Ngẫu nhiên hoá tín hiệu bằng mạh ghi dịh hồi tiếp tuyến tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỒNG HOA NGẪU NHIÊN HĨA TÍN HIỆU BẰNG MẠCH GHI DỊCH HỒI TUYẾN TÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Hà Nội, 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131493551000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỒNG HOA NGẪU NHIÊN HĨA TÍN HIỆU BẰNG MẠCH GHI DỊCH HỒI TUYẾN TÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS.LÊ CHÍ QUỲNH Hà Nội, 2006 -1- Mơc lơc Môc lôc 15T 15 T Danh môc chữ viết tắt 15T 15T Danh mục bảng 15T 15T Danh mục hình vẽ 15T 15 T më ®Çu 15T 15T Ch­¬ng 1: Tỉng quan vÒ truyÒn dÉn sè 1.1 Giíi thiƯu 1.2 M«i tr­êng trun 1.2.1 Các đường truyền hai dây không xoắn 10 1.2.2 Các đường dây xoắn ®«i 10 1.2.3 Cáp đồng trục 12 1.2.4 Cáp sợi quang 12 1.2.5 §­êng trun vƯ tinh 15 1.2.6 §­êng trun vi ba 16 1.3 C¸c chÕ ®é trun 16 1.3.1 Trun bÊt ®ång bé 16 1.3.2 TruyÒn ®ång bé 17 1.4 HiƯn t­ỵng jitter 17 1.4.1 Kh¸i niƯm jitter 18 1.4.2 Phân loại jitter 20 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15 T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15 T 15T 15 T 15T 15T 1.4.3 ¶nh h­ëng cđa jitter vµ wander 22 1.5 M· truyÒn dÉn 23 1.5.1 M· ®¬n cùc 25 1.5.2 M· hai pha 27 1.5.3 M· nhiÒu møc 28 1.4.4 M· BnZS 28 1.4.4 M· l­ìng cùc mËt ®é cao HDBn 29 1.5.5 M· CMI 30 1.6 KÕt luËn 30 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T -2- Chương 2: sở lý thuyết trường hữu hạn dÃy nhị phân giả ngẫu nhiên32 2.1 Giới thiÖu 32 2.2 DÃy giả ngẫu nhiên 32 2.2.1 D·y ngÉu nhiªn 32 2.2.2 Bộ tạo mà giả ngẫu nhiên LFSR 33 2.3 Khái niệm trường hữu hạn 34 2.3.1 Các cấu trúc đại sè 34 2.3.2 Trường hữu hạn GF(p) 36 2.4 Các đa thức tr­êng F 37 2.4.1 Biểu diễn đa thức trường F 37 2.4.2 §a thøc tèi gi¶n 38 2.4.3 Đa thức nguyên thuỷ 38 2.4.4 Đa thức đối ngẫu 39 2.4.5 Mét sè tÝnh chÊt 40 2.5 Tr­êng më réng bËc m cña GF(p) 40 2.6 Phương pháp biểu diễn dÃy PN tr­êng GF(2) 40 2.6.1 BiĨu diƠn b»ng hµm vÕt 40 2.6.2 BiĨu diƠn b»ng biÕn ®ỉi d 42 2.7 KÕt luËn 47 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15 T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15 T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T Chương 3: xử lý tín hiệu xáo trén 47 3.1 Giíi thiƯu 47 3.2 Bé x¸o trén tÝn hiƯu (scrambler) 48 3.2.1 Kh¸i niƯm scrambler 48 3.2.2 Phân loại 49 3.3 HiƯu qu¶ xư lý cđa scrambler 54 3.3.1 H­ëng øng cđa c¸c bé x¸o trén tÝn hiƯu 54 3.3.2 Phân bố xác suất 55 3.3.3 Hàm tự tương quan 57 3.3.4 Đánh giá hiệu 61 3.5 KÕt luËn 76 15T 15T 15T 15T 15T 15 T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T 15T kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 77 15T 15 T Tài liệu tham khảo 79 15T 15T -3- Danh mục chữ viết tắt ACF Auto Correlation Function Hàm tự tương quan ASK Amplitute Shift Keying Điều chế dịch biên AMI Alternative Mark Inversion Mà đảo dấu luân phiên BnZS Bipolar with n Zero Substitution Phương pháp mà hóa lưỡng cực thay n số '0' bps Bit per second Bit/gi©y CCITT International Telegraph and ủy ban tư vấn điện thoại Telephone Consultative điện tÝn quèc tÕ Committee CDMA Code Division Multiple Access §a truy nhập phân chia theo tần số CMI Code Mark Inversion Mà đảo dấu DCD Duty Cycle Dependent Jitter Jitter phơ thc chu kú lµm viƯc DDJ Data – Dependent Jitter Jitter phơ thc d÷ liƯu DJ Deterministic jitter Jitter không ngẫu nhiên DS Data Stream Luồng liệu DPLL Digital Phase Lock Loop Vòng khoá pha số ELS Equivalent Linear Span Khoảng tuyến tính tương đương GF Galois Field Tr­êng Galoa gcd Greatest common divisor ¦íc sè chung lín nhÊt HDBn High Density Bipolar n M· l­ìng cùc mËt ®é cao thay thÕ n sè '0' -4- ISI Inter – Symbol Interference ITU - T Telecommunication Standard NhiÔu liên ký tự Phần tiêu chuẩn viễn thông Sector of International Liên minh viễn thông Telecommunication Union quốc tế LAN Local Area Network M¹ng néi bé lcm Least common multiplier Béi sè chung nhá nhÊt LED Light Emitting Diode Điốt phát quang LFSR Linear Feedback Shift Register Mạch ghi dÞch håi tiÕp tuyÕn tÝnh NRZ Non Return to Zero NRZ - I Non Return to Zero – Invert on NRZ - M· kh«ng trë vỊ kh«ng M· kh«ng trë không - đảo one dấu bit Non Return to Zero – Level M· kh«ng trë vỊ kh«ng – L møc PCM Pulse Code Modulation §iỊu chÕ xung mà PJ Period Jitter Jitter tuần hoàn PLL Phase Lock Loop Vòng khoá pha PN Pseudo random Noise DÃy giả ngẫu nhiên PRBS Pseudo-Random Binary Sequence DÃy nhị phân giả ngẫu nhiên RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RJ Random Jitter Jitter ngÉu nhiªn SJ Sinusoidal Jitter Jitter dạng sin SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng TIE Time Interval Error Lỗi chu kỳ TJ Total Jitter Tổng jitter UI Unit Interval Khoảng đơn vị -5- Danh mục bảng Tên bảng trang Bảng 2.1 Một số đa thức nguyên thuỷ GF(2) 39 Bảng 2.2 Một số dÃy hệ số đa thức đặc trưng 44 Bảng 2.3 Một số phương án tạo PRBS độ dài m -1 46 Bảng 3.1 Các đa thức đặc trưng LFSR dùng mô 62 P P Bảng 3.2 Tín hiệu vào trường hợp sau xáo trộn 64 Bảng 3.3 Tín hiệu vào trường hợp sau xáo trộn 67 Bảng 3.4 Tín hiệu vào trường hợp sau xáo trộn 70 Bảng 3.5 Tín hiệu vào trường hợp sau xáo trộn 73 -6- Danh mục hình vẽ Tên hình trang Hình 1.1 Cấu hình hệ thống truyền dẫn Hình 1.2 Độ suy giảm môi trường định tuyến 11 Hình 1.3 Các dạng truyền ánh sáng sợi quang 14 Hình 1.4 Hàm jitter theo thời gian 19 Hình 1.5 Các thông số đo jitter 20 Hình 1.6 Các dạng jitter 21 Hình 1.7a Jitter phụ thuộc liệu 22 Hình 1.7b Biểu đồ mắt TIE tín hiệu có DDJ 22 Hình 1.8 Một số loại mà thông dụng 24 Hình 1.9 Mật độ phổ loại mà khác 27 Hình 1.10 Quy tắc thay cho mà B8ZS HDB3 30 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát LFSR 33 Hình 3.1 Bộ xáo trộn giải xáo trộn thiết lập lại 50 Hình 3.2 Bộ xáo trộn giải xáo trộn tự đồng 51 Hình 3.3 Bộ xáo trộn giải xáo trộn tự đồng cải tiến 53 Hình 3.4 Các đặc tính chuỗi bít NRZ 10110010 tuần hoàn 58 Hình 3.5 Các đặc tính chuỗi tín hiệu sau xáo trộn 59 Hình 3.6 Xáo trộn tín hiệu hai trộn mắc nối tiếp 62 Hình 3.7 Một số dạng đặc biệt tín hiệu vào 63 -7- mở đầu Từ xa xưa người đà phát minh hệ thống thông tin để truyền tin từ nơi đến nơi khác Trong hệ thống điện, người ta sử dụng sóng mang để truyền liệu kênh thông tin, tần số sóng mang lớn, dung lượng thông tin lớn Do đó, khuynh hướng phát triển hệ thống thông tin điện sử dụng tần số cao dần lên, điều làm tăng độ rộng băng dung lượng thông tin tăng lên tương ứng, dẫn đến đời vô tuyến truyền hình, rađa tuyến vi ba Trong vïng quang häc, ng­êi ta sư dơng bước sóng để xác định dải tần thay sử dụng tần số vùng vô tuyến Sự phát triển ứng dụng hệ thống sợi quang đà bùng nổ kết hợp công nghệ bán dẫn, công nghệ đà cung cấp nguồn ánh sáng tách quang cần thiết, công nghệ ống dẫn sóng quang Kết tạo tuyến truyền dẫn thông tin có ưu điểm bËt so víi c¸c hƯ thèng c¸p trun thèng, nh­: suy hao truyền dẫn thấp độ rộng băng lớn, kích cỡ trọng lượng nhỏ, chống can nhiễu tốt, cách điện tốt, tính bảo mật cao, Truyền dẫn thông tin cáp sợi quang đà trở nên phổ biến Cáp quang không phương tiện truyền dẫn mạng trục mà đóng vai trò quan trọng mạng tốc độ thấp hơn, chí đường truyền cho thiết bị đầu cuối Thông tin quang có ưu điểm lớn tốc độ độ ổn định có vấn đề kỹ thuật riêng cần khắc phục Một vấn đề khả khôi phơc tÝn hiƯu ®ång hå ë phÝa thu trun dẫn quang không đồng Nguyên nhân thông tin truyền cáp quang thông thường có hai mức tín hiệu, áp dụng loại mà đường dây nhiều mức để đảm bảo số chuyển đổi cực tính dÃy tín hiệu dài bit Xáo trộn (scrambling) phương pháp xử lý tín hiệu giúp làm tăng -8- tính ngẫu nhiên làm trắng phổ cho chuỗi tín hiệu truyền Chuỗi tín hiệu thu sau xáo trộn có đặc tính ngẫu nhiên, phù hợp sử dụng cho đường truyền cáp quang, mà sử dụng rộng rÃi ứng dụng như: nhận dạng hệ thống, đồng bộ, đo lường từ xa, đoán nhận kênh, cân nhiễu, bảo vệ tin CDMA Phương pháp luận để xem xét đề tài Ngẫu nhiên hoá tín hiệu mạch ghi dịch hồi tiếp tuyến tính hoàn toàn dựa vào khái niệm đà có dÃy mà giả ngẫu nhiên góc nhìn mới, nghiên cứu giải pháp tạo mà PN để cải thiện khả đồng đường truyền cáp quang Bố cục luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan vỊ trun dÉn sè Ch­¬ng 2: C¬ së lý thut trường hữu hạn dÃy nhị phân giả ngẫu nhiên Chương 3: Xử lý tín hiệu xáo trộn (scrambler) Do nhiều hạn chế, nên luận văn giới hạn việc nghiên cứu lý thuyết để xây dựng xáo trộn, phân tích hiệu việc ngẫu nhiên hóa tín hiệu Cảm ơn thầy cô giáo Khoa Điện tử Viễn thông, Trung tâm đào tạo Sau đại học đồng nghiệp đà nhiệt tình giúp đỡ thời gian học tập vừa qua.Tôi xin chân thành cảm ơn TS Lê Chí Quỳnh đà tận tình hướng dẫn trình thực luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng luận văn chắn không tránh khỏi nhiều thiếu sót Rất mong góp ý phê bình chân thành thầy bạn