ციფრული კომუნიკაციები : შეცდომების მაკორექტირებელი კოდები უსადენო საკომუნიკაციო სისტემებისთვის

1. ციფრული კომუნიკაციები: შეცდომების მაკორექტირებელი კოდები უსადენო საკომუნიკაციო სისტემებისთვის

2. უსადენო კომუნიკაციები გეოლოკაცია/GPS ტელეფონები ტელე- და რადიოგადამცემი უსადენოინტერნეტი 911 სერვისი ტრანსპორტირება სასჯელაღსრულება სამხედრო

3. გადასაცემი ინფორმაციის ტიპები სურათი/ვიდეო სურათი/ვიდეო დატექსტი ფაილები/მონაცემები გადამცემი მიმღები საუბარი/მუსიკა ტექსტური შეტყობინება საუბარი/მუსიკა ფაილები/მონაცემები

4. საკომუნიკაციო სისტემის მაგალითი(სურათი) მოდულირებული ბინარული სიგნალი …110100… ბინარული სიგნალი …100101… ბინარული სიგნალი …100101… წყაროს დამშირფავი (encoder) წყაროს დეკოდერი გადამცემი მიმღები

5. ხმაური, ინტერფერენცია დასხვა პრობლემები საუბედუროდ, შეცდომების გამომწვევი მიზეზები უსადენო კომუნიკაციების არხშიშეიძლება იყოს: • სიგნალის მრავალმიმართულებიანი გავრცელება • სხვა საკომუნიკაციო მოწყობილობების ინტერფერენცია

6. როგორ წარმოიქმნება შეცდომები? გადასაცემი მონაცემთა ბიტები 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 გადასაცემი ტალღა მიღებული ტალღა მიღებული მონაცემთა ბიტები 1 0 1 1 010 0 1 . . .

7. ტექსტური შეტყობინების მაგალითი ხმაური & ინტერფერენცია …1001010 1010011100010010010110010… Fire at 100 Main St. წყაროს დამშირფავი გადამცემი …1011010 1011011000010100010100010… Fore as 140 Vain St@ წყაროს დეკოდერი მიმღები

8. საზოგადოება საიმედო კომუნიკაციის გარეშე • ტელეფონები ძნელია აწარმოო აზრიანი საუბარი • ტელე- და რადიო გადამცემები დაზიანებული გამოსახულება/მუსიკა შეამცირებს აუდიტორიას • უსადენო ინტერნეტი დაზიანებული ელ. წერილები საკრედიტო ბარათებით ვაჭრობის შეუძლებლობა გამაღიზიანებელია ინტერნეტში სერფინგი • გეოლოკაცია/GPS წარმატებები დანიშნულების ადგილას მიღწევაში!!!

9. საზოგადოება საიმედო კომუნიკაციის გარეშე(გაგრძ.) • 911 სერვისი პარამედიკები/მეხანძრეარასწორ მისამართზე მივლენ; სიცოცხლის და ქონების დაკარგვის საშიშროება • ტრანსპორტირება თვითმფრინავები ერთდროულად დაეშვებიან ასფრენ ბილიკზე გემების ოკეანეში დაჯახების საშიშროება • სასჯელაღსრულება ოფიცრები ვერ გამოიძახებენ დამატებით ძალებს სამხედრო სამხედროები არასწორი მიმართულებით გადაადგილდებიან

10. რა შეგვიძლია გავაკეთოთ? • უარი ვთქვათ უსადენო კომუკიკაციებზე. • ვიპოვოთ ხერხი შევამციროთ შეცდომები მიღებულ სიგნალში შეცდომების მაკორექტირებელი კოდირება ასევე ცნობილი როგორც არხის კოდირება

11. არხის კოდირება დამატებითი ბლოკები • არხის დამშიფრავიგადამცემ მხარეს • არხის დეკოდერიმიმღებ მხარეს წყაროს დამშირფავი არხის დამშიფრავი გადამცემი არხისდეკოდერი წყაროს დეკოდერი მიმღები

12. შეცდომების მაკორექტირებელი კოდირება • არხის დამშიფრავი: ვმართოთ საწყისი მონაცემები ისე, რომ შევამციროთ შეცდომების წარმოქმნის ალბათობა მიღებულ სიგნალში • არხის დეკოდერი: მიმღების მხარედაწერილია დამშიფრავთან კოორდინაციაშისაწყისი მონაცემების აღსადგენად • დამშიფრავიდეკოდერი წყვილის უსაზღვრო შესაძლებლობები და კონსტრუქციები. • შეცდომის ალბათობა შესაძლებელია მნიშვნელოვნად შევამციროთ გადაცემის სიჩქარის შემცირების ხარჯზე.

13. ჭარბიკოდირება • n-სიჭარბისკოდირებაში, ყოველი ბიტი კოდირდება nბიტში. • მაგალითისთვის, 3-მეტობისკოდირებისსქემაში, ‘0’ ბიტი კოდირდებაროგორც ‘000’ და ‘1’ ბიტი კიროგორც‘111’. • არხის დეკოდერიnბიტების ბლოკიდან ახდენს მონაცემების გენერაციას. (იხ. მაგალითი) 100 111000000 111000000 100 არხის დამშიფრავი არხის დეკოდერი

14. როგორ შეამცირებს ეს შეცდომებს? • დეკოდერი იღებს n ბიტიან ბლოკებს. (მაგალითში n=3) • დეკოდერი ელოდება, რომ ყველა n ბიტს აქვს ერთნაირი მნიშვენლობა. • როცა n ბიტს ბლოკში არა აქვს ერთნაირი მნიშვნელობა დეკოდერი ადგენს შეცდომას. • ზოგიერთი შეცდომა შესაძლებელია გასწორდეს. 000 0 001 0 არხის დეკოდერი 1 111 1 101

15. სიგნალისგადაცემისმაგალითისიგნალისგადაცემისმაგალითი 001011 000|000|111|000|111|111 არხის დამშიფრავი 6 ბიტი 18 კოდირებული ბიტი (3 ჭარბობა) 000011 010|001|100|100|011|011 არხის დეკოდერი 1/6 დეკოდირებული ბიტი დაზიანებულია 7/18 მიღებული ბიტი დაზიანებულია შეცდომები შემცირდა 7/18 ბიტიდან (38.89%) 1/6 ბიტებამდე (16.67%) ყურადღება მივაქციოთ, რომ ერთი ბიტი მაინც მოვიდა შეცდომით

16. კოდის მაკორეტქირებელი შესაძლებლობები დავუშვათ გადაეცემა ‘0’ ბიტი: 3-სიჭარბისკოდირებაში, გადასაცემია ‘000’ • 5-სიჭარბისკოდირებაში, გადასაცემია‘00000’ 3-სიჭარბისკოდირებასშეუძლია 1 ბიტის კორექცია დაშიფრულ სიტყვაში 5-სიჭარბისკოდირებასშეუძლია 2 ბიტის კორექცია დაშიფრულ სიტყვაში

17. კოდის მაკორეტქირებელი შესაძლებლობები(გაგრ.) • ძირითადი ფორმულა: n-სიჭარბისკოდირებასშეუძლია (n-1)/2 ბიტამდე კორექცია კოდში რაც უფრო დიდია n-ის მნიშვნელობა, მით უფრო დიდია კორექციის შესაძლებლობები რატომ არ ვიყენებთ n-ის ძალიან დიდ მნიშვნელობებს, მაგალითად 1,000,000 სიჭარბის კოდირებას?

18. ოპერაციის დროული შესრულება • დავუშვათ საკომუნიკაციო სისტემა მუშაობს 100 კილო ბიტი წამში სიჩქარით(kbps). • თუ გადასაცემი მონაცემია 10 ბიტი, არა კოდირებული სიგნალი გადაეცემა 10/100=0.1 წამში. • კოდირებული სიგნალი, რომელიც უფრო მეტ ბიტს შეიცავს უფრო დიდ დროს წაიღებს: 1 n 2 5 10 100 დრო (წამ) 0.1 1 0.2 0.5 10

19. კომერციულიგადაწყვეტილებაკომერციულიგადაწყვეტილება • თუ დაგვიანება ორიგინალურ(არა-კოდირებულ) სისტემაში ტოლია 1 მწმ. • ორიგინალური სისტემის შედეგია ბიტები 30%-იანი შეცდომა(BER). • შესაძლებელი გამოვიყენოთ დაშიფვრა რათა შევამციროთ BER 5%-მდე დროის დაყოვნების 10მწმ-მდე გაზრდით.ან შევამციროთ ის 0,2%-მდე დაყოვნების 2წმ-მდე გაზრდით. მხარეებს შორის დროის დაყოვნება

20. მგრძნობიარობის დაყოვნება • სხვადახვა დანართებს შეუძლიათ დაყოვნება ქონდეთ სხვადასხვა დონეზე ფაილის ჩატვირთვისას ან მეილის გაგზავნისას დასაშვებია 30 წმ-იანი დაყოვნება მოლაპარაკეთა მხარეებს შორის 30 წმ-იანი დაყოვნება მიუღებელია.განსაკუთრებით მაშინ როცა განსაკუთრებული სიტუაცია წარმოიქმნება. • ინჟინერ-კონსტრუქტორები გადაწყვეტილბას იღებენ თავისი დანართის მგრძნობიარობაზე და ხასიათზე დაყრდნობით

21. კონვოლუციური კოდირება • ასევე ამცირებს შეცდომებს საკომუნიკაციო სისტემებში • საშუალებას გვაძლევს შეცდომების უფრო ხარისხიანი კორექცა ვაწარმოოთ, ვიდრე n-ჭარბობის კოდირებაში. • m/nკონვოლუციურიდამშიფრავი თანმიმდევრული სისტემაა, რომელიც აგენერირებს n ბიტიან სიტყვას m ბიტიდან • კოდირებული სიგნალი გენერირ დება მრავალწევრებით და ორობითი შეკრებით

22. კონვოლუციური კოდერის მაგალითი • 1/3 დამშიფრავში შემდეგი მრავალწევრით: G1 = (1,0,1), G2 = (0,1,1), & G3 = (1,1,0). ყოველი x(i) ბიტი შეესაბამება 3-ბიტიან კოდს y1(i)y2(i)y3(i), სადაც: • x(i), x(i-1), დაx(i-2) წარმოადგენს ახლანდელს, წინანდელს და დაყოვნების შემავალ პარამეტრებს • დავუშვათ სისტემა თავდაპირველად დარესეტებულია ‘0’ -ზე.

23. მაგალითი (გაგრ.) • x(i-1), x(i-2) თავდაპირველი მნიშვნელობებია 0,0 თუ ბიტი x(i)=0, გამომავალია y=000 თუ ბიტი x(i)=1, გამომავალია y=101 • მეორე ბიტისთვის: თუ პირველი ბიტი იყო 1, x(i-1), x(i-2) იქნებიან 1,0 თუმეორე ბიტი x(i)=0, გამომავალი იქნება y=011 თუმეორე ბიტი x(i)=1, გამომავალი იქნება y=110 თუ პირველი ბიტი იყო 0, x(i-1), x(i-2) არის 0,0 თუმეორე ბიტი x(i)=0, გამომავალი იქნება y=000 თუმეორე ბიტი x(i)=1, გამომავალი იქნება y=101 ეს მიდგომა შეიძლება გამოყენებული იქნას დიაგრამის ასაგებად:

24. X(i)=0 X(i)=0 X(i)=1 X(i)=0 X(i)=0 X(i)=1 X(i)=1 X(i)=0 X(i)=0 X(i)=1 X(i)=1 X(i)=0 X(i)=1 X(i)=1

25. მაგალითი (გაგრ.) • რახან ყოველი კოდირებული სიტყვა შექმნილია სამი ბიტისგან x(i,i-1,i-2), დეკოდერი კითხულობს კოდირებულ სიტყვას რომელიც წარმოდგენილია 3 ბიტისგან. • კოდი რომელიც შეესაბამება 3 ბიტს არის 9 ბიტიანი კოდი • როგორც ხეზეა წარმოდგენილი არის მხოლოდ 8 კორექტული მიმდევრობა: მიღებული კოდი: 110 110 010 მინიმალური შეუსაბამობა

26. კონვოლუციური კოდერის სტრუქტურა • ყოველ დამშიფრავს შეესაბამება სხავადასვა ხის დიაგრამა. • კოდირების სხვადახვა კოეფიციენტები და გენერატორის სხავადსხვა პოლინომებიშედეგად გვაძლევს სხავადსხვა მაკორექტირებელ ეფექტს. • კონვოლუციური კოდერი 2 ანმეტი ვარგისიკოდის მიმდევრობით, რომელიც გაყოფილია 1 ბიტით არის წმინდა კოდერი. • უკეთესია კონვოლუციური კოდერი სადაც ვარგისი კოდის მიმდევრობამნიშვნელოვნად დაყოფილია/განსხვავებულიაერთმანეთისგან

27. ვარგისი კოდის მიმდევრობის თანმიმდევრული დანაყოფები 2 4 4 2 6 etc 4 2 4 2

28. მნიშვნელოვანი განმარტებები • მოდელირება ვიპოვოთ მათემატიკური განტოლება, რომელიც აღწერს ფიზიკური სისტემის ქცევას. • კომპიუტერული სიმულაცია მათემატიკური მოდელის გამოყენება რეალური პროცესის იმიტაციისთვის. ჩვეულებრივ გამოიყენება ალტერნატიური დიზაინის ეფექტურობის შესაფასებლად. • Matlab ციფრული გამოთვლებისა და პროგრამირების გარემო. ფართოდ გამოიყენება კომპიუტერულ მოდელირებაში.

29. კომპიუტერული მოდელირება გადამცემი მიმღები • Blocks expected from you: • დამშიფრავი • დეკოდერი • Simulation blocks supplied by the instructor: • Image to binary კონვერტერი • გადამცემი • საკომუნიკაციო არხი • მიმღები • Binary to image კონვერტერი

30. Real-life System • Simulation blocks supplied by the instructor: • Image to binary კონვერტერი • მიმგღები ინტერფეისი • გადამცემიინტერფეისი • Binary to image კონვერტერი • Blocks expected from you: • დამშიფრავი • დეკოდერი გადამცემი, მიმღები, დაარხი რეალური და არა სიმულაციური

31. პროექტი • გაეცანით Matlab-ის გარემოს • გავეცნოთ დატანებულ სიმულაციის ბლოკებს, რათა გავეცნოთ Matlab-ის დაპროგრამების ენას. (ძალიან გავს C-ს) • ორი მათლაბის კოდის დაწერა დამშიფრავისა და დეკოდერის სიმულაციისთვის n-ჭარბობის სქემის გამოყენებით. • სიმულაციის გაშვება n-ის სხვადასხვა მნიშვნელობებისთვის, რათა დავაკვირდეთ სისტემის სიმძლავრეს და გადაცემის სიჩქარეს.

32. პროექტი(გაგრძ.) • BER მწამოებლობის და nკოფიციენტისდამოკიდებულებისგრაფიკის შექმნა. • დამუშავების დროის და ნ კოეფიციენტის დამოკიდებულების გრაფიკის შექმნა. • კონვოლუციური კოდირების სისტემის შექმნა. BER-ისდაჩვენი სისტემის შესაბამისი დამუშავების დროის პოვნა.

33. შეკითხვები?