Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng trong thông tin số

Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI NGUYỄN MẠNH HÙNG ĐIỀU CHẾ THỜI GIAN XUNG HỖN LOẠN ĐA BIỂU TƯỢNG TRONG THÔNG TIN SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN MÃ NGÀNH:60520203 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VŨ VĂN Y ÊM HÀ NỘI -2015 Nguyễn Mạnh Hùng Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng LỜI CAM ĐOAN Luận văn hoàn thành sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu nguồn tài liệu sách báo chuyên ngành Nội dung luận văn tổng hợp từ tài liệu tham khảo liệt kê cuối luận văn Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu Kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực, xác Nếu sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Tác giả luận văn Nguyễn Mạnh Hùng Nguyễn Mạnh Hùng Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC Danh mục thuật ngữ viết tắt Danh mục hình MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỖN LOẠN VÀ THÔNG TIN SỐ HỖN LOẠN 11 1.1 Giới thiệu 12 1.2 Hỗn loạn 12 1.2.1 Khái niệm phân loại 12 Khái niệm hỗn loạn sử dụng rộng rãi kỹ thuật đưa sau : 12 1.2.2 Dạng sóng, dạng phổ tương quan 13 1.2.3 Qũy đạo di chuyển: vùng hút 18 1.3 Ứng dụng hỗn loạn vào kỹ thuật thông tin 20 1.3.1 Điều chế tương tự 20 1.3.2 Điều chế số 20 1.3.3 Trải phổ chuỗi trực tiếp 21 1.4 Tóm tắt chương 21 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỖN LOẠN 23 2.1 Điều chế khóa dịch hỗn loạn (CSK) 23 2.1.1 Khóa dịch hỗn loạn (CSK) dựa đặc tính động 23 2.1.2 Khóa dịch hỗn loạn đối xứng (ACSK Antipodal Chaos Shift Keying) 27 Nguyễn Mạnh Hùng Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng 2.1.3 Khóa dịch hỗn loạn dựa lương bit 28 2.1.4 Khóa tắt mở hỗn loạn (COOK Chaos On/Off Keying) 31 2.2 Điều chế khóa dịch hỗn loạn vi sai (CDSK Correlation Delay Shilf Keying) 32 2.3 Điều chế khóa dịch hỗn loạn vi sai điều tần (FM – DCSK) 35 2.4 Tóm tắt chương 35 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VỊ TRÍ XUNG HỖN LOẠN ĐA BIỂU TƯỢNG M-ARAY CPPM 37 3.1 Phương pháp điều chế vị trí xung hỗn loạn CPPM 37 3.1.1 Nguyên lý CPPM 37 3.2 Cấu trúc CPPM 38 3.2.1 Điều chế 38 3.2.2 Giải điều chế 39 3.3 Tín hiệu miền thời gian tần số 41 3.4 Nguyên lý M-ary CPPM 46 3.5 Cấu trúc M-ary CPPM 48 3.5.1 Điều chế 48 3.5.2 Giải điều chế 49 3.6 Sơ đồ mô 50 3.6.1 Hàm tent-map 50 3.6.1.1 Khối điều chế 51 3.6.1.2 Khối giải điều chế 51 3.6.2 Kết 52 3.6.2.1 Kết miền thời gian 52 3.6.2.2 Đánh giá tỉ số lỗi 55 3.7 Tóm tắt nội dung chương 57 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Nguyễn Mạnh Hùng Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Danh mục thuật ngữ viết tắt STT Ký hiệu ABR Average Bit Rate Tốc độ bit trung bình ACSK Antipodal Chaos Shift Keying Khóa dịch hỗn loạn đối xứng ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gausian trắng cộng BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BW Bandwidth Băng thông CBD-DS/SS CDSK Chaos-based Bit Duration-Direct Sequence/Spread Spectrum Correlation Delay Shift Keying Trải phổ chuỗi trực tiếp-độ rộng bit biến đổi dựa hỗn loạn Khóa dịch trễ tương quan 10 COOK Chaotic On/Off Keying Khóa tắt/mở hỗn loạn 11 CPPG Chaotic Pulse Position Genarator Khối phát vị trí xung hỗn loạn 12 CPPM Chaotic Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung hỗn loạn 13 CPWPM 14 CS-DS/SS 15 CSK 16 DCPPG 17 DCSK 18 DS/SS 19 DSP 20 ETPG 21 FM-DCSK 22 FPGA 23 FSK Nguyễn Mạnh Hùng Tên đầy đủ Chú giải Chaotic Pulse Width-Position Modulation ChaoticSequence-Direct Sequence/Spread Spectrum Chaos Shift Keying Điều chế vị trí-độ rộng xung hỗnloạn Trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng chuỗi hỗn loạn Khóa dịch hỗn loạn Dual Chaotic Pulse Position Generator Differential Chaos Shift Keying Khối phát vị trí xung hỗn loạn kép Khóa dịch hỗn loạn vi sai Direct-Sequence/Spread-Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số Bộ phát xung kích thích sườn xung Frequency Modulated-Differential Khóa dịch hỗn loạn vi sai điều Chaos Shift Keying tần Field Programmable Gate Array Mảng cổng logic khả trình trường Frequency Shift Keying Khóa dịch tần số Edge-Triggered Pulse Generator Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng 24 LPI Low Probability of Intercept 25 MA Multiple Access 26 MA-DS/SS 27 Xác suất bị chặn thấp Đa truy nhập MultipleAccess-Direct Sequence/Spread-Spectrum Đa truy nhập-trải phổ chuỗi trực tiếp MP Micro-Processor Bộ vi xử lý 28 NRZ Non Return to Zero 29 OC-CSK 30 P-DCSK 31 Không trở không Khóa dịch hỗn loạn-bộ phân loại PFM OptimalClassifier-ChaosShift keying Permutation-Differential Chaos Shift Keying Pulse Frequency Modulation 32 PIM Pulse Interval Modulation Điều chế khoảng cách xung 33 PN Pseudo-random Noise Nhiễu giả ngẫu nhiên 34 PNS Pseudo-random Noise Sequence Chuỗi nhiễu giả ngẫu nhiên 35 PPM Chaotic Pulse Position Điều chế vị trí xung 36 PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha 37 PTEG Pulse-Triggered Edge Generator 38 PTM Pulse Time Modulation Bộ phát sườn xung kích thích xung Điều chế thời gian xung 39 PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung 40 QCSK Quadrature Chaos Shift Keying Khóa dịch hỗn loạn cầu phương 41 RBF Radial Basis Function Hàm xuyên tâm 42 S/H Sample-and-Hold Lấy giữ mẫu 43 SNR Signal Noise Rate Tỷ số tín hiệu tạp âm 44 UWB Ultra Wide Band Băng siêu rộng 45 VPP Variable-Position Pulse Xung vị trí biến đổi 46 VPP-PNS Nguyễn Mạnh Hùng Khóa dịch hỗn loạn vi sai-hoán vị Điều chế tần số xung Variable-Position Pulse and Xung vị trí biến đổi chuỗi Pseudo random Noise Sequence giả ngẫu nhiên Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Danh mục hình Hình 1.1 Hiệu ứng cánh bướm 11 Hình 1.2 Biến đổi theo thời gian biến trạng thái hệ Lorenz 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 14 Hình 1.4 Biến đổi theo thời gian rời rạc biến trạng thái hệ logistic map hỗn loạn 15 Hình 1.5 (a) Hàm tự tương quan, (b) hàm tương quan chéo, (c) phổ tần số tín hiệu hỗn loạn 16 Hình 1.6 Vùng hút hệ hỗn loạn Lorenz không gian pha khác 16 Hình 1.7 Vùng hút hệ Logistic map hỗn loạn 18 Hình 2.1 Sơ đồ điều chế CSK liên kết dựa đặc tính động 22 Hình 2.2 Sơ đồ giải điều chế CSK dựa lỗi đồng 23 Hình 2.3 Sơ đồ giải điều chế CSK dựa tương quan 24 Hình 2.4 Biểu đồ mật độ giá trị mẫu tương quan phương pháp CSK dựa tương quan cho hai trường hợp: (a) nhiễu, (b) có nhiễu 25 Hình 2.5 Sơ đồ (a) điều chế (b) giải điều chế phương pháp ACSK 27 Hình 2.6 Sơ đồ (a) điều chế (b) giải điều chế phương pháp CSK dựa lượng bit 29 Hình 2.7 Biểu đồ mật độ giá trị lượng bit phương pháp CSK dựa lượng bit cho hai trường hợp: (a) nhiễu, (b) có nhiễu 30 Hình 2.8 Sơ đồ (a) điều chế (b) giải điều chế phương pháp COOK 31 Hình2.9 Sơ đồ (a) điều chế (b) giải điều chế cho phương pháp DCSK /32 Hình 2.10 Biểu đồ mật độ giá trị mẫu tương quan phương pháp DCSK cho hai trường hợp: (a) nhiễu, (b) có nhiễu 34 Hình 2.11 Sơ đồ (a) điều chế (b) giải điều chế cho phương pháp FM-DCSK 35 Hình 3.1 Sõ ðồ khối ðiều chế CPPM 39 Nguyễn Mạnh Hùng Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Hình 3.2 Sõ ðồ khối giải ðiều chế CPPM 40 Hình 3.3 Tín hiệu miền thời gian phổ chúng 42 Hình 3.4 Tín hiệu miền thời gian CPPM môi trýờng mô Simulink 44 Hình 3.5 Xác suất lỗi CPPM ,so sánh với hệ thống khác 46 Hình 3.6 Tín hiệu M-ary CPPM 46 Hình 3.7 Khoảng thời gian xung Tk trýờng hợp M symbol 47 Hình 3.8 Sõ ðồ khối ðiều chế M-ary CPPM 48 Hình 3.9 Sõ ðồ khối giải ðiều chế M-ary CPPM 49 Hình 3.10 sơ đồ hàm tent-map Simulink 51 Hình 3.11 Khối ðiều chế M-ary CPPM 51 Hình 3.12 Khối giải ðiều chế M-ary CPPM 52 Hình 3.13 Tín hiệu miền thời gian 54 Hình 3.14 Minh họa chế nhận diện bit 55 Nguyễn Mạnh Hùng Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng MỞ ĐẦU Như ta đa biết phát triển kỹ thuật truyền thông trải qua nhiều phương pháp điều chế khác Nhìn chung phương pháp điều chế giải điều chế thực tín hiệu sóng mang dạng hình SIN Điều chế giải điều chế với sóng mang hình SIN sử dụng rộng rãi tần số khác với ứng dụng khác Những nghiên cứu gần đưa phương pháp điều chế dựa sóng mang có dạng phức tạp chu kỳ Các tín hiệu chu kỳ sinh dao động có trạng thái không ổn định, hệ hỗn loạn Điều chế giải điều chế dung tín hiệu hỗn loạn làm sóng mang hứa hẹn tạo bước ngoặt lớn kỹ thuật truyền thông tương lai gần ưu điểm như: Bảo mật thông tin, phổ rộng , điều chế tin tức hệ phức tạp nhiều chiều….vv.[1 ,2, 4] Luận văn trình bày khái niệm, đặc điểm, tính chất, ưu nhược điểm, ứng dụng cách điều chế giải điều chế hỗn loạn kỹ thuật truyền thông Trước tiên ta nói chút lịch sử đời tượng hỗn loạn.Hiện tượng hỗn loạn (Chaos) biết đến từ cuối kỷ 19 Poincaré nhà khoa học quan sát thấy đưa công bố quan trọng trạng thái hỗn loạn hệ thống động phi tuyến (Nonlinear-dynamical system) Thuyết hỗn loạn nghiên cứu hành vi hệ thống động lực (dynamical system) nhạy cảm với điều kiện ban đầu, chúng hệ thống phi tuyến tính (non-linear) có số chiều không gian không giới hạn Những hệ thống đặc trưng tính chất "hỗn loạn" nhạy cảm hệ thống thường nhắc đến hiệu ứng cánh bướm (butterfly effect) - tượng tìm Edward Loenz [1,2,4] Với đặc tính này, biến đổi quan sát hệ thống vật lý có biểu hỗn loạn trông ngẫu nhiên, dù mô hình mô tả hệ thống xác định theo nghĩa định nghĩa xác không chứa tham số ngẫu nhiên Những Nguyễn Mạnh Hùng Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng biến đổi dự đoán trước phương trình tất định đơn giản (simple deterministic equation) [4] Hỗn loạn xuất mạch điện tử, cụ thể mạch dao động tạo sóng mang hệ thống thông tin vô tuyến Val Der Pol người quan sát thấy có trạng thái bất thường mà tín hiệu biến đổi chu kỳ hỗn loạn.Các mô số máy tính chứng minh quan sát Poincaré hoàn toàn xác Phân tích thông số xác định thiết lập ổn định hệ thống điểm cân trạng thái có chu kỳ, lúc tín hiệu đầu hệ thống phân kỳ trở nên không tương quan với với khác nhỏ điều kiện khởi động.[1,4] Được thúc đẩy kết này, trạng thái hỗn loạn mở rộng nghiên cứu chuyên ngành kỹ thuật khác sinh học, hóa học, vật lý, vv [1,4].Đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng hỗn loạn vào kỹ thuật thông tin Đầu tiên kể đến công trình Pecora Carroll, hai ông chứng tỏ hai hệ thống hỗn loạn có tập giá trị thông số đồng với nhau.[4] Kết bước quan trọng góp phần đẩy nhanh nghiên cứu ứng dụng tín hiệu hỗn loạn vào kỹ thuật thông tin Trong hai thập kỷ vừa qua, nghiên cứu kỹ thuật thông tin sử dụng hỗn loạn chủ yếu theo ba hướng sau: [2] • Các hệ thống thông tin bảo mật sử dụng hỗn loạn • Nghiên cứu phương pháp điều chế/giải điều chế sử dụng hỗn loạn • Hỗn loạn sủ dụng hệ thống thông tin trải phổ Các phương pháp điều chế/giải điều chế số trải phổ chuỗi trực tiếp hỗn loạn nghiên cứu cho thông tin số hai thập kỷ vừa qua nhìn chung tồn số vấn đề sau: Nguyễn Mạnh Hùng 10 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Pulse Generator ðýợc thiết kế giống hệt nhý phía ðiều chế Tại ðầu vào bên giải ðiều chế, chuỗi xung M-ary CPPM ðýợc ðýa qua khối Threshold Detector Khi tín hiệu výợt giá trị ngýỡng, xung hẹp chữ nhật ðýợc sinh khối Rectangular Pulse Generator Xung ðýợc sinh trýớc tiên tác ðộng tới khối S&H nhằm lýu lại giá trị F(Ck–1) từ giá trị ðầu hàm F(.), sau ðó tác ðộng tới S&H nhằm lýu lại giá trị Counter Ck thời ðiểm ðó cuối reset Counter Hai giá trị ðýợc lýu trữ nằm khối S&H ðýợc ðýa vào trừ Subtractor Giá trị sau trừ xác định : Ck − F(Ck–1)= KTk − F(Ck–1)= K(d+ mSk) Sau ðó giá trị ðýợc ðýa tới khối Symbol Detector ðể giải mã giá trị tham chiếu Sk theo biểu thức: Sk = [(Ck − F(Ck–1))/K− d]/m Dựa vào giá trị Sk, symbol thứ k ðýợc xác ðịnh sau qua khối M-ary Symbol Remapping, liệu nhị phân ðýợc khôi phục.(nguồn [3]) 3.5 Mô số học kết 3.5.1 Sơ đồ mô Để kiểm chứng hoạt ðộng cõ chế ðiều chế giải ðiều chế M-ary CPPM ðýợc ðề xuất trên, hệ thống ðã ðýợc mô số học môi trýờng Simulink/Matlab môi trýờng kênh truyền có nhiễu trắng AWGN Các thông số hoàn toàn ðồng bên ðiều chế giải ðiều chế : K = 0.03/ô, d = 15ô, m = 4ô, với ô thời gian ðộ rộng xung ðồng thời thời gian mẫu phần mềm mô Trong sõ ðồ mô khối Chaotic Threshold Generator F(.) sửdụng hàm Tent-map với biểu thức sau : xn+1= F(xn) = 1.3|0.5 − |0.5 − xn|| (nguồn [3]) Kết mô hệ thống M-ary CPPM ðýợc thể miền thời gian 3.5.1.1 Hàm tent-map Hàm F(.) ðýợc sử dụng hàm tent- map Trong simulink ta xây dựng sau: Nguyễn Mạnh Hùng 50 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Hình 3.10 Sơ đồ hàm tent-map Simulink(nguồn [3]) 3.5.1.2 Khối điều chế Hình 3.11 Khối điều chế M-ary CPPM (nguồn [3]) 3.5.1.3 Khối giải điều chế Nguyễn Mạnh Hùng 51 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Hình 3.12 Khối giải điều chế M-ary CPPM(nguồn[3]) 3.5.2 Kết 3.5.2.1 Kết miền thời gian Hệ thống ðiều chế giải ðiều chế M-ary CPPM ðýợc mô môi trýờng kênh AWGN với Eb/N0 = 30dB ðể ðảm bảo ðiều kiện truyền tốt nhằm quan sát ðặc ðiểm tín hiệu miền thời gian rõ Kết mô miền thời gian từ thời ðiểm bắt ðầu t= tới 500ô ðýợc thể hình (a).Đầu đếm Nguyễn Mạnh Hùng 52 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng (b) Đầu vào F(.) (c).Đầu F(.) Nguyễn Mạnh Hùng 53 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng (d).Giá trị Sn Symbol (e).Tín hiệu M-ary CPPM Hình 3.13 Tín hiệu miền thời gian(nguồn[3]) Từ kết mô ta thấy khoảng cách xung Tk biến thiên cách hỗn loạn từ 15ô tới 50ô Tín hiệu M-ary CPPM chuỗi xung có ðộ rộng xung 1ô Tại thời ðiểm ðịnh, Sk nhận giá trị 0, 1, or týõng ứng với symbol 00, 01, 10 or 11 Khi ðiều kiện ðồng ðýợc ðảm bảo, tín hiệu bên giải ðiều chế thu ðýợc hoàn toàn giống với tín hiệu bên ðiều chế tức Hình (a), (b), (c), (d) and (e) Nguyễn Mạnh Hùng 54 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng ðồng thời mô tả tín hiệu miền thời gian khối giải ðiều chế Ðiều chứng tỏ chế điều xuất ðiều chế M-ary CPPM hoàn toàn hợp lí khả thi 3.5.2.2 Đánh giá tỉ số lỗi Tỉ số lỗi 2,4,8,16-ary CPPM ðýợc ðánh giá qua mô tính toán theo lí thuyết ðýợc thể hình 3.16 3.17 Các kết ðồng thời ðýợc so sánh với phýõng pháp ðiều chế khác Sau ðây cách tính tỉ số lỗi theo lí thuyết Ðể cho ðõn giản, lý thuyết toán học, ta mô hình ðõn giản hóa phýõng pháp thu Ở phía ðầu thu tín hiệu nhận ðýợc tổng tín hiệu chuỗi xung M-ary CPPM truyền ði nhiễu trắng WGN Cãn vào so sánh mức tín hiệu nhận ðýợc với mức ngýỡng, máy thu ðịnh ðó xung chữ nhât hay không Trýớc tiên xét trýờng hợp ðõn giản sau: Hình 3.14 Minh họa chế nhận diện bit (nguồn[3]) Giả sử ðiều kiện ðồng ðýợc ðảm bảo Tín hiệu ðýợc ðiều chế 2-CPPM tức có mức Khi ðó trục thời gian, bit ðýợc truyền ði xung chữ nhật lúc nhận rõi vào cửa sổ "0", bit ðýợc truyền ði rõi vào cýa sổ"1" Ðộ rộng cửa sổ ðộ sâu ðiều chế m Như theo phần ðã nói với dộ rộng xung ô ðúng thời gian mẫu cõ phần Nguyễn Mạnh Hùng 55 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng mềm mô phỏng, cửa sổ chứa m/ô khe thời gian mà ðó xung chữ nhật xuất Rõ ràng, với ðiều kiện ðồng hoàn hảo mặt nhiễu, hệ thống lỗi bit Trong môi trường có nhiễu, ta xét nhiễu trắng WGN,khi thời điểm mức biên nhiễu vượt giá trị ngưỡng, hệ thống ghi nhận xung chữ nhật Tùy thuộc vào thời điểm cửa sổ "0" hay cửa sổ "1" mà bit hay bit ghi nhận phía thu Gọi A biện ðộ xung chữ nhật H giá trị ngýỡng Ta lấy H= A/2 Gọi Ni giá trị biên ðộ nhiễu khe thời gian- thời ðiểm lấy mẫu Ni tuân theo phân phối chuẩn với phýõng sai σ Gọi Eb nãng lýợng xung chữ nhật, N0 mật ðộ phổ công suất nhiễu.[2,3] Lỗi bit xảy truyền bit nhýng xung lại nhận cửa sổ "1" ngýợc lại truyền bit nhýng xung nhiễu gây lại xuất cửa sổ '"0".Coi xác suất truyền bit bit ngang 0.5 Khi ðó ta có xác suất lỗi bit là: BER 2−CPPM = ( P0/1 + P1/0 ) Theo ta có : BER2−CPPM 1 Eb 1 Eb mτ −1  = 1− erf( ) × ( (1+ erf( )))  2 N0 2 N0  Nói cách khác xác xuất nhiễu gâp xung xuất cửa sổ “sai” với độ rộng cửa sổ m.(nguồn [1,3]) m −1      Eb    Eb   τ  1  PER m = 1 − erf  ×  + erf   N     N               Dưới bảng thống kê tốc độ truyền M-ary CPPM thực với 10000 mẫu thời gian mô Nguyễn Mạnh Hùng 56 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng M Số xung Số bit 3587 3587 3225 6450 3166 9498 16 3112 12448 Bảng 3.1 Tốc độ truyền M-ary CPPM 10000 mẫu thời gian mô (10000 )(nguồn[3]) Bảng 3.1 thể so sánh tốc độ truyền 2,4,8,16 CPPM trình mô 10000 mẫu thời gian tỉ số Eb/No Kết cho thấy M-ary CPPM đạt tốc độ xung thấp chút so với CPPM lại có tốc độ bit truyền cao đáng kể so với CPPM Kết vô quan trọng chứng minh M-ary CPPM cải tiến đáng kể t ốc độ bit so với CPPM 3.6 Tóm tắt nội dung chương Trong chương tìm hiểu chi tiết, cụ thể phương pháp điều chế xung hỗn loạn CPPM M-ary CPPM Để nói phương pháp CPPM ta rút số nhận xét : CPPM phương pháp điều chế liên kết đặc biệt [2].Vì phía giải điều chế hoạt động dựa đồng hỗn loạn tính bảo mật thông tin đảm bảo.Bên cạnh với khả đồng tự động đơn giản tỉ lệ lỗi bít thấp nên khả áp dụng vào hệ thống thông tin thực tế cao.[1,2] Tuy tồn số hạn chế tốc độ bit chưa cao,vẫn nhiễu, méo…Chính mà phương pháp điều chế vị trí xung hỗn loạn đa biểu tượng M-ary CPPM đề xuất Một tính vượt trội M-ary CPPM so với CPPM cải thiện tốc độ bit đáng kể so với CPPM Cùng với đặc tính : tính bảo mật cao, hoạt động tốt môi trường nhiễu méo,đạt Nguyễn Mạnh Hùng 57 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng tỉ só lỗi bit mức chấp nhận làm cho M-ary CPPM trở thành phương pháp có khả ứng dụng cao vào truyền thông hỗn loạn Đánh giá tỉ số lỗi bit Tuy nhiên tất số hạn chế dừng lại mức độ mô với tác động nhiễu trắng điều kiện đồng lý tưởng, chưa kiểm chứng qua mạch thật Hi vọng tương lai phương pháp triển khai mạch thật ,trong môi trường quang để có điều kiện truyền tốc độ truyền tốt Nguyễn Mạnh Hùng 58 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng KẾT LUẬN Hỗn loạn lĩnh vực khoa học ðầy tiềm nãng nhýng týõng ðối khó, quãng thời gian làm luận vãn không nhiều nên nhiều thiếu sót Tuy vậy, luận vãn ðạt ðýợc thành ðịnh mặt lý thuyết nhý mô phỏng, qua luận vãn ðã: Thu ðýợc kiến thức tổng quan cõ lý thuyết hỗn loạn, ứng dụng lĩnh vực ðiện tử viễn thông Mô kiểm chứng thành công phýõng pháp CPPM Ðề xuất mô thành công phýõng pháp ðiều chế M-ary CPPM,có kiểm chứng lại lý thuyết tính toán, giúp cải thiện tốc ðộ bit ðáng kể so với phýõng pháp CPPM Cải tiến với ðặc tính phýõng pháp nhý tính bảo mật cao, hoạt ðộng tốt môi trýờng nhiễu méo, ðạt ðýợc tỉ số lỗi bit mức chấp nhận ðýợc so với phýõng pháp ðiều chế thông thýờng ðã làm M-ary CPPM trở thành phýõng pháp có khả nãng ứng dụng cao vào truyền thông hỗn loạn Mặc dù luận vãn hạn chế Vì mà thời gian tới cố găng để nghiên cứu khắc phục hạn chế phương pháp Nguyễn Mạnh Hùng 59 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ứng dụng động học phi tuyến hỗn loạn truyền thông Nhóm tác giả: Hoàng Mạnh Thắng , Vũ Văn Yêm Nguyễn Tiến Dũng [2] Luận án bảo vệ tiến sĩ kỹ thuật viễn thông “Phương pháp điều chế trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng thời gian xung hỗn loạn thông tin số” Tác giả : Nguyễn Xuân Quyền [3] Tìm lời giải đơn giản “hiệu ứng cánh bướm” nguồn link : http://kenh14.vn/kham-pha/tim-loi-giai-don-gian-ve-hieu-ung-canh-buom2012101223835189 [4] “Lý thuyết hỗn loạn” nguồn link : http://vi.wikipedia.org/wiki/L%C3%BD_thuy%E1%BA%BFt_h%E1%BB%97n_l o%E1%BA%A1n [5] “Hiệu ứng cánh bướm” nguồn link : http://vi.wikipedia.org/wiki/Hi%E1%BB%87u_%E1%BB%A9ng_b%C6%B0%C 6%A1m_b%C6%B0%E1%BB%9Bm [6] “ Chaobook” nguồn link : http://chaosbook.org/ [7] S H Strogatz, Nonlinear Dynamics And Chaos: With Applications To Physics, Biology, Chemistry, And Engineering.: Westview Press, 2001 [8] E N Lorenz, "Deterministic nonperiodic flow," Journal of the Atmospheric Sciences, vol 20, pp 131-140, 1963 [9] M P Kennedy, R Rovatti, and G Setti, Chaotic Electronics in Telecommunications.: CRC Press, 2000 [10] G Chen, "Chaos, bifurcations, and their control," in Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, J G Webster, Ed New York: Wiley, 1999, pp 194-218 [11] Z Galias, C A Murphy, M P Kennedy, and M J Ogorzalek, "A feedback chaos controller: Theory and implementation," in IEEE International Symp on Circuits and Systems (ISCAS’96), Atlanta, 1996, pp 120-124 [12] M Ogorzalek, "Observation of stochastic resonance in a ring laser," Physical Review Letters, vol 60, 1998 Nguyễn Mạnh Hùng 60 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng [13] Z Jákó and G Kolumbán, "Carrier generation for chaotic communication by fourth- order analog phase-lock loop," in International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA'98), Crans-Montana, Switzerland, 1998, pp 827-830 [14] E.J.Kostelich and T Schreiber, "Noise reduction in chaotic time series data: A survey of common methods," Physical Review E, vol 48, pp 1752-1763, 1993 [15] H Dedieu and M J Ogorzalek, "Nonlinear approach to signal coding and compression," in European Conference on Circuit Theory and Design (ECCTD’99), Stresa-Italy, 1999, pp 58-61 [16] L M Pecora and T L Carroll, "Synchronization in chaotic systems," PhysicalReview Letters, vol 64, no 8, pp 821-824, 1990 [17] B Chen and G W Wornell, "Efficient channel coding for analog sources using chaotic systems," in IEEE GLOBECOM, London-UK, 1996 [18] D R Frey, "Chaotic digital encoding: An approach to secure communication," IEEE Transactions on Circuits and Systems II, vol 40, no 10, pp 660-666, 1993 [19] L Kocarev, K Halle, K Eckert, and L O Chua, "Experimental demonstration of secure communication via chaotic synchronization," International Journal of Bifurcation and Chaos, vol 2, no 3, pp 709-713, 1992 [20] P Stavroulakis, Chaos Applications in Telecommunications.: CRC Press, 2005 [21] F C M Lau and C K Tse, Chaos-Based Digital Communication Systems: Op- erating Principles, Analysis Methods, and Performance Evaluation.: Springer, 2003 [22] M P Kennedy and G Kolumbán, "Special issue on noncoherent chaotic com- munications," IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental The-ory and Applications, vol 47, no 12, pp 1661–1662, 2000 [23] A Abel and W Schwarz, "Chaos communications-principles, schemes, and system analysis," Proceedings of the IEEE, vol 90, no 5, pp 691–710, 2002 [24] H Dedieu, M P Kennedy, and M Hasler, "Chaos shift keying: Modulation and demodulation of a chaotic carrier using self-synchronizing Chua’s circuit," IEEE Transactions on Circuits and Systems II, vol 40, no 10, pp 634– 642, 1993 Nguyễn Mạnh Hùng 61 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng [25] G Kolumbán, M P Kennedy, and L O Chua, "The role of synchronization in digital communications— Part II: Chaotic modulation and chaotic synchronization," IEEE Transactions on Circuits and Systems I, vol 45, no 4, pp 1129–1140, 1998 [26] G Kolumbán, M P Kennedy, and L O Chua, "The role of synchronization in digital communications— Part II: Chaotic modulation and chaotic synchronization," IEEE Transactions on Circuits and Systems I, vol 45, no 4, pp 1129–1140, 1998 [27] M Sushchik, L.S Tsimring, and A R Volkovskii, "Performance analysis of correlation-based communication schemes utilizing chaos," IEEE Transactions on Circuits and Systems I, vol 47, no 12, pp 1684–1691, 2000 [28] G Kolumbán, G K Vizvari, W Schwarz, and A Abel, "Differential chaos shift keying: A robust coding for chaos communication," in International Workshop on Nonlinear Dynamics of Electronic Systems, Seville-Spain, 1996, pp 87–92 [29] G Kolumbán, G Kis, M P Kennedy, and Z Jáko, "FM-DCSK: A new and robust solution to chaos communications," in International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA’97), Hawaii, 1997, pp 117–120 [30] G Heidari-Bateni and C D McGillem, "Chaotic sequences for spread spectrum: an alternative to PN-sequences," in IEEE International Conference on Selected Topics in Wireless Communications, Vancouver-Canada, June 1992, pp 437–440 [31] U.Parlitz and et al.,"Transmission of digital signals by chaotic synchronization,"International Journal of Bifurcation and Chaos, vol 2, pp 973– 977, 1992 [32] G Mazzini, G Setti, and R Rovatti, "Chaotic complex spreading sequences for asynchronous DS-CDMA - Part I: system modeling and results," IEEE Transactions on Circuits and Systems I, vol 44, no 10, pp 937–947, 1997 [33] G Mazzini, G Setti, and R Rovatti, "Chaotic complex spreading sequences for asynchronous DS-CDMA part II: some theoretical performance bound," IEEE Transactions on Circuits and Systems I, vol 45, pp 496–506, 1998 [34] U Parlitz and S Ergezinger, "Robust communication based on chaotic Nguyễn Mạnh Hùng 62 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng spreading sequences," Physics Letters A, vol 188, pp 146–150, 1994 [35] S Boccaletti and et al., The synchronization of chaotic systems, I Procaccia, Ed.Florence, Italy: Elsevier Science, February 2002 [36] G Kolumbán, M P Kennedy, and L O Chua, "The role of synchronization in digital communications using chaos - Part I: fundamentals of digital communications," IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications , vol.44, no 10, pp 927-936, Oct 1997 [37] L Devaney, An Introduction to Chaotic Dynamical Systems.: Wesley, 1987 [38] W M Tam, F C M Lau, and C K Tse, Digital Communications with Chaos: Multilpe Access Techniques and Performance.: Elsevier, 2007 [39] K M Short, "Steps toward unmasking secure communication," International Journal of Bifurcation and Chaos, vol 4, no 4, pp 959-977, 1994 [40] P Stavroulakis, Chaos Applications in Telecommunications.: CRC Press, 2005 [41] M M Levy, "Some theoretical and practical considerations of pulse modula-tion,"Journal of the Institution of Electrical Engineerings, vol 94, no 13, pp 565–572, 1947 Nguyễn Mạnh Hùng 63 Nguyễn Mạnh Hùng 64 [...]... thể chia thành ba loại chính: điều chế tương tự, điều chế số và trải phổ chuỗi trực tiếp.[2] 1.3.1 Điều chế tương tự Có hai phương pháp điều chế tương tự hỗn loạn đó là: điều chế mặt nạ hỗn loạn và điều chế thông số hỗn loạn Điều chế mặt nạ hỗn loạn: bên phía điều chế, tín hiệu thông tin tương tự được che giấu bằng cách cộng thêm với tín hiệu hỗn loạn giống nhiễu Giải điều chế được thực hiện bằng cách... pháp điều chế hỗn loạn Chương 3: Phương pháp điều chế vị trí xung hỗn loạn đa biểu tượng M-ARAY CPPM Kết Luận CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỖN LOẠN VÀ KỸ THUẬT Nguyễn Mạnh Hùng 11 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng THÔNG TIN SỐ HỖN LOẠN 1.1 Giới thiệu Chương này trình bày và tổng hợp một cách hệ thống về hỗn loạn và kỹ thuật thông tin sử dụng hỗn loạn, nhằm cung cấp những kiến thức nền tảng... trong hệ thống thông tin di động Chương 2 chúng ta sẽ đi nghiên cứu chi tiết và cụ thể hơn về cách điều chế , nguyên lý hoạt động các phương pháp điều chế hỗn loạn được đề cập trong chương 1 này Nguyễn Mạnh Hùng 22 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỖN LOẠN 2.1 Điều chế khóa dịch hỗn loạn (CSK) Các phương pháp điều chế khóa dịch hỗn loạn (CSK Chaos... tính chất trên của hỗn loạn, chúng ta xem xét hệ thống động Lorenz liên tục ba chiều được biểu diễn bởi hệ phương trình vi phân sau:[2] Nguyễn Mạnh Hùng 13 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng (1.3) Hình 1.2 Biến đổi theo thời gian của các biến trạng thái trong hệ Lorenz hỗn loạn (nguồn [2,5]) Nguyễn Mạnh Hùng 14 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Trong đó x,y,z là... nhìn tổng quan về hỗn loạn và kỹ thuật thông tin hỗn loạn Nguyên lý thực hiện, sơ đồ cụ thể và tỷ lệ lỗi bit qua kênh nhiễu của các phương pháp điều chế/ giải điều chế số và trải phổ trực tiếp Nguyễn Mạnh Hùng 35 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng hỗn loạn đã được mô tả và phân tích Có thể thấy từ các nội dung đã khảo sát rằng: Các phương pháp điều chế và giải điều chế số liên kết có... tự, điều chế số có tính khả thi cao hơn, do đó nhiều phương pháp điều chế/ giải điều chế số dựa trên hỗn loạn đã được đề xuất Nguyễn Mạnh Hùng 20 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Các phương pháp này được chia làm hai loại: liên kết và không liên kết .Trong đó sự phát lại chính xác sóng mang hỗn loạn được thực hiện bên phía giải điều chế Đối với các phương pháp điều chế không liên... đặc điểm này, tín hiệu hỗn loạn được sử dụng như các sóng mang băng rộng để mang thông tin thay cho sóng mang điều hòa hoặc là chuỗi PN Hàm tự tương quan chuẩn hóa Hàm tương quan chéo chuẩn hóa trong các hệ thống thông tin truyền thống Trễ thời gian chuẩn hóa Trễ thời gian chuẩn hóa (a) (b) (C) Nguyễn Mạnh Hùng Tần số chuẩn hóa 17 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Hình 1.5 (a) Hàm... 1 hoặc 0 Nguyễn Mạnh Hùng 27 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Khối tương quan Lấy mẫu Quyết định mức ∫ nTb ( n −1)Tb −Ta Khối đồng c(t) Dữ liệu y(nTb) (.) dt khôi phục nTb Bộ hỗn loạn (b) Hình2.5 Sơ đồ (a) điều chế và (b) giải điều chế của phương pháp ACSK [2] Bên giải điều chế, sóng mang hỗn loạn được khôi phục ở đầu ra của khối đồng bộ hỗn loạn được tính tương quan với tín hiệu... khép kín cho dù thời gian vận động tiến đến vô cùng, điều này thể hiện tính phi chu kỳ và hỗn loạn của hệ thống Một đặc điểm nữa của vùng hút đó là nó luôn nằm trong một miền giới hạn xác định của không gian pha và không bao giờ di chuyển ra khỏi miền này Nguyễn Mạnh Hùng 18 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Hình 1.6 Vùng hút của hệ hỗn loạn Lorenz trong không gian pha khác nhau... (b) giải điều chế của phương pháp COOK (nguồn [2,26]) Phương pháp này được xem như là một phương pháp điều chế CSK không liên kết sử dụng một khối phát hỗn loạn Nguyễn Mạnh Hùng 31 Đề tài: Điều chế thời gian xung hỗn loạn đa biểu tượng Nguyên lý điều chế: trong thời gian Tb của mỗi bit, sóng mang hỗn loạn c(t) được phát đi nếu là bit ”1” và không được phát đi nếu bit là “0”.Tương ứng với năng lượng bit