Transcript مشاهده فایل
بخش هفتم کدینگ Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh Slide 1 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh 2 کدینگ Coding مواردی که بطور خالصه از کدینگ(چه در بخش کدینگ منبع و چه در سایر موارد کدینگ) مد نظر است را میتوان بقرار زیر بیان نمود: oکاهش حجم اطالعات پیام oداشتن تضمینی برصحت عملیات آشکارسازی oایمن سازی و کنترل دسترس ی Cryptography البته بدیهی است در اجراء هر هدفی ،مواردی هم وجود دارد که شاید در نگاه اول مهندس ی هم بنظر نرسند لیکن توجه به آنها ضروری است که مهمترین آنها بقرار زیر است: oتوجه به استفاده بهینه از زمان ،هزینه oتضمین صحت انتقال با حفظ سرعت انتقال قابل قبول نرخ بیت انجام گیرد. Slide 3 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh کدینگ کانال )1( Channel Coding همانطوریکه ههه میه ههدانیم اگه ههر کانه ههاوی خه ههاوی از هه ههر گونه ههه عه ههوار داش ههته باش ههیم و همین ههین گیرن ههده اش ه ب هها ت ههوان ه ی ک هامال درسه ههت بیدهه ههای دریه ههارسی ،عمه ههال آنیه ههه ارسه ههال می ه ههود ،توس ه ه گیرن ههده بازشناسه ه ی خواه ههد گردی ههد ،وو ههی هم ههانطور ک ههه می ههدانیم وجود عوار ریزیک متعدد و متنوع در کانالهای انت ار متنوع نظیر ”نویز“” ،ریدینگ““،تداخل“ “،،دریارت چنهد میهیره“ و ... مه هها را به ههر آن داشه ههته ته هها حتمه هها لفه هها هه ههای حفه هها سی مناسه ه و متناس با هر عارضه و کاناوی خلق و ارایه نماییم. Source 0011011100 g()xx Modulator )(g xx )(g xx Channel Demodulator 0011111100 Sink Slide 4 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh )2( Channel Coding کدینگ کانال با ارزایش ارزونگ، برای تمام روشهای کدینگ با ارزودن یکیری بیت های،بعنوان یک اصل . نرخ بیدهای خطا کاهش م یابدRedundancy منبع Transmitter 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 Channel encoder مقصد Receiver Channel Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh Channel decoder Slide 5 کدینگ کانال )3( Channel Coding بطور کلی دو شیوه بمنظور کدینگ کانال امروزه ،بقرار زیر اجراء م گردد: • :ARQکدینگ با نگاه به عق یا Automatic Repeat Request • :FECکدینگ مبتنی بر تصحیح میتقیم یا Forward Error Correctionکه خود به سه دسته کدینگ کانولوشنال و کدینگ بلوک و (Interleavingبهم بارتگ )تقییم م گردند. Slide 6 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh کدینگ کانال بروش میتقیم FEC این روش از تکنیک کدینگ مبتنی بر استفاده از کدهای کنترل کننده خطاء بهره میبرد ،چنین روشهای با بهره گیری از اصل ارزونگ اطالعات(وارد ساختن بیدها و اطالعات اضاره بر جریان اصلی داده ها) که اصطالحا redundancyگفته می ود به سییتمهای مخابرا این امکان را میدهد تا در مقصد بتوانند در وهله نخیت ”خطاء را آشکار“ نموده و سپس ”تصحیح خطاء“ را در گام بعدی اجراء نمایند. Slide 7 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh انواع روشهای کدینگ FEC ً سه نوع کدینگ میتقیم یا FECدر سییتمهای مخابرا اجراء میگردد ،که ذیال بطورمختصر معرفی میکنیم: روش :Block Code این متد بلوکهای nبیسی ایجاد م کند ،بدین ترتی که با گررتن هر kبیت از دنباله ارساوی اصالعات اصلی و ارزودن n-kبیت اضاره) (redundant bitبه آنها بلوکهای کدی جدیدی با شناسه ) (n,kایجاد میکنند. که اصطالحا نیبت k/nرا با Rنمایش و Code Rateمعرفی مینمایند. روش : Convolutional Codes کدهای تولیدی بروش کانولوشنال بر سه دسته بیت استوارند ،بطوریکه یک کدر کانولوشنال در هر لحظه k بیت اطالعات را به nبیت تبدیل م کند ،و این دنباله نهای تولیدی ضمن اینکه به kبیت اصلی وابیته است ،به mبیت قبلی آنها نیز طبق ضابطه اش وابیته بوده و بهمین خاطر به این mبیت ،حارظه انکدر گفته می وند. نرخ کد انکدر کانولوشنال در اینجا نیز با R=k/nعریف م گردد. روش :Interleaving Slide 8 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh روش Block Codeاز کدینگ )1( FEC در شکل زیر عملکرد ررستنده و گیرنده بهمراه کدر و دیکدر FECرا به تصویر ک یده ،یک انکدر FECبزبان ساده هر بلوک کد kبیسی را به یک بلوک nبیسی نگاشت م کند. Receiver Slide 9 Transmitter Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh :Block Code انواع روشهای • • • • repetition codes parity codes Hamming codes cyclic codes Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh 10 کدینگ Repetition Coding یک از ساده ترین روشهای کدینگ Repeat Codeمیباشد که بزبان ساده بقرار زیر قابل عریف است: ارسال: 1 111 0000 دریارت و تصمیم گیری گیرنده در خصوص کد دریارسی دچار خطا: 000, 001, 010, 100 000 111, 110, 101, 011 111 Slide 11 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh کدینگ )1(Hamming Coding یک از شیوه های کدینگ ،FECبه آلگوریتم Hammingمعرو است ،در این روش هر کد واژه dبا ضرب در یک ماتریس بنام ماتریس مولد (Generation Matrix) Gکد واژه جدید cاش تولید می ود. در مثال زیر کد واژه ] [0110پس از ورود به انکدر تبدیل به کدواژه7تای ] [0110110شده است. c=d.G Slide 12 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh کدینگ )2(Hamming Coding روش دیکدینگ Hammingنیز بر اساس همان آلگوریتم ضرب ماتریس ی انجام می ود ،منتهی اینجا ماتریس ی که باید ضرب شود متفاوت است؛ s = HT. c Slide 13 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh DVB-T چیدمان تجهیزات کدینگ در Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh 14 روش کدینگReed-Solomon در ررستنده های DVB-Tقبل از اینکه بیته های 188bytesبه مدوالتور ، QAMجهت انجام مالسی پلکس COFDMتزریق شوند ،ابتدا بمنظور اطمینان از اینکه داده ها بطور یک رشته کامال با احتمال بیت ½ آرایش یابند توس یک اسکرمبلر ،که یک ژنراتور دنباله باینری شبه تصادفی )(PBRS است ،رندومایز شده و سپس توس شیوه کدینگ بلوک بنام Reed-Solomonبا 16بایت Parityاضاره ،یک بیته 204bytesرا تحویل مدوالتور 15 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh روش کدینگ کانولوشنال برای ایجاد کد کانولوشنال mحارظه رجییتر بهمراه nجمع کنندۀ modulo-2نیاز است که نهایتا این مجموعه کد نهای را ایجاد میکند: در این مثال یک بیت ورودی پس از ورود به انکدر بواسطۀ سه حارظه رجییتر سه بیت خروچی را ایجاد میکند. Slide 16 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh روش کدینگ کانولوشنال در )1(DVB-T در ررستنده dvb-tپس از کدینگ بروش Reed-Solomonکه بنام روش کدینگ خارجی معرفی شد برای حفا ت بی تر انجام میگیرد بنام کدینگ داخلی بیان و بر اساس کدهای کانولوشنال اجرا میگردد،دراین ررآیند به ازای هر بیت ورودی دو بیت در خروجی اهر و بعبار code rateبرابر ½ است .با ررآیند دیگری بنام پانیینگ امکان این وجود دارد که کمتر از دو بیت بازای هر بیت ورودی تولید و بزبان دیگر امکان دستیاب به کدریت های باالتر 7/8,5/6,3/4,2/3تحقق یابد. 17 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh )2(DVB-T روش کدینگ کانولوشنال در Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh 18 روش دیکدینگ کانولوشنال در (DVB-Tآلگوریتم )Viterbi الگوریتم های زیادی برای کد گ ای از کدهای کانولوشنال وجود دارد که الگوریتم ویترب یک از متداولترین روشها است. این شیوه از الگوریتم کدگ ای به روش بی ترین ابه استفاده م کند ،که با دریارت خروجی کانال، نمودار ترلیس را برای یارتن مییری که در تولید رشته دریارسی از همه محتمل تر است جیتجو کند(صفحه،434سییتمهای مخابرا به کمک .)MATLAB 19 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh روش Interleaving برای شرای س ت کانال نظیر امکان ریدینگ تکنیک اینترلیوینگ در کنار دو روش مطروحۀ کدینگ بییار کارساز خواهد بود. در صورت وجود بیدینگ امکان تحقق خطا های (Burstتوده اش ) بییار است ،که با بهم ریزی عمدی و منطق بیدها میتوان خطاهای Burstرا در کل استریم توزیع نمود. البته تنها معزل اینکار تحمیل یک تاخیر دیگر به لینک خواهد بود .در شکل زیر مثاوی از اینترلیوینگ ارایه شده است: Slide 20 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh DVB-T درInterleaving اجرا Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh 21 FEC محاسبات روش کدینگ × نرخ بیت ورودی انکدرها = نرخ بیت ورودی کانال1/ (FEC rate) قرار دارد و لذا همیشه نرخ بیت خروجی7/8 تا1/2 بطور تیپیکال در گسترۀFEC نرخ بیت کدر .انکدر بیشتر خواهد بود با توجه به انجام دو کدینگ کانال نهایتا نرخ بیتی که در کانال مخابراتی جریان خواهد یافت :برابرست با SR = DR / (m ×CRv ×CRrs) SR = Symbol Rate DR = Data Rate CRv = Viterbi forward error correction (FEC) Code Rate. Eg. 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 CRrs = Reed Soloman forward error correction (FEC) Code Rate. Eg. 188/204 m = modulation factor (transmission rate bits per symbol). BPSK=1, QPSK=2, 8PSK=3 etc Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh Slide 22 نکات کلیدی اندازه گیری های مبتنی بر کدینگ لینک ماهواره بعنوان یک قانون کلی میتوان دو رویکرد را در خصوص انتخاب شیوه مدوالسیون و نوع کدینگ از حیث Code Rateرا مالحظه نمود: • چنانیه ”پهنای باند“ میاله اصلی باشد :توصیه می ود از کدینگ FECبا نرخ باالتر(1/2یا )2/3و نیزمدوالسیونهای با مرتبۀ پایین تر استفاده نمود. • چنانیه ”توان“ میاله اصلی باشد :توصیه می ود از کدینگ FECبا نرخ پایین تر(3/4یا )7/8و نیزمدوالسیونهای با مرتبۀ باالتر استفاده نمود. نکات اندازه گیری در خصوص (DVB-Sمدوالسیون :)QPSK ً نقاط -3.8dBاطرا کاریر طیف دیجیتال تقریبا همان نرخ سمبل میباشد. پهنای باند محدود به نقاط -12dBتقریبا 1.28برابر نرخ بیت است. پهنای باند اشغاوی یا راصله بین کاریرها تقریبا 1.35برابر نرخ بیت است. مثال: برای یک کانال تلویزیون با نرخ سمبل 27.5MSym/secپس از م اهده طیف بترتی نقاط مختلف طیف بقرار زیر بدست آمده است: Bandwidth = -1 dB 20.9 MHz, -2 dB 24.2 MHz, -3 dB 26.25 MHz, -3.8 dB 27.5 MHz -4 dB 27.7 MHz, -6 dB 30.3 MHz, -12 dB 35 MHz. Autor:Seyed Mohammad Reza Slide 23 Razavizadeh بیان ویژگیهای روش های کدینگ FEC مزایا: ً این روش زمانی که عمال خط برگشتی در اختیار نباشد کارساز است .دارا بودن ثبات توان بسبب طراحی دقیق کد واژه های طراحی شده و لذا بازای یک توان ثابت نسبت به سایر روش ها ضمانت رخداد یک نرخ بیت خطای پایین. معای : تحمیل بار اضافی به خط ،افزایش تاخیر ارسال بواسطه بیت های اضافه ،توانائی حمل نرخ بیت پایین Slide 24 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh مقاییه روش های کدینگ FEC Block Codes Slide 25 ساختار دیکدر ساده است. برای جاهائیکه SNRو نیز Code Rateباالست مناس استR>(2/3). Convolutional Codes نیاز به رضای حارظه)(storage space مناس برای شرایط که SNRونرخ کد پایین استR<(2/3) . نتایج محاسبات انتقال بیت خیلی شبیه رریت حداکثری است که توس رواب شانون ارایه شده است. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh کدینگ ARQ کدینگ با نگاه به عق یا ،Automatic Repeat Requestمبتنی بر وجهود یهک میهیر برگ ه ههت اسه ههت و ررم ه ه خه ههاص از دایورس ه ههیسی اس ه ههت .بعبه ههار به ههه یه ههک معنه هها ”ارسه ههال مجه ههدد (Duplex “Retransmitionداری ه ه ه ههم و له ه ه ه ه ا وج ه ه ه ههود ی ه ه ه ههک انتق ه ه ه ههال دوطرر ه ه ه ههه )Transmissionمورد نیاز است. بههدین ترتی ه میتههوان اینگونههه نتیجههه گررههت کههه عملیههات تصههحیح ) ،(Correctionبههر روی سههیگنال دریههارسی بههر اسههاس بریههی دانیههته هههای ارسههال مجههدد شههده توس ه ررسههتنده انجههام میگردد. Slide 26 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh 27