Ứng dụng mã turbo trong hệ thống mino

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN CÔNG DANH

ỨNG DỤNG MÃ TURBO TRONG HỆ THỐNG MIMO

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203

S K C0 0 4 6 6 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN CÔNG DANH

ỨNG DỤNG MÃ TURBO
TRONG HỆ THỐNG MIMO

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2015

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Trần Công Danh
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 14/08/1963
Nơi sinh: TP.HCM
Quê quán: Tiền Giang
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 358/12T Lê Đức Thọ, Gò Vấp, TP.HCM
Điện thoại cơ quan:
Điện thoại nhà riêng:
Fax:
E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Trung cấp nghề
Thời gian đào tạo từ 09/2004…… đến
05/2006
Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Trung cấp Việt-Hàn
Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tử
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 01/2011
Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
Ngành học: Kỹ Thuật Điện – Điện Tử
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Môn thi Kỹ thuật Audio - Video

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 7/2010, ĐH SPKT
Ngƣời hƣớng dẫn:
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm
Phụ giúp gia đình

2011 - nay

i


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 chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Trần Công Danh

ii


LỜI CẢM ƠN

Tôi chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Hồng Liên đã tận tình hƣớng dẫn tôi
trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tôi cũng gởi lời cảm ơn đến Quý Thầy Cô trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật
Thành phố Hồ Chí Minh đã ta ̣o điề u kiê ̣n cho tôi trong quá trìn h ho ̣c tâ ̣p và nghiên
cƣ́u.
Tôi cảm ơn các bạn cùng khóa luôn giúp đỡ tôi trong lúc khó khăn.
Cuối cùng, tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình tôi.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…

Học viên Trần Công Danh

iii


TÓM TẮT
Tên đề tài: Ứng dụng mã Turbo trong hệ thống MIMO
Nơi nghiên cứu: Trƣờng ĐH SPKT tp.HCM, khoa Điện – Điện tử
Sinh viên thực hiện: Trần Công Danh
Giáo viên hƣớng dẫn: PGS. TS Phạm Hồng Liên
Thời gian thực hiện: Từ 23/02/2015 đến 23/08/2015
Với sự bùng nổ của Công nghệ thông tin, nhu cầu truyền dẫn dữ liệu không
ngừng tăng lên và yêu cầu truyền dẫn dữ liệu ngày càng cao. Tuy nhiên, với các hạn
chế về năng lƣợng, băng thông, nhiều kỹ thuật ứng dụng mới đƣợc triển khai để
khắc phục khó khăn này. Một trong đó là kỹ thuật phân tập MIMO với nhiều ăn-ten
phát và thu kết hợp với mã sửa sai Turbo. Hệ thống đa ăn-ten thu-phát MIMO đang
phát triển rộng rải trong liên lạc không dây của thế hệ thống tin di động thứ 3 (3G).
Hệ thống này áp dụng kỹ thuật phân tập, kết hợp kỹ thuật mã hóa nhằm tăng dung
lƣợng kênh truyền, cải thiện hiệu quả phổ mà không phải tăng công suất phát hay

băng thông. Để giải quyết tốt các ảnh hƣởng do môi trƣờng truyền dẫn không dây
và di động, ngoài việc tận dụng ƣu thế của hệ thống MIMO , luận văn nghiên cứu
kết hợp mã sửa sai Turbo vào hệ thống này. Kết quả nghiên cứu đã xác định các đặc
trƣng đem lại kết quả tốt cho hệ thống kết hợp.
Các kết quả đạt đƣợc trong luận văn này nhƣ sau :
o Diễn giải cặn kẻ thuật toán giải mã tuần tự dẫn dắt đến thuật toán giãi mã Viterbi,
giãi mã bằng phần mềm dựa vào các mức điện áp bit 1 và 0
o Diễn giải sơ đồ khối tiến trình giải mã Turbo trong sơ đồ khối Turbo-MIMO,
đồng thời hiển thị mô phỏng cho thấy kết quả so sánh mô phỏng tốt hơn hẳn của
mã Turbo trong hệ thống MIMO
o Đề cập đến các vấn đề ảnh hƣởng đến việc sửa lỗi trong hệ thống Turbo-MIMO,
cụ thể là chiều dài mã khối. Ngoài ra còn nghiên cứu vấn đề dò tìm lặp, kể cả bên
ngoài và giải mã.
o Mô phỏng hệ thống turbo-MIMO-OFDM dùng Matlap Simulink phiên bản
2009a

iv


ABSTRACT
Project title: Application of Turbo codes in MIMO systems
Place of study: HCMC University of Technical Education, Faculty of Electrical Electronics
Students perform: Tran Cong Danh
Instructor: Assoc. Dr Pham Hong Lien
Implementation period: From 23/02/2015 to 23/08/2015
With the explosion of information technology, data transmission demand keeps
growing and require data transmission is increasing. However, with the energy
limitations, bandwidth, many new application techniques being developed to
overcome this difficulty. One of which is the technical diversity MIMO with
multiple transmit and receive antennas combined with error proofing Turbo code.

Multi-antenna system transceiver bounteous developing MIMO wireless
communication in the mobile communication generation 3rd (3G). This system
applies the technical diversity, combining encryption techniques to increase channel
capacity, improve spectral efficiency without increasing the transmit power or
bandwidth. To resolve possible environmental effects wireless transmission and
mobile, in addition to taking advantage of MIMO systems, combined dissertation
Turbo error code against this system. The research results have identified the
characteristics bring good results for the combined system.
The results obtained in this thesis are as follows:
o Interpretation particularized sequential decoding algorithm led to Viterbi
decoding algorithm, decoded by software based on the voltage level of bit 1
and 0
o Interpretation block diagram Turbo decoding process flowchart Turbo-MIMO,
and displays the simulation showed comparable results much better simulation
of Turbo codes in MIMO systems
o Referring to the issues affecting the fixes in Turbo-MIMO system, namely the
length of the block code. Also study loop detection problem, including
external and decoding.
o Simulation system MIMO-OFDM using turbo-version Matlap Simulink 2009a

v


MỤC LỤC :
LÝ LỊCH KHOA HỌC............................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................iii
TÓM TẮT .............................................................................................................. iv
CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................................. ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..................................................................................... xi

DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................. xiv
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ...................................................................................... 15
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ................................................. 15
1.3. Mục đích đề tài : ........................................................................................ 18
1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài : ............................................. 18
1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 18
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................... 19
2.1.

KỸ THUẬT OFDM ................................................................................ 19

2.1.1.

Nguyên lý OFDM ........................................................................... 19

2.1.2.

Tín hiệu OFDM .............................................................................. 20

2.1.3.

Phổ của tín hiệu OFDM .................................................................. 20

2.2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MIMO ................................................... 22
2.2.1.

Các kĩ thuật phân tập ...................................................................... 22

2.2.2.

Mã Alamouti .................................................................................. 23

2.3. MÃ HÓA TURBO ................................................................................... 25
2.3.1.

Giới thiệu về mã Turbo ................................................................... 25

2.3.2.

Bộ mã hóa chập hệ thống đệ quy RSC ............................................ 26

2.3.3.

Bộ ghép đan xen ............................................................................. 27

2.3.4.

Bộ giải mã Turbo ............................................................................ 27

2.3.5.

Tổng quan về các thuật toán giải mã ............................................... 28

2.4. THUẬT TOÁN MÃ HÓA và GIẢI MÃ VỚI MÃ CHẬP DỰA TRÊN
TRELLIS – VITERBI........................................................................................ 28
2.4.1.

Thông số mã và cấu trúc của mã chập ............................................. 29
vi

2.4.2.

Đa thức đƣợc chọn ......................................................................... 29

2.4.3.

Mã hóa một chuỗi ........................................................................... 31

2.4.4.

Thiết kế Bộ mã hóa......................................................................... 33

2.4.5.

Biểu diễn bằng biểu đồ ................................................................... 34

2.4.6.

Mã hóa ........................................................................................... 37

2.4.7.

Giải mã ........................................................................................... 38

2.4.8.

Giải mã theo quyết định mềm .......................................................... 47

2.5. ỨNG DỤNG MÃ TURBO TRONG HỆ THỐNG MIMO ........................ 53

2.5.1.

Mô hình Hệ thống........................................................................... 53

2.5.2.

Máy phát ......................................................................................... 54

2.5.3.

Phân bố sóng mang phụ .................................................................. 55

2.5.4.

IFFT ............................................................................................... 55

2.5.5.

Kênh truyền .................................................................................... 55

2.5.6.

Máy thu .......................................................................................... 56

2.5.7.

FFT ................................................................................................ 56

2.5.8.

Loại bỏ FEC .................................................................................. 56

2.5.9.

Giải mã Viterbi ............................................................................... 56

2.6. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TURBO-MIMO HIỆU QUẢ CAO VỚI THIẾT
LẬP DÕ TÌM LẶP VÀ GIẢI MÃ ..................................................................... 58
2.6.1. Mô hình Hệ thống TURBO-MIMO ...................................................... 58
2.6.2. Định hƣớng hệ thống Turbo-MIMO lặp ............................................... 60
2.6.3. Kết quả theo mô phỏng ........................................................................ 63
2.6.4. Kết luận: .............................................................................................. 63
2.7. CẤU TRÖC GIẢI MÃ TURBO ............................................................... 65
Mã Chập Ghép Song song trong kênh MIMO : .................................................. 65
Chƣơng 3: CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ............................................................. 68
3.1. Kết quả mô phỏng từ phần mềm Matlab ................................................... 68
3.2. LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT ........................................................................... 75
3.2.1.

Lƣu đồ mã hóa................................................................................ 75

3.2.2.

Lƣu đồ giải mã ............................................................................... 76

Chƣơng 4: KẾT LUẬN ......................................................................................... 77
vii


4.1. KẾT LUẬN .............................................................................................. 77

4.2. HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .............................................................. 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 79

viii


CÁC TỪ VIẾT TẮT
APP

A posteriori probability

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Nhiễu trắng Gauss cộng

BER

Bit Error Rate

Tốc độ lỗi bit

CSI

Channel State Information

Thông tin trạng thái kênh

MAP

Maximum A Posteriori

Phƣơng Pháp hậu nghiệm tối
đa

MIMO

Multi-input Multi-output

Đa ngõ vào đa ngõ ra

MISO

Multi-input Single-output

Đa ngõ vào một ngõ ra

ML

Maximum Likelihood

Khả năng lớn nhất

MMSE

Minimum Mean-squares

Lỗi bình phƣơng trung bình
error nhỏ nhất

LOS

Light of sight

Đƣờng truyền thẳng

Pdf

Probability density function

Hàm mật độ xác suất

RSC

Recursive systematic convolutional

Mã chập có tính hệ thống đệ
quy

SOVA

Soft Output Viterbi Algorithm

SIMO

Single-input Multi-output

Một ngõ vào, đa ngõ ra

SISO

Single-input Single-output

Một ngõ vào một ngõ ra

SISO

Soft Input Soft Output

Bộ giải ngõ vào mềm ngõ ra
mềm

SNR

Signal Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
ix


SM

Spatial Multiplexing

Đa hợp không gian

STC

Space-Time Coding

Mã hóa không gian thời gian

SVD

Singular Value Decomposition

Phân chia giá trị đơn

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

Trang

Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát N ăn-ten phát và M ăn-ten thu ...................................... 24
Hình 2.3. Trình bày sơ đồ mã kết nối song song .................................................... 25
Hình 2.2. Trình bày sơ đồ kết nối nối tiếp .............................................................. 25
Hình 2.4. Sơ đồ khối bộ mã hóa Turbo .................................................................. 26
Hình 2.5. Bộ ghép xen làm tăng trọng số của các từ mã ......................................... 27
Hình 2.6. Các họ thuật toán giải mã dựa trên sơ đồ Trellis ..................................... 28
Hình 2.7. Mã chập (3,1,3) có 3 thanh ghi bộ nhớ, 1 bit đầu vào và 3 bit đầu ra. .... 29
Hình 2.8. Các trạng thái của mã trong thanh ghi .................................................... 30
Hình 2.9. Bit 1 đi qua bộ mã hóa tạo 8 bit ở đầu ra. .............................................. 31
Hình 2.10. Sơ đồ trạng thái mã (2,1,4) .................................................................. 35
Hình 2.11. Sơ đồ Cây của mã (2,1,4) ..................................................................... 36
Hình 2.12. Sơ đồ Trellis của mã (2,1,4) ................................................................ 37
Hình 2.13. Chuỗi mã hóa , bit ngõ vào 1011000 , bit ngõ ra 11011111010111 .. 38

Hình 2.14. Đƣờng hƣớng tìm kiếm của giải mã trình tự ......................................... 40
Hình 2.15. Giải mã tuần tự tìm kiếm con đƣờng đi ................................................ 41
Hình 2.16. Giải mã tuần tự tìm kiếm đƣờng đi ....................................................... 41
Hình 2.17. Giải mã tuần tự tìm kiếm con đƣờng đi ................................................ 42
Hình 2.18. Giải mã Viterbi, Bƣớc 1 ....................................................................... 43
Hình 2.19. Giải mã Viterbi, Bƣớc 2 ....................................................................... 44
Hình 2.20. Giải mã Viterbi, Bƣớc 3 ....................................................................... 44
Hình 2.21. Giải mã Viterbi, Bƣớc 4 ....................................................................... 45
Hình 2.22. Giải mã Viterbi, Bƣớc 4, sau khi có sự loại bỏ .................................... 45
xi


Hình 2.23. Giải mã Viterbi, Bƣớc 5 ....................................................................... 46
Hình 2.24. Giải mã Viterbi, Bƣớc 6 ....................................................................... 46
Hình 2.25. Giải mã Viterbi, Bƣớc 7 ....................................................................... 47
Hình 2.26. Hai tín hiệu 1 và 0 tạo nhiễu................................................................. 48
Hình 2.27. Tạo 4 vùng quyết định . Xác suất chính xác đƣợc tính toán từ diện tích
dƣới đƣờng cong gaussian. .................................................................................... 49
Hình 2.28. Xác suất giải mã bit 0 hoặc 1 tùy thuộc vào độ lớn của điện áp nhận
đƣợc, với điện áp đƣợc lƣợng tử hóa thành 4 cấp. .................................................. 50
Hình 2.29. Thiết bị phát MIMO OFDM ................................................................ 54
Hình 2.30. Thiết bị thu MIMO OFDM ................................................................. 54
Hình 2.31. Sơ đồ khối Turbo-MIMO ..................................................................... 59
Hình 2.32. Sơ đồ Lƣới ........................................................................................... 61
Hình 2.33. Các kết quả mô phỏng hệ thống Turbo-MIMO sử dụng LLR cho thông
tin parity-kiểm tra với số lần lặp khác nhau ........................................................... 64
Hình 2.34. Mã Chập Ghép Song song trong kênh MIMO ...................................... 65
Hình 3.1. So sánh BER giữa SIO, SIMO, MISO, MIMO ....................................... 68
Hình 3.3 So sánh BER trong HT VBLAST-OFDM ............................................... 69
Hình 3.2. So sánh BER trong các HT MIMO......................................................... 69

Hình 3.4 So sánh BER trong các điều chế HT MIMO ............................................ 70
Hình 3.5 So sánh BER trong HT MIMO-OFDM .................................................. 70
Hình 3.6 So sánh BER trong OFDM ..................................................................... 71
Hình 3.7 Các thông số chạy Matlap Turbo ............................................................ 72
Hình 3.8 BER của mã Turbo trong HT MIMO-OFDM, điều chế BPSK ............... 72
Hình 3.9 BER của mã Turbo trong HT MIMO-OFDM, điều chế 4-QAM ............. 73
Hình 3.10 Hiệu suất mã Turbo trong HT MIMO-OFDM ...................................... 73
Hình 3.11. Mã Turbo 6 lần lặp có Puncture ........................................................... 74
xii


Hình 3.12 Mã Turbo 6 lần lặp không có Puncture ................................................. 74

xiii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

Trang

Bảng 2.1. Đa thức tốt cho các mã tỷ lệ 1/2 ............................................................. 30
Bảng 2.2. Tra cứu cho các bộ mã hóa mã (2,1,4) ................................................... 34
Bảng 2.3. Quy ƣớc về Bit –Metric quyết định xét từ tín hiệu vào tạo ra trong 8
chuỗi mã thích hợp ................................................................................................ 39
Bảng 2.4. Mỗi nhánh có số đo Hamming metric tùy thuộc vào bit nhận, và từ mã
tƣơng ứng. ............................................................................................................. 43
Bảng 2.5. Bảng tra cứu các tính toán .................................................................... 62
Bảng 2.6. BER của Mã Chập Ghép Song song PCCC trong kênh MIMO với chiều
dài khối 512, 1024, 2048 ....................................................................................... 67

xiv


Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Một hệ thống gồm nhiều ăn-ten phát và ăn-ten thu đƣợc gọi là hệ thống MIMO
(Multiple Input Multiple Output). Hệ thống này đƣợc nghiên cứu thông qua các mô
phỏng trên máy tính từ thập kỉ 80, do những ƣu điểm mà nó mang lại nên đƣợc rất nhiều
ngƣời quan tâm và phân tích rõ hơn. Hiện nay thì hệ thống MIMO đang đƣợc sử dụng
trong hệ thống 3G và đƣợc chuẩn hóa thành chuẩn IEEE 802.11.
Hệ thống MIMO sử dụng nhiều ăn-ten phát và thu với 2 mục đích chính:
•
Thứ nhất: sử dụng nhiều ăn-ten để thu đƣợc độ lợi phân tập cao
•
Thứ hai: sử dụng nhiều ăn-ten để truyền nhiều dòng dữ liệu song song để
tăng dung lƣợng của hệ thống.
Đi song song với vấn đề nâng cao dung lƣợng của hệ thống thì vấn đề sửa lỗi cũng
đƣợc quan tâm rất nhiều. Hiện nay mã Turbo là một trong những loại mã có khả năng sửa
lỗi gần tiến tới giới hạn Shannon.
Tuy nhiên tài nguyên về phổ tần số lại bị giới hạn và dung lƣợng của hệ thống thông
tin sẽ không đáp ứng đƣợc nếu không có sự gia tăng về mặt hiệu suất sử dụng phổ tần.
Các phƣơng pháp mã hóa mới đƣợc nghiêm cứu nhƣ mã Turbo, mã LDPC (Low Density
Parity Check) đã đạt đƣợc hiệu suất sửa lỗi gần tới giới hạn Shannon trong các hệ thống
các ăn-ten đơn. Các cải tiến đƣợc đƣa ra về hiệu suất phổ tần là tập trung vào việc tăng
số lƣợng anten ở cả phía phát và phía thu.

15

Một số kết quả nghiên cứu đã công bố:
Trong bài báo “ SIGNALPROCESSING & SIMULATION NEWSLETTER” mục
„Coding and decoding with Convolutional Codes ‟ [2] các tác giả đã nêu lên các thông số
và cấu trúc mã hóa, giải mã của mã chập Turbo. Riêng phần giải mã, tác giả đã nêu bật 3
biểu đồ giải mã, nêu ƣu nhƣợc điểm. Sau đó họ diễn giải cặn kẻ thuật toán giải mã tuần
tự dẫn dắt đến thuật toán giãi mã Viterbi , giãi mã bằng phần mềm dựa vào các mức điện
áp bit 1 và 0 . Điều này rất quan trọng trong bài báo cáo về phần mã Turbo.
Trong bài báo “Performance of Turbo Encoder and Turbo Decoder using MIMO
Channel ”[6] của Sneha Bhanubhai Patel, Mary Grace Shajan . Các tác giã diễn giải về
sơ đồ khối tiến trình giải mã Turbo, sơ đồ khối hệ thống Turbo-MIMO , họ đề cập đến sự
phức tạp của giải thuật MAP , đồng thời nêu lên ƣu điểm của mã Turbo đối với hệ thống
MIMO. Đồng thời họ đề cập đến kích thƣớc mã khối ảnh hƣởng đến việc sửa lỗi của hệ
thống Turbo-MIMO
Trong bài báo “Performance Analysis of MIMO-OFDM System using Space- time
Turbo Codes and Adaptive Beamforming“ [5] của Suchita Varade & Kishore Kulat ,
India . Các tác giả nêu lên nổi bật sơ đồ khối của hệ thống MIMO có Ứng dụng mã
Turbo cùng các cơ sở thuật toán trong ứng dụng.
Trong bài báo “ High-Performance Turbo-MIMO System Design with Iterative SoftDetection and Decoding” của Der-Wei Yang, Jing-Shiun Lin, Shih-Hao Fang, Chia-Fen
Lin, and Ming-Der Shiehđã nêu lên các vấn đề dò tìm lặp, kể cả bên ngoài và giải mã.
Cuối cùng tác giả đã nêu lên ƣu điểm sửa lỗi tốt hơn với số lần lặp thông tin bên ngoài
nhiều hơn số lần lặp giải mã.

1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Trong tiêu chuẩn sắp tới của 4G đƣa ra nhu cầu tăng công suất và hiệu suất, mã Turbo
là một ứng viên sáng về hiệu suất cao trong việc sửa lỗi. Các nguyên tắc của mã Turbo
16

cho phép tiếp cận giới hạn Shannon, mô tả năng lực tối đa của kênh truyền [6] . Các mô
phỏng cho thấy việc kết hợp mã turbo vào kênh truyền MIMO cho kết quả tốt hơn so với
khi không ở trong MIMO.
Mã không gian-thời gian chia thành mã khối STBC và mã trellis STBC. Những nổ lực
nghiên cứu tập trung vào các kênh fading phẳng [5] . Mức độ đa dạng và tốc độ truyền
làm gia tăng sự phức tạp của giải mã không gian-thời gian Turbo STTC . Kết quả đạt
đƣợc hoàn thiện đƣợc minh chứng khi mã STBC có hỗ trợ MIMO - OFDM.
Không còn hoàn hảo nếu có các kênh fading Rayleigh, các thông tin không đáng tin
cậy lập tức sẽ gây suy giãm hiệu suất của hệ thống [4] . Một phƣơng pháp lặp có đƣợc độ
tin cậy cao về thông tin tiên nghiệm tại phần mềm dò tìm trong hệ thống Turbo -MIMO .
Ta sử dụng các thông tin bên ngoài từ bộ giải mã turbo để cập nhật LLR (phƣơng pháp
Log của khả năng) dựa trên thuật toán log-MAP trong giải mã phạm vi danh mục LSD.
Kết quả cho thấy các đề xuất hệ thống Turbo-MIMO đƣợc thết lập giải mã dò tìm lặp sẽ
cải thiện đáng kể hiệu suất hệ thống so với hệ thống Turbo-MIMO thƣờng.

17


1.3. Mục đích đề tài :
Xây dựng một công cụ để thiết lập đƣờng truyền hệ thống viễn thông MIMO đạt hiệu
suất cao trong việc sữa lỗi, ở đây chú trọng đến mã tích chập ghép song song Turbo và
mã RSC. Đồng thời nêu lên ƣu điểm vƣợt trội của một trong số thuật toán giải mã của nó.
1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài :
 Nghiên cứu mã RSC, bộ ghép đan xen, mã chập ghép song song Turbo, tiến trình mã
hóa và giải mã trong hệ thống.
 Thiết kế và giải mã khối Turbo, mã chập Turbo trong hệ thống MIMO.
 Mô phỏng bằng Matlab kết quả của các lần lặp của mã Turbo, và khi mã Turbo nằm
trong hệ thống MIMO. Rồi rút ra kết luận về hiệu suất của mã chập ghép song song
Turbo, mã khối Turbo. Vẽ đồ thị tỷ lệ lỗi bit (BER) tƣơng ứng với các thông số tỉ số
công suất tín hiệu trên nhiễu (SNR) khác nhau.

 Hệ thống đƣợc giới hạn trong trƣờng hợp sử dụng mã khối có kích thƣớc độ dài 512
BER. Kênh truyền giã tĩnh (quasi-static) có fading Rayleigh, kênh nhiễu AWGN .
Riêng lý thuyết phần giải mã phần mềm luôn luôn giả định rằng xác suất phân bố lỗi
của hai bit 1 và 0 là nhƣ nhau xét về điện áp.
1.5.





Phƣơng pháp nghiên cứu

Thu thập, tổng hợp các tài liệu lý thuyết cơ bản liên quan đến đề tài.
Tìm hiểu các kết quả nghiên cứu đã công bố trong nƣớc và quốc tế.
Phân tích lý thuyết và mô phỏng kết quả tính toán bằng phần mềm Matlab.
Tổng hợp viết báo cáo.

18


Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

KỸ THUẬT OFDM

Xét về bản chất, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một trƣờng
hợp đặc biệt của phƣơng pháp phát đa sóng mang theo nguyên lý chia luồng dữ liệu tốc
độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp và phát đồng thời trên một số các sóng mang
đƣợc phân bố trực giao nhau. Trong khái niệm của kỹ thuật đa sóng mang, những sóng
mang này đƣợc biết đến nhƣ là sóng mang con (sub-carrier).

2.1.1. Nguyên lý OFDM
OFDM là một kỹ thuật đƣợc dựa trên kỹ thuật đa sóng mang, mà nó có những đặc tính
sau đây :
Các sóng mang con trực giao nhau

1
Ts

Ts

e

j 2f k

e

0

 j 2f l

1
dt 
Ts

Ts

j 2 ( f k  f l )
e
dt


0

1, k  l

0, k  l
Phổ của các tín hiệu sub-channel (đƣờng kênh con) chồng lấp lên nhau. Độ lệch tần số
giữa các sóng mang con đƣợc chọn là

f 

1
1

Ts K .T

Tín hiệu OFDM có chứa chu kỳ phòng vệ CP (Cyclic Prefix)

19


S

K

L

0

0

2

1

5

4