Để kết thúc trạng thái của lƣới trong khi giải mã thì đƣợc thực hiện bằng cách lấy các bit đuôi từ mạch hồi tiếp thanh ghi dịch sau khi tất cả các bit thông tin đã đƣợc mã hoá. Các bit đuôi đƣợc đƣa thêm vào sau khi mã hoá các bit thông tin.
Ba bit đuôi đầu tiên sẽ đƣợc sử dụng để kết thúc bộ mã hoá thành phần thứ nhất (lúc đó vị trí đảo mạch phía trên trong hình 2.2 đƣợc bật xuống) trong khi đó bộ mã hoá thành phần thứ hai không đƣợc phép (bị cấm). Ba bit đuôi cuối cùng sẽ đƣợc sử dụng để kết thúc bộ mã hoá thành phần thứ hai (lúc đó vị trí đảo mạch phía dƣới trong hình 2.2 đƣợc bật xuống) trong khi đó bộ mã hoá thành phần thứ nhất không đƣợc phép (bị cấm).
Các bit đƣợc phát đi cho việc kết thúc trạng thái lƣới có dạng sau:
3 3 2 2 1 1 3 3 2 2 1 1, , , , , , ' , ' , ' , ' , ' , ' K K K K K K K K K K K K Y X Y X Y X Y X Y X Y X Kết luận:
Kết quả nghiên cứu chƣơng II:
Tìm hiểu đƣợc một số đặc điểm của hệ thống W - CDMA và cơ bản kiến trúc
hệ thống W – CDMA.
Tìm hiểu đƣợc trong hệ thống W – CDMA sử dụng mã Turbo với ma trận sinh
47
CHƢƠNG III
MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÃ TURBO 3.1. Chƣơng trình mô phỏng hệ thống W – CDMA
Để đánh giá chất lƣợng mã Turbo trong hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ( W – CDMA) ta dùng phƣơng pháp mô phỏng. Chƣơng trình mô phỏng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 W – CDMA đã đƣợc xây dựng chuẩn trong thƣ viện Simulink của phần mềm Matlab – Simulink phiên bản 6.5 và 7.01 đang có hiện nay. Nhƣng, trong các phần mềm Matlab – Simulink này ngƣời ta chƣa đƣa mã Turbo và hệ thống W – CDMA mà chỉ xây dựng hệ thống cho hai trƣờng hợp không sử dụng mã kênh và có sử dụng mã kênh là mã chập ( Convoluotional). Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống W – CDMA sử dụng mã Turbo đƣợc đƣa ra trong hình 3.1. Trong đó, ta mã hóa Turbo cho chỉ hai kênh: Kênh lƣu lƣợng dành riêng ( DTCH)và kênh điều khiển giành riêng(DCCH).
48 Sau đây là kết quả mô phỏng việc sử dụng mã chập và không sử dụng mã chập trong hệ thông W – CDMA.
Hình 3.2. Chất lượng hệ thống thông tin di động W- CDMA khi sử dụng mã chập và không mã.
3.2. Kết quả mô phỏng theo tỉ lệ giữa BER và Eb/ N0 với ma trận sinh G(13, 15).
Chƣơng trình chính
Để chạy chƣơng trình ta vào file: mophong.m để nhập các thông số đầu vào, nhƣ:
+ Chọn thuật toán: hàm Ttgiaima = 0 là ta chọn thuật toán Log-Map. hàm Ttgiaima = 1 là ta chọn thuật toán SOVA.
+ Chọn kích thƣớc khung bằng hàm L_f = ? bao gồm thông tin và bit đuôi. + Chọn ma trận sinh: ta mặc định ma trận sinh g = [1 1 0 1; 1 1 1 1].
+ Chọn dùng kỹ thuật xoá hay là không:
49 Hàm kt_xoa = 1 là không dùng kỹ thuật xoá. + Chọn số lần lặp của mỗi khung bằng hàm: lan_lap = ?
+ Nhập số khung bị lỗi để kết thúc chƣơng trình bằng hàm: ket_thuc = ? + Nhập giá trị Eb/N0 bằng hàm: EbN0db = ?
50
Lưu đồ thuật toán
Start Mã hóa Cộng nhiễu Gauss Giải mã Turbo Đếm lỗi Số khung lỗi = thiết lập Chọn thuật toán giải mã, thiết lập ma trận sinh, số khung lỗi, chọn kỹ thuật xóa, chọn số lần lặp Sai Hiển thị kết quả Đúng
51
3.3. Kết quả mô phỏng
3.3.1. Kết quả mô phỏng chất lƣợng hệ thống thông tin di động W – CDMA sử dụng mã Turbo với các lần lặp khác nhau.
Cụ thể trong trƣờng hợp này là 9, 6 và 3 lần lặp với cùng một thuật toán giải mã SOVA.
Hình 3.3. Chất lượng mã Turbo với các lần lặp khác nhau
Từ kết quả mô phỏng ta thấy bộ mã hóa có BER giảm khi tỷ số Eb/N0 tăng. Khi Eb/N0 nhỏ hơn 1dB thì bộ mã hóa có BER gần nhƣ không thay đổi. Khi Eb/N0 lớn hơn 1dB thì ta thấy bộ giải mã Turbo có số lần lặp lớn sẽ cho ta kết quả lỗi BER thấp hơn, tức là bộ mã hóa có số lần lặp lớn hơn sẽ có hiệu quả hơn.
52
3.3.2. Kết quả mô phỏng chất lƣợng hệ thống thông tin di động W – CDMA sử dụng mã Turbo với các thuật toán giải mã khác nhau
Có nhiều thuật toán giải mã Turbo nhƣng trong phần mô phỏng này, chỉ thực hiện mô phỏng 2 loại thuật toán giải mã SOVA và Logmap. Kết quả mô phỏng nhƣ sau:
Hình 3.4. Chất lượng mã Turbo với 2 thuật toán giải mã khác nhau
Theo nhƣ kết quả lý thuyết thì thuật toán giải mã SOVA tốt hơn thuật toán giải mã Logmap. Kết quả mô phỏng cũng chứng tỏ điều đó. Với cùng giá trị Eb/N0 thì thuật toán SOVA cho kết quả BER thấp hơn hẳn so với thuật toán Logmap.
Kết luận:
Trong chƣơng này đã nghiên cứu đƣợc những vấn đề nhƣ sau:
Mô phỏng và đánh giá hiệu năng của hệ thống W – CDMA khi sử dụng
mã hóa chập và không sử dụng.
Mô phỏng và đánh giá hiệu năng mã Turbo sử dụng trong hệ thống W –
CDMA với hai thuật toán giải mã khác nhau là SOVA và LogMap.
Mô phỏng và đánh giá hiệu năng mã Turbo với các lần lặp giải mã khác
53
KẾT LUẬN
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA đã và đang đƣợc triển khai tại nhiều nƣớc trên thế giới. Để đảm bảo hệ thống truyền dẫn vô tuyến có độ tin cậy cao và đạt đƣợc tốc độ nhƣ mong muốn thì mã Turbo đã đƣợc khuyến nghị sử dụng trong hệ thống này. Lớp mã này thực sự là một bằng chứng sống động về thực tế chứng minh tính đúng đắn của hai định lý thông tin nổi tiếng đã đƣợc Shannon dự đoán từ năm 1948. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các kênh thông tin đặc thù bị ràng buộc cả về mặt công suất cũng nhƣ băng thông, mà kênh thông tin di động thế hệ chỉ là một trƣờng hợp cụ thể.
Trƣớc mã Turbo, chƣa có một sơ đồ điều chế hay kỹ thuật mã hoá nào mới lại cho phép cải thiện công suất lớn cỡ hàng chục dB nhƣ mã Turbo. Vì vậy song song với phát triển các phân tích có tính lý thuyết, hàng loạt công trình đã đổ dồn trọng tâm nghiên cứu vào các khía cạnh thực tiễn để nhanh chóng có thể thƣơng mại hóa ngay các hệ thống thông tin mới có sử dụng mã hóaTurbo.
Không chỉ có vậy mã Turbo còn làm sống lại nguyên lý xử lý lặp vốn bị bỏ quên cùng với mã Gallagher trong một thời gian rất dài kể từ năm 1962 tới tận năm 1993. Đối với giới nghiên cứu lý thuyết thông tin, đây mới là thành tựu lớn nhất của mã Turbo vì nguyên lý xử lý lặp quả thực lỡ một công cụ rất mạnh trong việc phân tích và thiết kế hệ thống thông tin. Không chỉ dừng lại ở ngành mã sửa sai, nguyên lý xử lý lặp còn vƣơn sang và trở thành một phƣơng pháp luận mới ở các lĩnh vực khác nhƣ dự đoán vỡ cân bằng kênh, tách sóng đa truy nhập, mã hoá nguồn/kênh kết hợp, phân tập dạng Turbo... Chắc chắn mô hình thông tin tƣơng lai sẽ sử dụng các cấu trúc tiên tiến này vì nó cho phép có sự gắn kết chặt chẽ giữa các yếu tố cấu thành hệ thống nhờ liên tục trao đổi, lọc thông tin theo các vòng phản hồi kín.
Đề tài này tập trung tìm hiểu về hệ thống thông tin di động thế hệ 3 W- CDMA, cấu trúc mã kênh trong hệ thống và cấu trúc của mã Turbo để từ đó tìm hiểu về mô hình mô phỏng hệ thống W-CDMA trong MATLAB. Kết quả mô phỏng trong chƣơng 3 đã cho thấy Mã Turbo đạt đƣợc chất lƣợng tốt tại BER thấp và trong các thuật toán giải mã Turbo (SOVA, Log-MAP,) đƣợc xây dựng thì thuật toán giải mã SOVA có chất lƣợng tốt hơn cả. Khi sử dụng thuật toán SOVA với số lƣợng các lần
54 lặp khác nhau thì kết quả mô phỏng cũng cho thấy khi số lần lặp tăng lên thì chất lƣợng hệ thống cũng tăng song độ trễ giải mã lại lớn. Từ đó ta có thể kết luận rằng khi áp dụng mã Turbo trong hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (W-CDMA) thì chất lƣợng kênh truyền đã đƣợc cải thiện đáng kể, nhƣng để đảm bảo cả về tốc độ và chất lƣợng hệ thống thì số lần lặp giải mã chỉ giới hạn từ 4-6 lần.
Qua đây, một lần nữa em xin cảm ơn thầy giáo Đỗ Huy Khôi đã hƣớng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành nghiên cứu này. Vì thời gian có hạn, phƣơng tiện tìm hiểu và nghiên cứu còn thiếu thốn, cộng với kinh nghiệm và kiến thức của bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em xin trân trọng tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo cùng các bạn để bài báo cáo của em hoàn chỉnh và đầy đủ hơn.
55
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Matthew C. Valenti, “Turbo Codes and Iterative Processing”, Mobile and
Portable Radio Reseach Group Virginia Polytechnic Institute and State University Blacksburg, 1999.
2. Jakob Dahl Andersen, “A Turbo Tutorial”, Department of Telecommunication Technical University of Denmark, 2005.
3. “Giáo trình thông tin di động”, Học viện bƣu chính viễn thông cơ sở 2, TP Hồ Chí Minh.
4. Nguyễn Thuý Vân, “Lý thuyết mã”, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 1999.
5. KS. Nguyễn Văn Thuận, “Hệ thống thông tin di động WCDMA”, Học viện Công
Nghệ Bƣu Chính Viễn Thông, 2004.
6. Phạm Văn Ngọc, “Bài giảng Thông tin di động”, Đại học Công Nghệ Thông Tin và
Truyền Thông, 03/2010.
7. Nguyễn Hoàng Hải - Nguyễn Khắc Kiểm - Nguyễn Trung Dũng - Hà Trần Đức, “Lập trình Matlab”, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội 2003.