Nguyễn Thu Hiên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 116 (02): 51 - 55
51
KÊNH
BIÊN
*
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
TÓM TẮT
.
.
Từ khóa:
.
GIỚI THIỆU*
Mã hóa kênh là công cụ hiệu quả trong việc
thiết kế các hệ thống truyền thông số. Mục
đích của mã hóa kênh (bộ mã hóa và bộ giải
mã kênh) là ánh xạ luồng số mang tin
mang tin đầu vào càng tốt, tối thiểu hóa đƣợc
ảnh hƣởng của nhiễu.
. Song,
không may điều đó lại làm tăng độ phức tạp
giải mã theo hàm m
5 trang |
Chia sẻ: huongnhu95 | Lượt xem: 602 | Lượt tải: 0
Tóm tắt tài liệu Phân tích, đánh giá hiệu năng mã kênh sử dụng kĩ thuật đường biên, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ũ với độ dài khối, vì vậy
trong hơn 60 năm qua các nhà nghiên cứu về
mã đã thiết kế đƣợc các mã tốt theo tiêu chí
vừa có thể làm giảm độ phức tạp mã hóa và
giải mã vừa có thể dần đến đƣợc giới hạn về
dung lƣợng kênh của Shannon.
Năm 1993, mã Turbo với cấu trúc kết nối
song song hai mã chập hệ thống đệ quy tách
biệt bởi bộ ghép xen đã trở thành mã có hiệu
năng tốt, tiếp cận đƣợc đến gần dung lƣợng
kênh, đƣợc đề xuất bởi C.Berrou, A.Glavieux
và P.Thitimajshima [1, 2]. Các mã chập kết
*
Tel: 0902 002030, Email: thuhienptit@yahoo.com
nối song song và các kỹ thuật giải mã lặp, dựa
trên thuật toán MAP (Maximum A Posteriori)
với bộ giải mã vào mềm ra mềm (SISO) là
phƣơng thức đắc lực để có đƣợc hiệu năng bộ
giải mã kiểm soát lỗi cao với độ phức tạp
giảm tƣơng đối ở vùng tỷ số tín hiệu trên
nhiễu - SNR thấp.
Vì là một kỹ thuật mã hóa khá mạnh, nên
ngay từ khi xuất hiện, mã Turbo đã đƣợc đề
xuất áp dụng cho các hệ thống thông tin yêu
cầu tiết kiệm công suất hoặc hoạt động ở tỷ
số SNR thấp nhƣ thông tin vệ tinh, thông tin
di động,
:
Mô phỏng Monte Carlo.
.
– 10-6) thì việc
s
:
ờ
.
Nguyễn Thu Hiên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 116 (02): 51 - 55
52
.
.
Giới hạn tập
M từ mã độ dài n. E là
sự kiện giải mã sai tại đầu ra của bộ giải mã,
Ei là sự kiện giải mã sai từ mã Ci đƣợc phát
và Ei j j
i đƣợc.
j,i
{Aj,i
{Aj,i
{Aj,i
{Aj
Aj=(1/M)
M
i
ij
A
1 ,
giải mã sai đƣợc thể hiện bởi (1) và (2).
ji
jii EPEP )()(
(1)
ij
jii EPEP )()(
(2)
Trong đó: P(Ei j) là xác
suất lỗi cặp PEP (Pairwise Error
Probability) khi Ci đƣợc phát và Cj là lựa
chọn duy nhất (Ci, Cj C).
,
trên
kênh, l
[4,6,7
.
Giới hạn Gallager
Gallager đã tìm đƣợc giới hạn tr
i
(Gallager, 1963) qua kênh không nhớ đầu
vào nhị phân đầu ra đối xứng. Theo [7], giới
hạn trên về xác suất lỗi khối là:
ij
j
y
i
XyPXyPEP
)()(
)(
1
1
1
1 (3)
0 1
trong đó: )( XyP
là tham số tối ƣu. Khi =1
.
.
Giới hạn cầu
Theo [5]
giải mã là vector ngẫu nhiên n chiều đƣợc xác
định bởi Z = (Z1, Z2, , Zn).
(4):
)()./(
)()./()(
rZPrZEP
rZPrZEPEP (4)
trong đó: . Ơclit, r là số
thực dƣơng và là bán kính của hình c
.
Vì P(E/ Z >r) 1 nên:
)(min
)}(),({)(
rP
rZPrZEPMinEP
e
r
r (5)
(14)
, xác suất giải mã sai đƣợc xác định
bởi các khoảng cách Ơclit giữa các từ mã
đƣợc phát, do đó giới hạ :
),(),( rZEPArZEP
j
N
j
j
1
(6)
trong đó: Ej là sự kiện lỗi tại đầu ra bộ giải
mã, trong khi từ mã giải mã là tại khoảng
cách Euclidean j so với từ mã đã phát và Aj
là số từ mã trung bình có khoảng cách j so
với từ mã đã phát.
Vì P(Ej, Z r)=0 với r j/2, do đó tổng
trong (6) có thể lấy giới hạn theo j
với r> j/2.
Nguyễn Thu Hiên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 116 (02): 51 - 55
53
Thay (6) vào (5) ta có:
)}(),({)(
)(
rZPrZEPAMinEP
j
rN
j
j
r
1
(7)
trong đó: N(r) +1 là giá trị nhỏ nhất của j
thỏa mãn r j/2
Cho:
)(),()(
)(
1
rZPrZEPArP j
rN
j
je
(8)
Rõ ràng là r có thể có giá trị trong khoảng
1/2 r ( 1 là khoảng cách Euclidean cực
tiểu giữa các từ mã đã phát). Thay thế r= 1/2
vào Pe(r), vì N( 1/2) =0, ta sẽ tìm đƣợc giới
hạn khoảng cách tối thiểu Pe(r= 1/2)=
P( Z 1/2).
Cho r dần đến vô cùng, ta sẽ có giới hạn tập:
N
j
jje EPArP
1
)(.)( (9)
Giới hạn tiếp tuyến
Giới hạn tiếp tuyến đƣợc phát triển bởi
E.R.Berlekamp dựa trên thực tế là tất cả các
từ mã của mã nhị phân đều thuộc vào mặt
phẳng của hình cầu Euclidean có bán kính
n , đƣợc mô tả trong [6] nhƣ sau:
Xác suất giải mã sai P(E)
biểu thức (10):
N
j
j
jj
j Q
n
n
QQAEP
1
0
2
0
2
)/(
4/
4/
2
)(
(10)
trong đó 0 là nghiệm của phƣơng trình (11):
N
j
j
j
j
n
n
QA
1
2
0 1
24/
(11)
Giới hạn cầu tiếp tuyến (Tangential-Sphere
Bound)
Giới hạn cầu tiếp tuyến là giới hạn trên về xác
suất lỗi khối của giải mã ML đối với các mã
nhị phân [7
điều chế mã hóa M-PSK, cũng nhƣ đối với
một mã hình cầu bất kỳ, vì năng lƣợng phát là
nhƣ nhau đối với mỗi từ mã.
Có thể thấy rằng giới hạn cầu tiếp tuyến luôn
cho kết quả chặt hơn giới hạn tiếp tuyến và
giới hạn tập tại vùng tỉ số SNR thấp và trung
bình [6,7].
Theo [6], giới hạn cầu tiếp tuyến về xác suất
lỗi khối P(E) h
của mã khối tuyến tính và có thể viết nhƣ sau:
kk
kz
z
k
zr
kk
r
r
dyyfzQAA
dzdyyfAzfMinEP
2 0
111
11
1
22
1
2
1
/:
)(
)()./)((
)()()(
(12)
(29)
trong đó:
2
02 N
(33)
2
2
1
1
2
exp
.2
1
)(
z
zf
r
nE
z
r
s
z ).1(
1
1
r
nE
r
z
k
s
k
z
k
2
4
1
2
1
1
.)(
s
k
k
nE
r
4
1
2
.
(34)
.
.
[3].
T h 1.
1:
Nguyễn Thu Hiên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 116 (02): 51 - 55
54
1: kênh AWGN
:
)(dPidpidp
i
N
N
i
P
d
i d d
b 221
1 1 2
(13)
:
i
N
dilt
idp
),,(
;
)(dP2
.
.
(14):
N
i
s
id
N
i
b
N
dE
QE
i
N
N
i
iweightofeventerrorob
N
i
P
1 0
1
2
Pr
(14)
2: kênh fading Rayleigh [5]
(18,19,20,21,22,23).
1
d
N
E
P
d
s
d
0
2
0
21
sin
sin
(18)
C 2
i
d
j
d
s
d
d
d
jd
N
E
P
1
0
2 1
2
1
12
12
1
(19)
1
0
2
4
1
22
1 d
j
j
d
j
j
P (20)
dj
j
d
j
j
P
2
4
1
2
(21)
1
d
d
P 1
2
1
(22)
PEP
d
d
P
d
d
2
4
1
2
1
(23)
:
0
0
1
N
E
N
E
s
s
Kết quả đánh giá
.
2:
Nguyễn Thu Hiên và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 116 (02): 51 - 55
55
Hình 5:
KẾT LUẬN
Trong bài báo này, chúng tôi đã trình bày về
. Song
.
Trong thời gian tới, chúng tôi sẽ tiếp tục
nghiên cứu
.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Berrou C., Glavieux, A. and Thitimajshima, P.,
“Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and
Decoding: Turbo Codes”, in Proceedings IEEE
ICC’93, May, pp. 1064 – 1070, 1993.
2. Berrou C. and Glavieux, A., “Near Optimum
Error Correcting Coding and Decoding: Turbo
Codes”, IEEE Transactions on Communications,
Vol. 44, No. 10, Oct, pp. 1261 – 1271, 1996.
3. D. Divsalar, S. Dolinar, R.J. McEliece, F.
Pollara., "Transfer Function Bounds on the
Performance of Turbo Codes," JPL TDA Progress
Report 42-122, August 15, 1995.
4. Duman T.M and Salehi M., “New performance
bounds for turbo codes”, IEEE Transactions on
Communications, Vol.46, No.6, June 1998,
pp.717-723.
5. Eric K.Hall and Stephen G.Wilson, “Design and
Analysis of Turbo Codes on Rayleigh Fading
Channels”, IEEE Journal on Selected Areas in
Communications, Vol.16, No.2, Ferbruary 1998.
6. Herzberg H. and Poltyrev G.,”Techniques of
Bounding the Probability of Decoding Error for
Block Coded Modulation Structure”, IEEE
Transactions on Information Theory, Vol.40,
No.3, May 1994, pp.903-911.
7. Poltyrev G., “Bounds on the Decoding Error
Probability of Binary Linear Codes via Their
Spectra”, IEEE Transactions on Information
Theory, Vol.40, July 1994, pp.1284-1292.
8. Sason I. and Shamai S.,” Improved Upper
Bounds on the ML Decoding Error Probability of
Parallel and Serial Concatenated Turbo Codes via
their Ensemble Distance Spectrum”, IEEE
Transactions on Information Theory, Vol.46,
No.1, Jan 2000, pp.27-47.
SUMMARY
PERFORMANCE ANALYSIS OF CHANNEL CODES
USING BOUND TECHNIQUES
Nguyen Thu Hien
*
, Le Nhat Thang, Vu Thuy Ha
Posts & Telecommunications Institute of Technology
In the past decades, channel error control codes has confirmed its role in digital communication
systems. In low signal-to-noise regions, performance analysis uses simulation of typical turbo
coding systems. For higher signal-to-noise regions beyond simulation capabilities, a theoretical
analysis approach becomes useful tool. Therefore, this article will introduce bounding techniques
which is a method of theoretical performance analysis of channel codes and presents some
applications of Turbo codes.
Keywords: Turbo code, technical borders, limits collective, Gallager limited, limited sentences,
tangential limit
Ngày nhận bài:25/01/2014; Ngày phản biện:10/02/2014; Ngày duyệt đăng: 26/02/2014
Phản biện khoa học:TS. Ngô Đức Thiện – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
*
Tel: 0902 002030, Email: thuhienptit@yahoo.com
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- phan_tich_danh_gia_hieu_nang_ma_kenh_su_dung_ki_thuat_duong.pdf