Giải pháp ánh xạ thích nghi cho hệ thống OFDM bằng mã BICM-ID với các bộ ánh xạ tín hiệu 16-QAM khác nhau

Giải pháp ánh xạ thích nghi cho hệ thống OFDM<br /> bằng mã BICM-ID với các bộ ánh xạ tín hiệu<br /> 16-QAM khác nhau<br /> Đỗ Công Hùng<br /> Khoa CNKT Điện tử-Viễn thông<br /> Đại học Thành Đô<br /> Email: conghung@thanhdo.edu.vn, doconghung2000@gmail.com<br /> Abstract— Yêu cầu nâng cao chất lượng lỗi bít và tốc độ truyền<br /> dẫn của một hệ thống thông tin bất kỳ luôn mâu thuẫn với nhau.<br /> Trong điều kiện kênh fading chọn lọc theo tần số, kỹ thuật<br /> OFDM và các giải pháp thích nghi theo bậc điều chế hay rate<br /> matching cho mã Turbo đã được ứng dụng cho hệ thống 4G LTE<br /> không đảm bảo được yêu cầu cố định về tốc độ truyền dẫn cho hệ<br /> thống.<br /> So với các phương thức mã kênh truyền thống, việc sử dụng<br /> mã BICM- ID không chỉ chứng tỏ khả năng về tăng ích mã hóa<br /> [12] mà còn có khả năng thích nghi để đảm bảo tốc độ truyền dẫn<br /> không đổi nhờ việc sử dụng các bộ ánh xạ khác nhau.<br /> Tiếp theo các kết quả chứng minh cho giải pháp thích nghi<br /> dung BICM-ID với các bộ ánh xạ 8-PSK khác nhau được trình<br /> bày trong bài báo [13] tại REV10-2006. Bài báo này trình bày các<br /> tính toán và kết quả mô phỏng chứng minh cho giải pháp thích<br /> nghi hệ thống OFDM dùng mã BICM-ID với các bộ ánh xạ 16QAM khác nhau trong điều kiện kênh pha đinh đa đường có sự<br /> tác động đồng thời của tạp âm Gauss.<br /> Keywords- Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM),<br /> Adaptive OFDM (AOFDM), Bit Interleaved Coded Modulation<br /> with Iterative Decoding (BICM-ID).<br /> <br /> I. GIỚI THIỆU<br /> Như đã biết, là một trường hợp đặc biệt của phương thức<br /> phát đa sóng mang, trong những năm gần đây OFDM<br /> (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng<br /> được nghiên cứu và mở rộng phạm vi ứng dụng nhờ những ưu<br /> điểm của nó trong tiết kiệm băng tần và khả năng chống lại pha<br /> đinh chọn lọc theo tần số cũng như xuyên nhiễu băng hẹp.<br /> Cùng với sự ra đời của các chíp FFT (Fast Fourier<br /> Transformers) có dung lượng lớn, OFDM đã được ứng dụng<br /> rộng rãi trong hệ thống truyền hình kỹ thuật số DVB-T, các<br /> mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.11a, b, g, n, các hệ<br /> thống Wimax theo chuẩn 802.16 ...và hệ thống thông tin 4G<br /> theo cả hướng LTE và Wimax.<br /> Nhằm khai thác tối đa dung lượng của hệ thống OFDM<br /> trên các kênh pha đinh băng hẹp, cho đến nay các nghiên cứu<br /> và ứng dụng về OFDM thích nghi (AOFDM) được tiến hành<br /> theo các hướng: điều chế đa mức trên các băng con [2]; thay<br /> đổi thích nghi các tham số OFDM [11]; thích nghi các mã<br /> RSSC, mã turbo cho OFDM [2].<br /> <br /> Tuy nhiên, các phương pháp thích nghi truyền thống làm<br /> thông lượng dữ liệu của hệ thống thay đổi nên là một hạn chế<br /> với các hệ thống yêu cầu tốc độ dữ liệu không đổi như truyền<br /> Audio-Video hai chiều trong thời gian thực. Mặt khác, do quá<br /> trình thích nghi đa mức bị giới hạn bởi ngưỡng SNR mà tại đó<br /> các bộ giải mã vẫn làm việc tốt, do đó việc nghiên cứu các bộ<br /> mã tốt cho hệ thống OFDM luôn là một công việc cần thiết.<br /> Sau mã Turbo, gần đây mã BICM-ID (Bit Interleaved Coded<br /> Modulation with Iterative Decoding) được đề suất sử dụng kết<br /> hợp với OFDM nhằm đạt được chất lượng lỗi bít tốt nhất[4].<br /> Qua phân tích lý thuyết và các kết quả mô phỏng, chúng<br /> tôi thấy rằng hệ thống BICM-ID OFDM khi sử dụng các phép<br /> ánh xạ symbol Gray, SP, MSEW (Maximum Squared<br /> Euclidean Weight)... sẽ cho các đặc tính lỗi bít khác nhau tại<br /> các vùng SNR (Signal to Noise Rate) khác nhau. Dựa trên đặc<br /> tính này, bài báo đề xuất một giải pháp thích nghi mới cho hệ<br /> thống OFDM là thay đổi thích nghi các bộ ánh xạ theo các<br /> ngưỡng SNR khác nhau, cho phép tối đa hóa đặc tính lỗi bít<br /> trên toàn dải SNR. Giải pháp này mang lại hiệu quả về đáng kể<br /> về tỉ lệ lỗi bít mà vẫn đảm bảo được thông lượng thông tin<br /> không đổi, phù hợp cho các ứng dụng 2 chiều trong thời gian<br /> thực. Sau khi tính toán và tiến hành các thí nghiệm mô phỏng<br /> thành công cho hệ thống BICM-ID- OFDM với bộ điều chế 4<br /> QAM và 8-PSK, chúng tôi tiếp tục tiến hành xây dựng mô<br /> hình mô phỏng để chứng minh cho hệ thống BICM-ID- OFDM<br /> với các bộ điều chế 16-QAM.<br /> Các nội dung tiếp theo của bài báo được sắp xếp như sau:<br /> Phần II trình bày cơ sở lý thuyết về OFDM và BICM-ID. Phần<br /> III trình bày mô hình mô phỏng hệ thống OFDM-BICM-ID với<br /> các bộ ánh xạ khác nhau. Phần IV là các kết quả mô phỏng<br /> chứng minh cho giải pháp thích nghi được đề xuất. Phần V là<br /> các kết luận được rút ra.<br /> II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT<br /> 2.1. Lý thuyết cơ bản về OFDM và AOFDM<br /> Về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương<br /> thức phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc<br /> độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng<br /> thời trên một số các sóng mang được phân bổ trực giao với<br /> nhau. Phổ của tín hiệu OFDM được mô tả ở hình 1.<br /> <br /> Hình 1: Phổ của sóng mang và tín hiệu OFDM<br /> Hình 1 cho thấy do tính trực giao, các sóng mang con không bị<br /> xuyên nhiễu bởi các sóng mang con khác. Với kỹ thuật đa<br /> sóng mang dựa trên IFFT và FFT, hệ thông OFDM đạt được<br /> hiệu quả không phải bằng các bộ lọc giải thông mà bằng xử lý<br /> băng gốc.<br /> Trong hệ thống OFDM, nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ<br /> nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên. Do đó<br /> sự phân tán theo thời gian gây bởi trải trễ do truyền dẫn đa<br /> đường giảm. Mặt khác, do chu kỳ phòng vệ CP được chèn vào<br /> giữa các symbol OFDM nên xuyên nhiễu giữa các symbol (ISI)<br /> hầu như bị loại trừ hoàn toàn (hình 2). Trong khoảng thời gian<br /> phòng vệ, symbol OFDM được kéo dài theo chu kỳ để tránh<br /> xuyên nhiễu giữa các sóng mang (ICI) [11].<br /> <br /> Hình 2. Khoảng phòng vệ giữa các Symbol OFDM<br /> Với hệ thống sóng mang đơn, một pha đinh hoặc xuyên<br /> nhiễu đơn sẽ có tác động tới toàn bộ dữ liệu truyền trên kênh.<br /> Trong hệ thống OFDM, do việc truyền dẫn được thực hiện trên<br /> nhiều sóng mang trực giao nhau nên chỉ một phần dữ liệu bị<br /> ảnh hưởng. Phần dữ liệu bị sai đó sẽ được sửa bằng các mã sửa<br /> lỗi thích hợp. Vì vậy khả năng chống pha đinh của hệ thống<br /> OFDM phụ thuộc rất nhiều vào khả năng chống nhiễu của các<br /> bộ mã sửa lỗi. Đó chính là lý do mà các bộ mã sử dụng cho hệ<br /> thống OFDM liên tục được nghiên cứu cải tiến.<br /> Nhằm khai thác tối đa dung lượng Shanon biến đổi theo<br /> thời gian của các kênh pha đinh băng hẹp, ý tưởng làm thích<br /> nghi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang OFDM tuỳ thuộc SNR<br /> của sóng mang đó được Steele và Webb đề suất vào năm 1991.<br /> Sau đó là các nghiên cứu của Sampei-Osaka, Gold SmithStanfor; Peace và Tozer-York; Lau và Mc.Leod - Cambridge<br /> cũng như của L.Hanzzo và các đồng nghiệp [2]. Trong các<br /> kênh pha đinh chọn lọc theo tần số, lỗi bít thường tập trung tại<br /> một vài sóng mang con bị pha đinh, trong khi các sóng mang<br /> khác lại không bị pha đinh. Do đó cần nhận diện các sóng<br /> mang con có xác suất lỗi bít cao trong symbol OFDM và loại<br /> trừ ra khỏi việc mang dữ liệu. Tuy vậy, fading trong miền tần<br /> số có thể làm xấu SNR của một số sóng mang này nhưng lại<br /> làm tăng SNR của các sóng mang con khác nên sự thiệt hại về<br /> thông lượng dữ liệu do việc loại trừ các sóng mang bị pha đinh<br /> <br /> có thể được bù lại bằng cách sử dụng các bộ điều chế đa mức<br /> bậc cao hơn tại các sóng mang có giá trị SNR cao. Tuy nhiên,<br /> các phương pháp thích nghi truyền thống cho OFDM làm<br /> thông lượng dữ liệu của hệ thống thay đổi nên khó ứng dụng<br /> cho các hệ thống yêu cầu tốc độ dữ liệu không đổi như truyền<br /> Audio-Vieo hai chiều trong thời gian thực.<br /> Sau mã Turbo, mã BICM-ID được đề suất từ nhứng năm 1990<br /> bởi nhóm nghiên cứu Li và Ritcey là bộ mã tốt cho truyền dẫn<br /> trên cả kênh Gauss và kênh pha đinh nhờ thừa hưởng ưu điểm<br /> của các mã xoắn cơ sở, tăng ích xáo trộn bít và các thuật toán<br /> giải mã lặp [4]. Để làm rõ hơn bộ mã BICM-ID cũng như giải<br /> pháp thích nghi đề xuất cho hệ thống OFDM, chúng ta sẽ phân<br /> tích nguyên lý bộ mã BICM-ID trong mục tiếp theo.<br /> 2.2. Cơ sở lý thuyết về BICM-ID<br /> Đối với kênh tạp âm Gauss trắng cộng tính (AWGN), kỹ thuật<br /> điều chế mã lưới TCM [1] đã chứng tỏ là một phương pháp có<br /> hiệu quả để ánh xạ các bít được mã hoá vào tập tín hiệu sao<br /> cho cự li Euclid tối thiểu giữa các từ mã là đủ lớn. Tuy nhiên,<br /> đối với kênh pha đinh thì tại tỷ lệ tín trên tạp (SNR) cao, chất<br /> lượng của mã phụ thuộc vào cự li Hamming tối thiểu giữa các<br /> bít mã hơn là phụ thuộc vào cự li Euclid giữa các chuỗi tín<br /> hiệu. Để cải thiện hoạt động của mã TCM trên kênh fading, [2,<br /> 3] đã đề xuất một sơ đồ khác gọi là điều chế mã có xáo trộn bít<br /> BICM (Bit Interleaved Coded Modulation). Trong sơ đồ này,<br /> các bít đầu ra của máy mã nhị phân sẽ bị xáo trộn vị trí trước<br /> khi được ánh xạ vào tập tín hiệu. Ngoài việc đạt cự li Hamming<br /> lớn hơn, sơ đồ BICM còn cho khả năng thích ứng tốc độ truyền<br /> dẫn một cách mềm dẻo.<br /> Do sử dụng xáo trộn vị trí ở mức bít chứ không phải là ở mức<br /> tín hiệu, các sơ đồ BICM hoạt động kém trên kênh Gauss [6].<br /> Lý do là vì qui luật ánh xạ lên tập tín hiệu của BICM không thể<br /> tối ưu hoá theo tiêu chuẩn cực đại cự li Euclid tối thiểu giữa<br /> các chuỗi tín hiệu. Tuy nhiên, cấu trúc liên kết mã hoá với điều<br /> chế thông qua bộ xáo trộn vị trí cho phép thực hiện giải mã lặp<br /> một cách rất có hiệu quả. Trên thực tế, bộ Biến đổi Tín hiệu-Bít<br /> BSC (Symbol-to-Bit Converter) thực hiện giải điều chế mềm,<br /> cùng với bộ giải mã vòng ngoài đầu vào mềm-đầu ra mềm<br /> SISO (Soft Input-Soft Output) cung cấp thông tin về độ tin cậy<br /> của các bít, cho phép coi cặp Điều chế/Giải điều chế M mức<br /> như là log2M kênh nhị phân. Sơ đồ BICM kết hợp với giải mã<br /> lặp (Iterative Decoding) được ký hiệu là BICM-ID [6]. Việc sử<br /> dụng giải mã lặp không những cải thiện chất lượng của hệ<br /> thống trên kênh fading, mà còn cho chất lượng tốt trên kênh<br /> Gauss [4, 6]. Hơn thể nữa, điểm mấu chốt ở đây là có thể đạt<br /> được các hiệu quả BER khác nhau nhờ sự thay đổi phép ánh<br /> xạ Gray được sử dụng trong bộ tạo mã BICM của Zehavi [4,6].<br /> <br /> .<br /> Hình 3: Sơ đồ bộ mã hóa và giải mã BICM-ID<br /> <br /> Với phương pháp giải mã lặp cận tối ưu tại máy thu theo hình<br /> 2, bộ giải mã Viterbi được thay bằng bộ giải mã đầu vào và đầu<br /> ra mềm (SISO) [9]. Đầu ra của nó được phản hồi tới bộ giải<br /> điều chế để tính lại giá trị bít. Tại bộ giải điều chế, giá trị tỉ lệ<br /> hợp lẽ theo hàm log (LLR) được xác định theo thuật toán cực<br /> đại xác suất hậu nghiệm (MAP):<br /> LLR(vt )  log<br /> i<br /> <br />  P(rt / st ) P(st )<br /> P(vti  1/ rt )<br /> s S i<br />  log t 1<br /> P(vti  0 / rt )<br />  P(rt / st ) P(st )<br /> i<br /> st S0<br /> <br />  -||rt  t st ||2  m<br /> i<br />   P (v t )<br /> i<br /> N0<br /> s S<br /> <br />  j 1<br /> = log t 1<br />  -||rt  t st ||2  m<br /> i<br /> i exp  N<br />   P (v t )<br /> j 1<br /> st S0<br /> 0<br /> <br /> <br /> <br />  exp <br /> <br /> (2)<br /> <br /> i<br /> <br /> L (v )<br /> <br /> Trong đó e t là giá trị thông tin ngoài (Extinsic<br /> Information) được tính bởi bộ giải điều chế là:<br /> P(vt  1/ rt )<br /> P(vt  1)<br />  log<br /> i<br /> i<br /> P(vt  0 / rt )<br /> P(vt  0)<br /> i<br /> <br /> Le (vt )  log<br /> i<br /> <br /> i<br /> <br />  -||rt  t st ||2  m<br /> i<br />   P (v t )<br /> i<br /> N0<br /> st S1<br /> <br />  j 1, j i<br /> = log<br />  -||r   s ||2  m<br /> i exp  t N t t  j i P(vit )<br /> st S0<br /> 0<br /> <br />  1, j<br /> <br />  exp <br /> <br /> (3)<br /> <br /> i<br /> <br /> P (v )<br /> <br /> t là xác suất được tính theo thông tin phản<br /> Trong đó<br /> hồi từ bộ SISO sau khi xáo trộn và được tính theo công thức:<br /> <br />  exp(La (vit ))<br /> ;<br /> <br /> i<br />  1  exp(La (vt ))<br /> i<br /> P (v t )  <br /> 1<br /> <br /> ;<br /> 1  exp(L (vi ))<br /> t<br /> a<br /> <br /> <br /> vt  1<br /> i<br /> <br /> (4)<br /> vt  0<br /> <br /> lại phụ thuộc rất nhiều vào khoảng cách Euclid của các bít<br /> trước đó và tỉ lệ SNR của tín hiệu.<br /> Tóm lại, chất lượng của BICM-ID phụ thuộc rất nhiều vào cấu<br /> trúc các phép ánh xạ tín hiệu trong hệ thống. Nhận xét này<br /> đúng cho tất cả các bộ điều chế khác nhau. Trong bài báo này,<br /> chúng ta xét cụ thể cho bộ điều chế 16-QAM.<br /> Cấu trúc và sự biểu diễn cự li bít của các bộ ánh xạ 16-QAM<br /> truyền thống được mô tả tại hình 4.<br /> Trước hết, theo truyền thống bộ ánh xạ Gray (hình 4.a) được<br /> coi là tối ưu do các điểm lân cận trên constellation chỉ khác<br /> nhau 1 bít. Nếu giải điều chế nhầm giữa hai điểm lân cận chỉ<br /> dẫn đến sai 1 bít tín hiệu Nhận định này vẫn đúng trong giải mã<br /> lặp tại SNR thấp hoặc khi số vòng lặp thấp (khi hệ thống làm<br /> việc ở chế độ thông tin tiên nghiệm thấp).<br /> Tại SNR cao, hệ thống làm việc dựa vào thông tin tiên nghiệm<br /> (4) để tính toán (3), với thông tin đầy đủ từ 2 bít kia trong<br /> symbol, bộ giải điều chế 16-QAM đưa về giải điều chế nhị<br /> phân. Do đó khoảng cách Euclid giữa 2 điểm quyết định tới độ<br /> tin cậy khi quyết định bít còn lại đó là 0 hay 1.<br /> Trong constellation 16-QAM chuẩn hoá, phép ánh xạ Gray các<br /> bít 1, 2, 3,4 có các cự ly Euclid không đều và cự ly bình<br /> phương tối thiểu là 4 nên giá trị thông tin ngoài và độ tin cậy<br /> bản thân thấp.<br /> Dù có thông tin từ 2 bít kia việc xác định bít còn lại vẫn dễ bị<br /> nhầm lẫn. Do đó, với thuật toán giải mã lặp, rõ ràng phép gán<br /> nhãn Gray không phải là sự lựa chọn hoàn hảo. Chúng ta cần<br /> tìm các phép ánh xạ khác có các cự ly bít cao hơn nhằm có<br /> được chất lượng BER tốt hơn ở vùng SNR cao (khi có giá trị<br /> thông tin ngoài lớn).<br /> Chúng tôi tìm ra một phương pháp đơn giản nhưng hữu hiệu<br /> trong thiết kế các bộ ánh xạ symbol M-PSK và M-QAM cho bộ<br /> mã BICM-ID.<br /> <br /> i<br /> <br /> Thông tin này được đưa tới bộ giải mã mềm sau khi giải<br /> xáo trộn bít. Nhờ bộ xáo trộn bít, các bít đã mã hoá ban đầu ở<br /> xa nhau có thể được liên kết về một cùng một symbol kênh.<br /> Với xáo trộn lý tưởng, sự phản hồi từ các vùng dữ liệu mạnh (ít<br /> bị ảnh hưởng của nhiễu kênh) có thể loại bỏ tình trạng tranh<br /> chấp trong điều chế bậc cao và cải thiện quá trình giải mã tại<br /> các vùng dữ liệu yếu. Với thông tin đầy đủ của các bít khác<br /> trong một symbol, điều chế M-PSK hay M-QAM được đưa về<br /> điều chế nhị phân cho mỗi vị trí bít. Tuy nhiện, nếu việc phản<br /> hồi chứa lỗi thì chúng ta sẽ nhận được một constellation nhị<br /> phân sai. Do đó, phản hồi mềm, xáo trộn được thiết kế tốt và<br /> kiểm soát lỗi là điểm mấu chốt đển nhận được các tăng ích của<br /> BICM-ID.Dù có phức tạp hơn phản hồi quyết định cứng, phản<br /> hồi mềm là điểm mấu chốt để có được tăng ích của BICM-ID<br /> trong khi giảm việc truyền lỗi.<br /> <br /> 1111<br /> <br /> CU LY BIT 1<br /> 1011<br /> 1010<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1111<br /> <br /> CU LY BIT 2<br /> 1011<br /> 1010<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 1111<br /> <br /> CU LY BIT 3<br /> 1011<br /> 1010<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1111<br /> <br /> CU LY BIT 4<br /> 1011<br /> 1010<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 2.3. Thiết kế các bộ ánh xạ tín hiệu 16-QAM<br /> Chất lượng tổng thể của hệ thống BICM-ID phụ thuộc vào chất<br /> lượng giải điều chế khi chưa có thông tin tiên nghiệm (khi hệ<br /> thống làm việc ở vùng SNR thấp) và mức độ cải thiện khi có<br /> lượng thông tin phản hồi trong các lần lặp sau (khi hệ thống<br /> làm việc ở vùng SNR cao). Độ tin cậy của lượng tin phản hồi<br /> <br /> (a) Gray mapping [11 10 7 6 12 9 8 5 15 14 3 2 16 13 4 1]<br /> <br /> 0000<br /> <br /> CU LY BIT 1<br /> 0001<br /> 0010<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0000<br /> <br /> CU LY BIT 2<br /> 0001<br /> 0010<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 1111<br /> <br /> CU LY BIT 3<br /> 1001<br /> 1010<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 1111<br /> <br /> CU LY BIT 4<br /> 1001<br /> 1010<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1010<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1010<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 1111<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 1111<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 0000<br /> <br /> CU LY BIT 3<br /> 0001<br /> 0010<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0000<br /> <br /> CU LY BIT 4<br /> 0001<br /> 0010<br /> <br /> Gray modified mapping<br /> [11 10 7 6 12 9 5 8 15 2 3 14 16 13 4 1]<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0100<br /> <br /> CU LY BIT 2<br /> 1111<br /> <br /> 1010<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 0100<br /> <br /> CU LY BIT 4<br /> 1111<br /> 1010<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 0100<br /> <br /> CU LY BIT 1<br /> 1111<br /> 1010<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0100<br /> <br /> CU LY BIT 3<br /> 1111<br /> 1010<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1010<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1001<br /> <br /> 1010<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 1111<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 1111<br /> <br /> (b) SP mapping [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16]<br /> Hình 4. Các sơ đồ ánh xạ 16-QAM truyền thống<br /> Từ công thức (3) cho thấy rằng giá trị LLR của mỗi bít trong<br /> nhãn nhị phân của tín hiệu phụ thuộc vào tín hiệu thu được và<br /> phụ thuộc vào thông tin về các bít khác, ngoài bít đang xét,<br /> được phản hồi về từ bộ giải mã. Giả thiết rằng thông tin phản<br /> hồi là đủ tin cậy, kênh truyền với điều chế M  2 mức có<br /> thể được coi là m kênh truyền song song. Mỗi symbol 16QAM tương ứng với 4 bít và mỗi phép ánh xạ của 16-QAM<br /> m<br /> <br /> được biểu diễn bằng một véc tơ<br /> với<br /> <br /> pi , 1  i  16<br /> <br />  p  p1 , p2 ......., p16 <br /> <br /> đại diện cho điểm 1 tín hiệu được dán nhãn<br /> <br />    1 , v 2 , 3 , 4 <br /> <br /> <br /> p<br /> nhị phân<br /> có giá trị trong hệ đề các là<br /> i.<br /> Các bộ ánh xạ mới được thiết kế dựa trên ánh xạ từ khối bít tới<br /> constenlation sao cho bít có độ bảo vệ bít thấp được kết hợp<br /> với bít có độ bảo vệ bít cao hơn. Như vậy độ bảo vệ bít trung<br /> bình của cả khối bit sẽ lớn hơn. Vậy nhờ các biến đổi tuyến<br /> tính đơn giản, chúng ta có thể tìm được các bộ ánh xạ symbol<br /> mới, có các cự ly bít lớn hơn như các bộ ánh xạ Gray modified<br /> và MSEW (Hình 5).<br /> 1111<br /> <br /> CU LY BIT 1<br /> 1001<br /> 1010<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 1111<br /> <br /> CU LY BIT 2<br /> 1001<br /> 1010<br /> <br /> 1110<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0110<br /> <br /> 0011<br /> <br /> 0010<br /> <br /> 0111<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 0101<br /> <br /> 0001<br /> <br /> 0000<br /> <br /> 0100<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1100<br /> <br /> 1101<br /> <br /> 1011<br /> <br /> 1000<br /> <br /> 1100<br /> <br /> MSEW mapping<br /> [11 4 5 14 1 10 15 8 13 6 3 12 7 16 9 2]<br /> Hình 5. Sơ đồ ánh xạ Gray modified và MSEW<br /> Do có các khoảng cách Euclid khác nhau, mỗi bộ ánh xạ sẽ<br /> mang lại cho hệ thống OFDM-BICM-ID một đặc tính BER<br /> theo SNR khác nhau. Cũng có thể thấy rằng, mỗi bộ ánh xạ tín<br /> hiệu chỉ có thể cho kết quả BER tốt tại một vùng SNR nhất<br /> định. Từ nhận xét này, chúng tôi đề suất biện pháp thích nghi<br /> mới cho hệ thống OFDM sử dụng mã BICM-ID. Đó là căn cứ<br /> vào các giá trị SNR trên mỗi sóng mang OFDM, ta sử dụng<br /> một phương pháp ánh xạ khác nhau, đảm bảo đặc tính BER tối<br /> đa cho hệ thống mà vẫn đảm bảo được thông lượng thông tin là<br /> không đổi.<br /> Phương pháp thiết kế các bộ ánh xạ khác nhau được trình bày<br /> trong tài liệu [14].<br /> Quá trình mô phỏng tiếp theo được thực hiện để minh hoạ cho<br /> hiệu quả của giải pháp thích nghi trên.<br /> III. MÔ HÌNH HỆ THỐNG<br /> 3.1. Mô hình mô phỏng hệ thống OFDM<br /> Sơ đồ mô phỏng hệ thống OFDM được xây dựng theo mô hình<br /> chuẩn HIPERLAN-II, bộ điều chế 16-QAM sử dụng mã xoắn<br /> (7, [133, 171]) lấy tương thích mô hình SIMULINK của phần<br /> mềm MATLAB.<br /> Khi truyền tín hiệu 16QAM qua kênh Rice có hệ số K=4 và độ<br /> dịch tần Doppler D=40Hz, đồng thời chịu tác động của tạp âm<br /> <br /> Gauss tại SNR=10 dB, constellation của bộ tín hiệu bị xoay<br /> pha và phân tán đến mức không thể nhận ra được (hình 6.a).<br /> KET QUA BER HE THONG OFDM HIPERLAN II-16QAM<br /> <br /> 0<br /> <br /> 10<br /> <br /> k=4<br /> k=16<br /> k=32<br /> k=100<br /> k=1000<br /> Gauss<br /> <br /> -1<br /> <br /> 10<br /> <br /> -2<br /> <br /> 10<br /> <br /> -3<br /> <br /> BER<br /> <br /> 10<br /> <br /> -4<br /> <br /> 10<br /> <br /> -5<br /> <br /> 10<br /> <br /> -6<br /> <br /> 10<br /> <br /> -7<br /> <br /> 10<br /> <br /> 0<br /> <br /> 5<br /> <br /> 10<br /> <br /> 15<br /> <br /> 20<br /> <br /> 25<br /> <br /> SNR<br /> <br /> (a)<br /> (b)<br /> Hình 6.(a) Constellation của bộ tín hiệu 16-QAM trên kênh<br /> pha đinh Rice với hệ số k=4, độ dịch tần D=40Hz, đồng thời<br /> với tạp âm Gauss với SNR=10dB .(b) kết qủa BER của hệ<br /> thống OFDM-16 QAM dùng mã xoắn (7,[133,171]) với k khác<br /> nhau.<br /> Cũng với mô hình trên khi k=1000 thì kết quả khảo sát BER<br /> của Hệ thống khi truyền trên kênh Rice tiệm cận với kết quả<br /> BER khi truyền trên kênh Gauss. Chúng ta thấy rằng hệ thống<br /> OFDM với bộ mã xoắn truyền thống chỉ có thể hoạt động tốt<br /> trên kênh Gauss hoặc kênh Rice có hệ số K > 100 và tương đối<br /> tĩnh (D