Luận Án tiến sĩ phương pháp Điều chế và trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng thời gian xung hỗn loạn cho thông tin số

Các sóng hôn loạn phát lại bên thu Chuẩi trải phổ PX cửa người dùng thứ ï Các trễ không đổi được chèn vào vị trí và đô rông xung Các hệ số của hàm CPWPM Tent map va MxN- ary CPWPM Tent

TRƯỜNG BAI HOC BACH KHOA HA NOI

NGUYEN XUAN QUYEN

PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU CHÉ VÀ TRẢI PHÔ CHUỖI TRỰC TIẾP

SỬ DỤNG THỜI GIAN XUNG HON LOAN CHO THONG TIN SỐ

LUẬN ÁN TIỀN SĨ KỸ THUẬT VIEN THONG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO — - TRUONG BAI HOC BACH KHOA HA NOI

NGUYEN XUAN QUYEN

PHƯƠNG PHÁP DIEU CHE VA TRAI PHO CHUOI TRUC TIEP

SỬ DUNG THO! GIAN XUNG HON LOAN CHO THONG TIN SO

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông

Mã số: 62520208

LUẬN ÁN TIỀN SĨ KỸ THUẬT VIEN THONG

Người hưởng dẫn khoa học: PGS TS Vũ Văn Yêm

HÀ NỘI - 2014

“Tôi xin cam đoan rằng các kết quà khoa học được trình bảy trong luận án này là thành

quả nghiên cứu của bản thân ti trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiện Irong công bổ của sáo táo giả khác Các kết quả đạt được 14 chính xác và trung

thực

“Tác giả luận án

Nguyễn Xuân Quyên

LOI CAM ON

"Trước hết, (61 xin bay (6 Hoi cam om sdu sắc đến PGS TS Vũ Văn Yêm, người không

chỉ hưởng dẫn trực tiép v2 mal khoa học mà còn hỗ trợ về mợi mặt dễ tôi có thể hoàn thành

°ân luận án này sau ba năm làm nghiên cứu sinh Têi cứng xin gửi lời cảm ơn chân thành

dn PGS T'S Lloang Manh Thắng và G8 TS Kyandoghere Kyammakya, những người hiên

đưa cho tôi sự tư vẫn hiệu quả và sự hỗ trợ kịp thời về mặt chuyên mén trong suốt thời

gian nghiên cứu vừa qua

Qua diy, tôi cũng bày tỏ lỏng biết ơn đến Viện Điện tũ-Viễn thông và Viện Đào tạo San Đại học, Trường Đại học Bách Khoa TH Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho lôi

chỉnh phủ Ảo đã cho tôi co hội để được học tập nghiên cứu trong hơn môt năm lại Viên Công nghệ Hệ thông 'Thông mừnh thuộc Trường Dại hoc Alpen-Adria Klagenfurt nước Công hòa Áo Tôi cũng xin cảm ơi sự hỗ trợ của hai dễ tải Nafosted với mã số 102.29-2010.17 và 102.02-2012.34

ong quả trình học tấp nghiên cửu Cảm on qny hoe bang O&AD ci

Guổi cùng, tôi đồnh những lời yêu thương nhất đến gia đình tôi: bỗ mẹ, các anh chị

'Hỗn loạn và ứng dụng trong kỹ thuật thông tin 11

1.3.3 Quỹ dạo di chuyển: rừng lưi,

1.3 Ứng dụng hỗn loạn vào kỹ thuậtThông tin

1.4.1.1 Khóa địch hỗn loạn dựa trên đặc tỉnh động, 24

1.4.1.3 Khóa địch hỗn loạn dựa trên năng lượng bi 28

143 Điền chế khóa địch hỗn loạn vị sai điển tần (PM-| DESK) - 3⁄2

1.44 Điển chế khóa địch trễ trơng quan (CDSK) - - .33

1.4.5 _ Diễu chế vị trí xung hỗn loạn(CPPM) 34

1.5 _ Phương pháp trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn

24 Uc hrợng lý thuyết xác suất lỗi bit

2.5 Trạng thái động hỗn loạn với hàm Tent map và các thông số trung bình 50

251 Thiết lập hàm CPWPM Tent map 50

2.5.2 Trạng thải động hỗnloạn

2.5.3 Cáo thông số trung bùnh

2.6 Các kết quả tính toán và mô phỏng

2.7, Két hop CPWPM vol diéu chế M-ary

271 Sơ đô điều chế và giải điều chế MxN-ary CPWPWM #?

3.5.1 Sơ đồ hệ thông THẾ 1 211 de rrien

3.5.2 Ước lượng tÿl#lỗibil,

Kết luận và hướng phát triển

Các điểm đáng chú ý về toàn bộ nột dung luận án

Đóng góp khoa hạc của luận án

Hưởng phát triển trung thời gian tới

Các công trình khoa học công bề của luận án

Tải háo tạp chí và hội nghị

Dé tai nghiên cứu tham gia

'Tải liệu tham khảo

Danh mục các thuật ngữ viết tắt

Edge-Triggered Pulse Generator

Frequency Modulated-Di ferential Chaos Shifl Keying

Held Programmable Gate Array Prequency Shift Keying

Low Probability of Intereept Multiple Access

Multiple Access- Direct- Sequen

Khóa lãI/mở hỗn loạn

Khối phát vị trí xưng hẳn loạn Điều chế vị trí xung hỗn loarL

Điều chả vị trị-độ rộng xung hỗn

loạn

‘Trai phổ chuỗi trực tiếp sứ đụng

chuỗi hỗn loạn Khóa địch hỗn loạn

Khối phái vị trí xưng hỗn loạn kép

Khóa dịch hồn loạn vi sai

'Trải phổ chuỗi trực tiếp

Xử lý tin hiệu số

Bộ phát xung được kích thích bới sườn xưng

Khóa địch hồn loạn vĩ sai điều tần

Măng cổng logic khả trinh trường

tối ưu

Song song/ndi tiép

Permntation-Differential Chaos Shift -

Keymg

PFM Pulse Erequeney Modulation Điều chỗ tần số xung

PIM Pulse Interval Modulation Điều chế khoảng cách xung

PNS Pscudo-randomn Noise Scquenec Chuỗi nhiễu giả ngẫu nhiên

Bộ phát sườn xưng được kich thích

Xung vị trí biển đối

Xung vị trí biến dổi và chuỗi giả ngau nhiều

Danh mục eáe ký hiệu

Vị tri xung trung bình

Độ rộng xung trung bi:

'Tín hiệu phát đi của người đúng thứ 7

Biên độ, tần số và pha ban đầu của sóng mang của

người ding thi i Cáo giá trị trang gian bên giải điều ché CPWPM

Tỷ lệ lỗi hệ thông CBD-D§/SS đã truy nhập 'Tỷ lệ lỗi bịt của hệ thống CBD-DS/SS

'Tỷ lệ lỗi hệ thống DS/SS-BPSK đa truy nhập

Xác suất lỗi bịt của hệ thẳng I25/SS-PSK truyền

thị

ốc độ bít trung bình Băng thông bộ lọc thông đãi Băng thông trung bình

Các bit dữ liệu được điều chẻ vào vị trí, độ rông,

Giá trị ngưỡng quyết định

Năng lượng bịt

Năng lượng bit trên mật độ phổ công suất nhiễu

Năng lượng chip

Bước đếm của bộ đấm trong DCPPG Bằng tích KK,

Mật độ phố công suất nhiễu

$ số trải phổ trung bình

Hệ số trải phổ nhỏ nhất, lớn nhất

Hệ số trải phổ tương ứng voi bit thin

Số xưng nhịp đần vào trong khoảng [fạ, f]

Hâm dạng xung chữ nhật Xác suất lỗi của các sưởn xung trong các khoảng tach Ty pụ và Tị uc

Xác suất lỗi của kí tự với bả! được lách đầu tiễn Xác suất tách được bít “0” khi bít “1” được phát

di trong khoảng tách sườn giảm Xác suất xuất hiện bít “1”, “0” trong khoáng tách

sườn giảm

Xác suất tách được bí!

đi trong khoảng lách sườn giảm

Xác suất tách dược bịt “0” khi bít “L? được phát

đi trong khoảng tách sườn tăng

Xác suất xuất hiện bit “L”, “0” trong khoáng tách

” khi bịt “0” được phát

le guất lách dược bít “1” khi bắt “0° được phải

di trong khoảng tách sườn tăng,

Xác suit tach được bít “1” khi bít “I” được phát

đi trong khoảng tách sườn tăng Xác suất lỗi kí lự Š¡;

Xác suất lỗi bít của CPWPM

Xác suất lỗi kí tự của MxX-ary CPWPM

Xác suất lỗi kí tu của 2x2-ary CPWPM:

Các giá trị kí tự trung sian Kihiệu các kỉ tự “00”, “017, “109, 11?

SNR cho trưởng hợp tổng quát với hệ số trái phố

bằng NV bit ky

Giá trị SNR cúa mẫu thử (m+1) _

Biên độ thanh phan tin gu mong muỗn

Các giả trị tham chiếu của ki tự được điên chễ vào

vị trí và độ rộng Khoảng thời gian để bất đâu đạt được trạng thải

CPWPM

Tin hiệu CPPM:

Tin hiệu CPWPM Tin hiệu CPWPM-BPSK:

Tin higu song mang Biên độ sóng mang

Giá trị điểm cổ định trưng bình

Giá trị điểm cô định

Giá trị hỗn loạn nhỏ nhất, lớn nhất

'Tin hiệu NR⁄⁄ của dữ liệu nhị phân với độ rồng

biến đổi của người đùng thứ ï

Giá trị nhị phân của bịt thứ r‹

Giá trị trung gian bên giải điều chế “PPM

Các sóng hôn loạn phát lại bên thu

Chuẩi trải phổ PX cửa người dùng thứ ï

Các trễ không đổi được chèn vào vị trí và đô rông xung

Các hệ số của hàm CPWPM Tent map va MxN-

ary CPWPM Tent map Các tín hệu lỗi đẳng bộ 'Tân số sóng mang trong hé thong CBD-DS/SS

Tan số Inmg tầm bộ Tạ théng dai

Hai co ban trưng bình

Tan sé song mang trong hé thong CPWPM-BPSK

Danh mục eáe ký hiệu

Lệ số trong công thức tính ##W„„

Phương sai của nhiều AWGN Phương sai của nhiều AWGN tương ứng với bit thứn

Vị trì xung không đối

Dé sau diéu ché trong PPM va PWM

Dộ rộng xung không đối

Bảng tí số /1/A

Biên độ samg CPWPM:

Biên đô sóng mang trong hé thang CBD-Ds/SS

Tin hiệu sau khuéch dai trong DCPPG

‘Vin hiéu ting dan dau ra bd dém

Kỳ vong thông kê Harn bién dai phi tuyến

Giá tri ngưỡng của khối lách ngưỡng

Bước đếm của bộ đểm trong CPPG

Hệ sö khuếch đại trong khôi DCPPG

Số lượng người đúng

Số vị hí và số độ rộng

Hệ số trai phố Hàm Q

Thong số điều khiển cúa hàm hỗn loạn rời rạc

Ta của khôi lầy mẫu tại thời điểm fm,+

Tin hiệu đầu ra của khôi tích phân

4 bil cho vị trí và độ rồng của một kí tự

Độ sâu điều chế trong CPPM

Bước đếm của bộ đểm trong khối VPP-PNS

'Nhiễu kènh truyền

Tín hiệu đầu ra khối tách ngưỡng

Chuỗi xung vị tr biến dối

Tin hiệu nhận được

'Tín hiệu đầu vào của khối tích phân

Biển thời gian

Ham bước đơn vị

Các biển trạng thải của hệ Lorenz

Tin hiệu đầu vào khối tách ngưỡng Các mẫu tin hiệu đầu ra bộ tương quan của bịt thứ

"

Hệ số T.yaptmov

Các tham số của hệ Lorenz

Chu kỷ lây xung nhịp của hệ thông CPWPM

rất nhỏ trong hệ Lorenz hỗn loạn 19

Hình 1.3, Biển đổi theo thời gian rời rạc của biển Irang (hải rong hệ logistie up hỗn loạn

Tinh 1.6 Vũng hút của hệ Lopistic map hỗn loạn - - -.21

1ũnh 1.7 Sơ đỗ điển chš CSK liên kết đựa trên đặc tính đông - 24 Hinh 1.8 So dé gidi diéu ché CSK đựa trên lỗi đồng bỏ 25 1Hnh 1.9 Sơ đỗ giải điều chế CSK đựa trên sự tương quan 26

Hình 1.10 Biểu đồ mật độ giá trị mẫu tương quan của phương pháp SK dựa trên tương,

quan cho hai trường hợp: (4) không cỏ nhiễu, (b) có nhiễu (nguồn [15]) .26 Hinh 1.11 §ơ đồ (a) điều chế và (b) giải điều chế cúa phương pháp ACSK 37 Hinh 1.12 Sơ đỗ (a) điều chế và (b) giải điều chế cúa phương pháp CSK: đựa trên năng

Tĩnh 1.13 Biểu đỗ mật độ giá trị năng Tượng bịt của phương phán CSK dựa trên răng

lượng bít cho hai trường hợp: (a) Không có nhiều, (b) có nhiễu (nguằn |15]) 29

Hình 1.14 8ơ đồ (a) điều chế và (b) giải điều chế cúa phương pháp COOK 29

Hình 1.15 Sơ đồ (a) điều chế và (b} giải điều chế cho phương pháp DCSE 30

hợp: GD không có nhiễu, (b) có nhiều (nguồn [1S]) - eo

Hình 1.17 So dé (a) didu ché va (b) giải điều chế cho phương pháp FM-DCSE .3⁄2

Hình 1.18 Biểu đỗ mật độ giá trị mẫu tương quan của phương pháp FM-DCSK cho hai trường hợp: (4) không có nhiễu, (b) cớ nhiễu (nguồn [15]) 32

1lĩnh 1.19 Sơ đỗ (a) điền chế và (b) giải điều chế cho phương pháp CDSK 33 Hình 1.20 Sơ đồ (a) điền chế, (b) giải điển chế, và (c) khối phát lại vị trí xung hỗn loạn

Hình 1.22 BER của các phương pháp điều chế và giải điều chế số hỗn Siloam soe 37 Hinh 1.23 So dé (a) trai phd va (b) giải trai phổ cho phương pháp C§-DS/S5 38 Hình 1.24 Minh họa lín hiệu miễn thời gian của quá trình trải phổ: @) đữ liệu vào, ()

chuỗi hỗn loạn rời rạc, và (c) tín hiệu sau trải phd 39

nh 1.25 So sénh BLR gitra các phương pháp trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn và chuỗi

ĐN truyền thông với cùng hệ số trải phổ X=ã1 @ là số người đăng) 39 Hình 2.1, Minh họa tin hiệu theo thời gian của các phương pháp diéu ché PPM, PWM,

CPPM và CPWPM 41

Hình 3.2 Sơ đô @) điều chế và (bì giải didu chế cho phương php CPWPM 44

Tình 3.3 Sơ đồ khôi phát xung vị trí hỗn loạn kép DCPPG - 45

Hinh 2.15 Cửa số tách sưởn xung của phương phảp MxX-ary CPWPM .61 Hinh 2.16 Tín hiệu miễn thời gian đạt được từ mô phỏng hệ thông 8x4-ary CPWEM 63

Hình 3.17 Xác suất lỗi kí tự lý thuyết và SER mỏ phông của 2⁄2-, 4x2-, 444-, 8x4-,

Hình 3.2 Sơ đồ của khối phát xung vị trí biển đổi vã chuỗi PN (khối phát VPP-PNS)

Hình 3.3 Sơ đỏ khôi hệ thống thông tin CBD-DS/SS

Hinh 3.4, BER đại được từ ước lượng lý tưuyết và mô phỏng số của hệ thống đề xuất, so sánh với TI:R của hệ thông tmyền thông trơng đương cho các trnémg hop: (a) Amin =

Hình 3.7 BER mô phỏng gủa hệ thỗng CBD-DS/SS với các hàm hỗn loạn khác nhan cho

các trường hợp: (4) Wmin = 26, Nmax = 36, (b) Nmin = 21, Nmax = 41 84 Hình 3.8, Sơ đỗ khối của hệ thông CBD-DS/SS với thực hiện đa truy nhập của K người

1ũnh 3.10 Tín hiệu theo miễn thời gian trong máy thu đạt được từ mô phông của hệ thông

đã xuất sử dụng hàm Tent map cho trường hợp Ñnin = 21,Nimax = 41 với không có sai

Jinh 3.11 BER dat duoc tir mé phỏng của hệ thông để xuất cho các trường hợp Win =

26,Nmax = 36 vaNmin = 21,Nmax = 41 voi không cỏ sai khác thông số và sai khác

Giới thiệu "1

Giới thiệu

Hỗn loạn và ứng dụng trong kỹ thuật thang tin

Hiện tượng hỗn loạn (Chaos) đã được biết đến từ cuỗi thể kỷ 19 Poincaré 1A nha khoa học đầu tiên quan sắt thây và đưa ra những công bố quan trọng về trạng thái hỗn loạn trong

hệ thẳng động phi tryển (Nonlinsar-dynamical systzm) [1] Các câng bỗ đà chỉ ra một đặc

tính quan trọng dó là sự phụ thuộc nhạy cảm của trạng thái hỗn loạn vào điều kiện khởi

động Chỉ một sự thay đối rất nhỏ của diều kiện khởi động cỏ thể dẫn dẫn một sự thay đỗi

hoàn loàn của tạng thái hệ thông Vào những thập kỹ đâu của thể kỷ 20, hỗn loạn trong các mạch điện lử được phát hiện, cụ thÊ là trong cas mach dao động tao song wong cl cae

tệ thông thông tím vô tuyển Trong khi điều chỉnh rạch đao động với lín hiệu đầu ra cô

cm kỷ như mong muốn, người ta lại quan sát thây có những trang thai bat thường mà tín hiện ra biến đổi không có cm kỳ hoặc hỗn loạn 'Trường hợp nổi tiếng nhất về quan sát này

1 eta Val Der Pol Tại thời điểm đó, hỗn loạn được xem như là một trạng thái đặc biệt cần

tránh trong quả trnh thiết kế mạch điện Cuộc cách mạng máy tính của nữa sau

đã cung cấp một công cụ hiệu qua cho quả trình phản tích hệ thống động phi tuyến Cac

mnô phỏng số trên máy tính đã chứng mình được quan sil của Poinearẻ là hoàn toàn chính xác Một ví đụ đơn giản được tìm thấy bởi 1.arerz vào năm 1963 với phân tích đôi lưu của tầng khi quyền sử dụng mô hình phi luyễn hậc ba [2] Phân lích chữ ra rằng khỉ các thông

sẽ xác định thiết lập sự ôn định của hệ thông không phải là một điểm cân bằng và cũng không phải là trang thải có chu kỳ, lúc này cáo tín hiện đầu ra của hệ thông sẽ phân kỳ và trỏ nên không tương qnan với nhau với chỉ một sự khác nhau rất nhỏ của các điển kiện

khởi động Được thúc đẩy bởi các kết quả này, trạng thải hỗn loạn đã được mở rộng nghiên

cửa trong các chuyên ngành kỹ thuật khác nhau như sinh học, hóa học, vật lý, vv | 1,3,4

'Vào dầu những năm 1990, các nhà khoa học bắt đầu khai thác các đặc tính cúa động

phi tr

và hỗn togn cho các ứng đụng cụ thể, Có thể kế đến ứng dụng được gọi là điều

khiển hỗn loạn [5,6,7] Voi kỹ thuật này, sự chuyển động của một hệ thông hỗn loạn khối

lượng lớn có thể được điều khiển bởi những nàng hương rất nhỏ 'Irong xử lý tín hiệu, các phương pháp khác cũng đã được để xuất để giảm nhiễu, trang đó tin hiện hỗn loạn và nhiễu có cửng dải tần có thể được tách biệt sử dựng các kỹ thuật tôi tru hóa [B,9] Việc sử

đụng hỗn loạn trong nén tin hiệu cũng được nghiện cứu | 10| Bên cạnh đó, rất nhiều các nỗ Tực đã dành chọ việc nghiên cứu ứng dụng hỗn loạn vào kỹ thuật thông ti Đầu tiền có thể

kế đến công trình cúa Pecora va Catroil [11|, hai ông đã chứng †ö được rằng hai hè thông

thốn loạn có cùng một lập các giá trị thông sd có thể đồng bộ dược với nhau Kết quả này là

hễn loạn

một bước quan trọng góp phần đẩy nhanh nghiên cửa các ứng dụng của tinh

vào kỹ thuật thông tin 1rong hai thập ký vừa qua, các nghiện cứu về kỹ thuật thông tin sử

dung han loan chi yếu đi theo ba hướng chính sau:

«_ Các hệ théng thông tin bảo rnật sử dụng hỗn loạn [12,13,14] Trong đó tỉnh bảo mật chủ yêu dựa vào sự phụ thuộc đặc biệt nhạy cảm của dỗng bộ hỗn loạn vào sự sai khác

thông số (Parameter misrnatch), đặc biệt là sai khác điều kiện khỏi động (Inniial

condition)

Để xuất các phương pháp điền chế/piải điều chế sử đựng hỗn loạn [15,16,17,18] Các phương pháp điều chế tương tự hỗn loạn được để xuất trước tiên, trong đó tin hiệu tin

tức đầu vào 1a tin hiệu tương Tự Với sự phát triển của thông tin số, các phương pháp

điều chế số sử dụng hỗn loạn được để xuất Những phương pháp này có thể được chia

lam hai loai: lian két (Coherent) [£4,19,20,21] va khdng lign két (Non-coherent)

{22,23,2A] Voi loai liên kết, phía thu yêu cầu phát lai song mang hỗn loạn bằng cách

sứ dụng đồng bộ hỗn loạn dê khôi phục thông tin Trong khi đỏ, các phương pháp không liên kết khỏi phục thông tin bằng cách ước lượng năng lượng bít mà không cần đẳng bộ hỗn loạn

Hệ thông thông tin trải phố sử dụng hỗn loạn |25,26,27.28,39| Bởi vi tin hiệu hến loạn cũng có những đặc tỉnh tương tự như chuỗi trái phố giả ngẫu nhiên (Pseudo-noise (PN) sequence), dé 14 biển đổi giồng như nh

cao và lương quan chéo thập Do đó tín hiệu hỗn foun dug

đụng như chuối trải phổ

để thay thế cho chuỗi PN trong hệ thông thông tin trải phố truyền thông, Các chuối trải

phổ hỗn loạn (Chaotic sequsnee) được tạo ra bởi hệ thông đông phí tuyến rời rac

Hiện nay, khả năng áp dụng kỹ thuật thông tin hỗn loạn' cho các hệ thông thục tế vẫn còn là ở dạng tiềm năng cần nghiên cứu, cũng như là thách thức lớn cần giải quyết Do đó,

nó đã, đang và sẽ nhận được sự quan tâm lớn của giới khoa học

Động lực và mục tiêu nghiên cứu của luận án

cum tử nhữ "kỹ thuật thông tin sứ dụng hỗn loại lụ

trực tiếp sử dụng hỗn loạn" sẽ được sọi tất ương ứng là "kỹ thuật thông tin hỗn loạn”, “điều ch:

Đông bệ hồn loạn qua kênh truyền thực lễ là rất khó khẩm

Như đã nói ở trên, được thúc đây bởi kết quả nghiên cửu vẻ đồng bộ hỗn loạn của

Pooora và Caroll Một số lượng các phương pháp đồng bộ đã được để xuất để khôi

phục sóng mưng hỗn loạn ở phía thu [30] Các phương pháp điều chế s

để xuất cũng đụa tr

trình phân tích và khảo sắt đã chỉ ra rằng hầu hết các phương pháp đồng hộ hỗn loạn

để xuất rất nhạy cảm với nhiễu, sự sai kháo thông số và méc tín hiệu |31,20,32] Có

nghữa là việc đồng bộ sóng mang hỗn loạn qua kênh truyền thực té lả rất khó khăn

ác phương pháp đồng bộ này [14.19,28/21] Tuy niên, quá

ảnh trùng lập quá nhiều cụm từ “sử dụng hén loạn”, trong quyền luận án này at day Wo ve sau, các

điều chÈ/giải điều chế sử dụng hỗn loạn”, hay "trải phê

Động lực và mục tiêu nghiên cửu của luận ăn 13

liiện nay vẫn chưa có phương pháp đồng bộ hỗn loạn nào đử manh 48 c6 thé ap dung

vào hệ thông thông tin thực tế [33]

©) Su bis trù gia mức độ bản mất và tính khả thí

Với các phương pháp điền chế số hỗn loạn liên kết, phía thu khôi phục đúng thông tin

chỉ khi đồng bộ hỗn loạn là chỉnh xác Hởi vi sự phụ thuộc nhay cảm vào sai khác

thêng số và đặc biệt la điều kiện khởi động [30,15], để đồng bộ hến loạn chính xác, xnày thu phải có đầy đủ thông tin và kiến trúc và các thông số của điều chế, hàm số và cáo tham số cúa hệ thông động hỗn loạn được sứ dụng Giả trị của các thông số liên

quan này đóng vai trò như ruột khóa bảo ruật Do đỏ tỉnh bảo mật được cải thiện rổ rệt

{12.13,14] Tuy nhiên bởi vì đồng bộ hến loạn là rất khỏ khăn, khả năng ap dụng của

ching cho hệ thông thông lin thực lễ là rất thấp Với các phương pháp điển chế số không Tiên kết, qua Irinh khôi phục thông tin đựa vào ước lượng răng lượng bit mà

không yên cần đồng bộ hỗn loan, đo đó tính Khả thi cao hơn Tuy nhiên quy Mật điền chế/giải điều chế khá đơn giản, không khó đã phát hiện bởi những phép đo tách thông

thường [34] Cho đẩn nay, sự cải thiện tinh bao mat của các phương pháp không liên

kết vẫn chưa được khẳng định

® - Hiệu suất băng thông thép

“trong thông tin số, hiệu suất băng thông (Bandwidth efficieney) là số bịt truyền được

trong một giây trên một Hz bảng thông, đơn vị là ¿iø⁄Hz [35] Với các phương pháp

điển chế sóng mang băng hẹp, băng thông của tin hiệu đầu ra phụ thuộc vào bing thông của tin hiệu tín tức đầu vào Trong khi đó, băng thông tin hiệu đầu ra của các

phương pháp điều chế hỗn loạn cũng chính là băng thông của sỏng mang hỗn loạn

3], với hiệu suất băng thông của

* Han ché trong việc dich chuyên đài tần số phải móng nu

“Trong hầu hết các phương pháp điển chế/giải điền chế và trải phổ hỗn loạn đã để xuất, tín hiệu hỗn loạn mnang thông tin san khi điển chế hoặc trải phố được phát trực tiếp trên kênh truyền [15,33] Dải tần chiếm giữ trên kênh truyền hoàn toạn phụ thuộc vào

băng tân của sóng mang hoặc chuỗi trải phổ hỗn loạn được sử đụng [16,26] Tuy nhiên với một kẽnh truyền thông tin xác định, thông thường chủng ta phái dịch chuyển phổ

tần tín hiệu phát về đãi tần mong muốn hoặc cho phép Việc dich chuyển phổ này có

thể được thực hiện Dãng cách thay đỗi trục tiếp các thông số của hệ thông động hỗn loạn đễ phát ra sỏng mang hoặc chuỗi hỗn loạn ở đãi tần mong muôn Tuy nhiên sự thay déi này rất khó khăn và kém linh hoạt

Điều chế thời gian xung và trải phổ chuỗi trực tiếp hỗn loạn: ưu điểm nỗi bật

Kỹ thuật điều chế thời gian xung (PTM) đã được để xuất vào cuối những năm 1940

[3] Trong đó, dữ liệu nhị phân được điều chế vào môt trong các thông số nhụ thuộc thời gian của xung như vị trí, độ rộng, khoảng cách hoặc tần số để †ạo ra các phương pháp điều

chỗ tương ứng là diều chế vị trí xung (PPM), điều chế độ rộng xung (PWM), điêu chế khoảng cách xung (PIMD hoặc diều chế tần số xung (PEM) |37| Sự kết hợp giữa điều chỗ thời gian xung và hỗn loạn được dễ xuất lẫn đầu tiên bởi Rulkov vào năm 2001 với phương

pháp điều chế vị trí xưng hỗn loạn (CPPM) [38.39] Ngư

để khôi phục thông tin Tuy nhiên, so với các phương pháp điều chế liên kết khac, CPPM

có những tư điểm nối bat sau:

« _ Khả năng đồng bộ hỗn loạn tự động mà không cần giao thức bắt tay đặc biệt nào Mỗi xamg nhận được vừa mang thông tin lại vừa đóng vai trò như xung đánh dâu đồng bộ

|40| Bên phia giải điều chế chí cần xác định đúng hai khoáng cách xung Hân tiếp để

thiết lập và duy trì đồng bộ Do đó tỉnh khá thí cúa phương pháp CPPM khả cao

« — Tỷ lêlỗi bịt quá kênh nhiều là khả thấp, điền này được chỉ ra trong Muc 1.4.6

© Bé dong bộ hến loạn chỉnh xác và khôi phục đảng thông tin, phía thu phải có đây đủ

các thông số điều chế và hàm lễn loạn được sũ dụng, Do đó tính bảo mật của phương hấp CPPM được cải thiện đáng kỗ so các phương pháp điệu chế hỗn loạn không Tiên

kết

« _ CPPM dươc dễ xuất sử dụng trong truyền thông bãng siêu rong (UWB) [44] Trang đó

các xung với độ rộng siêu hẹp được điều chế vị trí hỗn loạn và được phát trực tiếp trền

*kênh truyền

Phương pháp trải phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn (CS-DS/SS) được đẻ xuất lần đầu tiên

béi G Heidari-Bateni trong [25,26] Trong đó chuỗi trâi phổ được sử dung là chuỗi hỗn

loạn rời rạc được phát ra bởi cáo hệ thông động phi tuyến rời rạc để thay thế cho chudi PN truyền thống Quá trinh trải phổ được Thực hiện bằng cách nhân trực tiếp đữ liêu nhị phần đầu vào với chuỗi hỗn loạn Tin hiệu trăi phổ đầu ra được phát trực tiếp trên kênh truy

Quá trình giải trải phố sẽ thực hiện theo kiểu liên kết, tương tự như giải trâi phổ truyền thong (DS/SS) Nghia là chuối hỗn loạn rời rạc được phát lại và dồng bộ được sử dụng

khôi phục đữ lận So với các phương pháp điều chải điều chế hên kết, C8-DS/SS thề

hiện những tru điểm sau:

«_ Quá tru đồng bộ chuỗi trái phố bỗn loạn được thực hiện theo nguyên lý đồng bộ chuỗi PN truyền thông [42] Do do khả năng dong bd qua mdi wong nhiễu là rất tốt,

tỉnh khả tlú cao

TẢ chức nồi dung của luận an 18

+ Ké thita hin hét eae dae diém của trải phó chuỗi PN truyền thông với các ru điễm ah; tăng tỷ sé tin hiệu trên tạp âm (SNR), loại bỏ nhiễu cùng tần số, khả nãng đa truy

nhập (MA) và xác suất bị chăn thap (PD [26]

«_ Tý lệ lỗi bịt qua môi trường rửiễu cao hơn không nhiều so với phương pháp trăi phd

chuỗi PN nhưng thấp hơn nhiều so với các phương pháp diễu chế hỗn loạn Điều này:

được chỉ ra rong Mục 1.5

© Tinh bão mật được cái thiện đáng kễ so với trải phố chuỗi PN truyền thông Các đặc điểm về tính bảo mật được chí ra cụ thễ trong ]26]

‘Voi các trụ điểm kế trên, rõ ràng các phương pháp CPPM và C§-DS/S§ đã khắc phục

ên, đỏ là đồng bộ hỗn loạn qua kênh truyền

hai Irong số các vẫn để tôn lại đỡ nêu rm ở

thực tổ khó khăn và sự bù từ giữa miùc độ báo mật và tink khả thu Đây cũng chỉnh là lý

phát từ những phân tích ở trên, luận án sẽ lập trung thực hiện hai nội đụng khoa

+ Để xuất vả thực hiện phương pháp điều chế thởi gian xung hỗn loạn và sự kết hợp của

c kỹ thuật điều ch:

«© _ Để xuất và thực hiện điều chế thời gian xung hồn loạn cho hệ thông thông tin trãi phổ

chuỗi trực tiếp

Các nội dung đề xuất trên đều có mue tiêu chung là khắc phục tôi đa các vẫn đề tôn tại

dược nêu ở trên trong thông tin sé hon loan

Tổ chức nội dung của luận ấn

Nội dung luận án bao gồm ba chương Kiến thức nên tảng được trình bày trong Chương 1 Các nội đung được để xuất và thực hiện trang Chương 2 và Chương 3 thể hiện

toán bộ đóng góp khoa học của luân án Cụ thể như sau

Chương 1 Tổng quan về hỗn loạn và kỹ thuật thông tin số hỗn loạn: Chương này

trinh bày và tổng hợp một cách hệ thông về hỗn loạn và ứng dụng của nỏ trong kỹ thuật

thông tin Trạng thúi động và tín liệu của hệ thông động phi tuyến hỗn lơm với các đặc điểm về dạng phổ, đạng sóng, lĩnh Lương quan và quỹ đạo đi chuyển sẽ được phân tích (ng dụng tín hiệu liỗn oan vào các hệ thẳng thông lin và các kết quả để đạt được trong gân hai thập kỷ vừa qua được tổng hợp Nguyên lý thực hiện, sơ đồ cụ thể cho các phương

pháp điều ché/giai điền chế số và trải phể chuỗi trục tiếp hỗn loạn sẽ được mô tả và phân

tích chi

Chương 2 Phương pháp điều chế vị trí độ rộng xung hỗn loạn CPWEPM: Chương

nay dé xuất và thực hiện phương pháp CPWPM Sơ đỏ điều chế/giái điều chế cũng nhu mô

hình ướo lượng lý thuyết tỷ lệ lỗi bit qua kênh nhiễu được mô tà và phân tích Sự phụ thuộc

của trạng thái động vào các thông số điều chế và hàm phi tuyên sử dụng được khảo sát, từ

đó điều kiện để đảm báo tỉnh hỗn loạn cũng như các thông số trung bình cúa phương pháp được xác định Mô phóng số và cáo kết quả được chủ ra để kiếm tra lại các kết quả lý thuyết dạt được Sự kết hợp của CPWPM với các phương pháp diểu chế truyền thông cũng

được đễ xuÂI Trong đó, tốc độ lút dược cải thiện bằng cách kết hợp với điều chế M-ay,

tạo ra phương pháp MxN-ary CPWPM Khả năng dịch chuyển đải lần phái sẽ lính hoạt

hàm với sự kết hợp của CPWPM và I}PSK, gọi là phương phap CPWPM-BPSK

Chương 3 Hệ thống thông tìn trải phể trực tiếp với độ rộng bit biển đổi hỗn loan

CBD-DS/ ong chương này, hệ thắng CBD-DS/SS được để xuất Kiển trủo và hoạt

đông của hệ thông được mô tá và phân tích Ước lượng lý thuyết ty lệ lỗi bịt qua kênh

nhiễu cũng như phân tích lựa chọn các thông số cho hệ thống được thuc hiện Hoạt động

của CBD-DS/SS trong hệ thông đa truy nhập được xem xẻi Các kết quả mô phỏng số

được chi ra dé so sảnh với cóc kết quá lý thuyết đạt được Cuỗi cũng, lắc giả dưa ra một số thảo luận vẻ tỉnh bảo ruật của hệ thông để xuật

KẾt hận và hướng phát triển: Kết luận với các điểm đáng chú ý về toàn bồ nội

dung, các đóng góp khoa học của luận án cũng nhự hướng phát triển nghiên cứu trong thời giam tới sẽ được đưa ra

Chương nay trình bảy va tang hợp một cách hệ thông vẻ hiến loạn và kỹ thuật thông tin

sử đụng hỗn loạn, nhằm cung cắp những kiến thức nền tảng cho những đẻ xuất nghiền cứu sau nrày của luận án Trong đó tập trưng vio cae phương pháp diễn chế/giải điều chế và trải phô chuỗi trực Hiếp (25/88) hỗn loạn cho thông tin sô Trong Mục L.2, trạng thái động hỗn

loạn trơng hệ thông động phủ im) điểm về tin hiệu như dạng phổ, đạng sóng,

tính tương quan và quỹ đạo đi chuyển số được giới điệu Ứng đụng hỗn loạn vào kỹ thuật

thông tin và các kết quả đã đạt được trong gắn hai thập ký vừa qua sẽ được đẻ cập trong Mục 1.3 Mục 1.4 đi sâu vào nhân tích một số phương phân điều chế/giải điển chế số hôn loạn chính đã được đề xuất trước đây Nguyên lý thực hiện, sơ đồ cụ thể cho từng phương

pháp sẽ được đưa ra và phân tích Trong Mục 1.5, phương pháp trái phổ trực tiếp chuỗi hỗn loạn (CS-D§/S§) và các đặc điểm chính đợc mô tá Các kết luận đáng chủ ý được

đầm Ta trong Mục 1.6

1.2 Hỗn loạn

1.2.1 Khái niệm và phân loại

Khái niêm về hỗn loạn được sử dụng rông rãi trong kỹ thuật được đưa ra như sau

"Ldn loan la tang thai vin ding không có chư lạ trong một quá trình của một hệ thẳng

xác định, Sự vận động này phụ thuộc nhạy cảm với điều kiện khối động của hệ thông "Ê

Ba lính chất quan trọng cúa hỗn loạn được nêu ra trong khái niệm trên là:

Pin động không có chu kỳ: đường di chuyển của hệ thông trong mặt phẳng pha không đi vào bắt kỳ điểm cổ định hay quỹ đạo có chủ kỳ nào khí thời gian vận động liển tới vô cũng,

8 théng xde dink: là hệ thông không có các thông số thống kê xác suất Đây là điểm khác nhan quan trọng giữa hệ thống hỗn loạn và hệ thông nhiễu với quá trinh ngẫu nhiên Vận động bất thường trong hệ thông hỗn loạn được tạo ra do tính phi tuyển bên trong nó

chứ không phải do nhiều

Phụ thuộc nhạy cảm với các điều kiên khỏi động: đường di chuyển xuất phát từ các

điều kiện khỏi động có sai khác nhau rất nhỏ (gân như là rhư nhau) sẽ phân tách rât nhanh

theo luật số mũ tạo ra các quỹ đạo di chuyền hoàn toàn khác nhan

Các bệ hông động hỗn loạn được phân loại theo theo bai đạng sau

© Dang lign tục của thời gian

` Được trích dẫn từ [15]

dx/dt = f(x), x(t.) = x, a trong đỏ x(£) là biển trang thai cỏ thể một hoặc nhiễu chiều, te và xạ là thời điểm và giá trị khởi động của hệ thông

¢ Dang rời rạc của thời gian

“Thời gian chuẳn bón

Hình 1 1 Biên dài thea thời gian của các biển trang thải trong hé Loren: bn loan

trong đỏ +, y,z là các biển trạng thái và ø,?, b là các tham số của hệ thống Với bỏ tham sô

o = 10,7 = 28,b = 8/3, hệ Lorenz rơi vào trạng thái vận động hỗn loạn Rõ ràng tính chất hệ thống xác định hoàn toàn được thỏa mãn với hệ thông này bởi vi nó được biểu điển bằng hệ phương trình vi phân xác định với các thông số cụ thế (không cỏ thông số thông

H&a loan 18

kê) Với một điểu kiên khởi động xác định, chúng ta hoàn toàn eó thế xác định trang thai

của hệ thông ở một thời điểm bắt kỳ

Các Hinh 1.1, 1.2 và 1.3 chí ra kết quá mỏ phòng sứ dụng Matlab của hệ théng Lorenz

với bộ tham số như trên Trục thời gian chuẩn hỏa trong các kết quả rnỗ phỏng lá số vòng

Tập tính toán được thực hiện Chúng Ia có thể nhận thấy tính vận động không có chu kỳ của

tệ thông thông qua sự biển đỗi biên độ không dự đoán được của các biến x,y,z (heo thời

gian như trong Hình 1.1 'Tình chất pi thuộc nhạp cảm với các điều kiện khới đồng được

thể hiện ong Hinh 1.2 Trong đó biến đổi biển độ của biển +x với hai điều kiện khởi động

có giá trị sai khác rất nhỏ được chỉ ra Chúng ta có thể thấy rằng các tin hiệu ban đầu xuất phát gân như cùng một điểm, nhưng sau đó chúng tách biệt nhanh chóng và rở nên khả nhau hoàn toàn,

Tình 1.2 in đâi tháo thời gian của biên x(A với hai điều kiên khởi động sai khác nhưn rất nhỏ

trong hé Loren: hon loan

Bước lặn n

Hình 1.3 Biêu dẫi theo thời gian rồi rạc của bién trang thái trong hé iogtsiic map hỗn loạn

Các đặc điểm trên là hoàn toàn tương tự cho hệ thống động phi tyển rời rạc Xét hệ thẳng Logistic map [1,43] một chiều cho bởi công thức sau:

với hệ số diều khiến dược chọn a = 3,9, hệ thông rơi vào trang thải liỗn loạn Khi đó, gia

trị đầu ra biên đôi hỗn loạn trong khoảng (0, 1) như lrong Hình 1.3

lầm tự tương quan và tương quan chéo điển hình của tín hiệu hỗn loạn được chỉ ra

như trong {tinh 1.4(a) va (b) trong img C6 thé thay rằng giá trị tương quan cửa cừng một

tín hiệu hỗn loạn (tự tương quan) đạt cực đại ứng với thời gian trễ bằng không, và bầu như

bing khéng voi thoi gian trễ khác không Giá tr tương quan của hai tỉn hiệu hỗn loạn khác nhau (lương quan chéo) gắn như bằng không với mợi giá trị thời gian trễ Biên cạnh đó, tin hiệu hỗn loạn được phân biệt bởi đặc tính bằng rộng của nó Do biên độ tiến đổi hỗn loạn

din dén tần số cũng biển đổi theo và lạo ra râi nhiều các thành phân tần số trơng phd của

nó Phổ tần số băng rộng điển hình của môi tin hiệu hỗn loạn được chỉ ra như linh 1 4(e)

Dựa vào các đặc điểm này, tín hiện hỗn loạn được sử dựng như các séng mang bảng rộng

để mang thông tin thay cho sóng mang điên hòa hoặc lá ehnỗi PN trong cáo hệ thống thông

1.2.3 Quỹ đạo di chuyển: vùng hút

Để biểu diễn một cách rỡ ràng nhất sự vận động hệ thông liỗn loạn, chung ta vẽ quỹ

đạo di chuyển theo thời gian của các biến trong không gian pha của chúng Dạng hình học được vỡ ta được gọi là ving duit (Aulractor) [1,43] Hình 1.50), (l), (c) và (đ) lên lượt chỉ

H&a loan 21

1a kết quả mô phỏng vàng /air của hệ thông Lorenz trong không gian pha (x, y, =) và các mặt phẳng pha (3, y), (w, 2), Œ, x) Có thể thây răng đường di chuyễn không bao giờ trùng

lặp và Không khép kin cho đủ thời gian vận động tiến đắn võ củ

phi chu ky và hỗn loạn cúa hệ thống Một đặc điểm nữa của vừng /rú¿ đỏ là nó luôn nằm

trong mmột nền giới hạn xác định của không gian pha và không bao giờ đi chuyển ra khỏi

điểu này thỄ hiện tính:

Vùng húi của hệ thông động rời rạc Logistie map cũng được đưa ra trong Linh 16 Vimg hái này được Tạo ra bằng cách vẽ quỹ đạo đi chuyển hệ thông trong mật phẳng pha

biểu diễn môi quan hệ của giá trả biến trạng thái hiện tại và trước đó (x„, x„_¡) Chúng ta

có thể thấy rằng, đường dỉ chuyển trong quỹ dạo không khép kín, không bao giỏ chẳng Tân

lên nhau, và luôn năm trong miễn giới hạn (0, 1)

1.3 Ứng dụng hỗn loạn vào kỹ thuật thông tin

Trong hơn một thập ký vừa qua, việc nghiên cửu ứng đụng trạng thái động hỗn loạn vào kỹ thuật thông tin đã nhân được sự quan tâm đảng kể, Các hệ thống thông tin hỗn loạn

Š hiện được những mm điểm của nó so với các hệ thông truyền thằng Thông thuờng

các tin hiệu hỗn loạn được phát ra bằng cáo mạch điện đơn giản Việc phái ra muội số lượng

lon ¢ Kin higu hin togn kluic nhau trên cùng một hệ thông động có thể được thực ign chi

bằng cách thay đổu điều kiện khởi đông Hởi vì sự biến đổi không có ch kỳ vã giống nhiễu

ngẫu nhiên của tín hiện được phát trên kênh truyền, tính bảo mật thông tin sẽ được eãi

thiện Các kỹ thuật thông tin hỗn loạn đã được dé xuất trong hai thập ky vửa qua có thd chia thành ba loại chỉnh: điểu chế tương tự, điều chế

số và trải phô chuỗi trực tiếp

1.3.1 Điễu chế tương tự

Với các phương pháp điều chế tương tự hồn loạn, có hai hướng tiếp cận chính đã được

đề xuất đỏ là điều chế mặt nạ hỗn loạn |14,44| và điểu chế thông số hỗn loan [45,46] Trong điền chế mặt nạ hỗn loạn, bên phia điền chế, tin hiệu thông tin tương tự được che

giấu bằng cách công thêm với tín hiệu hỗn loạn giống nhiễu Giải điều chế dược thực hiện

Ding cách lây tin hiệu nhận được trừ cho tin hiện hỗn loạn được phát lại và dä được déng

bộ Phương pháp này thực hiện khá đơn giản, ty nhiên yêu cầu đồng bộ gì

loạn Khi tín hiên nhận được bao gồm cả nhiễn và méo từ kênh truyền, vân đã đồng bộ là tất khó khăn Với điều chế thông số hỗn loạn, tin hiệu thông tin được đưa vào để làm thay

đổi các thông số của hàm hỗn loạn Khi đó trạng thải động của hàm hỗn loạn và tín hiểu

hỗn loạn đầu ra sẽ thay đổi theo tin tức Giải điều chế được thực hiện mà Không yêu cảu đồng bộ hỗn loạn Có ba kỹ thuật giải điều chế chỉnh đã được đề xmất đó là:

« _ Kỹ thuật đáo ngược [47,48] Dây là kỹ thuật đơn giản nhất nhưng khó khăn trong việc +khôi phục thông tin khi tín hiệu hỗn loạn chịu tác động bởi nhiễu kênh truyền

« _ Kỹ thuật giải điển chỗ luyễn tính sứ đụng bộ lọc thích nghỉ trung bình bình phương lỗi

hai hệ tiễn

thiểu, bình phương đệ qui tôi thiểu vả các thuật toán dựa trên bộ lạc Kalrnan [49] Trong 46, bd lọc thích nghỉ giúp giảm Anh tnrởng của nhiễu lên quá trình giải điều chế

©_ Kỹ thuật giải điều chế phi tuyển sử dụng mạng nơ-ron RBF [50,51] Một mạng nơ-ron

RBF được sử đụng dễ ước lượng liên tục trang thải của bê thông động phi tuyển phía thu Dựa kiên kết quả ước lượng, thông tin lương tụ sẽ được khôi phục

Ứng dụng hỗn loạn vào kỹ thuật thông tin 23

“Ty nhiên, các phương pháp điền chế tương tự hỗn loạn vẫn không đủ mạnh đã chẳng

lại sự tác động của nhiễu Điễn này hạn chế khả năng phát triển và ứng dụng của chúng

vào các hệ thông thông tin thực tế

1.3.2 Điều chế số

So với điều chế tương tự, điểu chế số có tỉnh khả thi cao hơn, do đó nhiều phương

pháp điều chổ/giải điều chế số dựa trên hỗn loạn đã được đã xuất [S2,53,54,55,56,22] Cac

phương pháp nay được chia làm bai loại: liên kết vả không liên kết Một số phương pháp

tiên kết đã được đẻ xuất trong [14,19,20,21], trong do sự phát lại chỉnh xác sóng mang hỗn

loạn được thực hiện bên phía giải điều chế Đối với các phương pháp điểu chế không liên kết, quá trình giải diễu chế dựa vào ước lượng năng lượng bit mà không yêu cầu đồng bộ tiến loạn Điểu chế không liên kết đầu liên được để xuâi có thể kể đến phương pháp khỏa

địch hỗn loan vì sai (DCSK) [23], trong đỏ đô rông bịt sẽ được chia 1a hai khoảng thời gian

bằng nhan, khoảng đầu phát tín hiện hỗn loạn tham chiếu, khoảng san phát tín hiện hỗn

loạn mang thông tin Bên phía giải điều chế, các tín hiệu hỗn loạn của hai khoảng sẽ được tính tương quan vả giá trị nửi phân sẽ được khôi phục đụa váo dấu của giá trị tương quan đầu ra Một phương pháp không liên kết khác đỏ lä khóa dịch trể tương quan (CDSK) |22|, trong đó sóng mang hỗn loạn tham chiều sẽ dược công với phiên bản được làm trễ và diều chế thông tin của chỉnh nó So với DCSK, phương ghấp này thực hiện trong môi trường nhiều kém hơn nhưng bử lại có thể tốc đô tút cao hơn Để kiắc phục sự biển đổi năng Tượng bị trong DCRK, phương pháp điểu chế khóa diek hỗn loạn vì sai điều lẫn (TM-

ĐCSK) đã được đề xuất [24] Sóng mang hỗn loạn trước hết được điều tân để tạo ra tín hiện điều tân có tân số biển đổi hồn loạn nhưng biên độ không đổi Sau đó tín hiệu điền tản

hỗn loạn sẽ được đưa vào điều chế DCSK như thông thường, Tín hiệu EM-DCSK đầu ra

được phát di có năng lượng bít không đỗi (năng lượng như nhau với mợi bit) Ngoài các

phương pháp chính ớ trên, có thể kế đến một số các phương pháp điều chế hỗn loạn không

liên kết khác như: khóa dich hỗn loạn cầu pirương (QCSK) [57], khóa địch hỗn loan vi sai thoán vị (P-DCSK) [38,59], khóa địch hỗn loạn phân loại tôi rau (OC-CSK) [53,60], vv Tal

: whuong phap nay déu niin mmx: dich

va DCSK

Với sự ra đời của kỹ thuật thông tin băng siêu rông (L:WH), các phương pháp điều chế hỗn loạn ứng dụng trong hệ thông thông tin LWB đã được để xuất Có thể kế đến hai

phương pháp diễn hỉnh đó là điều chế khóa tắt-mở hỗn loan (COOK) va diéu ché vj tri

xung hỗn loạn (CPPM) Trong UWB-COOK, phụ thuộc vảo giá trị nhi phân của bịt dưa

vào diéu chế, sỏng mang hỗn loan ƯWB được tạo ra sẽ được phát hay không dược phát dì

tương mg [61,62] Trong khi đỏ, với UWB-CPPM, các xung có độ rộng tất lợp với băng

ca ci

thiện thực hign cia céc phuomg phap CSK

tên siêu rộng sẽ được phái đi, vị trí của các ximg vừa mang thông tín lại vừa biển đối hỗn loạn [38,63]

1.3.3 Trải phổ chuỗi trực tiếp

Ung dung tín hiệu hỗn loạn vào kỹ thuật trải phổ chuỗi Irục tiếp đầu tiên được đê xuÂI

trong [25,26], gọi là phương pháp trải phố trực tiếp chuỗi hỗn loạn (C2S-DS/S5) Trong đó, các chuỗi hỗn loan roi rac sé duoc str dung dé thay thé cho cde chudi PN trong hệ thông

DS/SS truyén thông Phuong phap CS-DS/SS cing thể hiện hâu hết những ưu điễm của phương pháp truyền thông |42| Bên cạnh dó, với sự biển đối biên độ hỗn loạn của tin hiệu

trãi phố trần kênh truyền, tính bão mật được cãi thiện dàng kế |26| Chuỗi hỗn loạn lượng

trình thông tin, ede tin hiệu lượng lữ hỏa sẽ được chuyễn đổi thành các in hiện có chủ kỳ

Các kết quả đại đượ

thông D8/SS truyền thông sử dụng chuỗi ø hoặc chuỗi (zø/z [42]

Lcho ứng đụng trong

bí ra rằng, hệ thông để xuất đạt được Lý lệ tối bil thép hơn so với

1.4 Các phương pháp điều chế vả giải điều chế số hỗn loạn

Trong gin hai thập kỹ qua, đã có một số lượng lớn các phương pháp diễu chế và giải điều chẻ hỗn loạn đã được đề xuất Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các hệ thông

hỗn lơựn đã, đăng và sẽ được nghiên cứu phái

thông lin số, các phương pháp điều chỉ

triển Trong phần đưới đây, chúng ta sẽ tập trung vào phân tích một số các phương pháp

điền chấ/giải điều chế số hỗn loạn chính đã được nghiên cứu trước đây Đây cứng chỉnh là kiến thức nên tăng cho những để xuất nghiên cứu của luận án sau này

1.4.1 Điều chế khóa dịch hỗn loạn (CSK]

Các phương pháp điều chế và giải điểu chế số hỗn loạn 25

Sơ đồ điển chế CSK liên kết dựa trên đặc tính động với hai khối phát sóng mang hỗn

loạn được chỉ ra nh Hinh 1.7 Các tín hiệu hỗn loạn đầu za c;(£) vả cạ(f) có đặc tỉnh động phú tuyển khác nhau Trong khoảng độ rộng bịt Ty, tùy thuộc vào giá tị nhị phẩn của

tít được đưa vào, quá trình điền chế sẽ được thực hiện như sau: nến là bịt '1”, e,(€) sẽ

được phát di, nêu là bit “0”, c;(£) sẽ được phát đi, Tín hiệu đầu ra của khối điều chế trong

Khoảng thời gian cúa bit than, t [Út — 1)T;,T, ], dược biểu diễn như sau:

Hình 1.3 Sơ đồ giải điều chế C.SK đựa trên lỗi đồng bội

Tĩnh 1.8 mình họa sơ đồ giải điều chả CSK đựa trên lỗi đồng bộ [19,64] Hai khối

đồng bộ hỗn loạn sẽ được sử dựng để tạo ra hai sóng mang hỗn loạn c¡(F) và c;(£) tương

ng, có đặc tính hỗn loạn tương tự như c(t) và cạ(£) tên phia điều chế Nếu bịt “1” được

phát di, khối đồng bộ hỗn loạn 1 sẽ đông bô với tín hiệu nhận được r(), trong khi khôi

đồng bộ hỗn loạn 2 sẽ không đồng bô Tương nự, khôi đồng bộ hỗn loạn 2

khối đồng bộ hỗn loạn 1 sẽ không đảng bộ với tín hiện nhận được r(t) nêu bít “0” được

phát di Các tín hiệu lỗi đồng bộ nhận được, er(E) = cj(Ø) — r() và er,(E) = c¿() — 7(, được đưa vào bộ so sảnh và quyết định mức Giá trị nhị phân của bịt thứ n được khôi

phục đần ra được quyết định như sau

_fl, ent) < en,

by =k en() > es(1 a6)

© Giải diễu chế dựa trên lương quan

Cáo sóng mang hỗn loạn được phát lại ở đầu ra của hai khôi đảng bộ hỗn loạn, c;(F)

và cạ(£), sẽ được đảnh giá mức độ tương quan với tin hiệu nhận được r(£) bằng cách sử đụng hai khỏi tính tương quan 1 và 2 8ơ đồ giáá điều chế này được đưa ra như Hình 1.9 [52,65] Ở thời điểm cuỗi mỗi độ rộng bit, tín hiệu dầu ra của các khối tương quan sẽ dược

lây mầu Các mẫu nhận được cửa bìt thứ m sẽ được xác định bởi

YT) = ạn,vạ, r(Oi (Ôát,

#202) = [R yang PCE (Edd,

trong đỏ 7> là khoăng thời gian dễ bắt đầu dạt dược trạng thải đồng bộ Hiện của các mẫu

này, y(nTp) = y.Ty)— ya(7), số được đưa vào khối quyết định mức với giá tị

ngưỡng bằng không Iat dữ liệu thứ n sẽ được khôi phục nhĩ sau:

hai trường hợp: (ai không có nhiễu, (b) cả nhiễu (ngiôn Ƒ15))

ĐÊ mình họa rõ ràng quá trình giải điều chế dựa trên tương quan, biểu dỗ biểu diễn

mỗi quan hệ giữa giả trị của các mẫn trương quan đầu ra y(nT,) và số lượng mau quan sat tương ứng được cũng cấp, được gọi là biển đỗ mật độ giả trị mẫu tương quan Trình 1 _10(a)

và (b) đưa ra các biểu đồ mật độ giá trị mẫu tương quan mg với hai trường hợp: không

nhiễu và cỏ nhiễu ở đầu vảo giải điều chã Có thể thấy từ Hinh 1.10(a) rằng, bởi vi tỉnh hỗn

loạn của các tín hiệu đưa vào tính tương quan, giá trị của các mẫu dầu ra biển đối nhưng

Các phương pháp điều chế và giải điểu chế số hỗn loạn 27

tuôn nằm trong hai miễn riêng biệt tương ứng với hai mức nhị phân “1” và “0”, do đó quá

trình quyết định mức không có lỗi bit Tuy nhiên, trong lình 1.10(B), khi eó sự tác động

của nhiễu, các miễn nảy sẽ giãn ra vá chồng lân lên nhau Các mẫu nằm trong miễn ching lấn này sẽ làm cho khối quyết định mức không phân biệt được và tạo ra các bịt lỗi ở đầu ra 1.4.1.2 Khóa dịch hỗn loạn đối xứng (ACSK)

Phuong pháp điều chế ACSK được xem như la một phương pháp điều chế CSK liên kết sử dụng một khối phát hồn loạn Sơ đồ điều chả và giải điều chế được đưa ra trong

Hình 1.11 [66] Bên phía điều chế, khối phát tin hiệu hỗn loạn phát ra sóng mang hỗn loạn e(Ù với múc biên độ đã được địch để đổi xứng qua mức không Quả trình điều chế được

ng mang với biên độ đảo ngược sẽ được phát đi Trong khoảng độ rông bít thứ n, £ €

[(t— 1)Ty, nĩy |, tín hiệu đầu ra khối điều chỗ e(£) được biểu điễn như sau

dlink LIL Sơ đề (ta) điều chế và (bj giải điều chế của phương pháp ACSK

Hên giải điều chế, séng mang hỗn loạn được khôi phục ở đầu ra của khối đồng bộ hỗn loạn được tính tương quan với tin hiện nhận được Iín hiệu đầu ra khối tương quan sẽ

được lấy mẫu ở cuỗi thỏi gian tích phân cứa độ rồng bịt Mẫu thử n đuợc tỉnh theo

Tan r@) 6Ó) dt, (1.10) Các mẫu sau đó được đưa vào khối quyết định mức với ngưỡng bằng khing Bit dit ken

thứ rt sẽ được khôi phuc theo công thức (1.8)

ly) =

1.4.1.3 Khóa dịch hỗn loạn dựa trên năng lượng bit

So dé điều chẻ và giải điều chế CSK không liên kết dựa trên năng lượng tít được đưa

1a trong Hình 1 12 [28] Bên phía điều chế, thay vỉ có đặc tính động khác nhau, hai sóng

xuang hỗn loạn được phát ra e¡(£) vả ca(£) có mức năng lượng bit trung bình khác nhau, Ty(Ăe¡) # Bg(c;), được xác định nhu sau:

KhẢi Hóc hượng nắng

thượng bít

Tình 1.12 Sa để (ai điều chỗ và th) giải điễu chỗ của phương pháp CSE dựa trên năng lượng bút

Bên phủa giải diễu chế, tin hiệu nhận dược r(t) được dưa vào khỏi ước lượng năng

lượng bị Giá trị đầu ra bộ ước luợng sẽ được lấy mẫu với chủ kỳ T; Năng lượng bíL trung

bình của bít thứ r: được xác định bởi

FuÔTy) = [tụy r?(Đát

Mẫu này được đưa vào khổi quyết định mức với giá trì ngưỡng, Zạy,

Ey(e;)} /2 Giá trị nhị phân của bịt thử n được quyết đình như sau

b= P Eyal) > Era

"lo, Qh) S Eva

Cáo biểu đồ mật độ giá trị năng lượng bịt đưa ra trong Hình 1 13 Có thể thấy rằng, do

tính hỗn loạn cửa các tin hiệu đưa váo ước lượng năng lượng bít, giả trị cúa các mẫu đầu rz

biển đối theo thời gian (biến đỗi trên từng bịÐ) Trong trường hợp không có nhiễu đầu vào,

(1.13)

Các phương pháp điều chế và giải điểu chế số hỗn loạn 29

1nh 1.13) chỉ ra rằng hai miễn giá trị tương ứng với các bịt “1” và 0" được khôi phục

là riêng biệt, đo đó quá trình tách ngưỡng không tạo ra lối bit 'Trong Linh 1.13(), khi cố

sự tác động của nhiễu đầu vào, các miễn giá tị năng lương bịt sẽ giãn rộng ra, chồng lấn Tên nhau và bị địch theo nức nhiều Do vậy để đảm bão khối quyết định mức hoạt động tôi

ưu niêt, giả trị ngưỡng cũng phải dich theo Tuy nhiên, cáo mẫu nằm trong miễn chồng lân

vẫn lãm cho khối quyết định mức hoạt dộng sai và lạo ra các bịt Tỗi ở đầu ra

Gia lrị các ruẫu năng _ bit Ll) Gid Ui cae miu néng lwong bil 446275)

Hình 1.13 Biều đề mật đã giá trị năng lượng bù của phương phảp CSK dựa trên năng lượng bít

cho hai trường hợp: [a) không cá nhiễu, (bj cá nhiều (nguồn ƒ1SƑ)

1.4.1.4 Khóa tắt-mở hỗn loạn (COOK}

H tượng bịt Lay mit mức Dit ign

' II) rà 3X | ®ưm Tu Khối phục >

{Hình 1.14 Sơ đồ (a) điều chế và (bj giải điều chỗ của phương pháp COCK

"Phương pháp này được xem như là một phương pháp điều chế CSK không liên kễt sử dụng một khỏi phát hỗn loạn Hình 1.14 đưa ra sơ đỗ điều chễ và giải điều ché COOK

[20] Nguyên lý điều chế rất đơn giản, trong thời gian T„, của mỗi bit, sóng mang hỗn loạn:

c(t) dupe phát đã nếu là bịt “]”, và không dược phát đi nếu là bịt “0” Tương ứng với năng lượng bít trung bình được phát di E,(c) bằng J)” e2(£)dt nêu là bit “1”, và bằng 0 nêu là bít “0”,

tiên phía giải điều chế sẽ truc hiên ước lượng năng lượng bịt trưng bình của tín hiệu

nhận được, Epf,) = [m hy, 7"(Đát, rồi cho qua khối quyết định mức với giá tri

Ey(E)/2 Giá trị nhị phân của bút thứ ñ sau đó được xác định theo công

nguéng, Ey, =

thức (1.13)

1.4.2 Điều chế khóa dịch hỗn loạn vi sai (DCSK}

Trong phương pháp giải điều chỗ CSK đựa trên năng lượng bịt và COOK đã được

trình bày ở trên, khi tín Hiệu nhận được bao gồm cả nhiễu từ kênh truyền, để đăm bảo kì

phục chỉnh xác nhất, mức ngưỡng của khối quyết định phải địch theo mức biên độ của nhiễu Dễ khác phục vấn đề này, phương pháp điều chế khóa địch hỗn loạn vi sai DCSK được để xuất [67] Sợ đồ điều chế và giải điền chế I1SK được chỉ ra nhịt Hình 1.15

Tình 1.15 8a đỗ (a) điều chế và (bì giải điểu chỗ cho phương phảp DCSK”

Bên phía diều chế, mỗi thời gian đô rộng bịt 7, được chủa thành hai nửa bằng nhau XNữa khoảng thứ nhốt được sử đựng để phát sóng mang hỗn loạn than chiến cŒ) Nửa Khoảng thứ hai gửi đị sóng mang hỗn loạn mang thông tin với quy luật sau: nếu là bịt ~ sỏng mang hỗn loạn tham chiều của nữa khoảng trước đỏ, c{t — T,,/2), được phát lại; nếu

là bit “0”, sóng mang hỗn loạn tham chiếu của nủa Khoảng trước dó sẽ dược đảo

Các phương pháp điều chế và giải điểu chế số hỗn loạn 31

nguoc, —c(t — T,/2), và phát đi Tín hiệu đầu za bộ điều chế e(© ứng với bít thử zt được

tiểu diễn như sau:

7

yíT,) = Seo payry TOE ~ Ty /2)t (1.15)

Nếu không tỉnh đến tác động của nhiễn đâu vào, kh đó r(() = e(Ð, giá trị tương quan số trở thành

Giá trị tương quan y(n7„) được qua khéi quyết định mức với ngưỡng không Mễ giả trị

đương, bít khôi phục là bịt “1”, nếu giả trị âm, bịt khôi phục là bít “0”

Tình } 1á Hiều đỗ một độ giá trị mẫu tương quan của phương pháp DCSKE cha lưi trường hợp:

(a) không có nhiều, (B) cô nhiều (nguồn [15/)

Hình 1.16 đưa ra các biểu đô mật độ giá bị mẫu tương quan của phương pháp DCSK Với trường hợp không nhiễu như trong Hình I.16@), giá trị của các mẫu độu ra biển đổi

CSK không liên kết đã được khảo sát ở trên Điền này bởi vì DCSK chỉ sử dựng một nửa

thời gian bit để truyền đi tin hiệu bẩn loạn mang tin, trong khi nửa trước đó chỉ đóng vai

trò tham chiếu vả không mang tin tức

1.4.3 Điều chế khóa dịch hỗn loạn vi sai điều tằn (FM-DCSK]

'Trong phương pháp điều chế JDCSK, bởi vì sự biễn đổi hỗn loạn của biền độ sóng mang, giá trị năng lượng bít cũng biến đối theo thời gian Diễu này đẫn đến khó khăn trong rớc lượng năng lượng bát |68| Dâ khắc phục vấn để này, phương pháp kết hợp giữa điều chd

DCSK va diéu ché tan sé FM đã được dễ xuất, được gợi là phương pháp FM-DCSK [24

Hình 1.18 Biểu đỗ một độ giá trị mẫu tương quan của nhường pháp EM-DCSE cho hai trường

hợp: (a) không có nhiều, (b) có nhễu (nguồn Ƒ15)

Các phương pháp điều chế và giải điểu chế số hỗn loạn 33

Hình 1.17 đưa ra sơ đồ điều chẻ và giải điều chế IM-IDCSK 'Tin hiệu hồn loạn phát ra được đưa vào khéi điều tần Tin hiệu M đầu ra có tần số thay đổi hỗn loạn nhưng biển độ

uôn không đối Tin hiệu này được đưa vào điều chế DCSK và đóng vai trỏ như một sóng

mang tần số hỗn loạn mới Do đó năng lượng bát của tin hiệu FM-DCSK đầu ra là như

nhau dỗi với tt cả các bít Bên phía giải điểu chỗ sử đụng sơ đỗ lương tự tử của DCSK

Hình 1.186) đưa ra các biểu đỗ mật độ giá trị mẫu tương quan ứng với trường hợp không

có nhiễu ở đầu vào giải điều chế Có thể thấy rằng giả trị lượng quan cho tất cả các mẫu là

như nhan và không đổi trong quá trình giải điều chế Lúc này, hai miễn giá trị sẽ trở thành hai vạch giá trị đồi xứng với nhau qua mức không Khí có sự tác động của nhiều đầu vào, trong ilình I.18(), hai vạch này sẽ trở thành hai miễn giá trị có vùng chồng lần nhưng

luôn đổi xứng qua ruức không

1.4.4 Điều chế khóa dịch trễ tương quan (CDSK]

Hình 1.19 Sa dà (a) điễu chỗ và (bì giải diễn chế cho phương phảp CDSK”

So dé diéu ché và giãi diều chế của phương pháp khỏa dịch trễ tương quan CDSK: được đưa ra nữ Hình 1.19 |22| Bên phia điều chế, tín hiệu phát di là tổng của sóng mang

tiỗn loạn và phiên bân Hỗ của nó sau khí để được điều chỗ thoo các bit đầu vào Tín hiệu

phát đi e(£) bao gồm cô tin hiệu hỗn loạn Ưưan chiếu e(() và tín

thông tin +(c(f) — z„) Õ đây r„ là kỷ hiệu thời gian trễ Tin hiệu điều chế đầu ra ứng với

bil hú ñ được biểu điễn bồi

c() + c( — tạ),

PP wou ep