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
• 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 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
• 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
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
 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
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 ????
 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
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 ????
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
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 
• 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.
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
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
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
tt
• 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
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
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
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 
 Keying)
b/FSK (Frequency Shift Keying)
c/PSK (Phase Shift 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
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 :
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 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
tt
Điều pha QPSK
QAM
FDM
FDM
FDM
FDM
FDM