Luận án tiến sĩ giải mã mềm cho mã khối dựa trên không gian mã đối ngẫu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG GIẢI MÃ MỀM CHO MÃ KHỐI DỰA TRÊN KHÔNG GIAN MÃ ĐỐI NGẪU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ HÀ NỘI – NĂM 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG GIẢI MÃ MỀM CHO MÃ KHỐI DỰA TRÊN KHÔNG GIAN MÃ ĐỐI NGẪU Chuyên nghành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 9.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS VŨ THANH HẢI 2. TS PHẠM KHẮC HOAN HÀ NỘI – NĂM 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong Luận án là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn của cán bộ hƣớng dẫn. Các số liệu, kết quả trình bày trong Luận án là hoàn toàn trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào trƣớc đây.

Các kết quả sử dụng tham khảo đều đã đƣợc trích dẫn đầy đủ và theo đúng quy định. Hà Nội, ngày 18 tháng 01 năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Hồng Nhung LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận án này, tác giả đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ và đóng góp quý báu từ những ngƣời Thầy tận tâm nhất. Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới Thầy giáo hƣớng dẫn PGS. TS Vũ Thanh Hải, PGS.

TS Phạm Khắc Hoan đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu. Đồng thời, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS Đinh Thế Cƣờng và TS Phạm Xuân Nghĩa đã có những đóng góp, tƣ vấn quan trọng cho Luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Sau Đại học, Bộ môn Thông tin, Khoa Vô tuyến Điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành nhiệm vụ.

Tác giả cũng xin cảm ơn Trƣờng Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp, là đơn vị chủ quản, đã tạo điều kiện cho phép tác giả có thể tham gia nghiên cứu trong các năm làm nghiên cứu sinh. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình, bạn bè, các đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tác giả vƣợt qua khó khăn để đạt đƣợc những kết quả nghiên cứu nhƣ ngày hôm nay. Tác giả LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iii MỤC LỤC TRANG BÌA PHỤ LỜI CAM ĐOAN. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.

DANH MỤC HÌNH VẼ. DANH MỤC BẢNG BIỂU. DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC. TỔNG QUAN VỀ MÃ KHỐI TUYẾN TÍNH.1 Mã khối nhị phân tuyến tính .1 Mô hình hệ thống thông tin .2 Ma trận sinh .3 Ma trận kiểm tra.1 Các phƣơng pháp giải mã mã khối .2 Chất lƣợng giải mã .3 Các thuật toán giải mã mềm mã khối .1 Thuật toán lan truyền niềm tin.2 Thuật toán tổng tích .4 Đặt vấn đề nghiên cứu.

GIẢI MÃ MỀM MÃ KHỐI SỬ DỤNG MÃ ĐỐI NGẪU .1 Giới thiệu mã đối ngẫu .2 Vai trò mã đối ngẫu trong việc mang tin giải mã. 35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Đề xuất các thuật toán giải mã mềm cho mã khối áp dụng tính chất mang tin của mã đối ngẫu .1 Thuật toán giải mã mềm mã Hamming dựa trên mã đối ngẫu .2 Thuật toán giải mã Hamming sử dụng từ mã đối ngẫu toàn “0”.3 Kết quả mô phỏng và thảo luận về chất lƣợng các thuật toán giải mã mềm BPA – DCS và BPA – DCZ .3 Giải mã mềm sử dụng mã đối ngẫu .1 Đề xuất thuật toán giải mã cho các mã khối mật độ cao sử dụng mã đối ngẫu.2 Đánh giá chất lƣợng thuât toán giải mã dựa trên mã đối ngẫu.4 Kết luận chƣơng. GIẢI MÃ MỀM MÃ TÍCH .1 Mã tích và các đặc điểm .1 Các tham số cơ bản của mã tích .2 Đề xuất thuật toán giải mã đối ngẫu mã tích .1 Xây dựng cơ sở lý thuyết cho thuật toán giải mã tích mới .2 Thuật toán giải mã mềm mã tích sử dụng mã đối ngẫu .3 Đánh giá chất lƣợng thuật toán giải mã đối ngẫu mã tích và đề xuất cải tiến .1 Đánh giá chất lƣợng thuật toán giải mã đối ngẫu mã tích .2 Đề xuất thuật toán giải mã đối ngẫu mã tích cải tiến .4 Kết luận chƣơng. 90 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.

92 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 93 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt AWGN Additive White Gaussian Tạp âm Gauss trắng cộng tính Noise BCH Bose, Chaudhuri and Mã BCH Hocquenghem BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit BMA Berlekamp- Massey Thuật toán Berlekamp- Massey Algorithm BPA Belief Propagation Algorithm Thuật toán lan truyền niềm tin BPA-DCS Belief Propagation Algorithm Thuật toán lan truyền niềm tin based on Dual Codes dựa trên các mã đối ngẫu BPA-DCZ BPA – using Dual Code' Thuật toán lan truyền niềm tin codeword of Zeros sử dụng từ mã toàn “0” BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân DCA Dual Codes decoding Thuật toán giải mã đối ngẫu Algorithm DCAPC Dual Codes decoding Thuật toán giải mã đối ngẫu cho Algorithm for Product Codes mã tích DVB-S2 Digital Video Broadcasting – Truyền hình số – Vệ tinh – Thế Satellite – Second Generation hệ thứ hai LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vi FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hƣớng đi GF Galois Field Trƣờng Galoa GMD Generalized Minimum Khoảng cách tối thiểu tổng quát Distance HDD Hard Decision Decoding Giải mã quyết định cứng HDPC High-Density Parity Check Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ cao Code LDPC Low - Density Parity Check Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp Code LLR Log Likelihood Ratio Tỉ lệ hợp lẽ theo hàm log MAP Maximum A posteriori Cực đại hóa xác suất hậu Probability nghiệm MDUDC MAP Decoder Using the Giải mã MAP sử dụng mã đối Dual Code ngẫu MPA Message Passing Algorithm Thuật toán truyền tin MSA Min - Sum Algorithm Thuật toán tổng – cực tiểu MLD Maximum Likelihood Bộ giải mã hợp lẽ cực đại Decoder SDD Soft Decision Decoding Giải mã quyết định mềm SIHO Soft Input Hard Output Đầu vào mềm đầu ra cứng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vii SISO Soft Input Soft Output Đầu vào mềm đầu ra mềm SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số công suất tín hiệu trên tạp âm SOVA Soft Output Viterbi Thuật toán Viterbi đầu ra mềm Algorithm SPA Sum - Product Algorithm Thuật toán tổng- tích VA Viterbi Algorithm Thuật toán Viterbi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Hệ thống thông tin số. Nguyên lý về giải mã lặp.

Cây giải mã độ sâu b ng 1. Cây giải mã độ sâu b ng 2. Chất lƣợng giải mã mềm Hamming (7,4) so với giải mã cứng và không mã hóa trên kênh AWGN, điều chế BPSK [57]. Chất lƣợng giải mã mềm Hamming (15,11) so với giải mã cứng và không mã hóa trên kênh AWGN, điều chế BPSK [57].

Quá trình truyền bản tin từ nút bit đến nút kiểm tra và ngƣợc lại. Lƣu đồ thuật toán tổng tích SPA. Lƣu đồ thuật toán MSA. Ma trận kiểm tra và đồ thị Tanner tƣơng ứng của mã Hamming (7,4).

Chất lƣợng giải mã BPA mã Hamming (7,4). Chất lƣợng giải mã BPA mã Hamming (31,26). Mô hình hệ thống sử dụng mã Hamming. So sánh chất lƣợng của mã Hamming (7,4) giữa các thuật toán.

So sánh chất lƣợng của mã Hamming (15,11) giữa các thuật toán. So sánh chất lƣợng của mã Hamming (31,26) giữa các thuật toán. So sánh chất lƣợng của mã Hamming (63,57) giữa các thuật toán. So sánh BER của mã Hamming (7,4) giữa các thuật toán.

So sánh BER của mã Hamming (15,11) giữa các thuật toán. 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ix Hình 2. So sánh BER của mã Hamming (31,26) giữa các thuật toán. So sánh BER của mã Hamming (63,57) giữa các thuật toán.

Lƣu đồ thuật toán DCA. BER của BPDCA, BPA và HDD cho các mã Hamming. Chất lƣợng giải mã theo thuật toán DCA, HDD cho các mã Hamming. Chất lƣợng giải mã theo thuật toán DCA, HDD cho mã Golay và Golay mở rộng.

Cấu trúc mã tích. Lƣới mã của mã Hamming (7, 4, 3). Mô hình giải mã mã tích. Lƣu đồ thuật toán giải mã lặp cận tối ƣu.

Lƣu đồ thuật toán giải mã đối ngẫu của mã tích. Lƣu đồ thuật toán giải một hàng hoặc cột của mã tích. Chất lƣợng của mã tích 15,11,3 15,11,3 trên kênh AWGN. Chất lƣợng của mã tích 31,26,3 31,26,3 trên kênh AWGN.

Chất lƣợng mã tích với các mã thành phần có chiều dài khác nhau. So sánh chất lƣợng thuật toán mới với thuật toán MDUDC. Chất lƣợng thuật toán giải mã lặp đối ngẫu mã tích cải tiến với các tốc độ mã hóa khác nhau. Chất lƣợng thuật toán giải mã lặp đối ngẫu mã tích cải tiến.

86 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. Khảo sát một số trƣờng hợp giải mã sai khi truyền tin áp dụng thuật toán BPA cho mã Hamming 7,4 với ma trận kiểm tra trong Hình 2. So sánh thời gian trung bình xử lý một từ mã giữa BPA và BPA - DCS với các bộ mã Hamming (7,4); (15,11); (31,26) và (63,57). So sánh thời gian trung bình xử lý một từ mã giữa BPA và BPA - DCZ với các mã Hamming (7,4); (15,11); (31,26) và (63,57).

Số lƣợng các vòng kín ngắn trong ma trận ,. So sánh kích thƣớc ma trận kiểm tra và độ lợi mã hóa khi sử dụng thuật toán HDD và DCA. Độ phức tạp của các phƣơng pháp giải mã tích. Mối quan hệ giữa tốc độ mã thành phần và độ lợi giải mã.

So sánh tốc độ mã khi có và không mã hóa các bit kiểm tra chẵn lẻ. Độ phức tạp của thuật toán DCAPC và thuật toán cải tiến. So sánh độ phức tạp của DCAPC và MDUDC. 87 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.