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

khi tỷ lệ này lớn quá mức cho phép.

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

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)

• Phương pháp

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 tự hay các bit thu bị lỗi

• Mã hóa điều khiển lỗi được dùng khi kỹ

thuật 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

khả năng phát hiện và sửa lỗi :

• Mối quan hệ giữa khoảng cách Haming và

d≥r+s+1

• d : khoảng cách Haming : số lỗi phát hiện được • r : số lỗi sửa được • s

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

• Tập M gồm 8 phần tử sau

A

B

C

D

E

F

G

H

Ký tự

000 001 010 011 100 101 110 111

Từ mã • Tập M1 gồm các phần tử có khoảng cách

B

C

E H

001 010 100 111

Haming đều bằng 2 Ký tự Từ mã

Trường hợp sai 1 lỗi

• B(001) • C(010) • E(100) • H(111) F(101) A(000), D(011), A(000), D(011), G(110) F(101), G(110) A(000), G(110) F(101), D(011),

sửa được.

• NX : Phát hiện được từ mã sai nhưng không

• Trường hợp sai 2 lỗi ????

Khả năng phát hiện và sửa lỗi của mã khối

• Tập M gồm 8 phần tử sau

A

B

C

D

E

F

G

H

Ký tự

000 001 010 011 100 101 110 111

Từ mã • Tập M2 gồm các phần tử có khoảng cách

Haming đều bằng

B G

001 110

Ký tự Từ mã

Trường hợp sai 1 lỗi

• B(001) • G(110) F(101) A(000), D(011), C(010), E(100), H(111)

• NX : Phát hiện được từ mã sai và sửa được. • Trường hợp sai 2 lỗi • B(001) • G(110) • NX ????

E(100), C(010), A(000), D(011), H(111) F(101)

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

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

1100110➔ e=0010100

➔ Số từ mã là 2n

Số từ mã dùng là 2k Số từ mã cấm là 2n-2k

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 2k từ mã dùng thì sẽ có E*2k trường

hợp lỗi

• Vậy, n và k phải thỏa mãn :

E*2k ≤ 2n – 2k

Hay :

Một số loại mã khối

Redundancy Check)

• a/Mã kiểm tra chẵn lẻ (parity) • b/Mã kiểm tra độ dư vòng CRC (Cyclic

• c/Mã Hamming sửa 1 lỗi đơn

Một số loại mã khối

Redundancy Check)

• a/Mã kiểm tra chẵn lẻ (parity) • b/Mã kiểm tra độ dư vòng CRC (Cyclic

• 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 bit

– k

thêm vào

bit

để

kiểm tra

tin ➔Tín hiệu phát đi gồm (

n ) bit

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

trước • Phía thu

) bit.

– Nhận được ( – 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.

Mạch tạo mã CRC

Modul 2.

• Mạch điện bao gồm các bộ ghi dịch và cộng

• Thuật toán Modul 2 được thực hiện bởi các

cổng EX_OR.

• 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 111001100110, 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 thực hiện một số xử lý trước khi gửi lên lớp cao hơn

• Điều khiển dòng đảm bảo cho bên gửi

không gửi dữ liệu quá nhanh – Ngăn ngừa việc tràn bộ đệm

Mô hình truyền khung

tt • Kiểm tra sai dùng để kiểm tra,tìm và sửa sai trong frames được truyền. Ta thấy 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.

tt • Các kỹ thuật hiện nay cho việc kiểm tra

sai dựa trên cơ sở sau : - Phát hiện sai - Sự thừa nhận tích cực - Truyền lại sau thời gian nghỉ - Sự thừa nhận không tích cực và truyền lại

• ARQ có 3 loại :

- Dừng và chờ ARQ. - Trở lại N,ARQ. - Truyền lại có lựa chọn ARQ.

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

– Dựa trên cơ chế sliding window

• Cơ chế hoạt động

.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

– 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

• Cơ chế hoạt động

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

Mục đích của điều chế

• Làm cho tín hiệu mang tin tương xứng với

các đặc điểm của kênh truyền.

• Kết hợp các tín hiệu lại với nhau (sử dụng ghép kênh phân tần số) rồi truyền đi qua một môi trường vật lý chung.

• 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

b/FSK (Frequency Shift Keying) c/PSK (Phase Shift Keying)

Keying)

Điều chế ASK

• Điều chế ASK là làm biến đổi biên độ của tín hiệu song mang theo giá trị dòng số đưa vào

• Biên độ của sóng mang tần số fc được chuyển đổi giữa hai giá trị tùy thuộc vào tín hiệu băng gốc,biên độ của sóng mang gồm 2 mức A0 và A1 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 :

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 sóng mang bằng cách thay đổi pha của sóng mang tùy thuộc vào tín hiệu băng gốc, tần số cao ứng với mức 1,tần số thấp ứng với mức 0

Điều pha QPSK

QAM

FDM