zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Lựa chọn bộ ánh xạ cho hệ thống BIBCM-ID

Chia sẻ: Phó Cửu Vân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Báo xấu

4
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Lựa chọn bộ ánh xạ cho hệ thống BIBCM-ID" tập trung khảo sát một số bộ ánh xạ dùng cho hệ thống BIBCM-ID, từ kết quả khảo sát chúng tôi đưa ra nhận định lựa chọn bộ ánh xạ Star 16- QAM và 16-QAM vuông cho hệ thống BIBCM-ID, với các bộ ánh xạ này, cho phép tăng cự ly bit giữa các điểm tín hiệu, làm cơ sở cải thiện chất lượng hệ thống so với bộ ánh xạ khác. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Lựa chọn bộ ánh xạ cho hệ thống BIBCM-ID

Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) LỰA CHỌN BỘ ÁNH XẠ CHO HỆ THỐNG BIBCM- ID Phạm Xuân Nghĩa1, Hoàng Văn Dũng2, Vũ Thị Thắng3 1, 2 Khoa Vô tuyến điện tử, Đại học kỹ thuật Lê Quý Đôn 3 Khoa Điện- Điện tử, Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định Email: nghiapx@mta.edu.vn dunghv198@mta.edu.vn vuthithang1978@gmail.com Abstract — Hệ thống BIBCM-ID ((Bit-Interleaved Block về độ trễ xử lý và độ phức tạp của mã hóa/điều chế và Coded Modulation with Iterative Decoding) được giới giải mã/giải điều chế, chọn giải pháp sử dụng mã khối thiệu trong [16], có thể ứng dụng cho các dịch vụ vô với chiều dài từ mã không quá lớn, cụ thể là mã tuyến yêu cầu thời gian thực. Tuy nhiên, để hệ thống này Hamming mở rộng (Extended Hamming Codes), kết thực sự đảm bảo chất lượng tốt, bên cạnh việc lựa chọn các bộ mã hóa kênh tốt, hoán vị có chất lượng tốt, việc hợp với điều chế cầu phương (Quadrature Amplitude lựa chọn bộ ánh xạ tín hiệu phù hợp, giúp cải thiện đáng Modulation, QAM). Kết quả chính của nghiên cứu này kể chất lượng và tốc độ truyền tin của hệ thống. Trong là khảo sát, đánh giá và đề xuất bộ ánh xạ điều chế đa bài báo này, chúng tôi tập trung khảo sát một số bộ ánh mức M-QAM cho hệ thống Điều chế mã khối có hoán xạ dùng cho hệ thống BIBCM-ID, từ kết quả khảo sát vị bít kết hợp giải điều chế/giải mã lặp (Bit-Interleaved chúng tôi đưa ra nhận định lựa chọn bộ ánh xạ Star 16- Block Coded Modulation with Iterative Decoding – QAM và 16-QAM vuông cho hệ thống BIBCM-ID, với BIBCM-ID). Nội dung còn lại của bài báo được cấu các bộ ánh xạ này, cho phép tăng cự ly bit giữa các điểm trúc như sau: Mục 2 trình bày về sơ đồ hệ thống tín hiệu, làm cơ sở cải thiện chất lượng hệ thống so với bộ BIBCM-ID, Mục 3 của bài báo đi sâu phân tích phẩm ánh xạ khác. Ở giá trị BER = 10-6, khi sử dụng bộ ánh xạ Star 8, cần tỷ lệ Eb/N0 = 4.8 dB, còn đối với các bộ ánh chất của hệ thống BIBCM-ID khi sử dụng các bộ ánh xạ 16-QAM vuông và Star16-QAM chỉ cần tỷ lệ Eb/N0 = xạ BPSK, 4-QAM, 8-QAM và 16-QAM vuông, Mục 4 4.3dB, có nghĩa là mang lại độ lợi 0.5dB, bên cạnh đó cho của bài báo đi sâu phân tích tính chất của bộ ánh xạ phép cải thiện đáng kể tốc độ truyền tin của hệ thống (từ Star16-QAM cho hệ thống BIBCM-ID, Mục 5 của bài 3bit/symbol lên 4 bit/symbol). Đặc biệt với bộ ánh xạ Star báo trình bày các kết quả mô phỏng trên kênh AWGN, 16-QAM cho phép hạ thấp sàn lỗi của hệ thống BIBCM- bộ hoán vị khối quát tổng thể, với các bộ ánh xạ 4- ID đáng kể so với các bộ ánh xạ khác (ở giá trị BER = QAM, 8-QAM, 16-QAM vuông và Star 16-QAM, cuối 4.10-7 chưa thấy xuất hiện sàn lỗi). cùng là phần Kết luận. Keywords - BIBCM-ID, hoán vị khối từng dòng, hoán II. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG BIBCM-ID vị tống thể, ánh xạ Star 16-QAM, ánh xạ 16-QAM vuông, BPSK. I. MỞ ĐẦU Các sơ đồ kết hợp mã hóa với điều chế truyền thống bao gồm Điều chế mã khối (Block Coded Modulation, BCM) [1], Điều chế mã lưới (Trellis Coded Modulation, TCM) [2], Điều chế mã có hoán vị bít (Bit-Interleaved Coded Modulation, BICM) [3, 4] và Điều chế mã có hoán vị bít và giải mã lặp (Bit- Interleaved Coded Modulation with Iterative Decoding, BICM-ID) [5]. Sơ đồ hệ thống BICM-ID ngoài việc sử dụng mã chập (tương ứng với sơ đồ BICCM-ID) còn Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống BIBCM-ID có sơ đồ sử dụng mã sửa sai là mã khối (sơ đồ BIBCM- Để đạt được yêu cầu về độ trễ xử lý và độ phức tạp ID) [16]. của mã hóa/điều chế và giải mã/giải điều chế, trong [16] đã đề xuất giải pháp sử dụng mã khối với chiều Để đạt được các yêu cầu về phẩm chất Bit Error dài từ mã không quá lớn, kết hợp với điều chế cầu Rates (BER), hiệu quả sử dụng băng thông trên cả kênh phương (Quadrature Amplitude Modulation, QAM), cụ Gao-xơ và kênh pha-đinh, chọn giải pháp sử dụng mô thể là 16-QAM. Kết quả chính của nghiên cứu này là hình hệ thống Điều chế mã có hoán vị bit kết hợp giải khảo sát, đánh giá và đề xuất bộ ánh xạ điều chế đa mã/giải điều chế lặp. Tuy nhiên, để đạt được yêu cầu ISBN ............ 978-604-80-8932-0 216
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) mức M-QAM cho hệ thống Điều chế mã khối có hoán Đầu ra kênh là r = (r0 , r1 , , rn −1 ) với r= ci + vi và vi i vị bít kết hợp giải điều chế/giải mã lặp (Bit-Interleaved là biến Gao-xơ với trung bình bằng 0 và phương sai Block Coded Modulation with Iterative Decoding – BIBCM-ID) ở các vùng SNR khác nhau. Mô hình kỹ σ = N 0 2 . Xác suất có điều kiện rằng thu được ri khi thuật của hệ thống BIBCM-ID được thể hiện trên Hình phát bít ci bằng 1 [16]. ( r −( −1) ) ci 2 i Ebpsk Xét mã khối (n, k , d ) với n là chiều dài từ mã, k là số 1 − Pr ( ri |ci ) = e N0 (1) bít dữ liệu, d là cự ly Hamming tối thiểu. Ký hiệu π là π N0 hoán vị N cb = N cw n bít (the number of coded bits) cho Ta có từng khung N cw từ mã (the number of codewords). Pr ( r|c ) Pr ( c ) Pr ( c|r ) = (2) Điều kiện là N_cb chia hết cho số bít trong nhãn nhị Pr ( r ) phân của từng tín hiệu m log 2 M , m ≥ 2 , và chia hết = và các từ mã c ∈ C có cùng xác suất truyền qua kênh cho chiều dài từ mã n. Mỗi khung N s = N cb / m tín nên việc thực hiện nguyên tắc giải mã hợp lẽ cực đại hiệu M-QAM được truyền đi qua kênh Gao-xơ. Việc (Maximum-Likelihood Decoding – MLD) là cực đại truyền tin qua kênh pha-đinh sẽ được nghiên cứu tiếp hóa xác suất Pr ( c|r ) theo từ mã c tương đương với theo. Tại đầu phát, N_cw từ mã trên đầu ra máy mã việc cực đại hóa xác suất Pr ( r|c ) . Máy giải mã MLD khối (Block Coding) được sắp xếp thành khung bít đánh số thứ tự từ 1 đến N cb . Thứ tự của các bít này sẽ giải véc-tơ thu r thành được hoán vị bởi π. Chuỗi bít sau hoán vị chia ra thành c = arg max Pr ( r|c ) ˆ (3) c∈C N s khối, mỗi khối gồm m bít được sử dụng như là Điều này tương đương với việc với mọi c∈∁ ta có nhãn nhị phân của tín hiệu trong điều chế M-QAM. n −1 n −1 i i ∏ Pr ( r |c ) ≥ ∏ Pr ( r |c ) ˆ i i (4) III. PHÂN TÍCH PHẨM CHẤT CỦA BIBCM-ID = 0= 0 i i KHI SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ Ký hiệu B ( c, c )= ˆ {i : ei = 1, 0 ≤ i ≤ n − 1} và e = (c ⊕ c) ˆ CƠ BẢN ˆ là tập của các chỉ số mà tại đó bít của véc-tơ c khác Khác với BICCM-ID sử dụng mã chập như là mã với bít của véc-tơ c. Từ (13) ta có, với mọi c∈∁. sửa sai, hệ thống BIBCM-ID sử dụng mã khối nên bộ Pr ( r |c ) ˆ hoán vị bít liên quan trực tiếp tới sàn lỗi. Do mã ∑c ln Pr ( ri |ci ) ≥ 0 i∈B ( c ) ˆ, (5) i i hóa/điều chế và giải mã/giải điều chế có thể được biểu Đặt L = ( L0 , L1 , , Ln −1 ) là véc-tơ giá trị tỷ lệ hợp lẽ diễn thông qua Đồ hình hai bên (Bi-partite Graph) nên chất lượng giải mã lặp phụ thuộc vào girth (chiều dài theo hàm lô-ga-rit (Log-Likelihood Ratio - LLR) với tối thiểu của vòng lỗi). Cụ thể, girth càng lớn thì sàn lỗi Pr ( ri |0 ) 4 Ebpsk càng thấp và giá trị Tỷ lệ Tín/Tạp mà từ dó đường cong Li =ln = ri (6) Pr ( ri |1) N0 BER bắt đầu đạt tới sàn lỗi càng nhỏ. Một trong các Định nghĩa bình phương cự ly giữa véc-tơ tín hiệu phát yếu tố ảnh hưởng lớn đến chất lượng (nhất là mức sàn đi với véc-tơ LLR lỗi) của hệ thống BIBCM-ID là các bộ ánh xạ được sử ∑ ( L − ( −1) ) n −1 2 dụng cho hệ thống. d E (ϑbpsk ( c )= , L) 2 ci i (7) i =0 3.1 Điều chế BPSK Khi từ mã toàn 0 được truyền đi, một lỗi giải mã xảy ra Cho C = khi bình phương cự ly giữa véc-tơ LLR thu được với {c = (c0 , c1 , , cn −1 ), ci ∈ GF (2), 0 ≤ i ≤ n − 1} là mã khối nhị phân tuyến tính (n,k,d) với tỷ lệ mã hóa véc-tơ tín hiệu phát của một từ mã c∈∁ có trọng số R = k / n . Giả sử từ mã c được truyền đi bằng tín hiệu Hamming ω nào đó nhỏ hơn bình phương cự ly giữa véc-tơ LLR thu được với véc-tơ tín hiệu phát của một BPSK qua kênh tạp âm Gao-xơ có tỷ lệ Tín/Tạp từ mã toàn 0, cụ thể Eb N 0 . Cụ thể bít “0” được gán cho điểm tín hiệu = Pr(d E (ϑbpsk ( c ) , L ) < d E (ϑbpsk ( 0 ) , L )) (8) Pr ( ε ω ) 2 2 Ebpsk , bít “1” được gán cho điểm tín hiệu − Ebpsk , Sử dụng (14) và (9) và thay c =0, dễ dàng thấy rằng ̂ với Ebpsk là năng lượng tín hiệu trong một lần sử   = Pr  ∑ Li < 0  Pr ( ε ω ) (9) dụng kênh, Ebpsk = REb . Hàm điều chế là  i∈B ( 0, c )    (c ) ϑbpsk (c) = ( c0 ) , (−1)( c1 ) , , (−1) ( n−1) ) . ((−1) Trong trường hợp các lần sử dụng kênh đều dùng tín hiệu BPSK và và áp dụng (15) cho (18), do ISBN ............ 978-604-80-8932-0 217
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) B ( 0, c ) ω ≥ d min nên ta có xác suất lỗi giải mã có 2 = Eebsc mR d j  Eb  j = = γ j ( Eb / N 0 )   (16) cận trên bằng (Cận trên tổng – Union bound) [10]: N0 4 Es  N 0  n n   các ri , i ∈ B ( 0, c ) , B ( 0, c ) =biến ngẫu ω là vẫn là các ∑ Pr ( ε ω ) ≤ ∑ Aω Pr   ∑ ri < 0  (10)  nhiên độc lập, đồng nhất về dạng phân bố nhưng có thể ω = d= d min min ω  i∈B ( 0, c ), B ( 0, c ) = ω  có tham số khác nhau. Việc phân tích xác suất lỗi cần với Aω là số từ mã có trọng số bằng ω. Vì từ mã toàn 0 phân biệt trường hợp sử dụng hoán vị tổng thể và được phát đi, từ (10) ta có các trường hợp sử dụng hoán vị từng dòng. Tuy nhiên, do yêu cầu của hệ thống BICM-ID là cần có ri , i ∈ B ( 0, c ) , B ( 0, c ) = nhiên độc ω là các biến ngẫu độ dư điều chế (có số mức điều chế M≥4 hay lập phân bố đồng nhất (Independent Identical = log M ≥ 2 ), nên phương pháp điều chế BPSK m distribution – i.i.d) và không sử dụng được cho hệ thống BIBCM-ID. ( ri − ) 2 Ebpsk 1 − 3.2 Điều chế 4-QAM Pr ( ri ) = e N0 (11) π N0 Chòm sao tín hiệu 4-QAM vuông (Square 4QAM) với điểm tín hiệu được biểu diễn trên mặt phẳng phức là nên tổng của các biến ngẫu nhiên phân bố chuẩn này là các số xk =k + jbk ,1 ≤ k ≤ 4, ak , bk = 1, j = −1 và a ± biến ngẫu nhiên có phân bố chuẩn với trung bình giá trị Es = 2 . Chúng ta có các ánh xạ cơ bản thể hiện ω Ebpsk và phương sai ω N 0 / 2 . Từ đó trong Hình 2. ( ) 2 x −ω Ebpsk   0 1 −  i∈B ( 0, c∑( 0, c ) = −∞ πω N Pr  ri < 0  ≈ ∫ e ω N0 dx   ), B ω  0 (12) Cuối cùng, xác suất lỗi bít của mã khối tuyến tính truyền qua kênh AWGN nhị phân đối xứng với giải mã hợp lẽ cực đại (Maximum Likelihood Decoding – a) Gray b) SP MLD) bằng n δω Pr ( ε b ) ≤ ω ∑ = d min k Aω Q ( 2ω Ebpsk / N 0 ) (13) n δω ≤= ∑ ω = d min k Aω Q ( 2ω REb / N 0 ) với δ ω là trung bình số bít “1” trong chuỗi tin đầu vào c) SSP d) Ánh xạ 4-QAM từ 16-QAM máy mã mà từ mã đầu ra có trọng số bằng ω, E_b là Hình 2 Các ánh xạ 4-QAM vuông năng lượng bít mang tin, R = k n là tỷ lệ mã hóa, và Từ Hình 2 cho thấy, cả ba ánh xạ đều có tính chất hàm tích phân Gao-xơ có cận dưới và cận trên bằng BGU, trong đó ánh xạ SP và SSP là hai ánh xạ tương [18] đương có bình phương khoảng cách bít {4;8} theo (16) x 2 ta có γ Square 4QAM = 1,5R còn ánh xạ Gray tính tương tự  1  1 1 − e− x / 2 ≤ Q ( x ) ≤ 2 1 − 2  e 2 , x > 0 (14) ta có γ Square 4QAM = R như vậy ánh xạ Gray không có độ  x  2π x 2π x Do δ ω k có thể làm xấp xỉ tới ω/n và xét tính chất của lợi về tỷ lệ Tín/Tạp. Đối với trường hợp ánh xạ 4-QAM được tạo ra từ 16-QAM ta có Khoảng cách bít ánh xạ hàm tích phân Gao-xơ, tại giá trị tỷ lệ Tín/Tạp vừa và = 40, d 2 6, Es 10 và γ Square 4QAM = 1.89R . d1 = = cao thì xác suất lỗi bít được xấp xỉ bằng d min 3.3 Điều chế 8-QAM Pr ( ε b ) ≈ Admin e min ( b 0 ) (15) − Rd E /N 4π nk ( Eb / N 0 ) Chòm sao tín hiệu 8-QAM vuông (Square 8QAM) trên mặt phẳng phức gồm các điểm tín hiệu Cũng như khi sử dụng mã chập, khi truyền tin bằng hệ thống BIBCM_ID với M-QAM có năng lượng trung {±1 ± j; ±2 ± 2 j } với các ánh xạ thể hiện Hình 3. Trong đó có ánh xạ MSEW thỏa mãn tính chất BGU và bình của chòm sao tín hiệu là Es và M = 2m thì ta có có tham số γ Square 8QAM = 1,9R . m kênh EBSC có tỷ lệ Tín/Tạp của kênh bằng ISBN ............ 978-604-80-8932-0 218
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) Tham số Khoảng cách bít ánh xạ MSEW của bộ tín hiệu 8-QAM hình sao là: d1 = R1 + R2 = (α + 1) R1 d 2 = d3 = R1 sqrt (α + 1) 2 của chòm sao tín hiệu 8-QAM hình sao dán nhãn nhị phân theo nguyên tắc MSEW là hàm của α giá trị cực đại γ = 2 R tại α = 1 . Khi α > 1 thì γ giảm dần về giá trị 1,5R nếu tăng α. Như vậy với cùng mức điều chế (8- a) Ánh xạ Gray b) Ánh xạ SP mức) và kiểu điều chế QAM thì chòm sao tín hiệu QAM hình sao có độ lợi về tỷ số Tín/Tạp lớn hơn chòm sao kiểu hình vuông khi lựa chọn giá trị 1 2 sin   = 2 ≈ 1, 4142 nghĩa là điểm tín hiệu của chòm sao được biểu diễn trên mặt 4 phẳng phức: xk = R1e j (π 2) k với k=0,1,2,3 và α > 2, 4142 điều này trả giá bởi việc khi đó giá trị tham số γ Star 8QAM giảm tiến đến giá trị 1,5R. xk = R2 e j ( 2π / M ) k với k= 4,5, 6, 7; j= −1 và khi Đối với trường hợp, ánh chòm sao ánh sạ 8-QAM chúng ta đặt tỷ số α = R2 / R1 để đảm bảo cấu trúc được tạo ra từ 16-QAM ta có: chòm sao thì α>1. Khi các tín hiệu này được sử dụng = = 20 và γ 8QAM = 2.35 R = 40, d 2 6, d3 d1 với cùng tần suất, ta có công suất trung bình của các tín 3.4 Điều chế 16-QAM vuông hiệu phát đi bằng: Xét chòm sao tín hiệu M-QAM với M 2m , m ≥ 2 = Es =12 + R2 ) / 2 = 2 + 1) R12 / 2 (R 2 (α (17) điểm tín hiệu được biểu diễn trên mặt phẳng phức như Như ta đã biết, ánh xạ MSEW của chòm sao là ánh xạ là các số xây dựng thỏa mãn tính chất BGU và có giá trị SEW s= ak + ibk , 1 ≤ k ≤ M ak , bk = 1, ±3, , ±2m − 1, k ± cực đại thể hiện Hình 4 Tham số γ của ánh xạ này là = −1 . Khi các tín hiệu này được sử dụng với cùng i biểu thức phụ thuộc vào tham số α như biểu thức (18). tần suất, công suất trung bình của các tín hiệu phát đi bằng 1 M 2 = Es ∑ ( ak + bk2 ) M k =1 (19) Hình 5 mô tả một số dạng chòm sao tín hiệu của 16- QAM vuông. Hình 4 Ánh xạ 8-QAM hình sao ( MSEW ) Từ Hình 4 cho thấy, các cự ly bít ở ánh xạ MSEW của bộ tín hiệu 8-QAM hình sao là: d1 = R1 + R2 = (α + 1) R1 Hình 5: Bố trí điểm tín hiệu của chòm sao 16-QAM d= d3 R1 sqrt (α 2 + 1) = 2 vuông: Dán nhãn nhị phân tối ưu và bình phương cự ly Từ giá trị các cự ly bít ta xác định tham số γ: bít m α Phía trái trên Hình 5 là bố trí các điểm tín hiệu của γ ( Star 8QAM ) R / (4.Es ) ∑= 1,5R + = di2 R ( i =1) (α 2 + 1) Chòm sao 16-QAM vuông. Các sơ đồ BICM-ID với (18) 16-QAM thường sử dụng dán nhãn nhị phân tối ưu. Để ISBN ............ 978-604-80-8932-0 219
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) thuận tiện, chúng ta đánh số các điểm tín sk ,1 ≤ k ≤ 16 theo thứ tự từ trái qua phải và từ hàng trên đến hàng dưới. Phép dán nhãn (nhị phân) tối ưu có thể được biểu diễn bằng véc-tơ ϑopt = [13, 6, 7,16,3,8,14,5, 4,15,9, 2,10,1, 4,11] . Mỗi số 1 ≤ k ≤ 16 trong véc-tơ này chỉ tới một tín hiệu sk với nhãn nhị phân bằng số thập phân k − 1 . Với cách xác định bình phương cự ly bít bằng giá trị tối thiểu của Hình 6. Bố trí điểm tín hiệu của chòm sao Star16-QAM bình phương cự ly Euclid của các cặp tín hiệu, ta có Gọi R1 và R2 lần lượt là bán kính vòng tròn trong DP (ϑopt ) = ( 20, 20,32, 20 ) với Es = 10 . và ngoài trên mặt phẳng phức. Tỷ lệ giữa hai bán kính a = R2 / R1 với a > 1 . Không mất tính tổng quát, cho Ta tính được, đối với Hoán vị từng dòng 2 = 1, R2 a . Ta có công suất trung bình của chòm R1 = mR dinline γ 16QAM inline = 2.00 R (20) = 4 Es sao tín hiệu bằng Es= (1 + a ) / 2 . 2 và đối với Hoán vị tổng thể Xét ánh xạ MSEW. Dễ dàng thấy rằng d =) , d 2 = + a 2 (1 + a 2 d32 = 2 2 2 mR d over 1 1 γ over = = 2.27 R 16 QAM (21) 4 Es và d 4 = + a 2 − 2acos (3π / 4) = + a 2 + a 2 . 2 1 1 Có thể thấy rằng với chòm sao tín hiệu 16-QAM thì Định lý cosine trong tam giác đã được áp dụng để 2 độ lợi về tỷ lệ Tín/Tạp của hệ thống BIBCM-ID sử tính d 4 . Từ mục 3.3 và công thức 20 ta có các Bổ đề dụng Hoán vị tổng thể tốt hơn so với Hoán vị từng sau: dòng. Bổ đề 1: Cho chòm sao tín hiệu Star16-QAM với IV. XÂY DỰNG BỘ ÁNH XẠ STAR16-QAM 2 tham số a > 1 , ta có d avr = (a 2 ( ) + 1) + a 2 + 2 / 4 . CHO HỆ THỐNG BIBCM-ID Bổ đề 2: Cho hệ thống BIBCM-ID sử dụng mã khối tỷ lệ mã hóa R, chòm sao tín hiệu Star16-QAM Xuất phát từ ý tưởng, tăng cự bít giữa các điểm tín với tham số a > 1 , và Hoán vị khối tổng quát từng hiệu, nội dung tiếp theo của báo cáo, thực hiện xây dòng, ta có dựng bộ ánh xạ 16-QAM hình sao (Star 16-QAM) cho 2 mR dinline hệ thống BIBCM-ID, qua đó đưa ra công thức tính cự γ Star16QAM = 2.00 R = inline (22) ly bít của bộ ánh xạ này. Với bộ tín hiệu Star 16-QAM 4 Es thể hiện Hình 6 các tham số của bộ tín hiệu này được Bổ đề 3: Cho hệ thống BIBCM-ID sử dụng mã tính như sau: khối tỷ lệ mã hóa R, chòm sao tín hiệu Star16-QAM với tham số a > 1 , và Hoán vị khối tổng quát tổng thể, ta có 3.1 2 mR d over γ Star16QAM = over 4 Es  ( )  R 2 2 2  1+ a + 2 1+ a + 1+ a 2 + a =  8 (1 + a 2 )      (23) 3.2 2 < γ Star16QAM < 2.786 R với mọi a > 1 . over 3.3 lim γ Star16QAM = 2 over a →∞ Chứng minh: Do ràng buộc của chòm sao tín hiệu Star16-QAM, ta có a > 1 . Trên thực tế khi chọn giá trị của a cần tính đến bình phương cự ly tối thiểu của chòm sao tín hiệu và số bít khác nhau trong nhãn nhị phân của hai tín hiệu ở cự ly tối thiểu. Ta thấy rằng nếu a > 1 + 2sin (π / 8 ) =1.765 thì cự ly tối thiểu của chòm ISBN ............ 978-604-80-8932-0 220
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) sao tín hiệu Star16-QAM bằng 2sin (π / 8 ) = 0.765 QAM và γ 8max = 2.35 R ). Tuy nhiên, trong trường QAM được xác định bởi các điểm tín hiệu trên đường tròn hợp vùng SNR nhỏ (tỷ số Eb/N0 nhỏ (< 4dB) ), với các bên trong có bán kính R1 = 1 . Mỗi điểm tín hiệu trên trường hợp điều chế bậc thấp (4-QAM hoặc 8-QAM) đường tròn bên trong có hai điểm tín hiệu ở cự ly tối hệ thống BIBCM-ID cho chất lượng tốt hơn so 16- thiểu và nhãn nhị phân của mỗi tín hiệu này khác với QAM, điều này đã được phân tích chi tiết trong Mục nhãn nhị phân của điểm tín hiệu đang xét tại hai vị trí 3.3 và thể hiện qua các công thức (17), và (18). Mặt bít. Còn nếu a < 1.765 thì cự ly tối thiểu của chòm sao khác, với các chòm sao 16-QAM, ta có cơ hội tìm tín hiệu Star16-QAM được xác định bởi cặp điểm tín được bộ ánh xạ cho cự ly bít cao hơn, điều này thể hiệu có cùng góc pha, có cự ly bằng a − 1 < 0.765 và hiện qua công thức 20 và 21, do vậy chất lượng hệ nhãn nhị phân sai khác ở ba vị trí bít. Trong nghiên cứu thống được cải thiện hơn hẳn ở vùng Eb/N0 cao này chọn a = 1.8 . Ta có γ Star16QAM = 2 R và inline ( ≥ 4dB ). Hình 8 thể hiện kết quả mô phỏng đánh giá chất γ Star16QAM = 2.67 R . over lượng hệ thống BIBCM-ID với các bộ ánh xạ 16- QAM vuông và Star 16-QAM, với cá độ dài khác nhau V. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG của bộ hoán vị khối tổng quát tổng thể. BIBCM-ID VỚI MỘT SỐ BỘ ÁNH XẠ Để khảo sát chất lượng hệ thống BIBCM – ID, ngoài việc phân tích bằng giải tích như đã trình bày trong các Mục 3 và 4 của bài báo, để kiểm chứng cho kết quả phân tích giải tích trên đây, chúng tôi thực hiện mô phỏng đánh giá chất lượng hệ thống BIBCM- ID. Sơ đồ mô phỏng được thể hiện trên Hình 1. Trong đó mã khối được sử dụng cho hệ thống là mã Hamming mở rộng (8,4,4), hệ thống sử dụng bộ hoán vị khối tổng quát, tổng thể (Bộ hoán vị này được đánh giá có chất lượng tốt, vượt trội so với bộ hoán vị khối tổng quát từng dòng [17]), trong sơ đồ mô phỏng chúng tôi sử dụng mô hình kênh AWGN. Dưới đây trình bày một số kết quả mô phỏng cho hệ thống BIBCM-ID sử dụng các bộ ánh xạ 4-QAM, 8-QAM, 16-QAM vuông và Star 16-QAM. Hình 8: Chất lượng hệ thống BIBCM-ID khi sử dụng phép ánh xạ 16-QAM vuông và Star 16-QAM Kết quả trên Hình 8 một lần nữa khẳng định việc phân tích giải tích (thể hiện trong công thúc 20, 21 và 23) thực sự chính xác. Ở kết quả mô phỏng này, cho thấy bộ ánh xạ Star 16-QAM không những cho chất lượng tốt hơn so với bộ ánh xạ 16-QAM vuông, mà còn cho thấy khả năng hạ thấp sàn lỗi của hệ thống đáng kể so với các phương pháp ánh xạ khác, điều này thể hiện qua công thức số 23, có γ Star16QAM = 2.67 R . over VI. KẾT LUẬN Từ việc phân tích tính chất các bộ ánh xạ cho hệ thống BIBCM-ID cho thấy, với các bộ ánh xạ đã khảo sát, bộ ánh xạ Star 16-QAM phù hợp nhất với hệ thống BIBCM-ID ở vùng SNR cao ( ≥ 4dB ), nó cho phép cải Hình 7: Chất lượng hệ thống BICM-ID với các bộ ánh thiện chất lượng hệ thống cả về phẩm chất BER và xạ 4-QAM, 8-QAM, 16- QAM vuông. mức sàn lỗi. Ở tỷ lệ SNR < 4dB , bộ ánh xạ 8-QAM Kết quả mô phỏng trên Hình 7 phản ánh đúng tính phù hợp hơn đối với hệ thống BIBCM-ID, các bộ ánh chất giải tích đã được phân tích trong Mục 3, với các xạ BPSK và 4-QAM không phù hợp với hệ thống này. chòm sao 4-QAM và 8-QAM ta rất khó tìm ra các tập ánh xạ có cự lý bít tốt, đây là tham số ảnh hưởng lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO đến chất lượng của hệ thống BIBCM-ID, điều này thể [1] H. Imai and S. Hirakawa, “A new multilevel coding method hiện qua các công thức trong mục 3.1, 3.2 và công using error-correcting codes,” IEEE Trans. Inf. Theory, May 1977. thức 15-16 (trong đó cự ly γ 4QAM = 1.89 R đối với 4- max ISBN ............ 978-604-80-8932-0 221
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) [2] G. Ungerboeck, Channel coding with multilevel/phase signal, [11] X. Li, A. Chindapol, and J. A. Ritcey, “Bit-interleaved coded IEEE Transactions on Information Theory, vol. 28, pp. 55-67, modulation with iterative decoding and 8 PSK signaling,” 1982 IEEE Transactions on Communications, vol. 50, no. 8, pp. [3] G. Caire, G. Taricco, and E. Biglieri, Bit-interleaved coded 1250–1257, Aug. 2002. modulation, IEEE Transactions on Information Theory, vol. [12] X. Li and J. A. Ritcey, “Trellis-coded modulation with bit 44, no. 3, pp. 927-946, 1998. interleaving and iterative decoding,” IEEE Journal on Selected [4] A. G. i F`abregas, A. Martinez and G. Caire, Bit-Interleaved Areas in Communications, vol. 17, no. 4, pp. 715–724, Nov. Coded Modulation, Foundations and Trends in 1999. Communications and Information Theory: Vol. 5: No 1-2, pp. [13] R. Garello, G. Montorsi, S. Benedetto, D. Divsalar, and F. 1-153, 2008 Pollara, “Labelings and encoders with the uniform bit error [5] X. Li and J. A. Ritcey, Bit-interleaved coded modulation with property with applications to serially concatenated trellis iterative decoding, IEEE Communication Letters, vol. 1, pp. codes,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 48, no. 169-171, 1997. 1, pp. 123–136, Jan. 2002. [6] J. Forney, G. D., “Geometrically uniform codes,” IEEE [14] A. Nilsson and T. M. Aulin, “On in-line bit interleaving for Transactions on Information Theory, vol. 37, no. 5, pp. 1241– serially concatenated systems,” in Proc. IEEE Int. Conference 1260, Sep. 1991. on Communications (ICC), vol. 1, Seoul, South Korea, May 2005, pp. 547–552. [7] A. Calderbank and N. Sloane, “New trellis codes based on lattices and cosets,” IEEE Transactions on Information [15] H. Imai and S. Hirakawa, “A new multilevel coding method Theory, vol. 33, no. 2, pp. 177–195, Jan. 1987. using error-correcting codes,” IEEE Trans. Inf. Theory, May 1977. [8] S. Benedetto, M. A. Marsan, G. Albertengo, and E. Giachin, “Combined coding and modulation: Theory and applications,” [16] Nguyễn Thị Thắng, Phạm Xuân Nghĩa, “Hệ thống điều chế IEEE Transactions on Information Theory, vol. 34, no. 2, pp. mã có hoán vị bít sử dụng mã khối với giải mã lặp”, Tạp chí 223–236, Mar. 1988. Khoa học công nghệ Thông tin và truyền thông, Số 01 (CS01) 2023, trang106-116, 6.2023. [9] S. Benedetto, R. Garello, M. Mondin, and G. Montorsi, “Geometrically uniform partitions of LxMPSK constellations [17] Nguyen Thi Thang, Pham Xuan Nghia, Lai Tien De, “Design and related binary trellis codes,” IEEE Transactions on of interleaver for BIBCM-ID system”, The 12th International Information Theory, vol. 39, no. 6, pp. 1773–1798, Nov. 1993. Conference on Control, Automation and Informatin Scienes (ICCAIS 2023 (Accepted)). [10] Quoc Khanh Mai, The Cuong Dinh, Takeshi Hashimoto, “On Construction of Bit-Interleaved Coded Modulation Systems [18] John M. Wozencraft, Irwin Mark Jacobs, Principles of with Iterative Decoding,” REV Journal on Electronics and Communication Engineering, 1965. Communications, Vol. 1, no. 1, Jannary-March, 2011. ISBN ............ 978-604-80-8932-0 222

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2412 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.