0.10.1Đặt vấn đề
Trong cỏc hệ thống BICM-ID việc giải mó thường dựng thuật toỏn Log-MAP, tuy nhiờn Log-MAP cú một nhược điểm là yờu cầu ước lượng chớnh xỏc tỉ lệ tớn trờn tạp (SNR). Trờn thực tế để đơn giản người ta dựng hàm Jacobian [33] để biến thuật toỏn Log-MAP thành thuật toỏn Max-Log-MAP đơn giản hơn nhiều. Tuy đơn giản và ớt bị ảnh hưởng hơn đối với sai số ước lượng SNR, việc lấy xấp xỉ theo hàm Jacobian làm cho Max-Log-MAP thua kộm Log-MAP về chất lượng giải mó. Trong trường hợp này cú thể dựng hệ số chuẩn húa để bự cho sự giảm sỳt chất lượng với một sơ đồ giải mó đơn giản hơn rất nhiều.
Trong [1], [4] đó chỉ ra rằng trong sơ đồ BICM-ID sử dụng cỏc ỏnh xạ thụng thường với SF=0.55 đó cải thiện đỏng kể chất lượng của thuật toỏn Max-Log-MAP, đặc biệt ở vựng thỏc lỗi. Đến đõy vấn đề đặt ra là khi sử dụng sơ đồ BICM-ID điều chế đa chiều (2D, 3D, 4D) cho ghi từ thỡ ảnh hưởng của
hệ số chuẩn hoỏ SF tới chất lượng giải mó bằng giải thuật Max - Log - MAP như thế nào? Hệ số chuẩn hoỏ SF thớch hợp tỡm được trong [1], [4] cú thay đổi theo mỗi phương phỏp điều chế hay khụng, cỏc cõu hỏi đặt ra trờn đõy cú thể được giải đỏp bằng cỏc kết quả mụ phỏng.
Để giới hạn phạm vi bài toỏn mụ phỏng (chọn ra giỏ trị của hệ số SF tốt nhất cho cỏc trường hợp điều chế đa chiều với cỏc khụng gian khỏc nhau cho kỹ thuật BICM -ID) ta thực hiện mụ phỏng đỏnh giỏ tỷ lệ xỏc suất lỗi bớt trong trường hợp thay đổi giỏ trị hệ số SF từ 0,1ữ1.2 cho cỏc trường hợp điều chế đa chiều 2D, 3D, 4D ở cỏc tỷ lệ E Nb / 0 =1dB và E Nb/ 0 =1,5dB. Kết quả mụ phỏng được trỡnh bày trờn Hỡnh 3.25.
Hỡnh 3.25 Kết quả mụ phỏng SF từ 0,1ữ1.2 cho cỏc trường hợp điều chế đa chiều (2D, 3D, 4D).
Từ kết quả Hỡnh 3.25 cho ta thấy với tất cả cỏc trường hợp điều chế trong khụng gian 2D, 3D và 4D, khi hệ số chuẩn hoỏ SF=0.5ữ0.7 cho ta chất lượng hệ thống là tốt nhất (Pe) nhỏ nhất đối với cả hai trường hợp Eb/N0=1dB và Eb/N0=1,5dB ở cỏc giỏ trị trạng thỏi mó là 4, 16 và 64, đặc biệt chất lượng hệ thống tốt nhất ở lận cận giỏ trị SF=0.55. Đõy là cơ sở cho ta chọn giỏ trị SF để thực hiện đỏnh giỏ chất lượng kờnh ghi từ ở cỏc giỏ trị Eb/N0 khỏc cho cỏc trường hợp điều chế trong cỏc khụng gian 2D, 3D và 4D, cỏc kết quả mụ phỏng này được trỡnh bày trong nội dung tiếp theo của luận ỏn.
0.10.2Đỏnh giỏ hiệu quả của SF tới chất lượng giải mó Max - Log - MAP trong sơ đồ BICM - ID điều chế đa chiều cho kờnh ghi từ
Việc khảo sỏt ảnh hưởng của sai số ước lượng SNR tới chất lượng giải mó của BICM - ID điều chế đa chiều cho kờnh ghi từ cũng được tiến hành bằng mụ phỏng MATLAB. Với mỗi giỏ trị SNR (đổi từ E NS / 0 sang E Nb/ 0, tớnh theo dB) của kờnh, đồng thời trong quỏ trỡnh thực hiện mụ phỏng nhờ sử dụng kết quả nghiờn cứu về hệ số SF trong [1], [4], luận ỏn chỉ sử dụng hai giỏ trị SF = 0.55 và SF = 1, bộ hoỏn vị bớt cú chiều dài 6000 và số lần lặp bằng 6 để đỏnh giỏ tỏc dụng của hệ số này với cỏc kiểu điều chế khỏc nhau cũng như với cỏc loại mó khỏc nhau cho kờnh ghi từ khi ứng dụng kỹ thuật BICM – ID điều chế đa chiều.
Hỡnh 3.26 Kết quả đỏnh giỏ ảnh hưởng của SF với BICM-ID điều chế 2D cho ghi từ, sử dụng mó RSC 4 trạng thỏi.
Hỡnh 3.27 Kết quả đỏnh giỏ ảnh hưởng của SF với BICM-ID điều chế 2D cho ghi từ, sử dụng mó RSC 16 trạng thỏi.
Hỡnh 3.29 Kết quả đỏnh giỏ ảnh hưởng của SF với BICM-ID điều chế 3D cho ghi từ, sử dụng mó RSC 4 trạng thỏi.
Hỡnh 3.28 Kết quả đỏnh giỏ ảnh hưởng của SF với BICM-ID điều chế 2D cho ghi từ, sử dụng mó RSC 64 trạng thỏi.
Hỡnh 3.30 Kết quả đỏnh giỏ ảnh hưởng của SF với BICM-ID điều chế 3D cho ghi từ, sử dụng mó RSC 16 trạng thỏi.
Hỡnh 3.31 Kết quả đỏnh giỏ ảnh hưởng của SF với BICM-ID điều chế 3D cho ghi từ, sử dụng mó RSC 64 trạng thỏi.
Hỡnh 3.33 Kết quả đỏnh giỏ ảnh hưởng của SF với BICM-ID điều chế 4D cho ghi từ, sử dụng mó RSC 16 trạng thỏi.
Hỡnh 3.32 Kết quả đỏnh giỏ ảnh hưởng của SF với BICM-ID điều chế 4D cho ghi từ, sử dụng mó RSC 4 trạng thỏi.
Từ kết quả mụ phỏng trờn cỏc Hỡnh 3.26 đến Hỡnh 3.34 cho ta nhận xột sau: Đối với cỏc loại mó khỏc nhau (cú số trạng thỏi khỏc nhau), khi sử dụng hệ số chuẩn hoỏ SF=0.55 đều cho chất lượng giải mó theo phương phỏp Max- Log-MAP tốt hơn hẳn so với việc sử dụng hệ số SF=1. Cỏc kết quả này tiệm cận tới chất lượng giải mó theo phương phỏp Log-MAP. Khi tỷ số
0
/ 1.8
b
E N ≥ dBthỡ chất lượng giải mó theo phương phỏp Max-Log-MAP tiệm cận với chất lượng lượng giải mó theo phương phỏp Log-MAP ở cả hai giỏ trị SF=0.55 và SF=1. Khi số trang thỏi mó tăng lờn thỡ chất lượng hệ thống cũng cải thiện rừ ràng hơn.
Túm lại, điều chế nhị phõn là hạn chế chớnh của kờnh ghi từ khụng cho
phộp ứng dụng một cỏch trực tiếp mụ hỡnh BICM-ID cho kờnh ghi từ. Trong Hỡnh 3.34 Kết quả đỏnh giỏ ảnh hưởng của SF với BICM-ID điều chế 4D cho
chương 3 đề xuất coi khối tớn hiệu m bit theo trục thời gian là một vộc-tơ (điểm) tớn hiệu trong khụng gian m chiều, biến điều chế hai điểm tớn hiệu ±1
thành điều chế đa điểm. Với m=2,3, 4 chương 3 đó xõy dựng hệ thống BICM-
ID sử dụng cỏc mó RSC 4, 16, 64 trạng thỏi và cỏc ỏnh xạ Gray, SP, Anti- Gray cho chũm sao tớn hiệu 2D, 3D và 4D. Kết quả mụ phỏng đó chỉ ra rằng hệ thống BICM-ID với cỏc chũm sao tớn hiệu 2D, 3D và 4D đó giới thiệu ở trờn so với điều chế nhị phõn bit-bit truyền thống cho độ lợi mó hoỏ khoảng 2.5~4 dB. Cũng cú tờn gọi là “ỏnh xạ vào siờu khối” [56], nhưng điểm tớn hiệu gốc trong bài bỏo là QPSK khụng phự hợp cho ghi từ và chỉ cú số chiều chẵn. Việc so sỏnh hiệu quả của sơ đồ BICM-ID điều chế đa chiều với sơ đồ san bằng Turbo điều chế nhị phõn là cần thiết và sẽ được bỏo cỏo trong cỏc nghiờn cứu tiếp theo.
Chỉ tiờu thiết kế hệ thống BICM-ID là cực tiểu hoỏ giới hạn trờn theo xỏc suất lỗi bit cho phộp tỡm kiếm hệ thống tổ hợp tốt nhất của mó chập nhị phõn, hoỏn vị bit, và dỏn nhón chũm sao tớn hiệu m chiều. Cỏc ỏnh xạ Phõn hoạch tập và Phản Gray được đề xuất đối với chũm sao tớn hiệu đa chiều và được chứng minh là cú tớnh chất nhất dạng hỡnh học ở mức bớt (BGU), cho phộp đơn giản húa việc ước lượng tỷ lệ lỗi bớt trong quỏ trỡnh so sỏnh để chọn ra cặp mỏy mó – ỏnh xạ tốt nhất.
Kết quả mụ phỏng chỉ ra rằng hệ thống BICM-ID điều chế đa chiều (2D, 3D, 4D) cho ghi từ, nếu mụ hỡnh kờnh ghi được mụ hỡnh húa thành kờnh AWGN tương đương thỡ chỳng ta cú thể sử dụng hệ số chuẩn húa SF (như trong [1], [4]) cho phộp thuật toỏn Max-Log-MAP bự được suy giảm chất lượng so với thuật toỏn Log-MAP trong khi sơ đồ giải mó đơn giản hơn rất nhiều.
KẾT LUẬN A./ Những kết quả chớnh của Luận ỏn
1./ Luận ỏn đó xỏc định một lớp cỏc ỏnh xạ mới cho phộp đơn giản hoỏ việc phõn tớch và đỏnh giỏ chất lượng của hệ thống BICM-ID. Cỏc cận trờn xỏc suất lỗi bit mới cho hệ thống BICM-ID dựa trờn cơ sở cự li bit của bộ tớn hiệu đó được đề xuất cựng với cỏc kết quả tỡm kiếm mó tốt phự hợp với bộ hoỏn vị từng dũng bit với mó RSC tỷ lệ 1/2 và điều chế 4-PSK. Sự kết hợp giữa bộ mó hoỏ với bộ ỏnh xạ đó mang lại hiệu quả tốt cho hệ thống BICM-ID với cả hoỏn vị tổng thể và hoỏn vị từng dũng bit. Kết quả này được trỡnh bày trong cụng trỡnh nghiờn cứu thứ 1.
2./ Luận ỏn đề xuất một phương ỏn để ỏp dụng nguyờn lý xử lý tớn hiệu của sơ đồ điều chế mó cú hoỏn vị bit và giải mó lặp (BICM-ID) cho ghi từ trờn cơ sở coi vộc-tơ của m dấu nhị phõn { }±1 liờn tiếp như là một điểm trong
tập tớn hiệu đa chiều. Kết quả xõy dựng hệ thống với cả hoỏn vị tổng thể và hoỏn vị từng dũng bit và mụ phỏng với m=2,m=3 và m=4 cho thấy phương phỏp này đạt được tăng ớch mó húa từ (2.5ữ4) dB so với cỏc sơ đồ xử lý từng dấu thụng thường trong khi tốc độ truyền dẫn khụng thay đổi. Trả giỏ là độ phức tạp ở hai khối trong sơ đồ hệ thống, đú là khối điều chế (Biến đổi tuyến tớnh) ở phớa phỏt và khối giải điều chế mềm (Biến đổi tớn
hiệu) ở phớa thu. Kết quả này được trỡnh bày trong cụng trỡnh nghiờn cứu
thứ 2.
3./ Luận ỏn đó trỡnh bày phương phỏp và kết quả tỡm kiếm cặp mỏy mó – ỏnh xạ tốt nhất cho hệ thống BICM-ID sử dụng tớn hiệu nhị phõn trong khụng gian đa chiều. Kết quả này được trỡnh bày trong cụng trỡnh nghiờn cứu thứ 3. 4./ Để giảm độ phức tạp của sơ đồ BICM-ID điều chế đa chiều (2D, 3D, 4D)
cho ghi từ, đề xuất ỏp dụng thuật toỏn Max-Log-Map cho giải mó SISO kết hợp với hệ số chuẩn húa SF (như trong [1], [4]).
B./ Hướng nghiờn cứu tiếp theo
1./ So sỏnh hiệu quả của sơ đồ BICM-ID điều chế đa chiều với sơ đồ san bằng Turbo điều chế nhị phõn.
2./ Từng bước triển khai ứng dụng cỏc kết quả nghiờn cứu vào thực tế (cú thể kết hợp kết quả của nhiều nhúm nghiờn cứu) để gúp phần cải thiện hiệu quả cỏc hệ thống ghi từ trong Quõn đội ta núi riờng và của Việt Nam ta núi chung.
DANH MỤC CÁC CễNG TRèNH ĐÃ CễNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
(1) Trung Kien HOANG, Binh Minh NGUYEN, and The Cuong DINH (2008),” A new concept of Bit Geometrical Uniformity and its application to BICM-ID systems”, Proc. Of the 2008 International
Conference on Advanced Technologies for Communications, pp. 203-
206, Hanoi, Vietnam.
(2) Hoàng Trung Kiờn, Nguyễn Văn Giỏo, Bựi Khắc Thanh, Đinh Thế Cường (10-2010),” Mụ hỡnh BICM-ID điều chế đa chiều cho ghi số”,
Tạp chớ Khoa học và Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quõn sự, ISSN-1859-
0209, tr. 65-74, số 137.
(3) Hoàng Trung Kiờn, Phạm Xuõn Nghĩa, Nguyễn Mạnh Cường, (6-2012), “Kết quả tỡm kiếm cặp mỏy mó - ỏnh xạ tốt nhất cho hệ thống BICM-ID với điều chế nhị phõn trong khụng gian đa chiều”, Tạp chớ Khoa học và
Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quõn sự, ISSN-1859-0209, tr. 67-78, số
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Đinh Thế Cường, Nguyễn Văn Giỏo, Hoàng Trung Kiờn (2006), “Cải thiện chất lượng giải mó - giải điều chế trong hệ thống điều chế mó cú hoỏn vị bit (BICM-ID) bằng hệ số chuẩn hoỏ”, Tạp chớ Khoa học và Kỹ
thuật, Học viện Kỹ thuật Quõn sự, tr. 23-32, số 115.
[2] Nguyễn Bỡnh Minh (1996), “Nghiờn cứu xõy dựng mó xoắn theo tiờu
chuẩn xỏc suất lỗi“, Luận ỏn Tiến sĩ kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quõn
sự.
[3] Nguyễn Văn Giỏo (2010), “Nghiờn cứu cải thiện chất lượng hệ thống
BICM-ID trong thụng tin vụ tuyến”, Luận ỏn Tiến sĩ kỹ thuật, Học viện
Kỹ thuật Quõn sự.
[4] Trần Xuõn Nam, Lờ Bảo Hà, Hoàng Trung Kiờn, Nguyễn Vĩnh Hạnh (2007), “Khảo sỏt ảnh hưởng của sai số ước lượng SNR tới chất lượng giải mó log-Map và biện phỏp khắc phục”, Tạp chớ Khoa học và Kỹ
thuật, Học viện Kỹ thuật Quõn sự, tr.96-103, số 118.
Tiếng Anh
[5] Benedetto. S, Marsan. M. A, Albertengo. G, and Giachin. E (March 1988), “Combined coding and modulation: theory and applications”,
IEEE Trans. Inform. Theory Vol. 34, pp. 223-236.
[6] Benedetto. S, Garello. R, Mondin. M, and Montorsi. G (Nov. 1993), “Geometrically uniform partitions of L MPSKì constellations and related binary trellis codes”, IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 39, pp. 1773- 1798, No. 5.
[7] Berrou. C, Glavieux. A, Thitimajshima. P (1993), “Near Shannon limit error–correcting coding and decoding: Turbo–codes”, Proc. ICC, 1064–1070.
[8] Benedetto. S, Divsalar. D, Montorsi. G, and Pollara. F (Jan. 1997), “A soft-input soft-output APP module for iterativedecoding of concatenated codes”, IEEE Comm. Letters, Vol. 1, pp. 22-24.
[9] Bednarz. P.S, (1997). Decision Feedback Detection for the Digital
Magnetic Recording Channnel. PhD thesis, Stanford University.
[10]Bahl. L, Cocke. J, Jelinek. F, Raviv. J (1974), “ Optimal decoding of linear codes for minimizing symbol error rate”, IEEE Transactions on Information
Theory – TIT, Vol. 20, no. 2, pp. 284-287.
[11]Bertram. H.N (1994), Theory of Magnetic Recording, Cambridge University Press.
[12]Cioffi, J.M (1999), Class Notes on Digital Communication (Part II), Stanford University.
[13]Cideciyan. R, Dolivo. F, Hermann. R, Hirt. W, and Schott. W (Jan. 1992), “A PRML system for digital magnetic recording”, IEEE J. Select.
Areas Commun., vol. 10, pp. 38–56. IMMINK et al.: CODES FOR
DIGITAL RECORDERS 2297
[14]Cideciyan. R. D, Eleftheriou. E, and Mittelholzer. T (July 2002), “Perpendicular and longitudinal recording: A signal processing and coding perspective”, IEEE Trans. Magn., vol.38, no. 4, pp. 1698-1704. [15]Dinh. T. C and Hashimoto. T (Nov. 2000), “A systematic approach to the
construction of bandwidth-efficient multidimentional trellis codes”, IEEE
trans. Commun., vol. 48, no. 11, pp. 1808-1817.
[16]Eleftheriou. E and Hirt. W (June 1996), “Noise Predictive Maximum Likelihood (NPML) detection for the magnetic recording channel”, in
Proc. IEEE ICC’96, pp. 556-560.
[17]Forney. G. David (Sept. 1991), “Geometrically uniform codes”, IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 37, pp. 1241-1260, No. 5.
[18]Forney. G. D, Jr.(May 1972), “Maximum likelihood sequence detection in the presence of intersymbol interference”, IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-18, pp. 363–378.
[19]Forney. G. D (Mar. 1973), “The Viterbi algorithm”, Proc. IEEE, vol. 61, no. 3, pp. 268–278.
[20]Fitzpatrick. K. K, and Modlin. C. S, (1997), Time – varing MTR codes for high density magnetic recording. In Proc IEEE GlobeCom, pages 1250-3, Phoenix.
[21]Gallager. R (1968), Information Theory and Reliable Communication. New York: Wiley.
[22]Garello. R, Montorsi. G, Benedetto. S, Divsala. D, and Pollara. F (Jan. 2002), “Labelings and encoders with the uniform bit error property with application to serially concatenated trellis codes”, IEEE Trans. Inform.
Theory, vol. 48, No. 1, pp. 123-136.
[23]Hochwald. B. M and Brink. S. ten (Mar. 2003), “Achieving Near- Capacity on a Multiple-Antenna Channel”, IEEE Transactions on
Communications, vol. 51, no. 3, pp. 389–399.
[24]Hirt. W (1988), “Capacity and information rates of discrete-time channels with memory”, Ph.D. dissertation (Diss. ETH no. 8671), Swiss Federal Inst. Technol. (ETH), Zurich, Switzerland.
[25]Hirt. W and Massey. J. L (May 1988), “Capacity of the discrete-time Gaussian channel with intersymbol interference”, IEEE Trans. Inform.
Theory, vol. 34, pp. 380–388.
[26]Immink. K.A.S, Siegel. P.H, and Wolf. J.K (6-1998), “Codes for Digital Recoders”, IEEE Trans on Inforomation Theory, Vol 44, No 6.
[27]Kobayashi. H (Jan. 1971), “Application of probabilistic decoding to digital magnetic recording systems”, IBM J. Res. Develop., vol. 15, pp. 65–74.
[28]Kobayashi. H (Sept. 1971), “Correlative level coding and maximum- likelihood decoding”, IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-17, pp. 586– 594.
[29]Kobayashi. H and Tang. D. T (July 1970), “Appliction of partial-response channel coding to magnetic recording systems”, IBM J. Res. Develop., vol. 14, pp. 368–375.
[30]Kretzmer. E. R (Feb. 1966), “Generalization of a technique for binary data transmission”, IEEE Trans. Commun. Technol., vol. COM-14, pp. 67–68.
[31]Krishnan, Radhakrishnan. R, and Vasic. B (Dec. 2009), “LDPC decoding strategies for two-dimensional magnetic recording”, in Proc. IEEE
Global Telecommunications Conference , Honolulu, Hawaii.
[32]Karabed. R, and Siegel. P, (1991). Matched spectral-null codes for partial response channels. IEEE Trans Inform Theory, 37(3): 818-55.
[33]Li. X and Ritcey. J (May 1998), “Bit-interleaved coded modulation with iterative decoding using soft feedback”, Electronic Letters, vol. 34, no. 10, pp. 942–943.
[34]Li. X, Chindapol. A, and Ritcey. J. A (Nov. 1997), "Bit-Interleaved coded modulation with iterative decoding 8PSK”, IEEE Commun.Letters,, vol. 1, pp. 169-171.
[35]Massey. J. L (March, 1974), “Coding and modulation in digital communications”, in Proc. of international Zurich Seminal on digital
communications.
[36]Mai Quoc Khanh, Dinh The Cuong and Hashimoto Takeshi (March 2011), “On construction of Bit-Interleaved Coded Modulation systems with Iterative Decoding”, Journal of Electronics of Vietnam, no. 1.
[37]Moon. J, and Brickner. B, (1996). Maximum transition run codes for data storage systems. IEEE Trans Magn, 32(5): 3992-4
[38]Nishiya. T, Tsukano. K, Hirai. T, Nara. T, and Mita. S, (1998). Turbo- EEPRML; An EEPR4 channel with an error correcting post – processcor.
In Proc IEEE GlobeCom, pages 2706-11, Sydney.
[39]Nilsson Anders, and Aulin Tor M (May 2005), “On in-line bit interleaving for serially concatenated systems”, in Proceedings of IEEE
International Conference on Communication (ICC), Seoul, South Korea.
[40]Nguyen Binh Minh and Dinh The Cuong (Nov. 2002), “A Tight upper
bound on the bit error probability of convolutional codes”, 8th Vietnam conference on Radio & Electronics (REV02).
[41]Piramayanagam. S. N and Srivinasan. K (May 2008), “Recording media research for future hard disk drives”, J. Magnetism and Magnetic
Materials, pp. 485-494.
[42]Richter. H. J (Apr. 2007), “The transition from longitudinal to perpendicular recording”, J. Phys. D.: Appl. Phys., no. 40, pp R149- R177.
[43]Richter. H, Dobin. A, Heinonen. O, Gao. K, Veerdonk. R, Lynch. R, Xue. J, Weller. D, Assclin. P, Erden. M and Brockie. R (Oct. 2006),