Một kỹ thuật ước lượng kênh cho giải mã lặp LDPC trong hệ thống FHSS/NC-BFSK

Bài báo giới thiệu một phương án cải tiến kỹ thuật ước lượng kênh theo phương pháp của Reed dựa vào các bit tin cậy có thể nâng cao chất lượng bộ giải mã LDPC trong hệ thống FHSS/NC-BFSK có PBNJ. Các kết quả mô phỏng cho thấy, kỹ thuật ước lượng kênh Reed cải tiến cho kết quả chính xác hơn và tiệm cận với trường hợp giá trị thực của hệ số tin cậy kênh truyền.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một kỹ thuật ước lượng kênh cho giải mã lặp LDPC trong hệ thống FHSS/NC-BFSK Nghiên cứu khoa học công nghệ MỘT KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG KÊNH CHO GIẢI MÃ LẶP LDPC TRONG HỆ THỐNG FHSS/NC-BFSK Nguyễn Văn Duẫn1*, Đỗ Quốc Trinh1, Nguyễn Tùng Hưng2, Nguyễn Anh Tuấn3 Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một phương án cải tiến kỹ thuật ước lượng kênh theo phương pháp của Reed dựa vào các bit tin cậy có thể nâng cao chất lượng bộ giải mã LDPC trong hệ thống FHSS/NC-BFSK có PBNJ. Các kết quả mô phỏng cho thấy, kỹ thuật ước lượng kênh Reed cải tiến cho kết quả chính xác hơn và tiệm cận với trường hợp giá trị thực của hệ số tin cậy kênh truyền. Từ khóa: Ước lượng kênh Reed cải tiến, Mã LDPC, Thuật toán BPA, Bit tin cậy, Trải phổ nhảy tần. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật trải phổ nhảy tần, kết hợp với điều chế dịch tần số, giải điều chế không kết hợp (FHSS/NC-BFSK: Frequency Hopping Spread Spectrum/Noncoherent-BFSK) được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực quân sự, bởi nó có nhiều tính năng ưu việt. Thứ nhất, tín hiệu của hệ thống có phổ rất rộng, khiến cho đối phương khó có thể sử dụng nhiễu băng rộng để chèn phá. Thứ hai, tín hiệu này phù hợp với các kênh không ổn định, khó khăn trong việc ước lượng pha sóng mang. Thứ ba, cấu trúc máy thu đơn giản, chịu được tác động của nhiễu mạnh. Nhiễu tạp âm một phần băng (PBNJ: Partial Band Noise Jamming) [1] là một trong những nhiễu cố ý cơ bản mà đối phương thường sử dụng, loại nhiễu này gây ảnh hưởng rất đáng kể đến chất lượng truyền tin của hệ thống FHSS/NC-BFSK. Cũng như các hệ thống thông tin thông thường, giải pháp để chống lại PBNJ trong hệ thống FHSS/NC-BFSK nhằm nâng cao chất lượng truyền tin là sử dụng kỹ thuật mã kênh. Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC: Low Density Parity Check) [2] hiện nay vẫn là họ mã kênh mạnh nhất và đã được khuyến nghị sử dụng trong các hệ thống truyền tin thế hệ mới. Sử dụng mã LDPC trong hệ thống FHSS/NC-BFSK sẽ tạo thành hệ thống truyền dẫn vô tuyến có tính chống nhiễu cao, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong lĩnh vực quân sự. Bộ giải mã LDPC sử dụng thuật toán giải mã Lan truyền niềm tin (BPA: Belief Propagation Algorithm) có đầu vào là tỉ lệ hợp lẽ theo hàm lô-ga-rít (LLR: Log-Likelihood Ratio) cho từng tín hiệu thu tương ứng với từng bit mã. Vì vậy, để nâng cao chất lượng giải mã LDPC thì cần phải ước lượng chính xác các tham số thống kê đặc trưng của kênh truyền từ tập tín hiệu thu được. Bài báo giới thiệu một phương án cải tiến kỹ thuật ước lượng kênh theo phương pháp của Reed dựa vào các bit tin cậy. Nội dung còn lại của bài báo được tổ chức thành các phần: Giới thiệu khái quát về hệ thống FHSS/NC-BFSK sử dụng mã LDPC có PBNJ; Nghiên cứu ảnh hưởng của sai lệch ước lượng kênh tới chất lượng bộ giải mã LDPC; Nghiên cứu kỹ thuật ước lượng kênh truyền thống và kỹ thuật ước lượng kênh của Reed, từ đó đề xuất phương án cải tiến kỹ thuật ước lượng kênh của Reed dựa vào các bit tin cậy của từ mã; Giới thiệu thuật toán kết hợp kỹ thuật ước lượng kênh Reed cải tiến với giải mã lặp LDPC trong hệ thống FHSS/NC-BFSK có PBNJ. 2. KHÁI QUÁT HỆ THỐNG FHSS/NC-BFSK SỬ DỤNG MÃ LDPC CÓ PBNJ 2.1. Mô hình hệ thống Mô hình hệ thống thông tin FHSS/NC-BFSK sử dụng mã LDPC có PBNJ được mô tả như trên hình 1. Tại máy phát, chuỗi bit tin u được đưa đến bộ mã hóa LDPC để tạo thành từ mã y . Bộ ghép xen thực hiện hoán đổi vị trí của bit trong các từ mã y thành chuỗi y  nhằm biến đổi lỗi cụm thường xuất hiện trên kênh thành lỗi đơn sau khi giải ghép xen ở máy thu để giúp cho bộ giải mã LDPC làm việc hiệu quả hơn. Tiếp theo, chuỗi Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 37, 06 - 2015 111  Công nghệ thông tin & Khoa học máy tính y  được điều chế BFSK thành tín hiệu sd (t ) , sau đó tiếp tục được trải phổ FH thành tín hiệu st (t ) để phát đi trên kênh. Tín hiệu st (t ) truyền qua kênh chịu tác động của tạp âm Gauss phân bố chuẩn (AWGN: Additive White Gaussian Noise) là n0(t ) và nhiễu một phần băng PBNJ là nJ (t ) . Tại máy thu có các khối tương tự để thực hiện chức năng ngược lại với các khối ở đầu phát, trong đó đầu ra của bộ giải điều chế NC-BFSK là các giá trị LLR L(yˆ ) cho từng bit mã được đưa tới bộ giải mã LDPC. Nguồn không nhớ u Mã hóa y Ghép y Điều chế sd (t ) Trải st (t ) rời rạc LDPC xen bit BFSK phổ FH n0 (t ) AWGN + nJ (t ) PBNJ + Nơi nhận tin L(yˆ ) Giải L(yˆ) Giải điều r (t ) hoặc người uˆ Giải mã ghép chế d Giải trải rt (t ) dùng LDPC xen bit NC-BFSK phổ FH Hình 1. Mô hình hệ thống FHSS/NC-BFSK có PBNJ. 2.2. Giải điều chế NC-BFSK 2.2.1. Giải điều chế NC-BFSK tính toán tối ưu LLR 2/Ts cos 2 f1t t r1,cos 2 0  •dt   2/Ts sin2 f1t e1,i Es / g2 Tín hi ...