Đánh giá hiệu quả sử dụng sơ đồ BICM-ID cho truyền dẫn OFDM và chuẩn 802.11

Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> <br /> ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SƠ ĐỒ BICM-ID CHO<br /> TRUYỀN DẪN OFDM VÀ CHUẨN 802.11<br /> Phạm Xuân Nghĩa1, Trần Anh Thắng2*<br /> Tóm tắt: Sơ đồ điều chế mã có xáo trộn bit (BICM: Bit Interleaved Code<br /> Modulation) và Sơ đồ điều chế mã có xáo trộn bit kết hợp với giải mã lặp: BICM-ID<br /> (Bit Interleaved Coded Modulation with Iterative Decoding) đã được đề cập nhiều<br /> trên các tạp chí có uy tín. Truyền dẫn ghép kênh phân chia theo tần số trực giao<br /> (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là kỹ thuật cho phép tăng<br /> tốc độ truyền dẫn và chống fading rất tốt nên việc kết hợp giữa sơ đồ BICM-ID với<br /> OFDM được đánh giá là có tiềm năng. Tuy nhiên trong chuẩn 802.11 chưa áp dụng<br /> sơ đồ điều chế này. Vì vậy, trong bài báo này, tác giả đánh giá khả năng sử dụng sơ<br /> đồ BICM-ID kết hợp với truyền dẫn OFDM, đồng thời chỉ ra hiệu quả và đề xuất sử<br /> dụng sơ đồ đó cho chuẩn 802.11.<br /> Từ khóa: Viễn thông, Mã hóa hướng đi, Sơ đồ BICM-ID, Truyền dẫn OFDM, BICM-ID OFDM.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Ngày nay, sự phát triển của các kỹ thuật trong thông tin vô tuyến đã và đang đem đến<br /> cho người dùng sự tiện lợi, linh hoạt và cung cấp đa dịch vụ. Tuy nhiên, môi trường vô<br /> tuyến lại là môi trường pha - đinh, có rất nhiều yếu tố tác động làm giảm chất lượng truyền<br /> dẫn. Việc sử dụng kết hợp nhiều kỹ thuật như xáo trộn với mã hoá kênh [1], điều chế với<br /> mã hoá (CM: Coded Modulation) hay hoặc kỹ thuật điều chế mã lưới TCM (Trellis Coded<br /> Modulation) [2], … cho phép nâng cao chất lượng của cả hệ thống. Tuy nhiên, các biện<br /> pháp kết hợp không luôn luôn tốt trong tất cả các kênh. Sơ đồ BICM được đề xuất đầu tiên<br /> bởi Zehavi [3] và sau này, Caire et al [4] đã chỉ ra BICM tốt trên kênh pha - đinh nhưng<br /> lại kém hơn so với TCM trên kênh gao - xơ. Để khắc phục nhược điểm của sơ đồ BICM,<br /> sơ đồ BICM-ID với cấu trúc liên kết điều chế /mã (CM: Coded Modulation) sẽ phát huy<br /> hiệu quả cao cả trên kênh pha - đinh nhờ có xáo trộn dãy bit (BI: Bit Interleved) và cả trên<br /> kênh gao - xơ nhờ nguyên lý giải mã lặp (ID: Iterative Decoding) [5].<br /> Kỹ thuật OFDM với ưu điểm có thể tăng tốc độ truyền dẫn và khả năng chịu pha - đinh<br /> đa đường rất tốt nên việc kết hợp giữa OFDM với BICM-ID có thể sẽ cho hiệu quả cao.<br /> Tuy nhiên chuẩn IEEE 802.11 [6] sử dụng mã kênh là mã xoắn và mã hóa mật độ thấp<br /> (LDPC- low-density parity-check). Vì vậy, với hiệu quả cao của hệ thống BICM-ID thì<br /> việc kết hợp giữa OFDM và BICM-ID và áp dụng nó cho chuẩn 802.11 là cần thiết. Chính<br /> vì vậy bài báo xây dựng sơ đồ hệ thống BICM-ID-OFDM và mô phỏng hệ thống theo<br /> chuẩn 802.11 bằng phần mềm MATLAB để minh chứng khả năng có thể áp dụng BICM-<br /> ID cho chuẩn này.<br /> Bài báo gồm 4 nội dung chính với mục 1 là phần đặt vấn đề, mục 2 giới thiệu về sơ đồ<br /> BICM-ID và xây dựng sơ đồ BICM-ID OFDM, mục 3 trình bày các thông số mô phỏng và<br /> kết quả mô phỏng, mục cuối cùng là kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo.<br /> 2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG<br /> 2.1. Sơ đồ điều chế BICM kết hợp với giải mã lặp (BICM-ID)<br /> Sơ đồ BICM – ID đã được trình bày ở nhiều tài liệu trong đó bài báo [9] của tác giả<br /> cũng đã đề cập đến nguyên lý của sơ đồ BICM và BICM-ID đồng thời cũng có đánh giá<br /> <br /> <br /> <br /> 112 P. X. Nghĩa, T. A. Thắng, “Đánh giá hiệu quả sử dụng… OFDM và chuẩn 802.11.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> về hai sơ đồ này. Với sơ đồ BICM-ID thì cấu trúc liên kết mã hoá với điều chế thông qua<br /> bộ xáo trộn vị trí cho phép thực hiện giải mã lặp một cách rất có hiệu quả. Bộ giải điều chế<br /> cùng với bộ giải mã vòng ngoài hoạt động theo nguyên lý đầu vào mềm-đầu ra mềm<br /> (SISO - Soft Input-Soft Output), tạo thành một cấu trúc xử lý lặp. Việc quyết định mỗi bit<br /> trong một symbol tín hiệu dựa trên thông tin về các bit khác trong cùng symbol và khi đầy<br /> đủ thông tin về các bit đó (sau một số vòng lặp nhất định) thì có thể cho phép coi cặp Điều<br /> chế/Giải điều chế M mức như là log2M kênh nhị phân độc lập, và chất lượng hệ thống phụ<br /> thuộc vào cấu trúc của bộ ánh xạ hình thành nên các kênh nhị phân đó [7]. Sơ đồ BICM<br /> kết hợp với giải mã lặp (Iterative Decoding) được thể hiện ở hình 1.<br /> ut ct vt st<br /> Mã hoá Xáo trộn Điều chế<br /> Thông tin vào<br /> Kênh truyền<br /> <br /> uˆ t Giải xáo Giải điều rt<br /> Giải mã<br /> trộn chế<br /> Thông tin ra<br /> Xáo trộn<br /> Hình 1. Sơ đồ khối hệ thống BICM-ID.<br /> Ở đầu phát hệ thống gồm có bộ mã hoá, bộ xáo trộn dãy bit (  ) và bộ điều chế tạo<br /> thành một liên kết nối tiếp. Ở đầu thu, giữa bộ giải mã và giải điều chế có sử dụng vòng<br /> hồi tiếp để giải mã theo thuật toán lặp. Trong hệ thống BICM-ID, bộ mã hoá thường dùng<br /> mã xoắn tốc độ k/n, với nhóm k bit thông tin đầu vào u t  [u1 , u 2 ...u k ] thì đầu ra bộ mã hoá<br /> sẽ là nhóm n bit mã ct  [c1 , c 2 ...c n ] . Thay cho việc hoán vị các symbol như trong các hệ<br /> thống hoán vị symbol thông thường, bộ xáo trộn giả ngẫu nhiên  , chiều dài N thực hiện<br /> việc hoán vị các bit sau mã hoá ct  [c11 , c12 ...c1n , c12 , c22 ...c2n , , c1N / n , cN2 / n ...cNn / n ] tạo thành các<br /> nhóm bit: v t  (vt1 , vt2 , , vtm ) với m  log 2 M , t  1, 2, , N / m sau đó, mỗi nhóm v t được<br /> ánh xạ vào một symbol st trong bộ tín hiệu S gồm M điểm, theo phép gán nhãn  :<br /> st   (v t ), st  S , trong đó, ví dụ đối với tín hiệu M-PSK , ta có<br /> S  (e jl 2 / M , l  0,1,..., M  1) .<br /> <br /> Qua kênh truyền, tín hiệu nhận được ở đầu thu là rt  ht Es st  nt , trong đó ht là hệ số<br /> pha - đinh, Es là năng lượng của symbol, nt là tạp âm cộng trắng chuẩn (AWGN). Trong<br /> trường hợp kênh pha - đinh, ht thường có phân bố Rayleigh với kỳ vọng E (ht2 )  1 . Với<br /> kênh AWGN thì ht  1 .<br /> Trong hệ thống BICM-ID, tại đầu thu có thể dùng thuật toán giải mã quyết định cứng<br /> hoặc quyết định mềm như mô tả trên hình 2, trong đó: P (vk ; o) : thông tin ngoài, lối ra giải<br /> điều chế; P (ck ; o) : thông tin ngoài, lối ra giải mã; P (vk ; I ) : thông tin tiên nghiệm, lối vào<br /> giải điều chế; P (ck ; I ) : thông tin tiên nghiệm, lối vào giải mã; P (uk ; o) : xác suất hậu<br /> nghiệm tổng, lối ra giải mã.<br /> Trong hệ thống quyết định cứng (hình 2a), trên cơ sở tín hiệu thu được từ kênh thông<br /> tin, số đo của các bit được tính toán tại bộ giải điều chế. Các số đo này thực chất là các giá<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2016 113<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> <br /> trị xác suất hậu nghiệm được tính theo tiêu chuẩn xác suất hậu nghiệm cực đại (MAP-<br /> Maximum A posteriori Probability) theo hàm logarit như sau:<br />  ( k  b)  log  P( s i | r , h) (1)<br /> si Sbk<br /> <br /> <br /> uˆt<br /> Giải rt<br /> Giải mã  1<br /> Thông tin ra Viterbi Số đo điều chế<br /> bit<br /> <br /> Thông tin ngoài Thông tin tiên nghiệm<br /> a. Giải mã quyết định cứng<br /> P (uk ; o) P (ck ; I ) P (vk ; o)<br /> uˆ t rt<br /> Quyết Giải mã  1 Giải<br /> định SISO điều chế<br /> Thông tin ra<br /> P (ck ; o)  P (vk ; I )<br /> <br /> b. Giải mã quyết định mềm<br /> Hình 2. Nguyên lý giải mã cứng (a) và giải mã mềm (b).<br /> Trong biểu thức (1), P ( si | r , h) là xác suất hậu nghiệm (xác suất phát tín hiệu si khi thu<br /> được tín hiệu r với hệ số pha - đinh h ). Tập Sbk là tập con của bộ tín hiệu S gồm các<br /> điểm tín hiệu mà vị trí bit thứ k có giá trị bằng b . Theo định luật Bayes ta có:<br /> p (r | si , h) P ( si )<br /> P ( si | r , h)  (2)<br /> p ( r | h)<br /> Trong đó P ( si ) là xác suất tiên nghiệm (xác suất truyền tín hiệu si ). Mẫu số của (2) là<br /> hàm mật độ xác suất thu được tín hiệu r được tính là:<br /> M<br /> p (r | h)   p(r | si , h) P( si ) (3)<br /> i 1<br /> <br /> Ta thấy rằng để tính được xác suất hậu nghiệm P ( si | r , h) theo (3), cần xác định xác suất<br /> tiên nghiệm P ( si ) và hàm mật độ xác suất điều kiện p ( si | r , h) . Số đo bit có thể tính là:<br />  ( k  b)  log  p(r | s , h)P(s )<br /> i i (4)<br /> si Sbk<br /> <br /> <br /> Nếu giả thiết xác suất truyền các tín hiệu si là như nhau thì (4) trở thành:<br /> (k  b)  log p(r |k  b, h)  log  p(r | si , h) (5)<br /> si Sbk<br /> <br /> <br /> tức là thuật toán MAP trở thành như tiêu chuẩn hợp lẽ cực đại (ML: Maximum<br /> Likelihood).<br /> Từ bộ giải điều chế, số đo bit qua bộ giải xáo trộn được đưa tới bộ giải mã theo thuật<br /> toán Viterbi. Trên cơ sở kết quả giải mã, thông qua vòng hồi tiếp, bộ giải mã cung cấp lại<br /> cho bộ giải điều chế thông tin tiên nghiệm có giá trị chính xác hơn sau mỗi vòng lặp để<br /> tính lại số đo bit. Cứ như vậy, sau một số vòng lặp nhất định, khi đủ độ tin cậy thì bộ giải<br /> <br /> <br /> 114 P. X. Nghĩa, T. A. Thắng, “Đánh giá hiệu quả sử dụng… OFDM và chuẩn 802.11.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> mã sẽ quyết định giá trị của bit thông tin ra. Trong một symbol gồm m bit, việc quyết định<br /> một bit nào đó với điều kiện sự hiểu biết đầy đủ về (m  1) bit còn lại thì chòm tín hiệu M<br /> mức có thể coi tương đương như M / 2 kênh điều chế nhị phân độc lập. Như vậy, nếu ta<br /> chọn được một ánh xạ tốt, hệ thống BICM-ID sẽ có được cự ly ơ-cơ-lit tối thiểu lớn nhất<br /> giữa các dãy bit mã. Điều đó lý giải tại sao hệ thống BICM-ID có hiệu quả tốt cả trên kênh<br /> pha - đinh và cả trên kênh gao - xơ.<br /> Đối với hệ thống BICM-ID dùng giải mã quyết định mềm (hình 2b), bộ giải mã theo<br /> nguyên lý đầu vào mềm, đầu ra mềm (SISO-Soft In Soft Out), thay vì dùng bộ giải mã<br /> Viterbi như trong hệ thống quyết định cứng, và bộ giải điều chế cũng hoạt động theo<br /> nguyên lý giải điều chế mềm.<br /> Trong vòng lặp đầu tiên, với giả thiết xác suất truyền các tín hiệu si là như nhau (giả<br /> thiết giá trị ban đầu của thông tin tiên nghiệm), xác suất hậu nghiệm của các bit mã cũng<br /> được tính tương tự như trường hợp giải mã cứng. Giá trị xác suất đó với vai trò là thông<br /> tin ngoài (extrinsic information), qua bộ giải xáo trộn trở thành thông tin tiên nghiệm cho<br /> bộ giải mã SISO. Trên cơ sở đó, bộ giải mã SISO sẽ tính được xác suất hậu nghiệm (a<br /> posteriori probability) và qua vòng hồi tiếp trở thành thông tin tiên nghiệm cho bộ giải<br /> điều chế để tính lại số đo bit. Với bộ xáo trộn lý tưởng, m bit trong một symbol có thể coi<br /> như độc lập với nhau, thông tin tiên nghiệm cho các tín hiệu si có thể được tính như sau:<br /> m<br /> P(si )  P(v1 (si ),..., vm (si ))   P(vk  vk (si ); I ) (6)<br /> k 1<br /> <br /> Trong đó, vk ( si )  {0,1},1  k  m là giá trị của bit thứ k trong tín hiệu si .<br /> Từ (4) và (6) có thể tính được thông tin ngoài cho vòng lặp tiếp như sau:<br />  <br />   P(r | si )P(si ) <br /> P(vk  b | r)  si Sbk  = P(r | s ) P(v  v (s ); I )<br /> P(vk  b; o) <br /> P(vk  b; I )<br /> <br /> P(vk  b; I )<br />  i  j j i (7)<br /> si Sbk i k<br /> <br /> <br /> Trong (7) ta thấy số đo của bit k là P (vk  b; o) được tính trên cơ sở các giá trị xác suất<br /> tiên nghiệm của các bit còn lại khác trong cùng một symbol là P (v j ; I ); j  k . Sau một số<br /> vòng lặp nhất định, bộ giải mã SISO sẽ đưa thông tin ngoài chính là tổng các xác suất hậu<br /> nghiệm tới bộ quyết định cứng để cho kết quả là dãy bit thông tin ra.<br /> Các sơ đồ BICM-ID trong thực tế chủ yếu sử dụng sơ đồ giải mã quyết định mềm và<br /> giải điều chế mềm theo thuật toán Log-MAP. Thuật toán này được xây dựng cho giải mã<br /> Turbo, thực hiện tính tỷ lệ hợp lẽ trong miền log cho từng bít, ký hiệu là LLR (Log<br /> Likelihood Ratio), dựa vào phép toán lấy log của tổng của các hàm mũ nên có số lượng<br /> phép tính rất lớn. Để đơn giản hơn, người ta thường dùng hàm Jacobian để biến thuật toán<br /> Log-MAP thành thuật toán Max-Log-MAP. Tuy ít bị ảnh hưởng hơn đối với sai số ước<br /> lượng SNR, việc lấy xấp xỉ theo hàm Jacobian làm cho Max-Log-MAP thua kém Log-<br /> MAP về chất lượng giải mã. Trong hệ thống BICM-ID, với thuật toán Max-Log-MAP thì<br /> số lượng phép tính trong giải mã lặp được giảm đi đáng kể.<br /> 2.2. Sơ đồ BICM-ID kết hợp với OFDM (BICM-ID OFDM).<br /> Lý thuyết truyền dẫn OFDM đã được trình bày trong [10], trong đó các thông số cho hệ<br /> thống OFDM theo chuẩn IEEE 802.11 được thể hiện cụ thể tại [6]. Việc kết hợp truyền<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2016 115<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> <br /> dẫn giữa sơ đồ BICM-ID và hệ thống OFDM được thực hiện như hình 3. Trong đó, khối<br /> điều chế sẽ thực hiện ánh xạ theo luật của BICM trước khi đặt vào từng symbol của<br /> OFDM. Trong đó tác giả khảo sát với 2 loại kênh truyền: Kênh gause và kênh pha - đinh<br /> chậm lựa chọn theo tần số với mô hình kênh là mô hình kênh B của chuẩn 802.11 [11].<br /> ut ct vt OFDM st<br /> Mã hoá Xáo trộn Điều chế<br /> Transmitter<br /> Thông<br /> Kênh truyền<br /> tin vào<br /> uˆ t Giải mã cˆ t Giải xáo vˆ t Giải điều ZF OFDM rt<br /> SISO trộn chế Receiver<br /> Thông<br /> tin ra SF<br /> Xáo trộn<br /> Hình 3. Sơ đồ khối hệ thống BICM-ID OFDM.<br /> Đối với kênh gao - xơ, tín hiệu thu dựa vào biểu thức: rt  ht Es st  nt , nhưng ở đây thì<br /> giá trị ht  1 , khi đó sơ đồ hình 3 sẽ không có khối san bằng kênh cưỡng ép về 0 (ZF -<br /> Zero Forcing). Đối với kênh pha - đinh, thì giá trị ht  1 và vì vậy tín hiệu sẽ được đưa qua<br /> khối ZF rồi mới đưa đến khối giải điều chế.<br /> 3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ<br /> 3.1. Xây dựng hệ thống và thông số mô phỏng.<br /> Hệ thống được xây dựng ở trên được tác giả mô phỏng bằng phần mềm MATLAB. Với<br /> các thông số ban đầu của cho hệ thống OFDM theo chuẩn 802.11 được cho trong tài liệu<br /> [6] với điều chế 16QAM, tốc độ mã hóa (coderate) là ½ và ¾ (kết hợp giữa mã xoắn<br /> Qualcom: [7, 171, 133] (hệ octal) và kỹ thuật đục lỗ (puncture) với tốc độ 1 hoặc 6/4). Các<br /> luật điều chế (bộ ánh xạ) dùng để mô phỏng là: tự nhiên (normal): [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,<br /> 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16]; Luật Gray (Gray): [7, 8, 3, 4, 6, 5, 2, 1, 11, 12, 15, 16, 10, 9,<br /> 14, 13]; Luật tối ưu (optimum): [13, 6, 7, 16, 3, 12, 14, 5, 8, 15, 9, 2, 10, 1, 4, 11] và bình<br /> phương trọng số ơ-cơ-lít cực đại MSEW (Maximum Squared Euclidean Weight): [11 4 5<br /> 14 1 10 15 8 13 6 3 12 7 16 9 2]. Các bộ ánh xạ này được tác giả ký hiệu theo sơ đồ vị trí<br /> điểm tín hiệu trong chòm sao tín hiệu 16 QAM với các giá trị thập phân để thuận tiện<br /> trong xác định vị trí điểm tín hiệu và luật ánh xạ. Kênh gao - xơ và kênh pha - đinh chậm<br /> chọn lọc theo tần số (đáp ứng kênh được thay đổi trong mỗi 5 symbol OFDM) được sử<br /> dụng trong mô phỏng theo tài liệu [11] với mô hình kênh B trong tài liệu [12]. San bằng<br /> kênh được thực hiện dựa trên thuật toán san bằng kênh cưỡng ép về 0 - ZF với thông tin<br /> kênh là hoàn hảo.<br /> 3.2. Kết quả mô phỏng.<br /> Theo kết quả 5a, tại giá trị BER = 10-6 (với kênh gao – xơ), theo lý thuyết thì giá trị<br /> Eb/No cần phải đạt được là 14,5dB, khi ứng dụng sơ đồ BICM-ID ta chỉ cần Eb/No là<br /> khoảng 7dB, điều đó có nghĩa là độ lợi về Eb/No đạt được khi sử dụng sơ đồ BICM-ID<br /> cho hệ thống OFDM khoảng 7,5 dB. Cũng theo sơ đồ này, với mỗi ánh xạ khác nhau thì ta<br /> có những độ lợi khác nhau được thể hiện rõ hơn trong hình 4b. Kết quả cũng chỉ ra rằng<br /> ánh xạ Optimum và MSEW cho kết quả tốt hơn cả.<br /> <br /> <br /> <br /> 116 P. X. Nghĩa, T. A. Thắng, “Đánh giá hiệu quả sử dụng… OFDM và chuẩn 802.11.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> BICM-ID OFDM, AWGN Channel, Coderate = 3/4 0<br /> BICM-ID OFDM, AWGN Channel, Coderate = 3/4<br /> 0<br /> 10 10<br /> codegen=[1,133/171], Gray mapping Gray<br /> codegen=[1,133/171], mSEW mapping Normal<br /> -1 -1<br /> 10 codegen=[1,133/171], optimum mapping 10 Gray LTE<br /> OFDM Theory mSEW<br /> Optimum<br /> -2 -2<br /> 10 10<br /> <br /> <br /> -3<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Bit Error Rate<br /> -3<br /> Bit Error Rate<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 10 10<br /> <br /> <br /> -4 -4<br /> 10 10<br /> <br /> <br /> -5 -5<br /> 10 10<br /> <br /> <br /> -6 -6<br /> 10 10<br /> <br /> <br /> -7 -7<br /> 10 10<br /> 0 2 4 6 8 10 12 14 0 1 2 3 4 5 6 7<br /> Eb/No Eb/No<br /> <br /> <br /> (a) (b)<br /> Hình 4. BER của hệ thống BICM-ID OFDM 16QAM trên kênh gao – xơ: so sánh với hệ<br /> thống OFDM lý thuyết (a) và so sánh giữa các luật ánh xạ khác nhau (b).<br /> Đối với kênh pha - đinh chậm chọn lọc theo tần số, với 2 tốc độ mã hóa là ½ và ¾, hình<br /> 5 cũng cho ta thấy độ lợi Eb/No của hệ thống BICM-ID OFDM rất lớn (khoảng 8dB và<br /> 5dB tại 10-3 tương ứng với tốc độ mã hóa ½ và ¾) và ánh xạ Optimum và MSEW đều cho<br /> kết quả tốt giống như trường hợp trên kênh Gao - xơ.<br /> BICM-ID OFDM, selective fading Channel, coderate = 1/2 0<br /> BICM-ID OFDM, selective fading Channel, coderate = 3/4<br /> 0<br /> 10 10<br /> Gray mapping Gray mapping<br /> MSEW mapping MSEW mapping<br /> -1 Optimum mapping Optimum mapping<br /> 10 -1<br /> Rayleigh fading analytic 10 Rayleigh fading analytic<br /> <br /> <br /> -2<br /> 10<br /> -2<br /> 10<br /> BER<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> BER<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -3<br /> 10<br /> <br /> -3<br /> 10<br /> -4<br /> 10<br /> <br /> <br /> -4<br /> -5 10<br /> 10<br /> <br /> <br /> <br /> -6 -5<br /> 10 10<br /> 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30<br /> EbNo EbNo<br /> <br /> Hình 5. Hệ thống BICM-ID OFDM trên kênh pha - đinh lựa chọn tần số với các tốc độ<br /> mã hóa khác nhau.<br /> Một cải tiến để nâng cao hiệu quả sử dụng thuật toán Max-Log-MAP trong giải mã<br /> Turbo là dùng hệ số chuẩn hoá để hiệu chỉnh thông tin ngoài (Extrinsic Information) của<br /> một bộ giải mã (bộ giải mã vòng ngoài) trước khi nó được dùng làm thông tin tiên nghiệm<br /> (a priori information) cho bộ giải mã khác (bộ giải mã vòng trong) đã được đề xuất trong<br /> [5]. Hệ thống BICM-ID là một hệ thống có cấu trúc liên kết mã nối tiếp, sử dụng nguyên<br /> lý giải mã lặp dùng thuật toán Max-Log-MAP, có thể coi tương tự như một hệ thống<br /> Turbo, trong đó bộ giải điều chế mềm với vai trò bộ giải mã vòng trong và bộ giải mã<br /> mềm có chức năng là bộ giải mã vòng ngoài. Vì vậy, tác giả đã thêm một hệ số tỷ lệ SF<br /> (Scale Factor - hình 3) tác động vào giá trị xác suất hậu nghiệm nhằm nâng cao hiệu quả<br /> hệ thống, kết quả được cho trên hình 6. Kết quả này cho thấy khi sử dụng hệ số SF, với<br /> cùng một giá trị Eb/No thì hệ số tốt nhất SF=0,05 cho kết quả BER tốt gấp 10 lần so với<br /> hệ số SF=0,5 với ánh xạ Gray (đạt BER = 2.10-5 so với BER = 2.10-4 tại Eb/No = 25dB,<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2016 117<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> <br /> coderate = 1/2; đạt BER = 2,5.10-5 so với BER = 2,5.10-4 tại Eb/No = 30dB, coderate =<br /> 3/4), 5 lần đối với ánh xạ MSEW.<br /> Gray mapping, fading channel, 6lap BICM - ID OFDM, MSEW mapping, CR=1/2, fading channel, 6lap<br /> -1 -1<br /> 10 10<br /> SF=0,5<br /> SF=0,2<br /> SF=0,1<br /> -2 -2 SF=0,05<br /> 10 10<br /> SF=0,01<br /> <br /> <br /> <br /> -3 -3<br /> 10 10<br /> BER<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> BER<br /> Coderate=1/2; SF=0,2<br /> -4 Coderate=1/2; SF=0,5 -4<br /> 10 10<br /> Coderate=1/2; SF=0,05<br /> Coderate=3/4; SF=0,5<br /> Coderate=3/4; SF=0,2<br /> -5 Coderate=3/4; SF=0,1 -5<br /> 10 10<br /> Coderate=3/4; SF=0,05<br /> Coderate=1/2; SF=0,1<br /> Coderate=1/2; SF=0,01<br /> Coderate=3/4; SF=0,01<br /> -6 -6<br /> 10 10<br /> 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 10 15 20 25<br /> EbNo EbNo<br /> <br /> Hình 6. Ảnh hưởng của giá trị SF với từng phép ánh xạ.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Từ những kết quả trên, bài báo cho thấy việc kết hợp sơ đồ BICM-ID với kỹ thuật<br /> OFDM, điều chế 16QAM, áp dụng cho chuẩn 802.11 đạt hiệu quả cho kênh cả kênh gao -<br /> xơ và kênh pha - đinh chậm lựa chọn tần số. Mặt khác, với hệ số SF mà bài báo đề xuất để<br /> điều chỉnh giá trị xác suất hậu nghiệm giải mã sẽ thu được kết quả tốt hơn và giá trị thích<br /> hợp là SF=0,05, giá trị này rất tốt cho ánh xạ Gray. Tuy nhiên, việc liên kết sơ đồ giải lặp<br /> mới chỉ đến phần điều chế, vì vậy hướng tiếp theo của tác giả sẽ nghiên cứu tiếp để giải<br /> thuật lặp đưa đến khối OFDM để đạt được hiệu quả giải lặp tốt hơn.<br /> Lời cảm ơn: Nhóm tác giả cảm ơn sự giúp đỡ về ý tưởng khoa học của PGS TS Đinh<br /> Thế Cường - Cục CNTT - Bộ Quốc Phòng.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Trần Anh Thắng, Phan Thanh Hiền, “Hiệu quả của việc kết hợp xáo trộn và mã hóa<br /> trong hệ thống truyền dẫn vô tuyến”, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, Đại học Thái<br /> Nguyên, tập 99, số 11, 2012, pp121-126.<br /> [2]. G. Ungerboeck, "Channel coding with multilevel/phase signals," IEEE Trans. on<br /> Inform. Theory, vol. 28, pp. 56-67, Jan. 1982.<br /> [3]. E. Zehavi, "8-PSK trellis codes for a Rayleigh fading channel," IEEE Trans. on<br /> Commun., vol. 40, pp. 873-883, May 1992<br /> [4]. Caire, G. Taricco, and E. Biglieri, “Bit-interleaved coded modulation,” IEEE Trans.<br /> Inform. Theory, vol. 44, pp. 927–946, May 1998.<br /> [5]. X. Li and J. A. Ritcey, “Bit-interleaved coded modulation with iterative decoding,”<br /> IEEE Commun. Lett., vol. 1, pp. 169–171, Nov. 1997.<br /> [6]. “IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information<br /> exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific<br /> requirements”, IEEE Std 802.11™-2 2012<br /> [7]. Li and J. A. Ritcey, “Trellis-coded modulation with bit interleaving and iterative<br /> decoding,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 17, no. 4, pp. 715–724, Apr. 1999.<br /> [8]. Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, “Nâng cao chất lượng hệ<br /> thống OFDM bằng BICM-ID”, Chuyên san Các công trình nghiên cứu- Triển khai<br /> Viễn thông và Công nghệ thông tin, Bộ Bưu chính Viễn thông, 12/2006.<br /> <br /> <br /> 118 P. X. Nghĩa, T. A. Thắng, “Đánh giá hiệu quả sử dụng… OFDM và chuẩn 802.11.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> [9]. Trần Anh Thắng, “Sơ đồ BICM-ID và hiệu quả của việc sử dụng sơ đồ trong truyền<br /> dẫn viễn thông”, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, Đại học Thái Nguyên, tập 102, số<br /> 02, pp 145-150, 2013.<br /> [10]. Rechard Van Nee, “OFDM for wireless multimedia communication”, Artech House,<br /> Boston London, 2000.<br /> [11]. Yong Soo Cho et al, “MIMO-OFDM WIRELESS COMMUNICATIONS WITH<br /> MATLAB”, IEEE press, 2010.<br /> [12]. IEEE P802.11, “Wireless LANs TGn Channel Models” (doc:IEEE 802.11-03/940r4),<br /> May 2004.<br /> ABSTRACT<br /> EVALUATING THE EFFECT OF USING BICM-ID DIAGRAM FOR OFDM<br /> TRANSMISSION AND 802.11 STANDARD<br /> Bit Interleaved Code Modulation Diagram (BICM) and Bit Interleaved Coded<br /> Modulation with Iterative Decoding Diagram (BICM-ID) have mentioned in lots of<br /> prestigious journals. Transmission by Orthogonal Frequency Division Multiplexing<br /> (OFDM) is a technique that allows to increase the transmission speed and against<br /> with fading well, so the combination of BICM-ID scheme and OFDM is evaluated<br /> potentiality but 802.11 standard has not applied for the schemes. In this paper, the<br /> authors evaluated the possibility of using BICM-ID scheme combined with OFDM<br /> transmission, simultaneously indicating the efficiency and propose to use it for<br /> 802.11 standards.<br /> Keywords: Telecommunications, Feed Forword Coding, BICM-ID scheme, OFDM transmission, OFDM<br /> BICM-ID.<br /> <br /> Nhận bài ngày 12 tháng 05 năm 2016<br /> Hoàn thiện ngày 23 tháng 06 năm 2016<br /> Chấp nhận đăng ngày 04 tháng 07 năm 2016<br /> <br /> 1<br /> Địa chỉ: Khoa Vô tuyến Điện tử - Học viện Kỹ thuật quân sự;<br /> 2<br /> Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên;<br /> * Email: trananhthang@tnut.edu.vn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2016 119<br />