bonghong_bonghong95
New Member
Download miễn phí Nghiên cứu mã Turbo trong hệ thống CDMA
MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của Khoa Học và Công Nghệ phục vụ cho cuộc sống của con người công nghệ viễn thông trong những năm qua đã có những bước phát triển mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều tiện ích .
Thế kỷ 21 chứng kiến sự bùng nổ thông tin ,trong đó thông tin di động đóng một vai trò rất quan trọng.Nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng cả về số lượng ,chất lượng và các loại hình dịch vụ kèm theo điều này đòi hỏi phải tìm ra cách trao đổi thông tin mới .Và công nghệ CDMA là mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di động trên toàn thế giới .
Công nghệ CDMA bao gồm nhiều ưu điểm nhưng vấn đề đặt ra là trao đổi thông tin bằng cách nào cho hiệu quả nhất .Làm sao cho thông tin không bị mất mát trên đường truyền để đảm bảo chức năng trao đổi thông tin và mã hoá là một phần quan trọng của công nghệ CDMA.Chính vì thế mã TURBO được sử dụng trong CDMA do những chức năng và cấu trúc ưu việt hơn những mã khác.Nhằm khai thác tối đa những ưu điểm của công nghệ này ta cần tìm hiểu kỹ vấn đề mã Turbo và đây là lí do em chọn đề tài:”Nghiên cứu mã Turbo trong hệ thống CDMA”.
Nội dung đồ án gồm 5 chương :
· Chương 1:Tổng quan về công nghệ CDMA:Giới thiệu những đặc tính của CDMA.
· Chương 2: Khái niệm về mã Turbo: Nói về sự kết nối các bộ mã tích chập hệ thống đệ quy để tạo nên mã Turbo.
· Chương3: Mã turbo kết nối song song hay còn gọi là mã Turbo (Turbo Code):Tìm hiểu về bộ mã hoá và bộ giải mã ,biện pháp cải tiến chất lượng, các bộ chèn và kỹ thuật xoá.
· Chương 4: Ứng dụng của mã Turbo:Ứng dụng trong truyền thông không dây và truyền thông đa phương tiện.
· Chương 5: Chương trình mô phỏng và kết quả: Chọn thuật toán giải mã Log-Map và SOVA,chọn kích thước khung,sử dụng kỹ thuật xoá hay không,chọn giá trị Eb/Eo và chọn giới hạn lỗi để kết thúc chương trình.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp ,mặc dù đã cố gắng nhiều nhưng vẫn không tránh những sai sót,em mong được sự phê bình ,chỉ bảo và giúp đỡ của thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành Thank sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Duy Nhật Viễn và các thầy cô giáo trong khoa Điện Tử-Viễn Thông đã giúp em hoàn thành đồ án này.
MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CDMA1
1.1GIỚI THIỆU CHƯƠNG1
1.2TỔNG QUAN1
1.3THỦ TỤC THU/PHÁT TÍN HIỆU2
1.4CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CDMA2
1.4.1Tính đa dạng của phân tập. 2
1.4.2Điều khiển công suất CDMA3
1.4.3Công suất phát thấp. 5
1.4.4Bộ mã-giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi5
1.4.5Bảo mật cuộc gọi6
1.4.6Chuyển giao mềm(Soft Handoff). 7
1.4.7Dung lượng. 7
1.4.8Tách tín hiệu thoại8
1.4.9Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng. 8
1.4.10Giá trị Eb/E0 thấp và chống lỗi8
1.4.11Dung lượng mềm9
1.5KẾT LUẬN CHƯƠNG9
CHƯƠNG 2: KHÁI NIỆM MÃ TURBO10
2.1GIỚI THIỆU CHƯƠNG10
2.2SỰ KẾT NỐI MÃ VÀ RA ĐỜI CỦA MÃ TURBO(TURBO CODE). 10
2.3BỘ MÃ HOÁ TÍCH CHẬP HỆ THỐNG ĐỆ QUY (RSC). 11
2.3.1Mã chập tuyến tính. 12
2.3.2Mã tích chập hệ thống đệ quy. 13
2.3.3Các bộ mã hoá tích chập đệ quy và không đệ quy. 14
2.3.4Kết thúc Trellis. 15
2.4KẾT LUẬN CHƯƠNG16
CHƯƠNG 3: MÃ TURBO KẾT NỐI SONG SONG17
3.1GIỚI THIỆU CHƯƠNG17
3.2BỘ MÃ HOÁ17
3.3KỸ THUẬT XOÁ (PUNCTURE). 19
3.4BỘ CHÈN (INTERLEAVER). 20
3.4.1Bộ chèn ma trận. 21
3.4.2Bộ chèn giả ngẫu nhiên. 21
3.4.3Bộ chèn dịch vòng. 22
3.4.4Bộ chèn chẵn-lẻ(Odd-Even). 22
3.4.5Bộ chèn Smile. 23
3.4.6Bộ chèn khung. 24
3.4.7Bộ chèn tối ưu. 25
3.4.8Bộ chèn đồng dạng. 25
3.4.9Bộ chèn S. 25
3.5BỘ GIẢI MÃ26
3.5.1Khái niệm về các thuật toán giải mã. 26
3.5.2Tổng quan về các thuật toán giải mã. 27
3.5.3Thuật toán Log-MAP. 29
3.5.4Thuật toán SOVA30
3.5.4.1Độ tin cậy của bộ giải mã SOVA tổng quát30
3.5.4.2Bộ giải mã thành phần SOVA33
3.5.4.3Sơ đồ khối của bộ giải mã SOVA34
3.6CẢI TIẾN CHẤT LƯỢNG PCCC QUA THIẾT KẾ BỘ CHÈN37
3.6.1Thiết kế bộ chèn mới39
3.6.2Các phương pháp tối ưu hoá cấu trúc bộ chèn. 42
3.7SỰ KHÁC NHAU GIỮA MÃ CHẬP VÀ MÃ PCCC42
3.8SO SÁNH CHẤT LƯỢNG CÁC HỆ THỐNG MÃ HOÁ42
3.9KẾT LUẬN CHƯƠNG43
CHƯƠNG 4:ỨNG DỤNG CỦA MÃ TURBO44
4.1GIỚI THIỆU CHƯƠNG44
4.2CÁC ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN(MMC). 44
4.2.1Hạn chế khi ứng dụng TC vào MCC44
4.2.1.1Băng thông giới hạn. 44
4.2.1.2Khối lượng dữ liệu lớn. 44
4.2.1.3Tính thời gian thực. 44
4.2.1.4Các đặc tính của kênh truyền. 44
4.2.2Các đề xuất khi ứng dụng TC vào MCC45
4.2.2.1Kích thước khung lớn. 45
4.2.2.2Cải tiến quá trình giải mã. 45
4.3CÁC ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY46
4.3.1Các hạn chế khi ứng dụng TC trong truyền thông không dây. 46
4.3.1.1Kênh truyền. 46
4.3.1.2Hạn chế về thời gian. 47
4.3.1.3Kích thước khung nhỏ. 47
4.3.1.4Băng thông giới hạn. 47
4.3.2Cải tiếnviệc thực hiện giải mã PCCC bằng cách tăng hệ số Scalling và khoảng cách tự do theo chuẩn CDMA2000. 47
4.3.2.1Bộ mã hoá PCCC theo chuẩn CDMA2000. 47
4.3.2.2Phân bố trọng số 2,3 ở mã PCCC trong CDMA2000. 50
4.3.2.3Hệ số Scalling. 52
4.4KẾT LUẬN CHƯƠNG53
CHƯƠNG 5CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ54
5.1GIỚI THIỆU CHƯƠNG54
5.2CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG54
5.2.1Cấu trúc chương trình. 54
5.2.2Chương trình chính. 54
5.3KẾT QUẢ MÔ PHỎNG56
5.4KẾT LUẬN CHƯƠNG62
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
1 … … 1 00 0 … … 1 0
… …
1 1 … … 0 0
0 0 … … 1 1
Viết vào
Hình 3.5: Bộ chèn ma trận
Với bộ chèn như trên , nếu ta cho chuỗi vào là ( x1 x2. . . . . .x15), như bảng 3.1
x1
x6
x11
x2
x7
x12
x3
x8
x13
x4
x9
x14
x5
x10
x15
Bảng 3.1 Bảng ma trận vào
Thì chuỗi ra là:
x1
x6
x11
x2
x7
x12
. . .
…
…
x5
x10
x15
Bộ chèn giả ngẫu nhiên
0
1
1
0
1
0
0
1
1
3
6
8
2
7
4
5
0
1
0
1
1
0
0
1
Viết vào
Hoán vị ngẫu nhiên cố định
Đọc ra
Hình 3.6: Bộ chèn giả ngẫu nhiên với độ dài chuỗi ngõ vào L= 8
Bộ chèn giả ngẫu nhiên sử dụng tính ngẫu nhiên cố định và sắp xếp chuỗi ngõ vào theo thứ tự hoán vị.Như hình trên bộ chèn viết vào [ 01101001] và đọc ra
[ 01011001]
Bộ chèn dịch vòng
0
1
1
0
1
0
0
1
0
3
6
1
4
7
2
5
0
0
0
1
1
1
1
0
Viết vào
Hoán vị dịch vòng
Đọc ra
0
1
2
3
4
5
6
7
Chỉ số
Hình 3.7: Bộ chèn dich vòng với L=8, a=3, s=0
Phép hoán vị của bộ chèn dịch vòng là: p(i)= ( a*i+ s)mod L
Với a
Bộ chèn chẵn lẻ là đặc trưng cho mã PCCC r = 1/2 .Một mã PCCC r = 1/2 đựơc lấy bằng cách kết hợp 2 chuỗi ngõ ra được mã hoá của mã PCCC r = 1/3 thành một chuỗi ngõ ra của mã PCCC r = 1/2. Nhưng khi kết hợp hai chuỗi ngõ ra được mã hoá này có thể một bit tin sẽ không có các bit mã hoá của nó cũng có thể một bit tin có một hay cả hai bit được mã hoá của nó .Vì vậy, nếu một lỗi xãy ra cho bit tin không được bảo vệ (là bit tin không có bất kỳ một bit nào được mã hoá ) thì chất lượng của bộ giải mã TC có thể bị giảm hay BER của nó có thể tăng .
Để khắc phục vấn đề trên thì ta có bộ chèn chẵn lẻ ,bộ chèn chẵn lẻ cho phép mỗi bit tin có một trong các bit được mã hoá của nó một cách chính xác. Do vậy khả năng sửa sai của mã được phân bố đồng nhất trên tất cả các bit tin .
Ví dụ :cho chuỗi tin x= c1 của L= 9 sau khi qua bộ mã hoá RSC1 thì cho ra chuỗi mã hoá c2 .Từ c2 chỉ có các bit mã hoá ở vị trí lẻ được lưu trữ trong bảng3.2
x1
x2
x3
x4
x5
x6
x7
x8
x9
c21
-
c23
-
c25
-
c27
-
c29
Bảng 3.2 Bảng các bit chẵn mã hoá của chuỗi c2
Một bộ chèn khối 3x3 được dùng để hoán vị chuỗi tin tức x cho bộ mã hoá RSC2 như sau:
x1
x4
x7
x2
x5
x8
x3
x6
x9
Bảng 3.3 Bộ chèn khối
Chuỗi tin tức x được viết theo cột đọc ra theo hàng .Chuỗi tin được hoán vị cho ra chuỗi mã hoá c3 .Từ chuỗi c3 chỉ có các bit mã hoá vị trí chẵn được lưu trữ như trong bảng 3.4
x1
x4
x7
x2
x5
x8
x3
x6
x9
-
c34
-
c32
-
c38
-
c26
-
Bảng 3.4 Các bit mã hoá lẻ của chuỗi c3
Đối với mã hoá PCCC r= 1/2, các chuỗi bit mã hoá sau đó phải được ghép với nhau như trong bảng3.5 sau đây:
x1
x4
x7
x2
x5
x8
x3
x6
x9
c21
c34
c27
c32
c25
c38
c23
c36
c29
Bảng 3.5 Chuỗi tin và chuỗi mã hoá được ghép
Mỗi bit tin có bit mã hoá riêng của nó.
Bộ chèn Smile
Bộ chèn chẵn lẻ như trên cho duy nhất một bit kiểm tra đi kèm theo một bit mã hoá .Hạn chế của bộ chèn này là: sau khi mã hoá cả hai chuỗi bit thông tin ( chuỗi tin tức gốc và chuỗi sau khi qua bộ chèn ) trạng thái của cả hai bộ mã phải giống nhau .Ta vẫn có thể thêm vào sau chuỗi thông tin một số bit “ tail bits” hay kết thúc Treliss để làm cho hai bộ mã hoá đều kết thúc ở cùng một trạng thái zero bằng cách dùng một bộ chèn đặc biệt là Simile.
Ý tưởng của bộ chèn này xuất phát từ ý tưởng một khối thông tin K bit có thể được chia thành m+1 chuỗi với m là tham số ô nhớ của bộ mã hoá .Ví dụ m=2 ta có chuỗi:
Chuỗi 0 = { dk |k mod ( m+1) =0}
Chuỗi 1 = { dk |k mod ( m+1) =1}
Chuỗi 2 = { dk |k mod ( m+1) =2}
Hình 3.8: Mô tả bộ chèn Smile
Ví dụ như đối với bộ RSC như ở trên với một K cho trước , trạng thái cuối cùng của bộ mã hoá mô tả bằng trạng của hai D flip-flop sẽ là sự kết hợp của các chuỗi vừa nêu trên thể hiện trong bảng 3.6 sau :
K mod(m+1)
S0K
S1K
0
Chuỗi 1+chuỗi 2
Chuỗi 0+chuỗi 1
1
Chuỗi 2+chuỗi 0
Chuỗi 1+chuỗi 2
2
Chuỗi 0+chuỗi 1
Chuỗi 2+chuỗi 0
Bảng 3.6 Trạng thái cuối của bộ mã hoá
Thứ tự của các bit đơn lẻ trong mỗi chuỗi không còn quan trọng ,chỉ cần các bit đó ở trong cùng một chuỗi .Một bộ chèn Simile phải thực hiện việc hoán vị các bit trong mỗi chuỗi để đưa được bộ mã hoá về cùng trạng thái như khi không sử dụng bộ chèn .
Bộ chèn khung
Nếu bộ chèn Simile cần sử dụng thêm tail bit để lái cả hai bộ mã hoá đến cùng một trạng thái thì bộ chèn khung lại không cần tail bit .Mỗi một bộ RSC do tính hồi quy của nó có thể đặc trưng bằng một đa thức sinh chu kỳ L .Trong trường hợp này N bit thông tin sau khi được chèn sẽ được lưu hai lần trong bộ nhớ kích thước 2N tại những địa chỉ mà việc đọc chúng ra sau này bị ngăn cách bằng một khoảng thời gian bằng với số nguyên lần của L .Bằng cách này, nếu bộ mã hoá bắt đầu bằng một trạng thái zero thì sẽ kết thúc tại một trạng thái zero mà không cần thêm bất kỳ một tail bit nào.
Bộ chèn tối ưu
Bộ chèn tối ưu là bộ chèn cho ra các chuỗi mã hoá ngõ ra có trọng số thấp ít nhất .Bộ chèn này thiết kế dài dòng và phức tạp , thuật toán mô tả như sau:
Bước 1 : phát ra chèn ngẫu nhiên .
Bước 2 : phát tất cả các chuỗi tin ngõ vào có thể.
Bước 3: đối với tất cả các chuỗi tin ngõ vào có thể mã hoá thành từ mã và xác định kết quả trọng số của từ mã để tìm được phân bố trọng số của từ mã .
Bước 4: xác định trọng số từ mã nhỏ nhất và số các từ mã với trọng số đó.
Bộ chèn đồng dạng
Một bộ chèn đồng dạng theo định nghĩa là một bộ chèn trung bình của tất cả các bộ chèn có thể sử dụng. Ta xét một chuỗi k bit gồm w bit 1 và k-w bit còn lại đương nhiên là bit 0. Một bộ chèn đồng dạng chiều dài k là một thiết bị xác suất sẽ ánh xạ chuỗi này thành tất cả các hoán vị riêng biệt với xác suất như nhau là .
Kỹ thuật này cho phép khảo sát một bộ mã PCCC bất kỳ như một bộ mã PCCC chỉ gồm 2 bộ mã thành phần dựa trên phân bố đồng dạng tạo bởi bộ chèn.
Bộ chèn S
Bộ chèn loại S (S = 1,2,3,...) là bộ chèn “bán ngẫu nhiên” được xây dựng như sau : Chọn số nguyên ngẫu nhiên đem so sánh với các số nguyên ngẫu nhiên chọn trước đó S. Nếu việc chọn hiện tại và chọn trước đó S khác nhau nhỏ hơn S thì số nguyên ngẫu nhiên bị loại bỏ. Quá trình này được lặp lại cho đến khi N số nguyên phân biệt được chọn. Thiết kế bộ chèn này đảm bảo tránh được các sự kiện chu kỳ ngắn. Một sự kiện chu kỳ ngắn xảy ra khi 2 bit gần nhau trong cả trước và sau khi chèn.
Thuật toán hoán vị cho bộ chèn bán ngẫu nhiên được mô tả như sau:
Bước 1: Chọn chỉ số ngẫu nhiên i Î[0,L-1].
Bước 2: Chọn số nguyên dương .
Bước 3: So sánh i với các số nguyên trước đó. Đối với mỗi số nguyên S, so sánh i nếu nó nằm trong khoảng ±S thì giữ i, nếu nó không nằm trong khoảng ±S thì trở lại bước 1.
Bước 4: Trở lại bước 1 cho đến khi tất cả các vị trí L được lấp đầy.
Hình 3.9 trình bày bộ chèn bán ngẫu nhiên với L = 16 và S = 2.
Viết vào
Hoán vị bán
ngẫu nhiên
Đọc ra
0
1
1
0
1
0
0
1
0
3
6
9
15
12
8
5
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
2
3
4
5
...