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 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 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 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 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 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 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 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.TS Phạm Hồng Liên Ứng dụng mã Dual-Turbo trong hệ thống MIMO-OFDM với bộ thu tuần tự trong kênh truyền MIMO.