Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phạm Hồng Liên LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 9 năm 2015 Người viết Phạm Thị Tuyết HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang iii MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phạm Hồng Liên LỜI CẢM TẠ Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý thầy cô trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, các thầy cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức vô cùng quý báu trong suốt thời gian tôi học cao học. Những kiến thức ấy sẽ là nền tảng cho tôi tiếp tục bước đi trên con đường sau này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Phạm Hồng Liên đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, hỗ trợ tài liệu và định hướng nghiên cứu giúp tôi hoàn thành luận văn này. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn bè bạn, đồng nghiệp những người đã sát cánh cùng bên tôi trong việc giải quyết các vấn đề khoa học nảy sinh khi nghiên cứu để tác giả có được lời giải đáp, tiếp tục hướng con đường nghiên cứu để đạt kết quả cuối cùng, hoàn thành hướng nghiên cứu của mình.
Công trình này đã hoàn thành trong sự chờ đón, động viên và chia sẻ của những người thân trong gia đình, những người đồng nghiệp và những người bạn. Cảm ơn mọi người đã luôn bên tôi trong những lúc này. Tôi xin gửi đến gia đình, Quý thầy cô, bạn bè, người thân lời kính chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành công. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 9 năm 2015 Phạm Thị Tuyết HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang iv MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phạm Hồng Liên TÓM TẮT Sự phát triển trong lĩnh vực viễn thông trong những năm gần đây tạo ra sự quan tâm trong sử dụng kỹ thuật mã hóa kiểm soát lỗi. Một số tiêu chuẩn giao tiếp không dây mới như DVB-S2 và 802.16, vv đã áp dụng mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC), hay còn gọi là mã Gallager, được đề xuất bởi Gallager vào năm 1962. Về cơ bản đây là một loại mã khối tuyến tính có ma trận thưa. Bộ mã LDPC được xem như là bộ mã sửa lỗi tốt đạt đến gần giới hạn Shannon.
Trong thời gian sau này người ta càng khám phá ra khả năng kiểm soát lỗi rất cao của chúng. Vì thế mã LDPC có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực tế như thông tin vô tuyến và lưu trữ dữ liệu. Trong đó, mã LDPC tích chập (LDPC convolutional codes, còn gọi là mã LDPC chập) đã cho thấy khả năng đạt được hiệu suất kiểm soát lỗi tốt hơn và khả năng tiếp cận giống như mã LDPC khối. Luận văn sẽ trình bày các phương pháp tạo ra các họ mã LDPC chập: time-varying và time-invariant từ mã LDPC khối.
Luận văn còn chứng minh được hiệu suất của mã LDPC chập tốt hơn so với mã LDPC khối. Đồng thời, trong luận văn đã đưa ra mô hình có sự kết hợp mã LDPC chập vào hệ thống MIMO-một hệ thống thông tin được sử dụng rộng rãi trong ngày nay, sau đó tiến hành phân tích hiệu suất của mô hình mới này. Trong phần lý thuyết, trước hết luận văn trình bày tổng quan hai họ mã nền tảng có khả năng kiểm soát lỗi rất cao được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực tế: mã LDPC khối và mã LDPC gần vòng (Quasi-Cyclic LDPC). Trong phần chính, luận văn trình bày lý thuyết về bộ mã LDPC chập, chủ yếu tập trung vào việc xây dựng ma trận kiểm tra chẵn lẻ H, các phương pháp mã hóa và giải mã hóa cho mã LDPC chập.
Đồng thời đưa ra giải pháp xây dựng ma trận kiểm tra chẳn lẽ H từ ma trận kiểm tra của mã LDPC khối và mã QC-LDPC. Tiếp theo luận văn thực hiện so sánh tổng quan mã LDPC chập đã xây dựng với mã LDPC khối và mã QC-LDPC. Trong phần mô phỏng, luận văn đề xuất mô hình mới có sự kết hợp của bộ mã LDPC chập vào hệ thống MIMO, thực hiện so sánh bộ mã LDPC chập và LDPC khối thông qua biễu diễn liên hệ của tỉ lệ lỗi bit (BER) và tỉ số Eb/N0. Các kết quả HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang v MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phạm Hồng Liên mô phỏng được thực hiện bằng thuật toán Mim-Sum với số vòng lặp thay đổi, và đánh giá bộ mã LDPC chập qua việc thay đổi chu kỳ mã. Thông qua các kết quả mô phỏng đã chứng minh được khả năng kiểm soát lỗi của hệ thống khi có sử dụng bộ mã LDPC chập và hiệu suất của bộ mã LDPC chập tốt hơn so với không sử dụng mã và sử dụng mã LDPC khối. HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang vi MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phạm Hồng Liên ABTRACT In recent years, the development of the telecommunications has created interest in using the technique error control coding.
Some wireless communication standards such as DVB-S2 and new 802.16, etc, have used parity Low Density Parity Check Code (LDPC), also known as Gallager codes, proposed by Gallager in 1962. Basically this is a linear block code with sparse matrices. LDPC Code is seen as the better error correction codes reaches near the Shannon limit. During the later the more one discovers the ability to control their high error.
So LDPC code can be used in many pratical application such as radio communications and data storage. In particular, LDPC convolutional code have shown the ability to achieve performance better error control.This thesis shows methods create LDPC convolutional codes : time-varying and time-invariant LDPC from LDPC block code. The thesis demonstrates LDPC Convolutional code has better performance than the block LDPC code. Besides that, the thesis has given model that combines LDPC Convolutional code in MIMO system, the system widely used today, then proceed to analyze the performance of this model.
Theoretically, we firstly present overview of two platform codes, they have the ability to control very high error used in many practical applications: Block LDPC code and Quasi-Cylcic LDPC. In the main part, we present the theory of LDPC Convolutional code, primarily focused on the contruction of parity check matrix H, the encoding and decoding methid for LDPC Convolutional code. Besides, we offer constructive solutions parity check matrix H from parity check matrix of Block LDPC code and QC – LDPC. And then, we compare overview of LDPC Convolutional code and Block LDPC code and QC – LDPC code.
In the simulation, the thesis proposed a model with a combination of LDPC Convolutional in MIMO system, compared LDPC Convolutional code and Block LDPC through the bit error ratio (BER) and the ratio Eb/N0. The simulation results HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang vii MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phạm Hồng Liên are made by Min- Sum algorithm with the loop changes, and assess the short LDPC code by changing the length of the code. This results have demonstrated the ability to control the system error when using the LDPC Convolutional code and performance of LDPC Convolutional Code better than no coding and the Block LDPC Code.
HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang viii MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phạm Hồng Liên MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao để tài Lý lịch khoa học. i Lời cam đoan. iii Lời cảm tạ.
ix Danh sách các từ viết tắt. xii Danh sách các hình. xiv Danh sách các bảng. xvi Chƣơng 1.Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu.
Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích của đề tài. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài. Phƣơng pháp nghiên cứu.
MÃ LDPC KHỐI VÀ QC-LDPC. Tổng quan về mã LDPC khối. Mã hóa và giải mã LDPC khối. 11 HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang ix MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phạm Hồng Liên 2. Giải mã QC LDPC. MÃ LDPC TÍCH CHẬP. Tổng quan về mã LDPC chập.
Cải thiện bộ giải mã pipeline. Thực hiện so sánh độ phức tạp với LDPC khối. Độ phức tạp tính toán. Độ phức tạp phần cứng.
Yêu cầu lƣu trữ. Khoảng thời gian trì hoãn giải mã. Xây dựng mã LDPC chập từ mã LDPC khối. Xây dựng mã LDPC chập bằng cách triển khai – Unwrapping mã QC LDPC khối.
Xây dựng mã LDPC chập time-varying bằng cách unwrap mã LDPC khối……. Một phƣơng pháp tiếp cận thống nhất để unwrap. MÔ HÌNH LDPC CC – MIMO VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. Tổng quan về hệ thống MIMO.
Các kĩ thuật phân tập. Phân tập thời gian. Phân tập không gian. Phân tập tần số.
Alamouti 2 anten phát 1 anten nhận. Sơ đồ Alamouti mở rộng. Sơ đồ hệ thống mở rộng N ăn-ten phát và M ăn-ten thu. 52 HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang x MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phạm Hồng Liên 4. Mô hình LDPC CC – MIMO. Sơ đồ khối hệ thống mô phỏng. Lƣu đồ thuật toán cho quá trình mô phỏng.
Một số kết quả mô phỏng. Đánh giá hiệu quả của hệ thống thông qua việc giải mã LDPC CC bằng thuật toán SPA với số vòng lặp thay đổi. Đánh giá hệ thống LDPC CC qua việc thay đổi kích thƣớc syndrome former memory ms. Đánh giá hiệu quả của hệ thống khi có sử dụng mã LDPC CC, LDPC khối và không dùng mã với kiểu điều chế BPSK trên kênh truyền AWGN.
Đánh giá hệ thống khi dùng mã LDPC CC và khi không dùng mã với kiểu điều chế QAM. Đánh giá hệ thống LDPC CC qua phân tập: 1x1; 1x2; 2x1; 2x2. Đánh giá hệ thống LDPC và LDPC CC qua phân tập MIMO 2x2.70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .72 HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang xi MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phạm Hồng Liên DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu tạp âm ngẫu nhiên BER Bit Error Rate Tỉ lệ bit lỗi BP Belief Propogation Lan truyền niềm tin BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân CP Cyclic Prefix Thêm vòng CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh GF Galois Field Trường Galois ICI Inter Carrier Interference Nhiễu liên sóng mang ISI Inter Symbol Interference Nhiễu liên kí tự LDPC Low Density Parity Check Code Mã kiểm tra mật độ thấp LDPC CC Low Density Parity Check Code Mã kiểm tra mật độ thấp convolutional code chập MIMO Multi Input Multi Output Nhiều ngõ vào - nhiều ngõ ra MISO Multi Input Single Output Nhiều ngõ vào - một ngõ ra ML Maximum Likelihood Khả năng tối đa MPA Message-passing Algorithm Thuật toán truyền thông điệp MRC Maximal Ratio Combiner Kết hợp tỉ lệ cực đại QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương HVTH: Phạm Thị Tuyết Trang xii MSHV: 138520203032 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.