Mã hóa kênh kết nối song song và nối tiếp

Mã hóa kênh kết nối song song và nối tiếp

kỹ thuật phát thanh truyền hình

Giảng viên hướng dẫn :

TS NGUYỄN THU HIÊN

nối tiếp

Nhóm VI - Lớp D11VT4

I Tóm tắt lịch sử

II Cấu trúc các bộ mã hóa

III Thành phần chức năng bộ mã hóa

Mục Lục

IV Giải mã

V So sánh

CHƯƠNG I TÓM TẮT LỊCH SỬ

• Năm 1993, Claude Berrou, Alain Glavieux, Puja Thitimajshima đã cùng viết tác phẩm “ Near Shannon limit error correcting coding and decoding: TURBO CODE” đánh dấu một bước tiến vượt bậc trong nghiên cứu mã sửa sai Loại mã mà họ giới thiệu thực hiện trong khoảng 0.7dB so với giới hạn của Shannon cho kênh AWGN Loại mã mà họ giới thiệu được gọi là mã Turbo

• Forney đã sử dụng một bộ mã khối ngắn hoặc một bộ mã tích chập với giải thuật giải mã Viterbi xác suất lớn nhất làm bộ mã trong và một bộ mã Reed-Salomon dài không nhị phân tốc độ cao với thuật toán giải mã sửa lỗi đại số làm bộ mã ngoài Có hai kiểu kết nối

cơ bản là kết nối nối tiếp và kết nối song song

CHƯƠNG II CẤU TRÚC CÁC BỘ MÃ HÓA

2.1 Mã hóa kênh kết nối song song-PCCC

Sơ đồ cấu trúc mã hóa PCCC (kết nối song song)

2.1 Mã hóa kênh kết nối song song-PCCC

• Mã PCCC là sự kết nối song song của 2 hay nhiều mã RSC Thông thường người ta sử dụng tối thiểu 2 bộ mã hoá tích chập

• Tốc độ mã hoá (code rate) của bộ mã hoá PCCC là: r = k/n

Nếu có 2 bộ mã RSC thì : r = k / (n1+n2)

• Một bộ mã hoá RSC có tốc độ mã hoá tiêu biểu là r =1/2 , hai bộ mã hoá thành phần được phân cách nhau bởi một bộ chèn ( interleaving)

Hình 1.4 Sơ đồ chi tiết mã hoá PCCC tốc độ 1/3

2.1 Mã hóa kênh kết nối song song-PCCC

2.2 Sơ đồ cấu trúc của bộ mã SCCC (kết nối nối tiếp).

Hình 1.1 Sơ đồ đơn giản mã kết nối nối tiếp

Đối với mã kết nối nối tiếp, tốc độ mã hoá: Rnt=k1k2/n1n2

2.2 Sơ đồ cấu trúc của bộ mã SCCC (kết nối nối tiếp).

Mã SCCC là sự kết nối nối tiếp của 2 hay nhiều mã RSC

Thông thường người ta sử dụng tối thiểu 2 bộ mã hoá tích chập

Chương III Thành phần chức năng bộ mã hóa

3.1 Bộ mã hóa tích chập các hệ thống đệ quy( Recursive Systematic Convolutional Code_RSC )

3.2 Kỹ thuật xóa (Puncture)

3.3 Các bộ chèn (Interleaver)

3.1 Bộ mã hóa tích chập các hệ thống đệ quy( Recursive Systematic Convolutional Code_RSC )

3.1.1 Mã chập tuyến tính

Sj-m Sj-1 Sj Message bits xi

encoded bit yj

Bộ mã hóa sử dụng các thanh ghi dịch để đưa thêm độ dư vào luồng dữ liệu

Công thức biễu diễn các bit ở đầu ra ứng với các bit vào là:

yj =Sj-m gl ⊕ ⊕ Sj-1 g1 ⊕ Sj g0 (mod 2)

m = ∑ Sj – i gi ; i=0

3.1.2 Mã tích chập hệ thống đệ quy

Mã tích chập hệ thống đệ quy được lấy từ bộ mã hoá tích chập thông thường bằng cách hồi tiếp một trong những ngõ ra mã hoá thành ngõ vào của nó

D +

+ x

3.1.3 Kết thúc Trellis

Hình 1.8 Cách thức kết thúc trellis ở bộ mã RSC

Để mã hoá chuỗi ngõ vào, khoá chuyển bật đến vị thí A, để kết thúc trellis thì khoá chuyển bật đến vị trí B

3.2 Kỹ thuật xóa (Puncture)

• Dùng để tăng tốc độ mã của một bộ mã hoá mà không làm thay đổi cấu trúc của bộ mã hoá

• Bản chất của kỹ thuật puncture là làm giảm n theo một qui luật nào đó để tốc độ mã hoá r tăng lên

• VD: Hình 1.9, nếu chuỗi hệ thống c1 vẫn giữ nguyên và các chuỗi c2 và c3 sẽ được lấy xen kẽ Chuỗi c2 sẽ lấy các bit lẻ và các bit chẵn

của chuỗi c3 thì bộ mã sẽ có tốc độ 1/2 Khi bộ giải mã nhận được chuỗi bit đến thì nó sẽ thêm vào chuỗi này các bit 0 tại những chỗ đã

bị xoá bớt Như vậy có thể làm sai lệch bit parity nên giảm chất lượng

Hình 1.9 Bộ chèn làm tăng trọng số mã của bộ mã hoá RSC2 khi so sánh với bộ mã hoá RSC1.

Bộ chèn được sử dụng tại bộ mã hoá nhằm mục đích hoán vị tất cả các chuỗi ngõ vào có trọng số thấp thành chuỗi ra có từ mã ngõ

ra trọng số cao hay ngược lại

IV GIẢI MÃ

4.1 Giải thuật MAP

4.2 Thủ tục giải mã SISO cho PCCCs

4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC

4.1 Giải thuật MAP

1. Tách tín hiệu nhận thành 2 chuỗi tương ứng cho bộ giải mã 1 và bộ giải mã 2.

2. Ở vòng lặp đầu tiên, thông tin A Priori của bộ giải mã 1 được đưa về 0 Sau bộ giải mã 1 đưa ra được thông tin Extrinsic thì sẽ được chèn

và đưa tối bộ giải mã 2 đóng vai trò là thông tin A Priori của bộ giải mã này Bộ giải mã 2 sau khi đưa ra thông tin Extrinsic thì vòng lặp kết thúc Thong tin Extrinsic của bộ giải mã thứ 2 sẽ được chèn và đưa về bộ giải mã 1 như là thông tin A Priori

3. Quá trình giải mã lặp đi lặp lại như vậy cho đến khi thực hiện đủ số lần lặp đã quy định

4. Sau vòng lặp cuối cùng, giá trị ước đoán có được tính bằng cách giải chèn thông tin ở bộ giải mã thứ 2 và đưa ra quyết định cứng Giải thuật giải mã được thực hiện qua 4 bước:

4.1 Giải thuật MAP

4.2 Thủ tục giải mã SISO cho PCCCs

1. Giải điều chế nhận tín hiệu từ hai dòng, một từ DEC1 và một từ DEC2 Tín hiệu được nhận thông qua hệ thống phân chia Equation (3.91) để được cho DEC1 và cho DEC2,

2. Lặp với Cho DEC1, khởi tạo

3 DEC1 Tính toán đường đi ma trận và với Equations (3.155) và (3.156) Sau đó sử dụng Equations (3.164) và (3.167) để tính toán đường ra LLR cho các bit thông tin

Các bước giải mã:

4 Chèn để cung cấp đầu vào LLR cho DEC2:

5 DEC2 Trước hết sử dụng Equations để đạt được đường ma trận và Sau đó:

 Nếu , sử dụng Equation trong conjuction với (3.167) để tính toán đường ra của LLR cho chèn thêm bit thông tin Giải chèn (deinterleaver) đến của lần lặp tiếp: Tăng , trở về bước 3 và bắt đầu lặp tiếp

 Nếu Sử dụng Equations (3.164) để nhận được đầy đủ thông tin cho các bit chèn Giải chèn và các quyết định dựa trên các bít truyền như sau:

Đi đến bước 1 để giải mã khung tiếp theo

4.2 Thủ tục giải mã SISO cho PCCCs

4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC

Hình 2.3: Giải mã SCCC với bộ điều chế chung SISO

4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCCCác bước giải mã:

1. Tín hiệu nhận sử dụng Equations (3.91) để đầu vào LLRs cho từ mã bit của mã trong

2. Đối với giải mã trong, khởi tạo ,

3. Giải mã trong Tính toán ma trận đường và với Equations (3.155) và (3.156) Sau đó sử dụng Equations (3.164) và (3.167) để tính toán đầu ra LLRs cho bit thông tin của mã trong

4. Bỏ chèn dòng của để đầu vào LLR cho bit từ mã của mã ra

5. Giải mã đầu ra Trước hết tính toán đường ma trận và sử dụng Equations (3.155) và (3.156) Đặt , vì thế sự khác biệt đến từ sự ước tính Sau đó:

•. Nếu , sử dụng Equations (3.163) và (3.165) để tính toán đầu ra LLR cho bít từ mã của mã đầu ra Chèn dòng để đạt đầu vào LLR của mã trong Tăng , trở về bước 3 và bắt đầu chu kỳ mới

•. Nếu , sử dụng Equations (3.164) (với ) để trọn vẹn thông tin của mã ra Quyết định dựa trên bit truyền như sau:

Trở lại bước 1 để giải mã khung tiếp theo

4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC

V SO SÁNH

5.1 Turbo Codes lai:

Một PCCC có thể tạo ra từ một SCCC bởi tỉa xén tất cả các bit chẵn lẻ đôi Khái niệm này đưa đến sự thực tế là nhiều thiết kế đang hybrid mới có thể xây dựng từ một mã SCCC gốc bằng cách thay đổi số bit chẵn lẻ đôi tỉa xén

Mã lai có thể được thiết kế để kết hợp lợi thế của PCCC và SCCC, do đó, thu hẹp khoảng cách giữa hai mã mã lai với một số lượng lớn các bit chẵn lẻ đôi thủng sẽ có những tính chất giống như PCCC và thực hiện tốt hơn so với SCCC trong vùng SNR thấp trong khi những mã có chẵn lẻ đôi bit là thủng ít nhiều sẽ có nhiều đặc tính giống như SCCC và có một tầng thấp hơn PCCC tại SNR cao Hiệu suất của các mã được hiển thị trong Hình 3.2 và Hình 3

Hình 3.1: So sánh hiệu năng của một thông thường r = 1/3 PCCC và PCCC được tạo ra bởi tỉa xén tất cả các bit chẵn lẻ đôi của một r = 1/3 SCCC

giải mã

5.1 Turbo Codes lai:

Hình 3.2 So sánh hiệu suất BER của r = 1/3 PCCC, SCCC và mã lai với kích thước khung hình = 512 bit so với Es/N0dB.

5.1 Turbo Codes lai:

5.2 Sự khác nhau giữa mã SCCC và mã PCCC

KẾT LUẬN

Qua bài tiểu luận này chúng ta biết rõ hơn về mã hóa kênh kết nối nối tiếp (SCCC), và song song (PCCC), các cấu trúc bộ mã

hóa bộ chèn, các thủ tục của bộ giải mã cũng như những ưu nhược điểm của nó so với các loại mã khác Cuối cùng, một cái nhìn sâu sắc vào các kỹ thuật được sử dụng để tiến hành thiết kế và phân tích như thiết kế Mã lai đã được cung cấp Các mã được đề xuất là cực kỳ linh hoạt Thiết kế hệ thống có thể được hưởng lợi từ nghiên cứu này từ bây giờ họ sẽ có một loạt các

mã hóa tùy chọn để lựa chọn Vậy nên nó được ứng dụng vào các hệ thống thông tin yêu cầu chất lượng, tốc độ cao Và hiện đang được nghiên cứu rất nhiều