Công nghệ mã hóa DMT trong internet

Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội LỜI CẢM ƠN Hằng năm quan tâm ban giám hiệu trường đai học giao thông vận tải Hà Nội, sinh viên đại học giao thông vận tai Hà Nội có điều kiện thực nghiên cứu khoa học sinh viên.Đây hoạt động bổ ích mang lại nhiều kiến thức cho sinh viên.Nhờ nghiên cứu khoa học sinh viên mà sinh viên có điều kiện tiếp xúc, làm quen với hoạt động nghiên cứu, sau lao động phục vụ tổ quốc có khả tiếp cận va nghiên cứu dễ dàng không gặp bỡ ngỡ…hơn hoạt động nghiên cứu khoa học sinh viên cịn giúp cho sinh viên có điều kiện tiếp xúc tìm hiểu kỹ lĩnh vực minh nghiên cứu Niên học 2006-2007 nhà trường tiếp tục phong trào năm, chúng em khóa 44 có thêm hội tham gia tìm hiểu Được giúp đỡ khoa Điện-Điện tử, thầy cô giáo khoa, chúng em-nhóm nghiên cứu DMT tham gia nghiên cứu đề tài khoa học để nâng cao kiến thức thân lĩnh vực nghiên cứu lĩnh vực liên quan Kiến thức hành trang vững cho chúng em bước vào thực tế công việc sau trường công tác Vì vậy, mở đầu báo cáo em xin chân thành cảm ơn Trường đại học giao thông vận tải, khoa điên-điện tử thầy giáo, cô giáo tạo điều kiện, nhiệt tinh bảo chúng em làm nghiên cứu Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Quang Thanh hướng dẫn tận tình lúc chúng em bỡ ngỡ giúp chúng em hồn thành nghiên cứu Vì thời gian điều kiện có hạn nên đề tài nghiên cứu chúng em khơng khỏi thiếu sót, chưa hồn hảo, kính mong q thầy cơ, ban giám khảo tồn thể bạn tham gia góp ý cho chúng em cho nghiên cứu hoàn hảo Về phần chúng em nỗ lực để hoàn thiện đề tài Nhóm nghiên cứu DMT Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thông vận tải Hà Nội Mục lục Lời cảm ơn .Error! Bookmark not defined Mục lục Phần 1: Lý thuyết tổng quan DMT I Giới thiệu chung DMT II Điều chế QAM Điều biên cầu phương - QAM QAM – mức QAM-16mức III Điều chế đa tần rời rạc (DMT) 10 3.1 Nguyên lý điều chế đa tần rời rạc 10 3.2 DMT DFT 13 3.3 Hệ thống DMT tham số 16 3.3.1 Kênh truyền ảnh hưởng khênh truyền 17 3.3.2 Hệ thống đơn sóng mang 20 3.3.3 Xấp xỉ QAM vuông 20 3.3.4 Phân tích đa sóng mang 20 3.3.4.1 Các giả thiết 21 3.3.4.2 Tính tốc độ độ dự phòng 22 3.3.4.3 Tổng kết bước tính tốn hoạt động hệ thống DMT 24 3.3.5 DMT với chiều dài khối hữu hạn 24 3.3.6 Phân chia tải (bit loading) 26 3.3.6.1 Các thuật toán tải bit 26 3.3.6.2 Thuật tốn tối ưu “rót nước” (water-filling) 27 3.3.7 Cân cho DMT 29 3.4.Sơ đồ tổng thể hệ thống DMT 31 3.4.1 Máy phát DMT 31 3.4.2 Máy thu DMT 33 IV Mã sửa lỗi Reed-Solomon 33 4.1 Giới thiệu mã Reed-solomon 33 4.2 Các đặc điểm mã RS 35 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội 4.2.1 Cấu tạo mã RS 35 4.2.1.1 Đa thức trường 35 4.2.1.2 Đa thức sinh 36 4.2.2 Khả sửa sai mã RS 37 4.2.3 Tăng ích điều chế (coding gain) mã RS 37 4.3 Mã hoá giải mã mã RS 38 4.3.1 Mã hoá RS kiến trúc mã hoá RS 38 4.3.2 Giải mã kiến trúc giải mã RS 39 Phần :Trang web giới thiệu DMT mô điều chế QAM 41 Mô điều chế QAM 41 Giới thiệu trang DMT 42 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội Phần 1: Lý thuyết tổng quan DMT I Giới thiệu chung DMT Điều chế đa tải tin (hay đa sóng mang MCM-Multi Carrier-Modulation) nói chung điều chế đa tần rời rạc (DMT) nói riêng la kỹ thuật điều chế sử dụng nhiều hệ thống truyền dẫn tốc độ cao có số hệ thống DSL Riêng DMT coi la đặc trưng công nghệ ADSL DMT chuẩn hóa cho ADSL liên minh viễn thơng quốc tế (ITU).Các hệ thống truyền thông tốc độ cao địi hỏi kênh truyền có băng thơng rộng Tuy nhiên, nhiễu liên ký tự ISI lại vấn đề lớn liền với kênh truyền băng rộng Nguyên nhân ISI tạo dạng phổ kênh truyền Có hai giải pháp để chống lại ISI cân toàn kênh điều chế đa tải tin: Cân toàn kênh làm ngược lại hiệu ứng tạo dạng phổ kênh truyền, sử dụng lọc gọi cân cân tuyến tính dễ cài đặt chúng lại khuếch đại nhiễu lên làm giảm cấp hoạt động toàn hệ thống Trái lại, điều chế đa tải tin, kênh truyền chia thành nhiều kênh có băng thông nhỏ gọi kênh Nếu kênh đủ nhỏ để hệ số khuếch đại (Gain) kênh kênh xấp xỉ số khơng có ISI xuất kênh Như vậy, thơng tin truyền qua kênh băng hẹp mà khơng có ISI tổng số bít truyền tổng số bít truyền qua kênh Nếu cơng suất sẵn có phân chia cho kênh vào tỷ số tín hiệu tạp âm (SNR) kênh đạt hiệu suất phổ cao Một phương pháp phân chia kênh thành kênh hiệu Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội thuật toán biến đổi Fourier nhanh FFT Điều chế đa tải tin sử dụng FFT gọi điều chế đa tần rời rạc (DMT) ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) DMT thông dụng ứng dụng hữu tuyến cịn OFDM thơng dụng ứng dụng vô tuyến Sự khác hai phương pháp việc phân chia bit cho kênh Đối với DMT, số lượng bit gán cho kênh phải tính tốn dựa vào tỷ số SNR gửi ngược lại cho máy phát Ngược lại, hệ thống OFDM, sử dụng chủ yếu cho quảng bá – khơng có hồi tiếp từ phía thu phía phát - sử dụng tải bit số ( hay số phiên truyền) Nếu sử dụng cho truyền dẫn thông qua DSL, nơi mà SNR thay đổi nhiều dải băng việc phân chia tải phải ổn định để bảo vệ tải tin với mức SNR thấp nhất, tỷ lệ lỗi tải tin cao làm giảm chất lượng nhiều Phổ công suất phát sóng đa tải tin thể hình 3.7 Tín hiệu đa tải tin phát tổng N tín hiệu (hay kênh con) độc lập, tín hiệu có băng thơng với tần số trung tâm fi (i=1,…, N ) Trong điều chế đa tải tin, khác với ghép kênh phân chia theo tần số thông thường, số bit liệu vào gán cho kênh khác khác Việc Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội phân chia bit tới kênh đảm nhiệm bới điều chế đa tải tin cho đạt hiệu suất cao Trong tối ưu hố hiệu suất kênh gặp phải suy hao kênh tạp âm mang nhiều bit Trong trường hợp, N luỹ thừa để sử dụng phiên thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT) tính tốn Giá trị N để có hiệu suất xấp xỉ tối ưu phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến đổi hàm truyền đạt kênh truyền theo tần số Ở luôn giả thiết N chọn đủ lớn để xấp xỉ hiệu suất tối ưu Đối với mạch vòng thuê bao, người ta chứng minh N = 256 đủ lớn để đạt mức hiệu suất tối ưu Do DMT dạng cụ thể điều chế đa tải tin xây dựng sở điều chế biên độ cầu phương vng góc QAM nên để tìm hiểu DMT trước hết cần tìm hiểu nét điều chế đa tải tin điều chế QAM II Điều chế QAM Điều chế QAM sử dụng kết hợp biên độ pha tải tin để điều chế luồng số tín hiệu Nó sử dụng cặp sóng mang Sine Cosine với thành phần tần số để truyền tải thông tin tổ hợp bit Tại thời điểm có tín hiệu mang thơng tin tổ hợp bit truyền qua Tín hiệu ứng với cụm bit gửi đường truyền Tại phía thu, tín hiệu thu tổng hợp tín hiệu phát với tác động can nhiễu đuờng truyền, pha biên độ tín hiệu bị thay đổi biểu diễn trực quan toạ độ điểm ứng với tín hiệu thu chòm lệch khỏi điểm tương ứng phía phát lượng định Máy thu lựa chọn điểm chịm có khoảng cách đến điểm thu thực tế Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội nhỏ định Sự định sai lỗi nhiễu đường truyền lớn Như chất lượng tín hiệu QAM không phụ thuộc vào tác động can nhiễu đường truyền mà phụ thuộc vào chất lượng hay độ xác máy thu Sau sơ đồ khối sở toán học phương pháp điều chế QAM Sự trực giao hàm sine cosine cho phép chúng truyền đồng thời kênh Xét khoảng thời gian tín hiệu, trực giao thể qua biểu thức (3.1) ∫cos ( 2π / T).sin(2 π / T) dt = (3.1) Trong biểu thức (3.1) T khoảng cách thời gian tồn sóng sine v cosine Do tính chất trực giao nên hàm sine cosine gọi hàm Khi tín hiệu đầu điều chế có dạng sau: Va (t) = X i cos (wt) + Y i sin (wt) (3.2) Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội Điều biên cầu phương - QAM QAM – mức QAM-8 mức kỹ thuật mã hố M mức M = Tín hiệu đầu điều chế 8-QAM tín hiệu có biên độ khơng phải số Bộ phát QAM mức Từ sơ đồ nhận thấy rằng, bit C cung cấp đồng thời không đảo cho hai chuyển đổi mức thành mức tín hiệu QPAM la ln ln Cực tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái logic bit I Q, mà chúng khác Hình: mơ tả chân lý chuyển đổi mức thành mức kênh I Q Hình B? phát 8-QAM mô t? so d? kh?i c?a m?t b? phát Kênh I B? chia fb B? chuy?n d?i thành m? c PAM B? di?u ch? tích fb sin ω c t B? t?o sóng tham chi?u D? li?u d?u f b vào,fb C Kênh Q B? chuy?n d?i thành m? c A) so d? kh?i B? c?ng tuy?n tính B? l?c thông gi?i Ð?u 8-QAM +90 cos ω c t PAM B? di?u ch? tích I/Q C Ð?u 0 1 1 -0,541v -1,307v +0,541v +1,307v B) b?ng chân lý Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thông vận tải Hà Nội QAM-16 mức QAM hệ thống mã hoá M mức M=16 Dữ liệu đầu vào nhóm theo nhóm bit (24=16) Cũng giống điều chế – QAM, hai thông số biên độ góc pha sóng mang tham số biến đổi Bộ phát 16-QAM Hình mô tả sơ đồ khố phát 16-QAM Ở liệu nhị phân đầu vào chia làm kênh: kênh I, I’, Q Q’ Tốc độ bit kênh =1/4 tốc độ bit kênh đầu vào (fb/4) Bốn bit nhịp nối tiếp chia bit, sau chúng đồng thời đưa song song đến kênh sau : I, I’, Q, Q’ Các bit I Q xác định cực tín hiệu đầu chuyển đổi hai mức thành bốn mức (logic 1= dương logic = âm) Các bit I’ Q’ xác định biên độ (logic = 0,821V logic = 0,22V) Như chuyển đổi mức thành mức tạo tín hiệu PAM có mức đầu Tại đầu chuyển đổi 2-4 có khả biên độ khả cực Đó ± 0,22v ± 0,821V Các tín hiệu PAM dưa điều chế sóng mang đồng pha sóng mang cầu phương (+900) điều chế tích Ở điều chế tích I chúng là: 0,821 sinwct; -0,821 sinwct; 0,22 sinwct -0,22 sinwct Ở điều chế tích Q chúng là: 0,821 sinwct; 0,22 sinwct ;-0,821 sinwct; -0,22 sinwct Bộ cộng tuyến tính tổng hợp đầu điều chế tích kênh I kênh Q để tạo 16 trạng thái đầu cần thiết tín hiệu 16 – QAM Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thông vận tải Hà Nội PAM fb fb fb fb sin ω c t fb PAM cos ω c t III Điều chế đa tần rời rạc (DMT) 3.1 Nguyên lý điều chế đa tần rời rạc DMT xây dựng dựa ý tưởng QAM Hãy hình dung có số mã hoá Mỗi mã hoá nhận nhóm bit mã hố mã hố chịm tín hiệu QAM thơng thường Các giá trị đầu từ mã hố chịm sau lại biên độ sóng hình sine cosine Tuy nhiên mã hoá sử dụng tần số khác sóng hình sine cosine Sau đó, tất tải tin hình sine cosine cộng lại gửi qua kênh truyền Dạng sóng sympol DMT đơn giản, thể sơ đồ hình 3.9 10 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội hưởng đến SNR kênh mà lại tham số xác để xác định hiệu suất hệ thống DMT Chuẩn ADSL sử dụng khoảng bảo vệ cân miên thời gian Cân miền thời gian (TEQ) cắt ngắn kênh truyền khoảng bảo vệ ngắn tiền định.TEQ cài đặt dới dạng lọc đáp ứng xung hữu hạn (FIR) có hệ số lọc huấn luyện thời gian khởi tạo Khó khăn việc thiết kế TEQ kết hợp việc tối ưu hoá dung lượng kênh truyền vào thủ tục thiết kế Việc tối ưu hố dung lượng kênh địi hỏi phải giải tốn tối ưu hố phi tuyến, ma lại liên quan đến vấn đề hóc búa độ phức tạp trong tính tốn cho lời giải thời gian thực.Do đó, việc thiết kế TQE thành cơng phải khơng tối ưu hố dung lượng kênh truyền mà cịn phải làm việc với độ phức tạp tính tốn chấp nhận 30 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội 3.4.Sơ đồ tổng thể hệ thống DMT Qua phân tích hệ thống điều chế đa tần rời rạc(DMT) ta minh hoạ cấu trúc hệ thống hình 3.16 Hình 3.16: Hệ thống DMT sử dụng FFT 3.4.1 Máy phát DMT Sơ đồ khối máy thu phát DMT(hoặc OFDM) vẽ hình 3.16 Trong máy phát, Mbits tín hiệu vào đệm vào đệm Các bit sau chia cho N/2 kênh thuật tốn tải bit Trong hệ thống DMT, thuật toán tải bit chia bit cơng suất có sẵn cho kênh dựa vào tỷ số SNR kênh cho kênh có SNR cao nhận nhiều bit kênh có SNR thấp Những kênh có SNR q thấp khơng sử dụng Trong hệ thống OFDM số 31 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội bit kênh khơng đổi, khơng cần có thuật tốn tải bit Bước thứ hai ánh xạ bit gán cho kênh vào cá symbol sử dụng phương pháp điều chế QAM modem ADSL Nhũng symbol nói chung có giá trị phức coi miền tần số Hiệu suất DMT OFDM nàm khâu điều chế sóng mang Thay có N/2 điều chế độc lập, điều chế cài đặt với phép biến đổI FFT ngược (IFFT) Để nhận mẫu thực sau IFFT, N/2 symbol cộng với liên hợp phức chúng Các mẫu nhận miền thời gian gọi DMT symbol.Một khoảng bảo vệ DMT symbol sử dụng để ngăn chặn ISI Nó cài đặt cách chèn thêm vào đầu symbol ν mẫu cuối nó, phần gọi cyclic prefix Như vậy, khối bao gồm ( N+ν ) mẫu thay N mẫu, điều làm giảm thông lượng kênh (N+ν)/N lần ISI loại bỏ hồn tồn kênh có đáp ứng xung có chiều dài nhỏ ν+1 Phần prefix chọn ν mẫu cuối symbol để chuyển đổi hiệu ứng chập tuyến tính kênh thành chập vòng giúp cho máy thu thực đồng symbol Chập vịng cài đặt miền thời gian cách sứ dụng FFT Sau FFT máy thu, symbol tích FFT N điểm đáp ứng xung kênh truyền với FFT N điểm symbol phát v v Hình 3.17: Cyclic prefix 32 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội 3.4.2 Máy thu DMT Máy thu đối xứng máy phát ngoại trừ có thêm cân miền thời gian miền tần số Các cân miền thời gian (TEQ) đảm bảo đáp ứng xung kênh truyền sau cân làm ngắn cho ngắn chiều dài cyclic prefix Nếu cân miền thời gian thành cơng symbol phức nhận sau phép biến đổi FFT tích symbol phát với FFT đáp ứng xung làm ngắn (được cân bằng) cân miền thời gian Bộ cần miền tần số (còn FFT đáp ứng xung làm ngắn kênh truyền (nhân với giá gọi cân khâu) chia symbol nhận cho hệ số trị 1/Bi hình) Sau ánh xạ symbol trở lại bit tương ứng sử dung chòm QAM, chúng biến đổi thành bit nối tiếp IV Mã sửa lỗi Reed-Solomon Cũng nhiều hệ thống truyền dẫn tín hiệu số chất lượng cao khác, hệ thống DSL nói chung ADSL nói riêng có sử dụng kỹ thuật mã hoá sửa lỗi tiến (FEC: Forward Error Corection) Trong ADSL, loại mã sử dụng cho mã hoá sửa lỗi tiến mã Reed-Solomon Phần trình bày khái quát đặc điểm phương pháp mã hoá giải mã ReedSolomon 4.1 Giới thiệu mã Reed-solomon Mã Reed-solomon mã sửa lỗi thuộc loại mã khối tuyến tính, có nhiều ứng dụng thơng tin số lưu trữ Mã R-S sử dụng để sửa lỗi nhiều hệ thống, bao gồm: 33 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội • Các thiết bị lưu trữ (băng từ, đĩa CD, VCD v.v…) • Thơng tin di động hay không dây (điện thoại di động, đường truyền Viba) • Thơng tin vệ tinh • Truyền hình số DVB • Các modem tốc độ cao :ADSL, VDSL v.v…(xDSL) Mã R-S thuộc lớp mã BCH -lớp mã BCH không nhị phân Mã BCH ( mã Bose, Chaudhuri Hocquenghem ) loại mã sửa lỗi vịng ngẫu nhiên quan trọng, có khả sửa nhiều lỗi ứng dụng rộng rãi Trong mã BCH có lớp mã BCH nhị phân mã BCH không nhị phân Mã BCH nhị phân Hocquenghem đưa vào năm 1959, sau Bose Chaudhuri tìm mộ cách độc lập vào năm 1960 Trong số mã BCH không nhị phân, quan trọng mã R-S Mã BCH khơng nhị phân nghĩa mã BCH giá trị hệ số lấy từ trường Galois GF(2m) Mã R-S Reed Solomon giới thiệu lần vào năm 1960 Một hệ thống mã hoá giải mã RS đặc trưng hình sau: Hình 3.18: Hệ thống sử dụng mã RS Bộ mã hoá RS nhận khối thông tin thêm vào bit “dư ” Lỗi xuất truyền dẫn lưu trư nhiều nguyên nhân,(như: tạp âm, vết xước đĩa CD v.v…) Bộ giải mã RS xử lí 34 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thông vận tải Hà Nội khối liệu cố gắng sửa lỗi để khôi phục lại liệu ban đầu Số lượng kiểu lỗi sửa phụ thuộc vào đặc tính mã RS 4.2 Các đặc điểm mã RS 4.2.1 Cấu tạo mã RS Một mã RS thường kí hiệu RS (n, k) với symbol m bít, n tổng số symbol khối mã k số lượng thông tin hay số symbol liệu Bộ mã hoá lấy k symbol liệu, symbol m bit, thêm (n-k) symbol kiểm tra đẻ tạo thành từ mã n symbol Số lượng lỗi tối đa khối mà mã RS(n,k) đảm bảo sửa t=(n-k)/2 Thông thường n=2m-1 Nếu n nhỏ số mã gọi mã rút gọn Tất thuật toán mã hoá R-S DSL sử dụng mã R-S trường GF(256) trường mở rộng GF(2) với symbol dài byte (m=8) Một mã R-S đặc trưng hai đa thức: Đa thức trường đa thức sinh Đa thức trường xác địng trường Galois mà symbol thành phần trường Đa thức sinh định nghĩa symbol kiểm tra sinh Cả hai đa thức định nghĩa tài liệu đặc tả mã R-S 4.2.1.1 Đa thức trường Đa thưc dùng để tạo trường Galois mã Nó nhập vào dạng số thập phân mà bit dạng nhị phân tương ứng với hệ số đa thức Ví dụ: x8 + x4 + x3 + x2 +1 ⇒ 100011101 ⇒ 285 35 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thông vận tải Hà Nội 4.2.1.2 Đa thức sinh Một từ mã R-S tạo nhờ đa thức đặc biệt gọi đa thức sinh Tất từ mã hợp lệ chia hết cho đa thức sinh Dạng tổng quát đa thức sinh mã R-S gốc sửa sai t lỗi có chiều dài 2m-1 là: g(x) = (x-α)(x-α1)………(x- α2t) (3.37) với α phần tử trường GF(2m) Sau đó, từ mã R-S tạo theo cơng thức: C(x) = g(x).i(x) (3.38) Trong đó: g(x) đa thức sinh i(x) khối thông tin C(x) từ mã hợp lệ Ví dụ: đa thức sinh cho R-S(255,249); 2t = 255-249 = g(x) =(x-α0) (x-α1) (x-α2) (x-α3) (x-α4) (x-α5) g(x) = x6 +g5x5 +g4x4 +g3x3 +g2x2 +g1x1 +g0x0 Thơng tin kiểm tra Hình 3.19: Cấu tạo từ mã Reed-Solomon Sơ đồ thể hiên từ mã R-S điển hình gọi mã hệ thống (systematic) liệu giữ nguyên không đổi chèn thêm symbol kiểm tra vào mà 36 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội Ví dụ: Một mã R-S thường gặp RS(255,223) với symbol bit Mỗi từ mã chứa 255 bytes, số có 223 bytes liệu, lại 32 bytes kiểm tra Với mã này: n= 255, k=223, m=8 2t = 32 Bộ giải điều chế sửa lỗi 16 symbol từ mã, có nghĩa tự động sửa lỗi tối đa 16 byte đâu từ mã cho symbol cỡ m, chiều dài tối đa cho từ mã RS là: n=2m –1 Ví dụ, chiều dài tối đa cho từ mã có symbol dài bit (m=8) 255 byte Độ phức tạp sức mạnh xử lý để mã hoá giải mã mã RS phụ thuộc vào số lượng symbol kiểm tra từ mã t có giá trị lớn có nghĩa sửa nhiều lỗi, lại đòi hỏi khả tính tốn lớn t nhỏ 4.2.2 Khả sửa sai mã RS Mã Reed-Solomon, mã BCH khác, có khả sửa nhiều lỗi Một mã RS(n,k) có khả sửa sai tối đa (n-k)/2 lỗi Sở dĩ người ta chứng minh khoảng cách Hamming mã RS (n-k+1) Ngồi sửa lỗi mã RS cịn có khả sửa sai erasure (hiện tượng symbol), thủ tục mã hố giải mã RS(n,k) đảm bảo sửa tối đa (n-k) erasure Một cách tổng quát, mã RS(n,k) có khả sửa e lỗi r erasure với điều kiện: 2e+r ≤ (n-k) Mã RS đặc biệt thích hợp cho sửa lỗi cụm (burst), trường hợp dãy bit lỗi xuất liên tiếp máy thu 4.2.3 Tăng ích điều chế (coding gain) mã RS Ưu điểm việc sử dụng mã RS xác suất tồn lỗi lại liệu mã hoá thường nhỏ nhiều so với xác suất 37 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội lỗi không sử dụng mã RS Khả thường gọi tăng ích điều chế Ví dụ, hệ thống thơng tin số thiết kế để hoạt động tỷ số lỗi bit BER= 10-9, có nghĩa có khơng q bit lỗi 109 bit nhận Điều đạt cách tăng công suất máy phát, cách sử dụng mã RS, loại mã sửa lỗi tiến khác Mã RS cho phép hệ thống đạt tỷ số lỗi bit BER với công suất phát nhỏ Phần công suất tiết kiệm sử dụng mã RS (tính theo deciben) gọi tăng ích điều chế Trong ADSL, tăng ích mã hoá RS đạt khoảng 30dB BER 10-7 4.3 Mã hoá giải mã mã RS 4.3.1 Mã hoá RS kiến trúc mã hoá RS 2t symbol kiểm tra từ mã RS(n,k) hệ thống (systematic) đánh theo biểu thức: p(x)=i(x).xn-kmod g(x) với: i(x) đa thức thơng tin cần mã hóa g(x) đa thức sinh mã p(x) đa thức dư chia i(x).xn-k cho g(x) Như phần nói, dạng tổng quát đa thức sinh từ mã RS sửa sai t lỗi có chiều dài 2m-1 là: g(x) = (x-α)(x-α1)… (x-α2t) = g0+g1x+g2x2+…+g2t-1x2t-1+x2t với α phần tử trường GF(2m) Giả sử : i(x)=i0+i1x+i2x2+…+ik-1xk-1 Là đa thức thông tin cần mã hoá với k= n-2t ( hay n-k =2t) Trong dạng hệ thống, 2t số kiểm tra hệ số đa thức dư: 38 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thông vận tải Hà Nội p(x) =p0+p1x+p2x2+…+p2t-1x2t-1 chia cho đa thức thông tin x2t.i(x) cho đa th ức sinh g(x): p(x)= i(x).xn-kmod g(x) Sơ đồ minh họa kiến trúc mã hoá RS hệ thống sửa sai t lỗi trường GF(2m): g0 g1 p0 p0 gi-1 gi p0 3.20: Bộ mã hoá Reed-Solomon 4.3.2 Giải mã kiến trúc giải mã RS Cấu trúc tổng quát cho giải mã mã RS minh hoạ hình 3.20 Từ mã nhận r(x) từ mã gốc (từ mã phát đi) cộng thêm lỗi: r(x) = c(x)+e(x) Bộ giải mã RS cố gắng nhận biết vị trí độ lớn tối đa t lỗi (hoặc 2t erasure) sửa lỗi hay erasure Các bước q trình giải mã: 39 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thông vận tải Hà Nội Nguyên lý thuật toán giải mã mã RS tương tự mã BCH Điểm khác biệt phải tính giá trị (đa thức) lỗi, việc thực thuật tốn Forney Sau bước trình giải mã mã RS 1.Tính tốn syndrome: Việc tương tự tính tốn chẵn lẻ Một từ mã RS có 2t syndrome phụ thuộc vào lỗi (khơng phụ thuộc vào từ mã phát hay từ mã gốc) Các syndrome tính cách thay 2t nghiệm đa thức sinh g(x) vào đa thức thơng tin thu máy thu r(x) 2.Tìm vị trí lỗi symbol: Việc địi hỏi phải giải đồng thời phương trình với t ẩn Có số thuật tốn tính nhanh để thực việc Các thuật toán tận dụng cấu trúc ma trận đặc biệt từ mã RS giảm số phép tính nhiều Tổng qt có bước: Tìm đa thức định vị lỗi Bước thực thuật tốn Berlekamp-Massey thuật tốn Euclide Thuật tốn Euclide sử dụng nhiều thực tế dễ cài đặt hơn, nhiên thuật tốn Berlekamp-Massey lại có xu hướng làm cho việc cài đặt phần cứng phần mềm hiệu Tìm nghiệm đa thức này, thực thuật tốn tìm kiếm Chèn 40 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội Phần :Trang web giới thiệu DMT mô điều chế QAM Mô điều chế QAM 41 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội Giới thiệu trang DMT Trang xây dựng thân thiện với người dùng, giúp cho người đọc dễ sử dụng Trong trang có s dụng java tạo hiệu ứng menu đổ xuống để hiển thị nội dung nhỏ,Banner chữ tự động thay đổi Do trang chủ yếu cung cấp thông tin trang thiết kế để người đọc tải xuống cách nhanh chóng 42 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thơng vận tải Hà Nội 43 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm DMT đại học giao thông vận tải Hà Nội 44 Lớp kỹ thuật viễn thông B-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... Corection) Trong ADSL, loại mã sử dụng cho mã hoá sửa lỗi tiến mã Reed-Solomon Phần trình bày khái quát đặc điểm phương pháp mã hoá giải mã ReedSolomon 4.1 Giới thiệu mã Reed-solomon Mã Reed-solomon mã. .. mã RS 37 4.3 Mã hoá giải mã mã RS 38 4.3.1 Mã hoá RS kiến trúc mã hoá RS 38 4.3.2 Giải mã kiến trúc giải mã RS 39 Phần :Trang web giới thiệu DMT mô điều chế QAM... v.v…(xDSL) Mã R-S thuộc lớp mã BCH -lớp mã BCH không nhị phân Mã BCH ( mã Bose, Chaudhuri Hocquenghem ) loại mã sửa lỗi vịng ngẫu nhiên quan trọng, có khả sửa nhiều lỗi ứng dụng rộng rãi Trong mã BCH