Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 42 - CHƯƠNG IV CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ADSL 4.1 Sơ đồ chương trình mô phỏng hệ thống ADSL: Hình IV.1 Sơ đồ mô phỏng hệ thống ADSL. Giới thiệu : Sơ đồ mô phỏng hệ thống ADSL bên trên mô phỏng hoạt động của một hệ thống ADSL như trong thực tế với những thông số thực. Tín hiệu vào, từ bộ phát ngẫu nhiên, sẽ được truyền đi bằng hai đường FAST và INTERLEAVE với cách mã hoá và sửa lỗi khác nhau. Tại đầu thu, tín hiệu sẽ được phục hồi và sửa lỗi. Tuy nhiên, ở mô hình này, chúng em chỉ truyền dữ liệu mà không quan tâm đến truyền thoại, đồng thời tín hiệu truyền trên dây chỉ bị ảnh hưởng bởi nhiễu trắng Gauss mà không bị ảnh hưởng bởi những yếu tố khác. Để hiểu cách hoạt động của hệ thống trên, xin hãy lướt qua chức năng của các khối và dạng sóng ở lối vào và lối ra của mỗi khối: PHẦN MẠCH PHÁT :  Bernoulli Binary Generator :  chức năng : tạo ra các chuỗi bit nhị phân ngẫu nhiên. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 43 -  lối ra : các Frame dữ liệu : 9 Số mẫu / Frame : 1552. 9 Sample time : (1/4000)/1552. Dữ liệu ra sẽ được đưa vào 2 bộ Vector Selector.  Khối Vector Selector :  chức năng : dùng để chọn các mẫu trong Frame.  Vector Selector (1) : 9 Vào : các Frame dữ liệu (1552 mẫu). 9 Ra : các Frame dữ liệu (776 mẫu đầu). Dữ liệu ra sẽ đi vào đường Fast và vào khối CRC Generator.  Vector Selector : 9 Vào : các Frame dữ liệu (1552 mẫu). 9 Ra : các Frame dữ liệu (776 mẫu sau). Dữ liệu ra sẽ đi vào đường Interleaver và vào khối CRC Generator.  Khối CRC Genarator :  Chức năng : 8 bit CRC được tính toán và thêm vào ở byte đầu của frame 0 của siêu khung kế tiếp.  Lối ra : là các frame đâ được chèn thêm 8 bit kiểm. Dữ liệu ra từ khối CRC Generator (ở cả hai tuyến Fast và Interleaver) sẽ được đưa vào khối Scrambler & Fec (ở cả hai tuyến). Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 44 - Hình IV.2 Dạng sóng lối vào (đồ thị trên) và dạng sóng lối ra (đồ thị dưới) của CRC  Khối Scrambler & Fec : Đây là tổng hợp của cả hai khối Scrambler và Fec. Khối Scrambler :  Chức năng : dùng để ngẫu nhiên hóa các bit ngoại trừ các bit đồng bộ khung và các bit chèn bằng đa thức bậc 23 trước khi được mã hóa. 9 Vào : là các Frame đã được gắn bit kiểm CRC. 9 Ra : là các Frame đã được ngẫu nhiên hóa. Khối Fec :  Chức năng : mã hóa Reed_Solomon (RS). 9 Vào : các Frame đã được ngẫu nhiên hóa. 9 Ra : các Frame đã được mã hóa RS Dữ liệu ra (đường Fast) sẽ đi tới khối Vert Cat, dữ liệu ra (đường Inteleaver) sẽ đi đến khối Convolutional Inteleaver rồi mới đến khối Vert Cat. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 45 - Hình IV.3 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối Scrambler.  Khối Convolutional Interleaver :  chức năng : hoán vị tín hiệu vào bằng cách sử dụng bộ thanh ghi dịch. 9 Vào : Là các Frame đã được ngẫu nhiên và mã hóa RS. 9 Ra : các Frame đã bị hoán vị (bị chèn ). Dữ liệu ra sẽ được đưa đến khối Vert Cat. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 46 - Hình IV.4 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối Convolutional Interleaver.  Khối Vert Cat (Matrix Concatenation) :  chức năng : tổng hợp các khung dữ liệu (sau khi đã được gắn các bit kiểm và ngẫu nhiên hóa) từ hai đường Fast và Interleaver thành một siêu khung . 9 Ra : là một ma trận dạng cột. Dữ liệu ra sẽ được đưa vào khối DMT Modulation.  Khối DMT Modulation : dùng phương pháp QAM để điều chế.  chức năng : phân kênh tín hiệu thành nhiều kênh con nhằm hạn chế xuyên nhiễu giữa các ký hiệu bằng phương pháp điều biến đa kênh rời rạc. 9 Ra : luồng dữ liệu đã được điều biến QAM (điều biến biên độ cầu phương). Tín hiệu này sẽ được đưa đến bộ thu bằng đường dây điện thoại (Telephone Line). Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 47 - Hình IV.5 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối DMT  Khối Telephone Line :  chức năng : giống như đường dây điện thoại thưc sự, nhưng ở đây chỉ xét nhiễu trắng,bỏ qua các loại nhiễu đường dây khác. 9 Ra : dữ liệu ra có dạng là tín hiệu Analog (đã được cộng thêm nhiễu trắng AGWN). Lúc này trên kênh truyền, ở tần số thấp sẽ là tín hiệu thoại, ở tần số cao sẽ là 256 kênh truyền chứa các ký hiệu DMT (mà đã mã hóa thành các tín hiệu Analog). Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 48 - Hình IV.6 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối Telephone Line. PHẦN MẠCH THU :  Khối DMT Demodulation :  chức năng : giải điều chế, ghép các subchannels (kênh con) thành một kênh tín hiệu duy nhất như trước khi truyền. 9 Vào : tín hiệu Analog đa tần rời rạc (cộng thêm nhiễu AGWN). 9 Ra : là các Frame dữ liệu. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 49 - Hình IV.7 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối DMT Demodulation.  Khối Vector Selector :  chức năng : dùng để chọn các mẫu trong Frame.  Vector Selector (1) : 9 Vào : các Frame dữ liệu (1680 mẫu). 9 Ra : các Frame dữ liệu ( 840 mẫu đầu). Dữ liệu ra sẽ đi vào đường Fast.  Vector Selector (2) : 9 Vào : các Frame dữ liệu (1680 mẫu). 9 Ra : các Frame dữ liệu (840 mẫu sau). Dữ liệu ra sẽ đi vào đường Interleaver. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 50 -  Khối Convolutional Deinterleaver : khối này có chức năng ngược với khối Convolutional Interleaver.  chức năng : phục hồi thứ tự của tín hiệu đã bị hoán vị bằng các dùng các thanh ghi dịch. 9 Ra :các bytes trong Frame đã được sắp xếp lại giống như ở mạch phát. Hình IV.8 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối Convolutional Deinterleaver.  Khối Z -800 :  chức năng : trì hoãn tín hiệu vào (800 chu kỳ mẫu).  Khối Descrambler & Fec :  chức năng : đây cùng là sự tổng hợp của hai khối : khối giải mã RS và khối giải ngẫu nhiên hóa. 9 Vào : các Frame dữ liệu đã được trì hoãn. 9 Ra : các frame dữ liệu đã được giải mã và sắp xếp lại. Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 51 - Hình IV.9 Dạng sóng đầu vào (đồ thị trên) và dạng sóng đầu ra (đồ thị dưới ) của khối Descrambler & Fec.  Khối CRC Syndrome :  chức năng :loại bỏ các bit kiểm CRC đã gắn vào ở mạch phát và kiểm tra lỗi. 9 Vào : là các Frame dữ liệu còn CRC. 9 Ra : là các Frame dữ liệu ban đầu. Ở khối này việc kiểm tra lỗi sẽ được thực hiện trên các syndrome .  Khối Error Rate Calculation :  Chức năng: tính tốc độ sai bit hay tốc độ sai ký hiệu của dữ liệu vào. Khối Error Rate Calculation so sánh dữ liệu đầu vào từ bộ phát với dữ liệu đầu vào từ bộ thu. Nó tính toán tốc độ sai lỗi bằng cách chia số bit sai cho tổng số bit nhận được. Nhận xét : Tín hiệu từ đầu phát được đưa đến đầu thu bằng hai đường (Fast(non- Interleave) và Interleave). Ta có thể quan sát dạng sóng ở đầu thu và đầu phát của hệ thống trên theo hai đường: [...]...Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL Tín hiệu đi theo đường Interleave: Hình a) Dạng sóng đầu phát(đồ thị bên trên) và dang sóng đầu thu(đồ thị bên dưới) của đường truyền Interleave Tín hiệu đi theo đường Fast: Hình b) Dạng sóng đầu phát(đồ thị bên trên) và dang sóng đầu thu(đồ thị bên dưới) của đường truyền Fast - 52 - Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL Giải thích: Do những ảnh hưởng của đường truyền... quan sát trên phần hiển thị của khối Error Rate Calculation 4.2 MỘT SỐ THUẬT TOÁN CHÍNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG: 4.2.1 MÃ KIỂM TRA CRC : (Cyclic Redundancy Check : mã kiểm tra dư chu kỳ) Hình IV.10 Đồ thị 1:dạng sóng lối vào; Đồ thị 2: dạng sóng đã gắn mã kiểm tra CRC; Đồ thị 3: dạng sóng sau khi đã được gở bỏ mã kiểm tra CRC - 53 - Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL ADSL sử dụng các mã kiểm tra... phương trình (1), ta phải hiểu cách hoạt động của i(X)Xn-k và i(X)Xn-k modg(X) Như đã đề cập trước cho mã hóa hệ thống, ta thay những ký hiệu thông tin bằng những hệ số có số mũ cao hơn Vì thế i(X)Xn-k có nghĩa là ta phải dịch các ký hiệu thông tin nhằm đạt được hàm mũ cao hơn của X, từ n-1 xuống n-k Ta điền vào những vị trí còn lại từ mũ n-k-1 đến 0 bằng zeros - 58 - Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL. .. cách lợi dụng những cấu trúc đã được tổ chức của mã hóa trận đã được đề cập Ta có thể sử dụng kỹ thuật Berlekamp để giải quyết phương trình chính (để tìm ra những đa thức định vị lỗi) trong quá trình giải mã - 59 - Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL Thủ tục giải mã cho mã hoá RS liên quan đến việc quyết định các vị trí và độ lớn các lỗi trong đa thức r(X).Các vị trí là các bậc của X (X2,X3, …) trong... trên của chiều dài đa thức thông tin mà thực tế không thể vượt qua được ) 3 Tất cả các số lẻ lỗi bit được phát hiện (vì hệ số 1+Z trong g(D)g(Z) không chia hết đa thức lỗi bất kỳ với số lẻ 1 trong nó.) trong trường hợp trạng thái ổn định của ADSL, điều này không được bảo đảm - 54 - Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL 4 Các lỗi với chiều dài nhỏ hơn hoặc bằng r (vì phần dư sau khi chia sẽ là bội số của. .. thập phân của đầu ra IFFT mô tả trên - 69 - Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL IDFT ( Xn) = [ ] 1 * * DFT ( X k ) N Yêu cầu tính toán cho IFFT hoàn toàn giống cho FFT gồm N/2log2(N) phép toán buterfly hay 3Nlog2(N) phép toán thực Trong DMT các giá trị thực đầu ra của IFFT trong phần phát có thể tận dụng trong một nửa các phép tính cần thiết của IFFT Điều này có được là do tính đối xứng liên hợp của đầu... vào của bộ chèn có nhịp là 1/N nhịp của đồng hồ byte Do đó, một từ mã với N=4 bytes được ghi lên mỗi hàng của bộ đệm ghi Theo chu kỳ NL=12 bytes, bộ đệm ghi sẽ đầy Đồng hồ đầu ra bộ đệm trưyền có nhịp 1/L của đồng hồ byte Bộ đệm đọc đọc L=3 bytes từ mỗi cột trong mỗi chu kỳ của đồng hồ đầu ra bộ chèn Bộ chèn bắt đầu/kết thúc ghi vào bộ đệm ghi đúng vào các thời điểm - 62 - Phân tích và mô phỏng hệ thống. .. và mô phỏng hệ thống ADSL 4 Để giải các phương trình chính(để tìm ra các vị trí lỗi) áp dụng thuật toán Berlekamp Làm như thế sẽ cho ta đa thức định vị lỗi Λ ( X ) Hình IV.14 là lưu đồ thực hiện thuật toán Berlekamp cho cả lỗi và erasure Hình IV.14 Lưu đồ thuật toán Berlekamp 5.Tìm nghiệm của Λ( X ) chính là tìm ra vị trí của các lỗi( Xk-1 và Xk) 6 Xác định các đa thức lỗi/erasure sử dụng phương trình. .. dạng xung bởi sin & cos loại bỏ năng lượng khỏi băng gốc để tránh mức độ DC của cặp biến đổi đôi dây xoắn Các xung QAM chịu sự suy yếu nghiêm trọng từ đường dây trong ADSL Một vài nhà chế tạo sử dụng các hệ thống tương thích với QAM QAM thường được sử dụng trong Modem băng thoại mà ở đó - 70 - Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL các đặc tính đường dây có ít sự biến động trên băng tần nhỏ từ 3- 4 kHz,... là hệ số của đa thức và số mũ của biến X chỉ thứ tự mà bộ mã hoá và bộ giải mã nhận và xuất ra những ký hiệu liên quan 4.2.3.2 MÃ HÓA RS(n,k): Phương trình chính để xác định hoạt động mã hoá hệ thống cho Mã RS là: c(X)=i(X)Xn-k + [i(X)Xn-k] mod g(X) (1) với c(X): đa thức bậc n, i(X) là đa thức thông tin bậc k-1, i(X)Xn-k mod g(X) là đathức parity bậc n-k-1,và g(X) là đa thức chung bậc n-k Mã hoá hệ thống . Phân tích và mô phỏng hệ thống ADSL - 42 - CHƯƠNG IV CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ADSL 4.1 Sơ đồ chương trình mô phỏng hệ thống ADSL: Hình. ADSL: Hình IV.1 Sơ đồ mô phỏng hệ thống ADSL. Giới thiệu : Sơ đồ mô phỏng hệ thống ADSL bên trên mô phỏng hoạt động của một hệ thống ADSL như trong thực