Báo cáo môn học
kỹ thuật phát thanh truyền hình

Đề tài : mã hóa kênh kết nối song song và
nối tiếp

Nhóm VI - Lớp D11VT4

Giảng viên hướng dẫn :
TS. NGUYỄN THU HIÊN


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

I. Tóm tắt lịch sử

II. Cấu trúc các bộ mã hóa

Mục Lục

III. Thành phần chức năng bộ mã hóa

IV. Giải mã

V. So sánh
Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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)

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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)

Nhóm 6- Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

2.1. Mã hóa kênh kết nối song song-PCCC

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

Nhóm 3 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC


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 .

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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)

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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

gl

.....

Sj-1

Sj

g1

g0

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
m = ∑ Sj – i gi ;

(mod 2)

i=0

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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
c1
+

+

x

D


D

+

c2

Hình 1.7: Bộ mã hoá RSC có r=1/2 ; K=3
Bộ mã hoá RSC được biểu diễn là G = [ 1, g2/g1 ] trong đó ngõ ra đầu tiên ( biểu diễn bởi g1) được hồi tiếp về ngõ vào, g1 là ngõ ra hệ
thống, g2 là ngõ ra feedforward

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

3.3. Bộ chèn (Interleaver)
x

Mã hệ thống
c1
Bộ mã hoá RSC 1
c2
Mã trọng số thấp

Mã trọng số cao
Bộ chèn


Bộ mã hoá RSC 2

c3

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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

3.3. Bộ chèn (Interleaver)
Gồm các bộ chèn sau :



Bộ chèn ma trận



Bộ chèn khung



Bộ chèn giả ngẫu nhiên




Bộ chèn tối ưu



Bộ chèn dịch vòng



Bộ chèn đồng dạng



Bộ chèn chẵn-lẻ (Odd-Even)



Bộ chèn S



Bộ chèn Smile

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

4.1 Giải thuật MAP

Hình 2.1 Bộ giải mã lặp MAP

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

4.1 Giải thuật MAP
Giải thuật giải mã được thực hiện qua 4 bước:

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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

4.2 Thủ tục giải mã SISO cho PCCCs
Các bước giải mã:

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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

4.2 Thủ tục giải mã SISO cho PCCCs
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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC


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

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC
Các bước giải mã:

1.
2.
3.

Tín hiệu nhận sử dụng Equations (3.91) để đầu vào LLRs cho từ mã bit của mã trong.
. Đối với giải mã trong, khởi tạo , .
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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

4.3 Thủ tục giải mã SISO cho SCCC


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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

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..

Nhóm 6 - Lớp D11VT4


PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

5.1 Turbo Codes lai:

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.

Nhóm 6 - Lớp D11VT4