Mã hóa kênh kết nối song song và nối tiếp

Mã hóa kênh kết nối song song và nối tiếp

Báo cáo môn học kỹ thuật phát truyền hình Đề tài : mã hóa kênh kết nối song song nối tiếp Nhóm VI - Lớp D11VT4 Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN THU HIÊN PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC I Tóm tắt lịch sử II Cấu trúc mã hóa Mục Lục III Thành phần chức mã hóa IV Giải mã V So sánh Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHƯƠNG I TÓM TẮT LỊCH SỬ • Năm 1993, Claude Berrou, Alain Glavieux, Puja Thitimajshima viết tác phẩm “ Near Shannon limit error correcting coding and decoding: TURBO CODE” đánh dấu bước tiến vượt bậc nghiên cứu mã sửa sai Loại mã mà họ giới thiệu thực khoảng 0.7dB so với giới hạn Shannon cho kênh AWGN Loại mã mà họ giới thiệu gọi mã Turbo • Forney sử dụng mã khối ngắn mã tích chập với giải thuật giải mã Viterbi xác suất lớn làm mã mã Reed-Salomon dài không nhị phân tốc độ cao với thuật toán giải mã sửa lỗi đại số làm mã Có hai kiểu kết nối kết nối nối tiếp kết nối song song Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHƯƠNG II CẤU TRÚC CÁC BỘ MÃ HÓA 2.1 Mã hóa kênh kết nối song song-PCCC Sơ đồ cấu trúc mã hóa PCCC (kết nối song song) Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.1 Mã hóa kênh kết nối song song-PCCC • Mã PCCC kết nối song song hay nhiều mã RSC Thông thường người ta sử dụng tối thiểu mã hoá tích chập • Tốc độ mã hoá (code rate) mã hoá PCCC là: r = k/n Nếu có mã RSC : r = k / (n1+n2) • Một mã hoá RSC có tốc độ mã hoá tiêu biểu r =1/2 , hai mã hoá thành phần phân cách chèn ( interleaving) Nhóm 6- Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.1 Mã hóa kênh kết nối song song-PCCC Hình 1.4 Sơ đồ chi tiết mã hoá PCCC tốc độ 1/3 Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.2 Sơ đồ cấu trúc mã SCCC (kết nối nối tiếp) Hình 1.1 Sơ đồ đơn giản mã kết nối nối tiếp Đối với mã kết nối nối tiếp, tốc độ mã hoá: Rnt=k1k2/n1n2 Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.2 Sơ đồ cấu trúc mã SCCC (kết nối nối tiếp) Mã SCCC kết nối nối tiếp hay nhiều mã RSC Thông thường người ta sử dụng tối thiểu mã hoá tích chập Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Chương III Thành phần chức mã hóa 3.1 Bộ mã hóa tích chập hệ thống đệ quy( Recursive Systematic Convolutional Code_RSC ) 3.2 Kỹ thuật xóa (Puncture) 3.3 Các chèn (Interleaver) Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.1 Bộ mã hóa tích chập hệ thống đệ quy( Recursive Systematic Convolutional Code_RSC ) 3.1.1 Mã chập tuyến tính Sj-m gl Sj-1 Sj g1 g0 Message bits xi encoded bit yj Bộ mã hóa sử dụng ghi dịch để đưa thêm độ dư vào luồng liệu Công thức biễu diễn bit đầu ứng với bit vào là: yj =Sj-m gl ⊕ ⊕ Sj-1 g1 ⊕ Sj g0 m = ∑ Sj – i gi ; (mod 2) i=0 Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.3 Bộ chèn (Interleaver) Gồm chèn sau :  Bộ chèn ma trận  Bộ chèn khung  Bộ chèn giả ngẫu nhiên  Bộ chèn tối ưu  Bộ chèn dịch vòng  Bộ chèn đồng dạng  Bộ chèn chẵn-lẻ (Odd-Even)  Bộ chèn S  Bộ chèn Smile Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC IV GIẢI MÃ 4.1 Giải thuật MAP 4.2 Thủ tục giải mã SISO cho PCCCs 4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.1 Giải thuật MAP Hình 2.1 Bộ giải mã lặp MAP Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.1 Giải thuật MAP Giải thuật giải mã thực qua bước: Tách tín hiệu nhận thành chuỗi tương ứng cho giải mã giải mã 2 Ở vòng lặp đầu tiên, thông tin A Priori giải mã đưa Sau giải mã đưa thông tin Extrinsic chèn đưa tối giải mã đóng vai trò thông tin A Priori giải mã Bộ giải mã sau đưa thông tin Extrinsic vòng lặp kết thúc Thong tin Extrinsic giải mã thứ chèn đưa giải mã thông tin A Priori Quá trình giải mã lặp lặp lại thực đủ số lần lặp quy định Sau vòng lặp cuối cùng, giá trị ước đoán có tính cách giải chèn thông tin giải mã thứ đưa định cứng Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.2 Thủ tục giải mã SISO cho PCCCs Các bước giải mã: Giải điều chế nhận tín hiệu từ hai dòng, từ DEC1 từ DEC2 Tín hiệu nhận thông qua hệ thống phân chia Equation (3.91) để cho DEC1 cho DEC2, Lặp với Cho DEC1, khởi tạo DEC1 Tính toán đường ma trận với Equations (3.155) (3.156) Sau sử dụng Equations (3.164) (3.167) để tính toán đường LLR cho bit thông tin Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.2 Thủ tục giải mã SISO cho PCCCs Chèn để cung cấp đầu vào LLR cho DEC2: DEC2 Trước hết sử dụng Equations để đạt đường ma trận Sau đó:  Nếu , sử dụng Equation conjuction với (3.167) để tính toán đường LLR cho chèn thêm bit thông tin Giải chèn (deinterleaver) đến lần lặp tiếp: Tăng , trở bước bắt đầu lặp tiếp  Nếu Sử dụng Equations (3.164) để nhận đầy đủ thông tin cho bit chèn Giải chèn định dựa bít truyền sau: Đi đến bước để giải mã khung Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC Hình 2.3: Giải mã SCCC với điều chế chung SISO Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC Các bước giải mã: Tín hiệu nhận sử dụng Equations (3.91) để đầu vào LLRs cho từ mã bit mã Đối với giải mã trong, khởi tạo , Giải mã Tính toán ma trận đường với Equations (3.155) (3.156) Sau sử dụng Equations (3.164) (3.167) để tính toán đầu LLRs cho bit thông tin mã Bỏ chèn dòng để đầu vào LLR cho bit từ mã mã Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC Giải mã đầu Trước hết tính toán đường ma trận sử dụng Equations (3.155) (3.156) Đặt , khác biệt đến từ ước tính Sau đó: • Nếu , sử dụng Equations (3.163) (3.165) để tính toán đầu LLR cho bít từ mã mã đầu Chèn dòng để đạt đầu vào LLR mã Tăng , trở bước bắt đầu chu kỳ • Nếu , sử dụng Equations (3.164) (với ) để trọn vẹn thông tin mã Quyết định dựa bit truyền sau: Trở lại bước để giải mã khung Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC V SO SÁNH 5.1 Turbo Codes lai: Một PCCC tạo từ SCCC tỉa xén tất bit chẵn lẻ đôi Khái niệm đưa đến thực tế nhiều thiết kế hybrid xây dựng từ mã SCCC gốc cách thay đổi số bit chẵn lẻ đôi tỉa xén Mã lai thiết kế để kết hợp lợi PCCC SCCC, đó, thu hẹp khoảng cách hai mã mã lai với số lượng lớn bit chẵn lẻ đôi thủng có tính chất giống PCCC thực tốt so với SCCC vùng SNR thấp mã có chẵn lẻ đôi bit thủng nhiều có nhiều đặc tính giống SCCC có tầng thấp PCCC SNR cao Hiệu suất mã hiển thị Hình 3.2 Hình Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 5.1 Turbo Codes lai: Hình 3.1: So sánh hiệu thông thường r = 1/3 PCCC PCCC tạo tỉa xén tất bit chẵn lẻ đôi r = 1/3 SCCC giải mã Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 5.1 Turbo Codes lai: Hình 3.2 So sánh hiệu suất BER r = 1/3 PCCC, SCCC mã lai với kích thước khung hình = 512 bit so với Es/N 0dB Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 5.2 Sự khác mã SCCC mã PCCC Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC KẾT LUẬN Qua tiểu luận biết rõ mã hóa kênh kết nối nối tiếp (SCCC), song song (PCCC), cấu trúc mã hóa chèn, thủ tục giải mã ưu nhược điểm so với loại mã khác Cuối cùng, nhìn sâu sắc vào kỹ thuật sử dụng để tiến hành thiết kế phân tích thiết kế Mã lai cung cấp Các mã đề xuất linh hoạt Thiết kế hệ thống hưởng lợi từ nghiên cứu từ họ có loạt mã hóa tùy chọn để lựa chọn Vậy nên ứng dụng vào hệ thống thông tin yêu cầu chất lượng, tốc độ cao Và nghiên cứu nhiều Nhóm - Lớp D11VT4 Thank You ! [...]... SCCC và mã lai với kích thước khung hình = 512 bit so với Es/N 0dB Nhóm 3 - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 5.2 Sự khác nhau giữa mã SCCC và mã PCCC Nhóm 6 - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC KẾT LUẬN Qua bài tiểu luận này chúng ta biết rõ hơn về mã hóa kênh kết nối nối tiếp (SCCC), và song song (PCCC), các cấu trúc bộ mã hóa bộ chèn, các thủ tục của bộ giải mã cũng... cho bộ giải mã 1 và bộ giải mã 2 2 Ở vòng lặp đầu tiên, thông tin A Priori của bộ giải mã 1 được đưa về 0 Sau bộ giải mã 1 đưa ra được thông tin Extrinsic thì sẽ được chèn và đưa tối bộ giải mã 2 đóng vai trò là thông tin A Priori của bộ giải mã này Bộ giải mã 2 sau khi đưa ra thông tin Extrinsic thì vòng lặp kết thúc Thong tin Extrinsic của bộ giải mã thứ 2 sẽ được chèn và đưa về bộ giải mã 1 như là... PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC Hình 2.3: Giải mã SCCC với bộ điều chế chung SISO Nhóm 6 - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC Các bước giải mã: 1 2 3 Tín hiệu nhận sử dụng Equations (3.91) để đầu vào LLRs cho từ mã bit của mã trong Đối với giải mã trong, khởi tạo , Giải mã trong Tính toán ma trận đường và với Equations... (Interleaver) x Mã hệ thống c1 Bộ mã hoá RSC 1 c2 Mã trọng số thấp Mã trọng số cao Bộ chèn Bộ mã hoá RSC 2 c3 Hình 1.9 Bộ chèn làm tăng trọng số mã của bộ mã hoá RSC2 khi so sánh với bộ mã hoá RSC1 Bộ chèn được sử dụng tại bộ mã hoá nhằm mục đích hoán vị tất cả các chuỗi ngõ vào có trọng số thấp thành chuỗi ra có từ mã ngõ ra trọng số cao hay ngược lại Nhóm 6 - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU...PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.1.2 Mã tích chập hệ thống đệ quy Mã tích chập hệ thống đệ quy được lấy từ bộ mã hoá tích chập thông thường bằng cách hồi tiếp một trong những ngõ ra mã hoá thành ngõ vào của nó c1 + + x D D + c2 Hình 1.7: Bộ mã hoá RSC có r=1/2 ; K=3 Bộ mã hoá RSC được biểu diễn là G = [ 1, g2/g1 ] trong đó ngõ ra đầu tiên ( biểu diễn bởi g1) được hồi tiếp về ngõ vào, g1 là ngõ... đường và với Equations (3.155) và (3.156) Sau đó sử dụng Equations (3.164) và (3.167) để tính toán đầu ra LLRs cho bit thông tin của mã trong 4 Bỏ chèn dòng của để đầu vào LLR cho bit từ mã của mã ra Nhóm 6 - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC 5 Giải mã đầu ra Trước hết tính toán đường ma trận và sử dụng Equations (3.155) và (3.156) Đặt , vì thế sự khác... PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.1.3 Kết thúc Trellis Hình 1.8 Cách thức kết thúc trellis ở bộ mã RSC Để mã hoá chuỗi ngõ vào, khoá chuyển bật đến vị thí A, để kết thúc trellis thì khoá chuyển bật đến vị trí B Nhóm 6 - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.2 Kỹ thuật xóa (Puncture) • Dùng để tăng tốc độ mã của một bộ mã hoá mà không làm thay đổi cấu trúc của bộ mã hoá • Bản chất... Nếu , sử dụng Equations (3.163) và (3.165) để tính toán đầu ra LLR cho bít từ mã của mã đầu ra Chèn dòng để đạt đầu vào LLR của mã trong Tăng , trở về bước 3 và bắt đầu chu kỳ mới • Nếu , sử dụng Equations (3.164) (với ) để trọn vẹn thông tin của mã ra Quyết định dựa trên bit truyền như sau: Trở lại bước 1 để giải mã khung tiếp theo Nhóm 6 - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC V SO SÁNH... một mã SCCC gốc bằng cách thay đổi số bit chẵn lẻ đôi tỉa xén Mã lai có thể được thiết kế để kết hợp lợi thế của PCCC và SCCC, do đó, thu hẹp khoảng cách giữa hai mã mã lai với một số lượng lớn các bit chẵn lẻ đôi thủng sẽ có những tính chất giống như PCCC và thực hiện tốt hơn so với SCCC trong vùng SNR thấp trong khi những mã có chẵn lẻ đôi bit là thủng ít nhiều sẽ có nhiều đặc tính giống như SCCC và. .. các loại mã khác Cuối cùng, một cái nhìn sâu sắc vào các kỹ thuật được sử dụng để tiến hành thiết kế và phân tích như thiết kế Mã lai đã được cung cấp Các mã được đề xuất là cực kỳ linh hoạt Thiết kế hệ thống có thể được hưởng lợi từ nghiên cứu này từ bây giờ họ sẽ có một loạt các mã hóa tùy chọn để lựa chọn Vậy nên nó được ứng dụng vào các hệ thống thông tin yêu cầu chất lượng, tốc độ cao Và hiện đang ... giản mã kết nối nối tiếp Đối với mã kết nối nối tiếp, tốc độ mã hoá: Rnt=k1k2/n1n2 Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.2 Sơ đồ cấu trúc mã SCCC (kết nối nối tiếp) Mã SCCC... PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHƯƠNG II CẤU TRÚC CÁC BỘ MÃ HÓA 2.1 Mã hóa kênh kết nối song song-PCCC Sơ đồ cấu trúc mã hóa PCCC (kết nối song song) Nhóm - Lớp D11VT4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN... KHOA HỌC 2.1 Mã hóa kênh kết nối song song-PCCC • Mã PCCC kết nối song song hay nhiều mã RSC Thông thường người ta sử dụng tối thiểu mã hoá tích chập • Tốc độ mã hoá (code rate) mã hoá PCCC là: