Mục tiêu nghiên cứu của luận án: đề xuất hệ thống đa sóng mang Khóa dịch hỗn loạn vi sai cải tiến sử dụng chuỗi trải phổ lặp (RSS), gọi là hệ thống RSS-MC-DCSK. Hệ thống này nhằm cải tiến hiệu năng tỷ lệ lỗi bit (BER performance) cũng như hiệu suất sử dụng băng thông cho hệ thống MCDCSK truyền thống;... Mời các bạn cùng tham khảo.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỮU LONG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN THƠNG HỖN LOẠN SỬ DỤNG ĐA SĨNG MANG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 62520208 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THƠNG HÀ NỘI - 2017 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS TS VŨ VĂN YÊM Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi…… giờ, ngày……tháng…….năm……… Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Tạ Quang Bửu, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam Mở đầu Truyền thông sử dụng hỗn loạn Truyền thông sử dụng hỗn loạn (Chaos-based Communications) nhận quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ nhà khoa học toàn giới hai thập kỷ vừa qua Các hàm hỗn loạn với nhạy cảm đặc biệt vào điều kiện khởi động có khả phát vơ hạn tín hiệu trạng thái có độ tương quan thấp Bên cạnh đó, với đặc tính phổ băng rộng, tín hiệu hỗn loạn chứng tỏ phù hợp với truyền thông số đa truy nhập dựa kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp Các hệ thống truyền thông hỗn loạn thể ưu điểm so với hệ thống sử dụng sóng mang điều hịa truyền thống, hạn chế fading biến đổi thời gian kênh truyền, chống lại jamming với xác suất bị chặn thấp, đặc biệt tăng cường bảo mật lớp vật lý Cho đến nay, nghiên cứu hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật hỗn loạn tập trung vào hai hướng sau: Các hệ thống thông tin hỗn loạn đồng (Coherent systems), tín hiệu hỗn loạn phát lại đồng xác với tín hiệu đến bên máy thu Các chuỗi đồng sau sử dụng cho q trình giải điều chế với phương pháp khác để khôi phục thông tin Các hệ thống thông tin hỗn loạn không đồng (Non-coherent systems), máy thu thực giải điều chế dựa đặc điểm tín hiệu đến mà không cần thông tin trạng thái kênh hay yêu cầu phát lại đồng chuỗi hỗn loạn Hệ thống đồng nghiên cứu phát triển rộng rãi trải phổ chuỗi trực tiếp hỗn loạn (CDSSS), chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên (PN) truyền thống thay chuỗi hỗn loạn rời rạc Các nghiên cứu rằng, độ phức tạp tuyến tính thấp, chuỗi PN khơi phục hồn tồn phương pháp cơng hồi quy tuyến tính Điểm yếu khắc phục cách sử dụng chuỗi hỗn loạn với biến đổi phi chu kỳ với vô hạn trạng thái Tuy nhiên, với hệ thống thơng tin thực tế, việc đồng tín hiệu hỗn loạn qua kênh truyền dẫn, đặc biệt kênh vơ tuyến, có độ khả thi thấp Hiệu tỷ lệ lỗi bit (BER) qua kênh truyền thực tế nhược điểm cịn thách thức lớn cần giải hệ thống thông tin hỗn loạn đồng Để tăng mức độ khả thi việc áp dụng hỗn loạn vào hệ thống thông tin, hệ thống hỗn loạn không đồng đề xuất nghiên cứu, máy thu thực giải điều chế mà không yêu cầu phát lại hay đồng hỗn loạn Hệ thống điển hình kể đến Khóa dịch 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 truyền thông vô tuyến dựa cải tiến mở rộng từ DCSK Điều chế đa sóng mang ứng dụng truyền thơng hỗn loạn Kỹ thuật điều chế đa sóng mang (MCM) sử dụng rộng rãi nhiều hệ thống thông tin thực tế Điều khả mạnh mẽ điều chế đa sóng mang việc loại bỏ ảnh hưởng nhiễu liên kí tự (ISI) tạo truyền dẫn số tốc độ cao qua kênh truyền fading đa đường với trải trễ Kỹ thuật MCM chia băng thông truyền dẫn thành nhiều băng hẹp Dòng bit tốc độ cao chia nhỏ thành nhiều dòng bit tốc độ thấp, điều chế vào sóng mang phát lên băng tương ứng Việc chia nhỏ băng thông làm cho kênh truyền fading lựa chọn tần số ứng với sóng mang lại có đặc tính fading phẳng Do đó, loại bỏ ảnh hưởng ISI đến hiệu BER, cải thiện chất lượng hệ thống Về bản, điều chế đa sóng mang dựa phương pháp Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) Kỹ thuật sau phát triển để thực thi dễ dàng tảng xử lý số tín hiệu, tạo kỹ thuật Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) Cho đến nay, ứng dụng điều chế đa sóng mang vào nâng cao chất lượng hệ thống thông tin hỗn loạn đề cập nghiên cứu gần Kaddoum Trong đó, tác giả nghiên cứu kết hợp đa sóng mang vào hệ thống DCSK truyền thống để đề xuất hai hệ thống khóa dịch hỗn loạn vi sai - đa sóng mang (MC-DCSK) khóa dịch hỗn loạn vi sai - đa sóng mang trực giao (OFDM-DCSK) Các kết đạt rằng, hệ thống đa sóng mang cải thiện chất lượng rõ rệt so với hệ thống thông tin không đồng truyền thống qua kênh truyền fading với trải trễ đa đường Động lực, mục tiêu, đối tượng, giới hạn phương pháp nghiên cứu luận án Động lực Ưu điểm truyền thông hỗn loạn điều chế đa sóng mang: truyền thơng hỗn loạn thể ưu điểm bật hỗ trợ đa truy nhập phân chia theo mã, hoạt động tốt ảnh hưởng fading đa đường, tăng cường tính bảo mật lớp vật lý với xác suất bị chặn thấp, việc phát hỗn loạn thực đơn giản mạch tương tự tảng xử lý số tín hiệu Mặt khác, kỹ thuật điều chế đa sóng mang chứng minh khả nâng cao chất lượng truyền thông qua kênh truyền thực tế Dó việc kết hợp điều chế hỗn loạn đa sóng mang hướng nghiên tiềm khả thi, hướng tới áp dụng hỗn loạn vào hệ thống thông tin thực tế Truyền thơng hỗn loạn đa sóng mang hướng nghiên cứu mở khai thác: nghiên cứu truyền thông hỗn loạn sử dụng đa sóng mang đưa gần Hiện tại, có hai hệ thống khơng đồng đề xuất MCDCSK OFDM-DCSK Những kết nghiên cứu mở đầu cho hướng nghiên cứu truyền thơng hỗn loạn kết hợp với đa sóng mang, nhiều tài nguyên nghiên cứu để nhà khoa học khám phá Những đặc điểm kể động lực mạnh mẽ thúc nghiên cứu sinh chọn thực nội dung nghiên cứu truyền thơng hỗn loạn đa sóng mang luận án tiến sĩ Mục tiêu Đề xuất thực hệ thống đa sóng mang DCSK cải tiến sử dụng chuỗi trải phổ lặp (RSS), gọi hệ thống RSS-MC-DCSK Hệ thống nhằm cải tiến hiệu tỷ lệ lỗi bit (BER) hiệu suất sử dụng băng thông cho hệ thống MC-DCSK truyền thống Nghiên cứu áp dụng hỗn loạn vào xáo trộn sóng mang trực giao OFDM nhằm tăng cường tính bảo mật, đồng thời đề xuất thực trải phổ chuỗi trực tiếp hỗn loạn (CDSSS) hệ thống OFDM nhằm cải thiện hiệu tỷ lệ lỗi bit qua kênh truyền fading Đối tượng Các hệ thống thông tin số sử dụng kỹ thuật hỗn loạn Các hệ thống thông tin hỗn loạn sử dụng đa sóng mang đa sóng mang trực giao Giới hạn Các hệ thống thiêt kế phân tích với đơn người sử dụng Hệ thống với đa người sử dụng việc phân tích đánh giá chi tiết khả bảo mật hướng phát triển luận án Mơ hình hóa phân tích hệ thống băng sở, băng cao tần (RF) với đa sóng mang xem phương tiện truyền dẫn tín hiệu hỗn loạn qua kênh truyền Phương pháp Phương pháp nghiên cứu dựa phân tích lý thuyết kiểm chứng thơng qua mơ số Tổ chức nội dung luận án Nội dung luận án trình bày ba chương sau: Chương Tổng quan truyền thông sử dụng hỗn loạn: chương tổng hợp cách hệ thống hỗn loạn ứng dụng hỗn loạn kỹ thuật truyền thơng Trạng thái động tín hiệu hệ thống động phi tuyến hỗn loạn với đặc điểm điển hình tóm tắt Ứng dụng tín hiệu hỗn loạn vào hệ thống thơng tin kết đạt gần hai thập kỷ vừa qua tổng hợp Nguyên lý thực hiện, sơ đồ cụ thể cho hệ thống thông tin hỗn loạn đồng không đồng nói chung hệ thống sử dụng đa sóng mang nói riêng mơ tả phân tích Chương Hệ thống khóa dịch hỗn loạn vi sai đa sóng mang với chuỗi trải phổ lặp: chương đề xuất thực hệ thống khóa dịch hỗn loạn vi sai - đa sóng mang với chuỗi trải phổ lặp nhằm cải thiện chất lượng so với hệ thống truyền thống Sơ đồ máy phát máy thu thiết kế tính tốn Mơ hình ước lượng lý thuyết BER qua kênh nhiễu fading mơ tả phân tích Sự cải thiện hiệu suất lượng hiệu suất băng thông chứng minh Mô số kết để kiểm tra lại kết lý thuyết đạt Chương Hệ thống đa sóng mang trực giao sử dụng hỗn loạn: hai hướng tiếp cận sử dụng hỗn loạn hệ thống OFDM đề xuất Thứ nhất, áp dụng hàm Baker để xáo trộn hỗn loạn sóng mang OFDM nhằm nâng cao tính bảo mật hệ thống Thứ hai, áp dụng trải phổ chuỗi hỗn loạn-NRZ vào hệ thống OFDM nhằm cải thiện hiệu qua kênh truyền Sơ đồ hoạt động hệ thống đề xuất đưa phân tích chi tiết Hiệu BER qua kênh truyền AWGN Rayleigh fading đánh giá thông qua mô số Chương Tổng quan hỗn loạn kỹ thuật thông tin số hỗn loạn 1.1 Hỗn loạn đặc điểm Hai đặc điểm quan trọng để trình hệ thống động xem hỗn loạn sau: (i) trạng thái tương lai trình hệ thống xác định xác điều kiện khởi động biết trước; (ii) trạng thái tương lai q trình hệ thống khơng thể dự đốn điều kiện đầu khơng xác định Các hệ thống động hỗn loạn phân loại theo theo hai dạng sau: ( ) ( ) Dạng liên tục thời gian: ⁄ , ( ) biến trạng thái nhiều chiều, thời điểm giá trị khởi động ( ) ( ), với ( ) Dạng rời rạc thời gian: giá trị khởi động, biến trạng thái nhiều chiều bước lặp thứ Hình 1.1(a) dạng sóng biến đổi hỗn loạn liên tục theo thời gian biến hệ thống động Lorenz với hai tập điều kiện đầu sai khác nhỏ Chúng ta thấy tín hiệu ban đầu xuất phát gần điểm, sau chúng tách biệt nhanh chóng trở nên khác hồn tồn Dạng sóng tín hiệu hỗn loạn rời rạc phát hàm Logistic đưa Hình 1.1(b) Biên độ tín hiệu biến đổi hỗn loạn khoảng cách thời gian hai giá trị hỗn loạn liên tiếp không đổi Nghiên cứu áp dụng hỗn loạn vào hệ thống thông tin mở sau công trình cơng bố Pecora Carroll khả đồng hệ hỗn loạn Các nghiên cứu sau tín hiệu hỗn loạn có đặc tính tương tự chuỗi giả ngẫu nhiên truyền thông trải phổ Dựa vào đặc điểm này, tín hiệu hỗn loạn sử dụng sóng mang băng rộng thay cho sóng mang điều hịa chuỗi giả ngẫu nhiên hệ thống thơng tin truyền thống (a) (b) Hình 1.1 Dạng sóng thời gian biến trạng thái trong: (a) hệ Lorenz liên tục với điều kiện khởi động khác nhau, (b) hệ logistic map rời rạc 1.2 Phát tín hiệu hỗn loạn lọc nhiễu Các mạch điện tử phát tín hiệu hỗn loạn liên tục lẫn rời rạc Ví dụ điển hình phát tín hiệu hỗn loạn liên tục mạch Chua mạch dao động Colpitts Tuy nhiên thời gian trì trạng thái tín hiệu khơng xác định khơng điều khiển được, tín hiệu hỗn loạn liên tục không đề xuất sử dụng thông tin số trải phổ Thay vào đó, tín hiệu hỗn loạn rời rạc với thời gian trạng thái xác định bước lặp tính tốn ứng dụng phổ biến Nhiều phương pháp thực thi hệ thống động hỗn loạn đề xuất tảng mạch số FPGA, DSP hay máy tính, nhằm cải thiện tính chất lượng đảm bảo tính giả ngẫu nhiên bảo mật tín hiệu hỗn loạn phát Tín hiệu hỗn loạn sau qua kênh truyền chịu tác động nhiễu cộng, để cải thiện chất lượng hệ thống thông tin hỗn loạn, tỷ lệ SNR phải nâng cao Bởi tín hiệu hỗn loạn có đặc tính giống nhiễu ngẫu nhiên, lọc tuyến tính khơng có tác dụng việc lọc tách nhiễu khỏi tín hiệu trộn tổng hợp Dựa hiểu biết tiên nghiệm hệ thống động hỗn loạn, nhiều hướng tiếp cận đề xuất để giảm loại bỏ diện nhiễu tín hiệu phi tuyến 1.3 Đồng tín hiệu hỗn loạn Đồng trình bắt buộc để thiết kế hệ thống hỗn loạn đồng Đã có nhiều phương pháp đồng đề xuất cho hệ thống thông tin hỗn loạn Về bản, phương pháp đồng chia thành hai nhóm sau: (i) kỹ thuật đồng đặc tính hỗn loạn; (ii) hướng tiếp cận đồng truyền thống ứng dụng cho truyền thông hỗn loạn Trong nhóm thứ nhất, hệ thống chủ động thụ động sử dụng cho đồng bộ, tín hiệu hỗn loạn liên kết phát từ hệ chủ động sử dụng để lái hệ thụ động, bắt buộc hệ thụ động phát xác đồng tín hiệu liên kết Nhóm thứ hai phát triển phương pháp đồng hệ thống thông tin truyền thống đồng pha lấy mẫu cho ứng dụng hệ thống thông tin hỗn loạn đồng Trong nhóm phương pháp này, phát hỗn loạn máy thu phải có điều kiện khởi động hệ thống phía phát Mục đích kỹ thuật đồng loại bỏ sai lệch đồng hồ bên máy thu nhằm phát chuỗi hỗn loạn đồng xác mặt thời gian 1.4 Các hệ thống thông tin hỗn loạn đồng Truyền thơng sử dụng hỗn loạn phân thành hai nhóm tùy thuộc vào phương pháp giải điều chế bên phía thu là: đồng không đồng Bảng 1.1 liệt kê hệ thống thơng tin số hỗn loạn đồng điển hình đề xuất, bao gồm hệ thống tương tự số Bảng 1.1 Các hệ thống thông tin hỗn loạn đồng Hệ thống tương tự Mặt nạ hỗn loạn Điều chế hỗn loạn Khóa dịch hỗn loạn (CSK) Điều chế vị trí xung hỗn loạn (CPPM) Hệ thống số Trải phổ chuỗi hỗn loạn trực tiếp (CDSSS) Đa truy nhập phân chia theo mã hỗn loạn (CDS-CDMA) Một hệ thống nghiên cứu phổ biến trải phổ chuỗi hỗn loạn trực tiếp (CDSSS) dựa sơ đồ trải phổ trực tiếp truyền thống sử dụng chuỗi giả ngẫu nhiên, chuỗi PN thay chuỗi hỗn loạn rời rạc phát hàm lặp hỗn loạn Trong máy phát, trình trải phổ thực cách nhân trực tiếp liệu nhị phân vào với chuỗi hỗn loạn Một thông số quan trọng hệ thống CDSSS hệ số trải phổ (SF), tỷ số độ rộng bit chuỗi liệu độ rộng chip (khoảng cách bước lặp) chuỗi hỗn loạn Thông số định hiệu hệ thống qua kênh truyền Bên máy thu, chuỗi hỗn loạn rời rạc phát lại đồng với tín hiệu thu Quá trình đồng thực theo nguyên lý đồng chuỗi PN truyền thống, bao gồm hai bước bắt bám Quá trình giải trải phổ sau dựa việc tính tương quan tín hiệu nhận chuỗi hỗn loạn đồng Giá trị tương quan đầu lấy mẫu với chu kỳ độ rộng bit Các giá trị mẫu thu được so sánh với mức ngưỡng không để khôi phục liệu đầu Với việc sử dụng đồng chuỗi rời rạc trải phổ truyền thống, hiệu hệ thống CDSSS qua kênh truyền bị ảnh hưởng nhiễu méo tốt hơn, tính khả thi cho việc ứng dụng CDSSS vào hệ thống thông tin thực tế tăng lên Đây lý hầu hết nghiên cứu truyền thông hỗn loạn đồng gần tập trung vào nghiên cứu hiệu CDSSS hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã hỗn loạn (CDS-CDMA) 1.5 Các hệ thống thông tin hỗn loạn không đồng Các hệ thống thông tin hỗn loạn không đồng đề xuất trở thành hướng nghiên cứu phổ biến đầu tư mạnh mẽ suốt thập kỷ qua Với việc giải điều chế không yêu cầu đồng bộ, máy thu trở nên đơn giản hoạt động tin cậy qua kênh truyền thực tế Bảng 1.2 tổng kết hệ thống thông tin hỗn loạn không đồng đề xuất, có hai hệ thống tương tự, lại hệ thống số mở rộng cải tiến phương pháp DCSK Bảng 1.2 Các hệ thống thông tin hỗn loạn không đồng Hệ thống tương tự Khóa tắt-mở hỗn loạn (COOK) Điều chế thông số hỗn loạn (CPM) Hệ thống số Khóa dịch hỗn loạn vi sai (DCSK) Khóa dịch hỗn loạn vi sai điều tần (FM-DCSK) Khóa dịch trễ tương quan (CDSK) DCSK hiệu cao (HE-DCSK) DCSK điều chế tham chiếu (RM-DCSK) DCSK mã Walsh đa truy nhập (DCSK-WC) DCSK cải tiến (I-DCSK) Các hệ thống khác: DCSK/S, DCSK/AV, NR-DCSK, DDCSK-WC, SR-DCSK, PS-DCSK, CM-DCSK Hệ thống số không đồng phổ biến khóa dịch hỗn loạn vi sai (DCSK) Mỗi độ rộng bit chia thành hai khe thời gian Khe thứ phát tín hiệu hỗn loạn rời rạc tham chiếu, khe thứ hai phụ thuộc vào giá trị nhị phân bit liệu “1” hay “0”, tín hiệu tham chiếu hay đảo ngược truyền tương ứng Bên phía thu thực tính tốn tương quan tín hiệu đến với phiên trễ khoảng thời gian bit để khôi phục liệu Với mục đích cải thiện nâng cao thơng số hệ thống DCSK tốc độ liệu, hiệu BER, hiệu suất phổ, hiệu suất lượng, độ bảo mật, hay độ phức tạp, qua kênh truyền khác từ đơn giản đến phức tạp, hệ thống phát triển mở rộng khác dựa DCSK đề xuất FM-DCSK, CDSK, HE-DCSK, RM-DCSK, I-DCSK, CM-DCSK, vv 1.6 Các hệ thống thông tin hỗn loạn đa sóng mang Bởi ưu điểm điều chế đa sóng mang phương pháp DCSK, hệ thống dựa kết hợp chúng đề xuất nghiên cứu gần cho thông tin vô tuyến Cho đến nay, có hai hệ thống đề xuất Kaddoum cộng DCSK đa sóng mang (MC-DCSK) DCSK đa sóng mang trực giao (OFDM-DCSK) 1.6.1 Hệ thống MC-DCSK Hệ thống MC-DCSK kết hợp DCSK với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số ) Bên (FDM) Hình 1.2 sơ đồ khối hệ thống sử dụng sóng mang với ( máy phát, dòng bit liệu tốc độ cao đầu vào chia thành dòng tốc độ thấp sau nhân với tín hiệu hỗn loạn tham chiếu Một sóng mang mặc định sử dụng để phát tín hiệu hỗn loạn tham chiếu, tất sóng mang cịn lại sử dụng để phát tín hiệu mang liệu Do đó, tín hiệu tham chiếu dùng để phát chung cho bit, điều làm tăng tốc độ liệu đồng thời tăng hiệu suất lượng hệ thống Bên phía thu, sau giải điều chế để loại bỏ sóng mang tối đa tỷ lệ tín hiệu tạp âm cách sử dụng lọc phối hợp (Matched filter), trình giải điều chế tương quan song song thực để khôi phục đồng thời chuỗi bit Các chuỗi sau ghép lại để khơi phục dòng bit tốc độ cao đầu Phát hỗn loạn f0 xu,1(t) S/P s1,U S1,u,1 f1 s1,1 e(t) Dữ liệu vào fM-1 SM-1,u,1 sM 1,1 sM 1,U (a) f0 Bộ lọc phối hợp Ma trận O f1 Bộ lọc phối hợp r(t) Sign(O·G’) Ma trận G fM-1 Bộ lọc phối hợp P/S Dữ liệu kTc (b) Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống MC-DCSK: (a) máy phát, (b) máy thu Các kết đạt hiệu BER MC-DCSK với số sóng mang tương đương với DCSK Tuy nhiên số sóng mang tăng lên, với hệ số trải phổ điều kiện kênh truyền, hiệu BER MC-DCSK cải thiện rõ rệt so với DCSK 1.6.2 Hệ thống OFDM-DCSK Hệ thống kết hợp DCSK OFDM đề xuất nhằm mục đích giảm độ phức tạp, hoạt động tốt kênh fading đa đường cho phép thực đa truy nhập đa người dùng Sơ đồ hệ thống đưa Hình 1.3 Hệ thống sử dụng tổng cộng sóng mang hỗ trợ đa truy nhập cho user, user sử dụng sóng mang riêng sóng mang chung với user khác Điều có nghĩa Các sóng mang riêng sử dụng để phát tín hiệu tham chiếu user, sóng mang chung dùng để mang liệu Để tiết kiệm lượng phát, tín hiệu tham chiếu hỗn loạn dùng để phát bit với thay dùng tín hiệu tham chiếu hệ thống DCSK truyền thống Bên phía máy thu, chuyển đổi nối tiếp - song song giải điều chế đa sóng mang chuyển băng thực Tín hiệu tham chiếu khơi phục sử dụng để giải trải phổ tương quan hệ thống DCSK Kết cải thiện rõ rệt hiệu hệ thống OFDM-DCSK so với hệ thống DCSK MC-DCSK kênh truyền AWGN fading đa đường User Phát hỗn loạn Tín hiệu mang tin Dữ liệu Tín hiệu tham chiếu S/P I F F T e(t) P/S CP User p User P (a) r(t) Xóa CP S/P F F T R Y Giải điều chế DCSK Dữ liệu Tín hiệu tham chiếu (b) Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống OFDM-DCSK: (a) máy phát, (b) máy thu 1.7 Kết luận Chương trình bày tổng quan truyền thơng sử dụng hỗn loạn Có thể thấy từ nội dung trình bày rằng: (i) hai hệ thống thông tin hỗn loạn đồng không đồng nghiên cứu phổ biến rộng rãi tương ứng CDSSS ứng dụng CDSCDMA DCSK với biện pháp mở rộng; (ii) điều chế đa sóng mang kết hợp với hệ thống DCSK để tạo hai hệ thống không đồng MC-DCSK OFDM-DCSK Các hệ thống chứng minh ưu điểm chúng việc nâng cao chất lượng truyền thông qua kênh truyền ảnh hưởng nhiễu méo fading đa đường Chương Hệ thống khóa dịch hỗn loạn vi sai đa sóng mang với chuỗi trải phổ lặp 2.1 Hạn chế hệ thống truyền thống ý tưởng đề xuất Trong hệ thống MC-DCSK truyền thống mô tả Mục 1.6.1, việc sử dụng sóng mang riêng biệt để mang tín hiệu tham chiếu (tín hiệu khơng mang thông tin) làm cho hiệu suất băng thông hiệu suất lượng MC-DCSK bị hạn chế, đặc biệt số lượng sóng mang thấp Hơn nữa, máy thu đánh cắp thông tin dễ dàng quan sát khơi phục lại tín hiệu hỗn loạn tham chiếu sử dụng cho việc giải trải phổ giải mã thơng tin Dó tính bảo mật thấp hạn chế MCDCSK Minh họa tín hiệu băng sở máy phát đưa Hình 2.2(a) Hình 2.2(b) minh họa mật độ phổ cơng suất tín hiệu ( ) với tổng băng thơng chiếm giữ kênh truyền 2.2.2 Máy thu Tín hiệu đầu kênh truyền tín hiệu nhận đầu vào máy thu có biểu diễn ( ) ( ) ( ) ( ) đó, ( ) nhiễu Gau-xơ trắng cộng (AWGN) hệ số fading biến đổi ngẫu nhiên theo phân bố Rayleigh sau ( ) ( ) ( ) với thơng số tỷ lệ phân bố Tín hiệu nhận trước hết đưa vào giải điều chế đa sóng mang (MC-Demod block) bao gồm tập giải điều chế cao tần tương ứng Các tín hiệu cao tần đầu vào chuyển xuống băng tần sau giải điều chế tập lọc phối hợp tương ứng Máy thu thực trình tái tạo chuỗi trải phổ lặp từ tín hiệu khơi phục ( ) từ sóng mang mặc định Phương pháp tái tạo hoàn toàn tương tự cách tạo phía phát Một tập gồm tính tương quan tương ứng sử dụng để tính tốn giá trị tương quan thời gian bit tín hiệu sau giải điều chế đa sóng mang chuỗi trải phổ lặp tái tạo Những giá trị tương quan lấy mẫu cuối thời gian bit Giá trị mẫu đầu tương quan thứ tính ∑ ∑ ( )( ) ( ) giá trị mẫu đầu tương quan lại xác định ∑ ∑ ( ) / ( ) với giá trị mẫu AWGN Dựa vào giá trị mẫu đạt được, dòng bit song song khôi phục cách so sánh với mức ngưỡng không Các chuỗi bit song song kết hợp lại theo quy luật phía phát để khơi phục lại dịng liệu gốc tốc độ cao thông qua chuyển đổi song song - nối tiếp (P/S) 2.3 Phân tích hiệu BER 2.3.1 Năng lượng bit trung bình Trong khoảng thời gian bit thứ , khe tín hiệu tham chiếu chia sẻ với ( ) bit phát đi, trong khoảng thời gian bit thứ , bit phát mà không phát khe tham chiếu Năng lượng bit trung bình khoảng thời gian bit thứ xác định ∑ ( ) ⁄ 2.3.2 Biểu thức BER Một ngưỡng định chung cho tất trường hợp biểu diễn ( ) với ∑ ∑ ( 11 ) ( ) ( ) ∑ ( ) Trước hết ta xác định giá trị trung bình, trung bình bình phương phương sai biến trường hợp bit “1” phát Dựa vào kết đạt được, giá trị trung bình phương sai biến định xác định sau: , , | | - , | - , | - , | - - , | , | - ⁄ , | ( ) ⁄ - (2.14) Tương tự trên, giá trị trung bình phương sai ngưỡng định cho trường hợp bit “-1” phát xác định bởi, , | , | - , | , | - Bởi thành phần khơng tương quan, bên cạnh mẫu giá trị nhiễu trắng cộng hệ số fading độc lập, theo lý thuyết giới hạn trung tâm (CLT) biến định xấp xỉ biến ngẫu nhiên có phân bố Gau-xơ Tỷ lệ lỗi bit bit thứ chuỗi liệu thứ xấp xỉ biểu thức sau: ( | ) ( | ) -) | ( , - | , (( ) ) ( (( ( ( ) - | , | ( , -) ) ) ) , ( ( ) ) ( ) 2.3.3 Tích phân số Trong trình thơng tin, hệ số fading biến đổi ngẫu nhiên theo phân bố Rayleigh, đồng thời lượng bit biến đổi theo trạng thái hỗn loạn chuỗi trải phổ sử dụng, cơng thức xác định BER (2.15) biến đổi đồng thời theo hai đại lượng Sử dụng phương pháp tích phân số, BER hệ thống RSS-MC-DCSK xét đến ảnh hưởng biến đổi fading hỗn loạn xác định sau: với ∫ (( ∫ (( ( / ( / ) + ) / / / / ( ) ) + ) ( ) ( ) ( ) hàm mật độ xác suất (PDF) biến Việc xác định lý thuyết PDF thay phương pháp tích phân số Theo đó, biểu đồ phân bố xác suất biến xác định thơng qua tính tốn cơng cụ số Biểu đồ xem cách ước lượng xấp xỉ PDF Sử dụng biểu đồ phân bố, BER hệ thống xấp xỉ bởi: ∑ (( / 12 ( / ) + ) / ( ) số điểm (hay số khoảng) giá trị biểu đồ lượng rơi vào giá trị trung khoảng / xác suất để có (a) (b) Hình 2.3 Biểu đồ phân bố giá trị biến với: (a) Kênh truyền AWGN, (b) Kênh Rayleigh fading Biểu đồ phân bố biến hai trường hợp kênh truyền AWGN Fading cho cặp giá trị khác số lượng sóng mang hệ số trải phổ , , -, -, -, -, vẽ lên khoảng giá trị đưa Hình 2.3(a) and 2.3(b) tương ứng Hàm hỗn loạn rời rạc sử dụng hàm đa thức Chebysev bậc biểu diễn ( ) Các biểu đồ phân bố sử dụng để xác định hiệu BER hệ thống đề xuất theo công thức (2.17) 2.4 Hiệu suất lượng băng thông Hiệu suất lượng (EE) đánh giá tỷ lệ lượng liệu phát lượng bit phát, hiệu suất băng thơng (BE) xác định tỷ số tốc độ bit (BR) băng thông (BW) chiếm giữ kênh truyền Bởi hệ thống đề xuất sử dụng tham chiếu để chia sẻ cho ( ) bit thời gian bit , băng thơng tổng chiếm giữ hệ thống MC-DCSK, hiệu suất lượng băng thơng tính sau: ( ) ( ) ( ( ) ) ( ) ( ) ( ) Hình 2.4 cho thấy cải thiện hiệu suất lượng MC-DCSK RSS-MC-DCSK so với DCSK RSS-MC-DCSK so với MC-DCSK, đặc biệt với trường hợp có số sóng mang thấp Khi số lượng sóng mang tăng lên tiến tới vô cùng, hiệu suất lượng RSS-MC-DCSK MC-DCSK tiến đến gần tiến đến Tỷ lệ hiệu suất lượng hiệu suất băng thông RSS-MC-DCSK DCSK lớn Khi tăng số lượng sóng mang con, tỷ lệ tăng lên tiến đến Mặt khác, tỷ lệ RSS-MC-DCSK MC-DCSK lớn Những tỷ lệ giảm dần đến số lượng sóng mang tăng dần đến vơ 13 Hình 2.4 So sánh hiệu suất lượng (EE), tỷ lệ hiệu suất lượng (REE) tỷ lệ hiệu suất băng thông (RBE) RSS-MC-DSCK, MC-DCSK, DCSK (a) (b) Hình 2.5 Hiệu BER hệ thống RSS-MC-DCSK kênh truyền: (a) AWGN, (b) Rayleigh fading 2.5 Mô so sánh hiệu Hiệu BER đạt phân tích mơ qua kênh truyền AWGN Fading Hình 2.5(a) (b) Có thể nhận thấy hệ thống đề xuất thực tốt tăng số lượng sóng mang đồng thời giảm hệ số trải phổ Hiệu qua kênh AWGN tốt rõ rệt so với hiệu qua kênh Fading Hình 2.6 (a) (b) so sánh hiệu hệ thống đề xuất hệ thống truyền thống tương ứng với kênh truyền AWGN Fading cho trường hợp khác với , - , -, -, - Chúng ta quan sát hệ thống MCDCSK với số sóng mang có hiệu BER tương đương với hệ thống DCSK 14 truyền thống Nhìn chung với tất trường hợp, kết mô phù hợp tương đối xác so với kết phân tích Với miền giá trị cao and , sai khác hiệu phân tích lý thuyết tăng lên Hiệu BER hệ thống RSS-MC-DCSK đạt tốt so với hệ thống Hiệu hai hệ thống tiến tới gần số lượng sóng mang tăng lên (a) (b) Hình 2.6 So sánh hiệu BER hệ thống RSS-MC-DCSK, MC-DCSK, DCSK kênh truyền: (a) AWGN (b) Rayleigh fading 2.6 Kết luận Chương đề xuất thực hệ thống Khóa dịch hỗn loạn vi sai đa sóng mang với chuỗi trải phổ lặp (RSS-MC-DCSK) Có thể thấy từ kết đạt điểm đáng ý sau: (i) Các cải tiến giúp hệ thống đề xuất đạt thông số hiệu suất lượng, hiệu suất băng thông, hiệu BER tốt so với MC-DCSK, đặc biệt với số lượng sóng mang thấp Khi số lượng sóng mang tăng lên, thông số cải thiện, lúc giá trị thông số hệ thống MC-DCSK tiến gần tới giá trị RSS-MC-DCSK; (ii) Yếu điểm hệ thống đề xuất so với MC-DCSK phức tạp thực thêm chuyển mạch bên máy phát máy thu Tuy nhiên chuyển mạch dùng băng với tốc độ chậm Thêm vào đó, với cơng nghệ mạch tích hợp (IC) phát triển nhanh chóng ngày này, sơ đồ phát thu hồn tồn thực hiên tảng xử lý số tín hiệu với tảng phần cứng mạnh FPGA, DSP, vv Do đó, phức tạp phần cứng tăng lên khơng phải vấn đề; (iii) Việc phát tín hiệu điều chế DCSK sóng mang mặc định góp phần cải thiện tính bảo mật hệ thống so với MC-DCSK Vì khe thời gian tham chiếu mang tin xen kẽ nhau, máy thu khó khăn việc tách tín hiệu hỗn loạn tham chiếu khỏi tín hiệu DCSK Do q trình khơi phục chuỗi trải phổ để thực q trình khơi phục liệu phức tạp 15 Chương Hệ thống đa sóng mang trực giao sử dụng hỗn loạn 3.1 Ý tưởng đề xuất Hai phương pháp tiếp cận cho việc áp dụng hỗn loạn vào hệ thống OFDM nhằm tăng cường hiệu tính bảo mật hệ thống, cụ thể sau: (i) Áp dụng đặc tính động hỗn loạn hàm Baker rời rạc để xáo trộn sóng mang OFDM Việc xáo trộn nhằm mục đích giảm tỉ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình (PARP), đồng thời tăng cường bảo mật thơng tin lớp vật lý; (ii) Áp dụng trải phổ trực tiếp hỗn loạn (CDSSS) vào hệ thống điều chế dịch pha đa mức (M-PSK) sử dụng OFDM Các kí tự sau điều chế M-PSK trải phổ trực tiếp sử dụng chuỗi hỗn loạn NRZ Tín hiệu trải phổ sau gửi sóng mang OFDM Vì bên phía thu cần phát lại đồng chuỗi trải phổ để tiến hành giải điều chế, nên hệ thống đề xuất xem đồng 3.2 Hệ thống OFDM xáo trộn sóng mang hỗn loạn 3.2.1 Ánh xạ Baker Ánh xạ Baker rời rạc (Discretized Baker Map - DBM) minh họa Hình 3.1, ánh xạ hai chiều chia hình vng kích thước điểm ảnh thành hình chữ nhật theo phương thẳng đứng với chiều cao độ rộng , ( ), sau ánh xạ theo cơng thức sau: ( ) ( ( ) ( * * ( ) , , với Có thể thấy tập giá trị thông số ( ) xem khóa ánh xạ Bên phía mã hóa giải mã phải có giá trị khóa để khơi phục ảnh gốc Hình 3.1 Ánh xạ Baker rời rạc 16 3.2.2 Sơ đồ hệ thống Với hệ thống OFDM với số sóng mang là kí hiệu (symbol) thơng tin, tần số sóng mang con, chu kì kí tự ( ) tín hiệu OFDM Mẫu thứ , -) ( ) xác định ( Khi ( ∑ , phương trình (3.4) trở thành: ( ) ( ) ( ) ( ) ) ( ) Áp dụng ánh xạ Baker rời rạc vào sóng mang giả sử ta có xáo trộn sau: tần số ánh xạ đến tần số , tần số ánh xạ đến , …, ánh xạ đến Chúng ta có hệ thống OFDM phương trình (3.5) trở thành: ( Dữ liệu S/P ) ( Ánh xạ kí tự ( Chèn khoảng bảo vệ IDFT DBM ) ) ( ) Tín hiệu phát s(t) (a) Tín hiệu thu r(t) Xóa khoảng bảo vệ DFT DBM Ánh xạ ngược kí tự S/P Dữ liệu (b) Hình 3.2 Hệ thống OFDM đề xuất: (a) phía phát, (b) phía thu Sơ đồ khối hệ thống OFDM đề xuất đưa Hình 3.2, khối “IDFT with DBM” “DFT with DBM” khối cấp phát sóng mang theo DBM Nếu số sóng mang lớn 64, ví dụ 128, 256, …, hệ thống chia thành nhóm nhỏ, nhóm 64 sóng mang sau thực việc xáo trộn nhóm 3.2.3 Hiệu lỗi bit hệ thống Hiệu BER hệ thống OFDM đề xuất tương đương với hệ thống truyền thống xác định công thức sau: / ( ) với , - , - / ( ) ( ) đó, tương ứng lượng kí tự lượng bit, thời gian mang liệu, thời gian tiền tố lặp, tổng số sóng mang số sóng mang sử dụng mang liệu BER qua kênh AWGN hệ thống OFDM đề xuất trường hợp số sóng mang 64 khoảng bảo vệ phần tư chu kỳ kí tự sử dụng điều chế BPSK QPSK Hình 3.3(a) (b) tương ứng Kết BER BPSK 17 QPSK việc áp dụng xáo trộn Baker vào sóng mang hệ thống OFDM khơng gây ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu 0 10 10 theoretical BER OFDM with chaotic subcarriers Conventional OFDM theoretical BER OFDM with chaotic subcarriers Conventional OFDM -1 -1 10 BER BER 10 -2 10 -3 -3 10 10 -4 10 -6 -2 10 -4 -4 -2 10 -6 -4 -2 Eb/N0 [dB] Eb/N0 (a) (b) Hình 3.3 BER theo lý thuyết mô hệ thống OFDM truyền thống đề xuất qua kênh AWGN dụng sử (a) BPSK, (b) QPSK 0 10 10 Rayleigh fading analytic 64 chaotic subcarriers 128 chaotic subcarriers 256 chaotic subcarriers 512 chaotic subcarriers -1 -1 10 -2 BER BER 10 4QAM chaotic subcarriers 16QAM chaotic subcarriers 64QAM chaotic subcarriers Theoritical 4QAM BER Theoritical 16QAM BER Theoritical 64QAM BER 10 -2 10 -3 10 -3 10 -4 10 10 15 20 25 30 Eb/N0[dB] -4 10 10 15 Eb/N0[dB] 20 25 30 (a) (b) Hình 3.4 BER theo lý thuyết mơ hệ thống OFDM đề xuất sử dụng điều chế QPSK qua kênh Rayleigh fading với: (a) số lượng sóng mang khác nhau, (b) phương thức điều chế khác Hình 3.4(a) BER hệ thống truyền qua kênh Rayleigh fading thay đổi số sóng mang khơng kể đến hiệu ứng Doppler Có thể thấy số lượng sóng mang thay đổi, khơng có nhiều thay đổi lớn BER Hình 3.4(b) hiển thị đường cong BER qua kênh fading Rayleigh thay đổi phương thức điều chế khác 4-QAM, 16-QAM 64-QAM Kết mô ước lượng BER cho thấy tăng số mức điều chế, tỷ lệ lỗi bit tăng lên Các kết mô phù hợp với kết lý thuyết 3.2.4 Phân tích hệ số tương quan Bảng 3.1 Hệ số tương quan hai kí tự liền kề kí tự OFDM OFDM truyền thống OFDM đề xuất Phương ngang 0,1442 0,0703 18 Phương đứng 0,0959 0,0736 Bảng 3.1 thể giá trị hệ số tương quan hai symbol liền kề theo phương ngang phương đứng 128 bit thơng tin đầu tiền Sự phân tích tương quan cho thấy hệ thống OFDM đề xuất đạt ưu điểm tất giá trị có xu hướng giá trị khơng Hệ số tương quan nhỏ cho độ bảo mật thông tin lớn 3.3 ệ thống M-PSK/OFDM sử dụng trải phổ trực tiếp hỗn loạn 3.3.1 Máy phát máy thu Sơ đồ khối tổng thể hệ thống trình bày Hình 3.5 Bên máy phát, khối điều chế M-PSK, liệu nhị phân b(t) đầu vào chia thành nhóm k-bit ánh xạ tới kí tự tương ứng để xác định giá trị kí tự Trong q trình điều chế, độ rộng thời gian kí tự cố định giá trị kí tự thay đổi từ đến M-1 Ở đây, k số lượng bit kí tự, k = giá trị kí tự thứ Tín hiệu sau điều chế M-PSK biểu diễn sau: ( ) ( ) ∑ ( ) ∑ ( ) ( ) đó, kí hiệu tín hiệu M-PSK thời gian kí tự thứ , góc pha ban đầu góc pha xác định Dữ liệu vào b(t) S/P k-bit Ánh xạ kí Sn tự Điều chế PSK CDSSS p(t) s(t) S/P c(t) Điều chế M-PSK Chèn hoa tiêu, khoảng bảo vệ IFFT Thêm tiền tố lặp e(t) P/S Điều chế OFDM Sign x(t) Phát hỗn loạn Dữ liệu khôi phục k-bit P/S Sn Giải điều chế Ánh xạ ngược kí tự PSK Giải điều chế M-PSK o(t) Kênh truyền nβ i(t) Σ (·) (n-1)β +1 P/S c(t) Xóa hoa tiêu, khoảng bảo vệ FFT Xóa tiền tố lặp S/P Giải điều chế OFDM Sign x(t) CDSDS Phát hỗn loạn Hình 3.5 Sơ đồ cấu tr c hệ thống Trong khối trải phổ chuỗi trực tiếp hỗn loạn (CDSSS), cách sử dụng hàm hỗn loạn với chu kì lặp , chuỗi hỗn loạn ( ) tạo Chuỗi trải phổ hỗn loạn-NRZ ( ) ⁄ hệ số trải phổ đạt từ chuỗi hỗn loạn ( ) thông qua hàm dấu Tỷ số hệ thống Q trình trải phổ sau thực cách nhân tín hiệu sau điều chế M-PSK ( ) với chuỗi trải phổ ( ) Tín hiệu đầu ( ) đưa vào khối điều chế OFDM, đó, chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P) cho mẫu tín hiệu ( ) để tạo tín hiệu tương ứng với sóng mang con, sau tiến hành việc ch n kí tự hoa tiêu (Pilot) khoảng bảo vệ (Guard), chuyển đổi Fourier nhanh ngược (IFFT), chèn thêm tiền tố lặp (Cyclic prefix) Cuối cùng, tín hiệu song song sau công 19 r(t) đoạn xử lý ghép thành tín hiệu nối tiếp ( ) đầu khối OFDM Tín hiệu ( ) tín hiệu đầu máy phát phát kênh truyền Bảng 3.2 Tham số cho hệ thống mô Các khối chức Các thông số giá trị cụ thể Điều chế giải điều Số lượng kí tự: chế M-PSK Pha ban đầu: Trải phổ giải trải Các hàm hỗn loạn: phổ Logistic map: ( ) | || Tent map: | ( ) Bernoulli map: Hệ số trải phổ: Điều chế giải điều Số lượng sóng mang con: 64 chế OFDM Số lượng sóng mang liệu: 48 Số lượng sóng mang hoa tiêu: Số lượng kí tự bảo vệ: 12 Kênh truyền Kênh AWGN Kênh Rayleigh fading ⁄ ( ) Dịch tần Doppler: 10Hz Bên máy thu, tín hiệu nhận từ kênh truyền ( ) đưa vào khối giải điều chế OFDM, tín hiệu đầu vào chuyển thành tín hiệu song song sau thực bước xử lý ngược lại với phía phát là: loại bỏ tiền tố, biến đổi Fourier nhanh (FFT), xóa bỏ kí tự hoa tiêu bảo vệ, cuối chuyển từ song song sang nối tiếp Tín hiệu đầu khối giải điều chế OFDM ( ) đưa vào khối giải trải phổ trực tiếp hỗn loạn (CDSDS) Trong đó, chuỗi trải phổ hỗn loạn-NRZ ( ) phát lại tương tự bên phát đồng với tín hiệu đến Q trình giải trải phổ trực tiếp thực cách nhân chuỗi trải phổ ( ) với tín hiệu ( ) Tín hiệu đầu khối CDSDS ( ) cho công thức sau: ( ) ∑ ( ) ∑ ∑ ( ) ( ) ( ) ( ) với ( ), ( ) ( ) ký hiệu tín hiệu ( ) ( ) ( ) khoảng kí tự thứ Trong khối giải điều chế M-PSK, dựa vào giá trị đầu vào ( ), góc pha tính tốn sau giá trị kí tự góc pha gần chịm tín hiệu xác định Cuối cùng, giá trị có ánh xạ ngược vào nhóm k-bit tương ứng để khơi phục liệu nhị phân đầu 3.3.2 Mô số Các tham số cho hệ thống mô đưa Bảng 3.2 Các Hình 3.6(a), 3.6(b) 3.7(a), 3.7(b) tương ứng hiệu BER kênh AWGN Rayleigh Fading hệ thống đề xuất hai trường hợp: (i) số lượng kí tự tăng dần, , với hệ số trải phổ cố định , (ii) số lượng kí tự xác định với giá trị tăng dần hệ số trải phổ, Hàm hỗn loạn sử dụng cho tất kết mô hàm Logistic Có thể thấy tăng số lượng kí tự điều chế hiệu BER trở nên xấu Ngược lại, việc tăng hệ số trải phổ làm cho giá trị tương quan sau giải trải phổ bên máy thu trở nên rõ ràng Trong tất trường hợp trên, với tập giá trị thông số mô tỷ số ⁄ , hiệu BER hệ thống qua kênh AWGN tốt so qua kênh fading, đặc biệt 20 đường cong BER trường hợp Chúng ta thấy việc tăng hệ số trải phổ, hiệu hệ thống cải thiện đáng kể kênh AWGN, với kênh Fading, hiệu cải thiện (a) (b) Hình 3.6 Hiệu BER qua kênh AWGN trường hợp: (a) M = 2,4,8,16 (b) M = (a) (b) Hình 3.7 Hiệu BER qua Rayleigh Fading hai trường hợp: (a) M = 2,4,8,16 , (b) M = So sánh hiệu BER hệ thống đề xuất với hệ thống truyền thống trường hợp , sử dụng hàm Logistic hiển thị Hình 3.8(a) Chúng ta thấy việc sử dụng kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp làm cho hiệu hệ thống đề xuất tốt so với hệ thống truyền thống BPSK-OFDM kênh truyển AWGN Với việc sử dụng kỹ thuật OFDM, hiệu BER hệ thống cải thiện với hệ thống BPSK-DSSS kênh Fading Hiệu mô hệ thống đề xuất với với việc sử dụng hàm hỗn loạn khác Logistic, Tent Bernouli trình bày Hình 3.8(b) Chúng ta quan sát BER tất trường hợp gần hai kênh truyền AWGN Rayleigh Fading 21 3.3.3 Đặc điểm bảo mật Trong thực tế, việc sử dụng hàm hỗn loạn để phát chuỗi hỗn loạn đơn giản cho bên máy phát máy thu hợp lệ có đầy đủ thông tin cấu trúc hệ thống giá trị tham số Tuy nhiên, hệ thống đề xuất, việc tách phát lại chuỗi hỗn loạn từ tín hiệu kênh truyền khó khăn cho máy thu đánh cắp thơng tin, chuỗi hỗn loạn nhân với chuỗi liệu NR mang sóng mang OFDM Bởi nhạy cảm đặc biệt đặc tính hỗn loạn vào điều kiện khởi động sai khác tham số, sai số nhỏ q trình tách sóng dẫn đến khác biệt hoàn toàn chuỗi phát lại (a) (b) Hình 3.8 So sánh hiệu BER hệ thống đề xuất với hợp M = trường hợp: (a) với hệ thống truyền thống, (b) với chuỗi hỗn loạn khác (a) (b) Hình 3.9 Hiệu BER với M trường hợp khơng có có sai khác điều kiện khởi động: (a) kênh AWGN, (b) kênh Rayleigh Fading Hình 3.9(a)và 3.9(b) đường cong BER trường hợp sai khác thông số khởi động kênh truyền AWGN Rayleigh Fading Có thể thấy đường cong BER gần nằm ngang không đổi giá trị Đặc điểm có nghĩa với máy thu khơng hợp lệ cố tình đánh cắp thông tin, sai khác giá trị thông số cho q trình dị, tách khơi phục thơng tin thất bại Do việc áp dụng trải phổ hỗn loạn làm tăng khả bảo mật lớp vật lý hệ thống 22 3.4 Kết luận Hệ thống OFDM với sóng mang xáo trộn hỗn loạn theo đặc tính động hàm Baker rời rạc thể ưu điểm việc giảm tỷ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình đồng thời tăng cường tính bảo mật cho hệ thống, giữ hiệu BER tương đương kế thừa ưu điểm vốn có hệ thống OFDM truyền thống, đặc biệt khả loại bỏ ảnh hưởng fading đa đường đến chất lượng truyền thông Mặt khác, hệ thống M-PSK/OFDM sử dụng trải phổ chuỗi hỗn loạnNRZ trực tiếp kế thừa ưu điểm hệ thống M-PSK/OFDM truyền thống việc điều chỉnh tốc độ liệu linh hoạt với điều chế M-PSK nâng cao hiệu BER kênh fading đa đường với kỹ thuật OFDM mà cải thiện hiệu BER qua kênh nhiễu khả bảo mật với việc sử dụng trải phổ hỗn loạn Những đặc điểm đề cập làm cho hệ thống đề xuất trở nên khả thi để tiếp tục nghiên cứu phát triển hướng tới ứng dụng vào hệ thống thông tin số thực tế 23 Kết luận hướng phát triển Tổng quan truyền thơng sử dụng hỗn loạn trình bày Chương Hỗn loạn, tín hiệu hỗn loạn, hệ thống thơng tin hỗn loạn điển hình mơ tả phân tích Các hệ thống thơng tin hỗn loạn sử dụng đa sóng mang thể ưu điểm chúng việc nâng cao chất lượng truyền thông qua kênh truyền ảnh hưởng nhiễu méo fading đa đường Chương đề xuất thực hệ thống Khóa dịch hỗn loạn vi sai đa sóng mang với chuỗi trải phổ lặp (RSS-MC-DCSK), chuỗi điều chế DCSK phát sóng mang mặc định sử dụng chuỗi hỗn loạn lặp để trải phổ thông tin Trong Chương 3, hai hệ thống thơng tin đa sóng mang trực giao sử dụng hỗn loạn OFDM xáo trộn sóng mang hỗn loạn M-PSK/OFDM trải phổ trực tiếp hỗn loạn đề xuất nghiên cứu Các kết đạt chứng tỏ nội dung đề xuất nghiên cứu luận án hợp lý cần thiết Việc lựa chọn kết hợp kỹ thuật truyền thơng đa sóng mang hỗn loạn nhằm cải thiện chất lượng truyền thông qua kênh truyền thực tế vừa thể ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án Đóng góp luận án Các nội dung sau lần đề xuất khảo sát luận án Đây đóng góp khoa học luận án: Đề xuất hệ thống thông tin khóa dịch hỗn loạn vi sai đa sóng mang sử dụng chuỗi trải phổ lặp RSS-MC-DCSK Trong đó, chuỗi điều chế DCSK phát sóng mang mặc định chuỗi hỗn loạn lặp dùng để trải phổ dòng bit liệu song song đầu vào Phân tích lý thuyết mơ số cho hiệu suất lượng, hiệu suất băng thông hiệu tỷ lệ lỗi bit thực Các kết đạt chứng minh cải thiện so với hệ thống MC-DCSK truyền thống Đề xuất hệ thống thơng tin đa sóng mang trực giao (OFDM) xáo trộn sóng mang hỗn loạn sử dụng hàm Baker rời rạc Sự cải thiện tỷ số công suất đỉnh cơng suất trung bình tín hiệu phát khả bảo mật, trì hiệu BER hệ thống đề xuất so với hệ thống OFDM truyền thống chứng tỏ qua kết phân tích mơ Đề xuất hệ thống điều chế pha đa mức (M-PSK) đa sóng mang trực giao (OFDM) sử dụng trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn NRZ Các kí tự đầu điều chế M-PSK trải phổ hỗn loạn trước phát sóng mang OFDM Kết đạt hệ thống đề xuất cải thiện hiệu BER qua kênh truyền fading đa đường khả bảo mật liệu ướng phát triển thời gian tới Hướng phát triển thời gian tới khảo sát hiệu hoạt động hệ thống với đa người sử dụng, đồng thời đưa phân tích đánh giá cụ thể khả bảo mật hệ thống đề xuất 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌN ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Bài báo tạp chí hội nghị: Nguyen Huu Long and Vu Van Yem (2012), “Synchronization of two identical improved chaotic Colpitts oscillators,” Ubiquitous Positioning, Indoor Navigation and Location Based Service (UPINLBS), doi: 10.1109/UPINLBS.2012.6409782 Vu Van Yem, Nguyen Xuan Quyen and Nguyen Huu Long (2012), “Development of the MxN-ary Chaotic Pulse Width and Position Modulation for Improving Bit Rate in Secure Digital Communication Systems,” In Proc 5th AUN/SEED-Net Regional Conf on Manufacturing Engineering & 1st Human Factors and Ergonomics Society of the Philippines Conf., EDSA Shangri-La Manila, Philippines Nguyen Xuan Quyen, Nguyen Huu Long and Vu Van Yem (2014), “An OFDMbased Chaotic DSSS Communication System with M-PSK Modulation,” In Proc IEEE International Conference on Communications and Electronics (IEEE ICCE 2014), Danang-Vietnam, pp.106-111 Nguyen Huu Long, Nguyen Xuan Quyen and Vu Van Yem (2015), “A Direct Sampling Receiver for Communication of DCSK systems Over Flat Fading Channels” In Proc International Conference on Advanced Technologies for Communications, HCM city-Vietnam, pp 588-593 Doan Thi Que, Nguyen Huu Long, Nguyen Xuan Quyen, Tony de Souza-Daw, Hoang Dung Nguyen, Thang Manh Hoang (2016), “Multiple-Access Performance of Chaotic Bit Duration PN-DSSS Communication System,” In Proc 6th IEEE International Conference on Communications and Electronics (IEEE ICCE 2016), Halong Bay-Vietnam, pp 609-613 Nguyen Huu Long, To Thi Thao, Vu Nhat Minh, Hoang Minh Son and Vu Van Yem (2016), “A Novel Chaotic Subcarriers Interleaving Approach for Secured OFDM Communication Systems,” Journal of Science and Technology, Tạp chí khoa học công nghệ, số 114, pp 31-35 Nguyen Huu Long, Nguyen Xuan Quyen, To Thi Thao and Vu Van Yem (2016), “Improved Multi-Carrier Differential Chaos-Shift Keying System: Design and Analysis,” Tạp chí nghiên cứu khoa học Cơng nghệ Qn sự, số 45,pp 44-54 Nguyen Huu Long, Nguyen Xuan Quyen, Vu Van Yem (2017), “Design of An Improved Multi-carrier DCSK System for Digital Communications,” 2017 International Conference on Signal Processing, Telecommunications and Computing (SigTelCom2017), Danang-Vietnam, pp 211-216 Đề tài nghiên cứu tham gia: Đề tài nghiên cứu khoa học (NAFOSTED), “Nghiên cứu phát triển phương pháp điều chế thời gian xung hỗn loạn cho hệ thống thông tin số,” mã số: 102.02-2012.34, thời gian thực hiện: 2013-2015, vai trò: thành viên thực ... chế hỗn loạn đa sóng mang hướng nghiên tiềm khả thi, hướng tới áp dụng hỗn loạn vào hệ thống thông tin thực tế Truyền thông hỗn loạn đa sóng mang hướng nghiên cứu mở khai thác: nghiên cứu truyền. .. hệ thống OFDM nhằm cải thiện hiệu tỷ lệ lỗi bit qua kênh truyền fading Đối tượng Các hệ thống thông tin số sử dụng kỹ thuật hỗn loạn Các hệ thống thơng tin hỗn loạn sử dụng đa sóng mang đa. .. xuất cho truyền thông vô tuyến dựa cải tiến mở rộng từ DCSK Điều chế đa sóng mang ứng dụng truyền thông hỗn loạn Kỹ thuật điều chế đa sóng mang (MCM) sử dụng rộng rãi nhiều hệ thống thông tin