A Slide about turbo code - a channel coding, error-correcting coding

1. 1
Turbo Code
Cán bộ giảng dạy: TS. Nguyễn Văn Đức
Nhóm 3 lớp CHĐTVT 2006-2008 (tối):
Nguyễn Thành Công Vũ Minh Giang
Lê Ngọc Du Nguyễn Thanh Hải
Nguyễn Việt Dũng Nguyễn Việt Hoàng
Đỗ Trường Giang Bùi Hải Ninh

2. 2
Các nội dung chính
 Giới thiệu Turbo Code
 Cấu trúc bộ mã hóa và ví dụ về mã hóa
 Cấu trúc bộ giải mã và ví dụ về giải mã
 Ưu khuyết điểm của Turbo code
 Một vài ứng dụng của Turbo code

3. 3
Ai phát minh ra Turbo Code?
 Berrou, Glavieux và Thitimajshima giới
thiệu Turbo Code trong bài báo “Near
Shannon Limit error-correcting coding
and decoding: Turbo-codes” tại hội
nghị quốc tế về thông tin năm 1993.

4. 4
Đặc điểm chính của Turbo Code
 Được cấu thành từ các bộ mã xoắn có
tính hệ thống đệ quy
 Mã hóa mắc song song
 Sử dụng bộ hoán vị giả ngẫu nhiên
 Giải mã lặp

5. 5
HỆ THỐNG TURBO CODE

6. 6
 Sơ đồ khối bộ mã hóa Turbo
BỘ MÃ HÓA TURBO CODE
Convolutional encoder: Bộ mã xoắn.
P: bộ hoán vị (bộ cài xen) có chức năng ngẫu nhiên thứ tự các bit
bằng cách hoán vị khối dữ liệu vào N bit theo một trật tự nhất định.

7. 7
Cấu trúc bộ mã xoắn
Xn
Sn
Sn+1
Pn
0 00 00 0
1 00 01 1
0 01 11 1
1 01 10 0
0 10 01 0
1 10 00 1
0 11 10 1
1 11 11 0

8. 8
Các ý tưởng thiết kế bộ hoán vị
 Bộ hoán vị hàng-cột
 Bộ hoán vị xoắn lò xo
 Bộ hoán vị lẻ chẵn
 Bộ hoán vị giả ngẫu nhiên

9. 9
Bộ hoán vị hàng-cột
 Dữ liệu được ghi vào ma trận theo
hàng và được đọc ra theo cột

10. 10
Bộ hoán vị xoắn lò xo
 Dữ liệu ghi vào ma trận theo hàng và
đọc ra theo đường chéo

11. 11
Bộ hoán vị lẻ-chẵn
 Ban đầu giữ lại các các bít ở vị trí lẻ
theo đúng thứ tự xuất hiện của bit
 Hoán vị các bit vào theo phương pháp
hàng cột rồi giữ lại các bit ở vị trí chẵn
 Ghép 2 phần vừa lưu giữ ta thu được
từ mã tại đầu ra của bộ hoán vị.
x1
x2
x3
x4
x5
x6
x­7
x8
x9
x10
x11
x12
x13
x14
x15
x1
x6
x11
x2
x­7
x12
x3
x8
x13
x4
x9
x14
x5
x10
x15
x1
x6
x3
x2
x­5
x12
x7
x8
x9
x4
x11
x14
x13
x10
x15

12. 12
Bộ hoán vị giả ngẫu nhiên
 Hoán vị sử dụng bộ tạo số ngẫu nhiên
hoặc bảng tra cứu

13. 13
 Giả sử ta có một chuỗi bit vào là:
{X0,X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7}={1,1,0,0,1,0,1,0}
 Kết quả ta thu được lưới trạng thái sau:
 Chuỗi bít P1k đầu ra là: 10010110
Ví dụ: Mã hóa Turbo Code

14. 14
 Ta sử dụng một bộ hoán vị giả ngẫu nhiên có
quy luật đơn giản như sau:
Ví dụ: Mã hóa Turbo Code

15. 15
 Ta cho chuỗi bít sau khi đã hoán vị vào
bộ mã xoắn và thu được lưới sau:
Chuỗi bít P2k đầu ra là: 00110111
 Chuỗi bít ra sau khi ghép kênh là:
110 100 001 011 100 011 111 001
Ví dụ: Mã hóa Turbo Code

16. 16
Ánh xạ chuỗi bit ra

17. 17
GIẢI MÃ
Sơ đồ tổng quan của bộ giải mã

18. 18
GIẢI MÃ
Có hai giải thuật chính:
1. Viterbi
2. MAP (Maximum A-Posteriori Probability)
Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu giải thuật MAP:
- MAP là thuật toán giải mã tối ưu theo từng kí hiệu.
- MAP thực hiện khảo sát dãy kí hiệu thu và tính xác
suất đuôi của các bít thông tin đầu vào.
Giải thuật MAP
Giải thuật MAP
là gì???

19. 19
GIẢI THUẬT MAP
- Tín hiệu giải mã:
- Logarit của tỉ số xác suất hậu nghiệm:

20. 20
- Kết hợp lưới mã ta có:
GIẢI THUẬT MAP
sk: € S là trạng thái của bộ mã ở thời điểm k
S+
: là tập hợp các cặp (s’, s) tương ứng với tất cả các trạng thái chuyển
từ (sk-1 = s’) → (sk = s) do dữ lliệu đầu vào uk =+1.
S-
: là tập hợp các cặp (s’, s) tương ứng với tất cả các trạng thái chuyển
từ (sk-1 = s’) → (sk = s) do dữ lliệu đầu vào uk =-1.

21. 21
GIẢI THUẬT MAP

22. 22
GIẢI THUẬT MAP

23. 23
GIẢI THUẬT MAP

24. 24
GIẢI THUẬT MAP

25. 25
GIẢI THUẬT MAP

26. 26
Ví dụ:
Ví dụ về giải thuật MAP
Mã hóa dòng bit vào: 11001010
Chuỗi bit sau khi mã hóa là: 110 100 001 011 100 011 111 001
Sau đó ta thực hiện quá trình giải mã bằng thuật toán MAP.

27. 27
Ưu điểm của Turbo code
 Tiến gần đến giới hạn Shannon về tốc
độ thông tin tối đa có thể truyền qua
kênh nhiễu.
 Có thể giúp tăng tốc độ dữ liệu với
một mức công suất phát cho trước
hay nói cách khác là có thể giảm công
suất phát khi truyền tin ở một tốc độ
cho trước.

28. 28
Nhược điểm của turbo code
 Gây ra trễ lớn khi khung tin có kích
thước lớn.
 Hiệu suất truyền tín hiệu không cao
khi SNR lớn.
 Bộ giải mã phức tạp

29. 29
Một số ứng dụng của Turbo code
 Sử dụng rộng rãi trong thông tin di động 3G.
 Chuẩn truyền hình vệ tinh DVB-S trong tương lai
sẽ không sử dụng Reed-Solomon code nữa mà
thay bằng Turbo code.
 Công nghệ truyền hình di động mặt đất
MediaFLO của Qualcomm.
 802.16 của IEEE.
 Trong một vài nhiệm vụ của NASA như vệ tinh
giám sát sao Hỏa.
 …

30. 30
Tài liệu tham khảo
 Turbo_code_primer by VA at http://www.vashe.org
 Turbo code at
http://en.Wikipedia.Org/wiki/Turbo_code
 A Turbo Tutorial by Jakob Dahl Andersen, From
COM center Technical University of Denmark,
http://www.com.dtu.dk/staff/jda/pub.html
 Turbo Codes by Emilia Käsper ekasper, at
http://tcs.hut.fi
 Iterative Detection and Decoding
for Wireless Communications by Matthew Valenti
 Turbo Codes and
Iterative Processing by Matthew Valenti

31. 31
Cảm ơn mọi người
đã theo dõi