BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------
ĐẶNG NGỌC HÙNG
NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN TÁCH SÓNG VÀ GIẢI MÃ
P-LDPC CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN MIMO CỠ LỚN VỚI
BỘ ADC ĐỘ PHÂN GIẢI THẤP
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2022
BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------
ĐẶNG NGỌC HÙNG
NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN TÁCH SÓNG VÀ GIẢI MÃ
P-LDPC CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN MIMO CỠ LỚN VỚI
BỘ ADC ĐỘ PHÂN GIẢI THẤP
CHUYÊN NGÀNH : HỆ THỐNG THÔNG TIN
MÃ SỐ: 9.48.01.04
LUẬN ÁN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Nguyễn Văn Thủy
2. PGS.TS. Nguyễn Trung Hiếu
HÀ NỘI - 2022
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan dưới đây luận án tốt nghiệp của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn
của PGS.TS. Nguyễn Văn Thủy Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông
PGS.TS. Nguyễn Trung Hiếu – Trường đại học Đông Nam Na Uy. Tất cả những kết quả
và số liệu trong luận án này là trung thựccó được từ những nghiên cứu mà tôi và nhóm
thực hiện trong quá trình làm luận án.
Nội, ngày tháng năm 2021
Nghiên cứu sinh
Đặng Ngọc Hùng
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi tin rằng luận án này không thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ tận tình của
những cá nhân, tổ chức sau đây.
Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới hai thầy hướng dẫn của tôi
PGS.TS. Nguyễn Văn Thủy PGS.TS. Nguyễn Trung Hiếu sự ớng dẫn tận tình,
những lời khuyên, sự lắng nghe khích lệ trong quá trình thực hiện luận án. Các thầy
không chỉ truyền cho tôi các kiến thức chuyên môn còn giúp tôi cải thiện nhiều kỹ năng
trong nghiên cứu khoa học cuộc sống. Tôi sẽ không quên khoảng thời gian dài cùng các
thầy thực hiện các thử nghiệm, thu thập kết quảphỏng. Các buổi thảo luận thường
xuyên vào mỗi tối các buổi diễn tập cho bài thuyết trình bằng tiếng Anh. Các thầy đã
định hướng, hướng dẫn và giúp tôi chỉnh sửa các bài báo cũng như bản thảo luận án tiến
này. Tôi đã học hỏi được rất nhiều điều, một lần nữa, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
thầy hướng dẫn của tôi.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, các thầy, cô giáo của Khoa Đào tạo Sau đại
học, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận
lợi cho tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến Quỹ đổi mới sáng tạo VINGROUP (VINIF), Viện
nghiên cứu dữ liệu lớn (VINBIGDATA), đã chấp nhận hồ sơ ứng tuyển tài trợ học bổng
đào tạo Tiến trong nước cho tôi. Đây là nguồn kinh phí thiết thực, giúp tôi tập trung vào
công việc nghiên cứu và hoàn thành đúng hạn chương trình nghiên cứu sinh của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo và các đồng nghiệp tại Khoa Công nghệ thông
tin 1, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, đã giúp đỡ, tạo điều kiện công tác thuận
lợi, giúp tôi tập trung hoàn thành luận án.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, đặc biệt là hai con nhỏ Kent và Bon đã luôn bên
cạnh giúp tôi vượt qua những khó khăn, thách thức trong suốt quá trình làm luận án.
Nội, ngày tháng năm 2022
Nghiên cứu sinh
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................................. v
DANH MỤC KÝ HIỆU .................................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH V ...................................................................................................... x
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................... xii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MIMO CỠ LỚN VỚI BỘ ADC ĐỘ
PHÂN GIẢI THẤP SỬ DỤNG MÃ P-LDPC .................................................................... 7
1.1. Công nghệ đa đầu vào đa đầu ra (MIMO) ............................................................. 7
Dung lượng kênh ............................................................................................. 8
Mô hình hệ thống MIMO ................................................................................ 8
1.2. Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC) ................................................. 10
Hoạt động của bộ ADC ................................................................................. 10
Độ phân giải của bộ ADC ............................................................................. 12
1.3. Mã Protograph LDPC .......................................................................................... 13
Mã Protograph LDPC ................................................................................... 14
Hiệu năng của các mã protograph LDPC ...................................................... 16
Thiết kế mã protograph LDPC ...................................................................... 18
Đánh giá hiệu năng giải pháp mã P-LDPC ................................................... 21
1.4. Các nghiên cứu liên quan ..................................................................................... 22
Bộ ADC độ phân giải thấp (1 đến 2 bit) ....................................................... 23
Mã P-LDPC có tỉ lệ mã thích ứng ................................................................. 25
Thuật toán tách sóng và giải mã phía thu ...................................................... 27
1.5. Kết luận chương ................................................................................................... 29
CHƯƠNG 2. ĐỀ XUẤT BỘ ADC ĐỒNG NHẤT ĐỘ PHÂN GIẢI THẤP CHO HỆ
THỐNG MIMO CỠ LỚN ................................................................................................. 30
2.1. Mô hình hệ thống ................................................................................................. 30
2.2. Bộ ADC độ phân giải thấp ................................................................................... 32
2.3. Bộ tách sóng tín hiệu kết hợp tỉ lệ tối đa (MRC) ................................................. 34
2.4. Tối ưu hóa lượng tử đồng nhất ............................................................................ 37
Lượng tử hóa tối ưu đồng nhất cho ADC độ phân giải thấp ......................... 38
Lượng tử tối ưu hóa đồng nhất cho T-ADC .................................................. 42
2.5. Mô phỏng và đánh giá .......................................................................................... 43
2.6. Kết luận chương ................................................................................................... 46
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MÃ P-LDPC CHO HỆ THỐNG MIMO CỠ LỚN VỚI BỘ
ADC ĐỘ PHÂN GIẢI THẤP ........................................................................................... 47
3.1. Hiệu năng mã LDPC trong hệ thống truyền thông LS-MIMO ............................ 48
Mô hình hệ thống .......................................................................................... 48
Bộ ADC đồng nhất 1-bit tối ưu ..................................................................... 49
Thuật toán tách sóng và giải mã P-LPDC kết hợp ........................................ 51
Mô phỏng và đánh giá kết quả ...................................................................... 56
3.2. Thiết kế mã P-LDPC có tỉ lệ mã thích ứng .......................................................... 61
Bài toán thiết kế mã P-LDPC ........................................................................ 63