Nghiên cứu mã turbo trong luận văn thạc sĩ tại HCMUTE

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu mã turbo, phân tích hiệu suất và ứng dụng trong công nghệ hiện đại, cung cấp cái nhìn sâu sắc về lĩnh vực này.

• Tác giả: Nghiêm Hoàng Hải
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Hồng Liên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Mã Turbo
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DUAL TURBO TRONG MIMO-OFDM
• 1.1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG DUAL TURBO TRONG MIMO - OFDM
• 1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.3. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
• 1.4. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. MÃ TÍCH CHẬP VÀ CÁC LOẠI MÃ TURBO
• 2.2. PHÂN BỐ TRỌNG SỐ MÃ TÍCH CHẬP
• 2.3. GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI MÃ TURBO
• 2.3.1. CẤU TRÚC HỆ THỐNG TURBO
• 2.3.2. MÃ TURBO THEO KIỂU NỐI TIẾP
• 2.3.3. MÃ TURBO THEO KIỂU SONG SONG
• 2.4. HỆ THỐNG MIMO-OFDM (MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT OFDM)
• 2.4.1. GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO
• 2.4.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT OFDM
• 2.4.3. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG OFDM
• 2.5. BIỂU DIỄN TÍN HIỆU OFDM
• 2.6. KỸ THUẬT MIMO-OFDM
• 2.6.1. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG MIMO-OFDM
• 2.6.2. BIỂU DIỄN TÍN HIỆU MIMO-OFDM
• 2.6.3. ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN
• 2.7. BỘ GIẢI MÃ TWIN TURBO
• 2.7.1. TWIN TURBO MIMO-OFDM (T2 MIMO-OFDM)
• 2.7.2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG
• 2.7.3. KẾT HỢP T2 VỚI MIMO-OFDM
• 2.7.4. ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ PHỨC TẠP CỦA HỆ THỐNG TWIN TURBO MIMO-OFDM
• 2.7.5. PHÂN TÍCH ĐỘ PHỨC TẠP
• 2.8. DUAL-REPEAT-PUNCTURED TURBO CODES
• 2.8.1. THỰC HIỆN PHÂN TÍCH
• 2.9. MÁY THU DUAL-TURBO
• 2.9.1. MÔ HÌNH HỆ THỐNG
• 2.9.2. ĐỒ THỊ HỆ SỐ VÀ THUẬT TOÁN TRONG VIỆC THÔNG ĐIỆP LẶP LẠI
• 2.9.3. CẤU TRÚC MÁY THU DUAL-TURBO
• 2.9.4. GIẢ THIỆT CƠ BẢN
• 2.9.5. MÁY THU LẶP LẠI THEO TUẦN TỰ (nối tiếp)
• 2.9.6. CẤU TRÚC MÁY THU DUAL TURBO
• 2.9.7. THỰC HIỆN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DUAL TURBO MIMO OFDM
• 3.1. Mô phỏng về mã hóa: so sánh mã tích chập với mã Turbo và mã Dual-Turbo
• 3.2. Mô phỏng hệ thống OFDM, MIMO, MIMO-OFDM
• 3.3. Mô phỏng của việc ứng dụng mã Turbo cho hệ thống MIMO-OFDM và ứng dụng mã Dual-Turbo cho hệ thống MIMO-OFDM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mã Turbo trong luận văn thạc sĩ HCMUTE

Luận văn thạc sĩ của Nghiêm Hoàng Hải tại HCMUTE tập trung vào mã turbo và ứng dụng của nó trong hệ thống MIMO-OFDM. Mã turbo là một trong những công nghệ mã hóa tiên tiến, giúp cải thiện hiệu suất truyền thông. Luận văn đã chỉ ra rằng mã turbo có khả năng đạt gần đến giới hạn Shannon, điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống thông tin hiện đại. Tuy nhiên, việc sử dụng mã turbo với số lần lặp lớn có thể làm giảm tốc độ xử lý của hệ thống. Để khắc phục vấn đề này, mã Dual Turbo đã được phát triển, cho phép cải thiện hiệu suất mà không làm giảm tốc độ xử lý. Nghiên cứu này không chỉ mang tính lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong lĩnh vực viễn thông.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu về mã turbo và mã Dual Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM là rất cần thiết trong bối cảnh công nghệ thông tin ngày càng phát triển. Các hệ thống thông tin vô tuyến hiện đại yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao và khả năng sửa lỗi tốt. Mã Dual Turbo đã chứng minh được khả năng cải thiện hiệu suất truyền thông, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu thời gian thực. Việc nghiên cứu và ứng dụng mã turbo trong các hệ thống như MIMO-OFDM không chỉ giúp nâng cao chất lượng dịch vụ mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này.

1.2. Mục đích của đề tài

Mục đích chính của luận văn là phân tích và mô phỏng tỷ lệ lỗi bit (BER) theo tỷ số Eb/N0 trong mô hình hệ thống Dual Turbo trong MIMO-OFDM. Nghiên cứu sẽ so sánh kết quả mô phỏng với các nghiên cứu trước đó và đánh giá hiệu quả của mã Dual Turbo so với mã turbo truyền thống. Điều này không chỉ giúp làm rõ ưu điểm của mã Dual Turbo mà còn cung cấp thông tin quý giá cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong lĩnh vực viễn thông.

II. Cơ sở lý thuyết về mã Turbo và hệ thống MIMO OFDM

Luận văn đã trình bày chi tiết về các loại mã turbo, bao gồm mã SCCC (Serial Concatenated Convolutional Code) và PCCC (Parallel Concatenated Convolutional Code). Các loại mã này đều có những ưu điểm riêng, nhưng mã Dual Turbo đã được chứng minh là có hiệu suất tốt hơn trong nhiều trường hợp. Hệ thống MIMO-OFDM, với khả năng truyền tải dữ liệu qua nhiều anten, kết hợp với mã turbo, tạo ra một giải pháp mạnh mẽ cho các ứng dụng viễn thông hiện đại. Việc sử dụng mã Dual Turbo trong hệ thống này giúp cải thiện đáng kể tỷ lệ lỗi bit, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng mã Dual Turbo trong MIMO-OFDM có thể mang lại hiệu suất truyền thông vượt trội.

2.1. Các loại mã Turbo

Các loại mã turbo như SCCC và PCCC đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin. Mã turbo có khả năng sửa lỗi hiệu quả, giúp cải thiện độ tin cậy của hệ thống truyền thông. Tuy nhiên, việc sử dụng mã turbo truyền thống có thể gặp khó khăn khi số lần lặp tăng lên, dẫn đến giảm tốc độ xử lý. Mã Dual Turbo đã được phát triển để khắc phục vấn đề này, cho phép xử lý song song và cải thiện hiệu suất mà không làm giảm tốc độ. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng mã Dual Turbo có thể mang lại lợi ích lớn cho các hệ thống MIMO-OFDM.

2.2. Hệ thống MIMO OFDM

Hệ thống MIMO-OFDM là một trong những công nghệ tiên tiến nhất trong lĩnh vực viễn thông hiện đại. Hệ thống này cho phép truyền tải dữ liệu qua nhiều anten, giúp tăng cường băng thông và giảm thiểu nhiễu. Việc kết hợp mã Dual Turbo với MIMO-OFDM đã tạo ra một giải pháp mạnh mẽ cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao và độ tin cậy tốt. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng mã Dual Turbo trong hệ thống này không chỉ cải thiện tỷ lệ lỗi bit mà còn nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống.

III. Phương pháp nghiên cứu và mô phỏng

Luận văn đã sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hệ thống Dual Turbo trong MIMO-OFDM. Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc phân tích các thông số kỹ thuật của hệ thống, so sánh hiệu suất của mã Dual Turbo với mã turbo truyền thống. Kết quả mô phỏng cho thấy mã Dual Turbo có khả năng cải thiện đáng kể tỷ lệ lỗi bit, đặc biệt trong các điều kiện kênh truyền khác nhau. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin quý giá cho các nhà nghiên cứu mà còn có thể áp dụng trong thực tiễn để nâng cao hiệu suất của các hệ thống thông tin hiện đại.

3.1. Mô phỏng hệ thống

Mô phỏng hệ thống Dual Turbo trong MIMO-OFDM được thực hiện bằng phần mềm Matlab, cho phép đánh giá hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng mã Dual Turbo có thể cải thiện tỷ lệ lỗi bit so với mã turbo truyền thống. Việc sử dụng các thông số như tỷ số Eb/N0 giúp đánh giá chính xác hiệu suất của hệ thống. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc áp dụng mã Dual Turbo trong MIMO-OFDM có thể mang lại lợi ích lớn cho các ứng dụng viễn thông.

3.2. Đánh giá kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng mã Dual Turbo có hiệu suất tốt hơn so với mã turbo truyền thống trong nhiều điều kiện kênh truyền khác nhau. Việc so sánh tỷ lệ lỗi bit (BER) giữa hai loại mã cho thấy rằng mã Dual Turbo có thể giảm thiểu lỗi thông tin thu được, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin quý giá cho các nhà nghiên cứu mà còn có thể áp dụng trong thực tiễn để nâng cao hiệu suất của các hệ thống thông tin hiện đại.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ viễn thông, nhu cầu về các hệ thống truyền thông không dây có hiệu suất cao và khả năng sửa lỗi tốt ngày càng tăng. Các hệ thống di động thế hệ 2, 3 cung cấp tốc độ dữ liệu từ 9,6 kbps đến 2 Mbps, trong khi các mạng LAN vô tuyến theo chuẩn IEEE 802.11 có thể đạt tốc độ khoảng 54 Mbps. Để đáp ứng yêu cầu băng thông và chất lượng dịch vụ ngày càng cao, việc nghiên cứu và ứng dụng các kỹ thuật mã hóa sửa lỗi tiên tiến là rất cần thiết. Trong đó, mã Dual Turbo và hệ thống MIMO-OFDM được xem là những giải pháp đột phá, giúp nâng cao hiệu suất truyền thông và giảm tỷ lệ lỗi bit (BER).

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích, mô phỏng và đánh giá hiệu suất của mã Dual Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM, so sánh với mã Turbo truyền thống nhằm tìm ra ưu điểm vượt trội về khả năng sửa lỗi và tốc độ xử lý. Nghiên cứu tập trung vào hệ thống MIMO với cấu hình 2 anten phát và 2 anten thu, trong phạm vi thời gian từ tháng 02 đến tháng 08 năm 2013 tại Việt Nam. Ý nghĩa của đề tài nằm ở việc cung cấp giải pháp mã hóa hiệu quả cho các hệ thống truyền thông không dây hiện đại, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng yêu cầu thời gian thực trong truyền thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mã tích chập và mã Turbo: Mã tích chập là loại mã hóa có bộ nhớ, tạo ra chuỗi mã dựa trên các bit thông tin hiện tại và trước đó. Mã Turbo là một dạng mã tích chập ghép nối song song hoặc nối tiếp, có hiệu suất sửa lỗi gần giới hạn Shannon. Các khái niệm chính bao gồm cấu trúc mã SCCC (Serially Concatenated Convolutional Codes), PCCC (Parallel Concatenated Convolutional Codes), bộ giải mã APP (A Posteriori Probability), và thuật toán Log-MAP.

• Mã Dual Turbo: Là sự phát triển của mã Turbo, sử dụng cấu trúc ghép nối hai bộ mã Turbo song song cùng xử lý, giúp tăng tốc độ xử lý và cải thiện hiệu suất sửa lỗi mà không làm giảm tốc độ xử lý hệ thống.

• Hệ thống MIMO-OFDM: Kết hợp công nghệ đa anten (MIMO) với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM). MIMO tận dụng đa đường truyền để tăng dung lượng và độ tin cậy, trong khi OFDM chia tín hiệu thành nhiều sóng mang con trực giao, giúp chống nhiễu và trải trễ đa đường hiệu quả. Các khái niệm chính gồm: tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix), ma trận kênh truyền, kỹ thuật điều chế BPSK, QPSK, QAM, và các thuật toán ước lượng kênh.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu nghiên cứu được thu thập từ các mô phỏng trên phần mềm Matlab, dựa trên các mô hình lý thuyết của mã Turbo, mã Dual Turbo và hệ thống MIMO-OFDM.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô phỏng để đánh giá tỷ lệ lỗi bit (BER) theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu Eb/N0, so sánh hiệu suất giữa các hệ thống mã hóa khác nhau. Phân tích độ phức tạp thuật toán và tốc độ xử lý của bộ giải mã.

• Cỡ mẫu và timeline: Mô phỏng với kích thước khung dữ liệu từ 64 đến 512 bit, thực hiện trong khoảng thời gian 6 tháng (02/2013 - 08/2013). Phương pháp chọn mẫu dựa trên các cấu hình anten 2x2 MIMO phổ biến trong thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất sửa lỗi của mã Dual Turbo vượt trội: Mô phỏng cho thấy, với số lần lặp là 3, mã Dual Turbo đạt tỷ lệ lỗi bit BER thấp hơn mã Turbo truyền thống khoảng 10-4 tại Eb/N0 = 1 dB, trong khi mã Turbo cần đến 5 lần lặp để đạt mức tương tự. Điều này chứng tỏ mã Dual Turbo cải thiện hiệu quả sửa lỗi mà không làm tăng độ trễ xử lý.

2. Ảnh hưởng của số lần lặp đến BER: Tỷ lệ lỗi bit giảm đáng kể khi số lần lặp tăng. Ví dụ, với mã Turbo, số lần lặp tăng từ 2 lên 5 làm giảm BER từ khoảng 10-2 xuống 10-5 tại cùng mức Eb/N0. Tuy nhiên, số lần lặp lớn cũng làm tăng độ trễ, không phù hợp với các ứng dụng thời gian thực.

3. Ưu điểm của hệ thống MIMO-OFDM: So sánh các cấu hình anten, hệ thống 2 anten phát và 2 anten thu (2x2 MIMO) giảm BER đáng kể so với hệ thống 1 anten phát và 1 anten thu. Ví dụ, tại Eb/N0 = 10 dB, BER của hệ thống 1x1 là khoảng 10-2, trong khi hệ thống 2x2 giảm xuống dưới 10-4.

4. Tác động của kỹ thuật điều chế: Các kỹ thuật điều chế như BPSK, QPSK, 16-PSK có ảnh hưởng đến BER. Hệ thống sử dụng BPSK kết hợp mã Dual Turbo trong MIMO-OFDM đạt hiệu suất tốt nhất, với BER giảm nhanh khi Eb/N0 tăng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu suất cao mã Dual Turbo là do cấu trúc ghép nối song song hai bộ mã Turbo, giúp tăng tốc độ xử lý và giảm số lần lặp cần thiết để đạt hiệu quả sửa lỗi tương đương. So với mã Turbo truyền thống, mã Dual Turbo giảm đáng kể độ trễ xử lý, phù hợp với các hệ thống đòi hỏi thời gian thực như LTE và mạng 4G.

Kết quả mô phỏng cũng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế gần đây, trong đó mã Dual Turbo được khuyến nghị sử dụng trong các hệ thống MIMO-OFDM để tối ưu hóa hiệu suất truyền thông. Việc kết hợp MIMO và OFDM tận dụng ưu điểm phân tán không gian và phân chia tần số, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của fading và nhiễu đa đường.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ BER theo Eb/N0 với các số lần lặp khác nhau, so sánh giữa mã Turbo và Dual Turbo, cũng như biểu đồ so sánh BER giữa các cấu hình anten MIMO khác nhau, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của các kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai mã Dual Turbo trong các hệ thống MIMO-OFDM thương mại: Đề xuất các nhà phát triển thiết bị và nhà mạng áp dụng mã Dual Turbo để nâng cao hiệu suất sửa lỗi, giảm độ trễ xử lý, đặc biệt trong các mạng 4G và 5G. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm.

2. Tối ưu hóa thuật toán giải mã Dual Turbo: Nghiên cứu và phát triển các thuật toán giải mã hiệu quả hơn, giảm độ phức tạp tính toán nhằm tiết kiệm năng lượng và tăng tốc độ xử lý. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và công ty công nghệ.

3. Mở rộng nghiên cứu cho các cấu hình MIMO cao hơn: Thực hiện mô phỏng và thử nghiệm với các cấu hình anten 4x4, 8x8 để đánh giá hiệu quả mã Dual Turbo trong các hệ thống có dung lượng lớn hơn. Thời gian nghiên cứu dự kiến 2-3 năm.

4. Phát triển phần mềm mô phỏng và công cụ đánh giá: Xây dựng các công cụ mô phỏng chuyên sâu hỗ trợ thiết kế và đánh giá hệ thống MIMO-OFDM với mã Dual Turbo, giúp các kỹ sư dễ dàng áp dụng và tối ưu hóa hệ thống. Chủ thể thực hiện là các trường đại học và trung tâm nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện tử viễn thông: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về mã hóa sửa lỗi và hệ thống MIMO-OFDM, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan.

2. Kỹ sư phát triển thiết bị viễn thông: Tham khảo để áp dụng mã Dual Turbo trong thiết kế bộ mã hóa, bộ giải mã, nâng cao hiệu suất và giảm độ trễ trong các thiết bị truyền thông không dây.

3. Nhà mạng và nhà cung cấp dịch vụ viễn thông: Hiểu rõ về các kỹ thuật mã hóa tiên tiến để tối ưu hóa mạng lưới, nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng yêu cầu băng thông ngày càng cao.

4. Các tổ chức đào tạo và giảng dạy: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo trong các khóa học về truyền thông số, mã hóa kênh và kỹ thuật MIMO-OFDM, giúp sinh viên tiếp cận công nghệ hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Mã Dual Turbo khác gì so với mã Turbo truyền thống?
   Mã Dual Turbo sử dụng cấu trúc ghép nối song song hai bộ mã Turbo, giúp tăng tốc độ xử lý và giảm số lần lặp cần thiết để đạt hiệu quả sửa lỗi tương đương hoặc tốt hơn so với mã Turbo truyền thống.

2. Tại sao kết hợp MIMO và OFDM lại hiệu quả?
   MIMO tận dụng đa anten để tăng dung lượng và độ tin cậy, trong khi OFDM chia tín hiệu thành nhiều sóng mang con trực giao giúp chống nhiễu và trải trễ đa đường. Kết hợp hai kỹ thuật này tạo ra hệ thống truyền thông có hiệu suất cao và bền vững.

3. Số lần lặp trong giải mã ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất?
   Số lần lặp tăng làm giảm tỷ lệ lỗi bit (BER), cải thiện hiệu suất sửa lỗi. Tuy nhiên, số lần lặp lớn cũng làm tăng độ trễ xử lý, không phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi thời gian thực.

4. Ứng dụng thực tế của mã Dual Turbo trong viễn thông?
   Mã Dual Turbo được ứng dụng trong các hệ thống truyền thông không dây hiện đại như LTE, 4G, giúp nâng cao chất lượng truyền tải, giảm lỗi và đáp ứng yêu cầu băng thông cao.

5. Làm thế nào để mô phỏng hiệu suất của hệ thống MIMO-OFDM?
   Có thể sử dụng phần mềm Matlab với các mô hình lý thuyết về mã hóa, điều chế và kênh truyền để mô phỏng tỷ lệ lỗi bit (BER) theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu Eb/N0, từ đó đánh giá hiệu suất hệ thống.

Kết luận

• Mã Dual Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM cải thiện đáng kể hiệu suất sửa lỗi so với mã Turbo truyền thống, giảm tỷ lệ lỗi bit và độ trễ xử lý.
• Hệ thống MIMO-OFDM tận dụng ưu điểm của đa anten và kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao, nâng cao chất lượng truyền thông không dây.
• Số lần lặp trong giải mã ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ trễ, cần cân bằng phù hợp với yêu cầu ứng dụng.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới cho các hệ thống truyền thông không dây hiện đại, đặc biệt trong các mạng LTE và 4G.
• Đề xuất triển khai mã Dual Turbo trong các hệ thống thực tế và tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho các cấu hình MIMO cao hơn.

Hành động tiếp theo: Các nhà nghiên cứu và kỹ sư nên áp dụng và thử nghiệm mã Dual Turbo trong các hệ thống MIMO-OFDM thực tế, đồng thời phát triển các thuật toán giải mã tối ưu để nâng cao hiệu quả truyền thông không dây.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU.XI CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DUAL TURBO TRONG MIMO- OFDM 1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG DUAL TURBO TRONG MIMO - OFDM.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI.4 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 5 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.MÃ TÍCH CHẬP VÀ CÁC LOẠI MÃ TURBO.2 PHÂN BỐ TRỌNG SỐ MÃ TÍCH CHẬP. GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI MÃ TURBO:. CẤU TRÚC HỆ THỐNG TURBO.1 MÃ TURBO THEO KIỂU NỐI TIẾP.1 MÃ TURBO THEO KIỂU SONG SONG .2 HỆ THỐNG MIMO-OFDM (MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT OFDM).GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO.

ĐẶC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT OFDM. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG OFDM. 33 HV: Nghiêm Hoàng Hải v GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Luan van Ứng dụng mã Dual-Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM 2. BIỂU DIỄN TÍN HIỆU OFDM.

KỸ THUẬT MIMO-OFDM. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG MIMO-OFDM. BIỂU DIỄN TÍN HIỆU MIMO-OFDM. ƢỚC LƢỢNG KÊNH TRUYỀN.1BỘ GIẢI MÃ TWIN TURBO.

TWIN TURBO MIMO-OFDM (T2 MIMO-OFDM). MÔ HÌNH HỆ THỐNG.2 KẾT HỢP T2 VỚI MIMO-OFDM. ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ PHỨC TẠP CỦA HỆ THỐNG TWIN TURBO MIMO-OFDM. PHÂN TÍCH ĐỘ PHỨC TẠP.3 DUAL-REPEAT-PUNCTURED TURBO CODES.3 THỰC HIỆN PHÂN TÍCH .4 MÁY THU DUAL-TURBO.MÔ HÌNH HỆ THỐNG.ĐỒ THỊ HỆ SỐ VÀ THUẬT TOÁN TRONG VIỆC THÔNG ĐIỆP LẶP LẠI.CẤU TRÚC MÁY THU DUAL-TURBO.GIẢ THIẾT CƠ BẢN.MÁY THU LẶP LẠI THEO TUẦN TỰ (nối tiếp).CẤU TRÚC MÁY THU DUAL TURBO.THỰC HIỆN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN.

75 HV: Nghiêm Hoàng Hải vi GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Luan van Ứng dụng mã Dual-Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DUAL TURBO_ MIMO _OFDM 3. Mô phỏng về mã hóa: so sánh mã tích chập với mã Turbo và mã Dual-Turbo. Mô phỏng hệ thống OFDM, MIMO, MIMO-OFDM. Mô phỏng của việc ứng dụng mã Turbo cho hệ thống MIMO-OFDM và ứng dụng mã Dual-Turbo cho hệ thống MIMO-OFDM.

85 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 86 HV: Nghiêm Hoàng Hải vii GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Luan van Ứng dụng mã Dual-Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát bộ mã tích chập.2: Hai giản đồ tƣơng đƣơng cho bộ mã chập (3,1,3) Hình 1.4: Sơ đồ bộ mã tích chập với 𝑁 = 3, 𝑘 = 1, 𝑛 = 3 và đa thức sinh (1.5: Sơ đồ hình cây với 𝑁 = 3, 𝑘 = 1, 𝑛 = 3 (ví dụ 3).6: Sơ đồ hình lƣới bộ mã chập ví dụ 3. Trạng thái ban đầu toàn bằng “0”.7: Sơ đồ trạng thái của bộ mã tích chập trong ví dụ 3.8: Sơ đồ trạng thái mở rộng của hình 1. Mã hóa turbo theo cách nối tiếp.10 Bộ giải mã turbo nối tiếp.

Bộ mã hóa turbo song song. Bộ mã hóa turbo song song đƣợc đề nghị.13: Tầng đầu tiên của bộ giải mã PCCC (độ lợi đƣợc thêm vào đƣợc thay thế bởi các khối có nhãn là ―G‖).14: Tầng thứ hai của bộ giải mã turbo song song. Tầng thứ 2 của bộ mã hóa song song đƣợc đề nghị. Tỉ lệ lỗi bit BER đối với tỉ số tín hiệu trên nhiễu Eb/No (dB) của hệ thống mã hóa với số lần lặp là 5 [25] Hình 1.

Tỉ lệ lỗi bit BER đối với tỉ số tín hiệu trên nhiễu Eb/No (dB) của hệ thống mã hóa với số lần lặp là 3 [25]. Tỉ lệ lỗi bit BER đối với tỉ số tín hiệu trên nhiễu Eb/No (dB) hệ thống mã hóa với số lần lặp là 2 [25]. Tỉ lệ lỗi bit BER đối với tỉ số tín hiệu trên nhiễu Eb/No (dB) trong các hệ thống đa anten phát và đa anten thu.2: Hệ thống MIMO. HV: Nghiêm Hoàng Hải viii GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Luan van Ứng dụng mã Dual-Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM Hình 1.3: So sánh độ lợi băng thông giữa kỹ thuật đa sóng mang FDM và kỹ thuật OFDM.4: Sơ đồ khối một bộ thu phát OFDM băng gốc.5: Phổ của một kênh con OFDM (a) và tín hiệu OFDM 05 sóng mang con (b).6: a) Khái niệm về tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix); b) Ký tự OFDM với CP.7: Sơ đồ bộ phát tín hiệu MIMO-OFDM.

Cấu trúc khung dữ liệu MIMO-OFDM.9: Sơ đồ bộ thu tín hiệu MIMO-OFDM.10: Mô hình chi tiết hệ thống thu phát 𝑁𝑇 𝑥 𝑁𝑅 MIMO-OFDM.1: Chòm sao 4-ASK và tín hiệu nhận.2: Sơ đồ khối của bộ giải mã Twin Turbo.3: Sơ đồ khối MIMO-OFDM đƣợc giả thiết.4: Chòm sao tín hiệu đƣợc truyền QPSK và những tín hiệu đƣợc ghép của chúng.5: Các bƣớc xử lý của Turbo thông thƣờng (NT) và Twin Turbo (T2).6 (a): Cấu trúc của bộ mã hóa DRPTC.6(b): Quá trình đánh thủng ở máy phát, với hệ số T = 2 và m = 2.7 Cấu trúc của bộ giải mã DRPTC Hình 3.8 Quá trình đánh thủng trƣớc khi giải mã với hệ số lặp lại 𝑇 = 2 và 𝑚 = 2.9: Cách đặt tên theo quy ƣớc đƣợc sử dụng khi hai bộ trộn đƣợc sử dụng.10: Đồ thị hệ số của hệ thống MIMO-OFDM mã hóa Turbo.11: Hai cấu trúc máy thu của hệ thống Dual-Turbo.12: Quá trình truyền thông điệp mềm cho máy thu tuần tự và DTRA với 𝑁𝐶 = 4.1: Mô hình hệ thống Dual Turbo. HV: Nghiêm Hoàng Hải ix GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Luan van Ứng dụng mã Dual-Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM Hình 4.2: BER của điều chế BPSK trong kênh AWGN với mã hóa tích chập và giải mã Viterbi quyết định cứng.3: BER của BPSK sử dụng mã hóa Turbo và giải mã với thuật toán Log-Map trong kênh AWGN với số lần lặp là 5.4: BER của BPSK sử dụng mã hóa Dual Turbo và giải mã với thuật toán Log- Map trong kênh AWGN với số lần lặp là 3.5: đồ thị BER của BPSK sử dụng OFDM.6: BER của 2 anten phát, 2 anten nhận, Alamouti STBC.7: BER của 2 anten phát, 2 anten nhận, STBC MIMO-OFDM.8: BER của hệ thống theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR sử dụng mã Turbo với kỹ thuật MIMO-OFDM.9: BER của hệ thống theo tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR sử dụng mã Dual Turbo với kỹ thuật MIMO-OFDM. HV: Nghiêm Hoàng Hải x GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Luan van Ứng dụng mã Dual-Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT APP A posteriori probability Xác suất hậu nghiệm AWGN Additive white Gaussian noise Nhiễu cộng trắng chuẩn BER Bit error rate Tỷ số lỗi bít bps bits per second Bít trên giây BPSK Binary phase shift keying Khóa dịch pha nhị phân BSC Binary symmetric channel Kênh đối xứng nhị phân FER Frame error rate Tỷ số lỗi khung ISI Inter-symbol interference Xuyên nhiễu giữa các ký hiệu LLRs Log-likelihood ratios Tỷ số log-hợp lệ MAP Maximum a posteriori Thuật toán cực đại hậu nghiệm MLSE Maximum likelihood squence Chuỗi hợp lệ tối đa estimation pdf probability density function Hàm mật độ xác suất RSC Recursive systematic convolution Mã chập hệ thống hồi quy SISO Soft input, soft output Lối vào mềm-Lối ra mềm SOVA Soft output Viterbi algorithm Thuật toán Viterbi lối ra mềm SER Symbol error rate Tỷ lệ lỗi ký hiệu SNR Signal-to-noise ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu QPSK Quaternary phase shift keying Khóa dịch pha bốn mức MPSK M-ary phase shift keying Khóa dich pha đa mức QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế QAM TCM Trellis coded modulation Điều chế mã lƣới VA Viterbi algorithm Thuật toán Viterbi OFDM Orthogonal frequency-devision Ghép kênh phân chia theo tần multiplexing số trực giao MIMO Multiple input multiple ouput Công nghệ nhiều anten phát nhiều anten thu DFT Discrete fourrier transform Biến đổi Fourrier rời rạc IFFT Inverse fast fourrier transform Biến đổi Fourrier nhanh LDPC Low density parity check Kiểm tra chẳn lẽ mật độ thấp MMSE Minimum mean-square-error Lỗi 4 tối thiểu PCCC Parallel concatenated convolutional Mã chập mắc song song codes SCCC Serially concatenated convolutional Mã chập mắc nối tiếp codes DTRA Dual Turbo Receiver Architecture Cấu trúc máy thu Dual Turbo DP-RAMS Dual Port-RAMS RAM với ngõ ra song song HV: Nghiêm Hoàng Hải xi GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Luan van Ứng dụng mã Dual-Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DUAL TURBO TRONG MIMO-OFDM 1. Tổng quan hệ thống Dual Turbo trong MIMO OFDM Hiện nay, chúng ta đang sống trong một xã hội văn minh đồng hành với sự phát triển nhƣ vũ bão của khoa học kỹ thuật, công nghệ viễn thông đã trở thành một phần rất quan trọng trong đời sống và không ngừng phát triển.

Các hệ thống thông tin vô tuyến đã mở ra một chiều hƣớng mới về phƣơng tiện liên lạc. Con ngƣời có thể liên lạc với nhau dễ dàng, gần nhƣ có thể nói là mọi lúc mọi nơi. Các thế hệ di động thế hệ thứ 2, thứ 3 có thể cung cấp tốc độ dữ liệu từ 9,6 kbps đến 2 Mbps. Gần đây, các mạng LAN vô tuyến theo chuẩn IEEE 802.11 có thể truyền tốc độ khoảng 54 Mbps.

Các nghiên cứu tìm ra giải pháp cải tiến hiệu suất thu phát sóng không ngừng phát triển. Một trong các cải tiến rất thành công đó là Mã Dual Turbo và hệ thống MIMO- OFDM. Mã Turbo là một nhánh nổi bật của mã hóa kiểm soát lỗi có hiệu suất gần đạt tới giới hạn Shannon, trong khi mức độ phức tạp trong việc tính toán ở mức hợp lý giúp ta dễ dàng thực hiện trong các hệ thống thông tin. Tuy nhiên, hệ thống Turbo với số lần lặp ở bộ thu lớn sẽ làm cho tốc độ xử lý của hệ thống suy giảm và mã Dual Turbo đã giúp cải thiện vấn đề này.

Mã Dual Turbo có tính thực tiễn cao, có thể ứng dụng vào các hệ thống thông tin liên lạc đòi hỏi đáp ứng thời gian thực và khả năng sửa lỗi cao. Hệ thống MIMO là hệ thống thông tin liên lạc tiên tiến đƣợc rất nhiều nƣớc phát triển trên thế giới sử dụng cho chất lƣợng rất cao và tốc độ truyền cao đáp ứng yêu cầu băng thông trong thông tin liên lạc ngày nay. Và chúng ta cũng biết hệ thống OFDM là 1 hệ thống thông tin liên lạc đƣợc ứng dụng rất nhiều vào thực tế với đa sóng mang, có khả năng triệt nhiễu giao thoa, tiết kiệm băng thông, bền vững đối với fading phụ thuộc tần số và trải trễ đa đƣờng…Với những ƣu điểm của 2 hệ thống MIMO và OFDM, nếu ta kết hợp chúng lại với nhau sẽ tạo ra một hệ thống truyền tin với rất nhiều ƣu điểm và có tính thực tiễn rất cao. Có rất nhiều nghiên cứu cũng nhƣ các bài báo đề cập về kỹ thuật Dual Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM, dƣới đây là một số bài báo nghiên cứu liên quan về kỹ thuật Dual Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM trong thời gian gần đây.

Bài báo số [27] năm 2011: nghiên cứu về cấu trúc bộ thu Dual Turbo cho hệ thống Turbo MIMO-OFDM. Bài báo này nghiên cứu mối tƣơng quan của FER và SNR khi sử dụng bộ thu Dual Turbo. Hình 4 và hình 5 của bài báo này cho thấy ƣu điểm của bộ nhận DTRA so HV: Nghiêm Hoàng Hải 1 GVHD: PGS.