Báo cáo khoa học: "ảnh hưởng của lỗi trong kênh thông tin đến chất l-ợng truyền gói tín hiệu thoại" pdf

ảnh hưởng của lỗi trong kênh thông tin đến chất lượng truyền gói tín hiệu thoại TS.. trần quốc thịnh Bộ môn Kỹ thuật Viễn thông Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bμi báo giới

ảnh hưởng của lỗi trong kênh thông tin

đến chất lượng truyền gói tín hiệu thoại

TS trần quốc thịnh

Bộ môn Kỹ thuật Viễn thông Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Bμi báo giới thiệu phương pháp sử dụng công cụ toán học để đánh giá

ảnh hưởng của những sai số trong kênh truyền thông đến chất lượng truyền tín hiệu

thoại được truyền bằng công nghệ chuyển mạch gói Xây dựng được tham số đánh

giá cơ bản vμ các công thức tính toán tham số đó.

Summary: The article introduces a method of evaluating impact of errors in transmission

channels on quality of package switching speech transmission by means of mathematical tools

Parameters for basic evaluation and computational formulae are also propsed

Truyền tín hiệu thoại trong chuyển mạch gói, đặc biệt là mạng INTERNET là một vấn đề

thời sự hiện nay trong lĩnh vực viễn thông, được nhiều nhà khoa học quan tâm Do công nghệ

chuyển mạch gói là một công nghệ có trễ và không giải quyết tính thời gian thực nên khi truyền

thoại bằng công nghệ này sai số sẽ xảy ra lớn hơn so với công nghệ chuyển mạch kênh truyền

thống nhưng lại có ưu điểm rất lớn là sử dụng hiệu quả tài nguyên của mạng Vì vậy, đánh giá

chất lượng truyền thoại qua mạng chuyển mạch gói là hướng nghiên cứu mới, đầy hấp dẫn với

những chuyên gia nghiên cứu trong lĩnh vực viễn thông

ii Nội dung

Mt

MT

Mạng chuyển mạch gói

MT: Mang tin

ĐC: Địa chỉ

Khi sử dụng công nghệ chuyển mạch gói để truyền tín hiệu thoại thì do ảnh hưởng của các

yếu tố dẫn đến có thể gây sai ở phần mang tin và phần địa chỉ

1 Sai số truyền tín hiệu thoại do lỗi ở phần mang tin

Chúng ta xem xét sai số khôi phục tín hiệu thoại do sử dụng ký tự để truyền tín hiệu thoại, sai số gây ra do lỗi ở phần mang tin Các xung truyền được mô tả bằng hệ Vector { }Zn ,n=1,N, chất lượng phía thu được đặc trưng bằng ma trận chuyển tín hiệu:

NN 3 N 2 N 2 N

N 2 23 22 12

N 1 13 12 11

P

P P P

P

P P P

P

P P P

M (1)

ở đây, P là xác suất nhận được thông tin mức Z

CT 2

Khi đó lỗi các giá trị xung khác nhau ở phía thu:

j i

i = Z ưZ

ξ (2)

Phân bố xác suất của thông tin nhận được trong điều kiện truyền mức Zj có dạng:

=

Δ

ư

ư λ β

= λ

1 i ịj

Z

trong đó: δ( )x - hàm Delta

- bước lượng tử j.Δ = Z

( )λ =∑ δ[λư( ư ) ]

ω /Zj Pij Zj Zi

Trung bình (3) theo tất cả các khả năng Zj chúng ta có phân bố xác suất của phân bố sai

số khôi phục: ( ) ∑ ∑ ( ) [ ( ) ]

= =

ư

ư λ β ω

= λ

1 i

N 1 i

i j ij

i ξ

Tìm phương sai đại lượng ngẫu nhiên đặc trưng cho lỗi khi khôi phục tín hiệu có dạng:

( )

∑∑

= =

ξ = ξ ωξ

1 j

N 1 i

i ij i

2 P (6)

ở đây, ω( )ξi là xác suất lỗi ξi gắn với tín hiệu thống kê và được xác định:

( ) λ∫+ ( )

λ ω

= ξ ω

1 i

i i 1

i e t de (7)

Từ đó có:

( )

= =

+ λ λ

1 j

N 1 i

1 i

i i 1 ij i 2

de t e P

Trong đó: ω(e ti)- phân bố xác suất lỗi lượng tử tương ứng với thời điểm ti

Trong trường mã hóa tín hiệu ở dạng nhị phân không dư thừa, thành phần ma trận có

dạng:

∏λ

( )mn dj 0 i d 0

P = ư ư (9) d

CT 2

j - khoảng cách giữa mức Zi và Zj;

mn = log2N - số ký tự trong phần thông báo;

P - xác suất biến đổi từ mã của bộ mã o

Khi đó sai số bình phương trung bình gây ra do biến đổi từ mã có dạng:

⎪⎭

⎪

⎬

⎫

⎪⎩

⎪

⎨

⎧

ư

ư +

ư +

ư

ư

ư Δ

=

0 1

2 0 2

2 0 2 2

0

2 0

2 2 2

P m 1 N 4 P M 4 P 1 N P 3

1 N P 3

1 N

(10)

2

1,M

m là thời điểm đầu và thứ hai của phân bố mức truyền, khi P0 nhỏ bỏ qua sai số bậc

cao

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧ ư

= 0 P

P m 1

0 n

ij (11)

khi d = 0i

di = 1

di > 1

khi đó có: ∑ ∑ ( ) (12)

ư

1 i

N 1 j i 0 i Z 1 m 2 2

P 2

3

1 4 P n m 0 2

σξ (13) hay đơn giản hơn:

2 Sai số truyền tín hiệu thoại do lỗi phần địa chỉ

Các địa chỉ được truyền trong kênh liên lạc có thể bị sai dẫn đến mất các xung riêng biệt và

xuất hiện các xung giả ở gói tiếp theo Chúng ta xem xét sai số bình phương trung bình khôi

phục tín hiệu thoại do lỗi phần địa chỉ gây ra:

Mất xung

Có thể chứng minh rằng sai số do mất xung ở phần địa chỉ có thể biểu diễn bằng phương trình:

( )2 m

m m 2 2 d m

P 1

P 1 P

ư

+ Δ

=

σ (14)

trong đó, Pm là xác suất mất xung

ở ma trận đã biết (1) dễ dàng tính xác suất mất xung:

( ) ( )

∑

=

ξ ω

ư

= N

1 j

1 ij

P (15)

trong trường hợp mã hóa nhị phân với (11) ta tìm được:

( )md d 0 0

m 1 1 P m P

ở đây, m là số ký tự phần địa chỉ d

Xung giả

Đánh giá sai số do xuất hiện các xung giả, thời điểm xuất hiện của nó trùng với thời điểm xuất hiện các luồng tổng ở trên cửa ra của hệ thống truyền Khoảng cách giữa các xung giả có phân bố:

( ) ( ) ( )i l 1

la i la

i

l P 1 P

ư

ở đây, ( )i là xác suất xuất hiện khoảng thời gian lT

l

P T- độ dài thông báo

CT 2

Với Pla nhỏ luồng xung giả có thể coi là Poatxong Kết quả xác suất xuất hiện k xung giả trong thông báo (i) trong khoảng thời gian t được tính:

i la P / T

( )

( ) ( ) ( ) ( )i t

i

k i l i t

! k

t

( ) ( )

T

Plai

i

l =

λ - cường độ luồng xung giả

Phương sai của sai số khôi phục tín hiệu thoại do địa chỉ giả gây ra được tính:

( ) ( )

i i l

i l 2 2

λ + λ

λ σ

=

trong đó, λi- cường độ luồng thông tin i

Lúc này ma trận được tính:

∏λ a=

a ll

a 3 l

a 12

a 1 l

a l 2

a 23

a 22

a 21

a l 1 a 13 a 12 a 11

P

P P P

P

P P P

P

P P P

ở đây, l là số luồng của kênh

Thông tin về các thành phần của ma trận và cường độ luồng xung của tất cả các kênh cho phép xác định cường độ luồng xung giả ở kênh i:

≠

=

λ

=

i j i j

a ji j i

Quan hệ (19)-(21) cho phép đánh giá sai số khôi phục tín hiệu trong trường hợp mã hóa nhị

và bỏ qua sai số bậc cao, khi cường độ của các luồng kênh như nhau:

( ) 0 d i

l m P λ λ

=

λi có

0 d 2 0

d

0 d 2 2

1 P m

P m

+ σ

= σ

: xác suất nhận sai ký tự

P0

3 Đánh giá sai số tác động trong kênh liên lạc

Tương ứng với những trình bày ở trên, sai số tổng trong kênh thông tin khi truyền tín hiệu thoại:

( )t ( )t ( )t dg( )t

d m n

k =ε +ε +ε

ε (23)

Theo giả thiết các thành phần trên không phụ thuộc lẫn nhau Phương sai của chúng đặc

trưng cho sai số được đánh giá như sau:

2 dg 2

d m 2 2

σ ξ (24)

Từ đó ta có kết quả sau:

2

2 dg 2

d m 2 2

2 k 2 k

λ

ξ

σ + σ + σ

= σ

σ

=

Sử dụng quan hệ (13), (14), (19), (22) có thể nhận được một số trường hợp: CT 2

Trường hợp mã hóa địa chỉ không dư thừa ở phần địa chỉ vμ phần tin:

( ) ( )

i i l

i l 2

d 0

d 0 d 0 2 1

n m 0 2

2 2

m P 1

m P 1 m P 3

4 P

λ + λ

λ +

ư

+

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎛ σ

Δ + σ

Δ

= δ

λ

ư λ

(26)

Trường hợp mã hóa không dư thừa phần tin vμ địa chỉ (mã hóa kiểm tra chẵn lẻ)

( ) ⎥⎥⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

ư

+ +

ư

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ σ

Δ

= δ

d 0 d n

m 0

2 2

k

m P 1

m P 1 m 3

1 4 P (27)

ở phía thu có kiểm tra địa chỉ vμ phần tin, kiểm tra chẵn lẻ cả phần tin vμ địa chỉ:

2 c

0

c 0 c 0

2 2

m P 1

) m P 1 (

m P ư+ ≈⎜⎜⎛σΔ ⎟⎟⎞

⎟⎟

⎞

⎜⎜

⎛ σ

Δ

= δ

λ

Trong đó, m = m + mc d n + 2 - Trị số trong bậccủa thông báo

III K ẾT LUẬN

Các phương trình nhận được ở trên cho phép đánh giá sai số truyền tín hiệu thoại qua kênh

thông tin sử dụng công nghệ chuyển mạch gói Với bất kỳ phương pháp mã hóa địa chỉ và các

kiểu mã được sử dụng trong việc mã hóa nguồn tin cần truyền

Đây là công cụ toán học hữu ích giúp cho công việc tính toán ảnh hưởng sai số của các yếu tố công nghệ đến chất lượng truyền tín hiệu thoại khi sử dụng máy tính, trợ giúp đắc lực cho việc thiết kế các hệ thống truyền thoại

Tài liệu tham khảo

[1] Raquo MockBa Cơ sở lý thuyết truyền tin, 1991-321

[2] Raquo Phương pháp gia công và truyền số tín hiệu thoại, 1999-316

[3] Raquo Hệ thống truyền số liệu, 2001-412

[4] Raquo Mô hình nguồn lỗi trong kênh truyền tin số, 1998-360

[5] Raquo, Internet-Telephone, 2000- 236

[6] Raquo, Điện thoại gói, 2001- 324

[7] Raquo, Mạng chuyển mạch gói, 1999- 216

[8] Raquo MockBa Hệ thống truyền số tín hiệu thoại, 2003-345♦

CT 2