Đề tài tốt nghiệp kỹ thuật phát hiện lỗi và sửa lỗi trong hệ thống thông tin vệ tinh INMARSAT

Nội dung trang
Chơng 1 Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh
1. Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh
1.1.Cấu trúc
1.2.Phân tích các khối
1.3.Tỷ số lỗi
1.4.Xác suất lỗi
2.Các yếu tố ảnh hởng đến tuyến thông tin vệ
tinh
2.1.Tạp âm
2.1.1.Tạp âm vũ trụ
2.1.2.Tạp âm khí quyển
2.1.3.Tạp âm trái đất
2.1.4.Tạp âm do hiện tợng xuyên âm
2.1.5.Tạp âm méo xuyên điều chế
2.1.6.Tạp âm nhiệt
2.1.7.Tạp âm mặt trời
2 2.Một số nguyên nhân khác
2 2.1.ảnh hởng của ma
2 2.2. .ảnh hởng của pha ding
2 2.3. .ảnh hởng của tầng điện ly
2.2.4.Sự nhiếu loạn do các sóng can nhiễu
2.2.5.Méo tín hiệu
Chơng 2. Các phơng pháp truyền tin chỗng nhiễu
1. Phơng thức FEC
1.1.Định nghĩa
1.2.Các loại mã sử dụng trong phơng thức FEC
2.phơng thức arq
2.1.ARQ dừng và đợi
2 2.ARQ liên tục và lặp lại
2.3.ARQ liên tục và lặp lại có lựa chọn

2.4.Phơng pháp kết hợp
Chơng 3. Các loại mã phát hiện và sửa lỗi
1. Giới thiệu chung
1.1.Khái niệm vễ phát hiện và sửa lỗi
1.2.Cơ chế phát hiện sai của mã hiệu
1.3.Cơ chế sửa sai của mã hiệu
2. Mã khối tuyến tính
2.1.Cấu trúc
2.2.Ma trận sinh
2.3.Ma trận kiểm tra
2.4.Syndrome và phát hiện sai
2.5.Khả năng phát hiện và sửa sai
2.6.Mã hoá mã khối tuyến tính
2.7.Giải mã Syndrome
3.mã hamming
3.1.Địng nghĩa
2
3.1.1.Khái niệm
3.1.2.Đặc điểm
3.2.Tạo mã
3.3.Giải mã
4.Mã vòng
4.1.Định nghĩa
4.2.Mã hoá mã vòng
4.3.Giải mã mã vòng
5.Mã Golay
5.1.Cấu trúc
5.2.Mã hoá
5.3.Giải mã
6.Mã xoắn

7.Mã BCH nhị phân
7.1.Biểu diễn mã
7.2.Giải mã BCH
7.3.Thủ tục sửa lỗi cho bộ mã BCH
8.mã BCH không nhị phân và mã Reed-Solomon
Chơng 4.Một số phơng pháp bổ trợ
4.1.Phơng pháp interleaved hoặc interleaved code
4.2.Mã hoá ngẫu nhiên
4.3.Mã hoá vi sai
4.4.Mã hoá Gray
4.5.Kỹ thuật chống lỗi cơ sở
4.5.1.Sự sửa lỗi bit chọn lọc
4.5.2.Phép nội suy
4.6.Kỹ thuật bộ đầu cuối vệ tinh
4.6.1.Các biện pháp chống tiếng vọng
4.6.2.Bộ bù trễ cho đờng thông tin vệ tinh
Chơng 5.Kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi trong hệ thống INMARSAT
1.Kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi trong hệ thống INM - B
1.1.Giới thiệu chung
1.1.1.Đặc điểm
1.1.2.Các dịch vụ
1.2.Kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi
2.Kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi trong hệ thống INM C
2.1.Giới thiệu chung về hệ thống
2.2.Kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi
2.2.1.Phơng thức FEC
2.2.2.Phơng thức ARQ
3.Phơng pháp phát hiện và sửa lỗi trong hệ thống INM M/mM
3.1.Khái quát về hệ thống INM M/mM
3.1.1.Hệ thống INM M

3.1.2.Hệ thống INM mM
3.2.Kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi trong hệ thống INM M/mM
3.3.Nắn thích nghi
4.Đánh giá về các phơng pháp phát hiện và sửa lỗi trong
3
hÖ thèng INMARSAT sè
4
chơng1
Tổng quan về hệ thống thông tinh vệ tinh
Nh ta đã biết, sóng vô tuyến điện phát đi từ một vệ tinh ở quĩ đạo vệ tinh địa
tĩnh có thể bao phủ 1/3 bề mặt quả đất. Bởi vậy, những trạm mặt đất đặt trong vùng
đó có thể thông tin trực tiếp với bất kỳ một trạm mặt đất khác trong vùng qua một vệ
tinh thông tin.
Các u điểm chính của thông tin vệ tinh so với các hệ thống thông tin khác nh
hệ thống cáp và hệ thống chuyển tiếp viba là:
- Có khả năng đa truy nhập
- Vùng phủ sóng rộng
- Chất lợng và khả năng cao về thông tin băng rộng
- Có thể ứng dụng cho thông tin di động
- Hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cự ly cực lớn, đặc biệt là trong thông
tin xuyên lục địa.
Chính vì những u điểm trên mà thông tin vệ tinh đã phát triển và phổ biến
nhanh chóng.
1. Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh
1.1. Cấu trúc
1.1.1. Phần phát

Nguồn
tin
1.1.2. Phần thu

Hình 1. Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh
1.2. Phân tích các khối
Cấu trúc của một hệ thống thông tin gồm có 2 khâu chính: khâu mặt đất và
khâu không gian
- Khâu mặt đất gồm có: Phần phát và phần thu
5
Mã
hoá
nguồn
Mã
hoá
kênh
Ghép
kênh
Điều
chế
U/C HPA
LNA D/C
Giải
điều
chế
Tách
kênh
Giải
mã
kênh
Giải
mã
nguồn
Nguồn tin

ban đầu
Vệ tinh
Vệ tinh
+ Mã hoá nguồn và giải mã nguồn tín hiệu: Thực hiện nén và giải nén tin
nhằm giảm tốc độ bit để giảm phổ chiếm của tín hiệu số
+ Mã hoá và giải mã kênh: Nhằm chống nhiễu và các tác động xấu khác của
đờng truyền dẫn.
+ Ghép, tách kênh: Nhằm thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khác
nhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn
+ Thực hiện biến đổi số thành các tín hiệu liên tục phù hợp với việc truyền đa
tín hiệu đi xa
Ngoài ra, còn có khối đồng bộ bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang.
+ U/C: Bộ biến đổi tần lên.
+ HPA: Khuếch đại công suất cao.
+ LNA: Khuếch đại tạp âm thấp.
+ D/C: Bộ biến đổi tần xuống
Các khối khác ở phía thu thực hiện thuật toán ngợc lại so với các khối ở phía
phát.
- Khâu không gian gồm có vệ tinh và kênh tryền. ở phần này chỉ xét đến
kênh truyền.
Nh ta đã biết, có 2 loại kênh truyền đó là kênh truyền loại cứng và kênh
truyền loại mềm. Trong đó, kênh truyền loại cứng là kênh truyền nhân tạo nh:
ODS, Kênh truyền loại mềm là loại kênh truyền sử dụng môi trờng tự nhiên để
truyền sóng nh: không gian tự do, tầng khí quyển, tầng điện ly, Hệ thống thông tin
vệ tinh sử dụng loại kênh truyền thứ hai. Do đó môi trờng truyền sóng có ảnh hởng rất
lớn đến chất lợng của tuyến thông tin.
1.3. Tỷ số lỗi
Tỷ số lỗi có thể đo nhằm xác định khả năng hoạt động của toàn tuyến truyền
dẫn. Vì mẫu bit cố định, nhờ kiểm tra các bit đến nên mạch logic trong thiết bị đo có
thể xác định bất kỳ lỗi nào nếu nó xảy ra. Bất kỳ một lỗi nào cũng đều đợc đa vào

máy đếm để chỉ thị tỷ số của bit lỗi đã xuất hiện và tổng số bit thu trong một khoảng
thời gian cố định cho trớc.
Báo cáo 613-2 của CCITT đã định nghĩa tỷ số lỗi BER (Bit error Rate) nh sau:
BER = N
e
/N
t
= N
e
/(Bt
0
) (1)
Trong đó: - N
e
: Số bit lỗi trong khoảng thời gian t
0
- N
t
: Tổng số bit truyền đi trong khoảng thời gian t
0
- B : Tốc độ bit của tín hiệu nhị phân tại điểm tiến hành đo
- t
0
: Khoảng thời gian đo ( thời gian đếm lỗi)
Khi quá trình phát sinh lỗi là ngẫu nhiên và dừng, lỗi đợc đếm trong khoảng
thời gian đủ dài t
0
thì

phơng trình (1) có thể có sự đánh giá của xác suất lỗi. Độ

chính xác của sự đánh giá tăng lên khi Ne tăng, nhng yêu cầu thực tế của quãng thời
gian đo thờng hạn chế trị số của N
e
. Trị số tối thiểu chấp nhận đợc của N
e
dờng nh
gần bằng 10, vì vậy xác suất lỗi chính xác nằm trong giới hạn 50% quanh N
e
/N
t
với
hệ số tin cậy 90%. Các số liệu cần thiết trong phơng trình (1) có thể đạt đợc khi sử
dụng các thể thức khác nhau. Nếu thể thức sử dụng nơi mà số lợng bit lỗi đợc phát
6
hiện hạn chế đối với khoảng thời gian cố định t
0
thì số liệu đo đợc có thể trực tiếp
trên hình vẽ có sẵn. Nếu phơng pháp sử dụng nơi mà đòi hỏi khoảng thời gian đủ để
phát hiện chính xác số bit lỗi N
e
(thích hợp hơn là số lợng bit phát đi N
t
trong cùng
khoảng thời gian), sẽ đạt đợc độ chính xác đo gần nh không đổi cho bất kỳ trị số tỷ
số lỗi trong thời gian tối thiểu.
- Giây có lỗi (ES) và giây không có lỗi(EFS)
Giây có lỗi (ES) và giây không có lỗi (EFS) đợc định nghĩa nh sau: Những
giây có lỗi (ES) là trong khoảng thời gian 1 giây đo bit đợc thu có lỗi. Còn những
giây không có lỗi là trong khoảng thời gian 1 giây không có bit nào thu đợc có lỗi
trên tổng số bit thu đợc. Để đo các đại lợng này sử dụng 2 phơng pháp: Phơng pháp

thứ nhất là phơng pháp đồng bộ, thời điểm khởi đầu của chu kỳ đo trùng với 1 lỗi và
phơng pháp thứ hai là phơng pháp không đồng bộ, khi đó quãng thời gian độc lập
với thu lỗi. Trong hai phơng pháp trên thì phơng pháp thứ hai là thông dụng vì nó
thể hiện thực tế hơn chất lợng của một hệ thống khi có sự đột biến của lỗi. Cả ES và
EFS, tỷ lệ lỗi bit (BER), số phần trăm thời gian mà BER không vợt quá ngỡng và
các khối lỗi của số liệu (EFB) là các đại lợng đo chất lợng của hệ thống truyền dẫn
số.
- Số phần trăm sử dụng
Việc đo này biết đợc quãng thời gian gián đoạn của hệ thống. Chu kỳ thời
gian không sử dụng bắt đầu khi tỷ số bit lỗi trong mỗi giây xấu hơn 10
-3
kéo dài
trong 10 giây liên tiếp, đó là thời gian không sử dụng. Chu kỳ thời gian không sử
dụng kết thúc khi tỷ số bit lỗi trong mỗi giây thấp hơn 10
-3
kéo dài trong 10 giây
liên tiếp, chu kỳ này đợc xem nh thời gian sử dụng. Số phần trăm sử dụng là một
trong hai cách thể hiện tính khách quan khả năng hoạt động của hệ thống. Cách thể
hiện khác là nhờ trạng thái chất lợng của hệ thống. Hai lĩnh vực này chịu ảnh hởng
của độ tin cậy truyền lan và độ tin cậy của thiết bị.
1.4. Xác suất lỗi
Đánh giá ảnh hởng của tạp âm đến chất lợng của hệ thống thông tin ngời ta
sử dụng tỷ số tín hiệu trên tạp âm và xác suất lỗi. Tỷ số tín hiệu trên tạp âm là một
trong những tham số chất lợng quan trọng nhất, nó yêu cầu đo lờng và điều khiển
trong hệ thống thông tin tơng tự, còn tơng ứng trong hệ thống thông tin số là xác
suất lỗi P
e
.
Xác suất lỗi có thể hiểu đợc là: Trong trờng hợp một hệ thống thông tin số
đầu vào của nó có một dãy ký hiệu, do ảnh hởng của tạp âm kênh (giả thiết là tạp

âm Gauss) đầu ra sẽ có một dãy số khác. Trong một hệ thống lý tởng hoặc không
tạp âm thì cả hai dãy vào và dãy ra là giống nhau. Nhng trong hệ thống thực tế thì
thỉnh thoảng chúng có khác nhau. Toàn bộ chỉ tiêu của một hệ thống thông tin đợc
đo bằng xác suất dãy các ký hiệu vào khác với các ký hiệu ra. Có một biểu thức thay
thế cho xác suất lỗi đó là:
Mức lỗi bit trung bình (BER) = Tỷ số lỗi bit trung bình (BER)
= Xác suất lỗi P
e
7
Chỉ tiêu chất lợng P
e
là một độ đo chỉ tiêu chất lợng trung bình của một hệ
thống, nhng nó không chỉ ra tần suất xuất hiện lỗi. Thông thờng, nó là một đại lợng
bắt đầu từ lý thuyết, nó không chỉ ra bao nhiêu lỗi xuất hiện trong một giây hoặc
trong khoảng thời gian đo, độ đo của các lỗi xuất hiện trong mỗi giây là bao nhiêu.
Trong thực tế sử dụng tỷ lệ lỗi bit (BER) cùng với các khoảng thời gian để tạo nên
tính khách quan về chỉ tiêu chất lợng đối với các hệ thống số.
2. Các yếu tố ảnh hởng đến tuyến thông tin vệ Tinh
2.1.Tạp âm
Trong tuyến thông tin vệ tinh, ở luồng tín hiệu thu về bao giờ cũng có chứa
những tín hiệu không mong muốn. Các tín hiệu này do nhiều nguyên nhân khác
nhau gây lên nh : môi trờng truyền sóng, bản thân thiết bị gây ra, Các tín hiệu
không mong muốn đó gọi chung là tạp âm. Nh vậy, có thể hiểu một cách khái quát :
Tạp âm là những tín hiệu không mong muốn có trong luồng tín hiệu thu về.
Đối với các hệ thống thông tin khác, tạp âm thờng rất nhỏ so với tín hiệu. Do
đó, tạp âm ảnh hởng không đáng kể đến sự trung thực của tín hiệu. Còn trong hệ
thống thông tin vệ tinh, với tuyến thông tin rất dài (36.000 km) mà tạp âm lại lớn
nên chất lợng thông tin giảm đi đáng kể. Bên cạnh đó anten thu cũng góp nhặt tạp
âm từ môi trờng truyền nh: ma, mây, tầng điện ly, thông qua búp sóng của nó nên
làm cho tín hiệu không mong muốn lại càng lớn hơn.

Chúng ta thờng gặp một số loại tạp âm sau:
2.1.1.Tạp âm vũ trụ
Tạp âm vũ trụ đợc hình thành do các nguyên nhân:
- Nhiễu
- Bức xạ siêu cao tần từ các dải ngân hà
- Do sự hoạt động của mặt trời, mặt trăng
Những yếu tố trên tác động rất mạnh đến dải tần làm việc của thông tin vệ
tinh đặc biệt là ở dải 1 GHz.
2.1.2. Tạp âm khí quyển
Tạp âm này sinh ra do các chất khí ôxi, nitơ, hơi nớc, có trong khí quyển.
Các chất khí trên không chỉ hấp thu sóng vô tuyến điện mà còn là các nguồn bức xạ
tạp âm nhiệt. Khi sóng truyền qua nó thì làm sóng điện từ của tuyến thông tin vệ
tinh bị suy yếu và sinh ra tạp âm.
Suy hao do hơi nớc và oxy đợc tính theo công thức sau:
{ }
r
0
woA
d)r(y)r(y


+=
[dB]
- r : Chiều dài đờng truyền sóng trong tầng khí quyển
- y
0
: Hấp thụ của các phần tử oxy [dB/ km]
- y
w
: Hấp thụ của các phần tử hơi nớc [dB/ km]

2.1.3. Tạp âm trái đất
8
Bề mặt trái đất có khả năng phản xạ sóng điện từ đối với các búp sóng phụ từ
anten trạm mặt đất. Các búp sóng phụ này gây ra tạp âm ảnh hởng trực tiếp từ mặt
đất và tạp âm khí quyển phản xạ từ mặt đất. Nhiệt độ tạp âm đợc cộng thêm do ảnh
hởng của trái đất là 0 - 25
0
K.
2.1.4. Tạp âm do hiện tợng xuyên âm
Là tạp âm sinh ra do các đờng tín hiệu ghép tơng hỗ trong các thiết bị. Hiện
tợng xuyên âm thờng xảy ra giữa các sóng mang trên một bộ phát đáp của vệ tinh.
Để chống hiện tợng này, đối với vệ tinh, ngời ta dành khoảng cách bảo vệ giữa các
sóng mang trong mỗi một bộ phát đáp.
2.1.5. Tạp âm méo xuyên điều chế
Tạp âm méo xuyên điều chế là một trong nhiều tạp âm ở đờng vệ tinh của
tuyến thông tin vệ tinh. Tạp âm xuyên điều chế trong vệ tinh sinh ra khi bộ phát đáp
của nó khuyếch đại đồng thời nhiều sóng mang. Các đặc tính phi tuyến vào ra
của bộ phát đáp là nguyên nhân sinh ra tạp âm xuyên điều chế. Bộ khuyếch đại
TWT là thành phần chính của bộ phát đáp.
Mối quan hệ giữa đầu ra và đầu vào của một TWT đợc biểu diễn ở hình 2.
Mức ra
Mức vào
Hình 2: Đặc tính vào - ra của TWT
Nếu quan hệ vào - ra tuyến tính nh đờng nét đứt thì sẽ không gây ra méo do
xuyên điều chế. Tuy nhiên, trong thực tế, đặc tuyến của TWT không tuyến tính nh
đờng nét đứt nên xảy ra xuyên điều chế.
Tạp âm xuyên điều chế sinh ra các sản phẩm xuyên điều chế hoặc méo lọt
vào băng tần truyền dẫn khi nhiều sóng mang đợc khuyếch đại đồng thời bằng bộ
khuyếch đại TWT phi tuyến. Mức độ xuyên điều chế phụ thuộc vào số sóng mang
và sự chênh lệch tần số giữa chúng.

Khi các đặc tính khuyếch đại của TWT không tuyến tính thì điện áp ra của
TWT tính nh sau:
- Nếu tín hiệu vào chỉ có một tần số f
1
thì tín hiệu đầu ra chứa các thành phần
cơ bản của f
1
ứng với số hạng thứ nhất, thành phần 2f
1
ứng với số hạng thứ hai Tuy
nhiên, vì các thành phần 2f
1
, 3f
1
là hài của f
1
nên chúng không lọt vào băng truyền
dẫn của TWT.
VD: f
1
= 4GHz => 2f
1
= 8GHz, 3f
1
=12GHz. Chúng hoàn toàn ngoài băng tần
của bộ khuếch đại 4GHz.
- Nếu tín hiệu vào chứa 2 tần số f
1
và f
2

gần nhau thì các thành phần nhiễu là
(f
1
+ f
2
), (f
1
- f
2
), (f
2
- f
1
) và 2f
1
, 2f
2
ứng với số hạng thứ 2. Nếu tần số f
1
và f
2
đủ gần
9
để: (f
1
- f
2
), (f
2
- f

1
) coi nh bằng 0, f
1
+ f
2
gần bằng 2f
1
, 2f
2
=> chúng không lọt vào
băng truyền dẫn của tần số f
1
, f
2
. Nhng nếu không xảy ra trờng hợp trên, nghĩa là f
1
và f
2
không đủ gần thì các thành phần (f
1
+ f
2
), (f
1
- f
2
), (f
2
- f
1

) sẽ không lọt vào băng
truyền dẫn.
- Tơng tự nh vậy, các thành phần tín hiệu méo ứng với số hạng bậc 3 hay các
sản phẩm bậc 3 có tần số (2f
1
+ f
2
), (2f
2
+ f
1
), (2f
2
- f
1
), (2f
1
- f
2
) và các thành phần hài
bậc 3 là 3f
1
, 3f
2
đợc tạo ra. Mỗi loại trong các thành phần này gây ảnh hởng ở mức
độ khác nhau đến tuyến thông tin.
VD: Nếu f
1
= 4GHz, f
2

= 4,1GHz => 2f
1
- f
2
= 3,9GHz thành phần này sẽ lọt
vào băng truyền dẫn 4GHz. Thành phần nhiễu này đợc gọi là tạp âm xuyên điều chế
bậc 3.
Để méo do xuyên điều chế nhỏ hơn giá trị cho phép, TWT phải làm việc ở
mức thấp hơn điểm bão hoà.
Hình 3: Nhiễu khi có 2 tín hiệu vào
2.1.6. Tạp âm nhiệt
Tạp âm nhiệt sinh ra do chuyển động ngẫu nhiên của các điện tử tự do trong
các vật dẫn điện. Khi chuyển động, các điện tử này va trạm sinh ra tạp âm nhiệt.
Cho dù các vật dẫn hở mạch thì các điện tử tự do vẫn chuyển động và sinh ra tạp âm
nhiệt.
2.1.7. Tạp âm mặt trời
Tạp âm sinh ra khi mặt trời hoạt động mạnh theo các chu kỳ khác
nhau và ảnh hởng ở mức độ khác nhau. Nếu trạm mặt đất ở vị trí nhiễu thẳng
của mặt trời thì có thể mất liên lạc hoàn toàn vì mức tạp âm lớn.
2.2. Một số nguyên nhân khác
2.2.1. ảnh hởng của ma
Sự hấp thụ các sóng điện từ của các giọt nớc ma gây nên tổn hao các sóng,
gọi là tổn hao do ma. Về nguyên tắc, giá trị tổn hao tính theo dB tỷ lệ với độ dài của
chặng vô tuyến, tức là A[dB = D. Hệ số tổn hao phụ thuộc nhiều yếu tố khác
nhau trong đó có tốc độ ma, phân cực của các sóng và tần số công tác.
10
f
2

0,1 3,9 4,0 4,1 4,2 8,0 8,1 8,2 GHz

f
2
- f
1
2f
1
- f
2
f
1

2f
2
- f
1
2f
1

f
2
+ f
1
2f
2

Thực tế thì các giọt ma không có dạng hình cầu. Trong quá trình rơi xuống,
hình dạng giọt ma có xu hớng bẹt hơn, thậm chí hơi xiên do tơng tác với khí quyển,
do vậy tổn hao do ma phụ thuộc vào phân cực sóng. Do kích thớc giọt ma theo chiều
thẳng đứng nhỏ hơn kích thớc theo chiều ngang nên các sóng phân cực ngang bị tổn
hao mạnh hơn. Ngoài ra, trong thực tế tốc độ ma không phải là một hằng số trên

suốt chiều dài chặng vô tuyến và nói chung ma rào lớn thờng không diễn ra bao
trùm cả chiều dài chặng vô tuyến. Khi tính đến tất cả các yếu tố trên, tổn hao do ma
thờng đợc tính theo công thức:
A=D(l
eq
) (02)
Trong đó:
- = 0,0266.l
1,173
dB/km
- l
eq
: Tốc độ ma tơng đơng, l
eq
= C
1
.C
2
.l
với C
1
,C
2
đợc xác theo đồ thị hình 4.
Hình 4: Các hệ số C
1
và C
2
2.2.2. ảnh hởng của pha-ding
Thông tin vệ tinh sử dụng đờng truyền dẫn vô tuyến, do đó, một ảnh hởng rất

lớn đến tuyến thông tin là hiện tợng pha-ding.
Có 2 loại Pha-ding: - Pha-ding đa tia chọn lọc theo tần số
- Pha-ding vùng tối
11
1
0
.
9
0
.
8
0
.
7
0
.
6
0
.
5
0
.
4
0
.
3
0
.
2
5

10
15
20
30
40
50
60
80
120
160
180
200
C
1
(I,O
)
l mm /h
C
2
(I,O
)
F
1
0
.
9
0
.
8
0

.
7
0
.
6
0
.
5
0
.
4
0
.
3
0
.
2
10
-3
5x10
-
4
2x10
-
4
10
-6
5x10
-
3

2 x
10
-5
10
-3
0, km
3 4 5 6 7 8 9 10 15 20
30 40 50 60
Nhng nguy hiểm nhất là pha-ding đa tia xảy ra do máy thu nhận đợc tín hiệu
không phải chỉ từ một tia mà còn từ nhiều tia khác nhau trên đờng truyền dẫn.
Mặc dù tín hiệu phát đi tại một thời điểm những đến máy thu lại ở các thời
điểm khác nhau do đờng đi của chúng khác nhau dẫn đến các tín hiệu đến sẽ khác
nhau về pha. Điều này có nghĩa là tín hiệu thu đợc sẽ là tổng vectơ của cùng một tín
hiệu nhng khác nhau về pha. Khi đó, xảy ra các trờng hợp sau:
- Nếu các tín hiệu này đồng pha với nhau thì ta đợc cờng độ tín hiệu thu về
rất lớn.
- Ngợc lại, nếu các tín hiệu này ngợc pha với nhau thì tín hiệu thu đợc là rất
nhỏ và có thể bị triệt tiêu; xảy ra chỗ trũng pha-ding (vùng giảm tín hiệu)
Nh vậy, ảnh hởng của pha-ding làm cho cờng độ tín hiệu lúc tăng, lúc giảm.
Ngoài việc việc làm thăng, giáng tín hiệu, Fading đa tia còn gây ra sự phân tán thời
gian dẫn đến nhiễu giao thoa giữa các tín hiệu (ISI: Inter Symbol Interference). ISI
có nghĩa là các ký hiệu cạnh tranh nhau sẽ giao thoa với nhau dẫn đến méo dạng tín
hiệu và máy thu có thể quyết định sai về ký hiệu này.
* Xác suất gián đoạn liên lạc gây ra bởi pha-ding đa tia chọn lọc theo tần số
Một trong các tác động trầm trọng của pha-ding đa đờng chọn lọc theo tần số
là gây nên gián đoạn liên lạc. Theo phơng pháp đợc phát triển bởi Rummler, thời
gian gián đoạn liên lạc gồm 2 phần: Một do tạp nhiệt và nhiễu, một do pha-ding đa
đờng tạo lên. Ngỡng chất lợng là giá trị BER = 10
-3
. Mô hình thống kê của kênh là

mô hình kênh 3 tia đơn giản hoá do Rummler đề xuất, miền gián đoạn liên lạc đợc
xác định trên không gian tham số A, B và f
0
( đợc mặc định là 6,3 ns)
Rummler đã chỉ ra rằng, đối với một tần số khe pha-ding f
0
đã cho có một
mức pha-ding phẳng tới hạn A cho mỗi một độ sâu khe pha-ding B mà trên mức đó
sự gián đoạn liên lạc xảy ra. Tập hợp các đờng cong A tới hạn đối với các giá trị B
xác định miền gián đoạn trong không gian A, B, f
0
. Việc tính tích phân hàm mật độ
xác suất cùng nhau của A và B trên miền ngoài của từng đờng cong giả sử về độ sâu
khe f
0
sẽ cho chúng ta xác suất điều kiện gián đoạn liên lạc, với điều kiện là xảy ra
pha-ding. Tuy nhiên, dựa trên các tính toán của mình Rummler cũng đã tìm thấy đ-
ợc rằng thời gian gián đoạn của chặng vô tuyến chủ yếu gây bởi pha-ding chọn lọc
theo tần số chứ không phải do tác động của tạp âm nhiệt và nhiễu thông thờng (các
tính toán theo phơng pháp này áp dụng cho vô tuyến chuyển tiếp số Atlanta-
Palnetto, tơng đối khớp với số liệu thống kê thực tế. Xác suất gián đoạn liên lạc gây
ra bởi tạp âm và can nhiễu là 0,00323; xác suất gián đoạn gây ra bởi pha-ding đa tia
bằng 0,18077). Nh vậy, tham số A đợc loại bỏ và chỉ sử dụng một đờng cong duy
nhất ứng với các giá trị tới hạn của bảo vệ là f
0
. Đờng cong này chính là đờng cong
signature. Đờng cong signature của hệ thống là quỹ tích của các điểm trên mặt
phẳng B - f
0
ứng với trạng thái gián đoạn liên lạc của hệ thống, chia mặt phẳng B - f

0
thành các miền ứng với các trạng thái gián đoạn liên lạc do pha-ding và không gián
đoạn liên lạc.
Xác suất gián đoạn liên lạc gây bởi pha-ding đa dờng nh vậy có thể tính đợc
nhờ sử dụng signature của hệ thống. Tuy nhiên, gián đoạn liên lạc chỉ thực sự xảy
12
1
0
.
9
0
.
8
0
.
7
0
.
6
0
.
5
0
.
4
0
.
3
0
.

2
ra trong điều kiện phải xảy ra pha-ding đa đờng. Xác suất gián đoạn liên lạc tổng
cộng của hệ thống do vậy là tích của xác suất có pha-ding đa đờng và xác suất gián
đoạn liên lạc tính từ signature của hệ thống.
Xác suất gián đoạn liên lạc là xác suất sự kiện thông số B vợt quá giá trị của
đờng cong signature (tức là xác suất của dự kiện xác suất lỗi bit lớn hơn 10
-3
). Xác
suất này tính đợc nhờ tích phân hàm mật độ cùng nhau của các tham số mô hình
trong miền gián đoạn với công thức cuối cùng là:
oo
2
1
f
2
1
f
B
o
out
df)f(p].
M
)f(
exp[P
c
c


+

=
[0.4]
Trong đó:
- (f
0
) là hàm số đờng signature của hệ thống
- f
0
: là tần số khe pha-ding, f
c
: là tần số sóng mang
- M
B
là giá trị kỳ vọng của độ sâu khe
- p(f
0
) = 5/3
Xác suất xảy ra pha-ding đa đờng liên quan tới tổn hao phẳng của tuyến A và
B có quan hệ với nhau và sẽ không có pha-ding đa đờng xảy ra nếu A không vợt quá
19 dB. Xác suất xảy ra pha-ding nhiều tia dẫn đến lợng tổn hao pha-ding phẳng vợt
quá A
0
=19 dB có thể đợc xác định theo công thức:
F(A
0
=19dB) = F (A
p
= 80) =

p
37
A
D.f.b.a.10.6

[0.5]
Xác suất gián đoạn liên lạc tổng cộng của hệ thống dới tác động của pha-
ding đa đờng P
out
có thể tính đợc theo công thức sau:
P
total
= F(A
0
).P
out
= F(A
o
)
oo
2
1
f
2
1
f
B
o
df)f(p].
M

)f(
exp[
c
c


+



[0.6]
Với A
0
=19 dB
2.2.3.ảnh hởng của tầng điện ly
Tầng điện ly là một lớp khí loãng bị ion hoá bởi các tia vũ trụ, có độ cao từ
50 - 400 km so với mặt đất. Lớp mang điện này có tác dụng hấp thụ và phản xạ
sóng. Trong một số trờng hợp, các sóng vô tuyến điện truyền đến hay đi từ các vệ
tinh sẽ bị suy hao do ảnh hởng của tầng điện ly. Sự biến đổi trạng thái của tầng điện
ly là giá trị hấp thu và phản xạ thay đổi gây ra sự biến thiên cờng độ sóng đi vào hay
còn gọi là sự thăng giáng.
Tuy nhiên, tính chất này ảnh hởng chủ yếu đối với băng sóng ngắn. Tần số
càng cao, ảnh hởng của tầng điện ly càng thấp.
Ngoài một số nguyên nhân chính trên có ảnh hởng đến chất lợng của tuyến
thông tin vệ tinh còn có những nguyên nhân khác góp phần làm giảm độ trung thực
13
của tín hiệu thu về, có thể làm cho tín hiệu thu về xảy ra sai lỗi mặc dù đã có các
biện pháp để khắc phục sự ảnh hởng đó.
2.2.4.Sự nhiễu loạn do các sóng can nhiễu
2.2.4.1. Sự can nhiễu với vệ tinh bên cạnh

Xét tín hiệu can nhiễu từ hệ thống vệ tinh 1 lên hệ thống vệ tinh 2, can nhiễu
xảy ra nếu bức xạ cách trục chính độ từ trạm mặt đất 2 chiếu vào vệ tinh 1 và
anten thu của vệ tinh 1 cũng nhạy cảm ở hớng trạm mặt đất 2 trên đờng lên. Trong
khi đó, đờng xuống can nhiễu xảy ra khi anten phát của vệ tinh 2 cũng chiếu vào
trạm mặt đất 1 và anten thu của trạm mặt đất 1 cũng thu đợc hớng của vệ tinh 2
(Hình 5).
Công suất của sóng can nhiễu giảm khi góc tăng và hệ số tăng ích của anten
trạm mặt đất giảm. Khi 2 vệ tinh đặt cách nhau khoảng 3
0
thì tỷ số công suất của
sóng hữu ích có thể đạt 30 dB hoặc lớn hơn.
2.2.4.2. Can nhiễu với đờng thông tin viba trên mặt đất
Xảy ra 2 trờng hợp sau:
- Trờng hợp 1:
Đờng thông tin viba mặt đất có cùng tần số làm việc với đờng lên của hệ
thống thông tin vệ tinh. Do đó, tín hiệu viba mặt đất đợc trộn với tín hiệu ở đầu vào
máy thu vệ tinh.
vệ tinh 1 vệ tinh 2
Geostationery
Orbit
Quỹ tạo địa tĩnh


Đồ thị
bức xạ
Trạm mặt đất 1 Trạm mặt đất 2
Hình 5: Can nhiễu giữa các vệ tinh
___ Đờng liền nét biểu thị đờng đi của tín hiệu mong muốn.
14
Đờng đứt nét biểu thị đờng đi của tín hiệu can nhiễu

- Trờng hợp 2:
Đờng thông tin mặt đất có tần số bằng tần số đờng xuống. Do đó, ở đầu vào
máy thu trạm mặt đất cũng bị trộn với tín hiệu của đờng thông tin viba mặt đất.
Trong trờng hợp đầu, anten của đờng thông tin viba mặt đất đợc điều khiển
sao cho không hớng về quĩ đạo vệ tinh địa tĩnh, nh vậy can nhiễu đợc giảm nhỏ.
ở trờng hợp sau, có thể có khả năng phát sinh can nhiễu mạnh lên hệ thống
thông tin vệ tinh. Điều này phụ thuộc vào vị trí đặt các trạm mặt đất.
Phần trên đã đề cập đến can nhiễu của đờng thông tin viba mặt đất với hệ
thống thông tin vệ tinh. Ngợc lại, can nhiễu giữa hệ thống thông tin vệ tinh với đờng
thông tin viba mặt đất cũng là một vấn đề. Đặc biệt là khi máy phát trạm mặt đất
làm việc ở cùng tần số với đờng thông tin viba mặt đất, có khả năng một tín hiệu can
nhiễu mạnh sẽ trộn lẫn với tín hiệu đờng thông tin mặt đất.
2.2.5. Méo tín hiệu
Méo tín hiệu phát sinh do sai lệch giữa đặc tính biên độ - tần số và/ hoặc đặc
tính pha - tần (hay đặc tính giữ chậm) của hàm truyền tổng cộng của hệ thống so với
đặc tính đợc thiết kế nhằm triệt tiêu ISI trong quá trình truyền dẫn tín hiệu số. Hệ
quả là ở đầu ra hệ thống sẽ xuất hiện ISI và do đó BER tăng.
2.2.5.1. Méo tuyến tính
Méo tuyến tính có đặc tính không phụ thuộc vào biên độ tín hiệu đợc truyền
và đợc đánh giá thông qua sai lệch giữa đặc tính biên độ- tần số và/ hoặc đặc tính
pha- tần (hay đặc tính giữ chậm) của hàm truyền tổng cộng của hệ thống so với đặc
tính đợc thiết kế nhằm triệt tiêu ISI trong quá trình truyền dẫn tín hiệu số.
Méo tuyến tính có các nguyên nhân chính sau:
- Chế tạo không hoàn hảo các mạch lọc
- Đặc tính tần số (bao gồm đặc tính biên độ và đặc tính giữ chậm) của môi tr-
ờng truyền không bằng phẳng trên suốt độ rộng băng tín hiệu do các hiện tợng nh:
+ Pha - ding đa đờng chọn lọc theo tần số.
+ Tiêu hao phụ thuộc tần số của khí quyển do sự hấp thụ của không khí và
hơi nớc
+ Tiêu hao phụ thuộc tần số của đờng dây

Hàm truyền tổng cộng của hệ thống méo tuyến tính có dạng:
H(f)=C(f).M(f) (07)
Trong đó: C(f) là tích của các hàm truyền của bộ lọc phát và thu đợc thiết kế
nhằm thoả mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất, còn M(f) tổng quát là một hàm truyền
có đặc tính biên độ-tần số không bằng phẳng và/ hoặc có đặc tính pha- tần không
tuyến tính thể hiện tác động của các yếu tố trên.
2.2.5.2. Méo phi tuyến
Tính phi tuyến của kênh truyền có thể gây bởi nhiều loại mạch điện trong hệ
thống nh các bộ khuếch đại, các bộ trộn tần và nhiều loại mạch khác. Các bộ khuếch
đại công suất nhỏ và các mạch trộn tần nhìn chung có độ phi tuyến không đáng kể
và hoàn toàn có thể bỏ qua méo phi tuyến gây bởi chúng. Trong khi đó các bộ
15
khuếch đại công suất có công suất khá lớn lại gây lên những méo phi tuyến không
thể bỏ qua đợc. Tính phi tuyến của các mạch điện trong hệ thống truyền dẫn gây ra
tác động cơ bản : làm thay đổi tỷ lệ lỗi và thay đổi (mở rộng) phổ tín hiệu. Sự thay
đổi phổ tín hiệu do méo phi tuyến dẫn đến thay đổi can nhiễu giữa các kênh vô
tuyến lân cận trong môi trờng truyền dẫn tín hiệu số. Tác động của tính phi tuyến tới
tỷ lệ lỗi của hệ thống thì không giống nhau đối với tín hiệu có đờng bao không đổi
hay với tín hiệu có đờng bao thay đổi
Chơng 2
Các phơng thức truyền tin chống nhiễu
1. Phơng thức FEC
1.1. Định nghĩa
Trong thông tin vệ tinh có hai phơng thức phát hiện và sửa lỗi cơ bản là ph-
ơng thức FEC và phơng thức ARQ. Trong đó, phơng thức FEC là phơng thức mà chỉ
có phía thu xác định vị trí lỗi ở dữ liệu thu và sửa nó.
Phơng thức này là phơng thức lý tởng cho việc phát quảng bá thông tin đồng
thời tới các đài khác nhau, nó đợc sử dụng cho phát điểm danh dự báo thời tiết và
cảnh báo hàng hải.
1.2. Các loại mã sử dụng trong phơng thức FEC

Để phát hiện và sửa lỗi, trong phơng thức FEC ngời ta sử dụng một số loại
mã nhất định. Có thể phân loại các mã sửa lỗi sử dụng trong phơng thức FEC thành
2 loại dựa theo phơng pháp tạo ra chúng đó là mã khối và mã xoắn.
ở mã khối, có thể phân chia các bit thông tin đợc phát đi theo các khối. Mỗi
khối chứa k bit , đợc bổ sung (n-k) bit chẵn lẻ. Mỗi khối kết hợp này chứa n bit tin
và đợc hình thành để truyền dẫn. Phía thu giải mã từng khối, sửa các lỗi và lấy ra ở
mỗi khối k bit.
ở mã xoắn, thực hiện tính toán mã đầu vào và một số bit trớc đó theo kiểu
"hoặc loại trừ " (EX-OR). Kết quả là đa ra các bit đầu ra để truyền dẫn. Ngời ta sử
dụng thuật toán Viterbi hoặc thuật toán giải mã tuần tự để giải mã mã xoắn.
VD:
- Mã khối: Mã hamming n = 7, k = 3, t = 1
Tín hiệu Các bit tín hiệu Các bit d
16
0
1
2
.
.
.
15
0000
0001
0010
.
.
.
1111
000
011

110
.
.
.
111
V
1
V
2
V
3
V
4
V
5
V
6
V
7
Tạo đa thức Bit lỗi
Quyết định
V
5
V
6
V
7
V
5
=V

1
+V
2
+V
3
V
6
=V
2
+ V
3
+V
4
V
7
=V
3
+V
4
+V
5
(Dấu cộng ở đây chỉ phép cộng modul - 2)
V
1
V
2
V
3
V
4

V
5
V
6
V
7
X 0 x
x x x
x x 0
0 x x
x 0 0
0 x 0
0 0 x
- Mã xoắn: Một bộ lập mã ( tốc độ mã hoá R=1/2, độ dài giới hạn k=3 và một
tín hiệu đầu ra)
EXOR
X
1
= 1 + D + D
2
Bit đầu vào Thanh ghi dịch
X
2
= 1 + D
2
EXOR
Bộ lập mã
17
11
00

01
10
11
00
10
01
00
11
10
01
00
11
00







Bit đầu vào là 0
Bit đầu vào là 1

Hình 6: Mã xoắn (R = 1/2, K = 3)
2. Phơng thức ARQ
Nếu nhh trong phơng thức FEC bên thu có thể xác định các vị trí lỗi và sửa
các lỗi đó thì trong phơng thức ARQ phía thu chỉ phát hiện các lỗi chứ không có khả
năng sửa lỗi.
ARQ có nghĩa là tự động yêu cầu phát lại, là chế độ đợc sử dụng trong trờng
hợp hai trạm thông tin theo kiểu bán song công. Trạm phát gửi thông tin theo từng

khối, mỗi khối gồm 3 ký tự, trạm thu sẽ nhận đợc và gửi xác nhận lại phía phát nếu
thông tin thu đợc chính xác và phía phát lại tiếp tục giử khối thông tin tiếp
theo.Trong trờng hợp có lỗi, thì bên thu sẽ yêu cầu bên phát phát lại khối thông tin
bị lỗi. Việc phát lại khối thông tin bị lỗi có thể lặp lại 32 lần. Sau 32 lần vẫn bị sai
thì đờng truyền sẽ bị huỷ bỏ, lúc đó 2 đài tiến hành thủ tục bắt tay lại.
Tuy nhiên, yêu cầu cả 2 trạm thông tin phải có các máy phát và máy thu tích
cực tơng ứng. Chế độ này thờng đợc hạn chế ở phạm vi thông tin giữa 2 đài, ví dụ
giữa một đài tàu và một đài bờ hoặc giữa 2 đài tàu với nhau.
Trong quá trình truyền tin tức việc kiểm tra sai bao gồm việc kiểm tra sai đợc
thực hiện liên tục để giám sát đờng thông tin. Để dễ dàng giám sát, thông tin đợc
phân chia thành các khung (frame hay còn gọi là khung dữ liệu) hoặc đợc chia thành
các khối tin tức. Mỗi một frame đều chứa thành một lợng tin nhất định. Frame đợc
truyền liên tiếp nhau.
Mỗi Frame khi đến bên thu phải đảm bảo sự độc lập và có giá trị trung thực
đối với bên phát.
Trong quá trình truyền tin một Frame có thể:
- Bị mất: Trờng hợp này thông tin bị mất trắng bên thu không nhận đợc gì.
- Bị lỗi: Trong trờng hợp này bên thu nhận đợc frame nhng bị lỗi bit.
18
Việc kiểm tra sai dựa trên cơ sở truyền tin và xác nhận tin bằng tín hiệu xác
báo ACK (Acknowlegdment). Trên cơ sở đó việc kiểm tra sai trong quá trình thông
tin gồm có những vấn đề sau:
Phát hiện sai: bên thu tin có thể sử dụng một phơng pháp phát hiện sai nào đó
để kiểm tra. Kiểm tra xong bên thu sẽ phát đi:
- Một xác báo ACK tích cực khi thu một Frame đúng.
- Một xác báo ACK không tích cực khi thu đợc Frame lỗi hoặc không thu đợc
gì sau một thời gian quy định.
Bên phát nhận xác báo và cũng kiểm tra
- Nếu tín hiệu ACK đúng thì phát Frame tiếp theo.
- Nếu không có xác báo hoặc nhận đợc tín hiệu nhng bị sai thì bên phát sẽ

phát lại block hoặc Frame trớc đó tơng ứng với tín hiệu ACK sai.
Nguyên lý phát hiện và sửa sai vừa nói trên đây chính là phơng pháp điều
khiển thông tin trong thực tế hay còn gọi là phơng pháp tự động yêu cầu phát lại
ARQ (Automatic Repeat request).
Phơng pháp ARQ đợc phân thành 3 loại
2.1.ARQ dừng và đợi (ARQ store and forward):
Bên phát sẽ truyền đi 1 Frame và nó sẽ chờ tín hiệu xác báo, các block khác
sẽ không đợc truyền cho đến khi bên phát nhận đợc tín hiệu xác báo ACK.
Khi bên thu nhận đợc Frame đúng nó sẽ phát ra tín hiệu xác báo tích cực
ACK báo rằng khối thông tin đã đợc phát đúng. Và mời bên phát Frame tiếp theo.
Hình 7: Phơng thức ARQ
19
Message
Transmiter
Transmiter off time
Next message
Begins here
ACK
Recceiver
Message
ACK
Transmission
delay
T
m
T
o
T
d
Transmission

delay
T
d
T
P
= T
m
+ 2T
d
+T
t
+ T
o
Nhng giả sử bên thu không nhận đợc block nào hoặc có nhận đợc nhng bị sai,
nếu sai nó sẽ bỏ Frame đó đi và phát đi tín hiệu xác báo không tích cực NAK về bên
phát với hàm mời bên phát phát lại Frame trớc đó (Frame lỗi). Còn khi bên thu
không nhận đợc gì thì nó sẽ phát tín hiệu xác báo NAK hoặc không trả lời. Bên phát
khi nhận đợc NAK hoặc không có gì xác báo thì phải phát lại Frame. Trờng hợp bên
thu nhận đợc 1 Frame đúng và phát đi tín hiệu xác báo ACK nhng ACK bị sai thì
bên phát phải phát lại Frame trớc đó.
Phơng pháp ARQ dừng và chờ có u điểm là đơn giản, nhng có nhợc điểm là
tốn thời gian.
Trong thông tin hàng hải, ngời ta đã sử dụng phơng pháp ARQ dừng và chờ
cho phơng thức thông tin truyền chữ băng hẹp để trao đổi tin tức từ 1 tàu này đến 1
tàu khác, từ bờ đến 1 tàu hoặc 1 tàu đến bờ.
2.2. ARQ liên tục và lặp lại ( ARQ Continuous and Repeat)
Với loại ARQ này 1 trạm có thể gửi đi 1 loạt các Frame. Nếu nh trạm thu
nhận đợc một Frame thứ i đúng thì nó phát đi tín hiệu xác báo tích cực thứ i +1
(ACK (i +1)), còn nếu thu đợc Frame thứ i sai thì trạm thu sẽ phát đi xác báo không
tích cực NAK thứ i (NAK(i)). Các Frame mà đài thu nhận đợc kể từ khi nhận Frame

(i) sai cho đến khi nhận đợc Frame đúng sẽ huỷ bỏ đi và nó sẽ đợc phát lại ngay sau
khi thu đợc Frame (i) đúng.
Mặt khác phơng pháp này không yêu cầu khi phát một Frame đi phải có
ACK. Ngời ta chỉ cần một tín hiệu ACK (i) nào đó để báo rằng đã nhận đợc các
Frame trớc đó là đúng.
Trong hình vẽ trên, khi nhận đợc Frame 2 sai thì bên thu sẽ phát đi tín hiệu
xác báo không tích cực NAK2. Khi bên phát nhận đợc NAK2 thì nó sẽ phát lại
Frame 2 đồng thời nó sẽ phát lại Frame 3, 4, 5 trớc đó. Còn bên thu khi nhận đợc
Frame 2 đúng thì các Frame 3, 4, 5 trớc đó sẽ đợc bị bỏ đi.
2.3. ARQ liên tục và lặp lại có lựa chọn (Continuous ARQ with Selective
Repeat):
Giống với phơng pháp ARQ liên tục và lặp lại, các Frame đợc phát đi một
cách tuần tự và sau mỗi lần thu Frame thứ i sai thì bên thu sẽ phát xong một xác báo
20
Hình 8:ARQ liên tục và lặp lại.
0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6 7 0
Trạm phát
ACK2ACK1
ACK3 ACK4
NAK2
1 E
D
2 3 4 5 60
D
D
bỏ
ACK5
Lỗi
Trạm thu
không tích cực NAK (i) nhng một điểm khác so với ARQ trở lại là không loại bỏ

các Frame thu đợc trớc khi nhận Frame đúng.
Theo hình 9 (H.9), khi nhận đợc Frame 2 sai thì bên thu sẽ phát tín hiệu xác
báo không tích cực NAK2 và các Frame 3, 4, 5 vẫn đợc giữ lại cho đến khi nhận đợc
Frame 2 đúng, do đó u điểm của phơng pháp này là tốn ít thời gian.
- Các khái niệm trong chế độ ARQ:
Chế độ ARQ (Automated Retransmission request) hay chế độ tự động phát
lại theo yêu cầu, nó hoạt động bằng cách phát đi một nhóm tin tức từ đài phát đến
đài thu. Mỗi tín hiệu phản hồi sẽ đợc phát đi từ đài thu đến đài phát ngay sau khi thu
đợc tín hiệu từ đài phát. Trong quá trình liên lạc, các đài này có thể thực hiện
chuyển đổi chức năng cho nhau. Chế ARQ thờng chỉ đợc sử dụng trong thông tin
Hình 9: ARQ liên tục và lặp lại có lựa chọn
liên lạc giữa tàu bờ, bờ tàu, tàu tàu.
Trong thông tin vệ tinh, mỗi block thông tin đợc phát chỉ bao gồm 3 ký tự vì
tuyến thông tin dài, chịu tác động rất lớn từ môi trờng bên ngoài nên dễ xảy ra sai
lỗi. Khi có lỗi xảy ra thì việc phát lại các block thông tin sẽ mất ít thời gian hơn so
với trờng hợp mỗi block thông tin bao gồm 5 hoặc 7 ký tự.
Nh trên đã nói, trong phơng thức truyền tin chống nhiễu FEC và ARQ, ngời
ta sử dụng các loại mã phát hiện và sửa sai (với phơng thức FEC) và mã phát hiện sai
(với phơng thức ARQ) nhằm mục đích tăng độ tin cậy của tuyến thông tin. Có rất
nhiều loại phát hiện và sửa sai nhng trong phơng thức FEC thờng sử dụng một số mã
nh: mã hamming, mã golay, mã xoắn. Còn trong phơng thức ARQ do bên thu chỉ có
chức năng phát hiện sai chứ không có khả năng sửa sai nên mã đợc sử dụng trong
phơng thức này là các loại mã có khả năng phá hiện sai lớn, mã thờng đợc sử dụng
21
0 1 2 3 4 5 2 6 7 0
Trạm phát
0 1 E 3 4 5 2 6
Đợc giữ lại
Frame 2 đúng
Lỗi

ACK1
NAK2
ACK6
ACK2
Trạm thu
là mã CRC (mã kiểm tra độ d chu trình). Phần tiếp theo sẽ trình bày cụ thể hơn về
các loại mã phát hiện và sửa lỗi nói chung.
2.4. Phơng pháp kết hợp
Nh ta đã biết, phơng thức ARQ và phơng thức FEC đều có những u điểm và
nhợc điểm riêng. Để tận dụng u điểm và khắc phục nhợc điểm của 2 phơng thức
này ngời ta đã sử dụng phơng pháp kết hợp. ở phơng pháp này, nggời ta sử dụng cả
FEC và ARQ để chúng bổ trợ cho nhau nhằm mục đích nâng cao hiệu quả kiểm soát
lỗi của hệ thống. Những lỗi không sửa đợc bằng FEC thì bên thu sẽ yêu cầu bên
phát phát lại theo phơng thức FEC
Các tín hiệu trong hệ thống:
- Tín hiệu thông tin liên lạc
Tín hiệu thông tin liên lạc đợc sử dụng trong quá trình liên lạc để phát nội
dung bức điện từ một đài phát tới một đài thu hoặc nhiều đài thu.
- Tín hiệu thông tin theo yêu cầu.
Những tín hiệu thông tin theo yêu cầu thờng đợc sử dụng trong việc thiết lập
chu kỳ liên lạc, gồm có:
- Tín hiệu điều khiển.
- Tín hiệu nhận dạng.
Chơng 3
Các loại mã phát hiện và sửa lỗi
Trong các hệ thống truyền tin rời rạc, khi truyền các tín hiệu liên tục , tin tức
thờng phải thông qua một số phép biến đổi từ tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số sau
đó thực hiện mã hoá. ở phía thu , ta thực hiện phép biến đổi tín hiệu ngợc lại với các
phép biến đổi trên để nhận đợc nguồn tin ban đầu. Mục đích của sự mã hoá tin tức là
làm cho hệ thống truyền tin có tính hiệu quả và có độ nhập tin cao nghĩa là tăng tốc

độ truyền tin và khả năng chống nhiễu của hệ thống. Thông thờng tốc độ lập tin th-
ờng rất xa so với thông lợng của kênh. Để tăng tốc độ lập tin, ta dùng phép mã hoá
để thay đổi tính chất thống kê của nguồn. Nhờ đó, có thể tiếp cận với thông lợng của
kênh.
Trờng hợp truyền tin trong kênh có nhiễu, vấn đề đặt ra là phải làm thế nào
để tăng độ chính xác của việc truyền tin, nghĩa là sai lỗi xảy ra ít nhất. Để giải quyết
vấn đề này ta cũng thực hiện mã hoá.
Nh vậy, việc mã hoá nhằm 2 mục đích lớn: Tăng hiệu suất truyền tin và tăng
độ tin cậy. ở chơng này, em chỉ đề cập đến khả năng tăng độ tin cậy của việc mã
hoá. Cụ thể hơn là khả năng phát hiện và sửa lỗi của các loại mã dùng trong thông
tin .
22
1. Giới thiệu chung
1.1 Khái niệm về mã phát hiện sai và sửa sai
Mã phát hiện sai và sửa sai bao gồm các loại mã mã phát hiện sai, mã sửa sai,
mã phát hiện và sửa sai. Chúng thuộc loại mã đồng đều.
Dạng sai nhầm của mã hiệu đợc truyền đi tuỳ thuộc vào tính chất thống kê
của kênh. Nói chung có thể phân thành 2 loại sai:
- Sai độc lập: Trong quá trình truyền do nhiễu tác động 1 hoặc nhiều ký hiệu
trong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm nhng những sai nhầm đó không liên quan
với nhau.
- Sai phụ thuộc lẫn nhau gọi là sai tơng quan gây ra do nhiễu tơng quan. ở
loại sai này xảy ra trờng hợp sai từng chùm ký hiệu kế cận nhau gọi là sai cụm.
Sự chọn cấu trúc của mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất thống kê của
kênh
1.2. Cơ chế phát hiện sai của mã hiệu
Nếu mã hiệu là tập hợp những từ mã n ký hiệu thì số từ mã đợc chọn phải bé
hơn tổng số các tổ hợp n ký hiệu: số các tổ hợp không đợc dùng làm từ mã đợc gọi
là những tổ hợp cấm. Khi do sai nhầm, 1 từ mã chuyển đổi thành một tổ hợp cấm,
lúc đó sẽ phát hiện đợc là đã thu sai.

VD: Xét trờng hợp mã nhị phân
Gọi N là số từ mã đợc dùng
N
0
= 2
n
là tổng số các tổ hợp n ký hiệu
Mã hiệu sẽ có khả năng phát hiện đợc sai nếu thoả mãn điều kiện:
N < N
0
; N
0
- N: Số các tổ hợp cấm.
Khi chịu tác động của nhiễu một từ mã chuyển đổi sai thành một từ mã khác
thì không thể phát hiện đợc. Do vậy, khả năng phát hiện sai đợc tăng cờng khi số từ
mã giảm đi hay với độ dài từ mã không đổi số tổ hợp cấm đợc tăng lên. Trong trờng
hợp giữ nguyên số từ mã, để tăng khả năng phát hiện sai thì phải tăng độ dài từ mã.
VD: Để mã hoá 1 nguồn tin gồm 4 tin: a
1
-a
4
chúng ta có thể sử dụng 1 mã
hiệu nhị phân đơn giản với độ dài bằng 2
00 => a
1
01 => a
2
10 => a
3
11 => a

4
Số từ mã bằng tổng số các tổ hợp n = 2 ký hiệu: N = N
0
= 2
2
= 4
Trong quá trình truyền tin do ảnh hởng của nhiễu các từ mã có thể chuyển
đổi sai nhầm hoặc đúng. Nhng vì kết quả của sự chuyển đổi đó đều là những từ mã
đợc dùng nên không thể phát hiện lúc nào xảy ra sự chuyển đổi sai nhầm.
Sơ đồ chuyển đổi:
23
00
00
01
01
10
10
11 11
Bây giờ ta xét trờng hợp mã hoá nguồn tin khi dùng tổ hợp n = 4 ký hiệu. Số
tổ hợp cấm: N
0
- N = 2
4
- 4 = 12
Khi có nhiễu tác động, một từ mã nào đó có thể chuyển đổi thành một tổ hợp
cấm, đầu thu sẽ phát hiện đợc có sai nhầm. Một mã hiệu thoả mãn điều kiện N < N
0
đều có thể phát hiện đợc N(N
0
- N) trờng hợp chuyển đổi sai nhầm trong tổng số khả

năng chuyển đổi N.N
0
. Vậy khả năng phát hiện sai nhầm đối với một mã đợc đánh
giá bằng tỷ số:
N(N
0
- N)/N.N
0
= 1 - N/N
0
Tỷ số càng tiến đến 1 khả năng phát hiện sai càng lớn, độ dài từ mã phải lớn:
N
0
= 2
n
N = 2
k
nghĩa là n > k (k: số ký hiệu trong từ mã cần thiết để mang tin; n -
k là tỷ số ký hiệu d trong từ mã dùng để phát hiện sai).
1.3. Cơ chế sửa sai của mã hiệu
Cơ chế phát hiện sai của mã hiệu đồng thời cũng là nguyên lý giải mã dựa
trên tính thống kê của kênh để đảm bảo mục tiêu: sai nhầm tối thiểu. Muốn vậy,
cần phải dựa trên tính chất chống nhiễu trong kênh phân nhóm các tổ hợp cấm, mỗi
nhóm tơng ứng với một từ mã mà chúng có khả năng bị chuyển đổi sang nhiều nhất.
VD: Trong trờng hợp kênh nhị phân đối xứng xác suất sai it ký hiệu (1,2 hoặc
3) nhiều hơn là loại từ mã sai nhiều ký hiệu. Nh vậy, phải phân nhóm thế nào để có
thể sửa tất cả hoặc đại bộ phận các loại sai ký hiệu trớc. Mỗi từ mã đợc xem nh một
vector, mỗi ký hiệu đại biểu cho một toạ độ. Tập hợp các từ mã hình thành một
không gian vector gọi là không gian mã. Tác động của nhiễu đợc biểu thị bằng
những vector gây sai nhầm đồng số chiều với không gian mã gọi là vector sai. Kết

quả của sự chuyển đổi sai nhầm trong quá trình truyền tin là một tổ hợp mã khác với
tổ hợp mã ban đầu xem nh là kết quả của sự kết hợp giữa vector ban đầu và vector
sai. Trong trờng hợp mã nhị phân, vector mã hoặc vector sai đợc biểu diễn bằng một
dãy n ký hiệu nhị phân 0,1 (n là số chiều hoặc toạ độ của không gian mã), sự kết
hợp của vector mã và vector sai là phép tổng modol-2.
VD: Vector mã 0101 chịu tác động của vector sai 0100 sẽ trở thành tổ hợp có
sai ở ký hiệu thứ 2 kể từ trái sang phải nh sau:
0101 0100 = 0001
Ký hiệu đơn vị trong vector sai chỉ vị trí sai nhầm trong từ mã nhận đợc.
VD: Lấy mã hiệu có N = 4 từ mã: 0001, 0101, 1110, 1111. Tất cả các sai
nhầm 1,2,3 hoặc 4 ký hiệu đợc liệt kê trong bảng 1
- Các từ mã a
k
ghi trên hàng đầu
- Các vector sai e
i
ghi trong cột thứ nhất
24
- Các tổ hợp chuyển đổi sai nhầm ( tổng của vector mã và vector sai) đợc ghi
ở vị trí giao nhau của cột và hàng tơng ứng và chỉ ghi các trờng hợp có thể phát hiện
đợc sai ( trùng với tổ hợp cấm)
- Số ký hiệu sai đợc ghi ở cột cuối.
Nếu qui luật phân bố sai nhầm trong các loại sai 1 hoặc 2 kí hiệu trong một
từ mã, các tổ hợp cấm đợc phân nhóm nh bảng 2
Và nh vậy cũng có thể phân nhóm các tổ hợp cấm nh bảng 3
Bảng 1
a
k
e
i

0001 0101 1110 1111 T
0001
0010
0100
1000
0000
0011
-
1001
0100
0111
-
1101
-
1100
1010
0110
-
1100
1010
0111
1
0011
0101
1001
0110
1010
1100
0010
0100

1000
0111
1011
1101
0110
0000
1100
0011
-
1001
1101
1011
0111
1000
0100
0010
1100
1010
0110
1001
-
0011
3
0111
1011
1101
1110
0110
1010
1100

-
0010
-
1000
1011
1001
-
0011
0000
1000
0100
0010
-
3
1111 - 1010 - 0000 4
Bảng 2
B
1
B
2
B
3
B
4
T
0000
0011
1001
0100
0111

1100
1010
0110
1101
1011
1
0010 1000 2
Bảng 3
B
1
B
2
B
3
B
4
T
0000
0011
1001
0100
1101
1100
1010
0110
1011
0111
1
0010 1000 2
25

Đối với các tổ hợp nhận đợc: 0111, 1101 do sai một ký hiệu gây lên đều có
thể đợc giải mã thành từ mã 0101 hoặc từ mã 1111 với xác suất sai nhầm nh nhau.
Điều đó có nghĩa là xây dựng một không gian mã có nhiều chiều hơn để có thể chọn
đợc những từ mã có khoảng cách giữa chúng lớn hơn. (Quãng cách là vị trí bit khác
nhau giữa 2 từ mã bất kỳ hay số bit 1 có trong tổng modul-2 của hai vector mã bất
kỳ).
Trong một mã hiệu khoảng cách ngắn nhất giữa 2 từ mã bất kỳ đợc gọi là
quãng cách tối thiểu d
min
. Khi d
min
lớn cho phép chọn bảng giải mã sao cho giữa các
tổ hợp mã thuộc những cột khác nhau không trùng nhau. Với cách chọn nh vậy ta
cũng có thể xây dựng mã hiệu có khả năng phát hiện và sửa sai nhiễu cụm. Trên đây
là những khái niệm cơ bản cho thấy bản chất của cấu trúc mã chống nhiễu và cơ chế
phát hiện sai, sửa sai của từ mã nhận đợc. Với những khái niệm đó có đầy đủ khả
năng xây dựng các thiết bị tạo mã chống nhiễu và sửa sai một cách tổng quát. Nhng
khi cần xây dựng một mã hiệu có độ dài lớn để tăng tính chống nhiễu thì với những
khái niệm trên tuy vẫn không mất ý nghĩa tổng quát nhng khả năng thực hiện thiết
bị trở lên khó khăn vì quá phức tạp.
Phần tiếp theo sẽ khảo sát vấn đề tạo mã chống nhiễu, cơ chế phát hiện và
sửa sai của mã với công cụ toán học trừu tợng nhng cho phép xây dựng thiết bị tạo
mã và giải mã đơn giản hơn.
2. Mã khối tuyến tính
2.1. Cấu trúc
Cấu trúc của từ mã dạng mã khối tuyến tính nh sau:
Phần kiểm tra d thừa Phần thông tin
n - k con số k con số
Một từ mã đợc chia thành 2 phần là phần thông tin và phần kiểm tra d thừa.
Phần thông tin gồm có k bit thông tin nằm ở bên phải và phần kiểm tra d thừa gồm n

- k bit kiểm tra thêmvào nằm ở bên trái. Mã khối tuyến tính có cấu trúc nh vậy gọi là
mã khối tuyến tính hệ thống.
2.2. Ma trận sinh
Mã tuyến tính C (n,k) là một không gian k chiều của một không gian vector n
thành phần. Do vậy, có thể tìm đợc k từ mã độc lập tuyến tính ( g
0
, g
1
, , g
k-1
) trong
C. Mỗi từ mã trong C là một tổ hợp tuyến tính của k từ mã độc lập tuyến tính này:
Y= u
0
g
0
+ u
1
g
1
+ + u
k-1
g
k-1
, với u
i
= 0 hoặc 1 và 0 i < k
Đặt k từ mã độc lập tuyến tính này thành những hàng của ma trận cấp k x n
nh sau:

=












=




1n,1k

1n1
1n0
1.1k
11
01
10k
10
00
1k
10
o
g
g
g



g
g
g
g
g
g
g
g
g
G


(08)

Với g
i
= ( g
i0
, g
i1
, , g
i(n-1)
) với 0 i<k
26