Sở Khoa Học Và Công Nghệ Hà Nội LOGO Phương pháp mô hệ thống thông tin số Mã chập kênh AWGN Lê Hồng Phúc SĐT : 0973975007 Viện Điện tử - Viễn thông Nội dung Mô hình Hệ thống thông tin số Tổng quan mã kênh Khái niệm cấu trúc mã chập Thuật toán giải mã Viterbi Chương tình mô kết LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Mô hình hệ thống thông tin số  Mô hình LOGO www.themegallery.com Mô tả chi tiết mô hình  Nguồn tin nơi tạo tin chứa đựng thông tin cần phát đi, tin bit, ký hiệu mã v.v Đầu nguồn tin chuỗi ký hiệu, thông thường ký hiệu nhị phân  Kênh truyền nguyên nhân chủ yếu gây lỗi cho tín hiệu thu, nên mã kênh (giải mã kênh) thực thêm vào bit kiểm tra vào chuỗi thông tin nhằm giảm tối thiểu ảnh hưởng nhiễu đường truyền lên tín hiệu LOGO www.themegallery.com Mô tả chi tiết mô hình  Để tín hiệu đầu mã kênh phù hợp với kênh truyền, điều chế thực xếp chuỗi số đầu mã kênh thành chuỗi dạng sóng tương tự (các ký hiệu) phù hợp với đặc tính kênh truyền  Để tăng tốc độ truyền, ký hiệu (symbol) mang nhiều bit thông tin hệ thống điều chế nhiều mức (QPSK, MPSK, QAM ) LOGO www.themegallery.com Mô tả chi tiết mô hình Kênh truyền nhiễu Gaussian Tạp âm Gaussian mà ta nói đến tạp âm nhiệt (thermal noise), dòng điện không mong muốn gây mạch điện tác động chuyển động nhiệt hạt mang điện mạch điện (các điện tử) LOGO www.themegallery.com Mô tả chi tiết mô hình Trong băng tín hiệu W mật phổ công suất tạp âm gần số, làm gần số No hay No/2 tùy trường hợp xét Điều gợi ý liên hệ tới phổ ánh sáng trắng (là tổng sóng điện từ ánh sáng với bước sóng - hay tần số - khác nhau) số theo trục bước sóng lamda hay trục tần số Tính chất phổ gọi phổ TRẮNG, nên có chữ W (WHITE) LOGO www.themegallery.com Mã hóa kênh  Mã hóa kênh việc đưa thêm bit dư vào tín hiệu số theo quy luật đó, qui luật thường xác định cấu trúc mã, nhằm giúp cho bên thu phát giải mã thu lại tín hiệu, chí bên thu sửa lỗi xảy kênh truyền mã có cấu trúc tốt  Hệ thống thông tin không dây ngày nay, người ta hay sử dụng loại mã phát khắc phục lỗi cách tự động :mã điều khiển lỗi (ECC), hay xác FEC LOGO www.themegallery.com Phân loại Mã kênh LOGO www.themegallery.com Mã kênh giới thiệu Block Code  Linear Code  Cyclic Code Trellis Code  Linear Code  Convolution Code LOGO www.themegallery.com Biểu diễn mô hình lưới  Sơ đồ lưới mã chập (2, 1, 2) với đa thức sinh (7, 5) LOGO www.themegallery.com Sơ đồ chuyển trạng thái  Bảng chuyển trạng thái Sơ đồ chuyển trạng thái LOGO www.themegallery.com Thuật toán giải mã Thuật toán giải mã Viterbi Thuật toán giải mã LOG-MAP LOGO www.themegallery.com Thuật toán giải mã Viterbi  Thuật toán giải mã Viterbi thực dựa sơ đồ lưới(hay gọi sơ đồ trellis)  Thực dựa vào thông số metric khoảng cách Hamming cặp bit ký hiệu nhận cặp bit kênh truyền (khoảng cách Hamming tính cách đơn giản cách đếm có bit khác cặp bit nhận từ kênh truyền cặp bit so sánh) LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Mô tả chi tiết thuật toán Bước Chọn trạng thái có thông số metric nhỏ lưu lại Bước 2(Truy hồi (traceback)) Sử dụng lặp lại cho bước kế tiếp, chọn trạng thái liệt kê bảng ghi nhớ trạng thái chuyển từ trạng thái trước đến trạng thái Lưu số trạng thái trạng thái chọn Bước Chúng ta làm việc tiếp với danh sách trạng thái chọn lưu bước xử lý trước Chúng ta tra xem bit ngõ vào phù hợp với truyền dẫn từ trạng thái trước đến trạng thái LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Phân loại giải mã Giải mã định cứng  Giải mã định cứng sử dụng loại lượng tử hóa bit giá trị kênh nhận  Thuật toán đơn giản chất lượng thông tin thu không cao Giải mã định mềm  Giải mã định mềm sử dụng loại lượng tử hóa nhiều bit giá trị kênh nhận  Thuật toán phức tạp chất lượng thông tin thu tốt LOGO www.themegallery.com Sơ đồ khối mô Phần phát Đầu vào So sánh tính BER Mã hóa Tạo luồng Mã hóa kênh bit ngẫu nhiên mã xoắn Điều chế Điều chế BPSK Title Kênh Tạo kênh Đầu Luồng bit sau giải mã Giải mã Giải điều chế Giải mã Viterbi Giải điều chế BPSK nhiễu Gauss Phần thu LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Mô Systemvue LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Kết thu LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Mô C Chương trình cho phép thay đổi thông số hệ thống để mô trường hợp mã hóa, điều chế mô hình kênh truyền giả lập LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Sơ đồ thực mô C LOGO www.themegallery.com Kết thu Bộ mã có K = Khi cho K thay đổi LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Ứng dụng mã chập Mã chập sử dụng phổ biến hệ thống thông tin tại: Sử dụng Sử dụng phổ biến modem dải tần âm điện thoại (voiceband modems) di động GSM, 3G, 4G (V.32, V.17, V.34) LTE Trong thiết bị truyền thông quân đội, thiết bị thu phát vệ tinh LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Một vài lời nhận xét  Qua mô mã xoắn loại kênh truyền, ta rút số kết luận sau: Bộ mã xoắn có K lớn cho ta chất lượng thu tốt Kênh truyền Gauss có độ nhiễu nhỏ so với kênh Rayleigh Công suất phát tín hiệu lớn độ xác thu tốt Thuật toán giải mã yếu tố quan trọng định chất lượng tín hiệu thu Bộ mã xoắn với nhiều ưu điểm sử dụng rộng rãi thông tin truyền thông LOGO Viện Điện tử - Viễn thông LOGO Hà nội 3/2014 Viện Điện tử - Viễn thông [...]... www.themegallery.com Một số bộ mã chập thông dụng  Bộ mã có chiều dài K = 9, tốc độ mã hóa R =1/2, đa thức sinh la g(x) = [753 ,561] LOGO www.themegallery.com Một số bộ mã chập thông dụng  Bộ mã có chiều dài K = 7, tốc độ mã hóa R = 1/3 , đa thức sinh la g(x) = [133,171, 165], bộ mã này được sử dụng dành cho kênh PBCH của trong hệ thống LTE-4G LOGO www.themegallery.com Cách biểu diễn một bộ mã chập Sơ đồ hình...Phân biệt mã khối và mã trellis  Mã hóa khối là mã hóa không nhớ.Tức là khi ta cho một chuỗi dữ liệu K bit, thì ngõ ra của bộ mã hóa khối là một khối dữ liệu n bit duy nhất  Mã hóa chập (mã trellis) không kết nối các khối bit riêng vào trong một khối từ mã, thay vào đó nó sẽ chấp nhận một chuỗi bit liên tục và taọ thành một chuỗi ngõ ra Hiệu quả hay tốc độ dữ liệu của mã hóa chập được đánh giá... số trạng thái hữu hạn, và được tổng hợp bởi các bộ XOR để tính toán trạng thái đầu ra  Một bộ mã chập thường được biểu diễn là (n, k, m)  Trong đó :  n là số bit ở đầu ra tương ứng với k bit đi vào bộ mã  k là số bít đi vào bộ mã trong mỗi chu kì mã  m là số trạng thái nhớ lớn nhất của bộ mã, tương ứng với số thanh ghi dịch của bộ mã Ngoài ra ta còn có K = m +1 tương ứng với chiều dài của bộ mã. .. www.themegallery.com Mã khối tuyến tính LOGO www.themegallery.com Mã Hamming LOGO www.themegallery.com Ví dụ về mã Hamming LOGO www.themegallery.com Cấu trúc bộ mã Hamming LOGO www.themegallery.com Quy tắc giải mã sửa lỗi bên thu LOGO www.themegallery.com Quy tắc giải mã sửa lỗi bên thu LOGO www.themegallery.com Khái niệm bộ mã chập  Mã chập được tạo ra bằng cách cho chuỗi thông tin truyền qua hệ thống các thanh... Viễn thông Phân loại giải mã Giải mã quyết định cứng  Giải mã quyết định cứng sử dụng loại lượng tử hóa 1 bit trên các giá trị kênh nhận được  Thuật toán đơn giản nhưng chất lượng thông tin thu được không cao Giải mã quyết định mềm  Giải mã quyết định mềm sử dụng loại lượng tử hóa nhiều bit trên các giá trị kênh nhận được  Thuật toán phức tạp hơn nhưng chất lượng thông tin thu được rất tốt LOGO... Biểu diễn mã chập Sơ đồ lưới Bảng chuyển trạng thái Các nhánh của cây chính là các tuyến mã, dựa vào các tuyến mã này, ta sẽ xác định được đầu ra Sơ đồ hình lưới cho ta một cách biểu diễn các tuyến mã một cách gọn hơn Bảng chuyển trạng thái đưa ra đáp ứng trạng thái tương ứng của đầu ra theo đầu vào LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Biểu diễn dưới mô hình hình cây  Sơ đồ hình cây của bộ mã chập (2, 1,... trellis)  Thực hiện dựa vào thông số metric đó chính là khoảng cách Hamming giữa cặp bit của ký hiệu nhận được và cặp bit có thể của kênh truyền (khoảng cách Hamming được tính một cách đơn giản bằng cách đếm có bao nhiêu bit khác giữa cặp bit nhận được từ kênh truyền và cặp bit so sánh) LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Mô tả chi tiết thuật toán Bước 1 Chọn một trạng thái có thông số metric nhỏ nhất và lưu... bộ mã LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Ví dụ minh họa cấu trúc bộ mã chập (2,1,2) Bộ mã Tính toán đầu ra  Hai đa thức sinh của bộ mã lần lượt là chuỗi g1= [1 1 1] và g2 =[ 1 0 1]  Đầu vào là x, tốc độ mã hóa là ½ sẽ cho ta 2 đầu ra là c(1) và c(2)  Giả sử chuỗi đầu vào là m = {1, 1, 0, 0, 1, 0, 1} LOGO www.themegallery.com Ví dụ minh họa cấu trúc bộ mã chập (2,1,2) Bộ mã Tính toán đầu ra  c(1) = {1,... Biểu diễn dưới mô hình lưới  Sơ đồ lưới của bộ mã chập (2, 1, 2) với đa thức sinh (7, 5) LOGO www.themegallery.com Sơ đồ chuyển trạng thái  Bảng chuyển trạng thái Sơ đồ chuyển trạng thái LOGO www.themegallery.com Thuật toán giải mã Thuật toán giải mã Viterbi Thuật toán giải mã LOG-MAP LOGO www.themegallery.com Thuật toán giải mã Viterbi  Thuật toán giải mã Viterbi được thực hiện dựa trên sơ đồ lưới(hay... mã hóa chập được đánh giá bằng tỉ lệ của số bit ngõ vào k, và số bit ngõ ra n LOGO www.themegallery.com Mã khối tuyến tính  Từ dữ liệu và từ mã: Chia bản tin thành các khối(block), mỗi khối gồm k bit, được gọi là từ dữ liệu (datawword)  Thêm r bit dư vào mỗi khối để tạo thành khối gồm n bit được gọi là từ mã( codeword), với n = k + m LOGO www.themegallery.com Số học modulo (phép cộng modulo)  Phép ... dung Mô hình Hệ thống thông tin số Tổng quan mã kênh Khái niệm cấu trúc mã chập Thuật toán giải mã Viterbi Chương tình mô kết LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Mô hình hệ thống thông tin số  Mô hình... Viễn thông Mô Systemvue LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Kết thu LOGO Viện Điện tử - Viễn thông Mô C Chương trình cho phép thay đổi thông số hệ thống để mô trường hợp mã hóa, điều chế mô hình kênh. .. www.themegallery.com Một số mã chập thông dụng  Bộ mã có chiều dài K = 9, tốc độ mã hóa R =1/2, đa thức sinh la g(x) = [753 ,561] LOGO www.themegallery.com Một số mã chập thông dụng  Bộ mã có chiều dài