Bài thuyết trình phương pháp mô phỏng một hệ thống thông tin số mã chập trên kênh AWGN

Phương pháp mô phỏng một hệ thống thông tin số Mã chập trên kênh AWGN Sở Khoa Học Và Công Nghệ Hà Nội Viện Điện tử - Viễn thông Lê Hồng Phúc SĐT : 0973975007 Email : lephuckhcn@gmail.co

Trang 1

Phương pháp mô phỏng một hệ thống thông tin số

Mã chập trên kênh AWGN

Sở Khoa Học Và Công Nghệ Hà Nội

Viện Điện tử - Viễn thông

Lê Hồng Phúc

SĐT : 0973975007

Email : lephuckhcn@gmail.com

Trang 2

Nội dung

Tổng quan về mã kênh Khái niệm và cấu trúc bộ mã chập Thuật toán giải mã Viterbi

Chương tình mô phỏng và kết quả

Mô hình Hệ thống thông tin số

Trang 3

Mô hình hệ thống thông tin số

 Mô hình cơ bản

www.themegallery.com

Trang 4

Mô tả chi tiết mô hình

 Nguồn tin là nơi tạo ra các bản tin chứa đựng những thông tin cần phát đi, các bản tin này có thể là

các bit, các ký hiệu mã v.v Đầu ra của nguồn tin là chuỗi các ký hiệu, thông thường là các ký hiệu nhị phân

 Kênh truyền là nguyên nhân chủ yếu gây ra lỗi cho tín hiệu thu, nên bộ mã kênh (giải mã kênh) thực

hiện thêm vào các bit kiểm tra vào chuỗi thông tin nhằm giảm tối thiểu các ảnh hưởng của nhiễu trên đường truyền lên tín hiệu

Trang 5

 Để tín hiệu đầu ra bộ mã kênh phù hợp với kênh truyền, bộ điều chế thực hiện sắp xếp các chuỗi số

đầu ra bộ mã kênh thành chuỗi dạng sóng tương tự (các ký hiệu) phù hợp với đặc tính kênh truyền

 Để tăng tốc độ truyền, mỗi ký hiệu (symbol) có thể mang nhiều bit thông tin như các hệ thống điều chế nhiều mức (QPSK, MPSK, QAM )

Trang 6

nhiệt (thermal noise), là dòng điện không

mong muốn gây ra trong mạch điện dưới tác động của chuyển động nhiệt của các hạt

mang điện trong mạch điện (các điện tử).

Trang 7

tạp âm gần như là hằng số, làm gần đúng là hằng số No hay No/2 tùy trường hợp xét

Điều này gợi ý liên hệ tới phổ ánh sáng

trắng (là tổng của mọi sóng điện từ ánh

sáng với mọi bước sóng - hay tần số - khác nhau) là hằng số theo trục bước sóng lamda hay trục tần số Tính chất phổ như vậy gọi là phổ TRẮNG, nên có cái chữ W (WHITE)

Trang 8

Mã hóa kênh

 Mã hóa kênh là việc đưa thêm các bit dư vào tín hiệu số theo một quy luật nào đó, qui luật này

thường xác định cấu trúc bộ mã, nhằm giúp cho bên thu có thể phát hiện và giải mã thu lại tín hiệu, thậm chí bên thu có thể sửa được cả lỗi xảy ra trên kênh truyền khi bộ mã có cấu trúc tốt

 Hệ thống thông tin không dây ngày nay, người ta hay sử dụng một loại mã có thể phát hiện và khắc

phục lỗi một cách tự động :mã điều khiển lỗi (ECC), hay chính xác hơn là FEC

Trang 9

Phân loại Mã kênh

Trang 10

Mã kênh sẽ giới thiệu

Cyclic Code

Convolution Code

Trang 11

Phân biệt mã khối và mã trellis

 Mã hóa khối là mã hóa không nhớ.Tức là khi ta cho một chuỗi dữ liệu K bit, thì ngõ ra của bộ mã hóa

khối là một khối dữ liệu n bit duy nhất

 Mã hóa chập(mã trellis) không kết nối các khối bit riêng vào trong một khối từ mã, thay vào đó nó sẽ chấp nhận một chuỗi bit liên tục và taọ thành một chuỗi ngõ ra Hiệu quả hay tốc độ dữ liệu của mã hóa chập được đánh giá bằng tỉ lệ của số bit ngõ vào k, và số bit ngõ ra n

Trang 13

Số học modulo (phép cộng modulo)

 Phép toán XOR : 2 bit giống nhau khi thực hiện XOR sẽ cho kết quả là 0, 2 bít khác nhau sẽ cho kết quả là 1

Trang 14

Khoảng cách Hamming

Trang 15

Khoảng cách Hamming tối

thiểu

Trang 16

thiểu để phát hiện lỗi

Trang 17

thiểu để sửa lỗi

Trang 18

Mã khối tuyến tính

Trang 19

Mã Hamming

Trang 20

Ví dụ về mã Hamming

Trang 21

Cấu trúc bộ mã Hamming

Trang 22

Quy tắc giải mã sửa lỗi bên

thu

Trang 23

Quy tắc giải mã sửa lỗi bên

thu

Trang 24

Khái niệm bộ mã chập

 Mã chập được tạo ra bằng cách cho chuỗi thông tin truyền

qua hệ thống các thanh ghi dịch tuyến tính có số trạng thái hữu hạn, và được tổng hợp bởi các bộ XOR để tính toán

trạng thái đầu ra.

 Một bộ mã chập thường được biểu diễn là (n, k, m)

 Trong đó :

 n là số bit ở đầu ra tương ứng với k bit đi vào bộ mã

 k là số bít đi vào bộ mã trong mỗi chu kì mã

 m là số trạng thái nhớ lớn nhất của bộ mã, tương ứng

với số thanh ghi dịch của bộ mã Ngoài ra ta còn có K =

m +1 tương ứng với chiều dài của bộ mã.

Trang 25

 Đầu vào là x, tốc độ mã hóa là ½ sẽ cho ta 2 đầu

ra là c(1) và c(2).

 Giả sử chuỗi đầu vào là

m = {1, 1, 0, 0, 1, 0, 1}

Trang 26

 và c(2) = {1, 1, 1, 1, 1, 0,

0, 0, 1}

 Dòng ra: c = {11, 01,

01, 11, 11, 10, 00, 10, 11}

Trang 27

Một số bộ mã chập thông dụng

 Bộ mã có chiều dài K = 9, tốc độ mã hóa R =1/2, đa thức sinh la g(x) = [753 ,561]

Trang 28

Một số bộ mã chập thông dụng

 Bộ mã có chiều dài K = 7, tốc độ mã hóa R = 1/3 , đa thức sinh la g(x) = [133,171, 165], bộ mã này

được sử dụng dành cho kênh PBCH của trong hệ thống LTE-4G

Trang 29

Cách biểu diễn một bộ mã

chập

Các nhánh của cây chính là các tuyến

mã, dựa vào các tuyến mã này, ta sẽ xác định được đầu ra.

Sơ đồ hình lưới cho ta một cách biểu

diễn các tuyến mã một cách gọn hơn.

Bảng chuyển trạng thái đưa ra đáp ứng

trạng thái tương ứng của đầu ra theo đầu vào

Biểu diễn

mã chập

Sơ đồ hình cây

Sơ đồ lưới

Bảng chuyển trạng thái

Trang 31

Biểu diễn dưới mô hình lưới

 Sơ đồ lưới của bộ mã chập (2, 1, 2) với đa thức sinh (7, 5)

Trang 32

Sơ đồ chuyển trạng thái

Trang 33

Thuật toán giải mã

Trang 34

Thuật toán giải mã Viterbi

 Thuật toán giải mã Viterbi được thực hiện dựa trên sơ đồ lưới(hay còn gọi là sơ đồ trellis)

 Thực hiện dựa vào thông số metric đó chính là khoảng cách Hamming giữa cặp bit của ký hiệu nhận

được và cặp bit có thể của kênh truyền (khoảng cách Hamming được tính một cách đơn giản bằng cách đếm có bao nhiêu bit khác giữa cặp bit nhận được từ kênh truyền và cặp bit so sánh)

Trang 35

Mô tả chi tiết thuật toán

Chọn một trạng thái có thông số metric nhỏ nhất và lưu lại

Sử dụng lặp lại cho những bước kế tiếp, chọn một trạng thái mới được

liệt kê trong bảng ghi nhớ trạng thái khi chuyển từ trạng thái trước đến

trạng thái đó Lưu số trạng thái của mỗi trạng thái được chọn.

Chúng ta làm việc tiếp với danh sách những trạng thái được chọn đã

được lưu trong bước xử lý trước đó Chúng ta tra xem bit ngõ vào nào

phù hợp với sự truyền dẫn từ mỗi trạng thái trước đến trạng thái kế tiếp

Trang 36

 Thuật toán phức tạp hơn nhưng chất lượng thông tin thu được rất tốt.

Trang 37

Sơ đồ khối mô phỏng

Tạo ra luồng bit ngẫu nhiên

Phần thu

Mã hóa kênh bằng mã xoắn

3 Title

Phần phát

Điều chế BPSK

Điều chế

Tạo ra kênh nhiễu Gauss

Kênh

Luồng bit sau giải mã

Giải mã bằng Viterbi

Giải điều chế BPSK

Trang 38

Mô phỏng bằng Systemvue

Trang 39

Kết quả thu được

Trang 40

Mô phỏng bằng C

Chương trình cho phép thay

kênh truyền giả lập

Trang 41

Sơ đồ thực hiện mô phỏng

bằng C

Trang 42

Kết quả thu được

Trang 43

di động GSM, 3G, 4G

LTE

Trong các thiết bị truyền thông của quân đội, các thiết bị thu phát vệ tinh

Mã chập được sử dụng

phổ biến trong các hệ thống

thông tin hiện tại:

Trang 44

Một vài lời nhận xét

Bộ mã xoắn có K càng lớn cho ta chất lượng thu càng tốt

Kênh truyền Gauss có độ nhiễu nhỏ hơn

so với kênh Rayleigh

Công suất phát tín hiệu càng lớn thì độ chính xác thu càng tốt

Thuật toán giải mã cũng là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng của tín hiệu thu về

Bộ mã xoắn với nhiều ưu điểm được sử dụng rộng rãi trong thông tin truyền thông

rút ra được một số kết luận như sau:

Trang 45

Hà nội 3/2014

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	3,62 MB