TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:“ Nghiên cứu hệ thống thông tin vệ tinh INMARSAT, sâu hệ thống mã hóa chống nhiễu ” Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Văn Phước Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thường NỘI DUNG CHÍNH I Hệ thống thông tin vệ tinh INMARSAT II Đi sâu hệ thống mã hóa chống nhiễu INMARSAT III Kết luận I HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH INMARSAT Giới thiệu chung  INMARSAT ( International Maritime Satellite Organization ): tổ chức thông tin vệ tinh hàng hải quốc tế thành lập năm 1979  Sau đổi thành International Mobile Satellite Organization (1994) - Tổ chức vệ tinh di động quốc tế  INMARSAT dùng để khai thác quản lý dịch vụ thông tin hàng hải giới, chủ yếu phục vụ cho thông tin di động hàng hải Một ứng dụng đặc biệt hệ thống GMDSS (Global Maritime Distress and Safety Systems) cung cấp thông tin cho mục đích tìm kiếm cứu nạn hàng hải toàn cầu Cấu trúc hệ thống thông tin Inmarsat a) Khâu không gian Gồm vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh bao phủ vùng đại dương : + Đông Đại Tây Dương ( AOR - E ) + Tây Đại Tây Dương ( AOR - W ) + Thái Bình Dương ( POR ) + Ấn Độ Dương ( IOR ) Hình Vị trí vệ tinh INMARSAT b) Khâu điều khiển: • Trạm điều khiển trung tâm NCC ( Network Control Centre ) • Các trung tâm điều khiển vệ tinh SCC ( Satellite Control Centre ) • Trạm TT&C (Tracking Telemetry and command): truy theo điều khiển từ xa vệ tinh • Các trạm phối hợp mạng NCS (Network Coordination Station) • Các trạm LES (Land Earth Station) : có nhiệm vụ kết nối đường thông tin vệ tinh với thuê bao cố định mặt đất LES LES LES LES NCS AOR-E LES n NCS POR LES n NCS IOR LES n NOC (LonDon) NCS AOR-W LES n LES LES LES LES Hình Sơ đồ cấu trúc hệ thống đài mặt đất INMARSAT c)Khâu người sử dụng: • Là thiết bị đầu cuối đài di động mặt đất MES (Mobile Earth Station), đài tàu SES (Ship Earth Stations) hệ thống thông tin Inmarsat • Các thiết bị cung cấp mối liên hệ người sử dụng với mạng thộng tin Inmarsat Các hệ thống thông tin Inmarsat • Hệ thống Inmarsat cung cấp đường liên lạc vệ tinh cho hàng hải, mặt đất hàng không Hiện nghành hàng hải sử dụng loại Inmarsat sau: Inmarsat - A Inmarsat - B Inmarsat - C Inmarsat - M/mM Inmarsat - E Inmarsat - F a) Hệ thống Inmarsat - A • • • • Được đưa vào sử dụng tàu biển từ năm 1982, sử dụng kỹ thuật tương tự Hệ thống Inmarsat - A cung các dịch vụ: Telex, Fax, Thoại, Truyền liệu Hệ thống có số nhược điểm: Anten có kích thước lớn, cồng kềnh đòi hỏi cấu ổn định truy theo phức tạp, tiêu tốn lượng lớn, đòi hỏi công suất băng thông lớn Hệ thống INMARSAT - A thức ngừng cung cấp dịch vụ từ 31/12/2006 b) Hệ thống Inmarsat - B • Hệ thống đời năm 1993, thay kế tiếp, cải tiến hoàn thiện cho hệ thống Inmarsat – A • INMARSAT-B sử dụng kỹ thuật thông tin số nên có kích thước trọng lượng nhỏ hơn, tiêu thụ nguồn hơn, chất lượng thông tin cao Inmarsat - A • Hệ thống cung cấp dịch vụ hoàn toàn giống với hệ thống Inmarsat – A gồm: thoại, Fax, telex, truyền liệu tốc độ cao Các phương thức truyền tin chống nhiễu Mã phát lỗi cho phép phát nhiều lỗi khối bit liệu thu Mã sửa lỗi cho phép thiết bị đầu cuối thu xác định vị trí sửa số lượng lỗi hạn chế khối bit liệu thu Trong thông tin vệ tinh sử dụng hai phương thức phát sửa lỗi ARQ (tự động phát lại có yêu cầu) FEC (sửa lỗi trước) Kỹ thuật mã hóa INMARSAT 3.1 Mã xoắn a) Cách tạo mã xoắn Trong phương thức FEC, hệ thống INM - C sử dụng mạch mã xoắn K = 7, R=1/2, n=1 cho việc phát sửa lỗi Trong đó: - K: Chiều dài ghi dịch - R: Tốc độ mã hoá - n : Số bit đầu vào thời điểm Hình Sơ đồ tạo mã xoắn K=7, R=1/2 Giả sử liệu đầu vào gồm bit là: 1011010 U1= S1 ⊕ S3 ⊕ S4 ⊕ S6 ⊕ S7 U2= S1⊕ S2 ⊕ S3 ⊕ S4 ⊕ S7 Ta có bảng mã hóa sau: Nội dung ghi dịch U1 U2 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 Dãy bit đầu mạch mã hoá : 11 01 00 01 10 01 01 Vì độ phức tạp mạch mã hoá giải mã tỷ lệ theo hàm mũ với giá trị K nên tạm thời xét mạch mã xoắn có giá trị K nhỏ để tìm quy luật mã hoá giải mã sau đánh giá nhận xét với K=7 - Xét mạch mã xoắn K=3, R=1/2, n=1 2k Hình Sơ đồ tạo mã xoắn K=3, R=1/2 Bảng chuyển dịch trạng thái: Trạng thái ban đầu ghi dịch Bit thông tin đầu vào Nội dung ghi dịch sau có bit vào Cặp bit đầu Trạng thái cuối ghi dịch a: (0,0) 000 100 00 11 a: (0,0) b: (1,0) b: (1,0) 010 110 10 01 c: (0,1) d: (1,1) c: (0,1) 001 101 11 00 a: (0,0) b: (1,0) d: (1,1) 011 111 01 10 c: (0,1) d: (1,1) • Các giá trị a, b, c, d biểu thị trạng thái ghi dịch • Đường nét đứt biểu thị chuyển dịch trạng thái bit đầu vào • Đường nét liền biểu thị chuyển dịch trạng thái bit đầu vào • Các giá trị ghi đường chuyển biến trạng thái giá trị đầu tương ứng Hình Đồ hình trạng thái Hình Sơ đồ mắt cáo mã xoắn K=3, R=1/2 Sơ đồ cấu trúc theo hai chiều thẳng đứng nằm ngang: - Chiều thẳng đứng cho biết chuyển biến trạng thái - Chiều nằm ngang cho biết chuyển dịch theo thời gian - Mỗi nốt hàng gán nhãn A, B, - Các nốt hàng chuyển biến tới trạng thái giống Từ nốt chuyển biến tới trạng thái - Nhánh phía tương ứng với bit vào - Nhánh tương ứng với bit vào Từ ta có sơ đồ mã xoắn K=7, R=1/2 hình bên - Trong sơ đồ này, mức thứ có chuyển biến trạng thái tới nốt Ở mức thứ hai có chuyển biến trạng thái tới nốt Mức thứ ba có chuyển biến trạng thái tới nốt, mức thứ tư 16, mức thứ 32, mức thứ 64 - Kể từ mức thứ 7, nốt chuyển biến tới từ nốt trước Hình Sơ đồ mắt cáo mã xoắn K=7, R=1/2 3.2 Mã CRC - Giả sử ta có dãy bit thông tin m bit biểu diễn đa thức M(x) , đa thức sinh G(x) Việc mã hoá thực kiểm tra tổng (CS: check sum) cho tất bit tin gồm bước sau: Bước 1: Gọi r bậc G(x) ta thêm r bit vào phần cuối dãy m bit để tạo dãy (m + r) bit tương ứng với đa r thức sinh x M ( x ) Bước 2: Thực phép chia modullo-2 đa thức x M ( x ) cho G(x) Phép chia modullo-2 giống với phép chia thông thường phép trừ phép chia modullo-2 nghĩa giống với phép cộng modullo-2 Bước 3: Lấy dãy (m + r) bit trừ modullo-2 cho phần dư phép chia bước ta có dẫy bit kiểm tra tổng dẫy bit tương ứng với đa thức T(x) r VD: Cho dãy bit tin 1101011011 với đa thức sinh G ( x ) = x + x + • Bước : Đa thức sinh : 10011 Vì bậc G(x) r = nên có bit thêmvào dãy bit tin tạo thành 11010110110000 • Bước 2: Thực phép chia • Bước 3: Thực phép trừ cho phần dư ta dãy bit mã hoá: 11010110111110 • Hiện có đa thức sinh trở thành tiêu chuẩn quốc tế: CRC − 12 = x12 + x11 + x + x + x1 + CRC − 16 = x16 + x15 + x + CRC − CCITT = x16 + x12 + x + 3.3 Thuật toán kiểm tra tổng Giả sử có byte thông tin kiểm tra tổng, trình mã hoá trình bày bảng : CB1 = C0 − C1 = B2 + B4 CB2 = C1 − 2C0 = B1 + B3 + B5 CB1 CB2 ghép vào byte cuối gói tin, CB2 truyền sau Hình Thuật toán mã hóa b) Thuật toán kiểm tra Quá trình kiểm tra mô tả bảng trình mã hóa, nhiên gói tin có thêm byte nên: Byte thứ ta có: Byte thứ ta có : Như byte thu lỗi kết kiểm tra tổng C0, C1 = byte thu có lỗi C0 ,C1 ≠ Hình Thuật toán kiểm tra KẾT LUẬN • Để nâng cao hiệu truyền tin hệ thống INMARSAT sử dụng phương pháp mã hoá sửa lỗi FEC ARQ • Phương thức FEC chủ yếu sử dụng mã xoắn K = 7, R = 1/2 loại mã có nhiều ưu điểm sử dụng rộng rãi thực tế • Phương thức ARQ mã chủ yếu sử dụng mã kiểm tra độ dư chu trình CRC có ưu điểm đơn giản, dễ thực chi phí hệ thống thấp CẢM ƠN QUÝ THẦY CÔ ĐÃ LẮNG NGHE! [...]... chức năng của nó được hệ thống COSPASSARSAT đảm nhiệm f) Hệ thống Inmarsat - F • Hệ thống Inmarsat - F là hệ thống thông tin Inmarsat mới nhất hiện nay, nó ra đời trước nhu cầu ngày càng cao của sự phát triển của nghành hàng hải, hàng không cũng như các lĩnh vực thông tin khác • Inmarsat - F sử dụng trong thông tin Hàng hải bao gồm F77, F55, F33 là một tập hợp các dịch vụ truyền thông hàng hải từ Inmarsat... II Đi sâu hệ thống mã hóa chống nhiễu trong INMARSAT 1 Giới thiệu chung • Việc truyền tin bao giờ cũng có nhiễu, vấn đề đặt ra là phải làm thế nào để tăng độ chính xác của việc truyền tin, nghĩa là lỗi xảy ra ít nhất Để giải quyết vấn đề này ta cũng thực hiện mã hoá • Mục đích của sự mã hoá tin tức là làm cho hệ thống truyền tin có tính hiệu quả và có độ nhập tin cao nghĩa là tăng tốc độ truyền tin. .. thành thiết bị hạ, giá cước thông tin thấp • Nhược đi m: không có chức năng kêu cứu và thông tin an toàn hàng hải e) Hệ thống Inmarsat - E • Hệ thống Inmarsat - E còn được gọi là EPIRB băng L, là một thiết bị bắt buộc trang bị trên tàu chạy trên các vùng biển dùng để báo động cấp cứu khi tàu bị nạn • Bức đi n mà Inmarsat - E phát đi chỉ gồm: tín hiệu báo động cấp cứu, số nhận dạng của tàu bị nạn,... khả năng chống nhiễu của hệ thống • Việc mã hoá dữ liệu cung cấp một phương tiện phát hiện lỗi hiệu quả ở thiết bị đầu cuối thu 2 Các phương thức truyền tin chống nhiễu Mã phát hiện lỗi cho phép phát hiện một hoặc nhiều lỗi trong khối bit dữ liệu thu Mã sửa lỗi cho phép thiết bị đầu cuối thu xác định vị trí và sửa một số lượng lỗi hạn chế trong khối bit dữ liệu thu Trong thông tin vệ tinh sử dụng...c) Hệ thống Inmarsat - C • Được đưa vào khai thác vào tháng 1/1991, đây là hệ thống Inmarsat đáp ứng đầy đủ yêu cầu của công ước quốc tế GMDSS • Hệ thống sử dụng công nghệ kỹ thuật số, cung cấp các dịch vụ telex, SMS, email, fax và data • Hệ thống này có ưu đi m là giá thành thấp, sử dụng anten vô hướng, kích thước và khối lượng... Hệ thống Inmarsat M/mM • Inmarsat - M được đưa vào hoạt động vào những năm 1993, 1994 • Inmarsat - M chỉ có thể cung cấp các dịch vụ như: thoại, Fax, không có telex nên chỉ được ứng dụng cho các tàu có kích thước nhỏ • Inmarsat - mM bắt đầu được đi vào khai thác từ 1/1997 • Hệ thống cung cấp các dịch vụ: thoại, Fax, mail, truyền dữ liệu • Ưu đi m: thiết bị nhỏ gọn, giá thành thiết bị hạ, giá cước thông. .. LUẬN • Để nâng cao hiệu quả truyền tin hệ thống INMARSAT sử dụng các phương pháp mã hoá và sửa lỗi là FEC và ARQ • Phương thức FEC chủ yếu sử dụng mã xoắn K = 7, R = 1/2 là loại mã có nhiều ưu đi m và được sử dụng rộng rãi trong thực tế • Phương thức ARQ mã chủ yếu được sử dụng là mã kiểm tra độ dư chu trình CRC có ưu đi m đơn giản, dễ thực hiện do đó chi phí hệ thống thấp CẢM ƠN QUÝ THẦY CÔ ĐÃ LẮNG... mỗi nốt được chuyển biến tới từ 2 nốt trước đó Hình 6 Sơ đồ mắt cáo mã xoắn K=7, R=1/2 3.2 Mã CRC - Giả sử ta có dãy bit thông tin m bit có thể được biểu diễn bằng một đa thức M(x) , một đa thức sinh G(x) Việc mã hoá là thực hiện kiểm tra tổng (CS: check sum) cho tất cả các bit tin gồm các bước sau: Bước 1: Gọi r là bậc của G(x) ta thêm r bit 0 vào phần cuối của dãy m bit để tạo ra một dãy (m + r)... được thêmvào dãy bit tin tạo thành 11010110110000 • Bước 2: Thực hiện phép chia • Bước 3: Thực hiện phép trừ cho phần dư ta được dãy bit mã hoá: 11010110111110 • Hiện nay có 3 đa thức sinh đã trở thành tiêu chuẩn quốc tế: CRC − 12 = x12 + x11 + x 3 + x 2 + x1 + 1 CRC − 16 = x16 + x15 + x 2 + 1 CRC − CCITT = x16 + x12 + x 5 + 1 3.3 Thuật toán kiểm tra tổng Giả sử có 5 byte thông tin được kiểm tra tổng,... cầu) và FEC (sửa lỗi trước) 3 Kỹ thuật mã hóa trong INMARSAT 3.1 Mã xoắn a) Cách tạo mã xoắn Trong phương thức FEC, hệ thống INM - C sử dụng mạch mã xoắn K = 7, R=1/2, n=1 cho việc phát hiện và sửa lỗi Trong đó: - K: Chiều dài bộ ghi dịch - R: Tốc độ mã hoá - n : Số bit đầu vào ở mỗi thời đi m Hình 3 Sơ đồ tạo mã xoắn K=7, R=1/2 Giả sử dữ liệu đầu vào gồm 7 bit là: 1011010 U1= S1 ⊕ S3 ⊕ S4 ⊕ S6 ⊕ S7 U2=