Kỹ thuật mã hóa và ghép kênh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN VIỄN THÔNG
000
TP.HCM – NĂM 2011
GV : LÊ VĂN HÙNG
Môn hc
CÔ SÔÛ VIEÃN THOÂNG
CÔ SÔÛ VIEÃN THOÂNG
Khoa CNDT-BM Vin Thông
2/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Chương 1: Tín hiệu và phổ
Chương 2: Điều chế và giải điều chế tương tự
Chương 3: Điều chế và giải điều chế số
Chương 4: Mã hóa kênh truyền
Chương 5: Đồng bộ kênh truyền
Chương 6: Ghép kênh và đa truy cập
Chương 7: Kĩ thuật trải phổ
Chương 8: Mã hóa nguồn
Chương 9: Kỹ thuật mã hóa và giải mã dữ liệu
Chương 10: Khảo sát kênh truyền Fading
45 tiết lý thuyết
Nôi dung môn học
Nôi dung môn học
Khoa CNDT-BM Vin Thông
3/112
Bài ging môn C S Vin Thông
• Chương 4. Mã hóa kênh truyền

4.1 Mã ki

ể
m tra ch
ẵ
n l
ẻ
(Parity Check Codes)

4.2 Mã kh
ố
i tuy
ế
n tính (Linear Block Codes)

4.2.1 Mã hamming

4.2.2 Mã BCH (SVt
ự
h
ọ
c)

4.3 Mã vòng (Circle Codes)

4.4 Mã ch
ậ
p (mã xo
ắ
n) – Convolutional Codes

4.4.1

Đồ
th
ị
trellis

4.4.2 Thu
ậ
t toán gi
ả
i mã Viterbi

4.5 Mã Reed-Solomon (SVt
ự
h
ọ
c)

4.6 Mã Turbo (SVt
ự
h
ọ
c)
Nôi dung môn học(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
4/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Digital Communication System
Information
Source
Source

Encoder
Channel
Encoder
Modulator
Channel
Demodu-
lator
Channel
Decoder
Source
Decoder
Data Sink
r
b
r
c
r
s
JPEG,
MPEG, etc.
RS code,
Turbo code,
QPSK, QAM,
BPSK, etc.
Chương 4: Mã hóa kênh truyền
Khoa CNDT-BM Vin Thông
5/112
Bài ging môn C S Vin Thông
• Thao tác biến đổi tín hiệu hoặc thông tin
nhằm cải thiện hiệu suất truyền tin cho

phép truyền tín hiệu tốt hơn, chịu được các
tác động kênh chẳng hạn như sự can nhiễu
(interference), nhiễu Gausse trắng (AWGN)
và suy hao (fading) gọi là mã hóa kênh
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Định nghĩa
Khoa CNDT-BM Vin Thông
6/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Mã hóa kênh gồm 2 loại
Mã dạng sóng
Biến đổi dạng sóng thành dạng sóng “tốt hơn”
có khả năng chịu đựng kênh truyền nhiễu và
nâng cao hiệu quả khôi phục thông tin
Mã chuỗi bít
Biến đổi chuỗi bít thành chuỗi bít “tốt hơn”
bằng cách thêm các bít thừa không mang thông
tin, các bít này dùng để phát hiện và sửa lỗi đầu
thu vì thế nâng cao hiệu quả của kênh truyền tin
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
7/112
Bài ging môn C S Vin Thông
LNA
DC Dem
Dmx
SDeCDe ForDeE
Inf
Sink
Receiver Side

TA
PA UC Mod
Mux SEn
CEn ForEnc
Transmitter Side
Inf
Source
other
sources
other
destinations
RA
AWGN
Fading
Interference
Mã hóa kênh
Gii mã kênh:
phát hin li và sa li
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Vị trí
Khoa CNDT-BM Vin Thông
8/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Error
Multiple-bit BurstSingle-bit
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Lỗi bít
Khoa CNDT-BM Vin Thông
9/112
Bài ging môn C S Vin Thông

Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Lỗi bít
Khoa CNDT-BM Vin Thông
10/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Điều khiển lỗi
 Môi trường truyền dẫn bị nhiễu (điện, từ, …) → dữ liệu nhận có lỗi
 2 cách khắc phục khi phát hiện có lỗi
 Forward error control: thông tin sửa sai được thêm vào các ký tự
hoặc các frame truyền đi, để bên nhận có thể phát hiện khi nào có lỗi và
lỗi nằm ở đâu để sửa (có khả năng sửa lỗi)
 Feedback (backward) error control: thông tin sửa sai được thêm vào
các ký tự hoặc các frame truyền đi chỉ đủ để phát hiện khi nào có lỗi
(không có khả năng sửa lỗi). Cơ chế yêu cầu truyền lại ký tự/frame sai
được dùng trong trường hợp này
 Phân loại lỗi
Single-bit error – nhiễu trắng
Burst error: chuỗi các bit liên tiếp bị lỗi – nhiễu xung, suy hao (khi
truyền vô tuyến)
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
11/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Simplex
Half-duplex
Full-duplex
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Cách truyền
Khoa CNDT-BM Vin Thông
12/112

Bài ging môn C S Vin Thông
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Half-duplex
Full-duplex
Khoa CNDT-BM Vin Thông
13/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Nh

c l

i: hàm phân b
ố
xác su
ấ
t theo biên
độ
c
ủ
a nhi
ễ
u AWGN
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
14/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Hàm mật độ phổ công suất Hàm tương quan
F
Mối quan hệ giữa các hàm theo phân bố,mật độ và tương
quan

Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
15/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Xác suất nhận giá trị là z
khi truyền s
1
Xác suất nhận giá trị là z
khi truyền s
2
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
16/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Năng lượng bít
mật độ Công suất
nhiễu
Công suất tín hiệu
Các biểu thức liên quan
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
(
((
(
)
))
)
2
log 1 /
C W S N
≤ +

≤ +≤ +
≤ +
Khoa CNDT-BM Vin Thông
17/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Tính xác suất lỗi khi truyền tín hiệu số
BPSK
QPSK
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
18/112
Bài ging môn C S Vin Thông
So sánh
BPSK và
QPSK
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
19/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Xác suất lỗi=xác xuất thu
bit 0 khi truyền bit 1
BPSK
Xác sut nhn đưc giá tr z
khi truyn đi giá tr U
k
là mt
hàm phân b Gausse
Xác suất đúng
2
2

( )
1
( | ) exp
2
2
k
k
z u
p z u
σ
σσ
σ
σ π
σ πσ π
σ π
 
  
 
− −
− −− −
− −
=
==
=
 
  
 
 
  
 

2
1
( ) exp
2
2
x
Q x
x
π
ππ
π
 
  
 
−
−−
−
=
==
=
 
  
 
 
  
 
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
20/112
Bài ging môn C S Vin Thông

Xác su
ấ
t có J l
ổ
i trong n bit truy
ề
n
đ
i
Xác suất không phát hiện lỗi
( , ) (1 )
j n j
n
P j n p p
j
−
−−
−
 
  
 
= −
= −= −
= −
 
  
 
 
  
 

!
!( )!
n
n
j j n j
 
  
 
=
==
=
 
  
 
−
−−
−
 
  
 
/2,
( 1)/2,
2
det
1
(1 )
2
n nle
n nchan
j n j

n
j
n
P p p
j
−
−−
−
−
−−
−
=
==
=
 
  
 
= −
= −= −
= −
 
  
 
 
  
 
∑
∑∑
∑
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)

Khoa CNDT-BM Vin Thông
Chưng 4: Mã hóa kênh truyn
21/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Các định nghĩa
Trường nhị phân (Binary field)
Tập nhị phân{0,1}
Cộng và nhân modulo 2
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
Chưng 4: Mã hóa kênh truyn
22/112
Bài ging môn C S Vin Thông
 Trường (Field)
 F được gọi là trường nếu:
F hình thành nên tập giao hoán dưới tác động
của phép cộng
F-{0} hình thành nên tập giao hoán dưới tác
động của phép nhân
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
Chưng 4: Mã hóa kênh truyn
23/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Không gian vec tơ
V là tập các vec tơ và F là trường cơ sở
– V tạo thành một không gian vec tơ trên F nếu
– tính giao hoán
Tập cơ sở
{(1000),(0100),(0010),(0001)}

Tập mở rộng
{(1000),(0110),(1100),(1001)}
4
V
⊂
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
Chưng 4: Mã hóa kênh truyn
24/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Trọng số Hamming (Hamming Weight) của
vec tơ U, w(U) là số thành phần khác không
của U
Khoảng Hamming cách giữa 2 vec tơ U và
V là số yếu tố khác nhau giữa 2 vec tơ
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)
Khoa CNDT-BM Vin Thông
25/112
Bài ging môn C S Vin Thông
Quá trình phát hiện sai
Chương 4: Mã hóa kênh truyền(tt)