Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu hệ thống thông tin truyền thông dưới nước
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ -o0o - Báo Cáo Project Nghiên cứu hệ thông tin truyền thông nước GVHD: GS.TS Lê Tiến Thường SVTH: TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 04 NĂM 2018 LỜI NÓI ĐẦU Trên giới nay, truyền thông nước ngày nghiên cứu sâu để áp dụng cho nhiều mục đích khác thực tế, thăm dò tài nguyên biển, định vị dẫn đường biển, cho liên lạc quân biển … Trên giới vậy, Việt Nam với đường bờ biển trải dài vài nghìn ki lơ mét, dù mục đích có thăm dò tài ngun biển, định vị dẫn đường biển hay mục đích quân đáng quan tâm Khi nghiên cứu, xem xét mơ hình kênh truyền thơng tin nước, có nhiều đặc tính, thơng số môi trường đặc thù, ảnh hưởng lên kênh truyền khác hẳn với môi trường không gian tự Thế nhìn chung, từ kiến thức thơng tin vơ tuyến đồ sộ dựa vào ta có để xác định phương pháp nghiên cứu, xác định tiêu chí đánh giá, áp dụng vào phân tích đặc tính kênh truyền nước, ta đưa mơ hình kênh truyền phục vụ cho khảo sát, nghiên cứu, tính tốn để tiến gần đến mơ hình thực tế Để hồn thành project này, nhóm xin gởi lời cảm ơn chân thành tới thầy Lê Tiến Thường, người truyền đạt kiến thức tảng hệ truyền thơng, người hỗ trợ định hướng, giúp đỡ tận tình trình tìm hiểu Cảm ơn tác giả viết liên quan Nhóm xin chân thành cảm ơn TÓM TẮT PROJECT Nghiên cứu hệ thống thông tin nước bao gồm: - Các phương pháp truyền tín hiệu Đặc trưng kênh truyền Mã hố (coding) Contents Giới thiệu I Trong công nghệ truyền thông không dây ngày trở thành phần sống hàng ngày chúng ta, ý tưởng truyền thông không dây biển xa vời Tuy nhiên, hoạt động nghiên cứu diễn thập kỷ thiết kế phương pháp truyền tải thông tin không dây nước Kiến thức người hiểu biết đại dương giới dựa vào khả thu thập thông tin từ địa điểm biển sâu xa Rất khó để đạt liên kết truyền thông tốc độ liệu cao nước hạn chế khác truyền tín hiệu điện từ nước, suy giảm cao tín hiệu âm thanh, thiếu mơ hình tốn học xác kênh âm nước liên kết truyền thông nước dễ bị cơng động vật thủy sinh Ngồi ra, liên kết có dây có vấn đề liên quan đến phân tán tốc độ liệu thấp áp lực lớn nước Cùng với công nghệ cảm biến công nghệ ô tô, truyền thông không dây cho phép ứng dụng khác nhau, từ giám sát môi trường đến thu thập liệu hải dương học, khảo cổ học, nhiệm vụ tìm kiếm cứu nạn, Truyền thông khẩn cấp từ tàu - Wired Media, truyền thông di động từ tàu ngầm, AUV trạm khác bao gồm tàu, trạm cạn tàu ngầm khác - phương tiện âm khơng dây nhiều Mục tiêu project tìm hiểu hệ thơng tin nước, phương pháp mã hóa từ thực mô II Lý thuyết A Phương pháp truyền tin Trong giới nước, có loại sóng mang sử dụng phổ biến truyền thông không dây - Sóng điện từ: Sử dụng sóng điện từ, truyền thơng thiết lập tần số băng thông cao Giới hạn hấp thụ / suy giảm cao có ảnh hưởng đáng kể đến tín hiệu truyền Ăng-ten lớn cần thiết cho loại truyền thơng này, ảnh hưởng đến độ phức tạp chi phí thiết kế - Sóng quang: Sóng quang cung cấp truyền liệu tốc độ cao Tuy nhiên, tín hiệu hấp thụ nhanh chóng nước bị ảnh hưởng tán xạ Điều ảnh hưởng đến độ xác truyền liệu - Sóng âm: Âm tín hiệu ưa thích sử dụng làm sóng mang nhiều ứng dụng, đặc tính hấp thụ thấp truyền thơng nước Mặc dù việc truyền liệu chậm so với tín hiệu sóng mang khác, đặc tính hấp thụ thấp cho phép sóng mang di chuyển phạm vi dài sóng mang bị hấp thụ Việc truyền tín hiệu nước khó khăn Bản thân nước trở thành nguồn cho nhiễu tín hiệu Loại nước (nước ngọt/ nước biển), áp suất sâu, tạp chất hòa tan, thành phần nước nhiệt độ ảnh hưởng đến lan truyền âm Các tượng mặt đất phổ biến tán xạ, phản xạ, khúc xạ xảy truyền thông nước Để việc truyền tín hiệu hiệu quả, thiết kế hệ thống truyền thơng đóng vai trò quan trọng Các yếu tố thơng số đầu dò (độ nhạy, điện tiêu thụ, khả chống nhiễu, chế truyền tải, độ dẫn điện, độ phân giải trở kháng phù hợp) phải tính đến q trình thiết kế Một lĩnh vực quan trọng đáng ý thiết kế thu (cảm biến) Ngày nay, với tiến công nghệ điện tử, thiết kế chuyển đổi (đặc biệt máy thu) áp dụng công nghệ MEMS để khắc phục số vấn đề cảm biến chứng minh có số ưu điểm so với phương pháp thơng thường Nó tìm thấy có nhiều ưu điểm so với thiết kế thơng thường để có thơng tin liên lạc xác Sử dụng sóng âm Âm tín hiệu ưa thích sử dụng làm sóng mang nhiều ứng dụng bị hấp thụ môi trường nước Mặc dù việc truyền liệu chậm so với tín hiệu sóng mang khác, đặc tính hấp thụ thấp cho phép sóng mang di chuyển phạm vi dài sóng mang bị hấp thụ Sự lan truyền âm nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố Hướng truyền âm xác định độ dốc tốc độ âm nước Đây điều quan trọng xảy nước, tốc độ di chuyển âm nước với vận tốc đặn Trên biển, gradient theo chiều dọc thường lớn nhiều so với đường nằm ngang Kết hợp điều với xu hướng tăng tốc độ âm độ sâu ngày tăng, áp lực ngày tăng vùng biển sâu, làm đảo chiều tốc độ âm đường nhiệt, tạo ống dẫn sóng hiệu độ sâu, tương ứng với tốc độ âm tối thiểu Đây tìm thấy phương pháp dò tia Tại vĩ độ xích đạo ơn đới đại dương, nhiệt độ bề mặt đủ cao để đảo ngược hiệu ứng áp suất, cho tốc độ âm tối thiểu xảy độ sâu vài trăm mét Sự diện mức tối thiểu tạo kênh đặc biệt gọi Kênh âm sâu, trước gọi kênh SOFAR (âm cố định khác nhau), cho phép truyền dẫn có hướng dẫn âm nước hàng ngàn km mà không tương tác với mặt biển đáy biển Một tượng khác vùng biển sâu hình thành vùng tập trung âm thanh, gọi Khu hội tụ Trong trường hợp này, âm bị khúc xạ xuống từ nguồn gần bề mặt sau lưu lại Khoảng cách ngang từ nguồn mà điều xảy phụ thuộc vào độ dốc âm dương âm Một ống dẫn bề mặt xảy nước nơng sâu vừa có khúc xạ hướng lên Sóng âm lan truyền nước bao gồm nén xen kẽ lượng nước Các máy nén máy thu nhỏ phát máy thu, chẳng hạn tai người điện thoại, thay đổi áp suất Những sóng người tạo tạo cách tự nhiên Âm học nước đòi hỏi phát triển sử dụng phương pháp âm để hình ảnh tính nước, để truyền đạt thơng tin thơng qua ống dẫn sóng đại dương để đo tính chất đại dương Theo nghĩa nó, mơ hình hóa phương pháp để tổ chức kiến thức tích lũy thông qua quan sát suy từ nguyên tắc Mô đề cập đến phương pháp để thực mơ hình theo thời gian SONAR từ viết tắt Sound Navigation And Ranging Công nghệ Sonar tương tự công nghệ khác như: RADAR = Phát Radio Ranging, siêu âm, thường sử dụng với tần số cao ứng dụng y tế, địa chấn, thường sử dụng tần số chậm trầm tích Kiến thức hiểu biết âm nước Leonardo Da Vinci phát âm 1490that lan truyền tốt đại dương Âm nhiễu loạn áp lực truyền sóng Âm gọi sóng nén, sóng dọc sóng Các dao động âm đặc trưng kỹ sư Sonar sau bắt đầu phát triển mơ hình âm nước để cải thiện thiết kế hệ thống sonar đánh giá nỗ lực chủ yếu hỗ trợ hoạt động hải qn Các mơ hình sử dụng để đào tạo nhà khai thác sonar, đánh giá yêu cầu đội tàu, dự đoán hiệu suất sonar phát triển chiến thuật Bất chấp hạn chế an ninh quân sự, nghiên cứu có liên quan tích lũy tài liệu mở, phần lớn tài liệu đề cập đến phát triển tinh chỉnh mã số mơ hình đại dương phương tiện âm Tình trạng kích thích hình thành kỷ luật gọi âm học dương tính tốn Nói chung, âm lan truyền nước có giảm cường độ âm phạm vi ngày tăng, số trường hợp, đạt độ lợi tập trung Mất truyền dẫn thước đo định lượng việc giảm cường độ âm hai điểm, thông thường nguồn âm thu xa Điều chế đa hướng: Ý tưởng điều chế đa hướng chia băng thơng sẵn có thành số lượng lớn băng tần phụ chồng chéo Nhiễu bị bỏ qua băng thông con, giúp đơn giản hóa phức tạp cân kênh Chính lợi này, điều chế đa hướng dạng ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) chiếm ưu ứng dụng vô tuyến băng rộng không dây gần Các kỹ thuật đa đầu vào: Một hệ thống không dây sử dụng nhiều phát nhiều thu gọi hệ thống đa đầu nhiều đầu vào (MIMO) Do đó, điều chế MIMO công nghệ hứa hẹn để cung cấp tiến khác liệu cao tỷ lệ truyền thông âm nước MIMO áp dụng truyền tải đơn sóng mang truyền dẫn đa hướng Sử dụng sóng quang học Cơng nghệ đại truyền thơng âm nước công nghệ cung cấp truyền liệu tốc độ thấp cho truyền thông tầm trung Tốc độ truyền liệu âm giới hạn khoảng hàng chục nghìn kilobits giây với phạm vi kilomét, nhỏ nghìn kilobit giây cho phạm vi lên tới 100km, suy giảm nghiêm trọng, phụ thuộc vào tần số xung bề mặt gây lan tràn Ngoài ra, tốc độ sóng âm đại dương xấp xỉ 1500m/s, truyền thơng tầm xa liên quan đến độ trễ cao, điều đặt vấn đề cho phản ứng thời gian thực, đồng hóa giao thức đa truy cập Ngồi ra, sóng âm làm ảnh hưởng đến động vật có vú biển cá heo cá voi Kết là, công nghệ âm đáp ứng ứng dụng lên đòi hỏi xung quanh mạng truyền thông tốc độ liệu cao thời gian thực Ví dụ ứng dụng mạng cảm biến để điều tra biến đổi khí hậu; giám sát q trình sinh học, sinh học, tiến hóa sinh thái mơi trường biển, đại dương hồ; phương tiện nước khơng người lái sử dụng để kiểm sốt trì sở sản xuất dầu bến cảng Một phương tiện thay cho truyền thông nước dựa quang học, tốc độ liệu cao Tuy nhiên, khoảng cách máy phát máy thu phải ngắn, môi trường nước khó khăn, đặc trưng tán xạ hấp thụ đa cao Sự tán xạ gây xung quang học để mở rộng miền khơng gian, thời gian, góc cạnh phân cực Tín hiệu quang học bị phân tán nặng nước, hấp thụ cao Bên cạnh đó, việc truyền sóng quang đòi hỏi độ xác cao việc chùm laser hẹp Trong nước sạch, ví dụ, bước sóng biển sâu, xanh-xanh sử dụng cho kết nối tầm ngắn Ưu điểm tín hiệu quang học nằm tốc độ liệu cao tới 100 m Cho đến hôm nay, giải pháp thực tế cho truyền thông nước với phạm vi chấp nhận sử dụng tín hiệu âm thanh, nước với khoảng cách dài hơn, suy giảm độ tin cậy cao Tuy nhiên, băng thơng có sẵn hạn chế tín hiệu âm Đối với khoảng cách dài theo thứ tự 1000 km, băng thơng có sẵn giảm xuống kHz; phạm vi ngắn 100 m, có trăm kHz băng thơng Thiếu băng thơng có sẵn vấn đề lớn truyền thông / mạng âm nước Tỷ lệ lỗi bit cao phổ biến kênh nước, can thiệp đa đường chất thay đổi theo thời gian kênh âm nước Như chất lượng nước đóng vai trò quan trọng việc định liệu sóng quang sử dụng cho truyền thơng nước hay không Kết là, khả ứng dụng truyền thông quang học phụ thuộc nhiều vào môi trường Sử dụng tương tự cho sóng âm sóng điện từ, nói truyền thông quang học hoạt động vùng giới hạn môi trường Cho đến nay, khơng có nhiều hoạt động thương mại truyền thông quang học nước, modem quang thương mại có sẵn đặc biệt cho nước Những lợi ích gần mạng cảm biến nước đài quan sát đáy biển kích thích nhiều quan tâm đến truyền thông quang học tầm ngắn nước Cách giảm nhiễu Truyền thông tin nước kỹ thuật truyền thông gửi nhận tin nhắn nước Có số cách sử dụng truyền thơng phổ biến cách sử dụng hydro Truyền thơng nước khó khăn yếu tố truyền đa đường, biến thiên thời gian kênh, băng thơng nhỏ suy giảm tín hiệu mạnh, đặc biệt dải dài So với truyền thơng mặt đất, truyền thơng nước có tốc độ liệu thấp sử dụng sóng âm thay sóng điện từ Vào đầu kỷ 20, số tàu truyền thông chuông nước, hệ thống cạnh tranh với dịch vụ điều hướng vô tuyến hàng hải nguyên thủy thời đại Sau dao động Fessenden cho phép truyền thơng với tàu ngầm Các kênh âm nước thường công nhận phương tiện thông tin liên lạc khó sử dụng Truyền âm hỗ trợ tốt tần số thấp băng thơng có sẵn để truyền thơng hạn chế Ví dụ, hệ thống âm hoạt động dải tần số từ 10 đến 15 kHz Mặc dù tổng băng thông truyền thông thấp (5 kHz), hệ thống thực tế siêu băng rộng, theo nghĩa băng thông không đáng kể tần số trung tâm Âm lan truyền nước tốc độ thấp 1500 m / s lan truyền xảy nhiều đường dẫn Độ trễ lan truyền hàng chục chí hàng trăm mili giây dẫn đến biến dạng tín hiệu chọn lọc tần số, chuyển động tạo hiệu ứng Doppler cực đoan Các đặc tính tồi tệ kênh vơ tuyến chất lượng liên kết vật lý kênh radio mặt đất di động độ trễ cao kênh vệ tinh - kết hợp kênh âm nước Được xác định rộng rãi, mơ hình hóa phương pháp để tổ chức kiến thức tích lũy thông qua quan sát suy từ nguyên tắc mô đề cập đến phương pháp để thực mơ hình theo thời gian Lĩnh vực mô mô âm nước chuyển hiểu biết vật lý âm biển thành mơ hình tốn học mơ hiệu suất hệ thống âm phức tạp hoạt động môi trường biển B Đặc trưng kênh truyền Giống truyền thông mặt đất, kênh truyền thông nước coi kênh chọn lọc tần số thời gian, kênh không gian tương quan với nhiễu Gauss Nó đặc trưng phụ thuộc tần số phụ thuộc vào độ hấp thụ, kết hợp với tượng đa đường dẫn đến fading Một vài đặc điểm kênh truyền âm nước mô tả sau đây: 1) Dịch doppler Một chuyển động tương đối người nhận máy phát phương tiện di chuyển thay đổi tần số sóng âm lan truyền qua kênh Sự thay đổi rõ ràng tần số sóng mang tín hiệu miền thời gian gọi dịch chuyển Doppler 2) Đa đường Trong âm học nước, hiệu ứng đa đường chủ yếu phản xạ từ đáy biển bề mặt Số lần phản xạ xác định đa dạng lan truyền Ngoài ra, kênh bao gồm phản xạ thể tích sinh vật phù du cá Đối với phạm vi đủ lớn phát thu, tín hiệu truyền truyền tới người nhận qua đường dẫn khác Độ trễ kết hợp với đường dẫn phụ thuộc vào hình dạng Các tín hiệu, truyền, trải qua phản xạ liên tiếp giao diện Các biến thể tốc độ âm môi trường làm biến dạng đường sóng âm Vì thế, tín hiệu cho truyền từ nguồn tới máy thu theo số đường dẫn riêng biệt tương ứng với hướng khoảng thời gian khác Các tín hiệu trực tiếp đến với loạt tiếng vọng, biên độ giảm với số lượng phản xạ trải qua Quá trình tín hiệu lấy nhiều đường dẫn khác để tới người nhận kết phản xạ gọi đa thức Ở tần số cao, tín hiệu ngắn, hiệu ứng đa đường quan sát miền thời gian, với chuỗi điển hình nhiều âm vang Trong tín hiệu ổn định tần số 10 thấp, đóng góp cộng lại vĩnh viễn; điều tạo mẫu giao thoa ổn định, với biến thiên mạnh biên độ trường 3) Trải doppler Trải doppler, thể độ rộng phổ tín hiệu nhận Trong vùng nước nông, phản xạ từ mặt nước nguyên nhân cho chênh lệch thời gian kênh Giá trị lây lan Doppler phụ thuộc vào chiều cao tần số sóng, tốc độ gió, số phản xạ từ mặt biển sàn, góc chuẩn 4) Hàm trải trễ trải Doppler Lý thuyết kênh tuyến tính biến thiên thời gian ngẫu nhiên phát triển Bello báo ông năm 1963; ơng đưa đặc tính thống kê đầy đủ kênh dựa chức hệ thống chức tương quan chúng Ông sử dụng khái niệm thiết bị truyền thông bao gồm đầu vào đầu đầu ra; nơi tín hiệu áp dụng đầu vào mô tả miền thời gian tần số tương tự, tín hiệu đầu khỏi thiết bị mơ tả miền thời gian tần số Biểu thị x (t) X (f) hàm thời gian đầu vào phổ, hàm thời gian phổ tương ứng y (t) Y (f), sử dụng cách tiếp cận xem xét kênh âm dạng tuyến tính lọc biến thể thời gian (LTV), thiết lập mối quan hệ tốn học tín hiệu đầu vào tín hiệu đầu Vì mơ hình kênh âm nước thảo luận liên quan đến chậm trễ dịch chuyển Doppler, có tồn tổng cộng bốn biểu thức cho tín hiệu đầu ra; hai cho hàm thời gian hai cho phổ tần số Điều kênh xử lý tín hiệu khác tùy thuộc vào việc hoạt động trễ hay hoạt động Doppler-shift áp dụng đầu vào đầu kênh 5) Trải trễ-doppler trải Doppler-trễ Bello chứng minh kênh biến đổi thời gian lót biểu diễn phần tử liên tục đồng thời cung cấp độ trễ tương ứng dịch chuyển Doppler Trong cơng việc mình, ơng phân loại đáp ứng xung 11 kênh theo liệu hoạt động trễ hoạt động dịch chuyển Doppler kênh có đầu vào hay đầu Do tồn hai hoạt động mơ hình kênh, có hai khả xem xét: đầu ra-đầu trễ-dịch doppler đầu ra-dịch doppler đầu ra-delay 6) Các hàm tương quan Với kênh mơ hình hóa dạng kênh chuyển đổi đầu ra-đầu ra-Doppler Do đó, tất biểu thức toán học liên quan đến đáp ứng xung kênh thu dạng hàm truyền trễ đầu vào h (t, τ) tương đương, biến đổi Fourier nghịch đảo nó, hàm truyền Doppler đầu vào U (τ, ρ) Sau gọi chức lan truyền Các đặc tính kênh đa kênh xác định thông qua số hàm tương quan hữu ích hàm mật độ phổ công suất Nếu kênh thời gian ngẫu nhiên, phản hồi kênh thảo luận hai phần cuối trở thành q trình ngẫu nhiên đặc tính thực tế kênh thu theo hàm tương quan Theo thống kê, số liệu thống kê mờ dần nhiều kênh vật lý, bao gồm kênh âm nước có khoảng thời gian cố định đủ dài để làm cho có ý nghĩa để xác định phân lớp kênh gọi Kênh tán xạ tĩnh không tương quan 7) Các hàm ước lượng tham số tương quan kênh Đặc trưng phù hợp để có biểu diễn rời rạc cho tín hiệu đầu kênh truyền thơng nước C Các phương pháp mã hố kênh Mục đích lý thuyết Mã hóa kênh truyền (channel encoding theory) tìm mã truyền thơng nhanh chóng, chứa đựng nhiều mã ký (code word) hợp lệ sửa lỗi (error correction) phát lỗi xảy (error detection) Các mục đích không phụ thuộc vào nhau, loại mã có cơng dụng tối ưu cho ứng dụng riêng biệt Mỗi mã thường thích hợp cho ứng dụng định 12 Để cải thiện chất lượng đường truyền sóng âm, mã hố kênh sửa lỗi cải thiện BER Mục đích để giảm BER từ 10-2 xuống 10-4 Những kỹ thuật áp dụng để cải thiện BER là: - Mã tích chập (Convolutional codes) Mã vòng sửa lỗi tuyến tính Reed-Solomon (RS) Mã turbo khối Reed Solomon (RS-BTC) Mã LDPC Mã tích chập (CC) Mã chập (Convolution Codes) kỹ thuật mã hóa sửa sai (FEC) Convolutinon Codes thuộc họ mã lưới (mã hóa theo Trellis) xây dựng dựa đa thức sinh sơ đồ chuyển trạng thái (trellis mã) đặc trưng Quá trình giải mã mã chập phải dựa vào trellis mã thông qua giải thuật khác nhau, tiếng giải thuật Viterbi Ký hiêu mã chập (n,k,L) : k đầu vào n đầu L phần tử nhớ ghi dịch Hình 1: Sự bố trí lập mã/giãi mã chập điều chế / giãi điều chế tuyến thông tin 1.1 Tạo mã chập Để tạo mã chập, ta dùng lập mã chập có ngun tắc hoạt động dựa vào việc “chập” dòng bit thông tin đầu vào với đáp ứng xung tạo mã Do đó, 13 dãy thơng tin nhị phân u chia thành kí tự d k=(dk(0),… ,dk(k-1)) Các kí tự ánh xạ thơng qua tạo mã gồm n bit Hai tham số quan trọng từ mã chập tốc độ mã R = k/n độ dài ràng buộc Kc = M+1 với M số lượng ghi dịch có mã (độ dài ràng buộc thời gian trải rộng bit mà bít đầu vào ảnh hưởng lên) Hình mơ tả giải mã có tốc độ ½, độ dài ràng buộc Kc = Hình Sơ đồ khối sơ đồ chuyển trạng thái tạo mã chập Hình sơ đồ chuyển trạng thái tương ứng với ghi dịch phía bên trái.Với mã chập, việc mô tả tạo mã sơ đồ trạng thái thuận lợi Nếu lập mã có M ghi dịch có M trạng thái S(m) với m = 0, …,2M-1 Mỗi trạng thái biểu diễn nút sử chuyển đổi trạng thái biểu diễn mũi tên Trên mũi tên mô tả bit đầu vào d k tương ứng với kí tự đầu xk viết dk/xk(0)x(1)k Biểu đồ mắt cáo (trellis diagram) hình mơ tả chuyển đổi trạng thái theo thời gian Với đầu vào d k, biểu đồ mắt cáo có tất khả dịch chuyển trạng thái xảy 14 Hình Biểu đồ mắt cáo thể trình chuyển trạng thái theo thời gian Giả sử trạng thái ban đầu tạo mã trạng thái S (0) Biểu đồ mắt cáo chia thành pha: Với tin có chiều dài L, sau pha khởi tạo M bit mã hóa dk, có L – M segment giống hệ Sau tin có chiều dài L mã hóa hết, tạo mã chuyển trạng thái ban đầu cách thêm vào M kí tự Do đó, chiều dài từ mã tăng lên L T = L + M Kĩ thuật thêm M kí tự làm cải thiện khả bị lỗi điểm cuối tin mã hóa 1.2 Giải mã chập Có nhiều phương pháp giải mã chập Tuy nhiên, project này, đề cập đến thuật toán giải mã chập Viterbi Lý thuyết chung thuật toán nhằm tìm đường ngắn có biểu đồ mắt cáo , đường dẫn đến trạng thái S(k) phải đường ngắn Thuật tốn chia thành hai bước: 1) tính tốn giá nhánh (branch metric), giá đường (path metric) bit định 2) traceback Trong pha 1, sai khác kí tự nhận y k tất kí tự khác mà có khả nhận được tính tốn Trong trường hợp hard decision mà kí tự bit 1, khoảng cách Hamming đươc sử dụng để tính brach metric Khoảng cách Hamming tính số bit sai khác kí tự nhận với số bit kí tự có khả nhận Trong ví dụ phần 1, khoảng cách Hamming 0, 1, Kết lưu path metric.Với bước k, khoảng cách Hamming cho trạng thái S k tính tốn 15 cộng vào path metric trạng thái trước (k-1) Trong pha thứ 2, thuật tốn Viterbi dò ngược lại để xác định chuỗi kí tự gần Trạng thái ban đầu pha dò ngược trạng thái có path metric thấp Mã Hamming - - Đối với mã (n, k) Hamming, 'k' số bit đầu vào 'n' số bit đầu Nó thuộc mã khối mà mã sửa lỗi cũ phát triển Trong report này, ta chọn k = n = để thực mã Hamming(7,4) cách thêm bit chẵn lẻ Thuật toán: Ma trận G = (Ik | -AT) gọi ma trận sinh mã tuyến tính (n, k) Và H = (A I In-k) gọi ma trận kiểm Để xây dựng ma trận sinh ma trận kiểm tra H chẵn lẻ, ta tuân thủ theo quy tắc sau: HGT = O H ma trận có 'n-tuples' khơng phía bên trái, đó, thứ tự ma trận 'n-tuples' vấn đề (n - k) ma trận nhận dạng bên phải Bằng cách lấy transpose bên trái ma trận H, G thu Ma trận tạo mã G ma trận kiểm tra chẵn lẻ H là: Để tăng hiệu suất hệ thống truyền thông, tăng công suất máy phát không thực tế, mã khối sử dụng [8] Mã Hamming kết hợp thông tin liên lạc đa đường, hiệu giải mã cao độ tin cậy [9] Cách tiếp cận sửa lỗi phía thu (M-FEC) mã Hamming cải thiện hiệu mã hiệu mặt lượng Việc triển khai mã hamming với truyền nhận OFDM hiển thị hình sau: 16 Hình 4:Áp dụng mã Hamming mạch phát thu kênh truyền UWA Sau áp dụng mã hamming, BER tính tốn cải thiện so với trường hợp trước sử dụng OFDM mà khơng mã hóa Mã LDPC Hình 5: Mã LDPC Mã kiểm tra tính chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC) mã sửa lỗi tuyến tính (FEC) Mã LDPC mã khối có ma trận kiểm tra chẵn lẻ chứa vài thành phần non-zero Mã LDPC loại mã khối tuyến tính giống mã hamming Nó sử dụng để giảm lỗi đạt hiệu suất truyền thuyết phục tín hiệu số nước Ở báo [1], mã LDPC thông thường (3, 6) với tốc độ 1/2 sử dụng Ma trận kiểm tra H có kích thước 128x256 xây dựng cách sử dụng phương pháp xây dựng ngẫu nhiên [2] Kênh truyền nước (UWC) với việc xây dựng mã LDPC Hình Dữ liệu truyền LDPC mã hóa gửi đến phát OFDM Dữ liệu giải mã máy thu giải mã LDPC 17 Hình 6: So sánh hiệu mã LDPC, Hamming không mã hố kênh với điều chế OFDM [1] Mơ với MATLAB Sơ đồ khối mơ hình hóa cho hệ thống IDMA-OFDM thích hợp cho hệ thống thơng tin nước, bao gồm khối mã hóa kênh Hamming, mã hóa chuỗi bit đầu vào sau khối Random Inteleaver thực thuật toán đan xen vào chuỗi bit mã hoá 64-QAM chữ nhật sử dụng làm kỹ thuật điều chế để thực phép IFFT sau truyền tín hiệu điều chế qua kênh truyền nhiễu trắng (Gaussian) Nhiễu có hai loại - nhiễu người tạo (nhiễu chủ quan) nhiễu hệ thống khác can nhiễu Nhiễu người tạo chiếm ưu nhiễu khác gần mặt biển xung quanh bờ biển, can nhiễu xung quanh chiếm ưu mực nước biển sâu Các nguồn nhiễu xung quanh mơ tả có phổ liên tục số liệu thống kê Gaussian 10 (SNR=10) Do đó, ta coi AWGN kênh truyền có nhiễu cho kênh truyền nước Ở phía thu, phép FFT thực tín hiệu nhận để chuyển đổi tín hiệu miền thời gian thành miền tần số Các hoạt động giải điều chế thực cách sử dụng giải điều chế 64-QAM nhận tín hiệu FFT thành giá trị số nguyên sau giải mã Hamming để nhận luồng bit ban đầu Sơ đồ khối OFDM-IDMA hiển thị bên Hình Mơ hình mơ thực phù hợp với sơ đồ khối mơ Hình với trợ giúp Simulink MATLAB, công cụ đồ họa sử dụng để lập mơ hình hệ thống truyền thông đa ngành với thư viện khối tùy chỉnh Nó có tính phân tích luồng liệu thời gian ghi kết mô Thiết kế mô hình Simulink IDMA-OFDM thể Hình Luồng liệu đầu vào tạo ngẫu nhiên BBG, luồng bit mã hóa với kích thước (7, 4) Mã hoán chuyển đan xen ngẫu nhiên với seed xác định Interleaving để đan xen chuỗi người dùng dự định deinterleave Khối điều chế 64-QAM 18 sử dụng với ánh xạ bit người dùng xác định Hình cho thấy ánh xạ chòm cho ánh xạ bit người dùng định nghĩa điều biến 64-QAM Hình 7:Giản đồ chòm bit-mapping 64-QAM Hoạt động IFFT thực QAM tín hiệu truyền qua mơ hình AWGN mơ tả mơ hình Simulink Nhiễu kết hợp biến dạng tín hiệu truyền, gây định khơng xác phía máy thu, dẫn đến lỗi bit Hình 8: Sơ đồ mơ hệ truyền thơng tin nước 19 Kết chạy mô BER thu 0.05 so với BER 0.1 sử dụng điều chế IDMA – OFDM (SNR = 10dB) III Kết luận Như vậy, qua báo cáo tìm hiểu ứng dụng việc truyền thông nước, đặc điểm kênh truyền không dây nước, số phương pháp truyền (bằng sóng âm, sóng điện từ,…) Tiếp theo, nghiên cứu số phương pháp mã hố kênh thơng dụng cho hệ truyền thông nước Cuối mô lại mơ hình truyền thơng nước từ sau khối mã hố nguồn Bài mơ sử dụng điều chế IDMA – OFDM mã Hamming làm mã hoá kênh IV [1] Tham khảo B.Pranitha, Dr.L.Anjaneyulu, “Performance Evaluation of Underwater Communication System using Block Codes”, Published in IEEE in the year 2016 [2] Yuxiang Li, Guolong lian, GuangpuZha, Jin Fu, "The Application of LDPC Code in Underwater Acoustic Wireless Communications", Published in IEEE in the year 2009 20 ... ngắn nước Cách giảm nhiễu Truyền thông tin nước kỹ thuật truyền thơng gửi nhận tin nhắn nước Có số cách sử dụng truyền thông phổ biến cách sử dụng hydro Truyền thông nước khó khăn yếu tố truyền. .. việc truyền thông nước, đặc điểm kênh truyền không dây nước, số phương pháp truyền (bằng sóng âm, sóng điện từ,…) Tiếp theo, nghiên cứu số phương pháp mã hố kênh thơng dụng cho hệ truyền thông nước. .. TĨM TẮT PROJECT Nghiên cứu hệ thống thơng tin nước bao gồm: - Các phương pháp truyền tín hiệu Đặc trưng kênh truyền Mã hoá (coding) Contents Giới thiệu I Trong công nghệ truyền thông không dây