Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu – Chương 3: Tổng quan về điều khiển lỗi

Mời các bạn cùng tham khảo Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu – Chương 3: Tổng quan về điều khiển lỗi để nắm chi tiết các kiến thức về các phương pháp điều khiển lỗi; phân loại mã điều khiển lỗi.

Chương 3

TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LỖI

Tổng quan về điều khiển lỗi

• 1/Các phương pháp điều khiển lỗi

• 2/Phân loại mã điều khiển lỗi

Tổng quan về điều khiển lỗi

• MĐ : làm giảm tỷ lệ lỗi trong một hệ thống

khi tỷ lệ này lớn quá mức cho phép.

• Phương pháp

1 Tăng công suất phát

2 Phân tập

3 Truyền song công

4 Yêu cầu lặp lại tự động ARQ (Automatic

Repeat reQuest)

5 Mã hóa sửa lỗi không phản hồi FECC

(Forward Error Correctiong Coding)

Mã hóa kênh

• Mã hóa điều khiển lỗi còn được gọi là

mã hóa kênh (channel encoding) được

sử dụng để phát hiện và sửa các ký tựhay các bit thu bị lỗi

• Mã hóa điều khiển lỗi được dùng khi kỹthuật ARQ không thích hợp

Tổng quan về điều khiển lỗi

• 1/Các phương pháp điều khiển lỗi

• 2/Phân loại mã điều khiển lỗi

Khả năng phát hiện và sửa lỗi của mã khối

• Mối quan hệ giữa khoảng cách Haming vàkhả năng phát hiện và sửa lỗi :

d≥r+s+1

• d : khoảng cách Haming

• r : số lỗi phát hiện được

• s : số lỗi sửa được

2/Các loại mã điều khiển lỗi

• 2.1.Mã khối

• 2.2.Mã chập

2/Các loại mã điều khiển lỗi

• 2.1.Mã khối

• 2.2.Mã chập

2.1.Mã khối

• Mã khối được đặc trưng bởi hai số

nguyên n và k,và một ma trận sinh hay

đa thức sinh.

Khả năng phát hiện và sửa lỗi của mã khối

Trường hợp sai 1 lỗi

Khả năng phát hiện và sửa lỗi của mã khối

Trường hợp sai 1 lỗi

• NX : Phát hiện được từ mã sai và sửa được.

• Trường hợp sai 2 lỗi

• NX ????

Mối quan hệ giữa độ dài tổng cộng của từ mã và số bit tin

• Vecto lỗi : Là vecto biểu diễn vị trí các bit

lỗi xuất hiện trong từ mã thu

• Ví dụ

• Từ mã phát là 1110010 và từ mã thu được là

1100110➔ e=0010100

• Từ mã có chiều dài là n , có k bit tin

➔ Số từ mã là 2 n

Số từ mã dùng là 2 k

Số từ mã cấm là 2 n -2 k

Mối quan hệ giữa độ dài tổng cộng của từ mã và số bit tin

• Gọi E là số lượng vecto lỗi

E=E1 + E2 +… En ; Ei :sai i lỗi

• Mỗi từ mã truyền đi có E trường hợp lỗi

• ➔Với 2 k từ mã dùng thì sẽ có E*2 k trường hợp lỗi

• Vậy, n và k phải thỏa mãn :

E*2 k ≤ 2 n – 2 k

Hay :

Một số loại mã khối

• a/Mã kiểm tra chẵn lẻ (parity)

• b/Mã kiểm tra độ dư vòng CRC (Cyclic Redundancy Check)

• c/Mã Hamming sửa 1 lỗi đơn

Một số loại mã khối

• a/Mã kiểm tra chẵn lẻ (parity)

• b/Mã kiểm tra độ dư vòng CRC (Cyclic Redundancy Check)

• c/Mã Hamming sửa 1 lỗi đơn

Mã kiểm tra chẵn lẻ (parity)

• Khi có n bit thông tin cần truyền thì người ta

sẽ gắn thêm vào đó 1 bit kiểm tra chẵn lẻ (parity bit) sao cho tổng số bit 1 là chẵn hay

là lẻ (tuỳ thuộc vào nhà thiết kế) Bên nhận

sẽ dựa vào đặc điểm đó của luồng thông tin

để kiểm tra lỗi tổng.

Mạch tính toán parity

3.Mã ASCII

Mã kiểm tra độ dư vòng CRC (Cyclic Redundancy Check)

• Phương pháp :

• Phía phát

– k bit tin thêm vào n bit để kiểm tra

➔Tín hiệu phát đi gồm ( ) bit

– n bit thêm vào được xác định nhờ một đa thức sinh cho

trước

• Phía thu

– Nhận được ( ) bit.

– Dựa vào đa thức sinh xác định bản tin có lỗi hay ko

Mã kiểm tra độ dư vòng CRC (Cyclic Redundancy Check)

• Nguyên tắc tạo mã :

• N bit thêm vào được gọi là CRC

• Số n phụ thuộc vào bậc của đa thức sinh (luôn

bằng số bậc của đa thức sinh)

• Dịch sang trái n bit sau đó thực hiện chia modul 2

cho đa thức sinh đã chọn.Kết quả dư chính là

CRC

• Bên thu nhận được thông báo cũng chia cho đa thức sinh như bên phát.Kết quả dư của phép chia sẽ biết được quá trình truyền tin có lỗi hay ko.

• Dời bit được thực hiện bởi thanh ghi dịch

• Ví dụ : Tạo mã với đa thức sinh

G(x) = 11001

Dòng bit đầu vào là 10011011

Ví dụ

Ví dụ (tt)

• Sau khi thực hiện tính toán như trên ta

thu được từ mã CRC là 11100110 0110,

trong đó 8 bit đầu là 8 bit tin và 4 bit sau

là 4 bit kiểm tra

• Giả sử bên thu ta thu được từ mã :111001101111

Ví dụ (tt)

Mã Haming sửa 1 lỗi đơn

Mã Haming sửa 1 lỗi đơn n=3, m=4

Vấn đề khi trao đổi dữ liệu:

• Đồng bộ khung

• Điều khiển tốc độ khi trao đổi dữ liệu

• Xử lý lỗi gặp phải trên đường truyền

• Định vị địa chỉ(trong cấu hình multipoint)

• Phân biệt dữ liệu và thông tin điều khiển

• Quản lý liên kết

Điều khiển dòng dữ liệu

• Bên nhận thường có bộ đệm để nhận

dữ liệu

• Khi dữ liệu đến bên nhận thường thựchiện một số xử lý trước khi gửi lên lớpcao hơn

• Điều khiển dòng đảm bảo cho bên gửikhông gửi dữ liệu quá nhanh

– Ngăn ngừa việc tràn bộ đệm

Mô hình truyền khung

• Kiểm tra sai dùng để kiểm tra,tìm vàsửa sai trong frames được truyền Tathấy có 2 loại sai :

- Mất frame : 1 frame bị mất trước khi

đến bên kia hoặc nhiễu làm cho frame hư,làm cho bộ nhận cho rằng frame

chưa truyền

- Frame bị hư : Frame được xác định

đến mà một số bít bị sai trong khi

truyền

Dừng và chờ ARQ

• Cơ chế hoạt động :

– A gửi một I-frame

(Information-frame) đến B

– A đợi gửi phản hồi từ B trước khi gửi tiếp frame

• ACK-frame: A gửi dữ liệu mới

• NAK-frame: A gửi lại dữ liệu

• Không nhận được trả lời: A gửi lại sau thời gian time out

• Các loại lỗi :

– (E1) I-Frame không đến được bên nhận

– (E2) I-Frame đến được bên nhận nhưng nội dung I-Frame bị sai

– (E3) ACK-Frame không đến được bên gửi hay ACK-Frame đến được bên gửi nhưng nội dung ACK-Frame bị sai

Trở lại N,ARQ

• Cơ chế hoạt động

– Dựa trên cơ chế sliding window

.A gửi liên tục các I-Frame đến B(trong khi

cơ chế điều khiển dòng còn cho phép)

.B chỉ nhận I-Frame theo đúng chỉ số tuần

tự

.Truyền lại tất cả các Frame kể từ Frame

sai đầu tiên trở đi

Truyền lại có lựa chọn ARQ

• Cơ chế hoạt động

– Tương tự như go-back-N

– Chỉ truyền lại các frame bị NAK hoặc time out

– Bên nhận có thể nhận các I-Frame không theo đúng chỉ số tuần tự

– Bên nhận phải có buffer để lưu lại các

Frame đến không theo đúng chỉ số tuần tự

Truyền số liệu giữa các máy tính thông qua mạng thoại

Trong thông tin không phải là thông tin số chỉ được truyền trong mạng số hay thông tin tương tự chỉ truyền được trong mạng tương tự mà chúng có những quan hệ và khi cần thiết vẫn có thể sử dụng tương hỗ với nhau

Điều chế

• Điều chế (modulation) nói chung là làm biến đổi các đặc tính của một tín hiệu theo một tín hiệu khác

• Trong hệ thống thông tin:

– tín hiệu bị biến đổi gọi là sóng mang (carrier)

– tín hiệu gây ra sự biến đổi đó gọi là tín hiệu mang tin (information).

Có thể định nghĩa điều chế là sự biến đổi các thông

số của sóng mang theo tín hiệu mang tin

• Bức xạ tín hiệu dùng antenna có kích thước phù hợp thực tế.

• Định vị phổ vô tuyến nhằm giữ cho giao thoa giữa các hệ thống ở dưới mức cho phép.

Một số loại điều chế

a/Điều chế ASK (Amplititude Shift Keying)

b/FSK (Frequency Shift Keying)

c/PSK (Phase Shift Keying)

Một số loại điều chế

a/Điều chế ASK (Amplititude Shift

Keying)

b/FSK (Frequency Shift Keying)

c/PSK (Phase Shift Keying)

Điều chế ASK

• Điều chế ASK là làm biến đổi biên độcủa tín hiệu song mang theo giá trị dòng

số đưa vào

chuyển đổi giữa hai giá trị tùy thuộc vào tín hiệu băng gốc,biên độ của sóng mang gồm 2 mức A 0 và A 1 biểu diễn cho hai ký tự 0 và 1 tương ứng

• Phù hợp trong truyền số liệu tốc độ thấp (~1200bps trên kênh truyền thoại)

• Tín hiệu ASK được biểu diễn như sau :

tt

Điều chế FSK

• Sử dụng một tần số sóng mang

• Thay đổi pha để biểu diễn các giá trị

• Cho phép mã hóa nhiều bit trên mỗi thay đổi tín hiệu sóng mang (Phase Amplitude Modulation)

tt

Điều chế PSK

• Tín hiệu băng gốc được đưa vào sóngmang bằng cách thay đổi pha của sóngmang tùy thuộc vào tín hiệu băng gốc,tần số cao ứng với mức 1,tần số thấpứng với mức 0

tt

Điều pha QPSK

QAM

FDM

FDM

FDM

FDM

FDM