Thông tin tài liệu
Đề tài nghiên cứu khoa học HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THƠNG I - - Đề tài: Mơ hình hóa mơ hiệu mã hóa LDPC mơi trường kênh pha đinh cho thông tin di động 5G Mã số: 14 – SV_2021 – VT1 Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Viết Đảm Sinh viên thực hiện: STT Họ tên Nguyễn Xuân Minh Phạm Xuân Tùng Nguyễn Thị Minh Thư Phạm Thu Trang Mã Sinh Viên B18CQVT06-B B17CQVT06-B B18CQVT03-B B18CQVT07-B Hà Nội – năm 2021 Đề tài nghiên cứu khoa học MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH - MỤC LỤC BIỂU ĐỒ -3 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT - LỜI MỞ ĐÂÙ - NỘI DUNG ĐỀ TÀI - CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THÁCH THỨC TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G - 1.1 Phân tích u cầu thơng tin di động 5G - 1.1.1 Một số ứng dụng điển hình 5G .- 1.1.2 Các số yêu cầu kịch ứng dụng 5G - 1.2 Quá trình nghiên cứu phát triển 5G - 1.2.1 Lịch sử đời - 1.2.2 Khám phá 5G khác biệt - 12 1.3 Kết luận chương - 13 CHƯƠNG 2: MÃ HÓA VÀ GIẢI MÃ KIỂM TRA CHẴN LẺ MẬT ĐỘ THẤP TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G - 14 2.1 Đặc tính mã LDPC - 14 2.2 Xây dựng ma trận kiểm tra chẵn lẻ H - 14 2.2.1 Phương pháp Gallager để xây dựng ngẫu nhiên H cho mã - 14 2.2.2 Cấu trúc đại số H cho mã - 15 2.3 Mã 5G NR QC-LDPC - 16 2.3.1 Giới thiệu mã QC-LDPC - 16 2.3.2 Đặc điểm QC-LDPC 5G NR - 17 2.4 Mã hóa LDPC .- 20 2.4.1 Phương pháp tiền xử lý - 20 2.4.2 Mã hóa hiệu mã LDPC - 21 2.5 Giải mã LDPC - 23 2.5.1 Giải mã LDPC kênh xóa nhị phân cách sử dụng Thuật tốn chuyển thơng tin - 23 2.5.2 Giải mã tổng - tích - 23 2.5.2.1 Thuật tốn tổng – tích miền log (SPA) .- 28 2.5.2.2 Thuật toán tổng – nhỏ (min – sum) - 28 2.6 Kết luận chương - 29 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KÊNH PHA ĐINH ,MÔ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG MỘT SỐ KÊNH PHA ĐINH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G………………… - 30 3.1 :Một số kênh pha đinh thông tin di động 5G…………………… … - 30 Mã số đề tài 14 Đề tài nghiên cứu khoa học 3.1.1: Mơ hình kênh Tepped Delay Line(TDL)……………………………….- 30 3.1.2: Mơ hình kênh Clustered Delay Line (CDL)………………….……… - 30 3.2 :Mơ hình hóa, kịch mơ phỏng, mơ số kênh pha đinh điển hình thông tin di động 5G……………………………………………………… - 32 3.2.1: Mô hình hóa kịch mơ phỏng……………………………………- 32 3.2.1.1:Mơ hình hóa……………………………………………………… - 32 3.2.1.2: Kịch mơ phỏng……………………………………………… - 32 3.2.2: Mô số kênh pha đinh thông tin di động 5G…… … - 33 KẾT LUẬN…………… ……………………………………………………….….- 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….- 35 - MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 : Các kịch sử dụng IMT cho năm 2020 tương lai Hình 1.2: Một số xu hướng phát triển 5G Hình 1.3: Lịch trình phát hành 3GPP Hình 2.1: Cấu trúc ma trận sở cho mã QC-LDPC 5G NR Hình 2.2: Ma trận sở sơ đồ Hình 2.3: Ma trận kiểm tra chẵn lẻ cho dạng tam giác thấp Hình 3.1: Mơ hình mơ mức hiệu mức liên k Hình 3.2: k Hình 3.3: k Hình 3.4: k Hình 3.5: k Mã số đề tài 14 Đề tài nghiên cứu khoa học MỤC LỤC BIỂU ĐỒ Bảng 2.1: Thiết lập lần dịch chuyển sơ đồ sở ……………………… …- 18 Bảng 2.2: Kích thước nâng Z hỗ trợ mã QC-LDPC 5G tiêu chuẩn .- 19 Bảng 3.1: Các tham số đầu vào cho chương trình………………………………… - 33 - THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AP CDL CNR CRC FPGA HARQ Tiếng anh Access Point Clustered Delay Line Carrier to Noise Ratio Cyclic Redundancy Check Field-Programmable Gate Array Hybrid Automatic Repeat Request IMT IoT LBRM Information Management Technology Internet of Thing Limited Buffer Rate-Matching LDPC M2M MIMO MTC NR NSA OTA RAN SNR SPC TDL URLLC Low Density Parity Check Code Machine to Machine Multi Input Multi Output Machine Type Communications Network Radio Non-Stand-Alone Over the Air Radio Access Network Signal to Noise Radio Single parity-check Tapped Delay Line Ultra-Reliable Low-Latency Communications Vehicle to Everything V2X Mã số đề tài 14 Tiếng Việt Điểm truy cập Trễ cụm Tỷ lệ nhiễu sóng mang Kiểm tra đục lỗ tuần hồn Mạng cổng chương trình miền Yêu cầu truyền lại tự động kết hợp mềm Công nghệ quản lý thơng tin Internet vạn vật Tương thích tỷ lệ đệm giới hạn Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp Máy tới máy Đa đầu vào đa đầu Giao tiếp kiểu máy Mạng vô tuyến Không độc lập Khắp không gian Mạng truy cập vô tuyến Tỷ lệ tín hiệu nhiễu Kiểm tra chẵn lẻ Trễ dịng Truyền thơng độ trễ thấp siêu đáng tin cậy Xe cộ tới thứ Đề tài nghiên cứu khoa học LỜI MỞ ĐẦU Thực nghiên cứu khoa học thử thách, đòi hỏi kiên trì tập trung cao độ Được giúp đỡ nhiệt tình thầy cố gắng thành viên nhóm đề tài nhóm hồn thành thời gian cho phép Nhóm em xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy cô giáo Khoa Viễn Thông I đem tâm huyết để tận tình giảng dạy.Bên cạnh nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Viết Đảm người hướng dẫn, động viên tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em thực hồn thành đề tài nghiên cứu khoa học Cuối cùng, nhóm em xin kính chúc chú, q thầy, ln dồi sức khoẻ, thành công sống Chúc bạn sinh viên luôn phấn đấu thành cơng! Em xin chân thành cảm ơn! T/M nhóm sinh viên Minh Nguyễn Xuân Minh Mã số đề tài 14 Đề tài nghiên cứu khoa học NỘI DUNG ĐỀ TÀI Tính cấp thiết đề tài: Mã hóa kênh có vai trị quan trọng việc truyền dẫn thơng tin số Mục đích mã hóa kênh nhằm tăng khả tái tạo liệu bị can nhiễu phía đầu thu Gần đây, truyền thơng hệ thứ năm (5G) điểm nóng nghiên cứu phát triển Đặc biệt hơn, Mã LDPC đóng vai trị quan trọng giao tiếp 5G chọn làm sơ đồ mã hóa cho kênh liệu Băng thông rộng Di động nâng cao (eMBB) 5G Để hỗ trợ tỷ lệ tương thích truyền liệu mở rộng, 3GPP đồng ý xem xét hai sơ đồ sở tương thích tỷ lệ, BG1 BG2, cho mã hóa kênh Theo đó, số nghiên cứu tiến hành mã LDPC 5G Một số khía cạnh khác hiệu suất, tính linh hoạt (về tốc độ mã kích thước khối), hỗ trợ HARQ bao gồm dự phòng gia tăng (IR), độ phức tạp triển khai (ví dụ: đa Gbps thơng lượng), độ trễ (ví dụ: quay vòng nhanh LTE), điều tra tỉ mỉ Đặc biệt, LDPC linh hoạt công nhận cung cấp đánh đổi tốt tổng thể đồng ý dạng lược đồ mã hóa cho kênh liệu eMBB NR, Polar mã đồng ý cho kênh điều khiển eMBB NR Trong năm gần đây, nghiên cứu mã LDPC tập trung vào mã LDPC có cấu trúc gọi mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp bán chu kỳ (QCLDPC), cho thấy ưu điểm so với mã khác loại mã LDPC liên quan đến việc triển khai phần cứng mã hóa giải mã cách sử dụng ghi dịch chuyển đơn giản mạch logic Một mã hóa có độ phức tạp thấp thực cách sử dụng mã QC-LDPC, thưa thớt ma trận kiểm tra chẵn lẻ Tuy nhiên, khơng đơn giản để mã hóa với độ phức tạp thấp mã LDPC xác định ma trận kiểm tra chẵn lẻ chúng ma trận sinh thường Nhiều cách tiếp cận khác đề xuất để cải thiện độ phức tạp phần cứng mã hóa LDPC Một cách tiếp cận thơng thường mã hóa hệ thống, ma trận sinh bắt nguồn từ ma trận kiểm tra chẵn lẻ cách khai thác phép loại bỏ Gauss Đề tài: Mơ hình hóa mơ hiệu mã kiểm tra mật độ thấp LDPC thông tin di động 5G nghiên cứu nhằm mục đích: nhằm mục tiêu hiểu mã hóa QC-LDPC đặc điểm mã LDPC tổng quan mạng thơng tin di động 5G để từ mơ hiệu cuả mã LDPC Cấu trúc đồ án tổ chức sau Chương 1: Cung cấp tổng quan thông tin di động 5G Chương 2: Cung cấp tổng quan ngắn gọn đặc điểm mã QC-LDPC 5G NR Chương 3: Một số kênh pha đinh điển hình thơng tin di động 5G ,mơ hình hóa mơ hiệu mã LDPC thông tin di động 5G Mã số đề tài 14 Đề tài nghiên cứu khoa học CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THÁCH THỨC TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G Từ q trình tiến hóa thông tin di động, phát triển bùng nổ, thâm nhập sâu rộng vào nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Được dẫn dắt ứng dụng mới, người dùng gia tăng yêu cầu dịch vụ không dây, đặt yêu cầu khắt khe, nghiêm ngặt số kỹ thuật mạng Do đó, hệ thống thơng tin di động 5G xuất vào thời điểm có tính lịch sử cống hiến để mở cho kỷ nguyên thông tin toàn diện cung cấp trải nghiệm tuyệt vời cho người dùng Gần đây, tập trung nghiên cứu công nghệ chủ đạo cho 5G, đặc biệt là: thiết lập, kiểm tra, đánh giá xác minh nhằm cải thiện hiệu Chương này, tóm tắt tính chủ đạo công nghệ ứng viên thách thức thông tin di động 5G 1.1 Phân tích u cầu thơng tin di động 5G Lĩnh vực thông di động phát triển với tốc độ đáng kinh ngạc, trở thành ngành công nghiệp trụ cột cho phát triển kinh tế toàn cầu Cho thấy rõ rằng, công nghệ truyền thông di động làm thay đổi sống công việc người, tiếp tục ảnh hưởng sâu rộng lên phát triển xã hội Con người ngày phụ thuộc vào truyền thông di động Gần đây, doanh nghiệp đa dạng hóa hình thức liên kết, kết nối truyền thông di động, dẫn đến phát triển nhanh chóng cơng nghệ lưu trữ xử lý liệu lớn Trong đó, nhiều đột phá thực phát triển xử lý trí tuệ nhân tạo thiết bị thời gian thực Sự xuất công nghệ mang lại tiện lợi lớn cho sống Tuy nhiên, xuất khơng thách thức thơng di động đại Vì vậy, tồn hội thách thức thông tin di động 5G Với người dùng, viễn cảnh 5G "thông tin đến bạn muốn thứ liên lạc" Ta cảm thấy hấp dẫn thời đại thơng tin Mục đích 5G xây dựng hệ sinh thái thông tin ổn định, thuận tiện kinh tế cho người Như minh họa Hình 1.1, tính chủ đạo thời đại thông tin đưa vào phát triển 5G người dùng tận hưởng sống thông minh thuận tiện Với phổ biến thiết bị đeo được, đa dạng chủng loại gia tăng số lượng thiết bị đầu cuối di động, tăng trưởng cách bùng nổ Dự đoán tương lai gần, gia tăng nhu cầu thực tế ảo trải nghiệm thực tế, nhu cầu đám mây liệu văn phòng lớn, điều khiển khơng dây quy trình sản xuất sản xuất công nghiệp, phẫu thuật y tế từ xa, tự động hóa lưới điện thơng minh, giao thơng an tồn khía cạnh khác, khơng u cầu tốc độ truyền liệu mạng 5G mức cao, yêu cầu trải nghiệm thời gian thực gần khơng có trễ Ngồi ra, việc giảm chi phí tiết kiệm lượng xem xét Mã số đề tài 14 Đề tài nghiên cứu khoa học Hình1.1 : Các kịch sử dụng IMT cho năm 2020 tương lai 1.1.1 Một số ứng dụng điển hình 5G Sự đời 5G hưởng lợi nhiều từ tăng trưởng quy mô lớn Internet di động vạn vật kết nối (IoT), ứng dụng 5G chủ yếu nằm phát triển hai mạng Gần đây, Internet di động, với tư cách nhà cung cấp doanh nghiệp truyền thơng liệu di động, thúc đẩy phát triển lĩnh vực dịch vụ thông tin khác Nhà cung cấp dịch vụ tận dụng tối đa lợi tài nguyên dịch vụ họ triển khai nhiều ứng dụng, dẫn đến "hoa nở nhau" thị trường Đến năm 2020, chức tiện lợi thực hóa thơng qua Internet di động nhu cầu thực tế ảo tăng cường trải nghiệm trò chơi Với phát triển Internet di động, tốc độ truyền thơng tin tăng lên hàng nghìn lần IoT minh họa lý tưởng ứng dụng đầy đủ công nghệ hệ Trong lĩnh vực sống, thơng qua IoT, người quản lý sản xuất có sống động hơn, đạt trạng thái "thông minh" cải thiện mức độ sử dụng tài nguyên IoT, với tư cách công cụ chủ đạo để thực hóa sống, cơng việc sản xuất thơng minh, mở rộng giao tiếp người người với thứ Phạm vi ứng dụng IoT rộng như: bảo vệ môi trường, giao thơng thơng minh, an tồn cơng cộng, cơng việc phủ, an tồn nhà, chữa cháy thơng minh, giám sát mơi trường, kiểm sốt ánh sáng, chăm sóc sức khỏe, truy xuất nguồn gốc thực phẩm, trồng hoa, giám sát hệ thống nước, gián điệp, thu thập thông tin nhiều lĩnh vực khác Có thể nói rằng, IoT "sức mạnh sản xuất quan trọng" thúc đẩy tiến xã hội Do đó, vấn đề mấu chốt thúc đẩy phát triển IoT, phát triển IoT phụ thuộc vào phát triển công nghệ Mã số đề tài 14 Đề tài nghiên cứu khoa học truyền thơng Ta hình dung thấy, IoT có mặt nơi sống, đồng nghĩa với "mọi thứ kết nối", việc truyền thông tin thường trực thứ, thứ người, thay đổi không mang lại sức sống hội mà đặt thách thức lớn truyền thông di động IoT Phương tiện xe cộ thông minh Công nghiệp sản xuất Sức khỏe dịch vụ chuẩn đốn Băng thơng di động tăng nơi Hình 1.2: Một số xu hướng phát triển 5G 1.1.2 Các số yêu cầu kịch ứng dụng 5G Các kịch ứng dụng 5G liên quan đến khía cạnh sống thường ngày, cơng việc, giải trí giao thông người giao tiếp vô tuyến hiển thị đặc điểm kịch Chẳng hạn, mật độ thiết bị di động dày đặc khu dân cư, sân vận động chợ, truyền thơng vơ tuyến có đặc điểm mật độ lưu lượng giao thông cao số lượng kết nối lớn, giao thơng tàu điện ngầm đường sắt tốc độ cao, tính di động cao làm cho vai trị truyền thơng khơng dây thực Hiện tại, hệ thống thông tin di động hệ thứ tư (4G) đáp ứng yêu cầu số tình mật độ lưu lượng truy cập cao, số lượng kết nối lớn tính di động cao Trong trường hợp đơng đúc sân vận động, mật độ lưu lượng giao thông cực lớn mật độ kết nối siêu cao, ta cần tốc độ truyền truyền thông vô tuyến cao cáp quang để truyền ảnh, truyền video, phát sóng trực tiếp dịch vụ khác Trong kịch di động tốc độ cao, ví như: Đường sắt tốc độ cao (HSR), mật độ lưu lượng kết nối giao thông tương đối thấp so với sân vận động Vì tốc độ HSR thường 200 km/h, nên yêu cầu cao truyền thông vơ tuyến Tham số Tốc độ liệu đỉnh Gía trị >10Gbps Tốc độ liệu người dùng trải nghiệm >0,1Gbps Mật độ kết nối Hàng triệu kết nối/Km2 Mã số đề tài 14 Đề tài nghiên cứu khoa học Mật độ dịch vụ 10Gbps/Km2 Trễ đầu cuối-đầu cuối Cỡ ms Bảng 1.1: Các yêu cầu 5G Mặc dù thuận tiện cho ta truy cập Internet, nửa giới nằm vùng phủ Internet sau vài thập kỷ kể từ có thiết bị đầu cuối di động Với phát triển thay đổi Internet, Internet mở rộng ngày có nhiều thiết bị kết nối với Cisco dự báo đến năm 2019, toàn giới có 11,5 tỉ thiết bị kết nối, bao gồm số thiết bị khó kết nối nước ngồi vùng phủ sóng vệ tinh, đó, ngày trở nên phổ biến để đáp ứng yêu cầu cho vùng phủ sóng rộng tương lai Dự đoán rằng, lưu lượng liệu di động tiếp tục tăng trưởng bùng nổ: từ năm 2010 đến 2020, tăng trưởng lưu lượng liệu di động toàn cầu tăng 200 lần, từ 2010 đến 2030, 20.000 lần Trong đó, tăng trưởng lưu lượng liệu di động Trung Quốc cao mức trung bình tồn cầu Theo dự đoán, từ năm 2010 đến 2020, tăng trưởng 300 lần, từ năm 2010 đến năm 2030, tăng 40.000 lần Vì vậy, dựa vào yêu cầu trên, mục tiêu chung 5G là: nhanh hơn, hiệu thông minh Cụ thể là, yêu cầu hiệu 5G cho Bảng 1.1 Để đáp ứng trải nghiệm người dùng nhiều chiều, cần phải phối kết hợp/hội tụ nhiều công nghệ đạt yêu cầu hiệu 5G (trong bảng 1.1) Ví như, cơng nghệ truyền thơng vơ tuyến siêu dày đặc đóng góp vào việc cải thiện hiệu tốc độ liệu, mật độ kết nối mật độ dịch vụ người dùng thông qua việc tăng tốc triển khai trạm gốc Công nghệ ăng-ten khổng lồ (Massive antenna) cải thiện hiệu sử dụng phổ cách tăng số lượng ăng-ten có ý nghĩa quan trọng việc cải thiện tốc độ liệu đỉnh, tốc độ liệu người dùng, mật độ kết nối mật độ dịch vụ Cơng nghệ truyền thơng sóng milimet cho phép có thêm phổ khả dụng quy mơ lớn, triển vọng để cải thiện hiệu tốc độ liệu đỉnh, tốc độ liệu người dùng mật độ dịch vụ 1.2 Quá trình nghiên cứu phát triển 5G 1.2.1 Lịch sử đời Từ năm 2009, LTE (Long Term Evolution) tạo bùng nổ toàn cầu Vào cuối năm 2012, Liên minh châu Âu (EU) đầu tư 27 triệu euro mắt Hiệp hội thông tin 5G (METIS) Có 29 thành viên tham gia dự án gồm: nhà sản xuất thiết bị, nhà điều hành, nhà sản xuất xe tổ chức học thuật, nội dung nghiên cứu bao gồm kịch yêu cầu 5G, kiến trúc mạng loại công nghệ vô tuyến Năm 2013, Kế hoạch 863 Trung Quốc đầu tư để nghiên cứu phát triển hệ thống 5G, nội dung nghiên cứu bao gồm kiến trúc mạng vô tuyến, ăng ten quy mô lớn, Mạng vô tuyến siêu dày đặc, tảng trạm vơ tuyến mềm, ảo hóa mạng vô tuyến, truy cập không dây nhà băng sóng milimet, đánh giá, kiểm tra xác minh Để thúc đẩy phát triển hệ thống 5G, phủ Mã số đề tài 14 Đề tài nghiên cứu khoa học xác định bit i khơng bao gồm j khơng có thơng tin ngoại lai nút kiểm tra j nút bit i Xác suất để số lẻ bit phương trình kiểm tra chẵn lẻ đưa 1 Pj,iext 2Pj,i' 2 i'B j ,i'i (2.27) Đó xác suất mà phương trình kiểm tra chẵn lẻ thỏa mãn bit ci = Xác suất để phương trình kiểm tra chẵn lẻ thỏa mãn bit ci = trở Pext j,i Số liệu cho biến nhị phân biểu thị tỷ lệ ước lượng theo hàm log (LLR – Likelihood Radio) sau: L x log p x 0 p x 1 (2.28) Trong log lấy theo số tự nhiên Dấu cứng x độ lớn suất L x L x cung cấp định độ tin cậy định Chuyển từ LLRs xác e L x p x 1 e L x p x 0 (2.29) e e L x L x (2.30) Khi xác suất cần nhân lên, cần thêm LLR, độ phức tạp giải mã tổng tích giảm xuống Điều có lợi cho việc biểu diễn ma trận logarit xác suất Thông tin ngoại lai từ nút kiểm tra j đến nút bit i biểu thị dạng LLR E j,i L p ext j,i log Pj,iext Pj,iext (2.31) Từ Mã số đề tài 14 24 Đề tài nghiên cứu khoa học 1 + i'ẻB ,i'ại 1-2Pj,i' j E j,i =log 2 1 1-2Pj,i' 2 i'ỴB j ,i'¹i M e j,i' M j 1+e j,i' =log M e j,i' 1- i'ẻB ,i'ại 1-2 M j 1+e j,i' 1+ i'ẻB ,i'ại 1-2 1-e M j,i' 1+ i'ẻB ,i'ại 1+e M j,i' j = log 1-e M j,i' 1- i'ẻB ,i'ại 1+e M j,i' j Trong M j,i L Pj,i ' log Pj,i (2.32) Pj,i Sử dụng mối quan hệ 1 p log 2p p (2.33) Cho E j,i = log i 'B ,i 'i M j,i ' / j i 'B ,i 'i M j,i ' / j (2.34) Ngoài sử dụng mối quan hệ 1 p log 1 p 1 p (2.35) Sau E j,i 1 i'B j ,i ' i M j,i ' / (2.36) Phương trình thử thách mặt số học diện tích 1 hàm Theo dõi Gallager, ta cải thiện tình sau Đầu tiên, tính M ji vào dấu độ lớn (hoặc giá trị bit độ tin cậy bit) M ji ji ji (2.37) ji sign M ji (2.37a) B ji M ji (2.37b) Vì phương trình 2.36 viết lại sau Mã số đề tài 14 25 Đề tài nghiên cứu khoa học 1 1 M ji ji ' j,i ' 2 2 i' i 'B j ,i ' i (2.38) Sau ta có 1 E ji ji ' 1 ji' 2 i' i' 1 = ji' 1 log 1 log ji ' 2 i' i' 1 = ji' 1 log 1 log ji ' 2 i' i' (2.39) Điều tạo biểu mẫu cho phương trình (2.39) E ji ji ' B ji ' i' i' Trong x (2.40) xác định sau ex x log x / log x e 1 Sử dụng thực tế cho 1 x x x > (2.41) Mỗi nút bit có quyền truy cập vào LLR, Li LLR đầu vào từ nút kiểm tra kết nối Tổng LLR bit thứ i tổng LLR này: Ltolal Li E ji i jAi (2.42) Quyết định cứng bit nhận đơn giản đưa kí hiệu total Li Kiểm tra xem phương trình kiểm tra chẵn lẻ có thỏa mãn hay khơng T ( vậy, cˆ H dấu hiệu dừng lại để giải mã tổng - tích); không thỏa mãn, cập nhật M ji M ji j'Ai , j' j E j'i Li (2.43) Thuật tốn đầu ước tính xác suất bit posteriori bit nhận dạng LLR Bộ giải mã tổng – tích dừng từ mã hợp lệ tìm thấy cách kiểm tra xem phương trình kiểm tra chẵn lẻ có thỏa mãn T hay không (tức cˆ H ) đạt số lần lặp tối đa cho phép Bộ giải mã khởi tạo cách đặt tất tin VN Mã số đề tài 14 M ji 26 Đề tài nghiên cứu khoa học Pr ci yi Li L ci yi log Pr ci yi h 1 (2.44) y Đối với tất j, i mà ji Ở đây, j đại diện cho giá trị kênh mà thực nhận được, nghĩa khơng phải biến BEC Trong trường hợp này, y j 0, 1, e y j Li L ci yi y j 0 yj e (2.45) BSC Trong trường hợp, yi 0, 1 , ta có y 1 P Li L ci yi 1 j log P (2.46) Kiến thức xác suất chéo P cần thiết BI-AWGNC Mẫu nhận thứ i yi x i n i ni độc lập phân phối N 0, N0 N mật độ nhiễu Sau đó, ta dễ dàng Pr x i x y i Trong x 1 1 exp 4yi x / N (2.47) từ L ci yi 4yi / N (2.48) Một ước tính N cần thiết thực hành Rayleigh Mơ hình cho kênh fading Rayleigh tương tự mơ hình AWGNC: yi i x i n i i biến ngẫu nhiên Rayleigh độc lập với phương sai có tính đơn Xác suất chuyển tiếp kênh biểu thị P x i x yi Mã số đề tài 14 1 exp 4 i yi x / N 27 Đề tài nghiên cứu khoa học Tiếp đó, L ci yi 4 i yi / N (2.49) 2.5.2.1 Thuật tốn tổng – tích miền log (SPA) Bước 1: Khởi tạo: với i, khởi tạo Li theo phương trình (2.39) cho mơ hình kênh thích hợp Sau đó, tất i, j cho Xác định Bj hi , j thiết lập M ji Li l = để biểu diễn tập hợp bit phương trình kiểm tra chẵn lẻ thứ j H Ai để biểu diễn phương trình kiểm tra chẵn lẻ cho bit thứ i mã Bước 2: Cập nhật bit kiểm tra: tính tin bit kiểm tra kiểm tra sử dụng phương trình (2.38), (2.41) (2.42) E ji gửi cho bit M ji ji ji ji sign M ji B ji M ji E ji ji ' B ji ' i' i' ex x log x / log x e 1 Bước 3: Tổng LLR: cho i 0,1, , N tính tổng LLR sử dụng phương trình 2.42 Ltolal Li E ji i jAi Bước 4: tiêu chuẩn dừng: Cho i 0,1, , N , thiết lập 1 if Ltotal 0, i cˆ i else, 0 T Để thu cˆ Nếu cˆ H số lần lặp lặp lại giới hạn tối đa l lmax dừng; khơng Bước 5: cập nhật VN: tính tin trình 2.38 M ji Li Mã số đề tài 14 j'A i , j' j M ji VN đến cho VN sử dụng phương E j'i 28 Đề tài nghiên cứu khoa học 2.5.2.2 Thuật toán tổng – nhỏ (min – sum) x Xem xét phương trình (2.43) cho E ji Nó Có thể nhận thấy từ hình dạng chu kì lớn tổng tương ứng với ji nhỏ nhất: Do đó, giả sử số hạng chiếm ưu tổng, quan hệ sau thu [10] ji ' i ' ji ' i ' ji ' i' (2.50) Do đó, thuật tốn tổng – nhỏ đơn giản SPA miền log với Bước thay M ji ji ji ji sign M ji , B ji M ji E ji ji' min ji' i' i' Nó rằng, trường hợp AWGNC, việc khởi tạo M ji yi / N thay M ji yi sử dụng thuật tốn tích- tổng miền log đơn giản Tất nhiên, ưu điểm ước tính công suất nhiễu N không cần thiết trường hợp 2.6 Kết luận chương Chương phân tích đánh giá tương thích đệm tuần hồn thuật tốn chọn bit cho mã LDPC giao diện không dây 5G Đặc biệt, cấu trúc tính NR LDPC thảo luận Bên cạnh phương pháp mã hóa thơng lượng cao có độ phức tạp thấp cho tiêu chuẩn 5G NR đề xuất Dựa thuật tốn mã hóa đề xuất, kiến trúc năm mã hóa với kích thước ma trận khác triển khai Mã số đề tài 14 29 Đề tài nghiên cứu khoa học CHƯƠNG 3:MỘT SỐ KÊNH PHA ĐINH ,MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG MỘT SỐ KÊNH PHA ĐINH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 3.1: Một số kênh pha đinh thông tin di động 5G 3.1.1: Mơ hình kênh Tepped Delay Line (TDL) Các mơ hình TDL cho đánh giá đơn giản, ví dụ, cho đánh giá khơng phải MIMO, xác định cho toàn dải tần số từ 0,5 GHz đến 100 GHz với băng thông tối đa GHz Ba mơ hình TDL, cụ thể TDL-A, TDL-B TDL-C, xây dựng để đại diện cho ba cấu hình kênh khác cho NLOS TDL-D TDL-E xây dựng cho LOS Phổ Doppler cho vịi đặc trưng hình dạng phổ (Jakes) cổ điển dịch chuyển Doppler cực đại.Do diện đường dẫn LOS, lần nhấn TDL-D TDL-E theo sau Ricean mờ dần phân bổ Đối với vịi đó, phổ Doppler cịn chứa đỉnh độ dịch chuyển Doppler fS = 0,7 fD với biên độ cho phân phối mờ dần kết có hệ số K xác định Mỗi mơ hình TDL thay đổi tỷ lệ thời gian trễ để mơ hình đạt độ trễ RMS mong muốn theo quy định Đối với mô hình kênh LOS, hệ số K TDL-D TDL-E đặt thành giá trị mong muốn 3.1.2: Mơ hình kênh Clustered Delay Line (CDL) Mơ hình CDL (cluster delay line) xác định dải tần 0.5 GHz tới 100 GHz với băng thông tối đa 2GHz Có mơ hình CDL mơ hình CDLA,CDL-B,CDL-C sử dụng trường hợp NLOS, mơ hình CDL-D CDL-E sử dụng trường hợp LOS Mỗi mơ hình CDL điều chỉnh tỷ lệ trễ để mơ hình đạt độ trễ RMS mong muốn Quy trình tạo hệ số kênh mơ hình CDL theo bước sau: Bước 1: Xác định góc φn ,m,AOA =φ n, AOA +c ASA α m (2.57) n , AOA góc phương vị tới cụm n cASA trải rộng phương vị rms theo cụm góc đến (cụm ASA) bảng 2.9 – 2.13, m biểu thị góc bù tia cụm Việc tạo AOD ( θn,m,ZOD φn,m,AOD θ ), ZSA ( n,m,ZOA ), ZSD ( ) tương tự AOA mô tả Bước 2: Ghép tia cụm φn,m,AOD φ Ghép n,m,AOD Ghép góc θn,m,ZOA Mã số đề tài 14 với với φn,m,AOA θn,m,ZOD mộtcluster n Ghép θn,m,ZOD với cluster n 30 Đề tài nghiên cứu khoa học Bước 3: Tỷ lệ công suất phân cực chéo Tỷ lệ công suất phân cực chéo (XPR) cho tia m cum n κ n, m=10 X /10 (2.58) Giá trị X cụm đơn vị [dB] cho bảng 2.9 – 2.13 Bước 4: Tạo hệ số Đối với N – cụm yếu nhất, giả sử n = 3, 4,…, N, hệ số kênh xác định: H NLOS u , s ,n Pn (t ) M 1 exp j n ,m exp j n ,m n ,m n ,m 1 exp j exp j n ,m n ,m T T T j 2 rˆtx,n ,m d tx,s j 2 rˆrx,n ,m d rx,u rˆ v exp exp j 2 rx,n ,m t 0 0 0 Frx,u , n ,m ,ZOA ,n ,m, AOA m 1 Frx,u , n , m , ZOA , n , m , AOA M Ftx,s , n ,m,ZOD ,n ,m, AOD exp F tx,s , n ,m ,ZOD ,n ,m, AOD T (2.48) Frx,u,θ Frx,u,ϕ trường anten thu u, Ftx,s,θ Ftx,s,ϕ trường anten phát ˆ s rrx, n, m vector đơn vị hình cầu với góc ϕn,m,AOA θn,m,ZOA, xác định rˆrx,n ,m sin n ,m ,ZOA cos n,m , AOA sin n,m ,ZOA sin n ,m , AOA cos n,m ,ZOA Trong n biểu thị cụm m thể tia cụm n rˆtx,n ,m d rx, u s, n,m (2.49) rˆtx, n , m xác định sin n ,m,ZOD cos n ,m , AOD sin n ,m,ZOD sin n ,m, AOD cos n ,m,ZOD (2.50) vector vị trí phần tử anten thu u and d tx,s vị trí vector anten phát tỉ số cơng suất phân cực chéo, 0 bước sóng tần số sóng mang Thành phần tần số Doppler phụ thuộc vào góc tới (AOA, ZOA), UT với tốc độ v, v , v cho r^ Trx ,n , m ¯v T v n , m= ,where ¯v =v [ sin θ v cos φ v sinθ v sin φ v cos θv ] λ0 (2.51) Đối với cụm mạnh nhất, giả sử n = 2, tia lan truyền đến ba cụm (mỗi cụm), với độ trễ cố định Độ trễ cụm là: n ,1 n n , n 1.28 cDS n ,3 n 2.56 cDS (2.52) Trong cDS độ trễ cụm Mã số đề tài 14 31 Đề tài nghiên cứu khoa học 3.2: Mơ hình hóa, kịch mô phỏng, mô số kênh pha đinh điển hình thơng tin di động 5G 3.2.1: Mơ hình hóa kịch mơ 3.2.1.1: Mơ hình hóa Hình 3.1: Mơ hình mơ mức hiệu mức liên k DLSCH: Downlink Shared Channel-Kênh chia sẻ đường xuống Đây kênh chung đường xuống để phát số liệu gói Kênh chia sẻ cho nhiều thiết bị người dùng, sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao Quá trình mã hóa DL-SCH bao gồm kiểm tra dự phịng theo chu kỳ (CRC), phân đoạn khối mã CRC, mã hóa kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC), khớp tỷ lệ ghép khối mã PDSCH: Physical Downlink Shared Channel-Kênh vật lý chia sẻ đường xuống Kênh sử dụng để mang DLSCH Trên kênh ta điều chế ký hiệu PDSCH từ khối truyền tải mã hóa kênh DLSCH Q trình cho ký hiệu điều chế PDSCH dựa cấu hình sóng mang, cấu hình PDSCH cho trước từ mã kênh DLSCH Precoding: Quá trình tiền mã hóa Trên kênh ta tiền mã hóa tín hiệu thu PDSCH Ta ánh xạ ký hiệu PDSCH tới các lớp cách trực tiếp, tạo thành lưới tài nguyên CP-OFDM: Ta thực ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có khoảng bảo vệ Q trình tạo dạng sóng miền thời gian, cách thực điều chế ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) lưới mảng tài nguyên sóng mang cho tham số cấu hình sóng mang Tín hiệu mã hóa đưa qua kênh phađinh CDL TDL, sau thêm tạp âm Gauss trắng cộng Tín hiệu sau đồng thời gian Có phương pháp đồng thời gian đồng hoàn hảo đồng thực tế Trong phương pháp đồng thực tế, để tìm đỉnh đáp ứng xung kênh, trước tiên, ta cần cấu trúc lại đáp ứng xung từ đường dẫn kênh thu đáp ứng xung lọc đường dẫn Ta thu độ lệch thời gian ước tính cường độ đáp ứng xung kênh Còn đồng hóa thực tế, ta thu dạng sóng tham chiếu cách điều chế lưới tài nguyên tham chiếu có chứa ký hiệu tham chiếu vị trí đươc định sẵn sử dụng điều chế OFDM định sóng mang Giải điều chế CP-OFDM Tại bước ta khôi phục mảng tài nguyên sóng mang cách giải điều chế dạng sóng OFDM dựa cấu hình sóng mang Mã số đề tài 14 32 Đề tài nghiên cứu khoa học Ước lượng kênh: Có phương pháp ước lượng ước lượng hoàn hảo ước lượng thực tế Để ước lượng kênh hoàn hảo, cần phải cấu trúc lại đáp ứng xung kênh từ độ lợi đường dẫn kênh đáp ứng xung lọc đường dẫn, thực giải điều chế OFDM; ước lượng kênh hồn hảo khơng tính tới q trình tiền mã hóa phía phát Cịn ước lượng kênh thực tế, ta thực ước tính kênh thực tế lưới tài nguyên nhận cách sử dụng lưới tài nguyên tham chiếu có chứa ký hiệu tham chiếu vị trí cho trước tham số cấu hình sóng mang định cho ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM); ước tính kênh thực tế có tính đến q trình tiền mã hóa phía phát Ta thu ước tính kênh ước tính phương sai nhiễu Sau trình ước lượng kênh, ta sử dụng cân để bù cho thất thoát đường truyền bù lỗi pha chung Giải mã hóa PDSCH: Quá trình giải mã PDSCH bao gồm demapping lớp, giải điều chế ký hiệu điều chế giải xáo trộn Ta giải mã ký hiệu PDSCH nhận, thu bit mềm ký hiệu chịm cho cấu hình sóng mang cấu hình PDSCH định Giải mã hóa DL-SCH: Ta giải mã hóa DL-SCH Q trình giải mã DL-SCH bao gồm khôi phục tốc độ, giải mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC), giải mã kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC) Trong kịch mơ này, ta có sử dụng HARQ để kiểm soát lỗi Ta cần kiểm tra trạng thái truyền cho quy trình HARQ cho để xác định xem có cần truyền lại hay không Nếu không cần truyền lại ta tạo liệu Vì vậy, tín hiệu giải mã đưa qua khối CRC để xác định thông lượng hệ thống cập nhật q trình HARQ 3.2.1.2: Kịch mơ Trong mô đo thông lượng PDSCH kết nối 5G xác định tiêu chuẩn 3GPP NR.Mơ kết hợp mã hóa LDPC mơ hình kênh CDL TDL Trong q trình xử lý liệu kết nối này, mã hóa LDPC sử dụng Ta so sánh thông lượng PDSCH mơ hình kênh CDL TDL(16QAM 64QAM), từ rút kết luận hiệu phương pháp mã hóa LDPC hai mơ hình kênh này, với ưu , nhược điểm mơ hình Mơ hình kênh(channel_model) TDL-C CDL-C Phương thức điều chế (modulationtype) 16QAM 64QAM Số Frame mô (simParameters.NFrames) 20 SNRIn -20:2:20 Bảng 3.1: Các tham số đầu vào cho chương trình Mã số đề tài 14 33 Đề tài nghiên cứu khoa học 3.2.2: Mô số kênh pha đinh thông tin di động 5G Khi sử dụng điều chế 16QAM, mơ hình kênh CDL TDL: Đối với kênh CDL, khoảng SNR từ -20dB đến -10 dB, tỉ lệ thông lượng thông lượng cực đại không, tức khơng có thơng lượng đầu ra; cịn khoảng từ -10dB đến 0dB, tỉ lệ thông lượng thông lượng cực đại tăng dần đạt cực đại 0dB Còn với kênh TDL, khoảng SNR từ -20dB đến -4dB, khơng có thơng lượng đầu ra; cịn khoảng từ -4dB đến 12dB, tỉ lệ thơng lượng thông lượng cực đại tăng dần đạt cực đại 12dB Ta thấy rằng, khoảng SNR từ -10dB đến 12dB, tỉ lệ thông lượng thơng lượng cực đại tín hiệu truyền kênh CDL tốt Ngoài khoảng này, tỉ lệ (=0 SNR12dB) Hình 3.2 So sánh thơng lượng đầu sử dụng mơ hình kênh TDL CDL với điều chế 16QAM Khi sử dụng điều chế 64QAM, mơ hình kênh CDL TDL: Đối với kênh CDL, khoảng SNR từ -20dB đến -8 dB, tỉ lệ thông lượng thông lượng cực đại khơng, tức khơng có thơng lượng đầu ra; cịn khoảng từ -8dB đến 5dB, tỉ lệ thơng lượng thông lượng cực đại tăng dần đạt cực đại 5dB Còn với kênh TDL, khoảng SNR từ -20dB đến -2dB, khơng có thơng lượng đầu ra; khoảng từ -2dB đến 16dB, tỉ lệ thông lượng thông lượng cực đại tăng dần đạt cực đại 16dB Ta thấy rằng, khoảng SNR từ -8dB đến 16dB, tỉ lệ thông lượng thông lượng cực đại tín hiệu truyền kênh CDL tốt Ngồi khoảng này, tỉ lệ (=0 SNR16dB) Mã số đề tài 14 34 Đề tài nghiên cứu khoa học Hình 3.3 So sánh thông lượng đầu sử dụng mô hình kênh TDL CDL với điều chế 64QAM Đối với mơ hình kênh CDL, việc sử dụng điều chế 16QAM hay 64QAM đem đến kết khác hiệu Khi sử dụng 16QAM, SNR khoảng từ -20dB đến -10dB, khơng có thơng lượng đầu ra; với SNR khoảng -10dB đên 0dB, tỉ lệ thông lượng thông lượng cực đại tăng dần đạt cực đại 0dB Còn sử dụng 64QAM, khoảng SNR từ -20dB đến -8 dB, tỉ lệ thông lượng thông lượng cực đại khơng, tức khơng có thơng lượng đầu ra; khoảng từ -8dB đến 5dB, tỉ lệ thông lượng thông lượng cực đại tăng dần đạt cực đại 5dB Ta thấy rằng, khoảng SNR từ -10dB đến 5dB, tỉ lệ thông lượng đầu thông lượng cực đại sử dụng điều chế 16QAM tốt Ngoài khoảng này, tỉ lệ (=0 SNR5dB) Mã số đề tài 14 35 Đề tài nghiên cứu khoa học Hình 3.4 So sánh thông lượng đầu sử dụng điều chế 16QAM 64QAM kênh CDL Đối với mơ hình kênh TDL, việc sử dụng điều chế 16QAM hay 64QAM đem đến kết khác hiệu Khi sử dụng 16QAM, SNR khoảng từ -20dB đến -4dB, khơng có thơng lượng đầu ra; với SNR khoảng -4dB đên 12dB, tỉ lệ thông lượng thông lượng cực đại tăng dần đạt cực đại 12dB Còn sử dụng 64QAM, khoảng SNR từ -20dB đến -2dB, tỉ lệ thông lượng thông lượng cực đại khơng, tức khơng có thơng lượng đầu ra; cịn khoảng từ -2dB đến 16dB, tỉ lệ thơng lượng thông lượng cực đại tăng dần đạt cực đại 16dB Ta thấy rằng, khoảng SNR từ -4dB đến 16dB, tỉ lệ thông lượng đầu thông lượng cực đại sử dụng điều chế 16QAM tốt Ngoài khoảng này, tỉ lệ (=0 SNR16dB) Mã số đề tài 14 36 Đề tài nghiên cứu khoa học Hình 3.5 So sánh thông lượng đầu sử dụng điều chế 16QAM 64QAM kênh TDL Kết luận: Qua mơ ta rút kết luận sau đây: Trong phần lớn trường hợp, việc sử dụng mơ hình kênh CDL cho thơng lượng đầu tốt Tuy nhiên, mơi trường có tỉ số tín hiệu nhiễu lớn nhỏ, khơng có khác biệt Hơn nữa, mơ hình kênh TDL lại đơn giản CDL Vì vậy, tùy vào điều kiện môi trường mà ta lựa chọn mơ hình kênh phù hợp Việc sử dụng điều chế 16QAM cho thông lượng đầu tốt phần lớn trường hợp Tuy nhiên, môi trường có tỉ số tín hiệu nhiễu lớn nhỏ, khơng có khác biệt Hơn nữa, việc sử dụng điều chế bậc cao (64QAM) hỗ trợ truyền nhiều bit cho ký hiệu, đồng thời, việc nhiễu ký hiệu lại dễ xảy Vì vậy, tùy vào điều kiện mơi trng mà ta chọn phương pháp điều chế phù hợp Mã số đề tài 14 37 Đề tài nghiên cứu khoa học KẾT LUẬN Thực mục tiêu đề tiến hành nghiên cứu, xây dựng ma trận sinh ma trận kiểm tra mã LDPC, nhằm tối ưu khả sửa lỗi mã LDPC, xây dựng, tối ưu hóa mơ hình tích hợp mã LDPC với hệ thống thông tin nhằm tăng khả chống lỗi hệ thống với độ phức tạp phù hợp Đề tài đạt kết nghiên cứu có đóng góp sau đây: Tóm tắt ứng dụng điển hình cho thơng tin di động 5G, số kịch triển khai điển hình, số kỹ thuật then chốt, kế hoạch tiến trình nghiên cứu phát triển 5G toàn cầu Xây dựng mối quan hệ trực tiếp ma trận sinh ma trận kiểm tra mã LDPC, nhằm giảm độ phức tạp q trình tính tốn xây dựng ma trận sinh mã LDPC truyền thống Ma trận sinh mã LDPC suy trực tiếp từ ma trận kiểm tra Xây dựng ma trận kiểm tra chẵn lẻ mã LDPC mục tiêu Mơ hình hóa, xây dựng kịch mơ kết mô TÀI LIỆU THAM KHẢO 5G RF 2nd Qorvo Special Edition by David Schnaufer, Tuan Nguyen, Ben Thomas, Alexis Mariani, Paul Cooper, Bror Peterson, Phil Warder 2a_Channel Coding Techniques for Wireless Communications (K Deergha Rao - 2015) V2 R1-1710485 Rate Matching for NR LDPC codes R1-1710045 IR-HARQ scheme for NR LDPC codes R1-1710487 LDPC Code Design for Base Graph #1 Efficient QC-LDPC Encoder for 5G New Radio Analysis of 5G LDPC Codes Rate-matching Design Mã số đề tài 14 38 ... thông tin di động 5G Chương 2: Cung cấp tổng quan ngắn gọn đặc điểm mã QC -LDPC 5G NR Chương 3: Một số kênh pha đinh điển hình thơng tin di động 5G ,mơ hình hóa mơ hiệu mã LDPC thông tin di động 5G. .. KÊNH PHA ĐINH ,MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG MỘT SỐ KÊNH PHA ĐINH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 3.1: Một số kênh pha đinh thông tin di động 5G 3.1.1: Mơ hình kênh Tepped Delay Line (TDL) Các mơ hình TDL cho. .. - 29 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KÊNH PHA ĐINH ,MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG MỘT SỐ KÊNH PHA ĐINH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G? ??……………… - 30 3.1 :Một số kênh pha đinh thông tin di động 5G? ??………………… … - 30 Mã số đề
Ngày đăng: 04/12/2021, 19:10
Xem thêm:
