Kỹ thuật xáo trộn mới cho hệ thống BICM-ID OFDM

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> KỸ THUẬT XÁO TRỘN MỚI CHO HỆ THỐNG BICM-ID OFDM<br /> Đinh Thế Cường1, Trần Anh Thắng 2,*, Phạm Xuân Nghĩa3<br /> Tóm tắt: Việc kết hợp sơ đồ điều chế mã có xáo trộn bít kết hợp với giải mã<br /> lặp BICM-ID với kỹ thuật truyền dẫn OFDM cho khả năng truyền dẫn tốc độ cao<br /> với hiệu quả lớn. Để phù hợp với thực tiễn, việc kết hợp này một mặt phải phù<br /> hợp với hệ thống thực OFDM, mặt khác phải phát huy hiệu quả của sơ đồ BICM-<br /> ID. Kỹ thuật xáo trộn bít là một khâu quan trọng của sơ đồ BICM-ID. Để tạo ra<br /> một bộ xáo trộn bít sao cho vừa phù hợp với thiết kế hệ thống OFDM vừa đảo<br /> bảo hiệu quả của sơ đồ BICM-ID là cần thiết. Bài báo này đề xuất một kỹ thuật<br /> xáo trộn mới dựa trên kỹ thuật xáo trộn khối, phù hợp với thiết kế hệ thống thực<br /> đồng thời vẫn cho hiệu quả cao. Kết quả mô phỏng dựa trên mô hình truyền dẫn<br /> IEEE 802.11 cho thấy kỹ thuật xáo trộn này mặc dù đơn giản nhưng vẫn cho<br /> hiệu quả truyền dẫn cao tương đương với kỹ thuật truyền dẫn phức tạp Golden<br /> interleaving.<br /> Từ khóa: Viễn thông; BICM-ID OFDM; Chuẩn IEEE 802.11; Xáo trộn khối (Block Interleaving); Golden<br /> interleaving.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Trong những năm gần đây, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)<br /> không ngừng được nghiên cứu và mở rộng phạm vi ứng dụng bởi những ưu điểm của nó<br /> trong tiết kiệm băng tần, có thể truyền dẫn tốc độ cao cùng với khả năng chống lại pha<br /> đinh chọn lọc theo tần số cũng như xuyên nhiễu băng hẹp. Các hệ thống thực tế sử dụng<br /> kỹ thuật OFDM được kể đến như: hệ thống DVB-T (1995), HIPERLAN II (1999), các<br /> chuẩn Wifi IEEE 802.11, các chuẩn của Wimax IEEE 802.16, và đặc biệt là chuẩn LTE<br /> dành cho hệ thống di động 4G hiện nay.<br /> Sơ đồ điều chế mã có xáo trộn bít kết hợp với giải mã lặp BICM-ID (Bit-interleaved<br /> coded modulation with iterative decoding), được đề xuất lần đầu trong bài báo [1] với cấu<br /> trúc liên kết điều chế /mã (CM: Coded Modulation) phát huy hiệu quả cao cả trên kênh<br /> pha - đinh nhờ có xáo trộn dãy bit (BI: Bit Interleved) và cả trên kênh Gao - xơ nhờ<br /> nguyên lý giải mã lặp (ID: Iterative Decoding). Chất lượng của hệ thống BICM-ID có thể<br /> so sánh với hệ thống Turbo kết hợp kỹ thuật điều chế mã lưới (Turbo Trellis Coded<br /> Modulation - TTCM) [2]. Hơn nữa, với hệ thống BICM-ID chỉ cần một bộ giải mã thông<br /> tin đầu vào mềm – đầu ra mềm SISO (Soft Input – Soft Output), trong khi trong hệ thống<br /> TTCM lại yêu cầu hai bộ. Việc kết hợp sơ đồ BICM-ID với kỹ thuật truyền dẫn OFDM sẽ<br /> cho hiệu quả cao và đã được chỉ ra trong các bài báo [3-6].<br /> Đối với sơ đồ BICM-ID và các hệ thống sử dụng giải mã lặp (như hệ thống turbo), kỹ<br /> thuật xáo trộn bít cũng rất quan trọng, có nhiều nghiên cứu đưa ra các kỹ thuật xáo trộn<br /> phức tạp nhằm đem lại hiệu quả tốt nhất cho hệ thống nhưng lại khó thực hiện trong<br /> thực tế. Còn với các hệ thống thực tế sử dụng OFDM đã trình bày ở trên, các kỹ thuật<br /> xáo trộn chủ yếu dùng xáo trộn khối nhằm phù hợp với linh kiện thực tiễn là các bộ nhớ<br /> và ghi dịch nên hiệu quả không cao. Do vậy, để kết hợp BICM-ID với OFDM thì yêu<br /> cầu thiết kế bộ xáo trộn bít cần phải thỏa mãn vừa cho hiệu quả cao và vừa phù hợp với<br /> hệ thống hiện hành. Bài báo này đưa ra một kỹ thuật xáo trộn mới dựa trên kỹ thuật xáo<br /> trộn khối, bộ xáo trộn mới được tạo ra theo cấu trúc xác định, có thuật toán, phù hợp với<br /> yêu cầu thiết kế hệ thống và không phức tạp hơn cấu trúc đang sử dụng cho các hệ thống<br /> thực tế mà vẫn đem lại hiệu quả như các kỹ thuật xáo trộn phức tạp nhằm áp dụng cho<br /> hệ thống BICM-ID OFDM.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017 99<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> Trọng tâm của bài báo bao gồm phân tích hệ thống, giới thiệu kỹ thuật xáo trộn mới<br /> phù hợp thực tiễn, mô phỏng và đánh giá kỹ thuật xáo trộn này. Cấu trúc của bài báo gồm<br /> phần đặt vấn đề, phần 2 là về hệ thống BICM-ID OFDM với giải mã lặp mềm, phần 3 giới<br /> thiệu về kỹ thuật xáo trộn mới, các kết quả mô phỏng và so sánh với kỹ thuật xáo trộn<br /> Golden interleaving [7] được chỉ ra ở phần 4. Cuối cùng là phần kết luận.<br /> 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG<br /> Mô hình hệ thống BICM-ID OFDM được trình bày trong hình 1.<br /> ut ct vt st x p (t )<br /> OFDM<br /> Mã hoá Xáo trộn Điều chế<br /> Transmitter<br /> Thông<br /> tin vào Kênh truyền<br /> uˆ t cˆ t vˆ t Giải điều rt<br /> Giải mã Giải xáo OFDM<br /> Thông SISO trộn chế Receiver y p (t )<br /> tin ra<br /> Xáo trộn<br /> Hình 1. Hệ thống BICM-ID OFDM.<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, sau đó chúng được đưa vào khối OFDM để phát đi. Ở đầu thu,<br /> sau khi qua khối OFDM thu, các tín hiệu được đưa tới một vòng hồi tiếp giữa bộ giải điều<br /> chế xáo trộn/giải xáo trộn và giải mã để giải mã theo thuật toán lặp.<br /> Trong hệ thống BICM-ID, bộ mã hoá thường dùng mã xoắn tốc độ k/n, với nhóm k bit<br /> thông tin đầu vào u  [u1 , u 2 ...u k ] thì đầu ra bộ mã hoá sẽ là nhóm n bit mã<br /> c  [c1 , c 2 ...c n ] . Thay cho việc hoán vị các symbol như trong các hệ thống hoán vị<br /> symbol thông thường, bộ xáo trộn giả ngẫu nhiên  , chiều dài N thực hiện việc hoán vị<br /> các bit sau mã hoá c  [c11 , c12 ...c1n , c12 , c22 ...c2n , , c1N / n , cN2 / n ...cNn / n ] tạo thành các nhóm bit:<br /> v i  (vi1 , vi2 , , vim ) với m  log 2 M , i  1, 2, , N / m sau đó, mỗi nhóm vi được ánh<br /> xạ vào một symbol si trong bộ tín hiệu S gồm M điểm. Các nhóm ký hiệu này được<br /> chia làm Q chuỗi thành phần song song và được điều chế bởi Q sóng mang phụ OFDM<br /> (bằng kỹ thuật IDFT) rồi được tổng hợp tại đầu ra của khối OFDM được các tín hiệu xp(q):<br /> P Q 1<br /> j 2 f q ( t  pTsym )<br /> x p (t )   X l  q  e (1)<br /> p 1 q 0<br /> <br /> Trong đó, xp(q) được là tín hiệu thành phần thứ q (trong tập Q sóng mang phụ) của<br /> symbol OFDM thứ p (của tập gồm có P chuỗi symbol OFDM phát),<br /> N<br /> P ; p  1, 2, , P và q  0,1, 2,...Q -1 , Tsym là độ rộng của một symbol<br /> m *Q<br /> OFDM.<br /> Qua kênh truyền, tín hiệu nhận được ở đầu thu là:<br /> y p (t )  h(t ) * x p (t )  n(t ) (2)<br /> <br /> <br /> <br /> 100 Đ.T. Cường, T.A. Thắng, …, “Kỹ thuật xáo trộn mới… hệ thống BICM-ID OFDM.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Trong đó, h(t ) là hệ số pha đinh, n(t ) là tạp âm cộng trắng chuẩn (AWGN). Trong<br /> trường hợp kênh pha đinh, h(t ) thường có phân bố Rayleigh với kỳ vọng E ( h (t ) 2 )  1 .<br /> Với kênh AWGN thì h(t )  1 .<br /> Tại phía thu, tín hiệu y p (t ) sẽ được đưa qua khối thu OFDM sau đó đưa đến phần giải<br /> lặp của hệ thống BICM-ID tại đầu thu, phần này có thể dùng thuật toán giải mã quyết định<br /> cứng hoặc quyết định mềm, được trình bày cụ thể trong [5-6].<br /> P (uk ; o) P (ck ; I ) P ( vk ; o )<br /> uˆt Quyết rt<br /> Giải mã  1 Giải điều<br /> định SISO chế<br /> <br /> <br /> P ( ck ; o )  P ( vk ; I )<br /> <br /> Hình 2. Nguyên lý giải mã quyết định mềm.<br /> Đối với hệ thống BICM-ID dùng giải mã quyết định mềm (hình 2), bộ giải mã theo<br /> nguyên lý đầu vào mềm, đầu ra mềm (SISO), thay vì dùng bộ giải mã Viterbi như trong hệ<br /> thống quyết định cứng, và bộ giải điều chế cũng hoạt động theo nguyên lý giải điều chế<br /> mềm. Trong vòng lặp đầu tiên, với giả thiết xác suất truyền các tín hiệu si là như nhau<br /> (giả thiết giá trị ban đầu của thông tin tiên nghiệm), xác suất hậu nghiệm của các bit mã<br /> cũng được tính theo:<br />  ( k  b)  log  P ( s | r , h) i (3)<br /> si Sbk<br /> <br /> Đây là số đo của các bit được tính toán tại bộ giải điều chế trên cơ sở tín hiệu thu được<br /> từ kênh thông tin (thông qua khối OFDM). Các số đo này thực chất là các giá trị xác suất<br /> hậu nghiệm được tính theo tiêu chuẩn xác suất hậu nghiệm cực đại (MAP - Maximum A<br /> posteriori Probability) theo hàm logarit. Trong biểu thức (1), P ( si | r , h) là xác suất hậu<br /> nghiệm (xác suất phát tín hiệu si khi thu được tín hiệu r với hệ số pha - đinh h ). Tập Sbk<br /> là tập con của bộ tín hiệu S gồm các điểm tín hiệu mà vị trí bit thứ k có giá trị bằng b.<br /> Giá trị xác suất trên với vai trò là thông tin ngoài (extrinsic information), qua bộ giải<br /> xáo trộn trở thành thông tin tiên nghiệm cho bộ giải mã SISO. Trên cơ sở đó, bộ giải mã<br /> SISO sẽ tính được xác suất hậu nghiệm (a posteriori probability) và qua vòng hồi tiếp trở<br /> thành thông tin tiên nghiệm cho bộ giải điều chế để tính lại số đo bit. Với bộ xáo trộn lý<br /> tưởng, m bit trong một symbol có thể coi như độc lập với nhau, thông tin tiên nghiệm cho<br /> các tín hiệu si có thể được tính như sau [6]:<br /> m<br /> P(si )  P(v1 (si ),..., vm (si ))   P(vk  vk (si ); I ) (4)<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 /> Khi đó, có thể tính được thông tin ngoài cho vòng lặp tiếp như sau:<br />  <br />   P(r | si )P(si ) <br /> P(v  b | r)  siSbk  = P(r | s ) P(v  v (s ); I )<br /> P(vk  b; o)  k<br /> P(vk  b; I )<br /> <br /> P(vk  b; I )<br />  i j j i (5)<br /> si Sbk i k<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017 101<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> <br /> Trong (5), ta thấy số đo của bit k là P(vk  b; o) được tính trên cơ sở các giá trị xác<br /> suất tiên nghiệm của các bit còn lại khác trong cùng một symbol là: P (v j ; I ); j  k . Sau<br /> một số vòng lặp nhất định, bộ giải mã SISO sẽ đưa thông tin ngoài chính là tổng các xác<br /> suất hậu 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 /> 3. THIẾT KẾ BỘ XÁO TRỘN MỚI<br /> 3.1. Mục đích thiết kế<br /> Theo phân tích tại công thức (5), việc quyết định giá trị một bít trong symbol tín hiệu<br /> không chỉ dựa vào giá trị của bít đó mà còn dựa vào các bít khác cùng symbol. Chính vì<br /> vậy, mục đích cho việc thiết kế bộ xáo trộn này được tính toán sao cho vị trí các bít trong<br /> cùng 1 symbol đảm bảo cách xa nhau để khi một trong số các bít tại vị trí có điều kiện<br /> kênh tốt, thông qua giải mã lặp, sẽ nâng các giá trị (mềm) của bít khác lên trước khi đến<br /> bộ quyết định giá trị symbol.<br /> 3.2. Thiết kế bộ xáo trộn<br /> Kỹ thuật xáo trộn này dựa trên kỹ thuật xáo trộn khối, độ dài bít xáo trộn phải chia hết<br /> cho (4*m), được chia làm các bước:<br /> Bước 1: Phân chia chuỗi xáo trộn<br /> Chuỗi bít được chia làm 2 phần được gọi là phần đầu và phần đuôi (phần đầu dài 3/4 ,<br /> phần đuôi dài ¼)<br /> Bước 2: Thực hiện xáo trộn cho từng phần<br /> - Phần đầu được xếp thành khối ma trận với m hàng tương ứng m bít/symbol điều chế<br /> và c cột. Hàng 1 sẽ là các bít thứ 1 của các symbol m bit (dịch vòng (0/m)*c sang phải),<br /> hàng thứ 2 là các bít thứ 2 của các symbol này nhưng được dịch vòng sang phải (1/m)*c vị<br /> trí (1/m số cột), hàng thứ 3 là các bít thứ 3 và dịch vòng sang phải (2/m)*c, tương tự với<br /> các hàng tiếp theo. Ví dụ với symbol 4 bít: hàng 1 gồm các bít thứ 1, 5, 9, …; hàng 2 gồm<br /> bít thứ 2, 6, … và dịch vòng sang phải ¼ tổng số cột; hàng 3 gồm bít thứ 3, 7, … và dịch<br /> vòng 2/4;...). Khoảng cách lớn nhất giữa các bít trong một symbol là: (1+1/m)c vị trí<br /> (c=3N/4m).<br /> - Phần đuôi của chuỗi bít (1/4 chuỗi) cũng được làm tương tự xếp thành khối và thực<br /> hiện dịch tương tự như phần đầu. Khoảng cách lớn nhất giữa các bít trong một symbol là:<br /> (1+1/m)c’ vị trí (c’=N/4m).<br /> Bước 3: Tăng khoảng cách xáo trộn<br /> Thực hiện đảo một phần cuối của phần đuôi cho hàng thứ 3 phần đầu (số bít là 1/m của<br /> ¾ chuỗi bít).<br /> Kỹ thuật này dựa trên xáo trộn khối nên chỉ đơn giản là việc xắp xếp các bít theo khối,<br /> dịch vòng vị trí bít, vì vậy nó không phức tạp hơn kỹ thuật xáo trộn khối thông thường<br /> đồng thời phù hợp với yêu cầu thiết kế hệ thống thực (gồm các bộ ghi dịch và bộ nhớ).<br /> <br /> <br /> <br /> 102 Đ.T. Cường, T.A. Thắng, …, “Kỹ thuật xáo trộn mới… hệ thống BICM-ID OFDM.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Đồng thời, việc xáo trộn và dịch vòng được tạo ra theo quy luật và cấu trúc xác định, điều<br /> đó có nghĩa là nó có thuật toán xác định.<br /> 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN<br /> 4.1. Thông số mô phỏng và công cụ mô phỏng<br /> Hệ thống được xây dựng ở trên được các tác giả mô phỏng bằng phần mềm MATLAB.<br /> Với các thông số ban đầu của cho hệ thống OFDM theo chuẩn 802.11 (a và ac) được cho<br /> trong tài liệu [8] với điều chế 16QAM, tốc độ mã hóa (coderate) là ½ sử dụng mã xoắn [7,<br /> 171, 133] (hệ octal). Các luật điều chế (bộ ánh xạ) dùng để mô phỏng là: phân hoạch tập<br /> (Set Partitioning), luật Gray, luật bình phương trọng số Ơ-cơ-lít cực đại MSEW<br /> (Maximum Squared Euclidean Weight) như hình 3. Kênh truyền để đánh giá sử dụng kênh<br /> gao-xơ và kênh fading đa đường theo mô hình kênh Tapped Delay Line (TDL) trong tài<br /> liệu [9] và thông số kênh theo tài liệu TGn [10], với số vòng lặp cho hệ thống là 6 vòng.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) b) c)<br /> Hình 3. Các luật ánh xạ: Set Partitioning (a); Gray (b); MSEW (c).<br /> 4.2. Các kết quả mô phỏng và thảo luận<br /> #) Xác định và đánh giá độ dài tối ưu của kỹ thuật xáo trộn.<br /> Để xác định chất lượng và hiệu quả (thể hiện ở giá trị tỷ số lỗi bít BER – Bit Error<br /> Rate) cho kỹ thuật xáo trộn đề suất, tác giả đi khảo sát với từng mức năng lượng bít<br /> ( Eb / N0 ) cho từng sơ đồ ánh xạ rồi tăng dần độ dài bít xáo trộn và kết quả được thể hiện<br /> ở hình 4a, 4b.<br /> -1<br /> Khao sat do dai New-Inter (802.11, 6lap) Khao sat do dai New-Inter (802.11, 6lap)<br /> 0<br /> 10 10<br /> Gray mapping,4dB MSEW mapping,6dB<br /> X: 768<br /> Gray mapping,5dB Y: 0.1085 MSEW mapping,6,25dB<br /> -1<br /> Gray mapping,6dB 10 MSEW mapping,6,5dB<br /> -2<br /> Set Partition, 4dB Set Partition, 6dB<br /> 10 Set Partition, 5dB Gray mapping,6dB<br /> Set Partition, 6dB -2<br /> 10<br /> BER<br /> BER<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -3 -3<br /> 10 10<br /> <br /> <br /> -4<br /> 10<br /> -4 X: 6144<br /> 10 Y: 1.444e-005<br /> -5<br /> 10<br /> <br /> <br /> <br /> -5 -6<br /> 10 10<br /> 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000<br /> Do dai khoi xao tron (bit) Do dai khoi xao tron (bit)<br /> <br /> a) b)<br /> Hình 4. Khảo sát độ dài xáo trộn cho từng bộ ánh xạ.<br /> Đối với ánh xạ Gray và phân hoạch tập (hình 4a), với các giá trị Eb / N0 là 4dB, 5dB<br /> và 6dB, khi tăng độ dài bít xáo trộn thì giá trị BER không thay đổi. Như vậy, với 2 ánh xạ<br /> này thì độ dài xáo trộn không ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống. Nhưng với ánh xạ<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017 103<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> <br /> MSEW (hình 4b), cùng với mức Eb / N0  6,5dB , với độ dài chuỗi xáo trộn là 768 bít, tỷ<br /> lệ lỗi bít là BER=1,085.10-1 nhưng với độ dài chuỗi xáo trộn là 6144 bít thì tỷ lệ lỗi bít đạt<br /> được là BER=1,444.10-5, điều đó cho thấy rằng độ dài xáo trộn tác động rất lớn đến hiệu<br /> quả hệ thống, hơn nữa, bộ ánh xạ này cho chất lượng tốt hơn 2 bộ ánh xạ trên.<br /> Như vậy, độ dài chuỗi bít xáo trộn càng lớn thì chất lượng hệ thống càng tăng, khi độ dài<br /> chuỗi bít xáo trộn đạt khoảng 6144 bít thì chất lượng hệ thống không tăng được hơn nhiều vì<br /> độ phân tập thời gian đã đạt đến mức bão hòa, đây sẽ là độ dài tối ưu của bộ xáo trộn này.<br /> #) Đánh giá hiệu quả của kỹ thuật xáo trộn.<br /> Để đánh giá hiệu quả của kỹ thuật xáo trộn mới, bài báo so sánh hiệu quả của kỹ thuật<br /> xáo trộn này với hai kỹ thuật xáo trộn đại số khác dùng cho mã Turbo cho trong tài liệu [7]<br /> là Relative Prime và Dithered golden interleaver và được thể hiện trong kết quả mô phỏng<br /> là GoldenInter0 và GoldenInter1 tương ứng.<br /> BICM-ID OFDM,AWGN, 16QAM (802.11,6lap) 0<br /> BICM-ID OFDM,AWGN, 16QAM (802.11,6lap)<br /> 0<br /> 10 10<br /> <br /> <br /> -1<br /> 10<br /> -1<br /> 10<br /> -2<br /> 10<br /> <br /> -2<br /> -3 10<br /> 10<br /> BER<br /> BER<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -4<br /> 10 -3<br /> Set Partition,GoldenInter 0 10<br /> Set Partition,GoldenInter 1<br /> -5 Set Partition, New-Inter<br /> 10<br /> Set Partition, Wifi-Inter<br /> -4<br /> Gray Mapping,GoldenInter 0 10 MSEW Mapping, WifiInter,<br /> -6<br /> 10 Gray Mapping,GoldenInter 1 MSEW Mapping, NewInter<br /> Gray mapping, New-Inter MSEW Mapping, GoldenInter 0<br /> Gray mapping, Wifi-Inter MSEW Mapping, GoldenInter 1<br /> -7 -5<br /> 10 10<br /> 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br /> EbNo EbNo<br /> <br /> a) b)<br /> Hình 5. So sánh hiệu quả của kỹ thuật xáo trộn mới với kỹ thuật xáo trộn Golden[7] trên<br /> kênh Gao - xơ với từng tập ánh xạ điều chế, độ dài xáo trộn 6144 bit.<br /> Dựa trên kết quả về độ dài xáo trộn hiệu quả, độ dài chuỗi xáo trộn là 6144 bít, hình 5<br /> cho kết quả đánh giá giữa kỹ thuật xáo trộn mới với kỹ thuật xáo trộn ở [7]. Với ánh xạ<br /> gray (hình 5a), các kỹ thuật xáo trộn không thể hiện sự khác biệt. Với ánh xạ phân hoạch<br /> tập (hình 5a) kỹ thuật xáo trộn đề suất chỉ tốt hơn kỹ thuật xáo trộn ở [7] khi giá trị Eb/N0<br /> lớn. Với ánh xạ MSEW (hình 5b), kỹ thuật xáo trộn khối đề suất tốt hơn kỹ thuật xáo trộn<br /> Relative Prime và tương đương với Dithered golden interleaver. Trên hình này cũng cho ta<br /> thấy rằng kỹ thuật xáo trộn đề suất cho chất lượng tốt hơn nhiều so với việc sử dụng kỹ<br /> thuật xáo trộn khối của chuẩn 802.11 (được biểu thị bằng đường Wifi-Inter).<br /> BICM-ID OFDM,Fading(model C),ZF, 16QAM (802.11,6lap) BICM-ID OFDM,Fading(model C),ZF, 16QAM (802.11,6lap)<br /> 0 0<br /> 10 10<br /> Gray mapping, NewInter SetPart mapping, NewInter<br /> Gray mapping, GoldenInter 0 SetPart mapping, GoldenInter 0<br /> -1 Gray mapping, GoldenInter 1 -1 SetPart mapping, GoldenInter 1<br /> 10 10<br /> <br /> <br /> <br /> -2 -2<br /> 10 10<br /> BER<br /> BER<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -3 -3<br /> 10 10<br /> <br /> <br /> <br /> -4 -4<br /> 10 10<br /> <br /> <br /> <br /> -5 -5<br /> 10 10<br /> 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30<br /> EbNo EbNo<br /> <br /> Hình 6. So sánh hiệu quả của kỹ thuật xáo trộn mới đối với kỹ thuật xáo trộn Golden [7]<br /> trên kênh fading, độ dài xáo trộn 6144 bit.<br /> <br /> <br /> 104 Đ.T. Cường, T.A. Thắng, …, “Kỹ thuật xáo trộn mới… hệ thống BICM-ID OFDM.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Khi thực hiện đánh giá kỹ thuật xáo trộn trên kênh fading theo mô hình kênh C (model<br /> C) cho trong tài liệu [10], san bằng kênh (equalizer) được thực hiện dựa trên thuật toán san<br /> bằng kênh cưỡng ép về 0 - ZF (Zero Forcing) với thông tin kênh là hoàn hảo. Các kết quả<br /> đều cho thấy các kỹ thuật xáo trộn này đều cho kết quả tương tự như kênh Gao - xơ, tuy<br /> nhiên chất lượng hệ thống không thể hiện nổi bật về bản chất như kênh Gao - xơ do bài<br /> báo chỉ sử dụng cân bằng kênh ZF đơn giản.<br /> 5. KẾT LUẬN<br /> Các bộ xáo trộn cho ở tài liệu [7] là bộ xáo trộn đại số được thiết kế cho mã Turbo cho<br /> hiệu quả cao nhưng vẫn dừng ở góc độ lý thuyết mà chưa thể áp dụng vào thực tiễn do độ<br /> phức tạp của nó. Trong khi đó, các hệ thống OFDM thực hiện nay đề sử dụng các bộ xáo<br /> trộn khối nhờ sự đơn giản trong thiết kế hệ thống. Bài báo này đã đề suất một bộ xáo trộn<br /> mới, với việc thiết kế kỹ thuật xáo trộn dựa trên xáo trộn khối, nó cho phép sử dụng phù<br /> hợp cho hệ thống thực mà vẫn cho hiệu quả cao tương đương với bộ xáo trộn phức tạp.<br /> Nói một cách khác là nó có ý nghĩa thực tiễn rất lớn do bộ xáo trộn đề suất vẫn đảm bảo<br /> hiệu quả của sơ đồ BICM-ID đồng thời vẫn phù hợp với thiết kế hệ thống OFDM hiện<br /> nay. Ngoài ra, dựa vào các kết quả mô phỏng, để đạt được hiệu quả cao nhất thì độ dài<br /> chuỗi bít cần từ khoảng 6144 bít trở lên và bộ ánh xạ cho hiệu quả cao là MSEW.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Li and J. A. Ritcey, “Bit-interleaved coded modulation with iterative decoding,”<br /> IEEE Commun.Lett., vol. 1, pp. 169–171, Nov. 1997<br /> [2]. X. Li, A. Chindapol, and J. A. Ritcey, “Bit-Interleaved Coded Modulation With<br /> Iterative Decoding and 8PSK Signaling”, IEEE TRANSACTIONS ON<br /> COMMUNICATIONS, VOL. 50, NO. 8, AUGUST 2002, pp 1250-1257<br /> [3]. N. F. Kiyani and J. H. Weber, "OFDM with BICM-ID and Rotated MPSK<br /> Constellations and Signal Space Diversity," 2007 14th IEEE Symposium on<br /> Communications and Vehicular Technology in the Benelux, Delft, 2007,pp.1-4<br /> [4]. N. H. Tran, H. H. Nguyen and T. Le-Ngoc, "Bit-Interleaved Coded OFDM With<br /> Signal Space Diversity: Subcarrier Grouping and Rotation Matrix Design," in IEEE<br /> Transactions on Signal Processing, vol. 55, no. 3, pp. 1137-1149, March 2007 .<br /> [5]. Đ.C.Hùng, Đ.T.Cường, N.Q.Bình: “Nâng cao chất lượng hệ thống OFDM bằng<br /> BICM-ID,” Tạp chí Bưu chính viễn thông, Chuyên san Các công trình nghiên cứu –<br /> triển khai viễn thông và công nghệ thông tin, 02.2007<br /> [6]. Phạm Xuân Nghĩa, Trần Anh Thắng,“Đánh giá hiệu quả sử dụng sơ đồ BICM-ID cho<br /> truyền dẫn OFDM và chuẩn 802.11“, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc<br /> san ACMEC , 07 – 2016, pp 112-119.<br /> [7]. Crozier, S.N., Lodge, J., Guinand, P. and Hunt, A. (1999) “Performance of Turbo<br /> codes with Relative Prime and Golden Interleaving Strategies”, Proceedings of Sixth<br /> International Mobile Satellite Conference, Ottawa, Canada.<br /> [8]. 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 /> [9]. Yong Soo Cho et al”MIMO-OFDM WIRELESS COMMUNICATIONS WITH<br /> MATLAB”, IEEE press, 2010.<br /> [10]. IEEE P802.11 ”Wireless LANs TGn Channel Models” (doc:IEEE 802.11-03/940r4),<br /> May 2004.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017 105<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> ABSTRACT<br /> A NEW INTERLEAVING TECHNIQUE FOR BICM-ID OFDM SYSTEM<br /> A combination BICM-ID (Bit-interleaved coded modulation with iterative<br /> decoding) with OFDM transceiver technology give high-speed transmission with<br /> great efficiency. To suitable with reality, on the one hand, this combination<br /> compatible with the real OFDM system, on the other hand must prove the<br /> effectcient of the BICM-ID scheme. Bit-interleaving technique is an important part<br /> of the BICM-ID scheme. To making a Bit-interleaver that fit with system design and<br /> ensure the effectcient of the BICM-ID is necessary. This paper proposes a new Bit-<br /> interleaving technique based on Block interleaving that fit with real system design<br /> and give high effectcient simultaneously. Simulation results based on the IEEE<br /> 802.11 transmission model show that the Bit-interleaving, although is simple, but<br /> still gives high transmission efficiency equivalent to the Golden interleaving<br /> technique.<br /> Keywords: Telecommunication; BICM-ID OFDM; IEEE 802.11 standard; Block Interleaving; Golden<br /> interleaving.<br /> <br /> <br /> Nhận bài ngày 02 tháng 5 năm 2017<br /> Hoàn thiện ngày 10 tháng 6 năm 2017<br /> Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 7 năm 2017<br /> <br /> <br /> 1<br /> Địa chỉ: Cục công nghệ thông tin – Bộ Tổng tham mưu – Bộ quốc phòng;<br /> 2<br /> Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại Học Thái Nguyên;<br /> 3<br /> Học viện Kỹ thuật quân sự.<br /> *<br /> Email: trananhthang@tnut.edu.vn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 106 Đ.T. Cường, T.A. Thắng, …, “Kỹ thuật xáo trộn mới… hệ thống BICM-ID OFDM.”<br />