intTypePromotion=1
ADSENSE

Thiết kế mã kênh tiếp cận dung lượng cho hệ thống truyền thông trên cao qua mô hình kênh chuyển mạch hai trạng thái

Chia sẻ: Wang Ziyi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

8
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày các kết quả nghiên cứu đạt được trong thiết kế mã kênh tiếp cận dung lượng cho hệ thống truyền thông trên cao (HAP) qua mô hình kênh chuyển mạch hai trạng thái. Đầu tiên, chúng tôi thực hiện tính toán dung lượng kênh không nhớ đầu vào rời rạc – đầu ra liên tục (DCMC) cho hệ thống HAP. Các đường cong dung lượng DCMC này thiết lập đường biên trên mà hiệu năng của hệ thống HAP sử dụng mã kênh được kỳ vọng đạt đến. Để đạt được điều này, chúng tôi đề xuất sử dụng mã chập không đều (IrCC) làm mã ngoài trong cơ chế mã hóa mã chập ghép nối nối tiếp (SCCC). Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Thiết kế mã kênh tiếp cận dung lượng cho hệ thống truyền thông trên cao qua mô hình kênh chuyển mạch hai trạng thái

  1. Thiết kế mã kênh tiếp cận dung lượng cho hệ thống truyền thông trên cao qua mô hình kênh chuyển mạch hai trạng thái Nguyễn Thị Thu Hiên*, Nguyễn Việt Hùng*, Lê Nhật Thăng** * Khoa Viễn thông 1, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông ** Khoa Đào tạo sau đại học, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Email: hiennt@ptit.edu.vn.com, hungnv_vt1@ptit.edu.vn, thangln@ptit.edu.vn Abstract— Trong bài báo, chúng tôi trình bày các kết quả Mục đích chính của việc thiết kế các hệ thống truyền nghiên cứu đạt được trong thiết kế mã kênh tiếp cận dung thông là cung cấp kênh truyền thông tin đáng tin cậy. Điều lượng cho hệ thống truyền thông trên cao (HAP) qua mô hình này có thể đạt được với sự hỗ trợ của mã hóa kênh [4], với kênh chuyển mạch hai trạng thái. Đầu tiên, chúng tôi thực điều kiện lượng thông tin kiểm tra đưa thêm vào một cách hiện tính toán dung lượng kênh không nhớ đầu vào rời rạc – hợp lý cùng với bản tin gửi đi. Một dấu mốc quan trọng đầu ra liên tục (DCMC) cho hệ thống HAP. Các đường cong dung lượng DCMC này thiết lập đường biên trên mà hiệu trong lịch sử mã hóa kênh là việc phát minh ra mã turbo [5] năng của hệ thống HAP sử dụng mã kênh được kỳ vọng đạt vào năm 1993, đó là mã kênh thực tế đầu tiên tiếp cận gần đến. Để đạt được điều này, chúng tôi đề xuất sử dụng mã chập đến dung lượng kênh. Ban đầu, ý tưởng mã hóa ghép nối không đều (IrCC) làm mã ngoài trong cơ chế mã hóa mã chập được đề xuất bởi Forney vào năm 1966 [6]. Trong những ghép nối nối tiếp (SCCC). Các kết quả nghiên cứu đạt được năm 1990, ý tưởng này đã được bàn luận trong nhiều cơ cho thấy hệ thống HAP sử dụng IrCC nhiều thành phần cho chế mã hóa ghép nối [7] - [10]. Trong [10], Benedetto cho hiệu quả cải thiện độ lợi mã hóa khoảng từ 1,73 dB đến 2,97 rằng các cơ chế mã hóa ghép nối nối tiếp có thể cho hiệu dB. năng tốt hơn so với các mã turbo. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của cơ chế mã hóa ghép nối nối tiếp cho hệ Keywords- Hạ tầng truyền thông trên cao, dung lượng kênh không nhớ đầu vào rời rạc – đầu ra liên tục, biểu đồ EXIT, mã thống HAP trong dự án CAPANINA [11], chúng tôi đề chập không đều. xuất sử dụng mã IrCC làm mã ngoài [12, 13] để tối thiểu hóa diện tích đường hầm truyền đạt thông tin ngoại lai I. GIỚI THIỆU (EXIT) đủ mở và cải thiện hiệu năng tiếp cận dung lượng Nhu cầu truyền thông không dây ngày càng không của hệ thống HAP. Chúng tôi sẽ sử dụng biểu đồ EXIT ngừng gia tăng. Người dùng di động luôn mong muốn dịch [14] - một công cụ bán phân tích mạnh để thiết kế mã kênh vụ truyền thông băng rộng tốc độ nhanh ở mọi, mọi lúc. Vì tiếp cận dung lượng. vậy, ngoài các giải pháp truyền thông di động mặt đất và vệ Đóng góp của bài báo là các kết quả tính toán dung tinh, thì giải pháp truyền thông không dây qua hạ tầng lượng DCMC cho hệ thống HAP qua kênh chuyển mạch truyền thông trên cao (HAP) cũng đã thu hút sự quan tâm hai trạng thái, cùng các kết quả thiết kế mã kênh tiếp cận của cộng đồng nghiên cứu về truyền thông. Truyền thông dung lượng cho hệ thống HAP. Phần tiếp theo của bài báo băng rộng qua HAP dự kiến sẽ trở thành một giải pháp phổ được tổ chức như sau. Phần 2 sẽ xem xét mô hình kênh biến cho cơ sở hạ tầng truyền thông không dây [1]. Mạng truyền HAP và tính toán dung lượng DCMC. Thiết kế mã HAP ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ kênh tiếp cận dung lượng cho HAP qua kênh chuyển mạch các hệ thống truyền thông không dây băng thông rộng thế hai trạng thái được trình bày trong phần 3. Cuối cùng, kết hệ tiếp theo như mạng di động thế hệ thứ tư (4G-LTE) và luận được đưa ra trong phần 4. thế hệ thứ năm (5G) [2]. HAP là tàu bay có tải trọng viễn II. MÔ HÌNH KÊNH VÀ DUNG LƯỢNG DCMC CAPACITY thông, hoạt động ở độ cao từ 17 đến 30 km, tại một điểm CHO HAP xác định so với trái đất. Chúng có thể mang tải trọng chuyển tiếp đa dạng hỗ trợ nhiều mục đích truyền thông. Trong phần này, chúng tôi tập trung vào mô hình Trong cấu hình triển khai đầy đủ, HAP có thể cung cấp các kênh truyền giữa HAP và tàu cao tốc trong dự án ứng dụng và dịch vụ, như truy cập không dây băng thông CAPANINA [11] ở khu vực đô thị. Trong môi trường hoạt rộng, viễn thám và hệ thống quan trắc/giám sát thời tiết, động này, có các tòa nhà cao tầng với bề mặt là kính, đá và viễn thông hàng hải và định vị, điện thoại di động cũng như các công trình bằng kim loại, đủ mịn để sinh ra những phản truyền hình kỹ thuật số [3]. xạ gương và hiện tượng truyền đa đường, tại các tần số lên đến 40 GHz [15]. Đa đường là hiện tượng truyền lan làm cho tín hiệu vô tuyến đến máy thu bởi hai hoặc nhiều 101
  2. đường khác nhau. Kết quả là pha-đinh đa đường có thể gây   i  1 , cho thấy quá trình luôn ở trạng thái nào đó như méo tín hiệu vô tuyến. sau: Xét đường truyền dẫn đơn giữa HAP và tàu cao tốc,    A  B  biểu diễn mối quan hệ toán học đối với tín hiệu phát và tín hiệu thu được tương ứng là x và y như sau: Giả sử các trạng thái của kênh được chọn tại thời y  hx  n (1) điểm bắt đầu truyền dẫn. Trong đó, trạng thái A với xác trong đó, h=hs.hf là hệ số pha-đinh phức, thay đổi theo từng suất dừng  A =0,565 với trường hợp kênh chịu ảnh hưởng ký hiệu, và n là quá trình AWGN có phương sai N0/2/chiều. pha-đinh theo phân bố Rice phẳng không tương quan, trong Hệ số pha-đinh được đặc tính hóa bởi phân bố Rice khi có khi trạng thái B thể hiện cho trường hợp kênh chịu ảnh tín hiệu của đường truyền tầm nhìn thẳng (LOS). Còn khi hưởng pha-đinh theo phân bố Rayleigh phẳng không tương không có tín hiệu LOS, hệ số pha-đinh được đặc tính hóa quan với xác suất dừng  B =0,435 [11]. bởi phân bố Rayleigh. Hơn nữa, chúng tôi cũng giả thiết rằng thông tin trạng Trong quá trình truyền tín hiệu giữa HAP và tàu cao thái kênh có sẵn ở phía phát và phía thu. Khi đó, dung tốc, cũng sẽ có những thời điểm không có tín hiệu LOS. lượng DCMC của hệ thống HAP qua mô hình kênh chuyển Nói cách khác, khi các đặc tính của kênh là động và thay mạch hai trạng thái được tính bởi [19] đổi theo thời gian do các tòa nhà cao tầng, cây cối, … xung C   ACA   BCB , (2) quanh tàu. Vì vậy, sẽ rất hữu ích khi sử dụng chuỗi Markov để mô tả những trạng thái này. Những thay đổi về việc có với CA và CB là dung lượng DCMC của kênh ở trạng thái hoặc không có tín hiệu LOS thường được mô hình hóa bởi tương ứng A và B. Những dung lượng này được tính bởi các trạng thái truyền dẫn khác nhau, có thể gọi là trạng thái [20] và được đánh giá qua mô phỏng Monte Carlo để tính A khi có tín hiệu LOS và trạng thái B khi không có tín hiệu trung bình các thành phần kỳ vọng: M M LOS. Do vậy, chúng tôi lựa chọn mô hình kênh chuyển 1   C DCMC  R   log 2 M  M  E log  exp   X 2 l, z l  [Bit/Symbol], (3) mạch [16] để mô tả chính xác kênh biến đổi theo thời gian l 1 z 1  từ trạng thái này sang trạng thái khác tại thời điểm bất kỳ. trong đó M là mức điều chế và E  A | X l  là kỳ vọng của Những trạng thái truyền dẫn này có thể được mô tả bởi chuỗi Markov bậc 1 với trạng thái cụ thể cùng các xác suất A với điều kiện Xl. Chú ý rằng  l ,z là hàm của cả tín hiệu chuyển dịch. Sự khác nhau giữa các trạng thái này là kiểu phát và kênh được định nghĩa trong [20]. Đối với hệ thống pha-đinh ảnh hưởng đến kênn truyền. đơn ăng-ten phát và thu (SISO), ta có: 2 2  h  xl  xz   n  n  l,z  (4) N0 Hình 1. Mô hình kênh chuyển mạch hai trạng thái cho HAP trong dự án CAPANINA [11]. Để đơn gian chúng tôi chỉ xem xét mô hình kênh chuyển mạch hai trạng thái, đặc trưng hóa quá trình pha- đinh qua việc chuyển đổi giữa hai trạng thái, một là trạng thái A (phân bố Rice, với hệ số rice K=10 dB [18]) và trạng thái kia là B (phân bố Rayleigh), được xác định bởi Hình 2. Dung lượng DCMC cho hệ thống HAP sử dụng phương ma trận trạng thái chuyển dịch P, trong đó mỗi phần tử Pij thức điều chế QPSK qua mô hình kênh chuyển mạch hai trạng thể hiện xác suất chuyển từ trạng thái i sang trạng thái j, thái. như sau: Các đường cong dung lượng DCMC của hệ thống  PAA PAB  HAP qua kênh chịu ảnh hưởng của pha-đinh phân bố Rice, P  Rayleigh và chuyển mạch hai trạng thái khi sử dụng  PBA PBB  phương thức điều chế QPSK cùng các đường cong dung Ma trận P có tính chất như sau: lượng DCMC của hệ thống HAP qua kênh chuyển mạch  0  Pij  1, với mọi i, j . hai trạng thái khi sử dụng các phương thức điều chế khác n nhau được thể hiện tương ứng ở hình 2 và hình 3. Rõ ràng,  P i 1 ij  1, với j = 1,..., n với tốc độ thông tin R cho trước, chúng ta hoàn toàn xác định được tỷ số công suất tín hiệu thu trên nhiễu tương Vectơ xác suất trạng thái  có các phần tử πi thể hiện ứng SNRr . Tùy theo điều kiện kênh truyền, các phương phần tram thời gian chuỗi Markov ở trạng thái i, trong đó 102
  3. thức điều chế thích hợp có thể được thích ứng để đạt được Đối với IrCC, mỗi mã con thành phần sẽ mã hóa một dung lượng kênh mong muốn. phần gồm  i ri L bit thông tin của khung tin đầu vào thành  i L các bit mã, trong đó  i , ri tương ứng là hệ số trọng lượng và tỷ lệ mã hóa của mã con thứ i, i  1, 2,...,   với  =8 hoặc 17 khi sử dụng IrCC-8 thành phần hoặc 17 thành phần. Việc lựa chọn sử dụng IrCC-8 thành phần hay IrCC-17 thành phần sẽ tùy thuộc vào các yêu cầu của ứng dụng và dịch vụ cung cấp về tốc độ truyền, trễ cho phép và năng lực của bộ xử lý sử dụng để giải mã kênh. Với IrCC-8 thành phần sẽ có 8 mã con thành phần với tỷ lệ mã hóa từ 0,2; 0,3; …; 0,9 và IrCC-17 thành phần sẽ có 17 mã con thành phần có tỷ lệ mã hóa từ 0,1; 0,15; 0,2; 0;25; …; 0,9. Những mã con thành phần này được tạo ra bằng cách bổ Hình 3. Dung lượng DCMC cho hệ thống HAP qua mô hình kênh sung thêm đa thức sinh (13, 11) và thực hiện kỹ thuật đục chuyển mạch hai trạng thái. lỗi để cho tỷ lệ mã hóa thấp hơn hoặc chỉ sử dụng kỹ thuật III. THIẾT KẾ MÃ KÊNH TIẾP CẬN DUNG LƯỢNG KÊNH đục lỗ khi cần tỷ lệ mã hóa lớn hơn từ mã chập mẹ có đa CHO HỆ THỐNG HAP QUA MÔ HÌNH KÊNH CHUYỂN MẠCH HAI thức sinh (17, 15) với 3 ô nhớ, trong khi đó cần đảm bảo TRẠNG THÁI tối đa hóa tham số khoảng cách tự do. Bộ tham số của các mã con thành phần được thể hiện như sau: Trong phần này, chúng tôi xem xét cơ chế mã hóa ghép nối nối tiếp (SCCC) được thể hiện ở hình 4. Để thiết r , w , w ,... , l ,  p , p ,... i 0 1 i 0 1 kế mã kênh tiếp cận dung lượng kênh cho hệ thống HAP, chúng tôi đề xuất sử dụng mã chập không đều IrCC làm mã trong đó, i  1, 2,...8 or 17 , w j , j  0,1, 2,3 chỉ tần suất xuất ngoài nhằm tối thiểu hóa diện tích đường hầm EXIT mở hiện của g j trong ma trận sinh, li là chu kỳ đục lỗi và pi [13]. Đối với mã trong, chúng tôi vẫn sử dụng mã chập tỷ lệ đơn vị (URC) để tạo ra thành phần giải ánh xạ có đáp là mô hình đục lỗi có liên quan tới g j (dạng bát phân) như ứng xung vô hạn (IIR) nhằm đạt đến điểm hội tụ (1,1) của sau [12]: biểu đồ EXIT, do đó có thể đạt được tỷ lệ lỗi bit (BER) thấp nhất. 0.1, 1, 4, 4,1 ,1, 1,1,1,1 , 0.15, 1,3, 2,1 ,3,  7,7,7,3 , 0.2, 1, 2,1,1 ,1, 1,1,1,1 , 0.25, 1,1,1,1 ,1, 1,1,1,1 , 0.3, 1,1,1,1 ,3,  7, 7, 7,1 , 0.35, 1,1,1 ,7, 177,177,077  , 0.4, 1,1,1 , 2,  3,3,1 , 0.45, 1,1,1 ,9,  777,777,021 , 0.5, 1,1 ,1, 1,1 , Hình 4. Cơ chế mã hóa SCCC cho hệ thống HAP. 0.55, 1,1 ,11,  3777,2737  , 0.6, 1,1 ,3,  7,3 , Như chỉ ra ở hình 4, ở phía phát, khung tin có độ dài L bit được mã hóa bởi bộ mã hóa ngoài (IrCC) có tỷ lệ mã 0.65, 1,1 ,13, 17777,05253 , hóa Rc, để tạo ra khung đầu ra có độ dài L/Rc bit. Sau đó, khung này được đan xen ngẫu nhiên bởi bộ đan xen  . 0.7, 1,1 , 7, 177,025 , 0.75, 1,1 ,3,  7,1 , Khung đã đan xen lại được mã hóa lần nữa bởi bộ mã hóa trong (URC). Khung ở đầu ra của bộ mã hóa trong được 0.8, 1,1 , 4, 17,1 , 0.85, 1,1 ,17,  377777,010101 , điều chế bởi bộ điều chế M mức (MOD), trước khi được gửi đến phía thu. Tại phía thu, khung nhận được được giải 0.9, 1,1 ,9,  777,1 điều chế (DEMOD), và sau đó được giải mã bởi bộ giải mã Các kết quả về đường cong EXIT của 17 mã con trong (URC-1). Quá trình giải mã lặp J vòng được thực hiện thành phần được thể hiện ở hình 5. Dựa trên những đường giữa bộ giải mã trong (URC-1) và bộ giải mã ngoài (IrCC-1) cong EXIT này, bài toán tối thiểu hóa diện tích đường hầm đối với khung sau khi được giải trong. Chú ý rằng, không được tạo bởi hàm truyền đạt của mã ngoài ở tỷ lệ mã hóa có vòng lặp giải mã nào giữa bộ giải điều chế và bộ giải mã cho trước với hàm truyền đạt của mã trong có tỷ lệ mã hóa trong [21]. Vì vậy, hệ thống mã hóa ba tầng của chúng tôi xác định được thực hiện trong khi thỏa mãn (8) trong [13]. được xem như hệ thống mã hóa hai tầng gồm bộ mã Kết quả là, hệ số trọng lượng  i , i=1, ...,8 or 17 của các hóa/giải mã ngoài (IrCC/ IrCC-1) và bộ mã hóa/giải mã mã con thành phần của IrCC(17,15) có tỷ lệ mã hóa Rc=0,5 trong (URC-MOD/DEMOD- URC-1) [21]. được xác định và được thể hiện ở hình 6. Số vòng lặp giải mã cần thiết để đạt được BER thấp nhất là 18/30 vòng đối 103
  4. với IrCC-8 thành phần/17 thành phần tương ứng tại Hơn nữa, chúng tôi cũng liệt kê các số liệu tính toán về SNRr=2,3 dB/1,9 dB. Điều đó có nghĩa là độ lợi mã hóa độ phức tạp giải mã (ở góc độ về thời gian cần thiết để thực tăng thêm được 0,4 dB, song số vòng lặp giải mã cũng tăng hiện giải mã/vòng lặp) đối với IrCC-8 thành phần/ 17 thành thêm là 12 vòng. Với tốc độ truyền càng lớn hoặc kích cỡ phần có tỷ lệ mã hóa Rc=0.5 và độ dài khung là L=1911 bit. khung tin càng ngắn, độ phức tạp giải mã của IrCC-17 Chúng tôi nhận thấy độ phức tạp mã hóa tăng khi tốc độ thành phần càng lớn (Tab.1). Đặc biệt, đối với các dịch vụ truyền và số vòng lặp tăng. Vì vậy, chúng tôi khuyến nghị 5G, như dịch vụ dữ liệu băng rộng, Internet vạn vật (IoT), nên sử dụng IrCC-8 thành phần cho hệ thống HAP. truyền thông xe cộ và điện toán đám mây, với tốc độ truyền Bảng 1. Độ phức tạp giải mã của IrCC-8 thành phần/17 hướng đến lên tới 20 Gbps, biến động trễ rất thấp, độ tin thành phần ở tỷ lệ mã hóa Rc=0.5, điều chế QPSK với độ cậy rất cao, giải mã với độ phức tạp thấp, hiệu quả năng dài khung khác nhau. lượng,...[22]. Decoding Complexity (µs/iteration) Throughput L=1911 bits L=10000 bits 8- 17- 8- 17- subcode subcode subcode subcode IrCC IrCC IrCC IrCC 20 Mbits/s 5.31 3.18 27.8 16.7 100 Mbits/s 1.06 0.64 5.56 3.33 1 Gbits/s 0.11 0.064 0.56 0.33 10 Gbits/s 0.011 0.0064 0.056 0.033 Đối với mã chập mẹ CC(17,15) và CC(31,27), các đường cong EXIT của 8 mã con thành phần tại các tỷ lệ mã Hình 5. Biểu đồ EXIT của 17 mã con thành phần từ mã chập mẹ hóa khác nhau được thể hiện ở hình 7. Dựa trên những mã CC(17,15). con này, chúng tôi tính toán các hệ số trọng lượng tối ưu của IrCC-8 thành phần nhằm tạo ra một đường hầm đủ mở giữa các đường cong EXIT của bộ giải mã trong (DEMOD-URC-1) và bộ giải mã ngoài (IrCC-1) của IrCC(17,15) and IrCC(31,27) tại Rc=0.5/0.67. Điều đó có nghĩa việc thiết kế mã kênh tiếp cận dung lượng đã được thực hiện. Hơn nữa, số vòng lặp giải mã để đạt được đến hiệu năng BER thấp nhất cũng được xác định. (Hình. 6a, 8, 9). (a) Figure 7. Biểu đồ EXIT của 8 mã con thành phần từ mã chập mẹ CC(31,27) và CC(17,15). Để kiểm chứng lại độ chính xác về hiệu năng BER/FER (tỷ lệ lỗi khung) được dự đoán bởi thiết kế mã kênh sử dụng công cụ biểu đồ EXIT, chúng tôi thực hiện chạy mô phỏng Monte-Carlo. Các kết quả đạt được thể hiện ở hình 10 và hình 11, minh chứng rõ thêm về tính chính xác của công cụ phân tích biểu đồ EXIT. Cụ thể khi giá trị SNR lớn hơn các giá trị SNR hội tụ ở trên, BER của cơ chế mã hóa đạt được thấp nhất. Hơn nữa, khi so sánh về (b) độ lợi mã hóa với cơ chế mã hóa đề xuất trong [11], chúng Hình 6. Biểu đồ EXIT của IrCC-URC-QPSK tại Rc=0,5 với tôi nhận thấy tại FER=10-6, tỷ lệ mã hóa Rc=0,67, cơ chế IrCC-8 thành phần (a)/17 thành phần (b) mã hóa IrCC(17,15)-URC-QPSK cho độ lợi mã hóa cải 104
  5. thiện khoảng 1,73 dB (9,6-7,87) với cùng độ dài khung tin Cần chú ý rằng dung lượng của bộ thành phần URC- (L=1911 bit) và số vòng lặp (J =15); cách xa dung lượng MOD thiết lập đường biên trên đối với dung lượng bộ DCMC khoảng 1,3 dB (với L=100000 bit, J=12). Đối với thành phần IrCC [20]. Vì vậy, dung lượng của bộ thành cơ chế mã hóa IrCC(31,27)-URC-QPSK, độ lợi mã hóa cải phần bên trong nhất (DCMC-MOD) sẽ thiết lập dung thiện hơn so với cơ chế mã hóa đề xuất trong [1] là 2,97 dB lượng đạt được lớn nhất đối với cả hệ thống sử dụng cơ chế (9,6-6,63) và cách xa dung lượng DCMC khoảng 0,4 dB mã hóa kênh. Hơn nữa, để ứng dụng các cơ chế mã hóa (với L=100000 bit, J=20). Đồng thời cơ chế mã hóa kênh tiếp cận dung lượng trong thực tế [23], cần thiết phải IrCC(31,27)-URC-QPSK cho độ lợi mã hóa cải thiện hơn khảo sát hiệu năng của những cơ chế này với độ dài khung cơ chế mã hóa IrCC(17,15)-URC-QPSK khoảng 0,5 dB/0,8 truyền dẫn khác nhau (Hình. 10). dB ở tỷ lệ mã hóa Rc=0,5/0,67. Hình 10. Hiệu năng BER của hệ thống HAP sử dụng cơ chế mã hóa IrCC-URC-QPSK qua mô hình kênh chuyển mạch hai trạng thái. Hình 8. Biểu đồ EXIT của IrCC(17,15)-URC-QPSK tại Rc=0,67. Hình 11. Hiệu năng FER của hệ thống HAP sử dụng cơ chế mã hóa IrCC-URC-QPSK qua mô hình kênh chuyển mạch hai trạng (a) thái. Bảng 2. Các hệ số trọng lượng của IrCC(17,15)-8 thành phần cho hệ thống HAP qua mô hình kênh chuyển mạch hai trạng thái. Phương thức điều IrCC(17,15), 1, 2 ,...,8  chế Rc=0.5 Rc=0.67 64QAM [0.296 0 0.217 0.101 [0.066 0 0 0.327 0 0 0.218 0 0.167] 0.265 0 0.342] 16QAM [0.205 0.120 0.154 [0.052 0 0 0.291 0.138 0.057 0.135 0.068 0.283 0 0.306] 0.082 0.109] QPSK [0.150 0 0.011 0.703 [0.094 0 0 0 0.224 0 0.022 0.042 0.073] 0.487 0 0.195] (b) Hình 9. Biểu đồ EXIT của IrCC(31,27)-URC-QPSK tại Rc=0.5 Tương tự quá trình thiết kế mã kênh tiếp cận dung (a) và Rc=0.67(b). lượng cho hệ thống HAP khi sử dụng các phương thức điều 105
  6. chế khác như 16QAM và 64QAM cũng được thực hiện, LỜI CẢM ƠN với các kết quả được liệt kê trong bảng 2 và 3 tương ứng Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới Quỹ cho IrCC(17,15) và IrCC(31,27). Từ đó, tham số khoảng Motorola Solutions đã tài trợ cho nghiên cứu này của cách đến dung lượng DCMC Dc tương ứng cũng được liệt chúng tôi. kê trong bảng 4 và 5. TÀI LIỆUTHAM KHẢO Bảng 3. Các hệ số trọng lượng của IrCC(31,27) )-8 thành phần cho hệ thống HAP qua mô hình kênh chuyển mạch hai trạng thái. [1] F. A. Oliveira, F. C. L. d. Melo, and T. C. Devezas, “High altitude Mod. platforms present situation and technology trends,” Journal of Scheme  IrCC(31,27) 1 ,  2 ,...,  8  Aerospace Technology and Management, vol. 8, no. 3, pp. 249–262, 2016. Rc=0.5 Rc=0.67 [2] F. Dong, Y. He, X. Zhou, Q. Yao, and L. Liu, “Optimization and design of HAPs broadBand communication networks,” 5th 64QAM [0.275 0.123 0 0.288 [0.040 0 0 0.445 International Conference on Information Science and Technology 0 0.092 0 0.222] 0.010 0.103 0 0.401] (ICIST), pp. 154–159, IEEE, 2015. [3] D. Grace and M. Mohorcic, BroadBand Communications via High 16QAM [0.185 0.102 0.237 [0.022 0 0 0.375 Altitude Platforms. John Wiley & Sons, 2011. 0.148 0 0.156 0 0.161 0.080 0 0.361] [4] C. E. Shannon, “A mathematical theory of communication,” Bell 0.172] System Technical Journal, vol. 27, pp. 379–423 and 623–656, June and Oct. 1948. QPSK [0.084 0 0.547 0 [0.020 0 0 0 0.631 [5] C. Berrou, A. Glavieux, and P. Thitimajshima, “Near shannon limit 0.061 0.238 0.022 0.133 0 0.216] error-correcting coding and decoding: Turbo-codes. 1,” IEEE International Conference on Communications. ICC’93 Geneva. 0.048] Technical Program, Conference Record, vol. 2, pp. 1064 –1070 vol.2, May 1993. Bảng 4. Khoảng cách cơ chế chế mã hóa IrCC(17,15)-URC-MOD [6] C. Forney, “Concatenated codes,” Cambridge: MIT Press, 1966. [7] S. L. Goff, A. Glavieux, and C. Berrou, “Turbo-codes and high đến dung lượng DCMC (Dc) cho hệ thống HAP qua mô hình spectral efficiency modulation,” Proceedings of IEEE International kênh chuyển mạch hai trạng thái. Conference on Communications, pp. 645–649, 1994. Mod. IrCC(17,15)-8 thành phần [8] S. Benedetto, D. Divsalar, G. Montorsi, and F. Pollara, “Bandwidth Scheme Rc= CDCMC DC Rc= CDCMC DC efficient parallel concatenated coding schemes,” IEEE Electronics 0.5 0.67 Letters, vol. 31, pp. 2067–2069, 23rd Nov. 1995. [9] P. Robertson and T. Worz, “Bandwidth-Efficient Turbo Trellis- 64QAM 11 10 1 15 13.86 1.14 Coded Modulation Using Punctured Component Codes,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 16, pp. 206–218, 16QAM 6.8 6.04 0.76 10 9.02 0.98 Feb 1998. [10] S. Benedetto, D. Divsalar, G. Montorsi, and F. Pollara, “Serial QPSK 2.3 1 1.3 4.8 3.6 1.2 concatenation of interleaved codes: Performance analysis, design, and iterative decoding,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44, pp. 909–926, May 1998. Bảng 5. Khoảng cách cơ chế chế mã hóa IrCC(31,27)-URC-MOD [11] A. Boch, M. Laddomada, M. Mondin, and F. Daneshgaran, đến dung lượng DCMC (Dc) cho hệ thống HAP qua mô hình “Advanced channel coding for hap-based broadBand services kênh chuyển mạch hai trạng thái. [internetworking and resource management in satellite systems Mod. IrCC(31,27)-8 thành phần (dB) series],” IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, vol. 22, no. 9, pp. C–7, 2007. Scheme Rc= CDCMC DC Rc= CDCMC DC [12] M. Tüchler, “Design of serially concatenated systems depending on 0.5 0.67 the block length," IEEE Trans. Commun, vol. 52, no. 2, pp. 209-218, Feb. 2004. 64QAM 10.5 10 0.5 14.5 13.86 0.64 [13] M. Tüchler and J. Hagenauer, “EXIT charts of irregular codes," in 16QAM 6.4 5.92 0.48 9.5 9.02 0.48 Proc. IEEE Conf. Inform. Sciences Syst., pp. 748-753, Mar. 2002. [14] S. Ten Brink, “Designing iterative decoding schemes with the QPSK 1.8 1 0.8 4.0 3.6 0.4 extrinsic information transfer chart,” AEU Int. J. Electron. Commun, vol. 54, no. 6, pp. 389–398, 2000. [15] J.L. Cuevas-Ruiz and J.A. Delgado-Penin, “Channel model based on semi-Markovian processes. An approach for HAPs systems,” In IV. KẾT LUẬN Proc. of CONIELECOMP, pp. 52-56, 16-18 Feb. 2004. [16] Cuevas-Ruiz, Jose Luis, and José Antonio Delgado-Penin. "A Bài báo đã trình bày các kết quả tính toán dung lượng statistical switched broadband channel model for HAPS DCMC cho hệ thống HAP qua mô hình kênh chuyển mạch links." Wireless Communications and Networking Conference, 2004. hai trạng thái. Đồng thời, bài báo đạt được các kết quả thiết WCNC. 2004 IEEE. Vol. 1. IEEE, 2004. [17] E. Lutz, D. Cygan, M. Dippold, F. Dolainsky and W. Papke, “The kế mã kênh tiếp cận dung lượng của IrCC-8 thành phần từ land mobile satellite communication channel-recording, statistics and các mã chập mẹ CC(17,15) và CC(31,27) cho hệ thống channel model”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 40(2), HAP. Qua đó cho thấy đề xuất sử dụng IrCC làm mã ngoài 375–386, May 1991. cho hiệu quả cải thiện độ lợi mã hóa tốt hơn và tiếp cận gần [18] E. Del Re and L. Pierucci (Eds.), Satellite personal communications for future-generation systems –Final report: COST 252 Action, dung lượng DCMC hơn so với cơ chế mã hóa đề xuất trong Springer, 2002. [11]. Chúng tôi hy vọng với những kết quả nghiên cứu đạt [19] John G. Proakis, “Digital communications”, McGraw-Hill New York, được, cơ chế mã hóa tiếp cận dung lượng này sẽ được ứng 5th edition, 2007. dụng trong các hệ thống truyền thông HAP thực tế. [20] S. Ng and L. Hanzo, “On the mimo channel capacity of multi- dimensional signal sets,” in Vehicular Technology Conference, 2004. 106
  7. VTC2004-Fall. 2004 IEEE 60th, vol. 3, pp. 1594–1598, IEEE, 2004. wireless system design principles,” IEEE Communications Surveys & [21] M. El-Hajjar and L. Hanzo, “Exit charts for system design and Tutorials, vol. 17, no. 4, pp. 1806–1833, 2015. analysis,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 16, no. 1, pp. 127–153, 2014. [22] Parvez, Imtiaz, et al. "A survey on low latency towards 5G: RAN, core network and caching solutions." IEEE Communications Surveys & Tutorials (2018). [23] H. V. Nguyen, C. Xu, S. X. Ng, and L. Hanzo, “Near-capacity 107
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2