đề tài tìm hiểu về mã vòng

Họ và tên: Nguyễn Quốc Thưởng MSSV: 0820168 Lớp: 08ĐVT01 Môn học: TRUYỀN THÔNG SỐ Đề tài: TÌM HIỂU VỀ MÃ VÒNG I – Giới thiệu: 1. Định nghĩa : Một mã tuyến tính C(n,k) được gọi là mã vòng nếu ta dịch một vòng từ mã thì kết quả cũng là một từ mã. Tức là w= là một từ mã thì v= cũng là một từ mã. - Đa thức mã: Nếu w= là một từ mã thì đa thức w= là đa thức mã tương ứng với từ mã w. *Chú ý: Ta sử dụng đa thức mã để chứng minh các tính chất của mã vòng. - Gọi là từ mã do dịch từ mã w i bit và là đa thức mã tương ứng của Các từ mã được xét trên trường GF(2) – trường nhị phân. - Trên trường GF(2) ta có: - Xét ví dụ sau: i 0 1001000 1 0100100 2 0010010 3 0001001 4 1000100 5 0100010 6 0010001 Từ ví dụ trên ta rút ra được mối quan hệ giữa với : 2. Các tính chất của mã vòng: a. Tính chất 1: Đa thức mã khác 0 có bậc nhỏ nhất là duy nhất. Chứng minh: Giả sử tồn tại 2 đa thức mã khác 0 và có cùng bậc nhỏ nhất là r(0 < r < n). 1 Ta xét đa thức mã: , lúc này có bậc tối đa là r-1. Điều này mâu thuẫn với giả thiết r là bậc nhỏ nhất nên ta có điều phải chứng minh. Từ đây, ta kí hiệu đa thức mã có bậc nhỏ nhất là b. Tính chất 2: Hệ số tự do của phải bằng 1. Chứng minh: Giả sử . Ta có: Ta đặt . Rõ ràng cũng là một đa thức mã có được nhờ dịch trái 1 bit hay dịch phải (n-1) bit từ đa thức mã . Mặt khác, có bậc r-1, điều này mâu thuẫn với giả thiết bậc của là r. Đến đây ta đã có điều phải chứng minh. c. Tính chất 3: Một đa thức trên trường GF(2) có bậc là đa thức mã nếu và chỉ nếu nó là bội số của Tức là . Chứng minh:  Chứng minh nếu và bậc của nhỏ hơn hoặc bằng n-1 thì là đa thức mã: Ta có: Trong đó p là bậc của và . Mà do với là đa thức mã (tương ứng với từ mã ) dịch i bit). Nên là đa thức mã vì bằng với 1 tổ hợp tuyến tính của các đa thức mã.  Để chứng minh chiều ngược lại của mệnh đề ta chia chúng ta được: Trong đó là đa thức dư và có bậc nhỏ hơn bậc của . Mặt khác, đối với các đa thức trên trường GF(2) ta có thể suy ra: Nên là một đa thức mã. Do định nghĩa là đa thức có bậc nhỏ nhất nên ta suy ra (Điều phải chứng minh). Từ tính chất này, ta gọi là đa thức sinh vì từ có thể sinh ra tất cả các đa thức mã khác. d. Tính chất 4: Đa thức sinh của một mã vòng C(n,k) có bậc r=n-k. Chứng minh: Theo định lí trên ta có mỗi đa thức mã là 1 bội sô của . Vì vậy có bao nhiêu từ mã thì có bấy nhiêu đa thức . Trước hết chúng ta thấy 2 do bậc của nên bậc của Do đó có tổng cộng đa thức . Mặt khác, số lượng từ mã là . Từ đây suy ra Từ đây ta biểu diễn như sau: (với ) e. Tính chất 5: Đa thức sinh của 1 mã vòng C(n,k) là 1 ước số của . Chứng minh: Ta có:  Chọn i=k, vì bậc nên ta suy ra tức là:  Vì là 1 đa thức mã nên có thể viết: . Thế vào phương trình trên ta có  điều phải chứng minh. f. Tính chất 6: Nếu là 1 đa thức có bậc n-k và là ước số của thì sinh ra mã vòng C(n,k). Chứng minh: Xét k đa thức . Các đa thức này đều có bậc nhỏ hơn hoặc bằng n-1. Gọi v(x) là 1 tổ hợp tuyến tính của k đa thức này với các hệ số v(x) là 1 đa thức có bậc nhỏ hơn hoặc bằng n-1 và là bội số của . Có tất cả đa thức khác nhau và tạo nên 1 không gian tuyến tính của các đa thức mã với là các đa thức hàm cơ sở. Vì vậy tổ hợp tương ứng với đa thức này tạo nên 1 mã tuyến tính C(n,k). Bây giờ chúng ta chứng minh mã này có tính vòng, tức là chứng minh nếu v là 1 từ mã thì dịch v 1 bit chúng ta được cũng là 1 từ mã. Ta biểu diễn:  Ta lại có  3 Do đều là bội của nên cũng là bội của . Vì vậy cũng là 1 đa thức mã. 3. Ma trận sinh và ma trận kiểm tra của mã vòng: a. Ma trận sinh của mã vòng: Ma trận sinh của mã vòng C(n,k) có dạng Trong đó, . Ví dụ: Tìm 1 mã vòng trong C(7,4). Dựa vào các tính chất của mã vòng ta biết được đa thức sinh của mã có bậc là 3 và là ước số của . Ta phân tích: . Có 2 đa thức cùng có bậc là 3, chẳng hạn ta chọn . Từ đây ta có ma trận sinh Bằng cách thực hiện các biến đổi đại số tuyến tính ta có thể biến đổi thành ma trận sinh hệ thống dạng 2 như sau Dịch chuyển 4 bit ta được ma trân sinh hệ thống dạng 1: 4 b. Mã hóa thành từ mã hệ thống: Gọi u(x) là đa thức tương ứng với thông báo u. Bậc của u(x) nhỏ hơn hoặc bằng k-1. Chia cho g(x) ta được Trong trường GF(2) ta suy ra được Vì là bội của g(x) nên nó là đa thức mã. Đa thức mã này có k bit sau là k bit thông báo, đó chính là từ mã hệ thống dạng 2 tương ứng với thông báo u. Ví dụ: Cho mã vòng C(7,4) có ma trận sinh . Thông báo u=1011, ta mã hóa u thành từ mã hệ thống dạng 2 như sau: Ta có: . Nhân với rồi chia cho g(x) ta được   w=0011010 là từ mã hệ thống dạng 2 tương ứng của u. c. Ma trận kiểm tra mã vòng: Ta có thể kiểm tra từ ma trận sinh hoặc ma trận sinh hệ thống. Ngoài ra, đối với mã vòng chung ta có một cách xác định ma trận kiểm tra nhanh chóng hơn. Ta có thể đặt: Ta gọi là đa thức đối ngẫu của . Do có bậc k nên ta có thể biểu diễn: Gọi là đa thức mã tương ứng với từ mã . Chúng ta có thể biểu diễn như sau trong có bậc nhỏ hơn hoặc bằng k-1 => Do có bậc nhỏ hơn hoặc bằng k-1 nên từ đây chúng ta suy ra các hệ số của trong bằng 0. Từ đó ta suy ra được các đẳng thức sau: 5 … Từ các đẳng thức này ta suy ra tích các vecto sau bằng 0: … Ta đặt Thì => H là ma trận kiểm tra mã vòng. Ví dụ: Cho mã vòng C(7,4) có ma trận sinh là . Tìm ma trận kiểm tra H. Giải: Từ g(x) ta suy ra . Ma trận kiểm tra 6 II – Các loại mã vòng: Loại mã vòng được ứng dụng rất rộng rãi là mã BCH. Mã BCH có tên viết tắt của 3 người sáng lập ra nó là Bose, Chaduhuri và Hocquenghem, nó là một loại mã sửa lỗi vòng ngẫu nhiên quan trọng, có khả năng sửa được nhiều lỗi. Trong BCH có 2 lớp con là mã BCH nhị phân và mã BCH không nhị phân (Mã Reed - Solomon). Ta sẽ tìm hiểu về 2 loại mã này. 1. Mã BCH nhị phân: - Xây dựng 1 mã BCH nhị phân gồm các thông số sau:  Độ dài từ mã:  Số bit kiểm tra:  Khoảng cách Hamming: Tìm ma trận kiểm tra và đa thức sinh ta sử dụng định lí sau: Cho a là một phần tử của trường có đa thức tối thiểu là 1 đa thức căn bản bậc m. Thì mã có ma trận sau làm ma trận kiểm tra là 1 mã vòng có khoảng cách Hamming lớn hơn hoặc bằng 2t+1, trong đó mỗi phần tử trong ma trận bên dưới được thay thế bằng vecto m thành phần tương ứng của nó. Đa thức sinh của bộ mã là đa thức bội số chung nhỏ nhất của các đa thức tối thiểu của các phần tử a,. Ví dụ: Với m=4, t=2 thì mã BCH có chiều dài từ mã là và có khoảng cách Hamming . Cho a là phần tử có đa thức tối thiểu là đa thức căn bản có bậc 4 sau 7 Chúng ta có ma trận kiểm tra của bộ mã như sau: Thay mỗi phần tử bằng vecto (m=4 thành phần) tương ứng ta được Đa thức sinh g(x) là bội số của 2 đa thức tối thiểu tương ứng với phần tử a và , ta có đa thức tối thiểu của là Nên = 2. Mã Reed – Solomon: - Mã Reed – Solomon thường được kí hiệu là RS(n,k) - Tương tự mã BCH nhị phân, điểm khác biệt giữa 2 loại mã này là các thành phần trong đa thức sinh không phải chỉ là các bit nhị phân mà có thể có dạng là 1 đa thức con. Chẳng hạn: 8 • Một số ứng dụng: Mã Reed – Solomon được sử dụng để sửa các lỗi trong nhiều hệ thống và có thể kể ra một số như sau:  Các thiết bị lưu trữ (băng từ, đĩa CD, VCD…)  Thông tin di động hay không dây (Điện thoại di động, các đường truyền viba…)  Truyền hình số DVB  Các modem tốc độ cao trong ADSL, VDSL….  … 9 . THÔNG SỐ Đề tài: TÌM HIỂU VỀ MÃ VÒNG I – Giới thiệu: 1. Định nghĩa : Một mã tuyến tính C(n,k) được gọi là mã vòng nếu ta dịch một vòng từ mã thì kết quả cũng là một từ mã. Tức là w= là một từ mã thì. từ mã. - Đa thức mã: Nếu w= là một từ mã thì đa thức w= là đa thức mã tương ứng với từ mã w. *Chú ý: Ta sử dụng đa thức mã để chứng minh các tính chất của mã vòng. - Gọi là từ mã do dịch từ mã. con là mã BCH nhị phân và mã BCH không nhị phân (Mã Reed - Solomon). Ta sẽ tìm hiểu về 2 loại mã này. 1. Mã BCH nhị phân: - Xây dựng 1 mã BCH nhị phân gồm các thông số sau:  Độ dài từ mã: 