Sơ đồ BCIM-ID và hiệu quả của việc sử dụng sơ đồ trong truyền dẫn viễn thông

Trong bài báo này trình bày sơ đồ điều mã có xáo trộn bit (BICM: Bit Interleaved Coded Modumation) và sơ đồ BICM kết hợp với giải mã lặp: BICM-ID (Bit Interleaved Coded Modulation with Iterative Demodulation) và đánh giá việc sử dụng sơ đồ BICM-ID cho hệ thống truyền dẫn 16QAM qua kênh Gauss và hướng áp dụng cho hệ thống truyền dẫn đa sóng mang.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sơ đồ BCIM-ID và hiệu quả của việc sử dụng sơ đồ trong truyền dẫn viễn thôngTrần Anh ThắngTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ102(02): 145 - 150SƠ ĐỒ BICM-ID VÀ HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG SƠ ĐỒTRONG TRUYỀN DẪN VIỄN THÔNGTrần Anh Thắng*Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái NguyênTÓM TẮTMã hóa kênh (mã sửa lỗi hướng đi) là một khâu trong hệ thống viễn thông nhằm nâng cao độ tincậy của đường truyền. Trong hệ thống này không chỉ có mã hóa kênh mà còn nhiều thành phầnkhác. Đã có rất nhiều kết quả thể hiện việc kết hợp các kỹ thuật trong hệ thống với nhau để đượckết quả tốt nhất như kết hợp giữa mã hóa và điều chế; mã hóa với xáo trộn và điều chế; chọn cácánh xạ (chòm sao) điều chế;… . Trong bài báo này trình bày sơ đồ điều mã có xáo trộn bit (BICM:Bit Interleaved Coded Modumation) và sơ đồ BICM kết hợp với giải mã lặp: BICM-ID (BitInterleaved Coded Modulation with Iterative Demodulation) và đánh giá việc sử dụng sơ đồBICM-ID cho hệ thống truyền dẫn 16QAM qua kênh Gauss và hướng áp dụng cho hệ thốngtruyền dẫn đa sóng mang.Từ khóa: Mã hóa kênh, sơ đồ BICM, sơ đồ BICM-ID, truyền dẫn đa sóng mang, kênh GaussGIỚI THIỆU CHUNG*Trong các hệ thống truyền thông hiện nay,việc sử dụng mã hoá kênh với chức năngkiểm soát lỗi để nâng cao hiệu quả chốngnhiễu cho hệ thống đã và đang rất phổ biến.Hơn nữa, việc kết hợp giữa nhiều khâu vớinhau càng cho hiệu quả rõ rệt, như là kết hợpđiều chế với mã hoá thành một cấu trúc liênkết gọi là hệ thống điều chế mã hoá (CM:Coded Modulation) đã nâng cao hiệu quả củacả bộ mã kênh và hiệu quả của bộ điều chế.Kỹ thuật điều chế mã lưới TCM (TrellisCoded Modulation) thực hiện ánh xạ các bítđược mã hoá vào tập tín hiệu với cự ly tốithiểu giữa các từ mã là đủ lớn đã chứng tỏ làmột phương pháp có hiệu quả để truyền trênkênh tạp âm Gauss trắng cộng tính (AWGN).Tuy nhiên, đối với kênh Rayleigh thì phươngpháp này lại không có hiệu quả.Hình 1: Hệ thống BICM*Tel: 0913 567770, Email: trananhthang@tnut.edu.vnĐể cải thiện hoạt động của mã TCM trênkênh fading, có thể dùng sơ đồ điều chế mãcó xáo trộn bit (BICM: Bit Interleaved CodedModumation), trong đó các bit đầu ra củamáy mã nhị phân sẽ được xáo trộn vị trí trướckhi ánh xạ vào bộ tín hiệu. Sơ đồ BICM cóthể đạt được cự ly Hamming lớn hơn và cókhả năng thích ứng tốc độ truyền dẫn mộtcách mềm dẻo, nhưng cự ly Euclid giữa cácchuỗi tín hiệu bị giảm dẫn tới hiệu quả củaBICM trên kênh Gauss kém hơn so vớiTCM [5].Việc sử dụng sơ đồ BICM kết hợp với giảimã lặp, ký hiệu là BICM-ID (Bit InterleavedCodedModulationwithIterativeDemodulation), với cấu trúc kết hợp giải điềuchế/giải mã mềm theo nguyên lý xử lý lặp,việc giải mã từng bit dựa trên thông tin về cácbit khác trong cùng symbol và thông tin nàyđược cải thiện dần theo từng lần lặp, đến khihoàn hảo thì bộ tín hiệu M mức có thể đượccoi tương đương như các bộ tín hiệu BPSKđộc lập [6]. Nếu bộ ánh xạ được lựa chọn hợplý nhằm tăng cự ly Euclid tối thiểu trong khivẫn giữ được cự ly Hamming như mongmuốn, thì sơ đồ BICM-ID với cấu trúc liênkết điều chế /mã (CM: Coded Modulation) sẽphát huy hiệu quả cao cả trên kênh fading nhờcó xáo trộn dãy bit (BI: Bit Interleved) và cảtrên kênh Gauss nhờ nguyên lý giải mã lặp(ID: Iterative Decoding).145Trần Anh ThắngTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆHỆ THỐNG BICM [1]Sơ đồ khối hệ thống BICM như được trìnhbày trên hình 1. Theo đó, chuỗi bít đã đượcmã hóa (dãy ct ) sẽ được xáo trộn vị trí (dãyv t ) trước khi ánh xạ vào tập tín hiệu S .Ở đầu thu, tín hiệu nhận được là rt = ht st + nt ,trong đó ht là hệ số fading. Giả thiết kênhfading chậm thì ht không đổi trong suốtkhoảng thời gian một symbol (nên có thể bỏchỉ số t ) và có thể ước lượng được hệ số này tạiđầu thu. nt là tạp âm Gauss trắng chuẩn cộngtính, có mật độ phổ công suất một bên là N 0 .Tín hiệu thu được giải điều chế và giải mãtheo đề xuất của Zehavi qua hai bước: tínhtoán các số đo bit (metric) và giải mã xoắntheo thuật toán Virterbi [7]. Với mỗi tín hiệuthu r , có 2m giá trị số đo bit (là giá trị hợp lẽtheo hàm log: log-likelihood) cho m bit mã:λ(ν k = b) = log p(r |ν k = b, h) log ∑ p(r | si , h) (1)si ∈SbkTrong (1), Sbk là tập con của tập tín hiệu S ,gồm các symbol với bit thứ k có giá trị là b ,b = {0,1} . p(r | sk , h) là hàm mật độ xác suấtcủa tín hiệu thu r với hệ số fading h và tínhiệu truyền sk được tính theo biểu thức (2):p ( r | sk , h ) =12πσ 2exp(-r − hsk2σ 22)(2)Theo thuật toán giá trị hợp lẽ cực đại(Maximum Likelihood: ML), số đo bit trongmiền logarit có thể nhận được là:2λ(νk = b) ≈ maxlog p(r |νk = b, h) = − min r − hsi (3)si ∈Sbksi ∈SbkBiểu thức (3) cho thấy rằng, số đo của mỗi bitđược tính trên cơ sở cực tiểu hoá bình phươngcự ly Euclid giữa tín hiệu thu và các điểm tínhiệu si trong tập con Sbk .Trên kênh AWGN, hiệu quả của hệ thốngBICM bị chi phối bởi bình phương trọng sốEuclide tự do (SEW: Squared Euclidean2(4)Weight): SEW = d H d m ...