Document5

Luận văn thạc sĩ : Ứng dụng mã Turbo trong hệ thống ăng-ten MIMO

CBHD:TS Hoàng Thu Hà 7 HVTH: Nguyễn Quang Anh

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Kết quả các từ mã với các trọng số được tạo ra từ bộ chèn............... 75

Bảng 4.1 : Kết quả mô phỏng dung lượng hệ thống MIMO theo số ăng-ten thu

& phát…………………........................................................................................... 85

Bảng 4.2 : Bảng kết quả mô phỏng các phương pháp phân tập thu. ................. 88

Bảng 4.3 : Bảng kết quả mô phỏng so sánh các phương pháp phân tập thu

phát…………………….. ......................................................................................... 89

Bảng 4.4: Các thông số mô phỏng hệ thống Turbo-MIMO. .............................. 94

Bảng 4.5: Kết quả giải mã của hệ thống kết hợp mã Turbo và MIMO(a). ....... 95

Bảng 4.6: Các thông số mô phỏng hệ thống Turbo-MIMO. .............................. 98

Bảng 4.7: Bảng so sánh thời gian đáp ứng của các thuật toán giải mã.............. 99

Bảng 4.8 : Thời gian thực hiện mô phỏng đối với kích thước bộ chèn khác nhau

trong hệ thống Turbo-MIMO (2x2). ................................................................... 101

Bảng 4.9: Kết quả giải mã của hệ thống kết hợp mã Turbo và MIMO trong môi

trường Rayleigh chậm. ......................................................................................... 103

Bảng 5.1: Kết quả mô phỏng truyền dữ liệu text ở 1 vòng lặp. ........................ 112

Bảng 5.2: Kết quả mô phỏng truyền dữ liệu text ở 2 vòng lặp. ........................ 113

Bảng 5.3 : Kết quả mô phỏng truyền dữ liệu text khi sử dụng 3 vòng lặp. ..... 114

Bảng 5.4 : Các thông số kênh truyền mô phỏng truyền hình ảnh. ................... 117

Bảng 5.5 : Kết quả mô phỏng truyền nhận ảnh qua hệ thống Turbo-MIMO ở

các vòng lặp khác nhau......................................................................................... 119



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Cấu trúc cơ bản của hệ thống truyền thông số..................................... 16

Hình 2.1: Hệ thống ăng-ten MIMO 4 đầu thu phát. .............................................. 19

Hình 2.2 : Hệ thống truyền thông số với nhiều ăng-ten ở đầu phát và thu. ......... 20

Hình 2.3: Hệ thống kênh truyền giảm chậm. ......................................................... 21

Hình 2.4 : Quan hệ giữa ngõ ra & ngõ vào của hệ thống MIMO........................ 22

Hình 2.5 : Biễu diễn của hệ số ma trận kênh. ........................................................ 22

Hình 2.6 : Mô hình của kênh truyền giảm đa đường. ........................................... 26

Hình 2.7 : Kênh truyền đa đường suy hao Rayleigh. ............................................. 27

Hình 2.8 : Mô phỏng đặc tính đa đường trong hệ thống truyền thông MIMO. ... 29

Hình 2.9 : Chuyển đổi kênh truyền MIMO thành các kênh truyền song song. ... 30

Hình 2.10 : Mô hình kênh truyền MIMO khi nT>Nr. .......................................... 31

Hình 2.11: Mô hình tương đương MIMO khi nR>nT. ............................................ 32

Hình 2.12 : Cấu trúc SVD của kênh truyền MIMO. ............................................ 32

Hình 2.13 : Dung lượng kênh MIMO thay đổi theo số lượng ăng-ten ở đầu phát

lẫn đầu thu……………............................................................................................ 34

Hình 2.14 : Ý tưởng phân tập không gian. ............................................................. 39

Hình 2.15 : Mô hình phân tập cực. ........................................................................ 40

Hình 2.16 : Mô hình phân tập mẫu. ...................................................................... 40

Hình 2.17 : Truyền từ mã qua kênh truyền fading. ............................................... 41

Hình 2.18 : Kết quả mô phỏng các bộ phân tập thu............................................... 44

Hình 3.1 : Sơ đồ khối của mã hóa turbo (tốc độ mã hóa 1/3)............................... 47

Hình 3.2 : Hệ thống mã hóa xoắn truy hồi (RSC). ................................................ 48



Hình 3.3 : Bộ chèn giả ngẫu nhiên trong một bộ giải mã Turbo. ......................... 51

Hình 3.4 : Quá trình lược bit thu được tốc độ mã hóa khác nhau........................ 52

Hình 3.5a : Kết quả mô phỏng BER của hệ thống mã chống lỗi Turbo tương ứng

với tốc độ mã hóa khác nhau. .................................................................................. 52

Hình 3.5b : Kết quả mô phỏng FER của hệ thống mã chống lỗi Turbo tương ứng

với tốc độ mã hóa khác nhau. .................................................................................. 53

Hình 3.6 : Sơ đồ khối của bộ giải mã Turbo. ......................................................... 55

Hình 3.7 : Lưới mắt cáo với 4 trạng thái. ............................................................... 58

Hình 3.8 : Đường biễu diễn của Turbo code trong kênh truyền AWGN. ............. 60

Hình 3.9 : Sự biến đổi chất lượng giải mã của mã Turbo khi thay đổi số vòng lặp

trong quá trình giải mã. Các thông số của hệ thống bao gồm: mã Turbo (7,5) với

tốc độ mã 1/3, số bit trong một khung N = 1000 bit, điều chế BPSK, kênh

AWGN…………....................................................................................................... 61

Hình 3.10 : Thuật toán Viterbi mô tả bởi Bahl. ..................................................... 63

Hình 3.11 : Tính toán các xác suất trạng thái trong thuật toán Viterbi. ............. 65

Hình 3.12 : Sự tính toán Log Likelihood Ratio (LLR) cho mỗi khoảng thời gian

k………………......................................................................................................... 68

Hình 3.13 : Kết quả thể hiện BER khi sử dụng các thuật toán giải mã khác nhau.

Các thông số của hệ thống bao gồm: mã Turbo (7,5) với tốc độ mã 1/2, số bit

trong một khung N = 1000 bit, bộ chèn ngẫu nhiên L= 1000 bit, điều chế BPSK,

kênh AWGN…………….......................................................................................... 73

Hình 3.14 : Ảnh hưởng của độ dài khung từ mã, Các thông số của hệ thống bao

gồm: mã Turbo ( 7,5 ) với tốc độ mã 1/3, số bit trong một khung N = 1000 bit, bộ

chèn khối với L=169, điều chế BPSK, kênh AWGN. ............................................. 74

Hình 3.15: Bộ chèn nâng trọng số các từ mã hóa trong RSC2 khi so sánh với

RSC1……………………... ...................................................................................... 74



Hình 3.16 : Mô tả dung lượng của một bộ chèn. .................................................. 75

Hình 3.17 : Cấu trúc bộ chèn khối với chiều dài Lπ = 12....................................... 77

Hình 3.18 : Một bộ chèn bán ngẫu nhiên với L=16 và S=2................................... 79

Hình 3.19: Bộ chèn giả ngẫu nhiên với L=8. ......................................................... 80

Hình 3.20 : Ảnh hưởng của các bộ chèn khác nhau, các thông số của hệ thống

bao gồm: mã Turbo (7,5) với tốc độ mã 1/2, số bit trong một khung N = 961 bit,

điều chế BPSK, kênh AWGN................................................................................... 81

Hình 4.1 : Giao diện chương trình mô phỏng luận văn. ...................................... 84

Hình 4.2 : Giao diện mô phỏng dung lượng hệ thống MIMO theo số lượng ăng-

ten thu & phát……………....................................................................................... 84

Hình 4.3 : Kết quả mô phỏng dung lượng hệ thống MIMO theo số ăng-ten thu &

phát……………………… ....................................................................................... 85

Hình 4.4 : Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống MIMO phân tập thu MRC. ................ 86

Hình 4.5: Giao diện mô phỏng phân tập thu phát MIMO. .................................. 87

Hình 4.6 : Kết quả mô phỏng các p/p phân tập thu SC, EGC,MRC, thông số mô

phỏng gồm 106 bit dữ liệu, kênh truyền AWGN, Rayleigh fading, hệ thống MIMO

2x2 kết hợp với các loại phân tập thu. .................................................................... 87

Hình 4.7 : Kết quả mô phỏng so sánh các p/p phân tập thu phát gồm phân tập

phát STBC, phân tập thu MRC và phân tập phát chọn 1 ăng-ten tối ưu. Thông số

mô phỏng gồm 106 bit dữ liệu, kênh truyền AWGN, Rayleigh fading, hệ thống

MIMO 2x2 kết hợp với các loại phân tập thu. ........................................................ 89

Hình 4.8: Mô hình hệ thống kết hợp mã Turbo và MIMO.................................... 90

Hình 4.9 : Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống Turbo- MIMO phân tập thu MRC.... 92

Hình 4.10 : Giao diện chương trình mô phỏng Turbo-MIMO.............................. 93



Hình 4.11: Kết quả BER mô phỏng hệ thống Turbo-MIMO. Các thông số hệ

thống như bảng 4. 2, hệ thống MIMO bao gồm 2 ăng-ten phát và 2 ăng-ten thu

(2×2) kết hợp phương pháp phân tập thu MRC, tốc độ mã hóa 1/3 . Hệ thống sửa

sai toàn bộ lỗi sau 6 vòng lặp................................................................................... 96

Hình 4.12: Kết quả FER mô phỏng hệ thống Turbo-MIMO(a). Các thông số hệ

thống như bảng 4. 1, hệ thống MIMO bao gồm 2 ăng-ten phát và 2 ăng-ten thu

(2×2) kết hợp phương pháp phân tập thu MRC, tốc độ mã hóa 1/3 .................... 97

Hình 4.13 : Kết quả mô phỏng so sánh các thuật toán giải mã trong hệ thống

Turbo-MIMO(2x2). .................................................................................................. 99

Hình 4.14 : Kết quả mô phỏng so sánh kết quả giải mã của hệ thống Turbo-

MIMO (2x2) với kích thước bộ chèn khác nhau. ................................................ 100

Hình 4.15 : Kết quả mô phỏng của hệ thống Turbo-MIMO (2x2) so sánh ảnh

hưởng của các tốc độ mã hóa khác nhau. Các thông số mô phỏng theo bảng

4.4………………………….................................................................................... 102

Hình 4.16 : Kết quả BER mô phỏng hệ thống Turbo-MIMO(b) trong môi trường

Rayleigh chậm. Các thông số hệ thống còn lại như bảng 4. 3. Hệ thống MIMO

bao gồm 2 ăng-ten phát và 2 ăng-ten thu (2×2) kết hợp phương pháp phân tập thu

MRC, tốc độ mã hóa 1/3 . Hệ thống sửa sai toàn bộ lỗi sau 6 vòng lặp............. 104

Hình 4.17 : Kết quả FER mô phỏng hệ thống Turbo-MIMO(b). Các thông số hệ

thống như bảng 4.4, hệ thống MIMO bao gồm 2 ăng-ten phát và 2 ăng-ten thu

(2×2) kết hợp phương pháp phân tập thu MRC, tốc độ mã hóa 1/3................... 105

Hình 5.1 : Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn multimedia Turbo-MIMO............... 108

Hình 5.2 : Giải thuật mô phỏng hệ thống truyền dẫn dữ liệu multimedia Turbo-

MIMO……………….. ........................................................................................... 109

Hình 5.3 : Giao diện chương trình truyền dẫn file dạng text trong hệ thống

Turbo-MIMO……………….................................................................................. 110



Hình 5.4 : Kết quả mô phỏng truyền dữ liệu text ở 1 vòng lặp............................ 112

Hình 5.5 : Kết quả mô phỏng truyền dữ liệu text khi sử dụng 2 vòng lặp. ......... 113

Hình 5.6 : Kết quả mô phỏng truyền dữ liệu text khi sử dụng 3 vòng lặp. ........ 114

Hình 5.7: Giao diện mô phỏng truyền hình ảnh tĩnh. ......................................... 115

Hình 5.8 : Kết quả mô phỏng truyền nhận ảnh qua hệ thống Turbo-MIMO ở 1

vòng lặp…………………....................................................................................... 117


vòng lặp……………............................................................................................... 118


vòng lặp……………............................................................................................... 118


vòng lặp…………………....................................................................................... 119

Documents

Document5