Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
MỘT KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG KÊNH CHO GIẢI MÃ LẶP LDPC<br />
TRONG HỆ THỐNG FHSS/NC-BFSK<br />
Nguyễn Văn Duẫn1*, Đỗ Quốc Trinh1, Nguyễn Tùng Hưng2, Nguyễn Anh Tuấn3<br />
Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một phương án cải tiến kỹ thuật ước lượng kênh theo phương<br />
pháp của Reed dựa vào các bit tin cậy có thể nâng cao chất lượng bộ giải mã LDPC trong hệ<br />
thống FHSS/NC-BFSK có PBNJ. Các kết quả mô phỏng cho thấy, kỹ thuật ước lượng kênh<br />
Reed cải tiến cho kết quả chính xác hơn và tiệm cận với trường hợp giá trị thực của hệ số tin<br />
cậy kênh truyền.<br />
Từ khóa: Ước lượng kênh Reed cải tiến, Mã LDPC, Thuật toán BPA, Bit tin cậy, Trải phổ nhảy tần.<br />
1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br />
Hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật trải phổ nhảy tần, kết hợp với điều chế dịch tần<br />
số, giải điều chế không kết hợp (FHSS/NC-BFSK: Frequency Hopping Spread<br />
Spectrum/Noncoherent-BFSK) được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực quân sự, bởi nó có<br />
nhiều tính năng ưu việt. Thứ nhất, tín hiệu của hệ thống có phổ rất rộng, khiến cho đối<br />
phương khó có thể sử dụng nhiễu băng rộng để chèn phá. Thứ hai, tín hiệu này phù hợp<br />
với các kênh không ổn định, khó khăn trong việc ước lượng pha sóng mang. Thứ ba, cấu<br />
trúc máy thu đơn giản, chịu được tác động của nhiễu mạnh.<br />
Nhiễu tạp âm một phần băng (PBNJ: Partial Band Noise Jamming) [1] là một trong<br />
những nhiễu cố ý cơ bản mà đối phương thường sử dụng, loại nhiễu này gây ảnh hưởng rất<br />
đáng kể đến chất lượng truyền tin của hệ thống FHSS/NC-BFSK. Cũng như các hệ thống<br />
thông tin thông thường, giải pháp để chống lại PBNJ trong hệ thống FHSS/NC-BFSK nhằm<br />
nâng cao chất lượng truyền tin là sử dụng kỹ thuật mã kênh. Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp<br />
(LDPC: Low Density Parity Check) [2] hiện nay vẫn là họ mã kênh mạnh nhất và đã được<br />
khuyến nghị sử dụng trong các hệ thống truyền tin thế hệ mới. Sử dụng mã LDPC trong hệ<br />
thống FHSS/NC-BFSK sẽ tạo thành hệ thống truyền dẫn vô tuyến có tính chống nhiễu cao,<br />
đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong lĩnh vực quân sự. Bộ giải mã LDPC sử dụng thuật<br />
toán giải mã Lan truyền niềm tin (BPA: Belief Propagation Algorithm) có đầu vào là tỉ lệ<br />
hợp lẽ theo hàm lô-ga-rít (LLR: Log-Likelihood Ratio) cho từng tín hiệu thu tương ứng với<br />
từng bit mã. Vì vậy, để nâng cao chất lượng giải mã LDPC thì cần phải ước lượng chính xác<br />
các tham số thống kê đặc trưng của kênh truyền từ tập tín hiệu thu được.<br />
Bài báo giới thiệu một phương án cải tiến kỹ thuật ước lượng kênh theo phương pháp<br />
của Reed dựa vào các bit tin cậy. Nội dung còn lại của bài báo được tổ chức thành các<br />
phần: Giới thiệu khái quát về hệ thống FHSS/NC-BFSK sử dụng mã LDPC có PBNJ;<br />
Nghiên cứu ảnh hưởng của sai lệch ước lượng kênh tới chất lượng bộ giải mã LDPC;<br />
Nghiên cứu kỹ thuật ước lượng kênh truyền thống và kỹ thuật ước lượng kênh của Reed,<br />
từ đó đề xuất phương án cải tiến kỹ thuật ước lượng kênh của Reed dựa vào các bit tin cậy<br />
của từ mã; Giới thiệu thuật toán kết hợp kỹ thuật ước lượng kênh Reed cải tiến với giải mã<br />
lặp LDPC trong hệ thống FHSS/NC-BFSK có PBNJ.<br />
2. KHÁI QUÁT HỆ THỐNG FHSS/NC-BFSK SỬ DỤNG MÃ LDPC CÓ PBNJ<br />
2.1. Mô hình hệ thống<br />
Mô hình hệ thống thông tin FHSS/NC-BFSK sử dụng mã LDPC có PBNJ được mô tả<br />
như trên hình 1. Tại máy phát, chuỗi bit tin u được đưa đến bộ mã hóa LDPC để tạo<br />
thành từ mã y . Bộ ghép xen thực hiện hoán đổi vị trí của bit trong các từ mã y thành<br />
chuỗi y nhằm biến đổi lỗi cụm thường xuất hiện trên kênh thành lỗi đơn sau khi giải<br />
ghép xen ở máy thu để giúp cho bộ giải mã LDPC làm việc hiệu quả hơn. Tiếp theo, chuỗi<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 37, 06 - 2015 111<br />
Công nghệ thông tin & Khoa học máy tính<br />
<br />
y được điều chế BFSK thành tín hiệu sd (t ) , sau đó tiếp tục được trải phổ FH thành tín<br />
hiệu st (t ) để phát đi trên kênh. Tín hiệu st (t ) truyền qua kênh chịu tác động của tạp âm<br />
Gauss phân bố chuẩn (AWGN: Additive White Gaussian Noise) là n0(t ) và nhiễu một<br />
phần băng PBNJ là nJ (t ) . Tại máy thu có các khối tương tự để thực hiện chức năng ngược<br />
lại với các khối ở đầu phát, trong đó đầu ra của bộ giải điều chế NC-BFSK là các giá trị<br />
LLR L(yˆ ) cho từng bit mã được đưa tới bộ giải mã LDPC.<br />
<br />
Nguồn<br />
không nhớ<br />
u Mã hóa y Ghép y Điều chế sd (t ) Trải st (t )<br />
rời rạc LDPC xen bit BFSK phổ FH<br />
<br />
n0 (t )<br />
AWGN +<br />
nJ (t )<br />
PBNJ +<br />
Nơi nhận tin L(yˆ ) Giải L(yˆ) Giải điều r (t )<br />
hoặc người<br />
uˆ Giải mã ghép chế d Giải trải rt (t )<br />
dùng LDPC xen bit NC-BFSK phổ FH<br />
<br />
Hình 1. Mô hình hệ thống FHSS/NC-BFSK có PBNJ.<br />
2.2. Giải điều chế NC-BFSK<br />
2.2.1. Giải điều chế NC-BFSK tính toán tối ưu LLR<br />
2/Ts cos 2 f1t<br />
t<br />
r1,cos 2<br />
0 •dt <br />
2/Ts sin2 f1t e1,i Es / g2<br />
Tín<br />
hiệu t<br />
r1,sin 2<br />
Giải<br />
thu 0 •dt Log • <br />
I 0 • mã<br />
ri + LDPC<br />
2/Ts cos 2 f0t<br />
r0,cos I 0 • Log • <br />
t 2<br />
0 •dt <br />
2/Ts sin2 f0t e0,i Es / g2<br />
t<br />
r0,sin 2 Tính tối ưu LLR<br />
0 •dt <br />
<br />
Hình 2. Giải điều chế NC-BFSK và tính tối ưu LLR.<br />
Bộ giải điều chế NC-BFSK tính toán tối ưu LLR trên kênh AWGN được mô tả như<br />
trên hình 2. Theo các tác giả tại [3], [4] thì LLR của tín hiệu phát si trong điều kiện thu<br />
được tín hiệu ri được tính như sau:<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
112 N. V. Duẫn, Đ. Q. Trinh,..., “Một kỹ thuật … trong hệ thống FHSS/NC-BFSK.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
P s1,i ri E <br />
E <br />
<br />
<br />
L si ri = log = log I 0 2 s x 1,i - log I 0 2 s x 0,i , (1)<br />
P s 0,i ri 0 <br />
0 <br />
<br />
<br />
trong đó, x 0,i = e 0,i , x 1,i = e1,i ; và L si ri là của bit mã thứ i đưa tới bộ giải mã.<br />
2.2.2. Giải điều chế NC-BFSK tính toán xấp xỉ LLR<br />
Việc tính toán tối ưu LLR của bộ giải điều chế NC-BFSK theo (1) cho bộ giải mã<br />
LDPC là khá phức tạp do có hàm Bessel I 0 đối với từng tín hiệu thu ri ; i =1,2,..., n .<br />
Để khắc phục nhược điểm này, các tác giả tại [5] đã đơn giản hóa việc tính toán LLR bằng<br />
phương pháp tính xấp xỉ, cho phép kết hợp được với bộ giải mã LDPC.<br />
▪ Trên kênh AWGN thì LLR được tính xấp xỉ như sau:<br />
1<br />
P s1,i ri 2 2<br />
2<br />
exp - ri - / 2 2<br />
2<br />
<br />
L s i ri = log <br />
log = 2 ri = L0 ri , (2)<br />
P s 0,i ri 1 <br />
2 2<br />
2<br />
exp - ri + / 2 2 <br />
trong đó, L0 phụ thuộc vào Eb / N 0 , với Eb là năng lượng của bit, và N 0 là mật độ phổ<br />
công suất tạp âm AWGN.<br />
▪ Trên kênh bị PBNJ thì LLR được tính xấp xỉ như sau:<br />
<br />
L si ri = L1 ri , (3)<br />
NJ<br />
trong đó, L1 phụ thuộc vào Eb / N T , với N T N 0 , N J là mật độ phổ công suất<br />
<br />
PBNJ, WJ /Wss là tỉ lệ gây nhiễu ( ), Wss là băng tần trải phổ, và WJ là<br />
băng tần bị PBNJ. Sơ đồ tính toán xấp xỉ LLR được mô tả như trên Hình 3.<br />
<br />
e1, j <br />
+r LLR<br />
i<br />
Giải mã LDPC<br />
<br />
e0, j <br />
L1<br />
Hình 3. Tính xấp xỉ LLR.<br />
<br />
2.3. Bộ giải mã LDPC<br />
<br />
Thuật toán giải mã BPA [2] có đầu vào là LLR của các bit mã được đưa đến từ bộ giải<br />
điều chế để giải mã với ma trận kiểm tra H . Tại mỗi lần lặp , thuật toán có hai công<br />
đoạn chính: 1) cập nhật tin cho tất cả các nút bit và gửi thông tin từ các nút bit tới các nút<br />
kiểm tra có liên quan; 2) cập nhật tin cho tất cả các nút kiểm tra và gửi thông tin từ các nút<br />
kiểm tra tới các nút bit có liên quan. Đầu ra của bộ giải mã là LLR của các bit mã được<br />
<br />
quyết định cứng thành từ mã thăm dò yˆ( ) . Nếu từ mã thăm dò thỏa mãn điều kiện:<br />
<br />
yˆ().HT [0,0,...,0], (4)<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 37, 06 - 2015 113<br />
Công nghệ thông tin & Khoa học máy tính<br />
<br />
<br />
thì dừng lặp đưa ra từ mã hợp lệ y( ) , nếu không thì thực hiện lại quá trình trên cho đến<br />
(<br />
khi số lần lặp đạt giá trị cực đại max và đưa ra từ mã lỗi yˆ max .<br />
)<br />
<br />
<br />
▪ Khi thuật toán giải mã không thành công ở lần lặp cực đại max thì từ mã lỗi được<br />
(<br />
quyết định tại max là yˆ max . Điều này đã dẫn đến ý tưởng nghiên cứu của chúng tôi là<br />
)<br />
<br />
<br />
cần khảo sát số bit lỗi của một từ mã lỗi qua các lần lặp, từ đó đề xuất phương án quyết<br />
định từ mã lỗi có số bit lỗi ít hơn tại lần lặp phù hợp. Để giải quyết ý tưởng này, tại [6],<br />
chúng tôi đề xuất phương án quyết định từ mã lỗi có số bit lỗi ít hơn tại lần lặp bằng<br />
việc cải tiến thuật toán BPA dựa vào trọng số của syndrome cứng (BPA-MS: BPA with<br />
Minimum Syndrome).<br />
▪ Thuật toán BPA có đầu vào là LLR của tín hiệu thu tương ứng với từng bit mã. Vì<br />
vậy, để nâng cao chất lượng bộ giải mã LDPC thì cần phải ước lượng chính xác các tham<br />
số thống kê đặc trưng của kênh truyền từ tập tín hiệu thu được. Phần tiếp theo của bài báo,<br />
sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của sai lệch ước lượng kênh tới chất lượng bộ giải mã LDPC.<br />
3. ẢNH HƯỞNG CỦA SAI LỆCH ƯỚC LƯỢNG KÊNH<br />
TỚI CHẤT LƯỢNG BỘ GIẢI MÃ LDPC<br />
Để khảo sát ảnh hưởng của sai lệch ước lượng kênh tới chất lượng bộ giải mã, ta sẽ<br />
thực hiện mô phỏng Monte-Carlo cho mã LDPC kích thước (504,252) bằng thuật toán<br />
BPA trong hệ thống BFSK có PBNJ, trường hợp = 0.7 và Eb / N 0 9.5 dB .<br />
Trên Hình 4 là kết quả khảo sát phẩm chất tỉ lệ lỗi bit (BER: Bit Error Ratio) bị ảnh<br />
hưởng bởi sai lệch ước lượng kênh khi Eb / N J bị lệch offset giá trị bằng 0 dB, 1 dB,<br />
2 dB, 3 dB, 4 dB, 5 dB, 6 dB so với giá trị thực của Eb / N J là 6.0 dB; 7.0<br />
dB; 8.0 dB; 9.0 dB và 10 dB. Kết quả mô phỏng cho thấy, nếu ước lượng không chính xác<br />
Eb / N J thì chất lượng giải mã bị suy giảm rất đáng kể, đặc biệt ở vùng Eb / N J lớn. Ví<br />
dụ, tại giá trị thực của Eb / N J bằng 10 dB, nếu ước lượng chính xác Eb / N J (sai lệch<br />
ước lượng bằng 0 dB, tương đương với việc bộ giải mã biết trước phương sai thực của<br />
kênh) thì chất lượng giải mã có BER 3 10 5 , nếu ước lượng không chính xác Eb / N J<br />
(sai lệch ước lượng bằng -4 dB ) thì chất lượng giải mã bị suy giảm còn BER 2 10 2 .<br />
0<br />
10<br />
<br />
<br />
-1<br />
10<br />
<br />
<br />
-2<br />
10<br />
BER<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
-3<br />
10<br />
<br />
<br />
-4<br />
10<br />
6.0 dB<br />
7.0 dB<br />
-5<br />
10 8.0 dB<br />
9.0 dB<br />
10 dB Mackay code (504,252)<br />
-6<br />
10<br />
-6 -4 -2 0 2 4 6<br />
Eb/Nj offset [dB]<br />
<br />
Hình 4. Ảnh hưởng của sai lệch ước lượng kênh tới chất lượng bộ giải mã LDPC.<br />
<br />
<br />
<br />
114 N. V. Duẫn, Đ. Q. Trinh,..., “Một kỹ thuật … trong hệ thống FHSS/NC-BFSK.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
4. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG KÊNH THEO<br />
PHƯƠNG PHÁP CỦA REED DỰA VÀO CÁC BIT TIN CẬY<br />
4.1. Các kỹ thuật ước lượng kênh<br />
4.1.1. Kỹ thuật ước lượng kênh theo phương pháp truyền thống<br />
Theo các tác giả tại [7], phương sai của kênh sẽ được ước lượng trước và độc lập với<br />
quá trình giải mã:<br />
N 1 2<br />
2 xk,j<br />
ˆ j2 = E X 2 E X = k 0 2<br />
mk,j , (5)<br />
N<br />
N 1<br />
x k,j<br />
trong đó, mk,j = E X = k 0 ; x k, j là tín hiệu thu của bit dữ liệu thứ k trong từ mã<br />
N<br />
thứ j đưa tới bộ giải mã; N là chiều dài từ mã.<br />
4.1.2. Kỹ thuật ước lượng kênh theo phương pháp của Reed<br />
Tại [7] Reed cùng cộng sự đã đưa ra thuật toán ước lượng phương sai của kênh dựa vào<br />
chuỗi bit quyết định cứng của từ mã ở đầu ra bộ giải mã. Khi đó, phương sai của kênh sẽ<br />
được ước lượng theo:<br />
N 1 2<br />
<br />
<br />
ˆ 2<br />
=<br />
x<br />
k 0 k,j akdˆk,j , (6)<br />
j +1<br />
N<br />
trong đó, dˆk 1, 1 là bit dữ liệu thứ k trong từ mã thứ j ; a k là hệ số pha-đinh của<br />
kênh, trên kênh AWGN thì ak 1 , N là chiều dài từ mã.<br />
4.2. Phương án cải tiến kỹ thuật ước lượng kênh của Reed dựa vào các bit tin cậy<br />
Kỹ thuật ước lượng kênh theo phương pháp của Reed đã sử dụng tất cả các bit trong từ<br />
mã thu được, nghĩa là, kỹ thuật này dựa vào cả thông tin của các bit không tin cậy trong từ<br />
mã lỗi, điều này đã làm ảnh hưởng đến độ chính xác ước lượng phương sai của kênh truyền.<br />
Trong mục này, chúng tôi sẽ đề xuất một phương án cải tiến kỹ thuật ước lượng kênh của<br />
Reed bằng việc chỉ sử dụng các bit tin cậy, để từ đó có thể cho kết quả chính xác hơn.<br />
4.2.1. Các bit tin cậy trong giải mã lặp LDPC<br />
Khi giải mã LDPC không thành công, các bit trong từ mã lỗi có thể được chia thành<br />
các bit tin cậy (RBs: Reliable Bits) và các bit không tin cậy (UBs: Unreliable Bits). Chúng<br />
tôi đưa ra định nghĩa các bit RBs là các bit có giá trị LLR lớn trong từ mã lỗi sau mỗi lần<br />
lặp, các bit còn lại là các bit UBs.<br />
Trong kỹ thuật giải mã, các bit RBs thường là các bit có xác suất bị lỗi rất thấp. Vì vậy<br />
số lượng các bit RBs sẽ phụ thuộc vào từ mã lỗi được quyết định ở đầu ra của bộ giải mã,<br />
nghĩa là từ mã lỗi có số bit lỗi nhỏ nhất sẽ có số bit RBs lớn nhất và ngược lại. Tuy nhiên,<br />
việc xác định từ mã lỗi có số bit lỗi nhỏ nhất sẽ rất khó khăn do bộ giải mã không biết<br />
trước từ mã đã phát. Do vậy có thể sử dụng phương án quyết định từ mã lỗi có số bit lỗi ít<br />
hơn bằng thuật toán giải mã cải tiến BPA-MS để tìm các bit RBs có hiệu quả, khi đó các<br />
bit RBs sẽ được xác định tại lần lặp có trọng số nhỏ nhất của syndrome cứng. Theo (7) thì<br />
số lượng các bit dˆk càng lớn thì cho kết quả ước lượng kênh càng chính xác. Vì vậy, phải<br />
có phương án lựa chọn sao cho số lượng các bit RBs trong từ mã lỗi là lớn nhất. Bằng<br />
phương pháp mô phỏng chúng tôi đưa ra phương án lựa chọn số lượng các bit RBs có hiệu<br />
quả bằng việc dựa vào giá trị LLR trung bình của các bit mã trong từ mã lỗi, đó là M bit<br />
x i có giá trị LLR thỏa mãn điều kiện:<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 37, 06 - 2015 115<br />
Công nghệ thông tin & Khoa học máy tính<br />
<br />
Nk01 L xk <br />
L xi =1M . (7)<br />
N<br />
trong đó, số lượng M bit RBs sẽ phụ thuộc vào tình trạng của kênh bị PBNJ, nếu kênh tốt<br />
thì M sẽ tăng và ngược lại, nghĩa là M phụ thuộc vào giá trị của .<br />
4.2.2. Cải tiến kỹ thuật ước lượng kênh của Reed dựa vào các bit tin cậy<br />
Kỹ thuật ước lượng kênh Reed cải tiến (Modified Reed) sẽ được kết hợp với quá trình<br />
giải mã lặp LDPC và dựa vào các bit RBs trong từ mã lỗi được quyết định cứng tại đầu ra<br />
của bộ giải mã. Khi đó, phương sai của kênh sẽ được ước lượng theo:<br />
M 2<br />
<br />
<br />
ˆ 2<br />
=<br />
x<br />
i 1 i dˆi, , (8)<br />
j,<br />
M<br />
trong đó dˆi 1, 1 là bit RBs thứ i trong từ mã lỗi thứ j được quyết định bằng thuật toán<br />
BPA-MS tại lần lặp có trọng số nhỏ nhất của syndrome cứng. Do M phụ thuộc vào ,<br />
nên ˆ j cũng phụ thuộc vào , nghĩa là kênh tốt thì việc ước lượng ˆ j sẽ chính xác hơn.<br />
2 2<br />
<br />
<br />
<br />
5. KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG KÊNH REED CẢI TIẾN CHO GIẢI MÃ<br />
LDPC TRONG HỆ THỐNG FHSS/NC-BFSK CÓ PBNJ<br />
Bộ giải điều chế NC-BFSK<br />
tính xấp xỉ LLR<br />
<br />
e1, j Xử lý tin tại các<br />
+ nút kiểm tra<br />
LLR<br />
( )<br />
()<br />
e0,j L1 Xử lý tin tại các<br />
nút bit<br />
<br />
<br />
Ước lượng kênh Tìm từ mã<br />
theo các bit RBs thăm dò yˆ( )<br />
<br />
<br />
Đ<br />
yˆ().H T 0?<br />
Từ mã hợp lệ y ( )<br />
S<br />
Tìm từ mã lỗi tại vị<br />
Tìm các bit RBs trí có trọng số nhỏ<br />
nhất của syndrome<br />
<br />
<br />
max ? S<br />
1<br />
<br />
Đ<br />
Từ mã lỗi yˆ( ) , thoát<br />
<br />
Hình 5. Kết hợp ước lượng kênh Reed cải tiến với thuật toán giải mã BPA-MS.<br />
Thuật toán BPA-MS thực hiện giải mã với ma trận kiểm tra H có đầu vào là LLR<br />
được tính theo (3). Do phương sai của kênh tại lần lặp đầu tiên chưa được ước lượng nên<br />
<br />
<br />
116 N. V. Duẫn, Đ. Q. Trinh,..., “Một kỹ thuật … trong hệ thống FHSS/NC-BFSK.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
giá trị L1 được chọn đủ lớn để BER ở mức nhỏ trong vùng sai lệch ước lượng kênh (Hình<br />
4), bằng phương pháp mô phỏng chúng tôi tìm ra được giá trị L1 phù hợp bằng 100. Tại<br />
mỗi lần lặp , thuật toán có hai công đoạn chính: 1) cập nhật tin cho tất cả các nút bit và<br />
gửi thông tin từ các nút bit tới các nút kiểm tra có liên quan; 2) cập nhật tin cho tất cả các<br />
nút kiểm tra và gửi thông tin từ các nút kiểm tra tới các nút bit có liên quan. Đầu ra của bộ<br />
<br />
giải mã là LLR của các bit mã được quyết định cứng thành từ mã thăm dò yˆ( ) . Nếu từ mã<br />
<br />
thăm dò thỏa mãn điều kiện (4) thì dừng lặp và đưa ra từ mã hợp lệ y( ) , nếu không thì tìm<br />
trọng số nhỏ nhất của syndrome cứng tại lần lặp (1 max ) . Nếu tìm thấy sẽ sắp<br />
xếp LLR của các bit trong từ mã lỗi tại lần lặp theo trình tự tăng dần để lựa chọn các bit<br />
RBs theo (7), sau đó thực hiện ước lượng phương sai của kênh theo (8) với các bit RBs đã<br />
tìm được để tính giá trị L1 trong (3) cho giải mã ở những lần lặp tiếp theo. Tiếp tục giải<br />
mã với L1 đã tính được cho đến khi số lần lặp đạt giá trị cực đại max , nếu không thành<br />
công sẽ đưa ra từ mã lỗi có số lỗi ít hơn. Trên Hình 5 là lưu đồ thuật toán kết hợp kỹ thuật<br />
ước lượng kênh Reed cải tiến với thuật toán giải mã BPA-MS.<br />
Để chứng minh tính hiệu quả của kỹ thuật ước lượng kênh Reed cải tiến, ta sẽ thực<br />
hiện mô phỏng Monte-Carlo cho mã LDPC kích thước (504,252) nhằm so sánh độ chính<br />
xác phương sai ước lượng (Hình 6) của kỹ thuật ước lượng kênh Reed cải tiến được tính<br />
theo (8) với kỹ thuật ước lượng kênh truyền thống được tính theo (5), kỹ thuật ước lượng<br />
kênh của Reed được tính theo (6) và phương sai thực của kênh được tính như sau:<br />
E <br />
b <br />
10 N T (9)<br />
10<br />
2<br />
.<br />
Đồng thời đánh giá phẩm chất BER của thuật toán giải mã BPA-MS sử dụng các kỹ thuật<br />
ước lượng kênh khác nhau (Hình 7). Kịch bản mô phỏng cho dữ liệu truyền được điều chế<br />
BFSK, giải điều chế là NC-BFSK tính toán xấp xỉ LLR; kênh truyền có PBNJ, trường hợp<br />
= 0.7 và Eb / N 0 9.5 dB ; thuật toán giải mã BPA-MS có số lần lặp cực đại là<br />
max 100 .<br />
0<br />
1 10<br />
True Mackay code (504,252)<br />
0.9 Modified Reed (0.7) -1<br />
Reed (0.7) 10<br />
0.8<br />
Conventional (0.7)<br />
-2<br />
0.7 10<br />
Estimated Variance<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
0.6 -3<br />
10<br />
BER<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
0.5<br />
-4<br />
0.4 10<br />
<br />
0.3 -5<br />
10<br />
0.2 BPA-MS with True<br />
-6<br />
10 BPA-MS with Modified Reed<br />
0.1<br />
BPA-MS with Reed<br />
Mackay code (504,252)<br />
0 -7<br />
BPA-MS with Conventional<br />
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 10<br />
5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5<br />
Exact Variance<br />
Eb/Nj [dB]<br />
<br />
Hình 6. Phương sai của các kỹ thuật ước Hình 7. Phẩm chất BER của thuật toán<br />
lượng kênh cho giải mã LDPC. BPA-MS sử dụng các kỹ thuật ước lượng kênh.<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 37, 06 - 2015 117<br />
Công nghệ thông tin & Khoa học máy tính<br />
<br />
Kết quả mô phỏng trên hình 6 và hình 7 cho thấy, kỹ thuật ước lượng phương sai Reed<br />
cải tiến (Modified Reed) cho kết quả chính xác hơn nhiều so với kỹ thuật truyền thống<br />
(Conventional), chính xác hơn kỹ thuật của Reed và đã tiệm cận với trường hợp bộ giải mã<br />
biết trước phương sai thực của kênh (True); Phẩm chất BER của kỹ thuật ước lượng kênh<br />
Reed cải tiến tốt nhất, và đã tiến sát với trường hợp giá trị thực của hệ số tin cậy kênh truyền.<br />
6. KẾT LUẬN<br />
Nội dung bài báo đã nghiên cứu ảnh hưởng của sai lệch ước lượng kênh đến chất lượng bộ<br />
giải mã LDPC trong hệ thống FHSS/NC-BFSK có PBNJ. Kết quả mô phỏng cho thấy, nếu<br />
ước lượng kênh không chính xác thì chất lượng bộ giải mã bị suy giảm rất đáng kể. Từ kỹ<br />
thuật ước lượng kênh của Reed, chúng tôi đã đề xuất phương án cải tiến dựa vào các bit tin cậy<br />
của từ mã lỗi được quyết định bằng thuật toán giải mã BPA-MS. Kết quả mô phỏng trong hệ<br />
thống FHSS/NC-BFSK có PBNJ cho thấy, kỹ thuật ước lượng kênh Reed cải tiến cho kết quả<br />
chính xác hơn và tiệm cận với trường hợp giá trị thực của hệ số tin cậy kênh truyền.<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
[1]. Simon M. K. , Omura J. K. , Scholtz R. A. and Levitt B. K. , “Spread spectrum<br />
communication,” Computer science press, Printed in the USA. 1985.<br />
[2]. R. G. Gallager, “Low Density Parity Check Codes,” IRE Transactions on Information<br />
Theory, Vol. 8, No. 1, January 1962, pp. 21-28.<br />
[3]. S. G. Wilson, “Digital Modulation and Coding,” Prentice Hall, 1996.<br />
[4]. J. G. Proakis, “Digital Communications,” 3 Edition 1995.<br />
[5]. N. T. Thái, N. D. Khoa, N. T. Hưng, “Đơn giản hóa thu không kết hợp đối với điều<br />
chế BFSK khi sử dụng mã Turbo,” Chuyên san các công trình nghiên cứu – triển khai<br />
viễn thông và công nghệ thông tin, Bộ bưu chính viễn thông, số 16, 2006, tr. 43-49.<br />
[6]. N. V. Duẫn, N. T. Hưng và N. T. H. Nhung, “Giải mã LDPC dựa trên trọng số của<br />
syndrome,” Tạp chí Khoa học & Kỹ thuật - Học viện KTQS, số 155, 2013, tr. 45-56.<br />
[7]. M. Reed and J. Asenstorfer, “A novel variance estimator for turbo-code decoding,” in<br />
Proc. ICT '97, (Melbourne, Australia), April 1997, pp. 173-178.<br />
<br />
ABSTRACT<br />
AN EFFECTIVE CHANNEL ESTIMATION TECHNIQUE FOR<br />
LDPC DECODING IN FHSS/NC-BFSK SYSTEM<br />
In this paper, we introduce an improved technique of Reed’s channel estimation<br />
based on reliable bits, which can improve the quality of LDPC decoding in system<br />
FHSS/NC-BFSK with PBNJ. It is shown that simulation results of this technique are<br />
more accurate than technique of Reed and they are asymptotic with the real value of<br />
the channel reliability factor.<br />
Keywords: Channel estimation of Reed, LDPC code, BPA, Reliable Bit, Frequence Hopping Spread Spectrum.<br />
<br />
Nhận bài ngày 17 tháng 03 năm 2015<br />
Hoàn thiện ngày 10 tháng 06 năm 2015<br />
Chấp nhận đăng ngày 12 tháng 06 năm 2015<br />
<br />
<br />
<br />
Địa chỉ: 1Học viện Kỹ thuật quân sự; *Email: nvduan1975@yahoo.com.vn;<br />
2<br />
Đại học Thông tin Liên lạc;<br />
3<br />
Đại học CNTT & TT - Đại học Thái nguyên.<br />
<br />
<br />
118 N. V. Duẫn, Đ. Q. Trinh,..., “Một kỹ thuật … trong hệ thống FHSS/NC-BFSK.”<br />