Tiểu luận môn học phát thanh và truyền hình (8)

Phát truyền hình Mã hóa RCPC Nhóm 06 Kiều Mạnh Dũng – B18DCVT062 Đỗ Ngọc Anh Tú – B18DCVT366 Lê Trung Hiếu – B18DCVT150 Mục lục : Mã hóa RCPC Mã xoắn kỹ thuật giải mã Chất lượng mã đục lỗ Ứng dụng mã RCPC Giới thiệu chung - Ra đời từ năm 50 (thế kỷ 20) mã xoắn không hiệu phức tạp chất lượng giả mã không cao - Năm 1967, thuật toán Viterbi mang đến đơn giản hiệu sửa mã tốt cho mã xoắn - Ngày nay, mã xoắn đóng vai trị chủ đạo hệ thống thông tin đại (như hệ thống thông tin di động tế bào mặt đất) - Việc nghiên cứu chất lượng sửa lỗi mã xoắn tỷ lệ khác xuất phát từ mã gốc với loại kênh truyền khác giúp cho việc ứng dụng mã xoắn hệ thống truyền tin hiệu 1 Mã xoắn kỹ thuật giải mã 1.1 Mã xoắn tham số đặc trưng - Đặc trưng mã xoắn dấu mã phụ thuộc vào dấu thông tin thời điểm mà phụ thuộc vào số dấu thông tin thời điểm trước - Mã xoắn tồn hai dạng nhị phân phi nhị phân – Thực tế dạng nhị phân sử dụng rộng rãi hơn, nên ta sử dụng dạng nhị phân mã xoắn 1 Mã xoắn kỹ thuật giải mã •  1.2 Cấu trúc mã xoắn Cấu trúc, tính chất mã xoắn phụ thuộc đa thức sinh tham số đặc trưng: - Tỷ lệ mã hóa : - Độ dài ràng buộc: Khoảng cách Hamming tự do: Giải thích ký hiệu: : Số bit thơng tin : số bit mã thời điểm : số ghi dịch : số bit thông tin thời điểm trước ảnh hưởng đến bit mã thời điểm : khả sửa lỗi mã xoắn Mã xoắn kỹ thuật giải mã Hình 1: Sơ đồ mã hóa xoắn với   Hình 2: Sơ đồ lưới mã xoắn   Tỷ lệ mã hóa: Các trạng thái có: 00, 01, 10, 11 ⇒ Sau lập bảng trạng thái, để đơn giản việc mã hóa giải mã, ta chuyển sơ đồ sơ đồ lưới 1 Mã xoắn kỹ thuật giải mã 1.3 Các thuật toán giải mã xoắn Các thuật toán giải mã xoắn tiếng bao gồm : - Thuật toán giải mã theo ngưỡng - Thuật toán giải mã nối tiếp - Thuật toán giải mã theo phương pháp hợp lẽ cực đại (ML) - Thuật toán giải mã Viterbi (VA) 1 Mã xoắn kỹ thuật giải mã 1.4 Metric thuật tốn Viterbi Metric mã xoắn dùng với mục đích chọn đường tốt để giải mã, với tiêu chí metric căng thấp căng tốt Metric mã xoắn chia làm loại: - Metric nhánh (BM): Khoảng cách Hamming bit kiểm tra mong muốn bit nhận - Metric tuyến (PM) : Giá trị kết hợp với trạng thái lưới Ứng với khoảng cách Hamming qua tuyến gần giống từ trạng thái khởi tạo tới trạng thái Ví dụ: giải thuật viterbi • Đường đỏ : bit • Đường xanh : bit • Dữ liệu ban đầu: 11100 • Metric tuyến : + + + + =1 Hình 3: Sơ đồ giải thuật viterbi Mã xoắn kỹ thuật giải mã 1.5 Kỹ thuật đục lỗ mã xoắn - Do tính chất khơng ổn định kênh truyền với yêu cầu đơn giản thiết bị, kỹ thuật đục lỗ cho mã xoắn -> tạo mã xoắn có tỷ lệ mã hóa khác xuất phát từ mã gốc, giúp tăng hiệu truyền tin, đồng thờisử dụng chung thiết bị mã hóa giải mã - Bản chất kỹ thuật đột lỗ q trình xóa khơng truyền số bit mã hóa tỷ lệ thấp cách có hệ thống Vì cấu trúc lưới mã hóa khơng thay đổi nên số bit thông tin chuỗi giữ nguyên Kết chuỗi đầu thuộc mã xoắn đục lỗ (PC) có tỷ lệ cao  Đưa qua ma trận đục lỗ P có dạng Các vị trí ma trận P kí đánh dấu Vị trí bit truyền qua 1, ngược lại Hình 4: Bộ mã hóa PC dựa mã tỷ lệ 1/n Mã xoắn kỹ thuật giải mã 1.5 Kỹ thuật đục lỗ mã xoắn Hình 5: Bộ mã hóa PC tỷ lệ mã 2/3 Ma trận mẹ có tỷ lệ mã hóa 1/2 Ma trận đục lỗ có dạng 2*2 , bit qua có bit bị đục ⇒ Bộ mã hóa mã hóa PC có tỷ lệ mã hóa ½ * 4/3 = 2/3 Vị trí bit sau bị đục qua ma trận đục lỗ P kí hiệu “0” “1 ” Chất lượng mã đục lỗ Đánh giá chất lượng - Sử dụng mã Qualcomm có K =7 ; tỷ lệ mã hóa r =1/2 đa thức sinh g =(171,131) Tại đầu phát, luồng bit điều chế BPSK theo kênh AWGN Tại đầu thu, thông tin giải điều chế Viterbi định mềm mức Hình 6a: Chất lượng sửa lỗi mã Qualcomm đục lỗ với tỷ lệ khác qua kênh AWGN Hình 6b: Chất lượng sửa lỗi mã Qualcomm đục lỗ với tỷ lệ khác qua kênh Rayleigh Hình 6c: Chất lượng sửa lỗi mã Qualcomm với mẫu đục khác qua kênh Gauss Chất lượng mã đục lỗ Đánh giá chất lượng - Từ kết nhận cho thấy, chất lượng mã xoắn sử dụng mẫu đục thứ tốt so với mẫu đục thứ khoảng 0,5 dB Sở dĩ có kết lượng thông tin chứa bit mã vai trị bit q trình giải mã ⇒ Để mã xoắn đục lỗ mang lại chất lượng hiệu tốt cho hệ thống truyền tin, khơng phải tìm mã xoắn tốt mà cịn phải tìm mẫu đục tốt tương ứng với mã 3 Ứng dụng mã hóa RCPC 3.1 Đường truyền lai ghép ARQ/FEC - Với khn truyền liệu mà có kênh trả về, khn Lặp lại yêu cầu tự động(ARQ) đảm bảo tin cậy cao với chất lượng kênh tốt đến trung bình - Hiệu suất giảm chất lượng kênh phụ thuộc thời gian - Ta kết hợp với Sửa sai hướng (FEC) để tạo hệ thống lai ghép, kết hợp điểm mạnh hai phương thức - Đã có nhiều phương thức khác đề xuất báo cáo, sử dụng mã RCPC với thuật toán giải mã Viterbi (VA) cho truyền dẫn bit kiểm tra chẵn lẻ (parity) liên tiếp - Định lý đằng sau khuôn ARQ/FEC đề không lặp lại thông tin hay bit kiểm tra chẵn lẻ truyền dẫn thất bại, mà truyền thêm bit mã mã RCPC với tỉ lệ thấp mã đủ mạnh để giải mã ⇒ Việc yêu cầu phía nhận giải mã nhiều lần, việc hồn tồn thiết bị di động hệ thống với tỷ suất liệu khoảng kbit/s giải mã VA chạy chip với tỷ lệ cao 3 Ứng dụng mã hóa RCPC •  3.2 Giao thức ARQ/FEC với mã RCPC Mã hóa: Giao thức ARQ/FEC thực bước sau truyền khối liệu I, thường chứa n = 100 đến 1000 bit Thêm bit kiểm tra chẵn lẻ để tạo mã phát lỗi VD: nhiều 16 bit CRC Thêm M bit “0” bit biết để chấm dứt nhớ mã hóa ghi dịch cho khối “thông tin” () M nhớ mã hóa xoắn Sử dụng mã hóa 1/N để mã hóa mã xoắn lưu truyền tín hiệu, khả lưu ma trện Hình Ma trận lý thuyết sửa đổi theo nhiều cách để thực interleaving 3 Ứng dụng mã hóa RCPC •  3.2 Giao thức ARQ/FEC với mã RCPC Truyền dẫn giải mã: Truyền P hàng ma trận Truyền thêm hàng ma trận lên tới index l dựa theo bảng đục lỗ Giải mã mã RCPC với tỷ lệ P/(P+l) với thuật toán Vertibi Kiểm tra syndrome mã Nếu syndrome 0, đầu I gửi ACK đến phát Nếu syndrome khác 0, tăng l lặp lại bước (2) – (4) - Nếu giải mã thành công với l=(N-1)P, vd: R = 1/N, có vài khả xử lý Một giao thức cao chiếm quyền bắt đầu lại tồn q trình từ bước Ứng dụng mã hóa RCPC 3.2 Giao thức ARQ/FEC với mã RCPC Hình 7: Khn mã hóa ARQ-FEC với mã RCPC Ứng dụng mã hóa RCPC 3.2 Giao thức ARQ/FEC với mã RCPC - Có khả frame với khối thơng tin I có lỗi FEC đủ nhỏ Hồn tồn tăng l bước Số lượng bước phụ thuộc vào information rate với decoder speed - Với điều kiện kênh biến động, tăng theo số mũ có lợi, vd: l=1,2,4,8,16 Điều thực giải mã FEC số lượng tốt đa cần thiết ⇒ Gây chút thiệt hại nhỏ đến hiệu đầu ra, ví dụ, lần thử thứ 10 thành công, tiết kiệm lần truyền từ 11 đến 16 - Với giao thức này, tin ACK gửi sau giải mã frame thành công Bộ mã hóa gửi thêm bit mã nhận tin ACK Nếu việc giải mã thành cơng bước l s Nếu có độ trễ hai chiều TD đường truyền với tỷ lệ 1/TS, mã hóa truyền TD/TS bit khơng cần thiết ⇒ Việc giảm hiệu - Nếu tin ACK bị mất, mã hóa tiếp tục gửi bit không cần thiết l=(N-1)P ⇒ Khả tin ACK lỗi nhỏ, tác động lên hiệu nhận thấy ⇒ Kênh phản hồi sử dụng lần frame kênh phản hồi không làm ảnh hưởng đến giao thức Kết luận - Mã xoắn tỷ lệ thấp cách đục lỗ chu kỳ với cách thức tỷ lệ tương thích có FEC Giới hạn cho mã tốt so với mã tốt mà biết với tỷ lệ phức tạp tương đương - Một điểm bất lợi mã đục lỗ với tỷ lệ cao lỗi đường dài Điều cần nhớ đường dài VA, thêm chuỗi đồng bit liệu biết trước theo chu kỳ - Vì điều kiện tương thích đảm bảo dùng bit thừa cho code tỷ lệ thấp, mã RCPC hoàn toàn sử dụng giao thức ARQ/FEC có khả bảo vệ lỗi sánh - Cả hai phương thức kết hợp để có khả bảo vệ lỗi sánh cho điều kiện kênh phù hợp - Thiết kế mã nguồn kênh kết hợp cho truyền dẫn tiếng nói cho hình ảnh có tầm tự cách sử dụng mã RCPC tỷ lệ mã thay đổi frame liệu truyền dẫn tùy thuộc nhu cầu ... lưu truyền tín hiệu, khả lưu ma trện Hình Ma trận lý thuyết sửa đổi theo nhiều cách để thực interleaving 3 Ứng dụng mã hóa RCPC •  3.2 Giao thức ARQ/FEC với mã RCPC Truyền dẫn giải mã: Truyền. .. xoắn có tỷ lệ mã hóa khác xuất phát từ mã gốc, giúp tăng hiệu truyền tin, đồng thờisử dụng chung thiết bị mã hóa giải mã - Bản chất kỹ thuật đột lỗ trình xóa khơng truyền số bit mã hóa tỷ lệ thấp... trí ma trận P kí đánh dấu Vị trí bit truyền qua 1, ngược lại Hình 4: Bộ mã hóa PC dựa mã tỷ lệ 1/n Mã xoắn kỹ thuật giải mã 1.5 Kỹ thuật đục lỗ mã xoắn Hình 5: Bộ mã hóa PC tỷ lệ mã 2/3 Ma trận