Ngẫu nhiên hoá tín hiệu bằng mạch ghi dịch hồi tiếp tuyến tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỒNG HOA NGẪU NHIÊN HÓA TÍN HIỆU BẰNG MẠCH GHI DỊCH HỒI TUYẾN TÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Hà Nội, 2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỒNG HOA NGẪU NHIÊN HÓA 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 lôc Môc lôc 15T 15 T Danh mục chữ viết tắt 15T 15T Danh mục bảng 15T 15T Danh mục hình vẽ 15T 15 T mở đầu 15T 15T Ch­¬ng 1: Tỉng quan vỊ trun dÉn sè 1.1 Giíi thiƯu 1.2 M«i tr­êng truyÒn 1.2.1 Các đường truyền hai dây không xoắn 10 1.2.2 Các đường dây xoắn đôi 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 Các chế độ truyền 16 1.3.1 Trun bÊt ®ång bé 16 1.3.2 Trun ®ång bé 17 1.4 HiƯn t­ỵng jitter 17 1.4.1 Kh¸i niÖm 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 Mà đơn cực 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- Ch­¬ng 2: c¬ së lý thut vỊ tr­êng hữu hạn dÃy nhị phân giả ngẫu nhiên32 2.1 Giíi thiƯu 32 2.2 DÃy giả ngẫu nhiên 32 2.2.1 D·y ngÉu nhiªn 32 2.2.2 Bộ tạo mà giả ngẫu nhiªn LFSR 33 2.3 Khái niệm trường hữu hạn 34 2.3.1 C¸c cÊu tróc ®¹i sè 34 2.3.2 Trường hữu hạn GF(p) 36 2.4 Các đa thức trªn 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 ngÉu 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 trªn 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 Ch­¬ng 3: xư lý tÝn hiƯu b»ng bé x¸o 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 kiến nghị 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 sè '0' bps Bit per second Bit/gi©y CCITT International Telegraph and ủy ban tư vấn điện thoại Telephone Consultative ®iÖn tÝn quèc tÕ Committee CDMA Code Division Multiple Access Đa 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 Nhiễu liên ký tự Phần tiêu chuẩn viễn thông Sector of International Liên minh viễn thông Telecommunication Union quốc tÕ 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 trở không - đảo one dấu bit Non Return to Zero – Level M· kh«ng trë vỊ không L mức PCM Pulse Code Modulation Điều chế 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 tuyÕn 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 tuyÕn vi ba Trong vïng quang häc, ng­êi ta sö dụng 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 nỉi bËt so víi c¸c hƯ thèng c¸p trun thèng, như: 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 phục tín hiệu đồng hồ phía thu truyền 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 sư dơng réng r·i c¸c øng dơng nh­: nhËn 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 ®ång bé c¸c ®­êng trun c¸p quang Bè cơc luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan vỊ trun dÉn sè Ch­¬ng 2: C¬ së lý thuyết 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 - 66 - trường hợp xáo trộn sử dụng đa thức đặc trưng khác nhau, bước chạy có chiều dài nhỏ 10 Trong số trường hợp, kết hợp sử dụng hai đa thức đặc trưng hai xáo trộn, tín hiệu thu có đặc tính gần với tín hiệu ngẫu nhiên Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tÝn hiệu thu sau xáo trộn có: 66 bit '1', 61 bit '0', tû lƯ N1 / N lµ 1.08, có hai bước chạy độ dài (một bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy độ dài nhỏ 5, có 73 lần chuyển mức tín hiệu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR lµ h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tín hiệu thu sau xáo trộn có: 66 bit '1', 61 bit '0', tû lÖ N1 / N 1.08, có bước chạy độ dài (gồm bit '0'), bước chạy độ dài 5, có bốn bước chạy độ dài (hai bước chạy gồm bit '1' hai bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy độ dài nhỏ 4, có 71 lần chuyển mức tín hiệu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR lµ h1 ( d ) =1 + d + d + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tÝn hiÖu thu sau xáo trộn có: 66 bit '1', 61 bit '0', tû lƯ N1 / N lµ 1.08, cã bước chạy độ dài (gồm bit '0' liên tiếp), hai bước chạy độ dài (gồm bit '1'), bốn bước chạy độ dài (hai bước chạy gồm bit '1' hai bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy độ dài nhỏ 4, có 63 lần chuyển mức tín hiƯu Khi d·y tÝn hiƯu vµo cã chiỊu dµi cµng lớn dÃy tín hiệu đầu xáo trộn có thuộc tính gần với tín hiệu ngẫu nhiên hơn, tỷ lệ N1 / N tiến gần tới giá trị - 67 - Bảng 3.3 Tín hiệu vào trường hợp sau x¸o trén m1 m2 N1 N0 N /N M1 M0 TR 10000011 10000011 64 63 1.02 64 63 10010001 70 57 1.23 63 10101011 68 59 1.15 65 11000001 62 65 0.95 8 54 11010101 64 63 1.02 10 58 11110001 58 69 0.84 10 60 10001001 76 51 1.49 10 57 10011101 64 63 1.02 10 54 10101011 68 59 1.15 66 11000001 50 77 0.65 11 54 11010101 54 73 0.74 64 11110001 60 67 0.89 70 10001001 64 63 1.02 6 67 10011101 66 61 1.08 57 11000001 60 67 0.89 10 60 11010101 62 65 0.95 9 64 11110001 54 73 0.74 10 55 10001001 72 55 1.31 65 10011101 64 63 1.02 63 10010001 10101011 - 68 - 11000001 11010101 11110001 10001001 11010101 60 67 0.89 63 11110001 66 61 1.08 57 10001001 56 71 0.79 64 10011101 64 63 1.02 70 11110001 62 65 0.95 55 10001001 56 71 0.79 62 10011101 56 71 0.79 7 64 10001001 50 77 0.65 14 52 10011101 58 69 0.84 62 10011101 60 67 0.89 63 ë tr­êng hợp thứ hai: tín hiệu vào dÃy 127 bit, ®ã: gåm 64 bit '1', 63 bit '0', tèi đa có 64 bit '1' liên tiếp 63 bit '0' liên tiếp, có lần chuyển mức tín hiệu Sau xáo trộn hai lần, tín hiệu thu có thuộc tính: - DÃy có số lần chuyển mức tín hiệu tăng lên rõ rệt so với dÃy tín hiệu vào, trường hợp xét, số lần chuyển mức tín hiệu dÃy lớn 50 lần, đạt gần 50% số lần chuyển møc cã thĨ - TÝnh c©n b»ng cđa d·y gần thỏa mÃn, đảm bảo hàm tự tương quan tín hiệu sau xáo trộn có giá trị bé - Tín hiệu vào dÃy bit cã hai b­íc ch¹y, mét b­íc ch¹y '1' víi chiỊu dài 64 bước chạy '0' với chiều dài 63 Chiều dài bước chạy tín hiệu sau xáo trộn giảm nhỏ đáng kể, nghĩa vạch phổ tín hiệu gần hơn, phân bố phổ tín hiệu đồng Một số trường hợp đáng quan tâm: - 69 - Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR hai đa thức đối ngẫu: h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d , tín hiệu thu sau xáo trộn cã: 62 bit '1', 65 bit '0', tû lÖ N1 / N 0.95, có hai bước chạy độ dài (một bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy có độ dài trở xuống, có 54 lần chuyển mức tín hiệu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR hai đa thức đối ngÉu: h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d , tín hiệu thu sau x¸o trén cã: 64 bit '1', 63 bit '0', tû lƯ N1 / N lµ 1.02, cã hai bước chạy độ dài (một bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy độ dài từ trë xng, cã 67 lÇn chun møc tÝn hiƯu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR hai ®a thøc ®èi ngÉu: h1 ( d ) =1 + d + d + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tín hiệu thu sau xáo trộn có: 62 bit '1', 65 bit '0', tû lÖ N1 / N 0.95, có hai bước chạy độ dài (một bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy có độ dài từ trở xuống, có 64 lần chuyển mức tín hiệu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tín hiệu thu sau xáo trén cã: 64 bit '1', 63 bit '0', tû lÖ N1 / N 1.02, có bước chạy độ dài (gồm bit '0' liên tiếp), có ba bước chạy độ dài (hai bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm4 bit '0'), lại bước chạy độ dài nhỏ 4, cã 70 lÇn chun møc tÝn hiƯu Nh­ vËy, chọn đa thức đặc trưng hai LFSR hai ®a thøc ®èi ngÉu, ta thÊy d·y tÝn hiƯu gần thỏa mÃn thuộc tính chạy dÃy tín hiệu ngẫu nhiên - 70 - Bảng 3.4 Tín hiệu vào trường hợp sau xáo trộn m1 m2 N1 N0 N /N M1 M0 TR 10000011 10000011 64 63 1.02 32 32 10010001 58 69 0.84 63 10101011 60 67 0.89 65 11000001 64 63 1.02 8 56 11010101 62 65 0.95 10 60 11110001 68 59 1.15 10 62 10001001 52 75 0.69 10 55 10011101 64 63 1.02 10 57 10101011 58 69 0.84 5 65 11000001 76 51 1.49 11 54 11010101 72 55 1.31 60 11110001 66 61 1.08 5 70 10001001 64 63 1.02 6 67 10011101 62 65 0.95 57 11000001 66 61 1.08 10 60 11010101 64 63 1.02 9 64 11110001 72 55 1.31 10 56 10001001 56 71 0.79 61 10011101 64 63 1.02 63 10010001 10101011 - 71 - 11000001 11010101 11110001 10001001 11010101 68 59 1.15 65 11110001 62 65 0.95 59 10001001 70 57 1.23 62 10011101 62 65 0.95 4 72 11110001 66 61 1.08 57 10001001 70 57 1.23 5 64 10011101 70 57 1.23 7 62 10001001 76 51 1.49 14 50 10011101 68 59 1.15 64 10011101 68 59 1.15 5 65 ë tr­êng hỵp thø ba: tÝn hiệu vào dÃy 127 bit, đó: gồm 64 bit '1', 63 bit '0', tèi ®a cã 32 bit '1' liên tiếp 32 bit '0' liên tiếp, có ba lần chuyển mức tín hiệu Trường hợp này, tín hiệu vào tương đối khả quan so với hai trường hợp đà xét Sau xáo trộn hai lần, tín hiệu thu có thuộc tính: - Sè lÇn chun møc tÝn hiƯu cđa d·y hÇu hết đạt gần 50% số chuyển mức - Tû lƯ chªnh lƯch N1 / N cịng thấp so với hai trường hợp đà xét trên, phần lớn từ (0.9 đến 1.2), số trường hợp có tỷ lệ nằm khoảng - Tín hiệu vào gồm bốn bước chạy, ba bước chạy chiều dài 32 bước chạy chiều dài 31 TÝn hiƯu cã sè b­íc ch¹y lín, chiỊu dài bước chạy chủ yếu nhỏ 10 Một số trường hợp tín hiệu có thuộc tính tốt: - 72 - Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR hai đa thức đối ngẫu: h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d , tín hiệu thu sau xáo trộn có: 64 bit '1', 63 bit '0', tû lÖ N1 / N 1.02, có hai bước chạy độ dài (một bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy có độ dài từ trở xuống, có 56 lần chuyển mức tín hiệu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tín hiệu thu sau x¸o trén cã: 66 bit '1', 61 bit '0', tû lƯ N1 / N lµ 1.08, cã hai bước chạy độ dài (một bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy độ dài từ trë xng, cã 70 lÇn chun møc tÝn hiƯu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR hai ®a thøc ®èi ngÉu: h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d , tÝn hiệu thu sau xáo trộn có: 64 bit '1', 63 bit '0', tû lƯ N1 / N lµ 1.02, có hai bước chạy độ dài (một bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm bit '0'), bước chạy độ dài 5, lại bước chạy độ dài từ trë xng, cã 67 lÇn chun møc tÝn hiƯu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR h1 ( d ) =1 + d + d + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tín hiệu thu sau x¸o trén cã: 64 bit '1', 63 bit '0', tû lệ N1 / N 1.02, tối đa có bit '1' liên tiếp bit '0' liên tiÕp, cã 64 lÇn chun møc tÝn hiƯu Khi chän đa thức đặc trưng LFSR h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tÝn hiÖu thu sau xáo trộn có: 62 bit '1', 65 bit '0', tû lƯ N1 / N lµ 0.95, có bốn bước chạy độ dài (một bước chạy gồm bit '1' ba bước chạy gồm bit '0' ), lại bước chạy độ dài nhỏ hơn, có 72 lần chuyển mức tín hiệu - 73 - Bảng 3.5 Tín hiệu vào trường hợp sau xáo trộn m1 m2 N1 N0 N /N M1 M0 TR 10000011 10000011 95 32 2.97 95 32 10010001 75 52 1.44 65 10101011 69 58 1.19 65 11000001 67 60 1.12 8 54 11010101 55 72 0.76 10 59 11110001 51 76 0.67 10 60 10001001 77 50 1.54 10 55 10011101 53 74 0.72 10 57 10101011 69 58 1.19 65 11000001 53 74 0.72 11 56 11010101 59 68 0.87 62 11110001 63 64 1.02 5 72 10001001 55 72 0.76 67 10011101 53 74 0.72 57 11000001 51 76 0.67 10 60 11010101 55 72 0.76 64 11110001 61 66 0.92 10 56 10001001 75 52 1.44 63 10011101 51 76 0.67 65 10010001 10101011 - 74 - 11000001 11010101 11110001 10001001 11010101 61 66 0.92 63 11110001 61 66 0.92 57 10001001 63 64 0.98 62 10011101 67 60 1.12 4 72 11110001 63 64 0.98 55 10001001 57 70 0.81 5 64 10011101 65 62 1.05 62 10001001 41 86 0.48 14 49 10011101 61 66 0.92 64 10011101 59 68 0.87 5 63 trường hợp thứ tư: tín hiệu vào dÃy 127 bit, ®ã: gåm 95 bit '1', 32 bit '0', tối đa có 95 bit '1' liên tiếp 32 bit '0' liên tiếp, có lần chuyển mức tín hiệu Đây trường hợp mà tín hiệu vào xấu so với trường hợp đà xét Sau xáo trộn hai lần, tín hiệu thu có thuộc tính: - Số lần chuyển mức tín hiệu dÃy vào nhỏ (một lần) DÃy hầu hết đạt gần 50% số chuyển møc cã thĨ - Tû lƯ chªnh lƯch N1 / N dÃy vào cao (2.97 lần), nhờ xáo trén, d·y cã tû lÖ N1 / N thấp nhiều - Tín hiệu vào gồm hai bước chạy, bước chạy '0' chiều dài 32 bước chạy '1' chiều dài 95 Chiều dài bước chạy tín hiệu sau xáo trộn nhỏ nhiều Một số trường hợp kết hợp đa thức đặc trưng khác để tạo xáo trộn, thu dÃy tín hiệu với thuộc tính đặc biệt tốt: - 75 - Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR hai đa thức đối ngẫu: h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d , tín hiệu thu sau xáo trộn có: 67 bit '1', 60 bit '0', tû lÖ N1 / N 1.12, có hai bước chạy độ dài (một bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy có độ dài từ trở xuống, có 54 lần chuyển mức tín hiệu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tín hiệu thu sau xáo trén cã: 63 bit '1', 64 bit '0', tû lÖ N1 / N 0.98, có hai bước chạy độ dài (một bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy có độ dài nhỏ hơn, có 72 lần chuyển mức tín hiệu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR h1 ( d ) =1 + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tín hiệu thu sau x¸o trén cã: 67 bit '1', 60 bit '0', tỷ lệ N1 / N 1.12, có năm bước chạy độ dài (bốn bước chạy gồm bit '1' bước chạy gồm bit '0'), lại bước chạy có độ dài nhỏ hơn, có 72 lần chuyển mức tín hiệu Khi chọn đa thức đặc trưng LFSR h1 ( d ) =1 + d + d + d + d vµ h ( d ) =1 + d + d + d + d , tín hiệu thu sau xáo trén cã: 61 bit '1', 66 bit '0', tû lÖ N1 / N 0.92, có bước chạy độ dài (gồm bit '1'), hai bước chạy độ dài (gồm bit '0'), lại bước chạy độ dài nhỏ hơn, có 64 lần chun møc tÝn hiƯu Nh­ vËy, ta thÊy trường hợp đặc biệt tín hiệu vào (tín hiệu vào dÃy gồm nhiều bit '1' liên tiếp nhiều bit '0' liên tiếp), chọn đa thức đặc trưng LFSR phù hợp, tín hiệu sau xáo trộn có thuộc tính gần thỏa mÃn thuộc tính dÃy ngẫu nhiên, như: số bit '1' bit '0' chênh lệch không nhiều, số trường hợp chênh lệch số bit '1' số bit '0' không bit, độ dài bước chạy giảm đáng kể, số lần - 76 - chuyển mức tín hiệu đủ lớn để đảm bảo dễ dàng khôi phục tín hiệu định thời phía thu Nói cách khác, dòng bit ngẫu nhiên hoá để loại bỏ dÃy dài symbol liên tiếp cực tính, nhờ cung cấp đầy đủ thông tin định thời để mạch khôi phục tín hiệu đồng hồ hoạt động xác Khi bậc đa thức dùng xáo trộn tăng, chiều dài dÃy đầu tăng, thuộc tính dÃy đầu gần với thuộc tính tín hiệu ngẫu nhiên hơn, hiệu xáo trộn lớn 3.5 Kết luận Chương đà sử dụng phương pháp biểu diễn dÃy đa thức trường GF(2) để phân tích thuộc tính dÃy giả ngẫu nhiên chiều dài cực đại tạo mạch ghi dịch hồi tiếp tuyến tính Đồng thời, chương đề cập đến sơ đồ thiết kế xáo trộn dïng c¸c hƯ thèng trun dÉn quang Ta cã thể thấy xáo trộn đà làm cải thiện đáng kể chất lượng truyền dẫn Jitter đo với hệ thống sử dụng PRBS để ngẫu nhiên hóa tín hiệu có giá trị tối ưu so với hệ thống không sử dụng PRBS Khi tín hiệu vào chưa ngẫu nhiên hóa, tạo jitter với biên độ không giới hạn, tín hiệu vào đưa qua ngẫu nhiên hóa, tạo jitter với biên độ giới hạn Đây phương pháp tốt, thực dễ dàng để nâng cao, cải thiện đặc tính phổ tín hiệu môi trường không áp dụng mà đường dây Phương pháp áp dụng với đường truyền tốc độ cao, không chiếm thêm băng thông truyền so với không dùng xáo trộn - 77 - kết luận kiến nghị Đề tài "Ngẫu nhiên hóa tín hiệu mạch ghi dịch hồi tiếp tuyến tính" với mục tiêu nghiên cứu kỹ thuật scrambling hệ thống truyền dẫn quang, nhằm nâng cao chất lượng truyền dẫn Do hệ thống truyền dẫn quang hay vô tuyến, tín hiệu đồng hồ truyền tách từ dòng số liệu việc xử lý tượng chuỗi dài bit liệu không chuyển đổi mức có xác suất đủ thấp vấn đề quan trọng Nếu tượng xảy thường xuyên, dẫn đến tín hiệu đồng hồ khôi phục phía thu không xác, gây đồng thu sai Sử dụng xáo trộn để cải thiện tình trạng phương pháp thường áp dụng Đây phương pháp hiệu thực đơn giản, không chiếm thêm băng thông truyền dẫn Luận văn đà tập trung phân tích mạch tín hiệu LFSR (bộ xáo trộn) dùng phương pháp biểu diễn biến đổi d Phân tích độ phức tạp dÃy nhị phân tuyến tính vấn đề khó khăn Việc sử dụng lý thuyết trường hữu hạn hữu hiệu việc mô tả LFSR dÃy nhị phân chúng tạo nên, đặc biệt việc mô tả trình trộn sè C¸c bé trén sè cã rÊt nhiỊu øng dơng, không cho mục đích xáo trộn bit mà ứng dụng rộng rÃi hệ thống trải phổ như: trải phổ nhảy tần, trải phổ dÃy trực tiếp,, ứng dụng hệ thống bảo mật thông tin Khảo sát dÃy nhiều trộn mắc nối tiếp dÃy vào độc lập tuyến tính với trạng thái ban đầu trộn hướng nghiên cứu quan tâm, dÃy chúng có nhiều ưu điểm như: loại trừ chuỗi dài bit giống kế tiếp, tạo dÃy có khoảng tuyến tính tương đương lớn, có phạm vi thay đổi phân bố '1' '0' rộng - 78 - Trên sở nghiên cứu dÃy trộn, ta xác định trạng thái ban đầu trộn đà biết dÃy ra, điều cần thiết, giúp ta khống chế trạng thái ban đầu để đạt dÃy có số tính chất định phân bố xác suất, hàm tự tương quan, Phân tích tính chất dÃy m tạo mạch ghi dịch håi tiÕp tun tÝnh cịng cho thÊy cã thĨ nghiªn cứu để tạo dÃy m phi tuyến có cấu trúc lồng ghép Các dÃy m phi tuyến ứng dụng để xây dựng hệ mật bảo vệ tin, ứng dụng rađa, hệ thống CDMA ngày phát triển mạnh Trên số hướng nghiên cứu đề tài Rất mong nhận góp ý thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn - 79 - Tài liệu tham khảo Tiếng Việt LG Information & Communications, Ltd (1995), Giíi thiƯu chung lý thuyết viễn thông, NXB Thanh Niên, Hà Nội Lê Chí Quỳnh (1996), Nghiên cứu dÃy nhị phân phi tuyến mạch ghi dịch tuyến tính dùng thông tin số, Luận án phó tiến sỹ khoa học kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Hồng Sơn, Hoàng Đức Hải (2002), Kỹ tht trun sè liƯu, NXB Lao ®éng – X· héi, Hµ Néi TiÕng Anh M Braff and D L Shilling (1980), “The correlation of the output of a binary convolutional encoder”, IEEE Trans Commun., Vol COM 28, pp 371 – 375 R M Brooks and A Jessop (1983), “Line Coding for Optical Fibre System”, Int J Electronics, Vol 55, No 1, pp 81 – 120 I J Fair, V K Bhargava and Q Wang (1997), “Evaluation of the power spectral density of guided scrambling coded sequences”, IEEE Proc-Commun., Vol 144, No 2, pp 70 – 78 I J Fair, V K Bhargava and Q Wang (1998), “On the Power Spectral Density of Self - Synchronizing Scrambled Sequences”, IEEE Transactions on Information theory, Vol 44, No 4, pp 1687 – 1693 P Z Fan and M Danel (1996), Sequence design for communication application, John Wiley, New York A Gaug and H Weinricter (1973), “Coding of m-sequences by digital data scramblers”, NTZ, Vol 26, pp 234 -236 - 80 - 10 R D Gitlin, J F Hayes (1975), “Timing recovery and scramblers in data transmission”, Bell Syst Tech Jounal, Vol 54, No 3, pp 589 -593 11 S W Golomb (1982), Shift register sequences, Holdenday, San Francisco 12 G Hoffman de Visme (1971), Binary Sequences, The English Universities Press Ltd, London 13 F Huang and E V Standfied (1993), “Time sample speech scramble which does not require synchronization”, IEEE Trans Commun., Vol 41, No 11, pp 1715 -1722 14 R Leeman (1999), Fundamental of Telecommunications, John Wilson, New York 15 R LIDL, H Niederreiter (2000), Introduction to finite field and their application, Cambridge university press, London 16 R Mc Eliece (2001), Finite Fields for computer scientist and Engineers, Kluwer Academi press, Kluwer 17 J C Palais (2005), Fiber optic communication, Arizona State University, Arizona ... tổng quát LFSR Như vậy, mạch ghi dịch hồi tiếp tuyến tính gồm N trigơ D, mắc nối tiếp Mạch hồi tiếp gồm cổng XOR khoá gi Số trigơ mạch (N) gọi chiều dài (hay bậc) mạch ghi dịch Sự lựa chọn giá trị... (dÃy m) tạo mạch ghi dịch hồi tiếp tuyến tính có tính chất sau: - 34 - + Tính cân bằng: chênh lệch số bit '0' số bit '1' độ dài dÃy nhiều + Tính chạy: Một đoạn không chuyển đổi cực tính PRBS gọi... 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