2.5 .2Giải mã tổng tích
3.1 :Một số kênh phađinh trong thông tin di động 5G
3.1.1: Mơ hình kênh Tepped Delay Line (TDL)
Các mơ hình TDL cho các đánh giá đơn giản, ví dụ, cho các đánh giá khơng phải MIMO, được xác định cho tồn dải tần số từ 0,5 GHz đến 100 GHz với băng thơng tối đa là 2 GHz. Ba mơ hình TDL, cụ thể là TDL-A, TDL-B và TDL-C, được xây dựng để đại diện cho ba cấu hình kênh khác nhau cho NLOS trong khi TDL-D và TDL-E được xây dựng cho LOS.
Phổ Doppler cho mỗi vịi được đặc trưng bởi hình dạng phổ (Jakes) cổ điển và dịch chuyển Doppler cực đại.Do sự hiện diện của đường dẫn LOS, lần nhấn đầu tiên trong TDL-D và TDL- E theo sau Ricean mờ dần phân bổ. Đối với những vịi đó, phổ Doppler cịn chứa một đỉnh ở độ dịch chuyển Doppler fS = 0,7 fD với biên độ sao cho phân phối mờ dần kết quả có hệ số K xác định.
Mỗi mơ hình TDL có thể được thay đổi tỷ lệ trong thời gian trễ để mơ hình đạt được độ trễ RMS mong muốn theo quy định. Đối với các mơ hình kênh LOS, hệ số K của TDL-D và TDL-E có thể được đặt thành giá trị mong muốn.
3.1.2: Mơ hình kênh Clustered Delay Line (CDL)
Mơ hình CDL (cluster delay line) xác định trong dải tần 0.5 GHz tới 100 GHz với băng thơng tối đa là 2GHz. Có 5 mơ hình CDL trong đó các mơ hình CDL- A,CDL-B,CDL- C được sử dụng trong trường hợp NLOS, cịn 2 mơ hình CDL-D và CDL-E được sử dụng trong trường hợp LOS.
Mỗi một mơ hình CDL có thể điều chỉnh tỷ lệ trễ để mơ hình đạt được độ trễ RMS mong muốn.
Quy trình tạo hệ số kênh bằng mơ hình CDL theo các bước sau:
Bước 1: Xác định các góc n , AOA φ n,m,AOA=φ n, AOA+c ASA α m
là góc phương vị tới của cụm n và theo cụm của các góc đến (cụm ASA) ở trong bảng 2.9 – 2.13, m
góc bù tia trong cụm. Việc tạo AOD ( φn,m,AOD
), ZSA ( θn,m,ZOA
θ
n,m,ZOD ) tương tự như AOA được mô tả ở trên.
Bước 2: Ghép các tia trong một cụm
Ghép góc
θ
n,m,ZOA . Ghép
Đề tài nghiên cứu khoa học
Bước 3: Tỷ lệ công suất phân cực chéo
Tỷ lệ công suất phân cực chéo (XPR) cho mỗi tia m trong mỗi cum n là
Giá trị X trên mỗi cụm đơn vị [dB] cho trong bảng 2.9 – 2.13
Bước 4: Tạo hệ số
Đối với N – 2 cụm yếu nhất, giả sử n = 3, 4,…, N, hệ số kênh được xác định:
P HuNLOS ,s,n (t) M F tx,s, n,m,ZOD F tx,s,
Frx,u,θ và Frx,u,ϕ là trường của anten thu u, Ftx,s,θ và Ftx,s,ϕ là trường của anten phát
s. rˆrx,n,m là vector đơn vị hình cầu với góc ϕn,m,AOA và θn,m,ZOA, xác định
Trong đó n biểu thị một cụm và m thể hiện một tia trong cụm n. rˆtx,n,m
d rx,u vector vị trí của phần tử anten thu u and dtx,s là vị trí vector của anten phát s, n , m tỉ số công suất phân cực chéo, 0 bước sóng tại tần số sóng mang.
Thành phần tần số Doppler phụ thuộc vào các góc tới (AOA, ZOA), UT với
tốc độ v, v , v
v
Đối với 2 cụm mạnh nhất, giả sử n = 1 và 2, các tia lan truyền đến ba cụm con
n,3 n 2.56 cDS
Trong đó c
DS là độ trễ cụm
Đề tài nghiên cứu khoa học
3.2: Mơ hình hóa, kịch bản mơ phỏng, mơ phỏng một số kênh pha đinh điển hình trong thơng tin di động 5G.
3.2.1: Mơ hình hóa và kịch bản mơ phỏng 3.2.1.1: Mơ hình hóa
Hình 3.1: Mơ hình mơ phỏng mức hiệu năng mức liên k
DLSCH: Downlink Shared Channel-Kênh chia sẻ đường xuống. Đây là kênh chung đường xuống để phát số liệu gói. Kênh này được chia sẻ cho nhiều thiết bị người dùng, và được sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao. Q trình mã hóa DL-SCH bao gồm kiểm tra dự phòng theo chu kỳ (CRC), phân đoạn khối mã và CRC, mã hóa kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC), khớp tỷ lệ và ghép khối mã.
PDSCH: Physical Downlink Shared Channel-Kênh vật lý chia sẻ đường xuống. Kênh được sử dụng để mang DLSCH. Trên kênh này ta sẽ điều chế các ký hiệu PDSCH từ các khối truyền tải đã được mã hóa trên kênh DLSCH. Q trình này cho ra các ký hiệu điều chế PDSCH dựa trên cấu hình sóng mang, cấu hình PDSCH đã cho trước và từ mã trên kênh DLSCH.
Precoding: Q trình tiền mã hóa. Trên kênh này ta sẽ tiền mã hóa tín hiệu thu được trên PDSCH. Ta sẽ ánh xạ các ký hiệu PDSCH tới các các lớp một cách trực tiếp, tạo thành lưới tài nguyên.
CP-OFDM: Ta sẽ thực hiện ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có khoảng bảo vệ. Q trình này tạo ra dạng sóng miền thời gian, bằng cách thực hiện điều chế ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) lưới mảng tài nguyên sóng mang cho các tham số cấu hình sóng mang.
Tín hiệu được mã hóa sẽ được đưa qua kênh phađinh CDL hoặc TDL, sau đó được thêm tạp âm Gauss trắng cộng.
Tín hiệu sau đó được đồng bộ thời gian. Có 2 phương pháp đồng bộ thời gian là đồng bộ hoàn hảo và đồng bộ thực tế. Trong phương pháp đồng bộ thực tế, để tìm đỉnh của đáp ứng xung kênh, trước tiên, ta cần cấu trúc lại đáp ứng xung từ đường dẫn kênh thu được và đáp ứng xung của bộ lọc đường dẫn. Ta sẽ thu được độ lệch thời gian ước tính và cường độ đáp ứng xung của kênh. Cịn trong đồng bộ hóa thực tế, ta thu được dạng sóng tham chiếu bằng cách điều chế lưới tài nguyên tham chiếu có chứa các ký hiệu tham chiếu tại các vị trí đươc chỉ định sẵn và sử dụng điều chế OFDM được chỉ định bởi sóng mang.
Giải điều chế CP-OFDM. Tại bước này ta khơi phục mảng tài nguyên sóng mang bằng cách giải điều chế dạng sóng OFDM dựa trên cấu hình sóng mang.
Ước lượng kênh: Có 2 phương pháp ước lượng là ước lượng hoàn hảo và ước lượng thực tế. Để ước lượng kênh hoàn hảo, cần phải cấu trúc lại đáp ứng xung kênh từ độ lợi của đường dẫn kênh và đáp ứng xung của bộ lọc đường dẫn, và thực hiện giải điều chế OFDM; ước lượng kênh hồn hảo khơng tính tới q trình tiền mã hóa ở phía phát. Cịn đối với ước lượng kênh thực tế, ta thực hiện ước tính kênh thực tế trên lưới tài nguyên đã nhận bằng cách sử dụng lưới tài nguyên tham chiếu có chứa các ký hiệu tham chiếu tại các vị trí cho trước và tham số cấu hình sóng mang đã được chỉ định cho một ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM); ước tính kênh thực tế có tính đến q trình tiền mã hóa ở phía phát. Ta thu được ước tính kênh và ước tính phương sai nhiễu. Sau q trình ước lượng kênh, ta cũng sử dụng bộ cân bằng để bù cho những thất thoát trên đường truyền và bộ bù lỗi pha chung.
Giải mã hóa PDSCH: Q trình giải mã trên PDSCH bao gồm demapping các lớp, giải điều chế ký hiệu đã điều chế và giải xáo trộn. Ta giải mã các ký hiệu PDSCH nhận, thu được các bit mềm và các ký hiệu chịm sao cho cấu hình sóng mang và cấu hình PDSCH được chỉ định.
Giải mã hóa DL-SCH: Ta giải mã hóa DL-SCH. Q trình giải mã DL-SCH bao gồm khơi 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 bản mơ phỏng này, ta có sử dụng HARQ để kiểm soát lỗi. Ta cần kiểm tra trạng thái truyền cho quy trình HARQ đã cho để xác định xem có cần truyền lại hay khơng. Nếu khơng cần truyền lại thì ta sẽ tạo dữ liệu mới. Vì vậy, tín hiệu được giải mã sẽ được đưa qua khối CRC để xác định thông lượng ra của hệ thống và cập nhật q trình HARQ.
3.2.1.2: Kịch bản mơ phỏng
Trong mô phỏng này đo thông lượng PDSCH của một kết nối 5G được xác định bởi tiêu chuẩn 3GPP NR.Mô phỏng sẽ kết hợp cả mã hóa LDPC trong 2 mơ hình kênh CDL và TDL. Trong quá trình xử lý dữ liệu của kết nối này, mã hóa LDPC được sử dụng. Ta sẽ so sánh thơng lượng của PDSCH trong mơ hình kênh CDL và TDL(16QAM và 64QAM), từ đó rút ra kết luận về hiệu năng của phương pháp mã hóa LDPC trong hai mơ hình kênh này, cùng với đó là những ưu , nhược điểm trong từng mơ hình.
Mơ hình kênh(channel_model)
Phương thức điều chế (modulationtype)
Số Frame mô phỏng (simParameters.NFrames) SNRIn
Bảng 3.1: Các tham số đầu vào cho chương trình
Đề tài nghiên cứu khoa học
3.2.2: Mô phỏng một số kênh pha đinh trong thông tin di động 5G
Khi sử dụng điều chế 16QAM, mơ hình kênh CDL và TDL: Đối với kênh CDL, tại khoảng SNR từ -20dB đến -10 dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại bằng khơng, tức là khơng có thơng lượng đầu ra; cịn trong khoảng từ -10dB đến 0dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại tăng dần rồi đạt cực đại tại 0dB. Còn với kênh TDL, tại khoảng SNR từ -20dB đến -4dB, khơng có thơng lượng đầu ra; còn trong khoảng từ -4dB đến 12dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại tăng dần rồi đạt cực đại tại 12dB. Ta có thể thấy rằng, trong khoảng SNR từ -10dB đến 12dB, tỉ lệ thơng lượng ra trên thơng lượng cực đại của tín hiệu truyền trên kênh CDL là tốt hơn. Ngoài khoảng này, tỉ lệ trên là như nhau (=0 đối với SNR<-10dB và =1 với SNR>12dB).
Hình 3.2 So sánh thơng lượng đầu ra khi sử dụng mơ hình kênh TDL và
CDL với điều chế 16QAM
Khi sử dụng điều chế 64QAM, mơ hình kênh CDL và TDL: Đối với kênh CDL, tại khoảng SNR từ -20dB đến -8 dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại bằng không, tức là khơng có thơng lượng đầu ra; cịn trong khoảng từ -8dB đến 5dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại tăng dần rồi đạt cực đại tại 5dB. Còn với kênh TDL, tại khoảng SNR từ -20dB đến -2dB, khơng có thơng lượng đầu ra; cịn trong khoảng từ -2dB đến 16dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại tăng dần rồi đạt cực đại tại 16dB. Ta có thể thấy rằng, trong khoảng SNR từ -8dB đến 16dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thơng lượng cực đại của tín hiệu truyền trên kênh CDL là tốt hơn. Ngoài khoảng này, tỉ lệ trên là như nhau (=0 đối với SNR<-8dB và =1 với SNR>16dB).
Hình 3.3 So sánh thơng lượng đầu ra khi sử dụng mơ hình kênh TDL và
CDL với điều chế 64QAM
Đối với mơ hình kênh CDL, việc sử dụng điều chế 16QAM hay 64QAM cũng đem đến những kết quả khác nhau về hiệu năng. Khi sử dụng 16QAM, tại SNR trong khoảng từ -20dB đến -10dB, khơng có thơng lượng đầu ra; cịn với SNR trong khoảng -10dB đên 0dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại tăng dần rồi đạt cực đại tại 0dB. Còn khi sử dụng 64QAM, tại khoảng SNR từ -20dB đến -8 dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại bằng khơng, tức là khơng có thơng lượng đầu ra; còn trong khoảng từ -8dB đến 5dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại tăng dần rồi đạt cực đại tại 5dB. Ta có thể thấy rằng, trong khoảng SNR từ -10dB đến 5dB, tỉ lệ thông lượng đầu ra trên thông lượng cực đại khi sử dụng điều chế 16QAM là tốt hơn. Ngoài khoảng này, tỉ lệ trên là như nhau (=0 đối với SNR<-10dB và =1 đối với SNR>5dB).
Đề tài nghiên cứu khoa học
Hình 3.4 So sánh thơng lượng đầu ra khi sử dụng điều chế 16QAM và 64QAM trên
kênh CDL
Đối với mơ hình kênh TDL, việc sử dụng điều chế 16QAM hay 64QAM cũng đem đến những kết quả khác nhau về hiệu năng. Khi sử dụng 16QAM, tại SNR trong khoảng từ -20dB đến -4dB, khơng có thơng lượng đầu ra; còn với SNR trong khoảng -4dB đên 12dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại tăng dần rồi đạt cực đại tại 12dB. Còn khi sử dụng 64QAM, tại khoảng SNR từ -20dB đến -2dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thơng lượng cực đại bằng khơng, tức là khơng có thơng lượng đầu ra; cịn trong khoảng từ -2dB đến 16dB, tỉ lệ thông lượng ra trên thông lượng cực đại tăng dần rồi đạt cực đại tại 16dB. Ta có thể thấy rằng, trong khoảng SNR từ -4dB đến 16dB, tỉ lệ thông lượng đầu ra trên thông lượng cực đại khi sử dụng điều chế 16QAM là tốt hơn. Ngoài khoảng này, tỉ lệ trên là như nhau (=0 đối với SNR<-4dB và =1 đối với SNR>16dB)
Hình 3.5 So sánh thơng lượng đầu ra khi sử dụng điều chế 16QAM và 64QAM trên
kênh TDL
Kết luận: Qua mơ phỏng này ta có thể rút ra các kết luận sau đây:
Trong phần lớn trường hợp, việc sử dụng mơ hình kênh CDL cho thơng lượng đầu ra tốt hơn. Tuy nhiên, ở những mơi trường có tỉ số tín hiệu trên nhiễu rất lớn hoặc rất nhỏ, khơng có sự khác biệt gì cả. Hơn nữa, mơ hình kênh TDL lại đơn giản hơn CDL. Vì vậy, tùy vào điều kiện mơi trường mà ta lựa chọn mơ hình kênh phù hợp.
Việc sử dụng điều chế 16QAM cho thông lượng đầu ra tốt hơn trong phần lớn trường hợp. Tuy nhiên, ở những mơi trường có tỉ số tín hiệu trên nhiễu rất lớn hoặc rất nhỏ, khơng có sự khác biệt gì cả. Hơn nữa, việc sử dụng điều chế bậc cao hơn (64QAM) hỗ trợ truyền nhiều bit hơn cho mỗi ký hiệu, nhưng đồng thời, việc nhiễu giữa các ký hiệu lại dễ xảy ra hơn. Vì vậy, tùy vào điều kiện mơi trng mà ta chọn phương pháp điều chế phù hợp.
Đề tài nghiên cứu khoa học
KẾT LUẬN
Thực hiện mục tiêu đề ra đã tiến hành nghiên cứu, xây dựng ma trận sinh và ma trận kiểm tra của mã LDPC, nhằm tối ưu khả năng sửa lỗi của mã LDPC, đã xây dựng, tối ưu hóa các mơ hình tích hợp giữa mã LDPC với các hệ thống thông tin nhằm tăng khả năng chống lỗi của hệ thống với độ phức tạp phù hợp. Đề tài đã đạt được các kết quả nghiên cứu và có các đóng góp chính sau đây:
1. Tóm tắt các ứng dụng điển hình cho thơng tin di động 5G, một số kịch bản triển khai điển hình, các chỉ số kỹ thuật then chốt, cũng như các kế hoạch và tiến trình nghiên cứu và phát triển 5G toàn cầu.
2. Xây dựng mối quan hệ trực tiếp giữa ma trận sinh và ma trận kiểm tra của mã LDPC, nhằm giảm độ phức tạp trong q trình tính tốn xây dựng ma trận sinh của mã LDPC truyền thống. Ma trận sinh của mã LDPC được suy trực tiếp từ ma trận kiểm tra.
3. Xây dựng được ma trận kiểm tra chẵn lẻ của các mã LDPC mục tiêu.
4. Mơ hình hóa, xây dựng kịch bản mơ phỏng và các kết quả mô phỏng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. 5G RF 2nd Qorvo Special Edition by David Schnaufer, Tuan Nguyen, Ben Thomas, Alexis Mariani, Paul Cooper, Bror Peterson, Phil Warder
2. 2a_Channel Coding Techniques for Wireless Communications (K. Deergha Rao - 2015) V2
3. R1-1710485 Rate Matching for NR LDPC codes
4. R1-1710045 IR-HARQ scheme for NR LDPC codes
5. R1-1710487 LDPC Code Design for Base Graph #1
6. Efficient QC-LDPC Encoder for 5G New Radio