Chúng ta sắp xếp ánh xạ lên các điểm trên biểu đồ chòm sao với mục đích tìm được cách bố trí khoảng cách các cặp bit thích hợp, sao cho các bit đầu ra của máy mã turbo sau khi qua bộ “inline” có cải thiện về độ lợi công suất Eb/N0(dB) ở cùng một tỷ lệ BER.
Một cách tổng quát, gọi danh sách có thứ tự (một véc-tơ) của các giá trị cự ly bit 1 2
( ) [ , , , m]
E d dE E dE
d của một phép gán nhãn nhị phân [ , ]S m lên chòm sao tín hiệu S với M 2m điểm tín hiệu là Hồ sơ cự ly bit (Distance Profile - DP) của phép gán nhãn nhị phân đó. Mỗi nhãn nhị phân của điểm tín hiệu 16QAM có 4 bit nên khi hoán vị các bit này ta có được một gán nhãn nhị phân khác. Do việc thay đổi vị trí của bit trong nhãn chỉ dẫn đến thay đổi thứ tự trong Hồ sơ cự ly bit nên nếu không tính đến hoán vị thì Hồ sơ cự ly bit là không thay đổi. Tuy nhiên, nếu trong sơ đồ BICM-ID sử dụng bộ hoán vị từng dòng thì việc hoán đổi vị trí bit trong nhãn tương ứng với việc truyền bit tin hay bit dư qua kênh nhị phân tương đương có cự ly bit lớn hơn hay nhỏ hơn. Như vậy, kiểu gán nhãn nhị phân (ví dụ như ánh xạ Gray hay ánh xạ phân hoạch tập) làm thay đổi các giá trị cự ly trong Hồ sơ cự ly bit, còn hoán đổi vị trí bit sẽ xác định vị trí của từng dòng bit trên đầu ra của máy mã chập trong nhãn nhị phân của điểm tín hiệu điều chế.
Nhìn trên Hình 4.5 ta thấy mỗi vị trí bit có khoảng cách, hay còn gọi là cự ly bit khác nhau. Cụ thể, theo mã Gray cơ bản của WiMax, ta có d1=d3>d2=d4 . Để tiện theo dõi, chúng ta ký hiệu rằng phép ánh xạ này có mô hinh cự ly bit là H-L-H-L (High- Low-High-Low). Tương ứng, các bit A và Y1 sau máy mã turbo được gán tới bit có cự
ly bit lớn hơn so với các bit B và Y2. Chúng ta sẽ thử thay đổi thành một số cách gán khác nhau. Các cách thay đổi như dưới đây.
1. Mã Gray Cách thứ nhất: d1d3 d2d4=> [13 14 9 10 16 15 12 11 1 2 5 6 4 3 8 7] Hình 4.6: Ánh xạ theo mô hình H-H-L-L Cách thứ hai: d1d2d4d3 => [13 16 14 15 9 12 10 11 1 4 2 3 5 8 6 7] Hình 4.7: Ánh xạ theo mô hình H-L-L-H
Theo cách thứ nhất chúng ta có mô hình H-H-L-L (Hình 4.6). Nghĩa là hai dòng bit mang tin được gán tới các bit trong nhãn nhị phân mà có cự ly bit lớn hơn. Theo cách thứ hai, ta có mô hình H-L-L-H (hình 4.7). Kết quả mô phỏng sau này cho thấy hệ thống với gán nhãn theo mô hình H-H-L-L cho chất lượng tốt hơn là H-L-H-L hay H-L-L-H. Tuy nhiên sự cải thiện là không đáng kể do chúng chỉ là các biến thể (bằng hoán vị trong nhãn nhị phân) của ánh xạ Gray. Trong luận văn chúng tôi thử nghiệm một phiên bản của gán nhãn Anti-Gray.
Vectơ ánh xạ là [1 2 4 3 5 6 8 7 9 10 12 11 13 14 16 15]. Cách gán nhãn được thể hiện trên hình 4.8.
Hình 4.8: Biểu đồ chòm sao điều chế 16QAM theo mã Anti-Gray 4.2 Khảo sát chất lượng hệ thống WiMAX BICM-ID 4.2 Khảo sát chất lượng hệ thống WiMAX BICM-ID
4.2.1 Tham số mô phỏng
Số kênh con numSubchan=16
Kích thước bộ hoán vị=768(inline=768/4=192)
Số lần lặp numIter = 8
Điều chế 16QAM
Tốc độ mã R=1/2, 3/4
Mô phỏng được thực hiện trên kênh AWGN
4.2.2 Kết quả mô phỏng
1. Kết quả mô phỏng bộ turbo gốc khi không sử dụng bộ inline, điều chế 16QAM-BICM-ID, tốc độ mã R=1/2
Hình 4.8: Không có inline, tốc độ mã R=1/2, điều chế 16QAM
2. Kết quả mô phỏng bộ turbo khi sử dụng bộ inline, điều chế 16QAM-BICM- ID, tốc độ mã R=1/2
3. Kết quả mô phỏng bộ turbo gốc khi không sử dụng bộ inline, điều chế 16QAM-BICM-ID, tốc độ mã R=3/4
Hình 4.10: Không có inline, tốc độ mã R=3/4, điều chế 16QAM
4. Kết quả mô phỏng bộ turbo khi sử dụng bộ inline, điều chế 16QAM-BICM- ID, tốc độ mã R=3/4
Hình 4.11: Có inline, tốc độ mã R=3/4, điều chế 16QAM
4.3 phân tích kết quả mô phỏng
Phương pháp sử dụng bộ inline là đơn giản hơn cho nên tốc độ hoán vị bit và giải hoán vị là nhanh hơn so với bộ hoán vị bit được dùng cho chuẩn IEEE 802.16e-2009 đáp ứng được vấn đề thời gian thực (Real time).
Gán nhãn tín hiệu, ở tốc độ mã R=1/2, có sử dụng bộ inline, điều chế 16QAM- BICM-ID kết quả mô phỏng cho thấy đường H-H-L-L cho chất lượng tốt hơn H-L-H-L hay H-L-L-H về công suất Eb/N0(dB) ở cùng một tỷ lệ BER.
Ở tốc độ mã R=3/4, có sử dụng bộ inline và không dùng bộ inline, điều chế 16QAM-BICM-ID kết quả mô phỏng cho thấy các đường gần tương đương nhau nguyên nhân chiều dài bộ hoán vị chưa đủ lớn, dẫn tới chưa thể hiện được độ lợi về tỷ lệ BER.
Áp dụng nguyên lý BICM-ID vào WiMAX cho thấy chất lượng tốt hơn so với mô hình WiMAX không sử dụng nguyên lý BICM-ID.
Mô hình BICM-ID là đơn giản thích hợp không chỉ cho mã turbo mà còn thích hợp cho các cấu trúc mã khác.
KẾT LUẬN
WiMAX di động là công nghệ không dây băng rộng trong đó được sử dụng nhiều công nghệ tiên tiến như kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM, các kỹ thuật anten MIMO, kỹ thuật sửa lỗi…để nâng cao tốc độ truyền tin cũng như cải thiện chất lượng truyền tin trong môi trường vô tuyến khắc nhiệt. Trong phạm vi đề tài này tác giả chỉ khảo sát và đánh giá chất lượng mã turbo sử dụng trong công nghệ WiMAX di động cụ thể hơn là khảo sát, cải tiến một số phương pháp và áp dụng nguyên lý BICM-ID.
Lớp vật lý của WiMAX là rất phong phú và có tính mềm dẻo và có tính thích nghi cao như: sử dụng các bộ mã khác nhau mã chập, mã khối, mã turbo, mã LDPC…sử dụng điều chế đa mức, áp dụng nguyên lý BICM-ID. Để có được hiệu quả cao tác giả đã sử dụng một số phương pháp nhau như: thay đổi phương pháp hoán vị, phương pháp gán nhãn tín hiệu nhị phân, thay đổi tốc độ mã…để có độ lợi tỷ lệ BER.
Kết quả thu được thông qua việc mô phỏng cho thấy về cơ bản khi thay đổi phương pháp hoán vị kết hợp với gán nhãn tín hiệu có áp dụng nguyên lý BICM-ID là có cải thiện về độ lợi về tỷ lệ BER.
Kết quả nghiên cứu đã góp phần vào con đường phát triển chung của công nghệ không dây nói chung và của WiMAX nói riêng.
Hướng nghiên cứu trong thời gian tới.
Đánh giá chất lượng bộ mã turbo chập(CTC) trong kênh Fading từ đó đưa ra khuyến nghị đối với việc triển khai công nghệ WiMAX ở Việt Nam.
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Phạm Anh Dũng: “Thông tin di động 3G”, Học viện Công nghệ BCVT, NXB
Bưu điện.
[2] Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình: “Nâng cao chất lượng hệ thống
OFDM bằng BICM-ID”.
[3] C. Berrou, A. Glavieux and P. Thitimajshima, “Near Shannon Limit Error-Corresting
Coding and Decoding: Turbo codes”, in Proc. 1993 Inter. Conf. Commun, 1993, PP. 1064-1070.
[4] IEEE 802.16e-2004: “IEEE Standard for local and metropolitan area networks, Part
16: Air Interface for Fixed Broadboand Wireless Access Systems”, June 2004.
[5] IEEE 802.16e-2005: “IEEE Standard for local and metropolitan area networks, Part
16: Air Interface for Fixed Broadboand Wireless Access Systems”, December 2005.
[6] IEEE 802.16e-2009: “IEEE Standard for local and metropolitan area networks, Part
16: Air Interface for Fixed Broadboand Wireless Access Systems”, 29 May 2009.
[7] Rizwan Asghar and Dake Liu: “Low Complexity Multi Mode Interleaver Core for
WiMAX with Support for Convolutional Interleaving”.
[8] Ahmed Ebian, Mona Shokair, and Kamal Awadalla: “Comparison between Turbo
Code and Convolutional Product Code (CPC) for Mobile WiMAX”.
[9] C. Heegard and S. Wicker: “Turbo Coding”, Kluwer Academic Publishers, 1999.
[10] A. J. Viterbi, and J. K. Omura: “Principles of Digital Communication and Coding”,
McGraw-Hill, New York, 1979.
[11] R. G. Gallager: “Information Theory and Reliable Communications”, John Wiley,
1968.
[12] Jeffrey G. Andrews, Arunabha Ghosh, Rias Muhamed: “Fundamentals of WiMAX
understanding Broadband Wireless Networking”.
[13] Branka Vucetic, Jinhong Yuan: “Turbo codes: principles and applications”, Kluwer
Academic Puglishers.
[14] X. Li and J. A. Ritcey, “Bit-interleaved Coded Modulation with Iterative Ecoding,”
IEEE Commun. Lett., vol. 1, pp. 169–171, Nov. 1997.
[15] “A soft-input soft-output APP module for iterative decoding of concatenated codes,”
[16] G. Ungerboeck, “Channel coding with multilevel/phase signals,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 28, pp. 56–67, Jan. 1982.
[17] E. Zehavi, “8-PSK trellis codes for a Rayleigh fading channel,” IEEE Trans.
Commun., vol. 40, pp. 873–883, May 1992.
[18] G. Caire, G. Taricco, and E. Biglieri, “Bit-interleaved coded modulation,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 44, pp. 927–946, May 1998.