Sự phát triển của máy vi tính đã làm gia tăng một cách mạnh mẽ các ứng dụng của XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ (Digital Signal Proccessing). Xu hướng này đã được tăng cường bởi sự phát triển đồng thời của thuật toán số (Numerical Algorithms) cho xử lý tín hiệu số. Hiện nay, xử lý tín hiệu số đã trở nên một ứng dụng cơ bản cho kỹ thuật mạch tích hợp hiện đại với các chip có thể lập trình ở tốc độ cao. Vì vậy, xử lý tín hiệu số được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:
• Xử lý tín hiệu âm thanh: nhận dạng tiếng nói/ người nói; tổng hợp tiếng nói, biến văn bản thành tiếng nói; kỹ thuật âm thanh số ;…
• Xử lý ảnh: thu nhận và khôi phục ảnh; làm nổi đường biên; lọc nhiễu; nhận dạng; mắt người máy; hoạt hình; các kỹ xảo về hình ảnh; bản đồ;…
• Viễn thông: xử lý tín hiệu thoại và tín hiệu hình; truyền dữ liệu; khử xuyên kênh; fax; truyền hình số; …
• Thiết bị đo lường và điều khiển: phân tích phổ; đo lường địa chấn; điều khiển vị trí và tốc độ; điều khiển tự động;…
• Quân sự: truyền thông bảo mật; xử lý tín hiệu rada, sonar; dẫn đường tên lửa;…
• Y học: não đồ; điện tim; chụp X quang; chụp CT (Computed Tomography Scans); nội soi;…
Sự phát triển của máy vi tính đã làm gia tăng một cách mạnh mẽ các ứng dụng của XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ (Digital Signal Proccessing). Xu hướng này đã được tăng cường bởi sự phát triển đồng thời của thuật toán số (Numerical Algorithms) cho xử lý tín hiệu số. Hiện nay, xử lý tín hiệu số đã trở nên một ứng dụng cơ bản cho kỹ thuật mạch tích hợp hiện đại với các chip có thể lập trình ở tốc độ cao. Vì vậy, xử lý tín hiệu số được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:
• Xử lý tín hiệu âm thanh: nhận dạng tiếng nói/ người nói; tổng hợp tiếng nói, biến văn bản thành tiếng nói; kỹ thuật âm thanh số ;…
• Xử lý ảnh: thu nhận và khôi phục ảnh; làm nổi đường biên; lọc nhiễu; nhận dạng; mắt người máy; hoạt hình; các kỹ xảo về hình ảnh; bản đồ;…
• Viễn thông: xử lý tín hiệu thoại và tín hiệu hình; truyền dữ liệu; khử xuyên kênh; fax; truyền hình số; …
• Thiết bị đo lường và điều khiển: phân tích phổ; đo lường địa chấn; điều khiển vị trí và tốc độ; điều khiển tự động;…
• Quân sự: truyền thông bảo mật; xử lý tín hiệu rada, sonar; dẫn đường tên lửa;…
• Y học: não đồ; điện tim; chụp X quang; chụp CT (Computed Tomography Scans); nội soi;…
Download đồ án nghiên cứu khoa học với đề tài: Mô phỏng kênh truyền vô tuyến số bằng matlab, cho các bạn làm luận văn tham khảo
Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620
Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://baocaothuctap.net
Download đồ án nghiên cứu khoa học với đề tài: Mô phỏng kênh truyền vô tuyến số bằng matlab, cho các bạn làm luận văn tham khảo
Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620
Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://baocaothuctap.net
Download luận văn tóm tắt ngành công nghệ thông tin với đề tài: Phân loại giới tính người dùng mạng xã hội dựa vào tin nhắn văn bản, cho các bạn làm luận văn tham khảo
Smartbiz_He thong MES nganh may mac_2024juneSmartBiz
Cách Hệ thống MES giúp tối ưu Quản lý Sản xuất trong ngành May mặc như thế nào?
Ngành may mặc, với đặc thù luôn thay đổi theo xu hướng thị trường và đòi hỏi cao về chất lượng, đang ngày càng cần những giải pháp công nghệ tiên tiến để duy trì sự cạnh tranh. Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào mà những thương hiệu hàng đầu có thể sản xuất hàng triệu sản phẩm với độ chính xác gần như tuyệt đối và thời gian giao hàng nhanh chóng? Bí mật nằm ở hệ thống Quản lý Sản xuất (MES - Manufacturing Execution System).
Hãy cùng khám phá cách hệ thống MES đang cách mạng hóa ngành may mặc và mang lại những lợi ích vượt trội như thế nào.
1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA TOÁN –TIN HỌC
Mã vòng
Bài báo cáo môn lý thuyết thông tin
Nhóm 2
2009
2. Mã vòng 2009
Nội dung
1. Giới thiệu ................................................................................................................................3
1.1 Định nghĩa mã vòng ...........................................................................................................3
1.2 Định nghĩa đa thức mã .......................................................................................................3
1.3 Bổ đề 1 ..............................................................................................................................4
2. Các tính chất của mã vòng .......................................................................................................5
2.1 Định lý 1 ............................................................................................................................5
2.2 Định lý 2 ............................................................................................................................5
2.3 Định lý 3 ............................................................................................................................6
2.4 Định lý 4 ............................................................................................................................6
2.5 Định lý 5 ............................................................................................................................7
2.6 Định lý 6 ............................................................................................................................8
3. Mã hóa và giải mã mã vòng ................................................................................................... 10
3.1 Ma trận sinh của mã vòng ................................................................................................ 10
3.2 Ma trận sinh dạng hệ thống và dạng chuẩn ....................................................................... 11
3.3 Mã hóa thành từ mã hệ thống ........................................................................................... 12
3.4 Ma trận kiểm tra của mã vòng .......................................................................................... 13
3.5 Tính toán hội chứng và phát hiện lỗi ................................................................................ 15
3.6 Giải mã theo hội chứng .................................................................................................... 17
4. Tổng kết ................................................................................................................................ 21
Tài liệu tham khảo
Toán rời rạc nâng cao-Trần Ngọc Danh-NXB ĐHQG TP HCM-2004
http://www.mth.msu.edu/~jhall/classes/codenotes/Cyclic.pdf
http://cwww.ee.nctu.edu.tw/course/channel_coding/chap4.pdf
http://www.mcs.vuw.ac.nz/courses/MATH324/2008T2/notes11.pdf
2 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
3. Mã vòng 2009
1. Giới thiệu
1.1 Định nghĩa mã vòng
Một mã tuyến tính được gọi là mã vòng (cyclic code) nếu và chỉ nếu dịch chuyển của một từ
mã cũng là một từ mã , nghĩa là nếu là một từ mã thì
cũng là một từ mã .
Mã vòng là mã tuyến tính , do đó được xây dựng trên một trường hữu hạn , trong bài này ta
chỉ xét mã vòng trên một trường thông dụng là .
Chú ý : Cách dịch từ mã như trong định nghĩa được gọi là dịch phải . Với một từ mã có chiều
dài n bit thì ta dịch từ mã này i bit , kết quả cũng là một từ mã (theo qui nạp suy ra ) . Và khi ta
dịch theo chiều ngược lại i bit thì kết quả cũng là một từ mã (đồng nghĩa với dịch phải n-i bit ) .
1.2 Định nghĩa đa thức mã
Nếu là một từ mã thì là
một đa thức mã (code polynomial) tương ứng với từ mã .
Vậy chúng ta có một song ánh giữa từ mã và đa thức mã . Do ta xét mã vòng trên trường , nên
mỗi đa thức mã là một đa thức trên trường và có bậc ≤ . Sau này ta sẽ dựa vào các đa
thức mã này để chứng minh các tính chất của mã vòng .
Ví dụ 1
Bảng sau đây trình bày một mã vòng .
Thông báo Từ mã Đa thức
0000 0000000
1000 1101000
0100 0110100
1100 1011100
0010 0011010
1010 1110010
0110 0101110
1110 1000110
0001 0001101
1001 1100101
0101 0111001
1101 1010001
0011 0010111
1011 1111111
0111 0100011
1111 1001011
3 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
4. Mã vòng 2009
Dễ dàng kiểm tra mã trên là một mã tuyến tính có tính chất vòng .
Chú ý : vì tổng 2 từ mã là một từ mã ( tính chất của mã tuyến tính ) nên tổng 2 đa thức mã là một
đa thức mã .
1.3 Bổ đề 1
là từ mã có được do dịch từ mã bit , và là đa thức mã tương ứng của nó .
Ta có
Chứng minh
Ta có
Suy ra
Như vậy
Hay
Có thể hiểu bổ đề này một cách đơn giản qua ví dụ sau
Với từ mã
0 1101000
1 0110100
2 0011010
3 0001101
4 1000110
5 0100011
6 1010001
4 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
5. Mã vòng 2009
Chúng ta thấy tuy nhiên nếu chứa với thì
được thay bằng .
Trên trường chúng ta có
Tương tự
hay với .
Như vậy ta có thể viết
2. Các tính chất của mã vòng
Trong phần này ta sẽ chỉ ra một số tính chất của mã vòng .
2.1 Định lý 1
Với một mã vòng , chỉ tồn tại duy nhất một đa thức mã khác 0 có bậc nhỏ nhất . Hay nói
cách khác không tồn tại hai đa thức mã khác 0 , khác nhau và cùng có bậc nhỏ nhất .
Chứng minh :
Giả sử tồn tại hai đa thức mã khác 0 , và cùng có bậc nhỏ nhất là .
Từ đây ta suy ra đa thức có bậc nhỏ hơn , mâu thuẫn . Từ đây suy ra đpcm.
Chúng ta ký hiệu đa thức mã có bậc nhỏ nhất của một mã là như sau :
2.2 Định lý 2
Hệ số tự do của phải bằng 1 .
Chứng minh :
Giả sử , ta suy ra
5 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
6. Mã vòng 2009
Đặt . Vì từ mã tương ứng với là kết quả của dịch trái
1 bit hay dịch phải (n-1) bit từ mã tương ứng với , do đó cũng là một đa thức mã .
Nhưng bậc của là , mâu thuẫn với định nghĩa của . Từ đây suy ra đpcm .
2.3 Định lý 3
Một đa thức trên trường có bậc là đa thức mã nếu và chỉ nếu nó là một
bội số của . Tức là có thể viết
Chứng minh :
Trước hết ta chứng minh nếu và bậc của thì là đa thức
mã . Chúng ta có
Trong đó p là bậc của và . Do với là đa thức mã tương
ứng với từ mã được tạo thành do dịch từ mã bit . Theo tính chất của mã tuyến tính thì
cũng là một từ mã vì là tổ hợp tuyến tính của các từ mã .
Ngược lại , giả sử là một đa thức mã , ta có
Trong đó là đa thức dư có bậc nhỏ hơn bậc của . Mặt khác trên trường , ta có
, suy ra
Ta có có bậc bậc của , từ chứng minh phần trước ta suy ra là
một đa thức mã , mặt khác là một đa thức mã . Suy ra là một đa thức mã có bậc nhỏ
hơn bậc của . Do tính chất của , ta suy ra , suy ra đpcm .
Từ định lý này , ta gọi là đa thức sinh (generator polynomial), vì từ có thể sinh ra tất
cả các đa thức mã khác.
2.4 Định lý 4
Đa thức sinh của một mã vòng có bậc
Chứng minh :
Gọi là bậc của đa thức sinh Từ định lý 3 , chúng ta có mỗi đa thức mã là một bội
số của
6 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
7. Mã vòng 2009
Vì vậy có bao nhiêu từ mã thì có bấy nhiêu đa thức . Do bậc của nên bậc của
. Suy ra có hệ số thuộc trường , tức là có đa thức
. Mặt khác số lượng từ mã là ( do là mã tuyến tính ) . Từ đây suy ra
Chứng minh hoàn tất .
Từ định lý này ta có thể biểu diễn đa thức sinh như sau
Trong đó
2.5 Định lý 5
Đa thức sinh của mã vòng là một ước số của .
Chứng minh :
Từ bổ đề 1 ta suy ra
Hay có thể viết
Bây giờ chọn , ta để ý là bậc của bằng ,bậc của . Do đó đa thức ở
vế trái có bậc là , để thỏa đẳng thức thì buộc phải có tức là
Từ đây , do tính chất của trường ta suy ra
Mặt khác do là một đa thức mã nên ta có
Như vậy (đpcm)
7 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
8. Mã vòng 2009
2.6 Định lý 6
Nếu là một đa thức có bậc và là ước số của thì sinh ra mã vòng
, hay nói cách khác là đa thức sinh của một mã vòng nào đó .
Chứng minh :
Với là một đa thức có bậc và là ước của , ta chứng minh sinh ra một
mã vòng .
Xét k đa thức .
Những đa thức có trên bậc lần lượt là
Đặt là tổ hợp tuyến tính của đa thức này với các hệ số
Ta thấy là đa thức có bậc và là bội số của .
Với tất cả bộ , ta có đa thức phân biệt .
Ta kiểm tra 2 điều sau
Với bất kỳ
Ta có
Các hệ số
Với , ta có
Các hệ số
Như vậy đa thức này tạo thành một không gian tuyến tính các đa thức mã với
là cơ sở .Có thể biểu diễn mỗi phần tử của không gian này như sau
Với là đa thức có bậc
8 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
9. Mã vòng 2009
Như vậy ta có một song ánh biến một khối (tương ứng với một đa thức ) thành
một khối (tương ứng với một đa thức ) , tức là sinh ra một mã tuyến tính
. Bây giờ ta chứng minh mã này có tính chất vòng , nghĩa là nếu là một từ mã thì dịch
bit được thì cũng là một từ mã . Điều này tương đương với nếu là một đa thức
mã thì cũng là một đa thức mã . Đầu tiên ta biểu diễn
thì
Theo bổ đề 1 chúng ta có
Hay
Tương đương với
Ta suy ra , nghĩa là
Do là bội của (từ cách đặt ) , và là bội của (từ giả thiết) , ta suy ra
cũng là bội của . Mặt khác bậc của , suy ra
Với là đa thức có bậc . Như vậy cũng là đa thức mã , tức là mã tuyến tính
do sinh ra có tính chất vòng . (đpcm)
Ví dụ 2
Tìm các đa thức sinh cho các mã vòng có độ dài 7 .
Đa thức sinh của một mã vòng có độ dài 7 là ước của . Phân tích đa thức này ra thừa số
chúng ta được
9 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
10. Mã vòng 2009
Có 3 thừa số , như vậy có tất cả đa thức sinh ( là ước của ) , tức là có 8 mã vòng
có độ dài từ mã là 7 tương ứng với 8 đa thức sinh sau đây :
(i)
(ii)
(iii)
(iv)
(v)
(vi)
(vii)
(viii)
Đa thức sinh sẽ sinh ra mã vòng chính là , còn đa thức sinh sẽ sinh
ra mã vòng chỉ có 1 phần tử là {0000000}.
3. Mã hóa và giải mã mã vòng
3.1 Ma trận sinh của mã vòng
Từ các định lý trên ta có được những điều sau :
Một mã vòng bất kỳ sẽ được sinh từ đa thức sinh của nó , đa thức này là một đa
thức có bậc trên trường . Mỗi từ mã sẽ có một đa thức mã tương ứng và ngược lại ,
tất cả đa thức mã tương ứng với các từ mã của mã vòng này là các đa thức có dạng
Như vậy mỗi từ mã là tổ hợp tuyến tính của các từ mã có các đa thức mã tương ứng
. Và chú ý là các đa thức mã này độc lập tuyến tính ( vì chúng có bậc hoàn
toàn khác nhau ) , do đó ta có thể biểu diễn ma trận sinh (generator matrix) của mã vòng như sau
Nhắc lại là , trong đó
Đôi khi người ta còn gọi ma trận sinh là ma trận sinh mã vòng (cyclic generator matrix) .
10 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
11. Mã vòng 2009
Khi đã có ma trận sinh , thì mã hóa vòng (cyclic encoding) là quá trình mã hóa thông báo
thành từ mã .
Ví dụ 3
Tìm một mã vòng
Từ ví dụ 2 ta thấy có 8 đa thức sinh ứng với 8 mã vòng có độ dài 7 , theo định lý 6 thì đa thức
sinh cho mã vòng phải có bậc là 3 .
Có 2 đa thức sinh cùng có bậc là 3 , mỗi đa thức này sẽ sinh ra một mã vòng .Chúng ta sẽ
chọn một đa thức , chẳng hạn
Từ đây ta suy ra ma trận sinh của mã vòng này là
Thông báo sẽ được mã hóa thành từ mã .
Bộ mã này là bộ mã được trình bày trong ví dụ 1 .
3.2 Ma trận sinh dạng hệ thống và dạng chuẩn
Mã hóa dạng hệ thống (synstematic encoding) sẽ mã hóa thông báo thành từ
mã dạng hệ thống (systematic form) .
Mã hóa dạng chuẩn (standard encoding) sẽ mã hóa thông báo thành từ mã dạng chuẩn
(standard form)
Để mã hóa dạng hệ thống , ta biến đổi ma trận sinh thành ma trận sinh dạng hệ thống (systematic
generator matrix) . Từ cách mã hóa theo dạng hệ thống , ta dễ dàng suy ra ma trận sinh dạng hệ
thống phải có dạng
Ta chú ý là do hàng trong ma trận sinh luôn độc lập tuyến tính (vì nó tương ứng với k đa thức
có bậc từ đến ) nên việc biến đổi này luôn thực hiện được .
Ví dụ với ma trận sinh trong ví dụ 3 , ta sẽ đưa về dạng hệ thống bằng cách biến đổi :
11 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
12. Mã vòng 2009
Ta được
Hoàn toàn tương tự cho trường hợp của mã vòng dạng chuẩn , ta có thể biến đổi ma trận sinh
thành ma trận sinh dạng chuẩn (standard generator matrix) . Tuy nhiên do tính vòng của mã
vòng , ta có thể biến đổi từ ma trận sinh dạng hệ thống sang dạng chuẩn bằng cách dịch vòng
bit . Ma trận sinh dạng chuẩn có dạng sau
Với ma trận sinh dạng hệ thống lúc nãy , ta dịch vòng 4 bit để được ma trận sinh dạng chuẩn
3.3 Mã hóa thành từ mã hệ thống
Cũng giống như các loại mã tuyến tính khác , ta có thể mã hóa một thông báo thành từ mã hệ
thống bằng cách dùng ma trận sinh dạng hệ thống . Với mã vòng chúng ta có thể dùng cách sau
để mã hóa thông báo thành từ mã , trong đó
bit là các bit kiểm tra .
Gọi là đa thức thông báo (message polynomial) tương ứng với thông báo , vì bậc của
, chia cho ta được
Từ đây suy ra
Chú ý là bậc của , do là bội của nên nó là một từ mã .
Và để ý mã tương ứng với đa thức mã này có bit sau chính là bit thông báo . Đó chính là từ
mã dạng hệ thống tương ứng với thông báo .
Do tính chất vòng nên ta có thể tìm từ mã dạng chuẩn tương ứng với thông báo bằng cách dịch
vòng k bit từ mã dạng hệ thống tương ứng với .
Ví dụ 4
12 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
13. Mã vòng 2009
Với mã vòng trong ví dụ 3 , ta sẽ mã hóa thông báo thành từ mã hệ thống .
Đa thức tương ứng với là . Nhân với rồi chia cho
chúng ta được
Như vậy là đa thức mã và từ mã tương ứng là từ mã hệ
thống tương ứng với .
Dịch vòng bit , ta thu được từ mã chuẩn tương ứng với là .
3.4 Ma trận kiểm tra của mã vòng
Ta có thể tìm ma trận kiểm tra của mã vòng theo cách chung cho các loại mã tuyến tính dựa vào
định lý sau
Định lý : Nếu ma trận sinh của mã C(n,k) có dạng chuẩn thì
là ma trận kiểm tra của C . 1
Ví dụ
Với mã vòng có đa thức sinh và ma trận sinh dạng chuẩn
Suy ra ma trận kiểm tra là
Dựa vào tính chất của mã vòng , ta có thể tìm ma trận kiểm tra (parity check matrix) của mã
vòng theo một cách nhanh hơn như sau :
Trước hết , do là ước của nên ta có thể biểu diễn
Chúng ta gọi là đa thức kiểm tra (parity check polynomial) của mã .Để ý có bậc
và được biểu diễn như sau, trong đó
1
Định lý 8.2.8 tr 233 –Toán rời rạc nâng cao-Trần Ngọc Danh-NXB ĐHQG TP.HCM-2004
13 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
14. Mã vòng 2009
Gọi là đa thức mã tương ứng với từ mã ,
chúng ta có thể biểu diễn như sau , trong đó có bậc
Từ đó
Do có bậc nên các hệ số của trong bằng 0 . Ta có
thể tính được các hệ số này bằng cách khai triển các đa thức và , từ đó suy ra
đằng thức sau
Suy ra các tích vector sau bằng 0
Vì thế nếu chúng ta đặt
thì chúng ta suy ra . Từ đây suy ra là ma trận kiểm tra của mã vòng .
14 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
15. Mã vòng 2009
Ví dụ 5
Cho mã vòng có đa thức sinh là . Từ đây suy ra
Và chúng ta có ma trận kiểm tra của mã này như sau
3.5 Tính toán hội chứng và phát hiện lỗi
Giả sử là đa thức được gửi đi , còn là đa thức nhận được , chúng ta có thể viết
Với là đa thức tương ứng với lỗi xảy ra .
Đa thức hội chứng (syndrome polynomial) được định nghĩa bởi .
Với là đa thức sinh của mã vòng và có bậc , do đó bậc của , và sẽ
tương ứng với 1 từ nhị phân có độ dài .
Do là đa thức mã nên
Như vậy
Hay
Như vậy đa thức hội chứng chỉ phụ thuộc vào lỗi .
Để tìm đa thức hội chứng , đầu tiên ta định nghĩa ma trận như sau : là ma trận kích thước
, trong đó cột thứ , ký hiệu là chính là từ có độ dài tương ứng với
. Ta có thể nhận thấy chính là ma trận kiểm tra (parity check matrix ) 2
của mã vì với là một đa thức mã , ta có
Bây giờ , nếu là từ nhận được thì
2
Các ma trận kiểm tra H trong 3.4 và 3.5 đều có thể dùng để kiểm tra từ mã và tính toán hội chứng, ma trận kiểm tra
khác nhau sẽ cho ra hội chứng s khác nhau với cùng một lỗi, với mã vòng người ta thường dùng ma trận H trong 3.5
để tính hội chứng vì nó tương đương với cách tính bằng đa thức –vốn được dùng nhiều trong thiết kế mạch
15 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
16. Mã vòng 2009
Như vậy nếu và chỉ nếu là đa thức mã . Hơn nữa , nếu thì tương ứng
với đa thức .
Ví dụ 6
Với mã vòng sinh bởi đa thức . Như vậy , chúng ta tìm
như sau
Như vậy
16 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
17. Mã vòng 2009
Với từ nhận được , tương ứng với . Ta có
và .
3.6 Giải mã theo hội chứng
Trước tiên ta giới thiệu một số định nghĩa và định lý.
Định nghĩa 3
(i) Với 2 từ và . Khoảng cách giữa và là số vị trí
khác nhau của x và y ( nghĩa là số các sao cho ), ký hiệu .
(ii) Cho mã có ít nhất 2 từ , khoảng cách của được định nghĩa là
(iii) Trọng lượng của , ký hiệu , là số bit khác 0 của . Nói cách khác
với 0 là từ zero .
(iv) Qui tắc giải mã thích hợp tối đa : trong một kênh liên lạc với các từ trong mã
được truyền đi và là một từ nhận được thì được giải mã thành với là từ
mã thỏa
nhận /truyền ) = nhận /truyền )
(v) Cho là số nguyên dương và là một mã , ta nói hiệu chỉnh được lỗi nếu
được truyền đi và là từ nhận được sao cho thì được giải
mã thành theo qui tắc thích hợp tối đa .
Định lý 4
Mã hiệu chỉnh được lỗi nếu và chỉ nếu , nghĩa là nếu mã có khoảng
cách thì hiệu chỉnh đúng lỗi , ký hiệu [.] để chỉ phần nguyên .
Định lý sau đây sẽ giúp tính toán các hội chứng nhanh hơn
Định lý 7
Với là đa thức nhận được , hội chứng của , nghĩa là
là đa thức hội chứng của , nghĩa là
3
ĐN 8.1.6, 8.1.10, 8.2.3, 8.1.5, 8.1.13 Toán rời rạc nâng cao-Trần Ngọc Danh-NXB ĐHQG TP.HCM
4
ĐL 8.1.14 Toán rời rạc nâng cao –Trần Ngọc Danh-NXB ĐHQG TP.HCM
17 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
18. Mã vòng 2009
Ta có
Chứng minh
Với là dịch vòng 1 bit của ,
Như vậy
Để giải mã mã vòng , ta có thể tạo một bảng giải mã chuẩn (standard decoding array – SDA) ,
sau đó với một chuỗi nhận được , ta tính hội chứng của nó và sửa lỗi theo SDA.
Ví dụ 7
Với mã vòng có đa thức sinh là , mã này có khoảng cách nhỏ nhất
, do đó có thể hiệu chỉnh 1 đúng 1 lỗi . Tức là nếu lỗi xảy ra có trọng lượng bằng 1 thì
mã này có thể sửa được , nếu lỗi xảy ra tại nhiều hơn 1 bit thì không thể sửa được .
Như vậy những lỗi có thể sửa được của mã này là và các dịch vòng của nó .
Với
18 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
19. Mã vòng 2009
Với mã trên ta được bảng sau
Nếu đa thức ta nhận được là , thì hội chứng của nó là
Dựa vào SDA
được tìm ra như trên là từ mã thích hợp tối đa của .
Ta có thể lợi dụng tính chất của mã vòng đề xây dựng một thuật toán giải mã nhanh hơn mà
không cần phải tạo SDA .
Đầu tiên ta có , do đó ⇔ bậc nhỏ hơn bậc g .
Mặt khác ta có
Giả sử tồn tại sao cho có bậc nhỏ hơn bậc của , khi đó
19 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
20. Mã vòng 2009
Nếu mã hiệu chỉnh được lỗi , thì ta chỉ có thể sửa được những lỗi có trọng lượng nhỏ hơn hoặc
bằng , có nghĩa điều kiện để sửa lỗi là , hay
Từ những phân tích trên ta có một thuật toán để giải mã mã vòng như sau
1. Tính đa thức hội chứng , với là đa thức nhận được
2. Với mỗi , tính ( là hội chứng của dịch vòng thứ
của ) , lặp lại cho đến khi tìm được một có trọng lượng của , khi đó đa
thức lỗi thích hợp nhất là .
Chú ý là trong thuật toán trên , với một lỗi , ta giả sử tồn tại sao cho
có bậc nhỏ hơn . Rất có khả năng có một lỗi có trọng lượng nhỏ
hơn nhưng không thỏa tính chất này , đây là những lỗi có thể sửa được ( bằng SDA chẳng hạn)
nhưng không sửa được bằng thuật toán này , do đó đây là thuật toán không chính xác , nhưng
điểm mạnh của thuật toán này , ta có thể thiết kế các mạch giải mã rất dễ dàng và tốc độ thực thi
nhanh (do chủ yếu sử dụng các phép dịch bit) .
Ví dụ 8
Cho mã vòng có đa thức sinh , mã này có khoảng cách , do
đó hiệu chỉnh được 1 lỗi ( . Giả sử đa thức nhận được là , ta tính được
hội chứng của nó là
, vậy , suy ra
Như vậy là từ mã thích hợp tối đa của .
Ví dụ 9
Cho mã vòng có đa thức sinh là . Mã này có ,
như vậy mã này hiệu chỉnh lỗi . Tức là những lỗi có trọng lượng nhỏ hơn hoặc
bằng 2 đều có thể sửa được . Giải mã với từ nhận được . Đa thức
tương ứng là .
20 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp
21. Mã vòng 2009
Tính đa thức hội chứng
, vậy , suy ra
Như vậy
4. Tổng kết
Mã vòng là một loại mã tuyến tính đặc biệt , nhờ tính chất vòng của nó , việc sinh ra một mã
vòng , mã hóa , kiểm tra , giải mã đều được thực hiện dễ dàng , đặc biệt là việc thiết kế các mạch
mã hóa và giải mã cũng rất dễ, do đó nó là loại mã rất quan trọng trong lý thuyết thông tin.
Trong bài này , mã vòng được xây dựng trên một trường cụ thể là , tuy nhiên những gì ta xét
trong bài cũng hoàn toàn đúng cho mã vòng tổng quát được xây dựng trên trường , thậm chí
các phép chứng minh cũng hoàn toàn tương tự như vậy , chỉ có một ít khác biệt về dấu của các
đa thức trong một số khái niệm và chứng minh.
Có nhiều loại mã vòng đặc biệt được sử dụng rộng rãi trong thực tế, mỗi loại có tính chất và cách
xây dựng riêng . Và bài báo cáo này không tìm hiểu một loại mã cụ thể mà chỉ giới thiệu các tính
chất chung của mã vòng , cách xây dựng những mã vòng thông thường , cùng với cách mã hóa,
kiểm tra , và giải mã chúng. Đây là nền tảng để tìm hiểu những loại mã được sử dụng nhiều như
mã CRC , mã BHC , mã Reed-Solomon…
Hết !
21 Lê Đức Bằng – Nguyễn Quốc Cường – Chu Đông Thuyết – Đỗ Trọng Hợp