BÀI 4: MÃ HÓA KÊNH (Channel coding)

Facuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS 1 BÀI 4: MÃ HÓA KÊNH (Channel coding) Facuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS Đặng Lê Khoa Email:danglekhoayahoo.com dlkhoafetel.hcmuns.edu.vn20060216 Facuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS Lecture 9 2 Nội dung trình bày • Mã hóa kênh ( Channel coding ) • Mã hóa khối (Block codes) + Mã lập (Repetition Code) + Hamming codes + Cyclic codes ReedSolomon codes • Mã hóa chập (Convolutional codes) + Encode + Decode20060216 Facuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS Lecture 9 3 Sơ đồ khối hệ thống DCS Format Source encode Format Source decode Channel encode Pulse modulate Bandpass modulate Channel decode Demod. Detect Sample Channel Digital modulation Digital demodulation20060216 Facuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS Lecture 9 4 • Tín hiệu truyền qua kênh truyền sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiễu, can nhiễu, fading… là tín hiệu đầu thu bị sai. • Mã hóa kênh: dùng để bảo vệ dữ liệu không bị sai bằng cách thêm vào các bit dư thừa (redundancy). • Ý tưởng mã hóa kênh là gởi một chuỗi bit có khả năng sửa lỗi • Mã hóa kênh không làm giảm lỗi bit truyền mà chỉ làm giảm lỗi bit dữ liệu (bảng tin) • Có hai loại mã hóa kênh cơ bản là: Block codes và Convolutional codes Channel coding là gì?20060216 Facuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS Lecture 9 5 Định lý giới hạn Shannon • Đối với kênh truyền AWGN, ta có C: channel capacity (bits per second) B: transmission bandwidth (Hz) P: received signal power (watts) N o: singlesided noise power density (wattsHz) E b: average bit energy R b: transmission bit rate CB: bandwidth efficiency20060216 Facuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS Lecture 9 6 Galois field • Binary field : – Tập {0,1}, thực hiện phép cộng và phép nhân 2 thì kết quả cũng thuộc trường. – Binary field còn được gọi là Galois field, GF(2). 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0         1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0         Addition Multiplication20060216 Facuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS Lecture 9 7 Cách tạo trường Galois Dùng các thanh ghi dịch Chọn các giá trị khởi tạo (đa thức) để sinh ra chuỗi dài nhấtFacuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS 8 Galois Field Construction GF(24) with p(x) = 1 + x +x4 14 13 12 11 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1               3 3 2 2 3 2 3 2 3 2 3 3 2 2 3 2 0 1 1 1 1 1 1 1 1                                          1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 1 0 01 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 4  120060216 Facuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS Lecture 9 9 Block codes • Block codes là loại forward error correction (FEC) > cho phép tự sửa sai ở đầu thu • Trong block codes, các bit parity được thêm vào bảng tin để tạo thành code word hoặc code blocks. • Khả năng sửa lỗi của block code phụ thuộc vào code distance • Block codes có tính chất tuyến tính => kết quả phép tính số học giữa các phần tử luôn là một phần tử thuộc trường.20060216 Facuty of Electronics Telecommunications, HCMUNS Lecture 9 10 Block codes (tt) • Luồng thông tin được phân thành từng khối k bits. • Mỗi khối được mã hóa thành khối lớn hơn có n bits. • Các mã này được điều biến và gởi qua kênh truyền. • Quá trình sẽ thực hiện ngược lại ở đầu thu Data block Channel encoder Codeword k bits n bits Code rate Redundant bits kn R nk c 

BÀI 4: MÃ HÓA KÊNH (Channel coding) Đặng Lê Khoa Email:danglekhoa@yahoo.com dlkhoa@fetel.hcmuns.edu.vn Facuty of Electronics HCMUNS Facuty of Electronics&&Telecommunications, Telecommunications, HCMUNS Nội dung trình bày • Mã hóa kênh ( Channel coding ) • Mã hóa khối (Block codes) + Mã lập (Repetition Code) + Hamming codes + Cyclic codes * Reed-Solomon codes • Mã hóa chập (Convolutional codes) + Encode + Decode 2006-02-16 Facuty of Electronics & Lecture Telecommunications, HCMUNS Sơ đồ khối hệ thống DCS Format Source encode Channel encode Pulse modulate Bandpass modulate Digital demodulation Format 2006-02-16 Source decode Channel decode Detect Facuty of Electronics & Lecture Telecommunications, HCMUNS Channel Digital modulation Demod Sample Channel coding gì? • Tín hiệu truyền qua kênh truyền bị ảnh hưởng nhiễu, can nhiễu, fading… tín hiệu đầu thu bị sai • Mã hóa kênh: dùng để bảo vệ liệu khơng bị sai cách thêm vào bit dư thừa (redundancy) • Ý tưởng mã hóa kênh gởi chuỗi bit có khả sửa lỗi • Mã hóa kênh không làm giảm lỗi bit truyền mà làm giảm lỗi bit liệu (bảng tin) • Có hai loại mã hóa kênh là: Block codes Convolutional codes 2006-02-16 Facuty of Electronics & Lecture Telecommunications, HCMUNS Định lý giới hạn Shannon • Đối với kênh truyền AWGN, ta có C: channel capacity (bits per second) B: transmission bandwidth (Hz) P: received signal power (watts) No: single-sided noise power density (watts/Hz) Eb: average bit energy Rb: transmission bit rate C/B: bandwidth efficiency 2006-02-16 Facuty of Electronics & Lecture Telecommunications, HCMUNS Galois field • Binary field : – Tập {0,1}, thực phép cộng phép nhân kết thuộc trường Addition 00  0 1  1  11  – 2006-02-16 Multiplication 00  0 1  1  1  Binary field gọi Galois field, GF(2) Facuty of Electronics & Lecture Telecommunications, HCMUNS Cách tạo trường Galois Dùng ghi dịch Chọn giá trị khởi tạo (đa thức) để sinh chuỗi dài 2006-02-16 Facuty of Electronics & Lecture Telecommunications, HCMUNS Galois Field Construction GF(24) with p(x) = + x +x4 1 10 0  1 3 3   1 1 01 10   6 7 1 8 1  0 11  11 1010 3 01 111 3     11   9 0 01 10   5  10 010 0 010 2 2 4 0000 111  12 1    13   11  14  10 01 Facuty of Electronics & Telecommunications, HCMUNS 1111 Block codes • Block codes loại forward error correction (FEC) -> cho phép tự sửa sai đầu thu • Trong block codes, bit parity thêm vào bảng tin để tạo thành code word code blocks • Khả sửa lỗi block code phụ thuộc vào code distance • Block codes có tính chất tuyến tính => kết phép tính số học phần tử ln phần tử thuộc trường 2006-02-16 Facuty of Electronics & Lecture Telecommunications, HCMUNS Block codes (tt) • • • • Luồng thông tin phân thành khối k bits Mỗi khối mã hóa thành khối lớn có n bits Các mã điều biến gởi qua kênh truyền Quá trình thực ngược lại đầu thu Channel encoder Data block k bits n-k Codeword n bits Redundant bits k Rc  Code rate n 2006-02-16 Facuty of Electronics & Lecture Telecommunications, HCMUNS 10