER theo SNR hệ thống HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 93 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM 4.2.1.SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUALTURBO KHI ỨNG DỤNG TRÊN HỆ THỐNG MIMO-OFDM QUA KÊNH AWGN Hình 6.5: So sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo ứng dụng lên hệ thống MIMO-OFDM qua kênh AWGN với số lần lặp 1, HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 94 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM 4.2.2 SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUALTURBO KHI ỨNG DỤNG TRÊN HỆ THỐNG MIMO-OFDM QUA KÊNH FADING Hình 6.6 So sánh chất lượng mã Turbo mã Dual-Turbo ứng dụng lên hệ thống MIMO-OFDM qua kênh fading phẳng với số lần lặp 1, Nhận xét: _Nhìn vào Hình 6.5 ta thấy với mức công suất 15 qua kênh AWGN hệ thống Dual-Turbo MIMO-OFDM lại cho tỉ số lỗi bit BER gần 10 Turbo MIMO-OFDM gần 10 với số anten phát thu Và với số anten thu phát 2 hệ thống Dual-Turbo MIMO-OFDM có tỉ số lỗi bit BER gần 10 so với Turbo MIMO-OFDM 10 Và ta thấy trường hợp anten phát x anten thu mã Dual-Turbo có cơng suất thấp 14 so với trường hợp anten phát x anten thu mã Turbo 15 _ Nhìn vào Hình 6.6 ta thấy với mức công suất 15 qua kênh fading hệ thống Dual-Turbo MIMO-OFDM lại cho tỉ số lỗi bit BER gần 10 Turbo MIMO-OFDM gần 10 với số anten phát thu HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 95 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM Và với số anten thu phát 2 hệ thống Dual-Turbo MIMO-OFDM có tỉ số lỗi bit BER gần 10 so với Turbo MIMO-OFDM 10 _ Kỹ thuật MIMO giúp tăng tốc liệu giữ độ tin cậy thông tin, giảm cơng suất Trong kỹ thuật OFDM giúp chống nhiễu, tăng cự li truyền tin môi trường không dây Kỹ thuật MIMO-OFDM kết hợp hai kỹ thuật MIMO OFDM để tận dụng hai ưu điểm kỹ thuật , mang lại chất lượng thông tin trao đổi tốt Nhìn vào Hình 6.5 Hình 6.6 thấy hệ thống với nhiều anten phát nhiều anten thu có chất lượng cao so với hệ thống có nhiều anten phát có anten thu Ví dụ mức cơng suất 15 hệ thống anten phát anten thu tỉ số lỗi bit BER bé so với hệ thống anten phát anten thu Do với số anten thu lớn chất lượng hệ thống cải thiện tận dụng phân tập thu hệ thống MIMO _Qua hai Hình 6.5 6.6 qua phần nhận xét ta có thề chứng minh hệ thống Dual-Turbo MIMO-OFDM có chất lượng hệ thống tốt hẳn so với hệ thống Turbo MIMO-OFDM dù có qua kênh truyền có nhiễu hay khơng có nhiễu Do đạt độ lợi phân tập không gian thời gian thông qua việc sử dụng hệ thống MIMO mà đạt độ lợi mã sử dụng symbol mã hóa kỹ thuật Dual-Turbo Tóm lại: _Qua hình mơ nhận xét phần lý thuyết chương trước ta kết luận mã Dual-Turbo có chất lượng tốt so với mã Turbo thông thường Và việc ứng dụng mã Dual-Turbo lên hệ thống MIMOOFDM cho kết mã Dual-Turbo cho chất lượng cao mã Turbo thơng thường dù có qua kênh nhiễu hay khơng có nhiễu _Khi nhiễu mơi trường tăng, u cầu SNR tăng, hay phải tăng công suất phát _SNR tăng cao BER nhỏ Như phát với cơng suất lớn chất lượng tín hiệu tốt yêu cầu tiêu thụ lượng tăng nên giá thành tăng Vì ngày, người ta hướng đến sử dụng công nghệ thông tin di động mà truyền tín hiệu đáng tin cậy với mức cơng suất phát nhỏ _Với chứng minh trện hệ thống hứa hẹn kỹ thuật chủ đạo cho thông tin vô tuyến tương lai Hơn hệ thống mở rộng cho mơ hình đa người dùng mơ hình truyền thơng đa chặng giúp mở rộng phạm vi phủ sóng hệ thống HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 96 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Thông qua chương tìm hiểu kỹ lý thuyết hệ thống: mã hóa giải mã Dual Turbo hệ thống thu phát MIMO-OFDM Việc kết hợp hệ thống mã hóa sữa lỗi Dual Turbo với hệ thống thu phát MIMO-OFDM giúp cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu máy thu (giúp giảm nhiễu, tiết kiệm băng thông, giảm độ phức tạp nhờ thực FFT IFFT) Giúp cho hệ thống thông tin truyền tin với tốc độ cao, đáp ứng thời gian thực việc kết hợp hệ thống Dual Turbo MIMO-OFDM cho tính thực tiễn cao Và luận văn xây dựng thành công hệ thống Dual Turbo MIMO-OFDM với vấn đề cấu trúc khối phát, khối thu, giải mã lặp, cách tác động vào luồng bit ngõ vào ngõ (DRPTC) Và qua kết mô cho thấy chất lượng mã Dual Turbo tốt so với mã Turbo thông thường Với hệ thống Dual Turbo MIMO-OFDM thực kênh truyền vô tuyến (mặt đất) Nếu ta sử dụng mã Dual Turbo cho hệ thống vệ tinh hệ thống truyền thông tin nước (UWA Channels) hệ thống mang tính chất thiết thực cao nhằm mục đích phục vụ tốt đời sống người Và mã Turbo nâng cao chất lượng cách cải tiến cách thực giải mã cách thực giải động giải mã ưu tiên nhằm giúp tăng tốc độ xử lý hệ thống HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 97 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T Ohgane, T Nishimura, and Y Ogawa, “Applications of spacedivision multiplexing and those performance in a MIMO channel,” IEICE Trans Commun (Japanese Edition), vol.J87-B, no.9,pp.1162–1–1173, Sept 2004 [2] G Awater, A Zelst, and R Nee, “Reduced complexity space divi-sion multiplexing receivers,” IEEE VTC’00 Spring, vol.1, pp.11–15,2000 [3] K Higuchi, H Kawai, N Maeda, H Taoka, and M Sawahashi,“Experiments on real-time 1-Gb/s packet transmission using MLD-based signal detection in MIMO-OFDM broadband radio access,”IEEE J Sel Areas Commun., vol.24, no.6, pp.1141–1153, June 2006 [4] F Simoens, H Wymeersch, and M Moeneclaey, “Spatial mappingfor MIMO systems,” IEEE Information Theory Workshop 2004,pp.187–192, Oct 2004 [5] A Wolfgang, J Akhtman, S Chen, and L Hanzo, “Iterative MIMOdetection for rank-deficient systems,” IEEE Signal Process Lett.,vol.13, no.11, pp.699– 702, Nov 2006 [6] N Miyazaki, Y Hatakawa, T Yamamoto, H Ishikawa, and T.Suzuki, “A study on likelihood estimation method taking accountof mutual information in multi-level symbol — A Proposal of twin turbo decoder,” Proc PIMRC’06 Fall, TH-1 #3, Sept 2006 [7] L Bahl, J Cocke, F Jelinek, andJ Raviv, “Optimal decoding of lin-ear codes for minimizing symbol error rate,” IEEE Trans Inf The-ory, vol.IT-20, no.2, pp.284–287, March 1974 [8] P Robertson, E Villebrun, and P Hoeher, “A comparison of optimaland suboptimal MAP decoding algorithms operating in the Log do-main,” Proc ICC’95, pp.1009–1013, June 1995 [9] J.P Kermoal, L Schumacher, K.I Pedersen, P.E Mongensen, andF Fredriksen, “A stochastic MIMO radio channel model with experimental validation,” IEEE J Sel Areas Commun., vol.20, no.6,pp.1211–1226, Aug 2002 [10] 3GPP, TS45.005 V7.3.0, “Radio access network; Radio transmissionand reception (Release 7),” Nov 2005 [11] 3GPP2, C.S0024-A Version 1.0, “cdma2000 high rate packet dataair interface specification,” April 2004 HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 98 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM [12] Dương Văn Tồn, “ Mã Turbo ”, Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ quy, Đại học quốc gia Hà Nội, Đại học Công Nghệ, 2005 [13] Nguyễn Mai Tố Hồng, “ Kỹ thuật mã hóa ước lượng kênh truyền hệ thống MIMO-OFDM ”, Luận văn Thạc Sĩ, Đại học quốc gia TP.HCM, Trường Đại Học Bách Khoa, 2008 [14] C Berrou, A Glavieux and P Thitimajshima, “Near Shannon limit errorcorrecting coding and decoding: Turbo-codes,” in Proc IEEE Int Conf Commun., ICC ’93, Geneva, Switzerland, May 1993, vol 2, pp 1064-1070 [15] H Taub, D L Schilling, “Principles of Communication Systems,” The City College of New York, 1986 [16] L R Bahl, J Cocke, F Jelinek, and J Raviv, “Optimal decoding of linear codes for minimizing symbol error rate,” IEEE Trans Inform Theory , Mar 1974, vol IT-20, pp 284-287 [17] P Komulainen and K Pehkonen, “Performance evaluation of Superorthogonal Turbo Codes in AWGN and flat Rayleigh fading channels,” IEEE Journ Sel Areas Commun., Feb 1998, no 2, vol 16, pp 196-205 [18] B Sklar, Digital Communications Fundamentals and Applications, Beijing 2001 [19] Y Kim, J Cho, W Oh and K Cheun, “Improving the performance of turbo codes by repetition and puncturing,” Project Report, Division of Electrical and Computer Engineering, Pohang University of Science and Technology [20] D Divsalar, S Dolinar, and F Pollara, “Transfer Function Bounds on the Performance of Turbo Codes,” TDA Progress Report 42-122, Aug 1995, Communications Systems and Research Section, R J McEliece California Institute of Technology, pp 44-55 [21] D Divsalar and F Pollara, “Multiple Turbo Codes for Deep-Space Communications,” The Telecommunications and Data Acquisition Progress Report 42-121, Jan.-Mar 1995, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, May 1995, pp 66-77 [22] A J Viterbi, “An Intuitive Justification and a Simplified Implementation of the MAP Decoder for Convolutional Codes,” IEEE Journ Sel Areas Commun, Feb 1998, vol 16, pp 255-264 HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 99 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM [23] E K Hall and S G Wilson, “Design and Analysis of Turbo codes on Rayleigh fading Channels”, IEEE Journ Sel Areas Commun., Feb 1998, vol 16, no 2, pp 160-174 [24] P Robertson, “Illuminating the structure of code and decoder of parallel concatenated recursive systematic (turbo) codes,” in Proc IEEE Glob Telecommun Conf., San Franscisco, CA, Dec 1994, vol 3, pp 1298-1303 [25] Spyridon K Chronopoulos, Giorgos Tatsis, Panos Kostarakis, “ Turbo Codes—A New PCCC Design ”, Scientific Research, 2011 [26] Spyridon K Chronopoulos, Giorgos Tatsis, Panos Kostarakis , “Turbo Coded OFDM with Large Number of Subcarriers”, Scientific Research, 2012 [27] Wang WenJin, Gao XiQi, Wu XiaoFu, You XiaoHu, Zhao ChungMing & Wong Kai-Kit, “ Dual-turbo receiver archtecture for turbo coded MIMO-OFDM systems,” in SCIENCE CHINA Information Sciences, Feb.2012, pp 384-395 HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 100 Ứng dụng mã Dual-Turbo hệ thống MIMO-OFDM LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : HỒ BẢO MINH TRIẾT Ngày sinh: 10/07/1985 Lý lịch: _Nguyên quán: Thừa Thiên Huế _Nơi sinh: TP.HCM _Thường trú: B19/14E, ấp 3B, xã Bình Hưng, huyện Bình Chánh, TPHCM _Dân tộc: Kinh _Điện thoại: 01229052597 _Email: hobaominhtriet@yahoo.com _T/p gia đình: Cơng viên chức nhà nước HV: Hồ Bảo Minh Triết GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên, TS Đặng Thành Tín 101 ... Tín Ứng dụng mã Dual- Turbo hệ thống MIMO- OFDM NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ 1- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MÃ DUAL TURBO TRONG HỆ THỐNG MIMO- OFDM 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu lý thuyết mã Turbo: loại mã. .. CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUAL- TURBO KHI ỨNG DỤNG TRÊN HỆ THỐNG MIMO- OFDM 91 4.2.1.SO SÁNH CHẤT LƯỢNG GIỮA MÃ TURBO VÀ MÃ DUAL- TURBO KHI ỨNG DỤNG TRÊN HỆ THỐNG MIMO- OFDM QUA KÊNH... lượng mã Turbo mã Dual- Turbo Hình 6.3 So sánh chất lượng mã Turbo mã Dual- Turbo qua kênh AWGN Hình 6.4 Mơ hình hệ thống mã hóa Dual Turbo MIMO- OFDM Hình 6.5 So sánh chất lượng mã Turbo mã Dual- Turbo