Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Chương 3: Tổng quan về điều khiển lỗi - Nguyễn Thị Quỳnh Hoa

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Chương 3: Tổng quan về điều khiển lỗi - Nguyễn Thị Quỳnh Hoa

1. Chương 3 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LỖI
2. Tổng quan về điều khiển lỗi • 1/Các phương pháp điều khiển lỗi • 2/Phân loại mã điều khiển lỗi
3. 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)
4. 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
5. Tổng quan về điều khiển lỗi • 1/Các phương pháp điều khiển lỗi • 2/Phân loại mã điều khiển lỗi
6. Khả năng phát hiện và sửa lỗi của mã khối • Mối quan hệ giữa khoảng cách Haming và khả 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
7. 2/Các loại mã điều khiển lỗi • 2.1.Mã khối • 2.2.Mã chập
8. 2/Các loại mã điều khiển lỗi • 2.1.Mã khối • 2.2.Mã chập
9. 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.
10. Khả năng phát hiện và sửa lỗi của mã khối • Tập M gồm 8 phần tử sau Ký A B C D E F G H tự Từ 000 001 010 011 100 101 110 111 mã • Tập M1 gồm các phần tử có khoảng cách Haming đều bằng 2 Ký B C E H tự Từ 001 010 100 111 mã
11. Trường hợp sai 1 lỗi • B(001) A(000), D(011), F(101) • C(010) A(000), D(011), G(110) • E(100) A(000), F(101), G(110) • H(111) D(011), F(101), G(110) • NX : Phát hiện được từ mã sai nhưng không sửa được. • Trường hợp sai 2 lỗi ????
12. Khả năng phát hiện và sửa lỗi của mã khối • Tập M gồm 8 phần tử sau Ký A B C D E F G H tự Từ 000 001 010 011 100 101 110 111 mã • Tập M2 gồm các phần tử có khoảng cách Haming đều bằng Ký B G tự Từ 001 110 mã
13. Trường hợp sai 1 lỗi • B(001) A(000), D(011), F(101) • G(110) C(010), E(100), H(111) • NX : Phát hiện được từ mã sai và sửa được. • Trường hợp sai 2 lỗi • B(001) C(010), E(100), H(111) • G(110) A(000), D(011), F(101) • NX ????
14. 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 2n Số từ mã dùng là 2k Số từ mã cấm là 2n-2k
15. 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 :
16. 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
17. 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
18. 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.
19. Mạch tính toán parity
20. 3.Mã ASCII
21. 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
22. 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.
23. Mạch tạo mã CRC • Mạch điện bao gồm các bộ ghi dịch và cộng Modul 2. • 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
24. 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
25. Ví dụ (tt)
26. Mã Haming sửa 1 lỗi đơn
27. Mã Haming sửa 1 lỗi đơn n=3, m=4
28. Mã Haming sửa 1 lỗi đơn n=3, m=4
29. 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
30. 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
31. Mô hình truyền khung
32. 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.
33. 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
34. tt • ARQ có 3 loại : - Dừng và chờ ARQ. - Trở lại N,ARQ. - Truyền lại có lựa chọn ARQ.
35. 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
36. tt • 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
37. 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
38. 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
39. 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 .
40. 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
41. 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.
42. Một số loại điều chế a/Điều chế ASK (Amplititude Shift Keying) b/FSK (Frequency Shift Keying) c/PSK (Phase Shift Keying)
43. Một số loại điều chế a/Điều chế ASK (Amplititude Shift Keying) b/FSK (Frequency Shift Keying) c/PSK (Phase Shift Keying)
44. Điều chế ASK • Điều chế ASK là làm biến đổi biên độ của tín hiệu song mang theo giá trị dòng số đưa vào
45. tt • 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 :
46. 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)
47. 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
48. Điều pha QPSK