Thông tin tài liệu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu cải thiện phẩm chất hệ thống thông tin vô tuyến hỗn loạn sử dụng số mã hóa hốn vị NGƠ HỒNG ĐỨC ANH ducanhngohoang@gmail.com Ngành Kỹ thuật viễn thông Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Xuân Quyền Chữ ký GVHD Viện: Điện Tử Viễn Thơng HÀ NỘI, 12/2021 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Ngơ Hồng Đức Anh Đề tài luận văn : Nghiên cứu cải thiện phẩm chất hệ thống thông tin vô tuyến hỗn loạn sử dụng số mã hóa hốn vị Chun ngành : Kỹ Thuật Viễn Thông Mã số SV : CB190166 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày… .………… với nội dung sau: …………………………………………………………………………… ……………………… ……………………………………………………… …………………………………………… ………………………………… ………………………………………………………………… …………… ………………………………………………………………………………… …… ………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………… Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu cải thiện phẩm chất hệ thống thông tin vô tuyến hỗn loạn sử dụng số mã hóa hốn vị Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên LỜI CẢM ƠN Đề hoàn thành luận văn này, xin chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy PGS.TS Nguyễn Xuân Quyền tận tình hướng dẫn, bảo động viên tơi lúc khó khăn để tơi hồn thiện tốt luận văn Ngồi ra,tơi xin cảm ơn tồn thể thầy cô Viện Điện Tử Viễn Thông, Viện Đào Tạo Sau Đại Học nói riêng Trường Đại Học Bách Khoa nói chung cho tơi kiến thức, học kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập rèn luyện trường Tiếp theo, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới tồn thể thầy giáo viện Điện Tử Viễn Thông, Đại Học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình hướng dẫn, giải đáp thắc mắc Tôi xin cảm ơn bạn học lớp Cao học, anh chị, bạn bè, đồng nghiệp tơi có đóng góp giúp tơi hồn chỉnh luận văn Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bậc sinh thành, cha mẹ, ông bà, người nuôi dạy tơi khơn lớn hồn thành chương trình học Những hi sinh, khó khăn vất vả bố mẹ động lực để tơi hồn thành luận văn TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật nhu cầu chất lượng dịch vụ ngày tăng cao, nhiều kỹ thuật phương pháp điều chế tín hiệu đời, bật phương pháp khóa dịch pha hỗn loạn vi sai (DCSK) Với khả hoạt động tốt kênh truyền bị ảnh hưởng nhiễu, fading đa đường, hầu hết hệ thống hỗn loạn đề xuất cho thông tin vô tuyến dựa cải tiến mở rộng từ DCSK Tuy nhiên, DCSK chưa phải hệ thống tối ưu, mặt hiệu sử dụng phổ hiệu sử dụng lượng Vì thế, phương pháp điều chế DCSK mã hóa hốn vị theo số ( CCI-DCSK) phương pháp đề xuất, chèn thêm vài mapped bit trình truyền CCI-DCSK đem lại hiệu sử dụng lượng hiệu sử dụng phổ cao phương pháp DCSK thông thường cách chèn thêm số lượng bit số lần truyền Nhằm phát huy ưu điểm phương pháp CCI-DCSK, tiến hành kết hợp với phương pháp DCSK hiệu cao( HE-DCSK) ( phương pháp cải tiến DCSK) tạo phương pháp DCSK hốn vị theo số có hiệu cao (HE-CCI-DCSK) Với mục đích tính tốn hiệu hệ thống đề xuất so sánh chúng với hiệu hệ thống khác, luận văn tốt nghiệp nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu cải thiện phẩm chất hệ thống thông tin vô tuyến hỗn loạn sử dụng số mã hóa hốn vị ” Luận văn nghiên cứu đề xuất phương pháp điều chế tín hiệu HE-CCIDCSK, phương pháp cải tiến so phương pháp CCI-DCSK, HE-DCSK DCSK , phương pháp điều chế tín hiệu hỗn loạn phổ biến Luận văn cho thấy ưu điểm điều chế tín hiệu hỗn loạn, từ giải thích đề tài điều chế hỗn loạn đề tài quan tâm phổ biến thông tin số MỤC LỤC CHƯƠNG Hỗn loạn ứng dụng hỗn loạn điều chế tín hiệu 11 1.1 Khái niệm hỗn loạn 11 1.2 Dạng sóng 12 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.2.1 Triển khai hàm hỗn loạn .14 1.2.2 Lọc nhiễu cho tín hiệu hỗn loạn 15 Đồng tín hiệu hỗn loạn 16 1.3.1 Đồng đặc tính động hỗn loạn 16 1.3.2 Đồng hỗn loạn ứng dụng truyền thông 17 Các hệ thống thông tin hỗn loạn đồng 18 1.4.1 Các hệ thống tương tự 18 1.4.2 Các hệ thống số 18 1.4.3 Các hệ thống tương tự 20 1.4.4 Các hệ thống số 21 Các hệ hỗn loạn thường gặp 24 1.5.1 Hệ hỗn loạn Logistic Map 24 1.5.2 Hệ hỗn loạn Cubic map 24 1.5.3 Hệ hỗn loạn Chebyshev map 24 Kênh Nagakami, đặc điểm ý nghĩa thực tế 25 1.6.1 Đặc điểm .25 1.6.2 Thuật toán Nagakami 25 1.6.3 Khi fading Nagakami xảy 26 Hoán vị thông tin vô tuyến .26 1.7.1 Sự cần thiết hoán vị .26 1.7.2 Cách hoán vị .27 1.7.3 Ưu điểm việc hoán vị 28 Ứng dụng hỗn loạn điều chế tín hiệu 28 1.8.1 Điều chế tương tự .28 1.8.2 Điều chế số 29 1.8.3 Trải phổ chuỗi trực tiếp 29 Kết luận .29 CHƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ KHÓA HỖN LOẠN VI SAI (DCSK) .31 2.1 Giới thiệu 31 2.2 Điều chế khóa dịch hỗn loạn vi sai (DCSK) .32 2.3 2.4 2.5 2.2.1 Khái niệm 32 2.2.2 Sơ đồ hệ thống DCSK 32 Phương pháp CCI-DCSK 33 2.3.1 Khái niệm 33 2.3.2 Sơ đồ khối CCI-DCSK .34 Điều chế khóa dịch loạn vi sai hiệu suất cao (HE-DCSK) 36 2.4.1 Khái niệm 36 2.4.2 Sơ đồ hệ thống HE- DCSK .36 Hệ thống MIMO – DCSK 38 2.5.1 MIMO 38 2.5.2 Sơ đồ tổng quan hệ thống điều chế giải điều chế qua kênh MIMO sử dụng mã hóa STBC Alamouti 41 2.6 Mơ hình tốn học hệ thống MIMO-DCSK 42 2.7 Kết luận .43 CHƯƠNG Đề xuất hệ thống HE-CCI-DCSK so sánh 44 3.1 Đề xuất hệ thống HE_CCI-DCSK 44 3.1.1 Ý tưởng thực .44 3.1.2 Mơ hình HE-CCI-DCSK 44 3.2 So sánh thông số phương pháp HE-CCI-DCSK phương pháp CCI-DCSK thông thường 46 3.2.1 Về tốc độ bit 46 3.2.2 Về lượng bit .46 3.3 Tính tốn hiệu BER hệ thống đề xuất qua kênh Nakagami với hệ số trải phổ khác : 48 3.4 So sánh hiệu BER hai HE-CCI-DCSK CCI-DCSK ; HEDCSK qua kênh nhiễu trắng AWGN ,Nakagami Fading, kênh Rayleigh, Rician sử dụng công cụ MATLAB 49 3.5 Kết luận phương pháp HE-CCI-DCSK 51 Kết luận 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Biến đổi theo thời gian dạng sóng hệ lorenz hỗn loạn 12 Hình 1.2 Biến đổi theo thời gian rời rạc biến trạng thái hệ logistic map, cubic map, chebyshev, symmetric ten map hỗn loạn 13 Hình 1.3 Biến đổi theo thời gian biến x(t) với hai điều kiện khởi động sai khác nhỏ hệ Lorenz hỗn loạn 13 Hình 1.4 Vùng hút hệ hỗn loạn Lorenz không gian pha (x, y, z) 14 Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống CDSSS: (a) máy phát, (b) máy thu .19 Hình 1.6 Sơ đồ khối hệ thống CDS-CDMA với K user 19 Hình 1.7 Fading tín hiệu đa đường .22 Hình 1.8 Mật độ phổ tín hiệu thu 23 Hình 1.9 Hàm PDF Nagakami fading .25 Hình 1.10 Hàm CDF Nagakami 26 Hình 1.11 Tín hiệu qua từ mã .27 Hình 1.12 Tín hiệu sau chuyền dạng khối .27 Hình 1.13 Tín hiệu sau hoán vị chuỗi 27 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống DCSK (a) máy phát .32 Hình 2.2 Sơ đồ điều chế giải điều chế hệ thống CCI-DCSK 34 Hình 2.3 Mơ kỹ thuật chèn bit CCI 35 Hình 2.4 Sơ đồ điều chế giải điều chế phương pháp điều chế HE-DCSK 37 Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống MIMO điển hình 38 Hình 2.6 Sơ đồ Alamouti sử dụng anten phát anten thu 41 Hình 2.7 Sơ đồ điều chế MIMO-DCSK 42 Hình 2.8 Sơ đồ giải điều chế MIMO-DCSK 42 Hình 3.1 Sơ đồ điêu chế HE-CCI-DCSK 44 Hình 3.2 Sơ đồ giải điều chế phương pháp HE-CCI-DCSK .45 Hình 3.3 Tỉ lệ lỗi bit (BER) 3-CCI-HE-DCSK hệ số trải phổ khác kênh Nakagami (beta 1/2 hệ số trải phổ) 48 Hình 3.4 Tỉ lệ lỗi bit (BER) 3-CCI-DCSK, 3-CCI-HE-DCSK, HE-DCSK với tỉ số Eb/N0 khác kênh nhiễu trắng β=128 49 Hình 3.5 Tỉ lệ lỗi bit (BER) 3-CCI-DCSK, 3-CCI-HE-DCSK, HE-DCSK với tỉ số Eb/N0 khác kênh Nakagami β=128 50 Hình 3.6 Tỉ lệ lỗi bit (BER) 3-CCI-DCSK, 3-CCI-HE-DCSK, HE-DCSK với tỉ số Eb/N0 khác kênh Rician β=128 50 Hình 3.7 Tỉ lệ lỗi bit (BER) 3-CCI-DCSK, 3-CCI-HE-DCSK, HE-DCSK với tỉ số Eb/N0 khác kênh Rayleigh β=128 .51 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AWGN Cụm từ tiếng Anh Cụm từ tiếng Việt Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate Nhiễu Gausian trắng cộng tính Tỷ lệ lỗi bit CCIDCSK CDSCDMA Commutation Code Index DCSK DCSK mã hóa hốn vị theo số Chaotic Direct Sequence-Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã hỗn loạn trực tiếp CDSSS Chaotic Direct-Sequence/Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng chuỗi hỗn loạn CPF Chebyshev Polynomial Function Hàm đa thức Chebyshev PDF Probability density function Hàm mật độ xác suất MIMO Multiple in multiple out Đa đầu vào đa đầu DCSK Differential Chaos Shift Keying Khóa dịch hỗn loạn vi sai FMDCSK Frequency Modulated-Differential Chaos Shift Keying Khóa dịch hỗn loạn vi sai điều tần I-DCSK Improved-Differential Chaos Shift Keying Khóa dịch hỗn loạn vi sai cải tiến HEDCSK High Efficiency-Differential Chaos Shift Keying Khóa dịch hỗn loạn vi sai-hiệu cao DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DSSS Direct-Sequence Spread-Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp IM Index Modulation Biến đổi số ISI Intersymbol Interference Nhiễu liên kí tự COOK Chaotic On/Off Keying Khóa tắt/mở hỗn loạn NRZ Non Return to Zero Không trở không BW Bandwidth Băng thông SS Orthogonal frequency division multiplexing Spread spectrum DCSK Multilevel trực giao Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Trải phổ SF Spreading Factor Hệ số trải phổ SNR Signal Noise Rate Tỷ số tín hiệu tạp âm S/P Series/Parallel Nối tiếp/Song song RF Radio Frequency Tần số vô tuyến OMDCSK OFDM Orthogonal Multilevel DCSK 10 CMIMO MW log (1 ) M N M NW log (1 ) M N N 2.15 Xem xét công thức (3.2) thấy dung lượng kênh MIMO tăng tuyến tính theo số anten phát thu đạt đến r = min(M,N) lần dung lượng kênh truyền SISO 2.5.1.3 Mã hóa khơng gian thời gian a, Khái niệm phân loại Mã hóa khơng gian-thời gian phương pháp mã hóa cho hệ thống phân tập phát Phương pháp mã hóa khơng gian-thời gian đưa đồng thời tương quan hai miền không gian thời gian vào tín hiệu phát, kết hợp với kỹ thuật tách tín hiệu máy thu nhằm đạt độ lợi phân tập độ lợi mã hóa Mã khơng gian thời gian phân loại thành hai loại: mã khối không gian-thời gian (STBC: Space-Time Block Code) mã lưới không gian-thời gian (STTC: Space-Time Trellis Code) Mã STBC có ưu điểm thiết kế giải mã đơn giản Tuy nhiên, mã STBC lại cung cấp độ lợi phân tập phát mà không cung cấp độ lợi mã hóa Ngược lại, mã STTC cho phép thu độ lợi phân tập mã hóa, việc thiết kế giải mã lại phức tạp Trong sơ đồ mã hóa khơng gian-thời gian phương pháp STBC Alamouti đề xuất năm 1998 [] đánh giá phương pháp hiệu Phương pháp Alamouti sử dụng phương pháp mã hóa giải mã đơn giản, nhiên lại cho phép đạt đầy đủ tốc độ mã độ phân tập cho tín hiệu phức b, Sơ đồ Alamouti Giả sử có chuỗi truyền dẫn 𝑠1 , 𝑠2 , 𝑠3 Trong truyền tin bình thường, máy phát gửi 𝑠1 khe thời gian đầu tiên, 𝑠2 khe thời gian thứ hai, 𝑠3 , 𝑠4 khe thời gian Tuy nhiên, Alamouti cho nhóm biểu tượng vào nhóm có hai kí tự Trong khe thời gian đầu tiên, gửi 𝑠1 𝑠2 từ anten thứ hai Trong khe thời gian thứ hai gửi −𝑠2∗ 𝑠1∗ đến anten thứ hai Trong khe thời gian ta mã hóa tương tự hết Chú ý nhóm hai biểu tượng, cần có hai khe thời gian để gửi hai biểu tượng Vậy việc mã hóa kí tự tạo thành ma trận truyền sau: s s s2 s2* s1* 2.16 40 2.5.2 Sơ đồ tổng quan hệ thống điều chế giải điều chế qua kênh MIMO sử dụng mã hóa STBC Alamouti Hình 2.6 Sơ đồ Alamouti sử dụng anten phát anten thu Hình 3.1 trình bày hệ thống MIMO tổng quan sử dụng anten phát anten thu sử dụng mã hóa Alamouti, sau truyền tín hiệu anten, máy thu nhận tín hiệu khe thời gian là: r1 r2 h1 s h2 s2 s2* n1 s1* n2 Trong ℎ1 , ℎ2 hệ số kênh truyền, 𝑛1 , 𝑛2 nhiễu trắng Sau ước lượng hệ số kênh truyền, ta ước lượng bit 𝑠1 , 𝑠2 sau: s1 h1*r1 h2 r2* (h12 h22 ) s1 h1*n1 h2 n2* * * 2 * * s2 h2 r1 h1 r2 (h1 h2 ) s2 h1 n2 h2 n1 2.17 Ta tìm giá trị 𝑠1 𝑠2 việc áp dụng qui tắc Maximum Likelihood cho ký tự riêng lẻ 𝑠̅1 , 𝑠̅2 41 2.6 Mơ hình toán học hệ thống MIMO-DCSK Hệ thống MIMO-DCSK giáo sư Kaddoum đề xuất vào năm 2011.Mơ hình sử dụng mã hóa khơng gian thời gian Alamouti với anten phát anten thu Sơ đồ hệ thống Hình 2.7 Sơ đồ điều chế MIMO-DCSK Hình 2.8 Sơ đồ giải điều chế MIMO-DCSK 42 2.7 Kết luận chương Chương nêu phương pháp điều chế giải điều chế sô không liên kết dựa hỗn loạn, phương pháp DCSK, HE-DCSK, CCI-DCSK MIMO-DCSK Chương nêu lên kiến thức tảng việc điều chế giải điều chế truyền thông số hỗn loạn, sở kiến thức để đến với chương 3, cải tiến hiệu cách kết hợp phương pháp để có phương pháp HE-CCI-DCSK 43 CHƯƠNG Đề xuất hệ thống HE-CCI-DCSK so sánh với phương pháp có sử dụng Giới Thiệu Chương Thời gian gần đây, quan tâm nhà khoa học phương pháp điều chế số dựa hỗn loạn không liên kết ngày tăng lên Ngoài việc cải tiến hiệu phương pháp DCSK truyền thống, đời phương pháp CCI-DCSK HE-DCSK nghiên cứu với ưu điểm công suất hiệu tỉ lệ lỗi bit so với phương pháp thông thường Trong chương này, luận văn đề xuất hệ thống HE-CCI-DCSK MIMO-HECCI-DCSK Mục đích hệ thống cải thiện lượng bit, tăng tốc độ bit tăng hiệu suất sử dụng phổ 3.1 Đề xuất hệ thống HE_CCI-DCSK 3.1.1 Ý tưởng thực Để cải tiến hiệu hệ thống CCI-DCSK ta kết hợp thêm đặc điểm ưu việt hệ thống HE-DCSK Mơ hình dễ thấy cải tiến tốc độ bit gấp lần so với mơ hình CCI-DCSK 3.1.2 Mơ hình HE-CCI-DCSK Hình 3.1 Sơ đồ điêu chế HE-CCI-DCSK 44 Bộ phát hỗn loạn Hình 3.2 Sơ đồ giải điều chế phương pháp HE-CCI-DCSK Tín hiệu đầu điều chế lần điều chế thứ i : xi , k 0 si b2i 1C1,i , j ( xi ,delay ) b2i C2,i , j ( xi ,delay ) k 3.1 2 Trong đó: - 𝐶1,𝑖,𝑗 ( ) 𝐶2,𝑖,𝑗 ( ) phép toán hoán vị thứ j khung liệu thứ i, 𝑗 ∈ [1,2, … , 2𝑝 ] [15] - 𝑥𝑖 = [𝑥𝑖,1 , 𝑥𝑖,2 𝑥𝑖,3 , … 𝑥𝑘 … 𝑥𝑖,𝛽 ] vector chứa tín hiệu hỗn loạn mà phát hỗn loạn tạo lần điều chế thứ i, k số thứ tự hỗn loạn vector - 𝑥𝑖,𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦𝛽 𝑥𝑖,𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦3𝛽 vector chứa tín hiệu hỗn loạn đầu delayβ delay3β điều chế Sau qua kênh Nakagami, tác động nhiễu trắng, tín hiệu đầu thu giải điều chế có dạng sau: i si i k 0 ri i si i b2i 1C1,i , j ( xi ,delay ) b2i C2,i , j ( xi ,delay ) i k 2 3.2 Với 𝛼𝑖 hệ số kênh Nakagami lần truyền bit thứ i, 𝒏𝒊 vector nhiễu trắng Ở giải điều chế, tín hiệu tách đường, đường tín hiệu thu 𝑟𝑖 , đường cịn lại tín hiệu qua trễ delayβ delay3β tín hiệu 𝑟𝑖,𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦𝛽 𝑟𝑖,𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦3𝛽 Sau tín hiệu sau delay hoán vị lại với tất hoán vị lấy tương quan với tín hiệu 𝑟𝑖 ,trên đường thu 2𝑝 số biến định mô tả sau: 45 Đường delay β T D1,i ,m rC i 1,i , m ( ri , delay ) ( i b2 i 1C1,i , j ( xi , delay ) b2 i C2,i , j ( xi , delay ) i ) 3.3 * i C1,i ,m ( xi ,delay ni ,delay )T với ( )𝑇 phép toán hoán vị ma trận Để giải mã mapped bit, 2𝑝 biến định thu đường so sánh giá trị tuyệt để tìm biến định có giá trị cao nhất, vị trí biến định trị số thập phân p bit số điều chế : ^ j arg max m ( D1,i ,m ), m 1, 2, p 3.4 Sau mod bit giải mã cách lấy ngưỡng biến định có giá trị lớn thu với mức không 3.5 b2i 1 sign( D ) ^ 1,i , j Ở đường delay3β, mod bit mapped bit đước giải điều chế cách tương tự 3.2 So sánh thông số phương pháp HE-CCI-DCSK phương pháp CCI-DCSK thông thường 3.2.1 Về tốc độ bit Dễ nhận thấy phương pháp HE-CCI-DCSK khe thời gian truyền bit điều chế 4p mapped bits Trong với phương pháp CCI-DCSK khe thời gian truyền bit điều chế 2p mapped bits Như tốc độ bit phương pháp HE-CCI-DCSK tăng gấp đôi 3.2.2 Về lượng bit CCI-HE-DCSK: Năng lượng symbol: 𝐸𝑠 = 𝐸𝑟𝑒𝑓 + 𝐸𝑑𝑎𝑡 Năng lượng tín hiệu tham chiếu: 𝐸𝑟𝑒𝑓 = 𝛽𝐸[𝑥𝑘2 ] Năng lượng tín hiệu mang liệu: 𝐸𝑑𝑎𝑡 = 2𝛽𝐸[𝑥𝑘2 ] Năng lượng bit: 𝐸𝑏 = 𝐸𝑠 𝑝 = (𝐸𝑟𝑒𝑓 +𝐸𝑑𝑎𝑡 ) 𝑝 = 3𝛽𝐸[𝑥𝑘2] 𝑝 3.6 46 Với 𝐸𝑟𝑒𝑓 lượng phần tham chiếu, 𝐸𝑑𝑎𝑡 lượng phần mang liệu symbol số chip tạo hỗn loạn tạo symbol, hệ số trải phổ CCI-HE-DCSK E xk2 lượng trung bình chip 𝑝 (𝑡ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑏𝑖𝑡 đ𝑖ề𝑢 𝑐ℎế) = 𝑝𝑚𝑜𝑑 + 𝑝𝑚𝑎𝑝 Đối với CCI-DCSK số chip tạo hỗn loạn tạo symbol, với beta CCI-HE- DCSK Hệ số trải phổ /2 Tổng số bit điều chế p/2.[11] Năng lượng symbol = 2𝛽𝐸[𝑥𝑘2 ] Năng lượng bit = 𝐸𝑏 = 𝐸𝑠 𝑝 = 2𝛽𝐸[𝑥𝑘2 ] 𝑝/2 = 4𝛽𝐸[𝑥𝑘2 ] 𝑝 3.7 So sánh 3.15 3.16 ta thấy Eb HE-CCI-DCSK so với Eb CCIDCSK Vì để truyền bit hệ thống cần tiêu tốn lượng so với CCI-DCSK thông thường Như hệ thống HE-CCI-DCSK lợi mặt hiệu sử dụng lượng so ví hệ thống CCI-DCSK thơng thường so sánh với beta 47 3.3 Tính tốn hiệu BER hệ thống đề xuất qua kênh Nakagami với hệ số trải phổ khác : Tỉ lệ lỗi bit sử dụng để định lượng kênh mang liệu cách đếm tỉ lệ lỗi chuỗi liệu Nó sử dụng viễn thơng Tỉ lệ lỗi bit tham số sử dụng để đánh giá hệ thống truyền liệu kỹ thuật số từ vị trí đến vị trí khác : BER = số lỗi / tổng số bit truyền 3.8 Hình 3.4 mơ hiệu HE-CCI-DCSK qua kênh Nakagami có thơng số : m=2 omega =2 (m thơng số hình dạng omega thông số điều khiển độ lan truyền) 3-CCI-HE-DCSK over Nakagami 10 -1 BER 10 -2 10 -3 10 Simulation EbN0 = 5dB Simulation EbN0 = 8dB Simulation EbN0 = 12dB -4 10 20 40 60 80 beta 100 120 140 160 Hình 3.3 Tỉ lệ lỗi bit (BER) 3-CCI-HE-DCSK hệ số trải phổ khác kênh Nakagami (beta 1/2 hệ số trải phổ) Ta thấy với EbN0 khác BER đạt cực tiểu với hệ số trải phổ 1.Với Eb/N0= 5dB BER đạt giá trị cực tiểu beta =18 hệ số trải phỏ 36 2.Với Eb/N0= 8dB BER đạt giá trị cực tiểu beta =30 hệ số trải phỏ 60 3.Với Eb/N0= 12dB BER đạt giá trị cực tiểu beta =70 hệ số trải phỏ 140 48 3.4 So sánh hiệu BER hai HE-CCI-DCSK CCI-DCSK ; HEDCSK qua kênh nhiễu trắng AWGN ,Nakagami Fading, kênh Rayleigh, Rician sử dụng công cụ MATLAB Tiến hành khảo sát so sánh tỉ lệ lỗi bit BER HE-CCI-DCSK với hệ thống HE-DCSK, CCI-DCSK, DCSK qua môi trường kênh khác ta thu kết : Hình 3.4 Tỉ lệ lỗi bit (BER) 3-CCI-DCSK, 3-CCI-HE-DCSK, HE-DCSK với tỉ số Eb/N0 khác kênh nhiễu trắng β=128 Tiến hành khảo sát so sánh tỉ lệ lỗi bit BER HE-CCI-DCSK CCIDCSK qua kênh Nakagami fading(m=2 omega =2 )-(m thơng số hình dạng omega thông số điều khiển độ lan truyền) ta thu kết sau : 49 Hình 3.5 Tỉ lệ lỗi bit (BER) 3-CCI-DCSK, 3-CCI-HE-DCSK, HE-DCSK với tỉ số Eb/N0 khác kênh Nakagami β=128 Hình 3.6 Tỉ lệ lỗi bit (BER) 3-CCI-DCSK, 3-CCI-HE-DCSK, HE-DCSK với tỉ số Eb/N0 khác kênh Rician β=128 50 Hình 3.7 Tỉ lệ lỗi bit (BER) 3-CCI-DCSK, 3-CCI-HE-DCSK, HE-DCSK với tỉ số Eb/N0 khác kênh Rayleigh β=128 Chúng ta thấy hệ thống phức tạp hơn, hiệu tỉ lệ lỗi bit BER hệ thống HE-CCI-DCSK CCI-DCSK HE-DCSK khơng có chênh lệch nhiều điều kiến kênh Rayleigh, kênh Rician, kênh nhiễu trắng kênh Nakagami Vì thế, hiệu BER hệ thống HE-CCI-DCSK so với hệ thống CCI-DCSK khơng có q nhiều chênh lệch, chí tốt chút 3.5 Kết luận chương : Tổng kết chương 3, luận án đề xuất phương pháp điều chế HE-CCI-DCSK, kết hợp phương pháp hành CCI-DCSK HE-DCSK Tiến hành so sánh với phương pháp CCI-DCSK ban đầu, ta thấy phương án cấu trúc phức tạp hơn, hiệu BER lại khơng có chênh lệch nhiều, chí số trường hợp tốt Hơn nữa, so với phương pháp CCI-DCSK thơng thường, HE-CCI-DCSK có hiệu sử dụng lượng cao có tốc độ bit gấp đơi so với CCI-DCSK 51 Kết luận luận văn Luận văn giới thiệu kĩ thuật hỗn loạn ,các hàm tạo hỗn loạn sử dụng phổ biến Logistic map, Chebyshev map, Cubic map Symetric tent map Ứng dụng kĩ thuật hỗn loạn điều chế tín hiệu Ngồi ra, luận văn trình bày tổng quan phương pháp điều chế số không kết hợp sử dụng hỗn loạn, đồng đề xuất nghiên cứu hệ thống sử dụng DCSK HE-CCI-DCSK Bằng phép so sánh tỉ lệ lỗi bit phương pháp HE-CCI-DCSK với phương pháp có, thấy phương pháp có cấu trúc tốt hơn, nhiên hiệu BER lại khơng có chênh lệch nhiều, chí, số kênh khảo sát, hiệu lại cịn có phần tốt so với phương pháp cũ Ngoài ra, dễ thấy phương pháp có hiệu sử dụng lượng tốt có tốc độ bit tốt phương pháp cũ Các khảo sát tiến hành qua nhiều kênh truyền khác kênh nhiễu trắng AWGN, kênh Rayleigh, kênh Nakagami, kênh Rician, thấy kết khách quan có tinh xác hầu hết trường hợp Hướng phát triển đề tài kết hợp phương pháp MIMO với HE-CCI-DCSK nhằm cải thiện hiệu BER, hay áp dụng nghiên cứu phương pháp qua kênh fading khác fading Rayleigh, fading Rician, tinh toán lõi BER cho phương pháp 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] E.N.Lorenz, ""Deterministic nonperiodic flow"," in Journal of the Atmosphere Sciences, 1963, pp vol 20, pp 131-140 [2] C.G.Kolumban, ""Performance evaluation of chaotic communications systems: Determination of low-pass equivalent model," in International Workshop on Nonlinear Dynamics of Electronic Systems (NDES’98)"," 1998, pp pp44 - 51 [3] M.P.Kennedy, ""Chaotic communications: From chaotic synchronization to FMDCSK,"," in Internation Workshop on Nonlinear Dynamics of Electronic Systems, Budapest- Hungary, 1998, pp pp31-40 [4] G Heidari- Bateni and C.D.McGille, ""Chaotic sequences for spread spectrum: an alternative to PN-sequences,"," Vancouver, Canada, June 1992, pp pp 437-440 [5] L a T.L.Carrol, “Synchronization in chaotic systems,”, Phys Rev A, 1990 [6] W Z Li S Zhao, "Design and analysis of an OFDM-based differential chaos shift keying communication system Journal of communications, 10(3),," 2015, pp 199-205 [7] N X Quyen, ""Bit- Error Rate Evaluation of High - Efficiency Differential Chaos- Shift- Keying System over Wireless Channels"," Journal of Circuits , Systems and Computers 27.01 : 185008, 2018 [8] KADDOUM, Georges, M VU, GAGNON and Francois, "Performance analysis of differential chaotic shift keying communications in MIMO systems In: Circuits and Systems (ISCAS),," IEEE International Symposium on IEEE, 2011, pp p 1580-1583 [9] ETSI and E T 432, "Electronic Signatures and Infrastructures (ESI); Protocols for remote digital signature creation,," 2018 [10] G.Kolumban and M a L.o.Chua, ""The role of synchronization in digital communications— Part II: Chaotic modulation and chaotic synchronization,"," IEEE Transactions on Circuits and Systems I, 1998, pp vol 45, no 4, pp 1129-1140 [11] H.Dedieu, M.P.Kennedy and a M.Hasler, ""Chaos shift keying: Modulation and demodulation of a chaotic carrier using self-synchronizing Chua’s circuit,"," IEEE Transactions on Circuits and Systems I, 1993, pp Vol 45, no 10, pp 634-642 [12] Kaddoum, G.Gagnon, F Richardson and F.D, "Design of a secure multicarrier DCSK system In Wireless Communication Systems (ISWCS),," IEEE 2012 Internation Symposium, August 2012, pp pp 964-968 [13] Lau and C a F.C.M, ""Chaos - based Digital Communication Systems: Operating Principles, Analysis Methods, and Performance Evaluation Springer," 2003 [14] M.Hasler and T.Schimming, ""Optimal detection of differential chaos shift keying,"," IEEE Transactions on Circuits and Systeams I, 2000, pp vol 47, no.12, pp 1712-1719 [15] M Herceg, D Vranješ and G Kaddoum, Commutation Code Index DCSK Modulation Technique for High-Data-Rate Communication Systems, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, 2018 [16] L Hui, Sun and S F a Yingpei, "Novel Demodulation Scheme of Antipodal Chaos Shift Keying Communication System.", Journal of Information and Computational Science 7.14, 2010 [17] V.Tarokh, N.Seshadri and S a A.R.Calderbank, "“Space-time codes for high data rate wireless communication: Performance criterion and code construction,”," IEEE Trans Inform Theory, p 1998 ... tín hiệu hỗn loạn đồng bộ[14] Các biện pháp cải thiện chất lượng hệ thống mặt nạ hỗn loạn nghiên cứu sau : Hệ thống tương tự Mặt nạ hỗn loạn Điều chế hỗn loạn Hệ thống số Khóa dịch hỗn loạn (CSK)... XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Ngơ Hồng Đức Anh Đề tài luận văn : Nghiên cứu cải thiện phẩm chất hệ thống thông tin vô tuyến hỗn loạn sử dụng số mã hóa hốn vị Chun... kết hệ thống thông tin hỗn loạn khơng đồng đề xuất, phổ biến hệ thống số mở rộng cải tiến phương pháp DCSK Bảng 1.1 Các hệ thống thông tin hỗn loạn không đồng Hệ thống tương tự Khóa tắt-mở hỗn loạn
Ngày đăng: 20/07/2022, 08:06
Xem thêm:
