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

Để nâng cao hiệu quả truyền tin, các hệ thống INMARSAT số sử dụng phương pháp mã hoá sửa lỗi trước FEC. Phương thức FEC chủ yếu sử dụng mã xoắn. Cả hệ thống INM B, INM C và INM MmM đều sử dụng mã xoắn tốc độ R = 12 cho hầu hết các kênh (với INM B, INM MmM thì trừ kênh thoại, INM C không có dịch vụ thoại). Sở dĩ trong phương thức FEC các hệ thống INMARSAT số đều sử dụng mã xoắn tốc độ R = 12 vì hai thông số quan trọng để đánh giá chất lượng bộ mã là R và K. Khi R tăng thì dfree tăng, do đó khả năng sửa lỗi tăng. Tuy nhiên, R tăng thì đồng nghĩa với việc tăng số bit đầu ra,nghĩa là tăng công suất phát và băng thông yêu cầu. Mặc dù các hệ thống INMARSAT đều sử dụng mã xoắn tốc độ R = 12 nhưng thuật toán mã hoá lại có sự khác nhau. Ở INM B thì cứ 3 bit vào liên tiếp thì cho chuỗi 6 bit ra còn ở INM M mM thì cứ 2 bit vào liên tiếp cho chuỗi ra là 4. Khi R = 12 là tốc độ mã hoá tối thiểu thì mặc dù khả năng sửa lỗi bị hạn chế nhưng tăng được số bit thông tin, giảm được công suất phát và băng thông yêu cầu. Để khắc phục sự hạn chế sửa lỗi khi dùng mã xoắn R = 12 thì chiều dài từ mã được sử dụng là K = 7. Cũng giống với R, khi K tăng thì dfree cũng tăng do đó khả năng sửa lỗi tăng nhưng độ phức tạp của mạch mã hoá và giải mã cũng tăng theo hàm mũ nghĩa là chi phí cho thiết bị cũng cao hơn và thiết bị phải xử lý nhanh hơn. Tuy nhiên, khi sử dụng mã xoắn R = 12, K = 7 thì tốc độ mã hoá thấp bù lại với chiều dài từ mã lớn sẽ làm giảm bớt độ phức tạp của mạch mã hoá và giải mã mà vẫn cải thiện được đáng kể khả năng sửa lỗi nhưng thiết bị phải có khả năng tính toán và lưu trữ lớn. Trong xu hướng phát triển của công nghệ điện tử thì khả năng chế tạo những bộ nhớ lớn và các vi mạch có khả năng xử lý hàng triệu phép tính 1 giây sẽ ngày càng trở lên đơn giản. Do đó, việc lựa chọn các bộ mã hoá có tốc độ mã hoá R nhỏ và chiều dài từ mã K lớn là hợp lý hơn khi truyền dữ liệu.Trong hệ thống INM B và INM M mM, ngoài việc sử dụng mã xoắn tốc độ R = 12 thì còn sử dụng mã xoắn có tốc độ R = 23 hoặc R = 34 cho kênh thoại (R = 34 với INM B và INM M, R = 23 với INM mM) vì ở chế độ thoại, thời gian truyền tin là thời gian thực nên tốc độ yêu cầu cao hơn, đòi hỏi độ chính xác hơn. Khi R lớn thì khả năng sửa lỗi tăng nhưng giá thành thiết bị lại đắt vì độ phức tạp của thiết bị cũng tăng theo.Ở mã hoá tốc độ R = 23 hoặc R = 34, người ta đều loại trừ bit ở chuỗi bit ra của bộ mã hoá mã xoắn tốc độ R = 34 nhưng ở INM B, INM M thì loại trừ 2 bit ở chuỗi 6 bit ra còn ở INM mM thì loại trừ 1 bit ở chuỗi 4 bit ra.Nói chung, khi sử dụng mã xoắn tốc độ R = 23 hoặc R = 34 thì khả năng sửa lỗi lớn hơn so với R = 12 nhưng độ phức tạp của thiết bị cũng cao hơn, công suất phát tăng và độ rộng băng thông cũng tăng. Tuy nhiên, ở tín hiệu thoại thì việc sử dụng R = 34 ( với INM B, INM M) hoặc R = 23 (với INM mM) lại là hợp lý.Trong INM M mM ngoài mã xoắn thì còn sử dụng mã Golay (23, 12) và mã Hamming (15, 11) nhằm mục đích phát hiện và sửa lỗi bởi với mã Golay thì khả năng sửa được số bit lỗi lớn (tối đa 3 bit trong một từ mã dài 23 bit) còn với mã Hamming thì mạch tạo mã và giải mã khá đơn giản do đó sẽ giảm được chi phí của thiết bị, giá cước thông tin thấp. Tuy nhiên, khi sử dụng mã Hamming thì số bit lỗi tối đa mà mã Hamming có thể sửa được là 1 bit nên nếu số bit lỗi xảy ra lớn hơn 1 thì mã này lại không có khả năng sửa lỗi.Tóm lại, trong phương thức FEC, các hệ thống INMARSAT số sử dụng các loại mã có khả năng phát hiện và sửa sai để tăng độ tin cậy của thông tin nhưng số bit lỗi sửa được chỉ giới hạn trong một phạm vi nào đó tuỳ theo từng loại mã. Nếu lỗi cả burst thông tin thì các mã đó lại không có khả năng sửa được. Để khắc phục điều đó, người ta sử dụng phương thức ARQ. Vì trong phương thức ARQ phía thu chỉ có khả năng phát hiện lỗi và khi có lỗi thì yêu cầu bên phát phát lại chứ không có khả năng sửa lỗi nên mã được sử dụng trong phương thức ARQ là các loại mã có khả năng phát hiện lỗi cao. Mã chủ yếu được sử dụng là mã kiểm tra độ dư chu trình. Phương pháp mã hoá sửa lỗi ARQ áp dụng cho các hệ thống INMARSAT có ưu điểm đơn giản, dễ thực hiện do đó chi phí hệ thống thấp tuy nhiên trong trường hợp sai lỗi xảy ra trên một quãng bit liên tiếp (giả sử 32 bit) thì loại mã hoá này có thể không phát hiện được. Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng phương pháp kết hợp đó là sử dụng kết hợp giữa phương thức FEC và phương thức ARQ. Trong đó, phương thức FEC sử dụng các loại mã có khả năng sửa lỗi cao còn phương thức ARQ sử dụng các loại mã có khả năng phát hiện lỗi cao. Như vậy sẽ tận dụng được ưu điểm và hạn chế nhược điểm của từng phương thức.Với kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi như trên vừa đảm bảo được độ tin cậy của thông tin mà thiết bị không quá phức tạp dẫn đến giá thành của hệ thống và các thiết bị đầu cuối không quá đắt.

Nội dung trangChơng 1 Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh

1 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhCấu Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtrúc Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhcủa Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhhệ Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthống Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthông Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtin Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhvệ Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtinh

Chơng 2 Các phơng pháp truyền tin chỗng nhiễu

1 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhPhơng Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthức Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhFEC

1.1.Định nghĩa

1.2.Các loại mã sử dụng trong phơng thức FEC

2.phơng Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthức Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinharq

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 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhGiới Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthiệu Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhchung

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 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhMã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhkhối Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtuyến Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtính

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

5.2.Mã hoá

5.3.Giải mã

6.Mã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhxoắn

7.Mã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhBCH Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhnhị Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhphân

7.1.Biểu diễn mã

7.2.Giải mã BCH

7.3.Thủ tục sửa lỗi cho bộ mã BCH

8.mã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhBCH Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhkhông Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhnhị Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhphân Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhvà Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhmã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhReed-Solomon

Chơng 4.Một số phơng pháp bổ trợ

4.1.Phơng pháp interleaved hoặc interleaved code

4.2.Mã hoá ngẫu nhiên

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

chơng1 Tổng Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhquan Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhvề Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhhệ Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthống Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthông Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtinh Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhvệ Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtinh

Nh ta đã biết, sóng vô tuyến điện phát đi từ một vệ tinh ở quĩ đạo vệ tinh địatĩnh 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 vệtinh 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 thôngtin xuyên lục địa

Chính vì những u điểm trên mà thông tin vệ tinh đã phát triển và phổ biếnnhanh chóng

1 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhCấu Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtrúc Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhcủa Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhhệ Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthống Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthông Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtin Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhvệ Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtinh 1.1 Cấu trúc

- Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhKhâu mặt đất gồm có: Phần phát và phần thu

+ Mã hoá nguồn và giải mã nguồn tín hiệu: Thực hiện nén và giải nén tinnhằm 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

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

chế

Tách kênh Giảimã

kênh

Giải mã

nguồn

Nguồn tin ban

đầu

Vệtinh

Vệ

tinh

+ D/C: Bộ biến đổi tần xuống

Các khối khác ở phía thu thực hiện thuật toán ngợc lại so với các khối ở phíaphát

- Khâu không gian gồm có vệ tinh và kênh tryền ở phần này chỉ xét đếnkênh truyền

Nh ta đã biết, có 2 loại kênh truyền đó là kênh truyền loại cứng và kênhtruyền 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 tr ờng tự nhiên đểtruyền 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 rấtlớn 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 truyềndẫn Vì mẫu bit cố định, nhờ kiểm tra các bit đến nên mạch logic trong thiết bị đo cóthể xác định bất kỳ lỗi nào nếu nó xảy ra Bất kỳ một lỗi nào cũng đều đ ợc đa vàomáy đếm để chỉ thị tỷ số của bit lỗi đã xuất hiện và tổng số bit thu trong một khoảngthời gian cố định cho trớc

Báo cáo 613-2 của CCITT đã định nghĩa tỷ số lỗi BER (Bit error Rate) nh sau:

BER = Ne/Nt = Ne/(Bt0) (1) Trong đó: - Ne: Số bit lỗi trong khoảng thời gian t0

- Nt : Tổng số bit truyền đi trong khoảng thời gian t0

- B : Tốc độ bit của tín hiệu nhị phân tại điểm tiến hành đo

- t0 : Khoảng thời gian đo ( thời gian đếm lỗi)Khi quá trình phát sinh lỗi là ngẫu nhiên và dừng, lỗi đợc đếm trong khoảngthời gian đủ dài t0 thì phơng trình (1) có thể có sự đánh giá của xác suất lỗi Độchính xác của sự đánh giá tăng lên khi Ne tăng, nhng yêu cầu thực tế của quãng thờigian đo thờng hạn chế trị số của Ne Trị số tối thiểu chấp nhận đợc của Ne dờng nhgần bằng 10, vì vậy xác suất lỗi chính xác nằm trong giới hạn 50% quanh Ne/Ntvới 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 đợcphát hiện hạn chế đối với khoảng thời gian cố định t0 thì số liệu đo đợc có thể trựctiếp 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 Ne (thích hợp hơn là số lợng bit phát đi Nt trongcùng 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: Nhữnggiây có lỗi (ES) là trong khoảng thời gian 1 giây đo bit đợc thu có lỗi Còn nhữnggiây không có lỗi là trong khoảng thời gian 1 giây không có bit nào thu đợc có lỗitrên tổng số bit thu đợc Để đo các đại lợng này sử dụng 2 phơng pháp: Phơng phápthứ nhất là phơng pháp đồng bộ, thời điểm khởi đầu của chu kỳ đo trùng với 1 lỗi vàphơng pháp thứ hai là phơng pháp không đồng bộ, khi đó quãng thời gian độc lậpvới thu lỗi Trong hai phơng pháp trên thì phơng pháp thứ hai là thông dụng vì nóthể hiện thực tế hơn chất lợng của một hệ thống khi có sự đột biến của lỗi Cả ES vàEFS, tỷ lệ lỗi bit (BER), số phần trăm thời gian mà BER không vợt quá ngỡng vàcác khối lỗi của số liệu (EFB) là các đại lợng đo chất lợng của hệ thống truyền dẫnsố

- Số phần trăm sử dụng

Việc đo này biết đợc quãng thời gian gián đoạn của hệ thống Chu kỳ thờigian không sử dụng bắt đầu khi tỷ số bit lỗi trong mỗi giây xấu hơn 10-3 kéo dàitrong 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 kéo dài trong 10 giây liêntiếp, chu kỳ này đợc xem nh thời gian sử dụng Số phần trăm sử dụng là một tronghai cách thể hiện tính khách quan khả năng hoạt động của hệ thống Cách thể hiệnkhác 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 mộttrong những tham số chất lợng quan trọng nhất, nó yêu cầu đo lờng và điều khiểntrong hệ thống thông tin tơng tự, còn tơng ứng trong hệ thống thông tin số là xácsuất lỗi Pe

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 khôngtạp âm thì cả hai dãy vào và dãy ra là giống nhau Nhng trong hệ thống thực tế thìthỉnh 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 thaythế cho xác suất lỗi đó là:

Mức lỗi bit trung bình (BER) = Tỷ số lỗi bit trung bình (BER)

= Xác suất lỗi Pe

Chỉ tiêu chất lợng Pe là một độ đo chỉ tiêu chất lợng trung bình của một hệthống, nhng nó không chỉ ra tần suất xuất hiện lỗi Thông thờng, nó là một đại lợngbắt đầu từ lý thuyết, nó không chỉ ra bao nhiêu lỗi xuất hiện trong một giây hoặctrong 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 nêntính khách quan về chỉ tiêu chất lợng đối với các hệ thống số

2 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhCác Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhyếu Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtố Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhảnh Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhhởng Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhđến Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtuyến Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthông Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtin Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhvệ Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhTinh

2.1.Tạp âm

Trong tuyến thông tin vệ tinh, ở luồng tín hiệu thu về bao giờ cũng có chứanhững tín hiệu không mong muốn Các tín hiệu này do nhiều nguyên nhân khácnhau gây lên nh : môi trờng truyền sóng, bản thân thiết bị gây ra, Các tín hiệukhông 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 hệthống thông tin vệ tinh, với tuyến thông tin rất dài (36.000 km) mà tạp âm lại lớnnên 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 nênlàm 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 trăngNhững yếu tố trên tác động rất mạnh đến dải tần làm việc của thông tin vệtinh 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 xạtạp âm nhiệt Khi sóng truyền qua nó thì làm sóng điện từ của tuyến thông tin vệtinh bị suy yếu và sinh ra tạp âm.

Suy hao do hơi nớc và oxy đợc tính theo công thức sau:

0

w o

- r : Chiều dài đờng truyền sóng trong tầng khí quyển

- y0: Hấp thụ của các phần tử oxy [dB/ km]

- yw: Hấp thụ của các phần tử hơi nớc [dB/ km]

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 củatuyến thông tin vệ tinh Tạp âm xuyên điều chế trong vệ tinh sinh ra khi bộ phát đápcủa nó khuyếch đại đồng thời nhiều sóng mang Các đặc tính phi tuyến vào – racủa bộ phát đáp là nguyên nhân sinh ra tạp âm xuyên điều chế Bộ khuyếch đạiTWT 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 doxuyên 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 lọtvào băng tần truyền dẫn khi nhiều sóng mang đợc khuyếch đại đồng thời bằng bộkhuyếch đại TWT phi tuyến Mức độ xuyên điều chế phụ thuộc vào số sóng mang

VD: f1 = 4GHz => 2f1 = 8GHz, 3f1 =12GHz Chúng hoàn toàn ngoài băng tầncủa bộ khuếch đại 4GHz

- Nếu tín hiệu vào chứa 2 tần số f1 và f2 gần nhau thì các thành phần nhiễu là(f1 + f2), (f1 - f2), (f2 - f1) và 2f1, 2f2 ứng với số hạng thứ 2 Nếu tần số f1và f2 đủ gần

để: (f1 - f2), (f2 - f1) coi nh bằng 0, f1 + f2 gần bằng 2f1, 2f2 => chúng không lọt vàobăng truyền dẫn của tần số f1, f2 Nhng nếu không xảy ra trờng hợp trên, nghĩa là f1

và f2 không đủ gần thì các thành phần (f1 + f2), (f1 - f2), (f2 - f1) sẽ không lọt vào băngtruyền dẫn

- Tơng tự nh vậy, các thành phần tín hiệu méo ứng với số hạng bậc 3 hay cácsản phẩm bậc 3 có tần số (2f1 + f2), (2f2 + f1), (2f2 - f1), (2f1 - f2) và các thành phần hàibậc 3 là 3f1, 3f2 đợc tạo ra Mỗi loại trong các thành phần này gây ảnh hởng ở mức

độ khác nhau đến tuyến thông tin

VD: Nếu f1 = 4GHz, f2 = 4,1GHz => 2f1 - f2 = 3,9GHz thành phần này sẽ lọtvào băng truyền dẫn 4GHz Thành phần nhiễu này đợc gọi là tạp âm xuyên điều chếbậc 3

Để méo do xuyên điều chế nhỏ hơn giá trị cho phép, TWT phải làm việc ởmức 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 trongcác 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 âmnhiệt

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 củachặng vô tuyến, tức là A[dB = D Hệ số tổn hao  phụ thuộc nhiều yếu tố khácnhau trong đó có tốc độ ma, phân cực của các sóng và tần số công tác

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 chiềuthẳng đứng nhỏ hơn kích thớc theo chiều ngang nên các sóng phân cực ngang bị tổnhao mạnh hơn Ngoài ra, trong thực tế tốc độ ma không phải là một hằng số trênsuốt chiều dài chặng vô tuyến và nói chung ma rào lớn thờng không diễn ra baotrùm cả chiều dài chặng vô tuyến Khi tính đến tất cả các yếu tố trên, tổn hao do mathờng đợc tính theo công thức:

A=D(leq) (02)Trong đó:

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 khácnhau về pha Điều này có nghĩa là tín hiệu thu đợc sẽ là tổng vectơ của cùng một tínhiệu 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 vềrất lớn

- Ngợc lại, nếu các tín hiệu này ngợc pha với nhau thì tín hiệu thu đợc là rấtnhỏ 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 thờigian 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 tínhiệu 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

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

-10-65x10 - 3

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 làmô hình kênh 3 tia đơn giản hoá do Rummler đề xuất, miền gián đoạn liên lạc đợcxác định trên không gian tham số A, B và f0 ( đợc mặc định là 6,3 ns)

Rummler đã chỉ ra rằng, đối với một tần số khe pha-ding f0 đã cho có mộtmức 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 Bxác định miền gián đoạn trong không gian A, B, f0 Việc tính tích phân hàm mật độxác suất cùng nhau của A và B trên miền ngoài của từng đờng cong giả sử về độ sâukhe f0 sẽ cho chúng ta xác suất điều kiện gián đoạn liên lạc, với điều kiện là xảy rapha-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 lọctheo tần số chứ không phải do tác động của tạp âm nhiệt và nhiễu thông thờng (cáctính 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 tiabằng 0,18077) Nh vậy, tham số A đợc loại bỏ và chỉ sử dụng một đờng cong duynhất ứng với các giá trị tới hạn của bảo vệ là f0 Đờng cong này chính là đờng congsignature Đờng cong signature của hệ thống là quỹ tích của các điểm trên mặtphẳng B - f0 ứng với trạng thái gián đoạn liên lạc của hệ thống, chia mặt phẳng B - f0thành các miền ứng với các trạng thái gián đoạn liên lạc do pha-ding và không 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) Xácsuất này tính đợc nhờ tích phân hàm mật độ cùng nhau của các tham số mô hìnhtrong miền gián đoạn với công thức cuối cùng là:

o o 2

1 f

2

1

o out ] p f ) df

M

) f exp[

- (f0) là hàm số đờng signature của hệ thống

- f0: là tần số khe pha-ding, fc: là tần số sóng mang

- MB là giá trị kỳ vọng của độ sâu khe

- p(f0) = 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 vợtquá A0=19 dB có thể đợc xác định theo công thức:

F(A0=19dB) = F (Ap = 80) =

p

3 7

A

D f b a 10

[0.5]

Xác suất gián đoạn liên lạc tổng cộng của hệ thống dới tác động của ding đa đờng Pout có thể tính đợc theo công thức sau:

pha-Ptotal = F(A0).Pout = F(Ao) o o

2 1 f

2

1

o ] p f ) df M

) f exp[

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 xạsóng Trong một số trờng hợp, các sóng vô tuyến điện truyền đến hay đi từ các vệtinh 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 haycòn gọi là sự thăng giáng

Tuy nhiên, tính chất này ảnh hởng chủ yếu đối với băng sóng ngắn Tần sốcàng cao, ảnh hởng của tầng điện ly càng thấp

Ngoài một số nguyên nhân chính trên có ảnh hởng đến chất lợng của tuyếnthông tin vệ tinh còn có những nguyên nhân khác góp phần làm giảm độ trung thựccủa tín hiệu thu về, có thể làm cho tín hiệu thu về xảy ra sai lỗi mặc dù đã có cácbiện 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 nhiễuxảy ra nếu bức xạ cách trục chính  độ từ trạm mặt đất 2 chiếu vào vệ tinh 1 và antenthu 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 antentrạm mặt đất giảm Khi 2 vệ tinh đặt cách nhau khoảng 30 thì tỷ số công suất củasóng 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 hệthống thông tin vệ tinh Do đó, tín hiệu viba mặt đất đợc trộn với tín hiệu ở đầu vàomáy thu vệ tinh

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

Đờng đứt nét biểu thị đờng đi của tín hiệu can nhiễu

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 tínhpha- tần (hay đặc tính giữ chậm) của hàm truyền tổng cộng của hệ thống so với đặctính 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 vàhơi 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 kếnhằm 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 khôngtuyến 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 hệthống 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 bộkhuếch đại công suất có công suất khá lớn lại gây lên những méo phi tuyến khôngthể bỏ qua đợc Tính phi tuyến của các mạch điện trong hệ thống truyền dẫn gây ratác 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 vôtuyến 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 đổihay với tín hiệu có đờng bao thay đổi

Chơng Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh2 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhCác Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhphơng Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthức Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtruyền Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhtin Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhchống Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhnhiễu

1 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhPhơng Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthức Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhFEC 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 phph-ơng thức ARQ Trong đó, phph-ơng thức FEC là phph-ơng 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 đồngthời tới các đài khác nhau, nó đợc sử dụng cho phát điểm danh dự báo thời tiết vàcảnh 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 loạimã 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 Mỗikhối 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 ởmỗi 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 sửdụng 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

012 15

000000010010 1111

000011110 111

V1V2V3V4 V5V6V7

Bộ lập mã

Bit đầu vào là 1

Hình 6: Mã xoắn (R = 1/2, K = 3)

2 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhPhơng Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthức Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhARQ

Nếu nhh trong phơng thức FEC bên thu có thể xác định các vị trí lỗi và sửacác lỗi đó thì trong phơng thức ARQ phía thu chỉ phát hiện các lỗi chứ không có khảnăng sửa lỗi

ARQ có nghĩa là tự động yêu cầu phát lại, là chế độ đợc sử dụng trong trờnghợp hai trạm thông tin theo kiểu bán song công Trạm phát gửi thông tin theo từngkhối, mỗi khối gồm 3 ký tự, trạm thu sẽ nhận đợc và gửi xác nhận lại phía phát nếu

11 00

01 10

11

00

10 01

thông tin thu đợc chính xác và phía phát lại tiếp tục giử khối thông tin tiếptheo.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 saithì 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 tíchcực tơng ứng Chế độ này thờng đợc hạn chế ở phạm vi thông tin giữa 2 đài, ví dụgiữa 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 đợcthực hiện liên tục để giám sát đờng thông tin Để dễ dàng giám sát, thông tin đợcphân chia thành các khung (frame hay còn gọi là khung dữ liệu) hoặc đợc chia thànhcác khối tin tức Mỗi một frame đều chứa thành một lợng tin nhất định Frame đợctruyền 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

Việc kiểm tra sai dựa trên cơ sở truyền tin và xác nhận tin bằng tín hiệu xácbáo ACK (Acknowlegdment) Trên cơ sở đó việc kiểm tra sai trong quá trình thôngtin 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 đợcgì 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 sẽphát 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 điềukhiển thông tin trong thực tế hay còn gọi là phơng pháp tự động yêu cầu phát lạiARQ (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 cựcACK báo rằng khối thông tin đã đợc phát đúng Và mời bên phát Frame tiếp theo.Message

Transmiter

Transmiter off time

Next messageBegins here

Hình 7: Phơng thức ARQ

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 bênphát với hàm mời bên phát phát lại Frame trớc đó (Frame lỗi) Còn khi bên thukhông nhận đợc gì thì nó sẽ phát tín hiệu xác báo NAK hoặc không trả lời Bên phátkhi nhận đợc NAK hoặc không có gì xác báo thì phải phát lại Frame Trờng hợp bênthu nhận đợc 1 Frame đúng và phát đi tín hiệu xác báo ACK nhng ACK bị sai thìbên phát phải phát lại Frame trớc đó

Phơng pháp ARQ dừng và chờ có u điểm là đơn giản, nhng có nhợc điểm làtốn thời gian

Trong thông tin hàng hải, ngời ta đã sử dụng phơng pháp ARQ dừng và chờcho phơng thức thông tin truyền chữ băng hẹp để trao đổi tin tức từ 1 tàu này đến 1tàu 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 thunhận 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 khôngtích 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 saukhi thu đợc Frame (i) đúng

Mặt khác phơng pháp này không yêu cầu khi phát một Frame đi phải cóACK Ngời ta chỉ cần một tín hiệu ACK (i) nào đó để báo rằng đã nhận đợc cácFrame trớc đó là đúng

Trong hình vẽ trên, khi nhận đợc Frame 2 sai thì bên thu sẽ phát đi tín hiệuxác báo không tích cực NAK2 Khi bên phát nhận đợc NAK2 thì nó sẽ phát lạiFrame 2 đồng thời nó sẽ phát lại Frame 3, 4, 5 trớc đó Còn bên thu khi nhận đợcFrame 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

không tích cực NAK (i) nhng một điểm khác so với ARQ trở lại là không loại bỏcác 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 xácbáo không tích cực NAK2 và các Frame 3, 4, 5 vẫn đợc giữ lại cho đến khi nhận đợcFrame 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 phátlại 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 hiệnchuyển 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 vìtuyến thông tin dài, chịu tác động rất lớn từ môi trờng bên ngoài nên dễ xảy ra sailỗi Khi có lỗi xảy ra thì việc phát lại các block thông tin sẽ mất ít thời gian hơn sovới 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 rấtnhiều loại phát hiện và sửa sai nhng trong phơng thức FEC thờng sử dụng một số mãnh: mã hamming, mã golay, mã xoắn Còn trong phơng thức ARQ do bên thu chỉ cóchức năng phát hiện sai chứ không có khả năng sửa sai nên mã đợc sử dụng trongphơng thức này là các loại mã có khả năng phá hiện sai lớn, mã thờng đợc sử dụng

là mã CRC (mã kiểm tra độ d chu trình) Phần tiếp theo sẽ trình bày cụ thể hơn vềcác 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 vànhợc điểm riêng Để tận dụng u điểm và khắc phục nhợc điểm của 2 phơng thứcnày ngời ta đã sử dụng phơng pháp kết hợp ở phơng pháp này, nggời ta sử dụng cảFEC và ARQ để chúng bổ trợ cho nhau nhằm mục đích nâng cao hiệu quả kiểm soátlỗi của hệ thống Những lỗi không sửa đợc bằng FEC thì bên thu sẽ yêu cầu bênphát phát lại theo phơng thức FEC

ACK1

NAK2

ACK6 ACK2

Trạm thu

Tín hiệu thông tin liên lạc đợc sử dụng trong quá trình liên lạc để phát nộidung 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 lậpchu kỳ liên lạc, gồm có:

- Tín hiệu điều khiển

độ truyền tin và khả năng chống nhiễu của hệ thống Thông thờng tốc độ lập tin ờng rất xa so với thông lợng của kênh Để tăng tốc độ lập tin, ta dùng phép mã hoá

th-để thay đổi tính chất thống kê của nguồn Nhờ đó, có thể tiếp cận với thông lợng củakênh

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 quyếtvấn 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 mãhoá Cụ thể hơn là khả năng phát hiện và sửa lỗi của các loại mã dùng trong thôngtin

1 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhGiới Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhthiệu Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhchung 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 kêcủa 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 hiệutrong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm nhng những sai nhầm đó không liên quanvới nhau

- Sai phụ thuộc lẫn nhau gọi là sai tơng quan gây ra do nhiễu tơng quan ởloại 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 củakênh

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 béhơn 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: Để mã hoá 1 nguồn tin gồm 4 tin: a1-a4 chúng ta có thể sử dụng 1 mãhiệu nhị phân đơn giản với độ dài bằng 2

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

đều có thể phát hiện đợc N(N0 - N) trờng hợp chuyển đổi sai nhầm trong tổng số khảnăng chuyển đổi N.N0 Vậy khả năng phát hiện sai nhầm đối với một mã đợc đánhgiá bằng tỷ số:

N(N0 - N)/N.N0 = 1 - N/N0

Tỷ số càng tiến đến 1 khả năng phát hiện sai càng lớn, độ dài từ mã phải lớn:

N0 = 2n  N = 2k 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 dựatrên 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, mỗinhóm 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 hoặc3) nhiều hơn là loại từ mã sai nhiều ký hiệu Nh vậy, phải phân nhóm thế nào để cóthể sửa tất cả hoặc đại bộ phận các loại sai ký hiệu trớc Mỗi từ mã đợc xem nh mộtvector, mỗi ký hiệu đại biểu cho một toạ độ Tập hợp các từ mã hình thành mộtkhông gian vector gọi là không gian mã Tác động của nhiễu đợc biểu thị bằngnhững vector gây sai nhầm đồng số chiều với không gian mã gọi là vector sai Kếtquả 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 vectorsai Trong trờng hợp mã nhị phân, vector mã hoặc vector sai đợc biểu diễn bằng mộtdãy n ký hiệu nhị phân 0,1 (n là số chiều hoặc toạ độ của không gian mã), sự kếthợp 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 cósai 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 sainhầm 1,2,3 hoặc 4 ký hiệu đợc liệt kê trong bảng 1

- Các từ mã ak ghi trên hàng đầu

- Các vector sai ei ghi trong cột thứ nhất

- 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

00000011-1001

01000111-1101

110010100110

110010100111

-1

00110101100101101010

00100100100001111011

0110000011000011-

11011011011110000100

1100101001101001-

3

1100 1101 1001 0010 00110111

101111011110

011010101100-

0010-10001011

1001-00110000

100001000010-

01000111

110010100110

11011011

01001101

110010100110

10110111

1

Đối với các tổ hợp nhận đợc: 0111, 1101 do sai một ký hiệu gây lên đều cóthể 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 khácnhau giữa 2 từ mã bất kỳ hay số bit 1 có trong tổng modul-2 của hai vector mã bấtkỳ)

Trong một mã hiệu khoảng cách ngắn nhất giữa 2 từ mã bất kỳ đợc gọi làquãng cách tối thiểu dmin Khi dmin 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 tacũng 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 chếphát hiện sai, sửa sai của từ mã nhận đợc Với những khái niệm đó có đầy đủ khảnăng xây dựng các thiết bị tạo mã chống nhiễu và sửa sai một cách tổng quát Nhngkhi cần xây dựng một mã hiệu có độ dài lớn để tăng tính chống nhiễu thì với nhữngkhái niệm trên tuy vẫn không mất ý nghĩa tổng quát nhng khả năng thực hiện thiết

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 sốMột 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 làmã khối tuyến tính hệ thống

1 n

1 1 k

11 01

10 k

10 00

g

g g

Với gi = ( gi0, gi1, , gi(n-1)) với 0 i<k

Nếu u = (u0,u1, , uk-1) là thông tin cần đợc mã hoá, các từ mã tạo ra là v đợctính toán theo công thức:

1 0

1 k 1 0

g

g

g ).

u , u , u ( G u v

v = u0g0 + u1g1 + + uk-1gk-1Bất kỳ từ mã độc lập tuyến tính nào cũng có thể dùng làm ma trận sinh chomã Từ công thức (09) thấy rằng một mã tuyến tính (n, k) hoàn toàn đ ợc xác địnhbởi k hàng của G và tạo thành một tổ hợp tuyến tính của k hàng cơ bản này trênhàng thông tin nhập vào u = (u0, u1, , uk-1)

Một mã khối tuyến tính (n, k) đợc biểu diễn bởi ma trận G (n, k) nh sau:

tran ma

) 1 n )(

1 k (

) 1 n ( 1

) 1 n ( 0

1 ) 1 k (

11 01

0 ) 1 k (

10 00

000

0

010

0

100

P

P P

P

P P

2.3 Ma trận kiểm tra

Cho bất kỳ ma trận G( k x n) với k hàng độc lập tuyến tính, luôn luôn tồn tạimột ma trận H ((n - k) x n ) vơi n - k hàng độc lập tuyến tính

1 k (

) 1 k n ( 1

) 1 k n ( 0

1 ) 1 k (

11 01

0 ) 1 k (

10 00 T

k n

P

P P

P

P P

1 000

0

010

0

100 P

I H

2.4 Syndrom và phát hiện sai

Xét mã tuyến tính (n, k) với ma trận sinh G và ma trận kiểm tra H Gọi v =(v0, v1, vn-1) là từ mã đợc truyền đi qua kênh có đặc tính nhiễu Gọi r = (r0, r1, rn-1)

là vector nhận đợc từ kênh truyền Vì kênh truyền có nhiễu nên r nhận đợc có thểkhác v

Vector tổng e:

e = r + v = (e0, e1, en-1)

e là một vector n phần Vector e đợc gọi là vector lỗi

Do tính chất của phép cộng nhị phân a + b = c => c = a + b hay b = c + a nên

- Nếu s khác 0 => thu sai: r khác c

Tuy nhiên có trờng hợp s khác 0 nhng r vẫn bằng c Nghĩa là vẫn xảy ra lỗithì loại sai này là loại sai không phát hiện đợc Khi đó, r vừa là tổng của 2 từ mã vừa

1 H

Gọi r = (r0, r1, r2, r3, r4, r5, r6) là vector nhận đợc Khi đó syndrome s = (s0, s1,

1 1

1

1 1

0

0 1

1

1 0

0

0 1

0

0 0

5 4 3 1 1

6 5 3 0 0

r , r , r , r s

r , r , r , r s

r , r , r , r s

Syndrome s đợc tính từ r, thực sự chỉ phụ thuộc vào vector sai e Do r là

vector tổng của v và e từ công thức (16) suy ra

1 k n ( 1 1 k n )

1 k n ( 0 k n 1 k n 1

k

n

1 ) 1 k ( 1 n

0 1 1 k n 01

k n 1

1

0 ) 1 k ( 1 n 01

1 k n 00

k n 0

o

P e P

e p

r e

s

P e

P e

p r e

s

P e P

e P

r e

s



(17)

Từ công thức (17) nhận thấy rằng s là tổ hợp tuyến tính đơn giản những thành

phần của vector lỗi Rõ ràng s cung cấp thông tin về những thành phần của vector lỗi

và vì vậy có thể đợc sử dụng để sửa lỗi Từ n - k phơng trình tuyến tính xác định đợc

những thành phần của vector lỗi e Mỗi lần vị trí e đợc tìm thấy thì vector r + e là từ

mã thực sự đợc truyền Những việc xác định vector lỗi đúng (true vector error)

không phải là vấn đề đơn giản Bở vì n - k phơng trình tuyến tính trong công thức

(17) không cho mỗi lời giải duy nhất mà có tới 2k lời giải Nói cách khác, có 2k

vector lỗi là kết quả của cùng một syndrome và vector lỗi e đúng chỉ là một trong số

đó Do đó, bộ giải mã phải xác định vector lỗi đúng từ tập hợp 2k vector lỗi đó

2.5 Khả năng phát hiện và sửa lỗi

Khả năng phát hiện và sửa lỗi của mã khối đợc đánh giá thông qua các tham

số: Trọng lợng, khoảng cách, khoảng cách tối thiểu

- Trọng lợng của C(W(c)) đợc định nghĩa là số bit khác 0 của C

- Khoảng cách và khoảng cách tối thiểu đã đợc định nghĩa ở mục 1.3, 1,

ch-ơng 3 Với khoảng cách tối thiểu dmin:

Nghĩa là nó có thể sửa đợc những từ mã có số lỗi nhỏ hơn hoặc bằng t1 nếu

dmin chẵn, nhỏ hơn hoặc bằng t2 nếu dmin lẻ

- Để phát hiện sai : dmin > t + 1

- Để sửa đợc sai: dmin > 2t +1

2.6 Mã hoá mã khối tuyến tính

n-k-1

Kênh truyền

Kênh truyền Thanh ghi thông tin

H×nh 12: M¹ch m· ho¸ m· khèi tuyÕn tÝnh (7,4)

Các hoạt động của mạch mã hoá nh sau:

Tin u = ( u0, u1, , uk-1) mã hoá đợc chuyển vào thanh ghi thông tin và đồngthời đợc đa ra kênh Sau khi toàn bộ thông tin đợc nhập vào thanh ghi thông tin, n -

k bit kiểm tra đợc hình thành tại đầu ra bộ cộng modul-2 Các bit kiểm tra đợc chuỗihoá và chuyển vào kênh Có thể nhận thấy rằng sự phức tạp của mạch mã hoá tỷ lệtuyến tính với chiều dài của mã

Bớc 3: Giải mã vector nhận đợc r thành mã vector vi = r + ei

Việc giải mã nh trên đợc gọi là giải mã syndrome Sơ đồ khối tổng quát đợcbiểu diễn nh sau

3 M hammingã 3.1 Định nghĩa

3.1.1 Khái niệm

Mã Hamming là một loại mã tuyến tính Mã này đợc R.W Hamming đa ra và

đợc dùng trong một số hệ thống thông tin sử dụng phơng thức FEC

3.1.2 Đặc điểm

- Có khả năng sửa 1 lỗi

- Sơ đồ tạo mã và giải mã đơn giản

- Số bit kiểm tra r (r = n - k ) và số bit thông tin k phải thoả mãn hệ thức k  2r

- 1 - r

- Khi k tăng thì r tăng

3.2 Tạo mã

Để tạo mã cần tiến hành các bớc sau:

- Xác định vị trí các bit kiểm tra trong từ mã

- Xác định giá trị các bit kiểm tra

- Xác định từ mã hoàn chỉnh

3.3 Giải mã

Khi nhận đợc từ mã u, tính syndrome (S) của u theo công thức:

S = u.HTNếu S = 0 => thu đúng

Nếu S khác 0 => xảy ra sai lỗi

Thanh ghi vector nhận đ ợc r

Nếu có lỗi, ta so sánh giá trị của S với từng cột hi của ma trận kiểm tra H ( i =

1 - n) Nếu S trùng với hi thì từ mã nhận đợc sai ở vị trí thứ i

Ma trận kiểm tra của mã Hamming là một ma trận ( r, n ) với các cột là các

số nhị phân r bit có giá trị tăng từ 1 - n nên khi tính đợc S chỉ cần đổi ra số thập phântơng ứng Giá trị thập phân này chính là vị trí của bit sai

4 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhMã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhvòng 4.1 Địng nghĩa

Một mã tuyến tính C ( n, k ) đợc gọi là mã vòng nếu mỗi lần dịch vòng một

từ mã thì kết quả cũng là một mã vector của C

4.2 Mã hoá mã vòng

Để mã hoá mã vòng ta thực hiện:

- Nhân đa thức thông tin u(x) với xn-k

- Chia u(x).xn-k cho g(x) ( đa thức sinh) ta nhận đợc phần d b(x)

- Hình thành từ mã: b(x) + u(x).xn-k

Các bớc trên có thể thức hiện bằng mạch chia với thanh ghi dịch n-k tầng cóhàm hồi tiếp tơng ứng với đa thức sinh g(x):

g(x) = 1 + g1(x).x + g2(x).x2 + + gn-k-1xn-k-1 + xn-kSơ đồ mã hoá hình 14

Các số kiểmtra chẵn lẻ

Hình 14: Mạch mã hoá mã vòng (n, k) với đa thức sinh g(x) = 1 + g 1 x + g 2 x 2 + + g n-k-1 x n-k-1 + n n-k

- Cổng đóng (cho thông tin đi qua), k chữ số thông tin: u0, u1, , uk-1 ở dạng

đa thức là u(x) = u0 + u1(x).x + u2(x).x2 + +uk-1.xk-1 đợc dịch vào mạch từ thiết bị

đầu cuối để nhân trớc với xn-k Ngay sau khi thông tin đợc đa vào mạch thì n - k chữ

số còn kại trong thanh ghi là những con số kiểm tra chẵn lẻ

- Cắt đờng hồi tiếp bằng cách điều khiển cho các cổng gi hở

- Dịch những con số kiểm tra chẵn lẻ và đa ra đờng truyền Các chữ s kiểmtra này kết hợp với k chữ số thông tin tạo thành vector mã

Việc mã hoá mã vòng cũng có thể thực hiện bằng cách sử dụng đa thức kiểm trachẵn lẻ h(x) = h0 + h1x + + hkxk Có thể xem công thức: vn-k-j với 1 j  n - k làluật để xác định n - k chữ số kiểm tra chẵn lẻ v0,v1, vn-k-1

4.3 Giải mã mã vòng

Việc giải mã mã vòng bao gồm các bớc sau:

- Tính syndrome

- Dựa vào syndrome để xác định vector lỗi

- Sửa lỗi, thực hiện phép cộng modul-2 giữa vector lỗi và vector nhận đợcSơ đồ giải mã (hình 16)

Thủ tục sửa lỗi đợc mô tả nh sau:

- Bớc 1:

Syndrome đợc tạo ra bằng cách dịch toàn bộ vector nhận vào thanh ghisyndrome thanh ghi đệm

- Bớc 2:

Bộ phát hiện sai là một mạch logic đợc thiết kế sao cho đầu ra của nó là 1 khi

và chỉ khi syndrome trong thanh ghi syndrome tơng ứng với vector sai có thể sửa

đ-ợc 1 lỗi tại bit bậc cao nhất xn-1 Do đó, nếu bit 1 xuất hiện ở đầu ra của mạch pháthiện sai thì bit nhận đợc là bit sai và phải sửa, ngợc lại

Hình 16: Bộ giải mã vòng với đa thức nhận đ ợc ở đầu thu r (x)

đ ợc dịch vào thanh ghi syndrome từ bên trái

Syndrome mới nhận đợc ở trên dùng để phát hiện sai ở ký hiệu kế tiếp sắp

đ-ợc đọc ra khỏi thanh ghi đệm Mạch giải mã lặp lại bớc 2 và 3

- Bớc 5:

Mạch giải mã sẽ lần lợt từng ký hiệu theo cách trên cho đến khi toàn bộvector r đọc ra khỏi thanh ghi đệm

+ Nếu thanh ghi syndrome chứa toàn bộ 0, nghĩa là vector lỗi đợc phát hiện

và sửa đợc Kết quả là nhận đợc r(x) đợc giải mã chính xác

+ Nếu thanh ghi kết thúc quá trình giải mã mà syndrome khác 0 thì lỗi sai

Syndrome s(x)

Vector syndrome (s 0 , s 1 , s 2 )

đó suy ra vector syndrome tơng ứng

Giả sử rằng một lỗi đơn xuất hiện ở vị trí xi Sau khi chuỗi nhập đợc dịch vàothanh ghi syndrome Syndrome trong thanh ghi không phải là 101 Tuy nhiên, sau 6– i lần dịch thì nội dung của thanh ghi sẽ là 101 Vì thế cần sửa lỗi syndrome 101.Mạch giải mã hoàn chỉnh nh sau:

Quá trình giải mã:

Giả sử vector mã v = (1001011) đợc truyền thành vector nhận r = (1011011).Một lỗi đơn xuất hiện ở vị trí x2 Khi chuỗi nhập đợc dịch vào thanh ghi đệm vàthanh ghi syndrome Thanh ghi syndrome chứa giá trị 001 ở hình dới đây, nội dungcủa thanh ghi đệm và thanh ghi syndrome sẽ đợc ghi kại sau mỗi lần dịch Sau 4 lần

Hình 17: Mạch giải mã cho mã vòng (7,4) với đa thức sinh g(x) = 1 + x + x 3

dịch nội dung của thanh ghi syndrome là 101 và mẫu lỗi r2 sẽ là số kế tiếp xuất rakhỏi thanh ghi đệm.

Quá trình sửa sai đợc mô tả nh sau:

5 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhMã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhgolay 5.1 Cấu trúc

Kí hiệu: Mã Golay (23,12) trong đó có:

- 12 bit mang thông tin

- 23 bit trong từ mã

- 11 bit kiểm tra

Mã Golay (23,12) là mã nhị phân duy nhất sửa đợc sai nhiều lỗi Có khả năngsửa lỗi sai tối đa là 3 bit cho từ mã dài 32 bit

x23 + 1 = (1 + x).g1(x).g2(x)

5.3 Giải mã

Để giải mã ta có thể dùng phơng pháp giải mã Kasimi hoặc phơng pháp giảimã tìm kiếm có hệ thống ở phơng pháp tìm kiếm có hệ thống dựa vào đặc điểm lànếu lỗi sai ít hơn hoặc bằng 3 bit trong một từ mã dài 23 bit có thể đợc chuyển vòng

để sao cho lỗi nằm ngoài 11 bit của từ mã So với mạh giải mã Kasimi, mạch giảimã tìm kiếm có hệ thống chỉ cần một cổng ngỡng Tuy nhiên, mạch xung và mạch

đồng hồ lại phức tạp hơn vì cần đảo lần lợt 11 bit Vì vậy, mạch Kasimi giải mãnhanh hơn mạch này

6 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhMã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhxoắn

Nếu nh trong mã khối, các bit parity đợc thêm vào bit dữ liệu để tạo ra từ mãkhối thì trong mã xoắn các bit thông tin đợc trải ra trên một quãng bit dài hơn độ dàithực của khối dữ liệu để giúp cho việc phát hiện và sửa lỗi

Mã xoắn đợc tạo ra bằng cách sử dụng bộ ghi dịch k bit và n mạch cộngmodul-2 Trong mạch mã hoá, bộ ghi dịch là ngẫu nhiên với các mạch cộng Khi cómột bit mới đợc dịch vào mạch mã hoá, các bit trong bộ ghi dịch đợc dịch phải một

vị trí và đầu ra của n mạch cộng lần lợt lấy mẫu để tạo ra các bit của từ mã

Dòng mã này sau đó có thể đợc điều chế sóng mang để phát trên đờngtruyền Một nhóm bit có thể đợc dịch đồng thời vào bộ mã hoá nhng trong hầu hếtcác mạch mã hoá, các bit đợc dịch vào bộ mã hoá từng bit một ở mỗi thời điểm Nhvậy, n bit mã hoá đợc tạo ra từ từng bit dữ liệu nên tốc độ mã hoá là 1/n

Việc xử lý giải mã thông thờng sử dụng thuật toán Viterbi Về cơ bản thuậttoán này tơng đơng với việc so sánh dãy bit thu đợc với tất cả các dãy bit có thể đợcphát hiện để tìm ra dãy bit tơng xứng gần nhất

7 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhMã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhbch Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhnhị Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhphân

Mã Bose, Chaudhui, và Hocquenghem (BCH) là một loại mã sửa lỗi vòngngẫu nhiên quan trọng Mã Hamming chỉ là một trờng hợp riêng của mã BCH (mãHamming sửa đợc 1 lỗi, mã BCH sửa đợc nhiều lỗi)

7.1 Biểu diễn mã

Với các số nguyên m và t xác định bất kỳ (m > 3và t < 2m-1), tồn tại một mãBCH có các tham số sau:

- Độ dài khối bộ mã: n = 2m - 1

- Số con số kiểm tra: n - k  mt

- Khoảng cách tối thiểu: dmin  2t + 1

Mã này có thể sửa đợc một tổ hợp bất kỳ có tối đa t lỗi trong một khối n = 2m

- 1 số và đợc gọi là mã BCH sửa t lỗi Đa thức sinh của mã này đợc xác định từnhững phần tử tối giản của trờng Garlors GF (2m) Nếu  là một phần tử căn bảntrong GF (2m), đa thức sinh g(x) của mã BCH sửa t lỗi với chiều dài 2m - 1 là đa thức

có bậc thấp nhất trong trờng GF(2m) có:

I = i,.2lVới: i, là một số lẻ, l  1

Ta có i = (i)2l là một số liên hợp của i Do đó i và i’ có cùng môt đa thức tốigiản Nghĩa là:

i(x) = i’(x)

Do vậy, mỗi luỹ thừa bậc chẵn của  trong (18) có cùng đa thức tối giản vớimột luỹ thừa bậc lẻ nào đó của  đứng trớc nó Kết quả là đa thức sinh g(x) của mãBCH nhị phân sửa t lỗi có chiều dài khối 2m - 1 cho bởi công thức (19) có thể đợc rútgọn thành:

g(x) = BSCNN1(x), 3(x), , 2t-1(x) (20)Vì bậc của mỗi đa thức tối giản nhỏ hơn hoặc bằng m nên bậc của g(x) tối đa

là m.t Bậc của g(x) cũng chính là số chữ số kiểm tra Nh vậy số chữ số kiểm tra tối

đa là m.t Không có công thức tổng quát để tính hết n - k chữ số kiểm tra, nhngtrong trờng hợp t nhỏ, chữ số kiểm tra n - k chính xác bằng m.t Mã BCH xác định

nh trên gọi là mã BCH gốc hay mã BCH cổ điển

Từ công thức (20) cho thấy mã BCH sửa lỗi đơn có chiều dài 2m - 1 đợc tạo rabởi: G(x) = 1(x)

Vì  là một phần tử căn bản của trờng Galois GF (2m), 1(x) là một đa thức tốigiản có bậc m Do đó, mã BCH sửa lỗi đơn có chiều dài 2m - 1 là một mã Hamming

7.2 Giải mã BCH

Giả sử rằng từ mã v(x) = v0 + v1.x + v2.x2 + + vn-1.xn-1 đợc truyền đi và lỗitrên kênh truyền khiến vector nhận đợc nh sau:

r(x) = r0 + r1.x + r2.x2 + + rn-1.xn-1lấy e(x) là vector lỗi Khi đó:

r(x) = v(x) + e(x)Thông thờng bớc đầu tiên của việc giải mã là tính syndrome của vector nhận

đợc r(x) Trong giải mã mã BCH gốc sửa t lỗi, syndrome là một vector 2t thànhphần

s = s0, s1, , s2t = r.HT (21)Trong đó, HT là ma trận chuyển vị của ma trận H với:

1 n t

2 2

t 2 t

2

1 n 1 n

1 n 3

2 3

3

) (

) (

1

) (

) (

1

) (

) (

1 H

phần này có thể đợc tính từ r(x) nh sau: chia r(x) cho đa thức tối giản i(x) của xi

đ-ợc:

r(x) = ai(x) i(x) + bi(x)Trong đó bi(x) là phần d với bậc nhỏ hơn hoặc bằng i(x) Khi i(x) = 0 ta có:

s2t = (j1)2t + (j2)2t + + (jv)2tBầt kỳ phơng pháp giải hệ phơng trình (23) nào cũng là thuật toán giải mã

BCH

7.3 Thủ tục sửa lỗi cho bộ mã BCH

Thủ tục sửa lỗi cho bộ mã BCH bao gồm các bớc sau:

- Tính syndrome s = ( s1, s2, , s2t) từ đa thức nhận đợc r(x)

- Xác định đa thức vị trí lỗi từ các thành phần của syndrome s1, s2, , s2t

- Xác định các số chỉ vị trí lỗi bằng cách tìm các nghiệm của (x) và sửa các

lỗi trong r(x)

8 Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhMã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhbch Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhkhông Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhnhị Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhphân Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhvà Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhmã Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinhreed-solomon

Bên cạnh những mã nhị phân còn có những mã không nhị phân Trong thực

tế, nếu p là một số nguyên tố và q là luỹ thừa bất kỳ của p, có nhiều mã dùng các ký

hiệu trong trờng Galois GF (q) Những mã này đợc gọi là mã q-ary Những khái

niệm và tính chất đã xây dựng cho mã nhị phân có vài thay đổi khi áp dụng cho mã

q-ary Một mã tuyến tính ( n, k ) dùng các ký hiệu trong trờng Galois GF (q) là một

không gian con k chiều của không gian vector của tất cả bộ n thành phần trên tr ờng

GF (q) Một mã vòng q-ary (n, k ) đợc sinh ra bởi một đa thức có bậc n - k với các

hệ số thuộc trờng GF (q) và xn - 1 chia hết cho đa thức này Việc mã hoá và giải mã

q-ary thì tơng tự nh mã nhị phân

Chọn bất kỳ hai số nguyên t và s, tồn tại một mã BCH q-ary có chiều dài n =

qs - 1 Mã này có khả năng sửa tối đa t lỗi và cần không quá 2 st bit kiểm tra Giả sử

 là một thành phần căn bản trong trờng GF (qs) Đa thức sinh g(x) của mã BCH

q-ary sửa t lỗi là một đa thức có bậc thấp nhất với hệ số thuộc trờng GF (q) và có các

số , 2, 3, , 2t là nghiệm Khi đó