BÀI TIỂU LUẬN NHÓM MÔN HỌC NGUYÊN LÝ TRUYỀN THÔNG MÃ TURBO VÀ ỨNG DỤNG

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÀI TIỂU LUẬN NHĨM MƠN HỌC: NGUN LÝ TRUYỀN THƠNG CHUN ĐỀ: MÃ TURBO VÀ ỨNG DỤNG Sinh viên thực hiện: Lê Khánh Duy Nguyễn Trường Đăng 1853020009 1853020003 Gvhd: Th.s Phan Trịn TP HCM, 24/11/2021 LỜI CAM ĐOAN Nhóm tơi xin cam đoan tiểu luận cơng trình nghiên cứu thân, đúc kết từ trình học tập nghiên cứu thực tiễn thời gian qua Các thông tin số liệu sử dụng tiểu luận cuối kì hồn tồn trung thực Thành phố Hồ Chí Minh năm 2021 Người cam đoan HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM NAM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG HK CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP.Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 11 năm 2021 NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN HỌ VÀ TÊN: Lê Khánh Duy Nguyễn Trường Đăng 1853020009 1853020003 Tên tiểu luận cuối kì: MÃ TURBO VÀ ỨNG DỤNG GIẢNG VIÊN BỘ MÔN ( Ký ghi rõ họ tên) Số thứ tự Họ tên Ghi Lê Khánh Duy Trình bày phần “ Phương pháp khởi động mềm” Tổng hợp bổ sung hồn thiện file báo cáo Tìm tài liệu Nguyễn Trường Đăng Trình bày phần ” Các vấn đề lý thuyết liên quan đến đề tài ” Tìm tài liệu LỜI CẢM ƠN Trong trình làm tiểu luận mơn học này, để hồn thành đề tài theo yêu cầu thời gian quy định nhà trường khoa ĐT-VT HÀNG KHƠNG khơng cố gắng nhóm tơi mà cịn có giúp đỡ, dẫn tận tình thầy PHAN TRỊN Xin chân thành cảm ơn: Thầy Phan Trịn hết lịng giúp đỡ nhóm tơi q trình thực tiểu luận Vì tiểu luận yêu cầu thêm vài phần kiến thức phần mềm MatLab nên nhóm tơi khơng tránh khỏi nghi vấn, thắc mắc nhận giúp đỡ giảng giải tận tình thầy nên vấn đề giải Học viện tạo điều kiện học tập hoàn thành báo cáo tiểu luận cách tốt Trong lần làm tiểu luận với đề tài thầy giao cho, chúng tơi ln cố gắng hồn thành cách tốt nhất, báo cáo khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, dẫn thêm giáo viên hướng dẫn thầy Phan Trịn Q thầy, trường Xin chân thành cảm ơn kính chúc thầy sức khỏe! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… TpHCM, ngày 03 tháng 06 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký tên ghi rõ họ tên) Mục Lục PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài: .2 1.2 Mục tiêu nghiên cứu: 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: 1.4 Phương pháp nghiên cứu: 1.5 Kết cấu đề tài: CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2.1 Khái niệm Tín Hiệu- Tin Tức- Hệ Thống 2.2 Phân loại tín hiệu 2.2.1 Dựa trình biến thiên 2.2.2 Dựa vào hình thái 2.2.3 Dựa lượng .6 2.2.4 Dựa tần số 2.3 Biểu diễn giải tích tín hiệu .7 2.3.1 Biểu diễn liên tục tín hiệu .7 2.3.2 Biểu diễn rời rạc tín hiệu .8 2.3.3 Tính đối xứng hàm hệ số khai triển chuỗi Fourier .13 CHƯƠNG 3: TÍN HIỆU XÁC ĐỊNH 18 3.1 Tín hiệu xác định 18 3.1.1 3.2 3.1.1.1 Tích phân tín hiệu 18 3.1.1.2 Giá trị trung bình tín hiệu .19 3.1.1.3 Năng lượng tín hiệu .19 3.1.1.4 Cơng suất trung bình tín hiệu 20 Tín hiệu xác định thực phức 20 3.2.1 Tín hiệu xác định thực 20 3.2.1.1 Tín hiệu lượng .20 3.2.1.2 Tín hiệu có cơng suất trung bình hữu hạn .22 3.2.1.3 Tín hiệu phân bố 24 3.2.2 3.3 Các thông số tín hiệu xác định 18 Tín hiệu xác định phức .25 Phân tích thành phần tín hiệu 25 3.3.1 Phần thực phần ảo 25 3.3.2 Chẵn- Lẻ .25 3.3.3 Một chiều xoay chiều .26 3.4 Phân tích tương quan 26 3.4.1 Khoảng cách tín hiệu 26 3.4.2 Hệ số tương quan 27 3.4.3 Hàm tương quan 27 3.5 3.4.3.1 Tín hiệu lượng .27 3.4.3.2 Tín hiệu công suất 28 Phân tích phổ tín hiệu .29 3.5.1 Phổ tín hiệu lượng 30 CHƯƠNG 4: TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN 33 4.1 Khái niệm .33 4.2 Biến ngẫu nhiên X(A) 34 4.3 Quá trình ngẫu nhiên: X(A,t) 35 4.4 Mật độ phổ công suất .36 4.5 Truyền tín hiệu qua hệ thống tuyến tính 37 4.5.1 Tín hiệu định .37 4.5.2 Tín hiệu ngẫu nhiên 37 4.5.3 Truyền không biến dạng lọc ý tưởng 37 PHẦN II: KẾT LUẬN 38 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 38 3.1 Tổng kết đề tài: 38 3.1 Đề xuất kiến nghị 38 LỜI NÓI ĐẦU ẦỔỀỀ ỚỆ 1.1 Lý chọn đề tài: 1.2 Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu nhóm chúng tơi trình bày rõ nội dung: 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - 1.4 Đối tượng nghiên cứu: Các kiến thức liên quan đến đề tài Phạm vi nghiên cứu: Nằm phạm vi mà qua trình thầy Phan Trịn giảng dạy nhóm tơi tiếp thu với nghiên cứu mà thầy hướng dẫn tìm hiểu thêm ngồi giảng lớp Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu kiến thức có sẵn mà thầy Phan Trịn hướng dẫn, bên cạnh nghiên cứu thêm kiến thức mạng sách liên quan tới môn học” Nguyên Lý Truyền Thông” 1.5 Kết cấu đề tài: Đề tài bao gồm phần chương: Phần 1: Tổng quan đề tài Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Các khái niệm Chương 3: Tín hiệu xác định Chương 4: Tín hiệu ngẫu nhiên Chương 5: Mã Turbo Ứng Dụng Chương 6: Mô Ứng Dụng Phần 2: Kết luận Chương 7: Kết luận đề xuất kiến nghị ỆẢ 2.1 Khái niệm Tín Hiệu- Tin Tức- Hệ Thống Hình 2.26: Giảng đồ chịm điều chế 16-QAM theo mã antiGray 2.8 Kết luận: Chuỗi tin sau truyền qua kênh truyền giải điều chế (dumodulate) đưa đến giải mã Tín hiệu ngõ giải điều chế ngõ vào giải mã định trình giải mã “ cứng ”hay “mềm ” Bộ giải mã tính tốn giá trị để xét độ tin cậy giá trị cuối định Điều làm giảm khả xẩy lỗi độ lợi mã tổng cộng tăng 2,5 dB so với giải mã cứng mơi trường có SRN thấp Tuy nhiên, để đạt độ lợi mã giải mã mềm có độ phức tạp cao nhiều so với giải mã cứng Với khả tính tốn chíp vi xử lý hay chíp DSP với khối lượng nhớ ngày phức tạp giải mã mềm khơng cịn vấn đề lớn xu hướng giới sử dụng giải mã mềm, chí giải mã lại cho loại mã khối mã tích chập truyền thống phương pháp giải mã mềm Chương 3: MÔ PHỎNG MÃ HÓA TURBOCODE 3.1 Khảo sát chất lượng hệ thống LTE 4G 3.1.1 Tham số mô tốn đầu vào  Số kênh numSubchan=16  Kích thước hoán vị=768(inline=768/4=192)  Số lần lặp numIter =  Điều chế đường xuống 16QAM  Tốc độ mã R=1/2, 3/4  Mô thực kênh AWGN  Mục tiêu tham số đầu ra: Tham số đầu hình mơ BER trục tung phản ánh tỉ lệ lỗi bit kênh truyền, Eb/N0(dB) trục hồnh phản ánh tỉ lệ tín/tạp Mục tiêu việc mô để đánh giá Phẩm chất mã Turbo chịu ảnh hưởng của: tốc độ mã, số lần giải mã lặp, cách thức hóan vị khác cho tỉ lệ BER khác Mục đích việc mong muốn tối ưu tất ảnh hưởng đưa mã Turbo có tỉ lệ BER thấp  Cách thực mô phỏng: Sử dụng phần mềm Matlab Thực mô sử dụng công cụ khối chức (funtion & device block) phần mềm mô Matlab Simulink (theo hình phụ lục 1,2).Và (phần phụ lục:lập trình Matlab) 3.1.2 Kết mô Kết mô turbo gốc không sử dụng inline, điều chế 16QAM, tốc độ mã R=1/2 Hình 3.1: Khơng có inline, tốc độ mã R=1/2, điều chế 16QAM Kết mô turbo sử dụng inline, điều chế 16QAM, tốc độ mã R=1/2 Hình 3.2: Có inline, tốc độ mã R=1/2, điều chế 16QAM Kết mô turbo gốc không sử dụng inline, điều chế 16QAM, tốc độ mã R=3/4 Hình 3.3: Khơng có inline, tốc độ mã R=3/4, điều chế 16QAM Kết mô turbo sử dụng inline, điều chế 16QAM, tốc độ mã R=3/4 Hình 3.4: Có inline, tốc độ mã R=3/4, điều chế 16QAM 3.2 phân tích kết mơ  Gán nhãn tín hiệu, tốc độ mã R=1/2, có sử dụng inline, điều chế 16QAM kết mô cho thấy đường d0d1 có lợi cơng suất Eb/N0(dB) so với cách khác tỷ lệ BER  Ở tốc độ mã R=3/4, có sử dụng inline không dùng inline, điều chế 16QAM kết mô cho thấy đường gần tương đương nguyên nhân chiều dài hoán vị chưa đủ lớn, dẫn tới chưa thể độ lợi tỷ lệ BER  Số lần giải mã lặp nhiều tốt  Dùng inline trường hợp mã tốc độ 1/2 kết hợp với cách ánh xạ khác đem lại độ lợi định  Dùng inline trường hợp mã tốc độ 3/4 kết hợp với cách ánh xạ khác chưa đem lại độ lợi chiều dài hoán vị chưa đủ lớn  Lựa chọn điều kiện làm việc mã Turbo  Phẩm chất mã Turbo chịu ảnh hưởng của: tốc độ mã, số lần giải mã lặp, cách thức hóan vị, cách thức ánh xạ … 3.3 Kết luận:  Khi lựa chọn cách thức làm việc kết hợp nhiều tham số để có nhiều phương án đáp ứng với yêu cầu dịch vụ  Bộ hóan vị inline lựa chọn tốt cho việc giảm thiểu thời gian giải mã  Hướng nghiên cứu mong muốn tiếp theo: Nghiên cứu mã Turbo với nhiều phương pháp hoán vị giả ngẫu nhiên phong phú, môi trường pha-đinh KẾT LUẬN Nghiên cứu phân tích thiết kế mã hóa giải mã turbo code sơ đồ mã hóa kênh áp dụng 4G LTE chuẩn hóa Cụ thể vấn đề sau:  Tổng quan LTE, thách thức số phương pháp then chốt để khắc phục thách thức truyền dẫn tốc độ cao LTE  Các lý thuyết mã hóa kênh số phương pháp mã hóa kênh phổ biến chuẩn hóa tổ chức 3GPP, 3GPP2  Phân tích sơ đồ mã hóa kênh 4G LTE Thực mô đánh giá chất lượng sơ đồ mã hóa turbo 4G LTE Hướng nghiên cứu đề tài tìm hiểu sâu mã LDPC nghiên cứu tính khả thi việc thay mã turbo phương pháp mã hóa 4G LTE, có lẽ vấn đề nhà nghiên cứu, nhà sản xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Phạm Anh Dũng: “Thông tin di động 3G”, Học viện Công nghệ BCVT, NXB Bưu điện [2] C Berrou, A Glavieux and P Thitimajshima, “Near Shannon Limit ErrorCorresting Coding and Decoding: Turbo codes”, in Proc 1993 Inter Conf Commun, 1993, PP 1064-1070 [3] Branka Vucetic, Jinhong Yuan: “Turbo codes: principles and applications”, Kluwer Academic Puglishers [4] X Li and J A Ritcey, “Bit-interleaved Coded Modulation with Iterative Ecoding,” IEEE Commun Lett., vol 1, pp 169–171, Nov 1997 [5] Tiêu chuẩn TS 36.212 V9.2.0 (2010-06) tổ chức 3GPP PHỤ LỤC Phụ lục 1: Khối mô turbo không sử dụng inline LUẬN VĂN CAO HỌC Phụ lục 2: Khối mô turbo sử dụng inline PHỤ LỤC: LẬP TRÌNH CODE_MATLAB Code_Hốn vị CTC function [CTC_int] = hoanviCTC(numSubchan,codingratio) % Generation of the interleaver for the CTC % Writen by DT Tuan % L a s t m o d i f i e d M a r c h , i f c o d i n g r a t i o = = / P0 = 11; N = n u m S u b c h a n * ; e l s e i f B = * [ : : N ] ; c o d i n g r a t i o f o r = = j / = P0 = 13; N = n u m S u b c h a n * ; e l s e ; end v e c _ i n A = * [ : : N ] ; v e c _ i n : N if m o d ( j , ) = = t e m p = v e c _ i n A ( j ) ; v e c _ i n A ( j ) = v e c _ i n B ( j ) ; o d ( P * j + P + , N ) ; end % v e c _ i n B ( j ) = t e m p ; e n d e n d for j = 1:N r e m = m o d ( j , ) ; s w i t c h r e m case 0, P = 0; case 1, P = 0; case 2, P = N/4; case 3, P = 5*N/4; otherwise ; e n d N e w I n d e x ( j ) = m F i n a l i n t e r l e a v e r s y s _ i n t ( * N e w I n d e x + ) = v e c _ i n A ; s y s _ i n t ( * N e w I n d e x + ) = v e c _ i n B ; C T C _ i n t ( s y s _ i n t ) = [ : : N * ] ; C T C _ i n t = s y s _ i n t ' ; Code_Hoán vị modulator function [MOD_int] = hoanviMod(cpc,fram eLen) % Generation of the interleaver for modulator % Writen by DT tuan % L a s t m o d i f i e d M a r c h , s = c e i l ( c p c / ) ; for k = 0:frameLen-1 mk = (frameLen/ 12)*mod(k, 12) + floor(k/12); temp(k+1) = s*floor(mk/ s) + mod(mk + frameLen - floor(12*mk/frameLen),s)+1; end M O D _ i n t ( t e m p ) % The simulation of the convolutional turbo code % used as the option for channel coding in LTE % with 16qam c l e a r = a l l % setting trellises for the component RSCs trellisA = struct('numInputSymbols', 4, 'numOutputSymbols', 8, 'numStates', 8, 'nextStates',[0 3;4 7;1 2;5 6; 5;2 1;7 4;3 0], 'outputs',[ 6; 6; 7; [ : : l e n g t h ( t e m p ) ] ; M O D _ i n t = M O D _ i n t ' ; C o d e _ S i m u l i n k T u r b o L T E LUẬN VĂN CAO HỌC 7; 7; 7; 6; 6]); % setting trellis for the outer decoder trellisB = struct('numInputSymbols', 4, 'numOutputSymbols', 2, 'numStates', 8, 'nextStates',[0 3;4 7;1 2;5 6; 5;2 1;7 4;3 0], 'outputs',[ 1 0; 1 0; 0 1; 0 1; 0 1; 0 1; 1 0; 1 0]); % Generation of the signal vector qamPoints = [-3+3j, -1+3j, 1+3j, 3+3j, -3+1j, -1+1j, 1+1j, 3+1j, -3-1j, -1-1j, 1-1j, 3-1j, -3-3j, -1-3j, 1-3j, 3-3j]/sqrt(10); mappingRule = [13 14 16 15 10 12 11 7]; Es = 10; %mappingRule = [13 14 10 16 15 12 11 7]; Es = 10; %mappingRule = [1 10 12 11 13 14 16 15]; Es = 10; %mappingRule = [8 15 16 10 11 14 12 13 1]; Es = 10; Label = qamPoints(mappingRule); % computing the coding rate puncVec = [1 1 1]'; % rate 1/2 %puncVec = [1 1 1 1 0]'; % rate = 3/4 codingratio = (1/2)*length(puncVec)/sum(puncVec); % parameters setting numSubchan = 16; % number of subchannels codebitpercar = 4; % 16qam [CTC_int] = hoanviCTC(numSubchan,codingratio); % CTC interleaver dataLen = length(CTC_int); % The Information Block Length frameLen = dataLen/codingratio; % The modulation block length [MOD_int] = hoanviMod(codebitpercar,frameLen); [aa hoanvi] = sort(rand(frameLen/4,3)); hoanvi1 = hoanvi(:,1); hoanvi2 = hoanvi(:,2);hoanvi3 = hoanvi(:,3); % setting for computation of SNR codeRate = codingratio*codebitpercar; EbN0Vec = [2:1:8]; % Simulation SNR range BERVec = []; % The bit error probability % Simulation setup opts = simset('SrcWorkspace','Current','DstWorkspace','Current'); numIter = 8; % The number of iterations ter = 6e8; % The maximum nunber of generated bits %SF = 0; % no feedback SF = 1; % with feedback scale = [0:1:10]/10; % Iteration in SNR for n=1:length(EbN0Vec) EbN0dB = EbN0Vec(n); noiseVar=1/((codeRate)*(10.^(EbN0dB/10))); % Noise Variance if EbN0dB