4. 2. 1 Nguyên lý và hoạt động của CPPM
Ở phần này, ta mô tả hệ thống điều chế vị trí xung hỗn loạn CPPM [18]. Phương pháp CPPM được đề xuất là một cải tiến của phương pháp truyền thông tin dựa trên kỹ thuật hỗn loạn, làm giảm đáng kểđộ nhạy của hệ thống
với là dạng sóng của xung tạo ra tại thời điểm
với là khoảng thời gian giữa xung thứ và . Ta giả sử rằng chuỗi các là kết quả của sự lặp đi lặp lại các quá trình hỗn loạn. Đểđơn giản, ta xem xét trường hợp sự hỗn loạn được tạo ra bởi ánh xạ một chiều: , với là một hàm phi tuyến.
Thông tin được mã hóa vào trong tín hiệu xung hỗn loạn bằng các thêm các trễ trong khoảng thời gian giữa các xung, . Khi đó, chuỗi xung được tạo ra bởi một ánh xạ mới như sau:
(4. 16) với là tín hiệu mang thông tin. Ở đây, ta chỉ xem xét trường hợp tín hiệu nhị phân, chỉ có thể bằng hoặc . Tham số mô tả biên độđiều chế. Tham số là khoảng thời gian trễ cần thiết cho việc triển khai thực tế của phương pháp điều chế và giải điều chế này. Trong khi thiết kếbộ phát xung hỗn loạn, hàm phi tuyến , tham số và được chọn đểđảm bảo tính hỗn loạn của ánh xạ.
Tín hiệu xung hỗn loạn sau điều chế là: , với được tạo ra bởi (4. 16), là tín hiệu
được truyền đi. Độ rộng của mỗi xung trong chuỗi xung được coi là nhỏ
hơn nhiều so với giá trị tối thiệu của . Để tách thông tin ra tại phía thu, bộ
tiếp và được tính toán và tín hiệu mang thông tin được khôi phục từ
những khoảng thời gian hỗn loạn theo công thức:
(4. 17) Nếu hàm phi tuyến , các tham số trong máy thu giống như với máy phát, thì tín hiệu mang thông tin được khôi phục một cách dễ dàng. Khi hàm phi tuyến không giống với phía phát với một độ chính xác nhất định, phía thu sẽ giải mã với tỉ lệ lỗi lớn. Bởi vậy, một máy thu trái phép, khi không có thông tin nào về ánh xạ phát tín hiệu hỗn loạn ở máy phát, sẽ không thể
xác định được một xung nhất định có bị trễ hay không bị trễ so với vị trí hỗn loạn ban đầu, và do đó không xác định được là hay là .
Do ánh xạ hỗn loạn của bộ giải mã trong máy thu giống với anh xạ trong bộ mã hóa tương ứng nên thời điểm tới của xung tiếp theo có thể được đoán trước. Khi đó, đầu vào của máy thu sẽ được khóa lại cho tới thời điểm mà xung tiếp theo sẽ đến. Khoảng thời gian khóa lại này có thể được dùng bởi những người dùng khác, do đó cung cấp khả năng ghép kênh. Sự lựa chọn dựa trên sự đồng bộ giữa máy phát và máy thu này có thể cải thiện đáng kể
hiệu năng của hệ thống bằng cách giảm xác suất bộ giải mã bị kích hoạt sai do nhiễu kênh truyền.
Khi bộ giải điều chế đồng bộ với bộ điều chế vị trí xung ở phía phát, để
giải mã được một bit thông tin, bộ giải điều chế phải xác định xung từ máy thu có bị trễ so với vị trí đoán trước hay không. Nếu sựđồng bộđạt được là lý tưởng, nhưng tín hiệu bị phá hủy bởi nhiễu thì phương pháp tối ưu để tách
cửa sổ bit . Hiệu năng của phương pháp này thấp hơn hệ thống BPSK khoảng 3dB. Mặc dù trong trường hợp đồng bộ, phương pháp tách thông tin trên là lý tưởng, tuy nhiên theo các mô phỏng số, hiệu năng hệ thống giảm rất nhanh khi có các lỗi về đồng bộ xảy ra do lỗi đường truyền. Bởi lý do đó và bởi mục đích đơn giản hóa thiết kế, ta dùng một bộ phát hiện ngưỡng trong tất cả các thử nghiệm.
Trong môi trường không có nhiễu, thời điểm đến của các xung hỗn loạn có thể dễ dàng ghi lại được nhờ một bộ tách biên và so sánh ngưỡng. Tuy nhiên, trong môi trường có nhiễu, máy thu có thể đoán sai thời điểm tới của xung, dó đó tách ra sai bit thông tin. Hơn nữa, xung bị sai này có thể làm sai hỏng sự đồng bộ hỗn loạn và gây ra một chuỗi bit lỗi cho đến khi máy thu
đồng bộ với máy phát. Thực tế, một trong những ưu điểm của việc sử dụng bộ
phát xung hỗn loạn là hệ thống có thể tự động đồng bộ trở lại mà không cần một giao thức bắt tay. Bộ giải mã chỉ cần phát hiện hai xung đúng liên tiếp là có thể tái đồng bộ. Các kết quả nghiên cứu về tỉ lệ lỗi bit của hệ thống trong môi trường có nhiễu được trình bày dưới đây.