Luận văn nghiên cứu cải thiện phẩm chất hệ thống thông tin vô tuyến hỗn loạn sử dụng chỉ số mã hóa hoán vị

năng sao HH-CCI-DCSK Với mục đích tính toán hiệu năng của hệ thống mới được đề xuấi cũng như so sánh ching với hiệu năng các hệ thông kháo, luận văn tết nghiệp của tôi đã nghiên cứu, đề

TRUONG DAL HOC BACH KHOA HA NOI

LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu cải thiện phẩm chất hệ thống thông tin

vô tuyến hẫn loạn sử dụng chỉ số mã hóa hoán vị

NGÔ HOÀNG DỨC ANH

ducanngchoang@gmail.com

Ngành Kỹ thuật viễn thông

Giảng viên hướng dẫn: PGS [S Nguyên Xuân Quyền

HÀ NỘI, 12/2021

Chit ky cia GVHD

CỘNG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM

Độc lập — Tự do— Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ho va tên tác giả hận văn : Ngô Hoàng Đức Anh

Đề tài luận van:

Nghiên cứu cải thiện phẩm chất hệ thông thông tin

vô tuyên hỗn loạn sử dụng chỉ số mã hóa hoán vị

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Viễn Thâng

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Nghiên cứu cãi thiện phẩm chất hệ thống thông tin

vô tuyển hon loạn sử dụng chỉ số mã hóa hoán vị

Giáo viên hướng dẫn

Kỷ và ghỉ rõ họ tên

LỎI CẢM ƠN

Đề hoàn thành dược luận văn này, tôi xi chân thành gửi lời cẩm ơn tới thầy

PGS.TS Nguyễn Xuân Quyền đã lận tình hướng din, chỉ bão và động viên tôi trong những lúc khó khăn đề tôi có thể hoàn thiện tốt luận văn Ngoài ra,tôi cũng

xin cảm ơn toán thể các thay cỏ tại V' Viễn Lhông, Viện Đảo Tạo Sau

Đi Học nói riêng và Trường Đại Học Bách Khoa nồi chung đã cho tôi những kiến

thức, những bài học kinh nghiệm quỷ báu trong suốt quả trình học tập và rên huyền tại trường,

'Tiếp theo, tôi xin bảy tó lòng biết ơn chân thành tới toàn thể các thây cô giáo

trong viện Điện Tử Viễn Thông, Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình hướng

dân, giải đáp các thắc mắc

Tôi cũng xi cảm ơn các bạn học cùng lớp Cao học, các anh chị, bạn bẻ, đồng nghiệp của tôi đã có những đứng góp giúp tôi có thể hoàn chỉnh luận văn này

Cuỗi củng, tồi dũng xin gửi lời cảm ơn sầu sắc tới những bậc sinh thành, cha

xnẹ, ông bà, những người đã nuôi dạy tỏi khôn lớn và hoàn thành chương trình

học Những hi sinh, khó khăn vất và của bá mẹ là động lực để tôi hoàn thành luận

vẫn này,

TÓM TẮT NỘI DŨNG LUẬN VĂN

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhu cầu về chất lượng địch

vụ ngày cảng lăng cao, nhiều kỹ thmật và phương pháp điều chế ti hiệu tuới đã được ra đời, trong đỏ nổi bật nhất là phương pháp khóa dịch pha hỗn loạn vi sai

(DCSK)

Với khả năng hoạt động tốt trong kênh truyền bị ảnh hưởng bởi nhiều, fading va da đường, hầu hết các hệ thông hến koạn để xuất cho thống tím võ tuyến đếu dựa trên sự cải tiến hodc mé réng tix DCSK

Tuy nhiên, DƠSE: chưa phải là hệ thống Lỗi ưu, ít nhất là về

sử dụng phố và hiệu năng sử đụng năng lượng Vì thế, phương pháp điều chế

DCSK mã hỏa hoán vị theo chí số ( CCL-DCSK) là một trong những phương pháp mdi duye dé xual, 6 do o6 thé chén thêm một vài mappcd bịt trong mỗi qué trink truyền

CCT-DCSK đem lại hiện quả sử dụng năng lượng và hiệu quả sử dụng phổ cao hơn phương pháp DCSK thông thường bằng cách chèn thêm một số lượng bit

chỉ số trong mỗi lân truyền

Nhằm phát huy các ưu diễm của phương pháp CCI-DCSK, tôi tiền hành kết hợp với phương pháp DCSK hiệu năng cao( HE-DCSK) ( cững là một phương

pháp cải tiến của DCSK) tạo ra phương pháp DCSK hoán vị theo chi sé có hiệu

năng sao (HH-CCI-DCSK)

Với mục đích tính toán hiệu năng của hệ thống mới được đề xuấi cũng như so sánh ching với hiệu năng các hệ thông kháo, luận văn tết nghiệp của tôi đã nghiên cứu,

đề lài “Nghiên cứu cải thiện phẩm chất hệ thông thẳng lăn vô tuyến hỗn loạn sử đụng chỉ số mã hóa hoán vị "

Luận văn nghiên cứu và để xuất phương pháp điều ché tin hiện HB-CCI- DƠSK, là phương pháp cái tiến so phương pháp CCI-C8&, LHI-DCSK và DƠSK-

„ những phương, pháp điều chế tin hiệu hỗn loạn phổ biến hiện nay

Luan van cũng cho thấy những ưu điểm của điều chế tỉn hiệu hỗn loạn từ đó giải thích vì sao để tài điều chế hỗn loạn là một trong những đề tài được quan tâm phổ biến hiện nay trong théng tin sé.

1.2.2 Locnhiễu chotinhiệu hỗn loạn LŠ

Các hệ hôn loạn thường gặp -

151 HệhẳnloạnLeogisieMap à cào ceceec.24

Kénh Napakami, đặc điểm và ý nghĩa thực tế _-.5

1.6.2 Thuậttoán Nagakam ceerce 28 1.6.3 Khinào thifading Nagakami xảy ra 26

Hoan ¥i trong thông tin Yô tuyễn 2 co ccecsseeeseerrrrreoee 2Ô L7.1 Sựcảnthiếtvế hoánvj

1?

Ung dung của liến loạm trong điều chế tín hiệu - oo 28

25.2 Sơ đồ tổng quan của hệ thông điều chế và giải điêu chế qua kênh

2.6 Mô himh toán học của hệ thống MIMO-DCSK

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Biến đổi theo thời gian của đạng sóng hệ lorenz hỗn loạn 12

Hình 1.2 Biển đổi theo thời gian rời rạc của biển trạng thải trong các hệ logjstic

Tình 1.6 Sơ đề khỏi hệ thống CDS-CDMA với K user 19

Tình 1.13 Tín hiệu sau khi chuyển dạng khối 27

Hình 1.13 Tản hiệu sau hoán vị chuỗi 37 Hình 2.1 Sơ dỗ khối hệ théng DCSK (a) wily phá - 32

Hình 3.3 Sơ độ điều chế vá giải điều chế hệ thông CCI-DƠSK _-_34 Hình 2.3 Mô phỏng kỹ thuật chèn bí CCI

Tình 3.4 Sơ đồ điều chế và giải điều chế của phương pháp ¿

Hình 2.5 Sơ đỏ một hệ thông MIMO điền hình sec Hình 2.6 Sơ đỏ Alamouti sử dụng 2 anten phát và 1 anten thu 41 Hình 2.7 Sơ dỏ diều chế MIMO-DCSK

Hình 2.8 Sơ dẻ giải điều chế MIMO-DCSE

Hình 3.1 Sơ đỏ diều chế HE-CCI-DCSE

Hình 3.2 Sơ dỏ giải điều chế phương pháp HE-CCI-DCSK -

Hình 3.3 Tỉ lệ 16i bit (BER) của 3-CCLHH-DCBK ở các hệ số trái phố khác nhau

trong kênh Nakagam (bela li 1⁄2 hệ số tải phổ) 48

Hinh 3.4 Tï lệ lối bít (BER) của 3-CCI-DCSK, 3-CCI-HE-DCSK, HE-DOSK với

các tĩ số Rb/N0 khác nhau trong kênh nhiễn trắng ở =1 28 49 Hình 3.5 Tỉ lệ lỗi bit (BER) của 3-CCI-DGSK, 3-CI-HE-DCSK, HE-TCSK với các tí sở Eb/U khác nhau trong kênh Nakagami ở J=128 se 5O

inh 3.61138 151 bit (BER) cua 3-CCLDCSK, 3-CCILILE-DCSK, LIE-DCSK voi

các tí số Eb/NO khảo nhau trong kénh Rician & P=128 - 80

1linh 3.7 1ï | lỗi bít (3L) cúa 3-CCI-D2CSK, 3-CCI411I-2DGSK, LI-2CSK với

các lĩ số Rb/MO khác nhau rong kênh Raylejgh & B-128 51

CCE Commutation Code Index DCSK | DCSK mi héa hoan vi

CDS- Chaotic Direct Saquance-Code — |ÐĐa tuy nhập phân chia theo mã CDMA Division Multiple Access hỗn loạn trực tiếp

GDSSS Chaotic Direct-Sequence/Spread _ [Lrải phố chuỗi trục tiếp sử dụng|

CPE Chebyshev Polynomial Function Ham da thie Chebyshev

MIMO Multiple in multiple out Da dau vao da dan ra

DCSK Differential Chaos Shift Khéa dich hén lean vi

FM- Frequency Modulated-Différential | Khóa dịch hỗn loạn vì sai điền

1DCSK Inproved-Differential Chaos Shift | Khda địch hỗn loạn vi sai cải

TID- High Efficiency-Differential Chaos | Khéa dịch hỗn loạn vi sai-hiệu

DSP Digital Signal Processing 'Xử lý tin hiệu số

DSSS Direct-Sequence Spread-Spectrum Trai phé clm6i trực tiếp

BW Bandwidth, lãng thông,

frequency division multiplexing theo tần số trực giao

SNR Signal Noisc Rate Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

CHƯƠNG 1 Hỗn loan va ang dung của hỗn loạn trong điểu chế tín hiệu

11 Khải

Khai nigm vé hén loạn được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuột dược đưa ra như sau: [5]

“Hến loạt là trang thái vận động không có chủ kỳ trong muột quá trình của một

hệ thông xác định Sự vận động này phụ thuộc nhay cảm với điều kiện khởi động

của hệ thống”

iệm hỗn loạn

Ba tinh chat quan trong, cita hỗn loạn được nêu ra trong khải niệm trên là:

1 Vận động không có chủ kỳ: đường dị chuyển của hệ thống trong mặt phẳng, tha không đi vào bất kỳ diễm cổ dmh hay quỹ đạo có chủ kỷ nào khi thời gian vậu động tiến lới vô cùng

2 Hệ thống xác định: là hệ thống không có các thông số thống kê xác suất Tây là điểm khác nhau quan trọng giữa hộ thông hỗn loạn và hệ thống nhiễu với quá trình ngẫu nhiều Vận động bết thưởng trong hệ thống hỗn loạn được tạo ra do tính phi tuyến bên trong nó chứ không phải đo nhiều

3.Phụ thuộc nhạy cảm với các điều kiện khởi động: đường ch chuyển xuất phát từ các điều kiện khởi động có sai khác nhau rất nhỏ (gần như là như nhau) sẽ phân tách rắt nhanh theo luật số mũ tạo ra các quỹ đạo di chuyển hoàn toàn khác

nhau

Các hệ thống hỗn loạn động dược phân loại theo theo hai dạng sau:

1.Đạng liên tục của thời gian

1.2 Dạng sống

Chúng ta có hệ thống dông Lorenz ba chiều :

(BE ely x)

Với các biển x,y,z là cáo biển trạng thái và các tham số ø,r,b là các tham

số hệ thống Ta chơ ơ = 10,r = 28,b = 8/3 dễ hệ thống rơi vào trạng thái hỗn lon Rõ ràng tỉnh hệ thống xác định hoàn toàn được thốa mãn với hệ thông này bai vì nó được biểu diễn bằng hệ phương trình vỉ phân xác định với các thông số

cụ thể (không có thông số thông kế) Với các điều kiện khới động xác định, chứng

ta hoàn toàn có thể xác định trạng thái hệ thống ở một thời điểm bắt kỳ

*“ weet ny TT TE YT Ÿ ái Ta PL ryt

— 2n am Tho son un a sam am intra, 1m

Hình 1.1 chỉra kết quả mô phỏng Matlab của hệ Lorenz với tham só như trê

Trục thoi giant chuẩn hớa chính là số lặp lại tính toim được thực Inén C6 1

thay tinh van động không cỏ chủ kỳ của hệ thông qua sự biên đổi không dụ đoản được của các biển theo thời gian Trong hinh 1.2, ching ta thay kết quả mồ phỏng, dạng sóng thời gian của lần lượt các hệ thống Chebysev, Cubic, Symmetric tent Map va Logistic có các tính chất tương tự như hệ thông liên tụe Lorentz

Dang song he hon loan chebyshev

Hinh 1.2 Bién déi theo thời gian réi rac otia biển trạng thải trong các hệ logisiie

map, cubic map, chebyshev, symmetric ten map hon loan|6]

Tinh chất phụ thuộc nhạy cảm với các điều kiện khởi động được thể hiện trong hình 1.3 Trong đó biển đổi biên độ của biển x với hai điều kiện khởi động

có giá trị sai khác rất nhỏ được đưa ra[10] Chúng ta cỏ thê thây rằng các tỉn hiệu ban đầu xuất phát gần như củng một điểm, nhưng sau đỏ chủng tách biệt nhanh chong va trở nên khác nhau hoàn toàn

Hình 1.3 Biển đổi theo thời gian của biển x(t) với hai điều kiện khởi động sai khác nhan

rất nhỏ trong hhệ Loren= hhôn loan[6]

Để biểu diễn rõ ràng nhất sự vận động hệ thông hôn loạn, chủng ta vẽ quỹ:

đạo di chuyển theo thời gian của các biển trong không gian pha của chủng Dạng hình học vẽ được gọi là vùng hút Hình 1 4 là vùng hút của hệ Lorenz với các giá

trị ơ = 10,r = 28,b = 8/3 trong không gian pha (x,y,2)[11].Có thê thây rang

đường di chuyển không bao giờ trùng lặp và không khép ki cho dù thời gian tiến

tới vô cùng, điêu này thê hiển tính phi chủ kỳ vả hồn loạn của hệ thong, Ving hut

có một đặc điểm nữa là nó luôn nằm trong miền giới hạn xác định của không gian pha cũng như không bao giờ di chuyên ra khỏi min này

Hình 1.4 Vùng luàt của hệ hỗn loạn Loren= trong không gian pha (x, y, 2)

1.2.1 Triển khaihàm hỗn loạn

Bắt đầu những năm 80 của thế kỷ trước, các hàm hỗn loạn điên hình như: hàm đa thức Chebyshev (CPF), hảm Markov, hảm Tent, hàm Logistic ham tuyén

tinh từng đoạn (PWL), ., đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đời sóng[2] Những hệ thống được biểu diễn bởi các hảm này được gọi là hảm có nhớ vì khả năng lưu trữ trạng thái quả khứ, vỉ trạng thải đầu ra hiện tại là kết quả của ham Kip với đầu vào là trạng thái trước đó Ví dụ cụ thẻ là các hệ thông động rời rạc một

chiều được mô tả bằng hàm ánh xạ £: 8» S(với S là tập xác định không gian trang thai) được đánh giá bởi một trường véc-tơ xác định và được biểu diễn bởi

Trong đó x„ là biến trạng thái được lây mâu ở thời điểm thử n

fla hàm lặp mô tả đặc tính động của hệ thông

Sự biểu diễn rời rạc của các hệ thông động đưa ra một cách tiếp cận đơn giản

cho việc thực thi và phát ra các tín hiệu hôn loạn trong kỹ thuật, đó là thực thí trên

nên tảng xử lý tín hiệu số Trong thực tế, các mạch điện tử hiện nay có thẻ phát ra

cả tin hiệu hồn loạn liên tục lẫn rời rac

Ví dụ điển hình nhất của phát tín hiệu hỗn loạn liên tục là mạch dao động Colpitts Tuy nhiên do không xác định được thời gian duy trì trạng thải tín hiệu và không điều khiển được, các tín hiệu hồn loạn liên tục không được đẻ xuất sử dụng

trong thông tin số trải phỏ Thay vào đỏ, các tin hiệu hỗn loạn rời rạc với thời gian trang thái xác định bằng bước lặp tỉnh toán được ứng dung pho biên

14

Các nghiên cửu gân dây vẻ lý thuyết hỗn loạn đã chứng mình rằng đặc tỉnh phi chu kỷ biến đối giếng nhiễu của các hệ hẳn loạn không thế được đâm bảo hoàn toàn nếu cáo hàm hồn loạn được thục thi trên nên tảng xử lý tín hiệu số, ví dụ như

trên cúc nén tâng DSP, FPGA, hoặc máy tính{8] Nguyên nhân là bởi vì các giá tí

trạng thái hỗn loạn rơi vào ruột số thanh ghi tính toàn, thường là

8, 16, 32, hoặc 64 bit Didu nay din tới quỹ đạo có chu kỹ của hệ thẳng hay nói cách khác đặc tĩnh hỗn loạn bị suy giám

Tả khắc phục hạn chế này, đã có nhiêu phương pháp thực thí đã được đề xuất nhằm côi thiện chất lượng và dâm bảo tính ngẫu nhiên của hệ thông trên nền tang truyền thông só Trong đó, phương pháp sử dụng nhiều tầng biển đổi hén loan nói

tiếp được đề xuất[11].Phương pháp này cho phép phát ra một số lượng rất lớn các

chuỗi hỗn loạn với không gian trạng thái lớn hơn và số vòng lập có chu kỳ lớn hơn,

lăm tặng ruức độ pha tạp của Loàn bộ hệ thẳng Cúc phương phép thực thì trên dã được chứng mình là đặc biệt phù hợp để nhúng vào các ứng dụng mật mã an toàn thông tin

1.2.2 Loc nhiễu cho tín hiệu hỗn loạn

Về lý thuyết, bất kỳ một thuật toán lọc nhiều nảo címg phụ thuộc vào lượng

Thông tn biết trước sẵn có Sau khi qua kênh truyền dẫn, tin hiệu hến loạn chịn sự táo dộng của nhiễu công, do đó dễ cải thiện chất lượng của các hệ thống thông tin Tiến loạn, tý lệ tin hiệu lrên nhiều (SNR) phải được nâng œao[12] Bởi vì tín hiệu hỗn loạn có đặc tinh ngẫu nhiên giỏng nhiễu, do đó các bộ lọc tuyến tính không có tac dụng trong việo lọc tách nhiễu ra khỏi tín hiệu trộn tổng hợp Dây cũng là thách

thức lớn đề nạ thời cũng đặt ra van đề nghiên cửu mớ cho các nhà khoa học củng,

nhau nghiên cứu giải quyết

Tựa trên những thông tin biét truốc của cáo hệ thông động hỗn loạn, nhiều Tướng tiếp cận đã được đề xuất để giảm hoặc loại bỏ sự biện điện của nhiễu trong các tin hiệu phi tuyến ‘long các nghiên cửu gẫn đây, một phương pháp thực hiện

dựa trên l Kahnan về Lời gian - rời rạc được dua ra dé ude lượng trung thải của

các mẫu hổn loạn - nhiễn[1 1]'Trơng thực tế, lọc Kalman được biết đến như là bộ

tước lượng không gian với trạng thái cưng cắp cáo ước hượng sai số bình phương trung bình tối thiểu đệ quy cho các hệ thống tuyển tĩnh đưởi tác dộng của nhiều Gauss Phương pháp này không thé được sử dụng Hực Hiếp để ước lượng đối với các mô hình không gian trạng thái phi tuyển

pháp lọc này dựa trên ước lượng của tín hiệu có nhiều gần nhất có thể với tín hiệu sạch không nhiều trong sự sai số binh phương trung bình, ngoài ra bộ lọc Wiener cũng có thể dược sử dụng dễ giải quyết vẫn dễ lọc nhiều Phương pháp lọc nảy dã được sử đựng trong nhiễu nghiên cứu nhằm giảm nhiễu trong các tín hiệu hỗn loạn

Các phương pháp xứ lý tí hiệu thích nghỉ cũng được đẻ xuất dễ piớm nhiều

và tăng cường chất lượng cho các hệ thống thông tin Quả trình lọc nhiều sử đựng các hàm hỗn loạn biết trước f, được xem như là một giải pháp tối mu, trong đỏ làn chỉ phí C biểu diễn bởi.[4]

Ham Ñ(Š?)đánh giá sự tương đẳng giủa điểm được ước lượng ¡ và

điểm nhận được nhiễn, #¿(#) là ham chỉ ra mức độ hợp lý của quỹ tích ước lượng,

Phương pháp này đã được nghiên cửu của các nhà khoa học Dựa vào các nghiên

cửa của Lee và công sự, lákó đã chỉ ra trong các công bề rằng phương pháp này

có mới liên hệ mật thiết với phương pháp građient tiêu chuẩn Xhứng giải thuật giảm nhiều này được triển khai ứng dụng trong thiết kế bộ tách sóng không đồng,

bộ nhằm tăng cường cht long BER

"Trong nhóm thứ nhất, các hệ thông chủ động và thụ động được sử dựng cho

đồng bộ, trong dó một tin hiểu hỗn loạn liên kểi dược phát từ hệ chủ dòng dược sử dụng để lái hệ thụ động, bết buộc hệ Ihụ động phát ra một bản sao chỉnh xác được đồng bộ ủa tín hiệu liên kết Nhóm thứ hai phát triển các phương pháp đồng bộ trong các hệ thống thông tin truyền thông như là đồng bộ pha và lây mẫu ứng dựng trong các hệ thống thông 1in hỗn loạn đông bộ Mục đích cửa các kỹ thuật đồng bộ uảy là loại bỏ sai lệch thời gian bên máy thụ nhằm phát ra chuối hỗn loạn dược đồng bộ chính xác vẻ mặt thời gian

hệ thụ động Một hệ thống chủ động - thụ động bao gồm hai hệ thẳng hỗn loạn có

cùng biểu diễn phương trình vi phần với các giả trị thông số như nhau

diễu khiển

Cac kết quả nghiên cửu chỉ ra rằng đẳng bộ hẩn loạn xảy ra khi tín hiệu đâu

ra của Ít nhất một trong các phương trình vi phân của hệ thông thử nhất có tác dụng

16

dối với hệ thống thử hai Do dỏ, một hệ thống hỗn loạn được cho là có thể lái một

hệ thống hến loạn khác thông qua tín hiệu liên tục theo thời gian được phát ra tử một trong các phương trình vi phân của nó Iiệ thắng hỗn loạn lái được gợi là hệ chủ động còn hệ được lái gọi là hệ bị động, Cũng theo các công bố liêu quan của Teoora và Carroll bốn kiểu chế độ lái của các bộ phải liền kết được xác định là lái ngoài, lái liên kết mạng, lái định hướng, lãi hai hướng]17]

Áp dụng trong truyền thông, một hoặc nhiều tần liệu ái được phát từ hệ thông

shủ đông (náy pháp) đến hệ thống thụ đẳng (náy thu) thông qua kênh truyền đồ đồng bộ với hệ thông, Quá trình này bắt buộc hệ thông thụ dộng phải theo hệ thông chủ động bằng cách phái ruột bản sao chính » Un higu kú được phát, dẫn đến

đồng bộ hễn loạn Khái niệm này được sử dụng rộng rãi rong các hệ thống thông, 1i hỗn loạn tương tự vẻ truyền thông bão mật[7]

1.3.2 Dỗng bộ hỗn hạn ứng dụng trong truyền thông

Do chất hrợng kém của đẳng bộ hễn loạn chủ động - bị đông qua kênh truyền

có nhiễu, hiệu năng của các hệ thống thông tin hỗn loạn đổng bộ sử dụng các phương pháp dòng bộ này pũng rất kớm Mặt khác, các ứng dụng chủ yêu của hỗn loạn là cho truyền thông trải phế, do đó một hướng tiếp cân khác trong đẳng bộ hỗn loạn đó là sử dựng phương pháp đồng bộ chuối giã ngẫu nhiên (PN) truyền thống chơ các hệ thông thông tin hỗn loan|6] Trong hệ thống trải phổ truyền thông, quá tình đồng bộ chuối PM bêu phía thủ được thục hiệu qua hai bước: thứ rầ quá trình bắt (Aoquisition) giãm sai khác thời gian của chuối bên thu so chuối bên phát, lúc này máy thu đạt được đổng bộ thô xấp xỉ, thứ hai, quá trình bám Clracleng) điều chỉnh tỉnh để giám sai khác thời gian đến không nhằm đạt được đồng bộ chính xác

TỦng dụng đồng bộ hỗn loạn nhắc đến nhiều là phương pháp đồng bộ chuối

PN truyền thêng vào hệ thông thông tin hỗn loạn Một đề xuất của hướng tiếp cận

nảy là sử dụng các tin hiệu hén loạn như là tín hiệu hoa tiêu (Chaotic pilot), Kỹ

thuật đồng Độ này có thể được sử dụng cho truyền thông nhiều người dưng dong

bộ Khỏ khăn trong thực thi kỹ thuật đẳng bộ trưyền thống này phụ thuộc vào việc thực hiện và phát ra đạng sóng hến loạn ở phía máy thu Đẻ đạt được mục địch nảy, hai hưởng tiếp cận có thể được sử dụng|3|

Hưởng tiếp cận thử nhất yêu câu thực hiện một hẻm hốn loạn ở phia máy thu

có cùng điều kiên khởi động như ở phía máy phải Hướng thử hai bao gồm việc phát má hỗn loạn với giá trị thực hoặc đã được lượng tử hóa, sau đỏ cùng được lu

trữ ở cả bên phát và bên thu [5] Bỏi vi bộ phát hốn loạn rất nhạy cảm với điều kiến ban dau, chi can mội sai số rất nhỏ trong việc thực 1Ìu có thể việc phát lại tin hiệu khác hoàn toàn giữa máy phát và máy thu, do đó việc đẳng bộ là không thể Tưởng tiếp cận thứ hai mặc đủ yêu cầu thêm bộ nhớ mã hỗn loạn ở cả bên phát và bên thụ, tuy nhiên được đánh giả khả thị hơn, giúp tránh được sai số do thực thi trên phản cứng

Truyén thông hến loan được chia thành 2 nhỏm chính lá đông hộ và không,

14 Các hệ thống thông tin hỗn loạn dong bộ

1.4.1 Các hệ thống tương tự

Tai hệ thông thông tìm hỗn loạn đẳng bộ tương tự điển hình là mặi nạ hồn logn (Chaotic masking) va diéu ché hén loan (Chaotic modulation) Trong hé théng

Chaotic Masking, tin hiệu mang thông ti tương tự sẽ được cộng với tín hiệu hôn

loan true Kin phat di trên kênh truyền Quả trình đỗng bộ được thực biện ở phúa thụ Thông tín tương tự sau đó được khỏi phục bằng cách lấy tín hiệu thú được trừ

cho tín hiệu hôn loạn đã đồng bộ[14] Các biện pháp cái thiện chất lượng của hệ thống mặt nạ hỗn loạn dược nghiên cửu sau dây

HỆ thông lương tự | Mặt nạ hỗn loạn

‘Trai phổ chuỗi hồn loạn trực tiếp (CDSSS)

Đã tuy nhập phôn chia theo ruổ hến loạn (CDS-CDMA)

thụ động theo cùng một cách như đưa thông tin vào hệ chú déng

Nhược diễm chính của phương pháp nảy đó lá bộ điều khiển phụ thuộc vào

cấu trủc của hệ chủ động và thụ động Nói cách khác, với các hệ chú - thụ động

khác nhan thì yêu cầu thiết kế bộ điền khiển khác nhau đễ phù hợp

1.4.2 Các hệ thống sô

Môi trong những hệ thống thông tin số hỗn loạn đồng bộ dầu tiêu là khóa dịch hỗn loạn (CSK) Dữ liệu nhị phân được đừng để điền khiến bộ chuyển mạch chọn một trong hai bộ phát hỗn loạn khác nhau Ê và g Nếu bịt vào lá “+1”, tín hiệu dâu ra bộ phát hỗn loạn Ÿ được phát dị, ngược lại với bít vào là “Œ”, tín hiệu đầu ra

bộ hỗn lom g được phát đi, Trong sơ đồ thụ đuứtất, hai khối phát lại và đồng bộ hiến loạn tương ứng Í và g được sử dụng Sự sai khác giữa tín hiệu thu được và đầu

ra các bộ đống bộ được so sảnh giải ruã để khỏi phục bit thong tin,

Với sơ đồ máy thu thứ hai, tượng quan trong mỗi độ rộng thời gian bit giữa

tín hiệu đến vả các tin hiệu dầu ra các khỏi đồng bộ được lày ruấu và so sánh dễ khôi phục thông tín Do sự nhạy cảm đặc biệt của đồng bộ hỗn loạn đẫn đến sai

khác thông số và nhiều kênh truyền, việc thực thi hệ thông khóa dich hỗn loan trong thực tế có độ kha thi thap[11]

Mệt trong những hệ thỏng dược nghiên cửu phỏ biển là trải phổ chuối hồn loạn trực tiếp (CDSS5) đựa trên sơ đỏ trải phế trực tiếp truyền thống sử đụng chuối

18

gia ngâu nhiên, trong đỏ chuối PN được thay thẻ bởi chuối hồn loạn rời rạc Sơ đỏ khỏi hệ thông CDSSS được đưa ra trong Hình 1.3

Trong máy phát, quả trình trải phổ được thực hiện bằng cách nhân trực tiếp

dữ liệu nhị phân vào với chuỗi hôn loạn Một trong những thông số quan trọng của

hệ thông CDSSS là hệ số trải phô (SE) -là tỷ số giữa độ rộng bịt của chuối dữ liệu

và độ rộng chịp (khoảng cách bước lặp) của chuối hôn loạn SF quyết định hiệu

năng hệ thống qua kênh truyền Bên máy thu, chuối hôn loạn rời rạc được phát lại

và đồng bộ với tín hiệu thu Quả trình đồng bộ được thực hiện theo nguyên lý đồng

bộ chuỗi PN truyền thông, bao gồm hai bước bắt và bám, như đã được đề cập ở

Mục 1.42 Quá trình giải trải phố sau đó dựa trên việc tỉnh tương quan giữa tín hiệu nhận được và chuối hôn loạn được đỏng bộ Giá trị tương quan đầu ra được

lay mau với chu kỳ bằng độ rộng bịt Các giá trị mẫu thu được được so sánh với

mức ngưỡng không đề khôi phục dữ liêu ở đầu ra

pase Tareas [avant oe

Hình 16 Sơ đồ khdi hé théng CDS-CDMA véi K user

Với việc sử dụng đồng bộ chuối rời rạc như trải phố truyền thông, hiệu năng, của hệ thống CDSSS qua kênh truyền bị ảnh hưởng bởi nhiễu và méo tốt hon, do

đỏ tinh kha thi cho việc ứng dụng CDSSS váo các hệ thống thông tỉn thực tế được lăng lêu Đây cũng là lý đo hầu hết rác nghiên cứu về truyền thông hỗn loạn đồng

DO gan đây đều tập trung vào nghiên cứu hiệu nắng của CDS88 trong các hệ thông

da truy nhap phan chia theo m4 hén loan (CDS-CDMA) So 4 hình của một

hệ thông CDS-CDMA được đưa ra như Ilình 1.4 Các hệ thống thông tin hễn loạn không dồng bộ

Như đã phân tích ớ Mục 1 6 ở trên, ngoại trừ hai hệ thống CDSSS và CDB- CDMA sữ dụng đồng bộ chuối rời rạc tuyển thống, các hệ thông hỗn loạn đồng

bộ còn lại chủ yêu dựa trên động bộ đặc tính động hỗn loạn Tuy nhiên, bởi vì việc đẳng bộ hỗn loạn qua kênh truyền có nhiễu và mẻo là không khá thị, thêm vào đó việc phối thực hiện phát lại và đồng bộ chuối hỗn loạn lău cho máy thú trở tiên phức tạp và chỉ phí cao Dây cũng chỉnh là nguyên nhân đề các hệ thông thông tin

hỗn loạn không đồng bộ được dé xuất và trớ thánh hướng nghiên cứu phê biến được đầu tư mạnh mẽ trong suốt nhiễu thập kỷ qua Máy thu trở nên dơn giản va toạt động tin cây hơn qua kênh truyền thực tế Bằng dưới tổng kết gác hệ thông thông tin hỗn loạn không đồng bộ đã được để xuất, trong đỏ phố biến là các hệ thống số là mỡ rộng và cải tiến của phương pháp cơ bản DCSE

HỆ thông số Khóa địch hồn loạn vi sai (DCSK)

Khóa địch hỗn loạn vi sai điều tin (FM-DCSK)

may thu Nguyễn ly điều chế COOK đơn gián, trong thời gian của mnỗi bít, sóng mang hén loan được phát di nếu là bát “1”, và không dược phat di néu bi bit “0” Bên phía thu sử đựng bộ tách sóng đường bao tương tự và so sánh ngưỡng để khôi phục thông tin [22

20

Ưu điểm cúa hệ thông COOK là dơn gián, tuy nhiên nhược điểm chính là xnức độ bảo mật thấp Với điều chế thông sẻ hỗn loạn, tin higu théng tin được đưa

vào để lám thay đổi các thông số củaham hễn loạn Khi đó trạng thái động của hàm liốn loạn và thà hiệu hồn loạn đầu ra sẽ thay đỗi (heo lim tức, Giải diễu chế được

thực hiện má không yêu câu đồng bỏ hỗn loạu Có ba kỹ thuật giải điều chế chính

đã được đề xuất đó là kỹ thuật đáo ngược, kỹ thuật giải điều chế tuyển tính sử đựng, các bộ lọc thích nghị, và kỹ thuật giải điều chế phi tuyến sứ dung mang no-ron

RBE,

1.4.4 Các hệ thống số

LIệ thông số không đồng bộ thu hút được sự quan tâm nghiên cửu mạnh mẽ

nhất dó lẻ khỏa dịch hén loạn vi sai (ĐCSK) lrong hệ thống DCSK, trong đó mỗi

độ rộng Địt dược chủa thánh hại khe thời gian bằng nhàn Khe thứ nhất phát đi tín

dữ ligu[14] liệu năng BUR cua hé théng DCSK đưi ánh hướng của các kênh

truyền khác nlau dược tiền hành nghiên cửu

Lễ cái thiện một số đặc tinh của hệ thống DCSK, hai hệ thống mở rộng là FM-DOSE và CDSK đã được để xuất Trong hệ thống EM-DCSK, lín hiệu hỗn loạn đầu ra được qua bộ điều tần đề tạo ra sóng mang hỗn loạn vẻ tần số có biên

độ không đổi Sóng mang hỗn loạn điều tân nảy sau đó được sử dụng cho điều chế

và giái điều chế DCSK thông thường 2o năng lượng bút là hằng số nên quả trình tách sóng hương quan bên phía thu trở nên rõ ràng hơn, dan đèn hiệu năng EER

được cải thiện

Để khắc phục nhược điểm không liên tục của tin hiệu DCSK, người ta đưng

sơ đỗ CUSK, trong đó các bộ chuyển mạch được thay thẻ bằng các bộ cộng

Tân hiệu hỗn loạn dược cộng với phiên bãn trễ của nỗ sau khi dã nhân với bit thông thì Phía tu thục hiện giải điều chế tương quan và so sánh ngưỡng dé khôi phục đữ liệu Dạng sóng đầu ra biển đối hỗn loạn liên tục giứp tăng cường tính bão mật, dỏi lại hiệu năng BER của CDSK thấp hơn so với DCSK

Tiệm sốc

Hinh 1.7 Fading trong tin hiện du đường,

Đổ giãm nững lượng bao phí được sử dụng dễ phát tín hiểu tham chiếu môi

né thang DCSK hiệu năng cao (HE-DCSK) được đề xuất Máy phát sử đụng lại

khe thời gian tham chiều, hai bịt đữ liệu sẽ được điêu chế trong cùng khe thời gian

mang thông tin Die dim nay lam cho higu suất bằng thông tầng gấp déi déng

thời giảm việc phát lại giúp cho tín hiệu phát trên kênh truyền khó bị chăm hơn so với DCSK Bên máy thu, hai bộ trễ tín hiệu như bên phát được thực hiện, quá trình giải điều chế tương quan sau đỏ được thực hiện riêng biệt để khôi phục hai bịt dữ liệu ứng với mỗi tham ot

Hé thống DCSK điều chế tham chiểu (RM-DCSK) có thế xem

như một phiên bán cái tiên cứa HE-DCSK Trong cá hai khe thời gian của một khung truyền, tín hiệu mang thông tin về bịt dữ liệu được gửi di, trong dó khe thời gian thứ hai được cộng thêm tin hiệu hỗn loạn tham chiếu trước khi phát đi Bên

máy thu thực hiện giãi điều chế tương quan như thông thường để khỏi phục thông

tm Kết quá dạt được đã chứng tó rằng hiệu năng HHR qua kênh AWGN của RM- TDCSK là tối hơn số với DƠSK và CDSK với tý lệ tin higu - tạp âm SNR cao va hd

số trải phố lớn.[23]8o với HB-DCSK, hé thing nay dùng ít bộ trễ tin hiệu hơn niên

có thẻ thực thì đơn gián hơn Tuy nhiên, bởi vì các phần của tín hiệu là chồng lần trên cùng khe thời gian, hệ thống nảy sẽ chịu tác động nhiều hơn của nhiều giao thoa trong kênh truyền fading đu đường

22

f

“foe maxtfa fo fo max*fo

Hinh 1.8 Mat dé phé ctia tin hidu th

TIệ thống DCSK cải tiên DCSK) có đặc điểm là tỉn hiện hỗn loạn tham chiếu vả sóng mang dữ liệu hỗn loan được phát trên cùng một khe thời gian

Bén may phat, tỉn hiệu than chiếu hỗn loạn dược dẫo ngược theo thời gian và dược cộng với tín hiệu mang thông tin Việo thực hiện đão ngược thời gian là để tạo ra

sự trực giao giữa tín hiệu tham chiều và tín hiệu mang thông tỉn hỗn loạn trong mỗi khe thời gian Việc cộng hai tí hiệu và truyền đi đồng thời cho phép tí hiệu phát đi là liên tục, đồng thời tăng hiệu suất phổ của I-DCSE lên gắp đôi so với DCSR[I 1] Bên máy thụ, tín hiệu đến được tương quan với phiên bản trễ đão ngược

theo thời gian của nó trong mốt chủ kỳ bịt, Giá trị nhị phân của bí: dữ liệu dược quyết định sau khi sơ sảnh giá trì lương quan với ngưỡng không Kết quả nghiên

cửu cho thây rằng, hiệu năng BER qua kênh 4WGN của I-DCSK là tốt hơn rõ rệt trong khi vẫn giữ dược kiến trúc don gidn so voi DUSK

Hệ thống đa người sử dụng cho DCSK có đặc điểm là cáo mã Walsh được

sử dụng để loại bỏ nhiễu giao thoa giữa các người sử dụng bằng cách tạo

va mét lập cáo tín hiệu bực giao Trong thiết kế, các ma Walsh oiia bậc-2K được gắn cho người sử đụng tương ứng, Hệ thêng này sau đó được phân tich dudi kénh truyén fading da dường[3] Quá trình giải điều chế với da người sử dụng phân biệt với nhau bi các mã Walsh trực giao xử dụng muô bình tách sóng

khả năng tối đa tống quát

Bén cạnh các hệ thông trên, một số hệ thông mở rộng khác của DCSK đã được dé xuất gần đây, nhu DCSK/S, DCSK/AV, NR-DCSK, DDCSK-WC, SR- DC8K, P8-DCSK, CCI-DCSK Những hệ thống này đều nhằm mục đích cái thiện các thông số của DCSK như tốc đô dữ liệu hiệu năng BEB hiểu suất phê, hiệu suất năng lượng đô bảo mật, hay độ phức tạp, qua các kênh truyền khác nhau từ đơn gián đến phức tạp

1.5 Các hệhỗn loạn thường gặp

Những năm gắn dây, lý thuy

và có nhiều mô hình toán học khác nhau được đưa ra về hỗn loạn Các phiên bản

chaotic map được nghiên cứu từ nhiều hướng khác nhau Sau đây, chủng ta sẽ

khám phá một số da thức dơn giãn biển diễn chuối hồn loạn sinh ra từ một phương, trình động học phi tuyển Một mỗ hình toán học theo thuyết hỗn loạm thường liên

quan đến sự lặp đi lấp lại của một công thức loán học đơn giản

1.5.1 Hệ hỗn luạnT lic Map

sự biểu diễn của chuối hốn loạn với luan số ä nằm trong khoảng [3.57, 4], biểu điễn một hệ thẳng hỗn loạn không tuân hoàn

1.5.2 Hệ hỗn loan Cubic map

Hé6 bén loan Cubie map duge nha toan học R.M May tùn ra khi nghiên cứu các văn để về nhóm di truyền trong tắng trưởng đân số Cubic map được mồ tả bằng phương trình

Ma

2

Với a nam trong khoảng [2.3,3]

1.5.3 Hệ hỗn loan Chebyshev map

Có thể nói dây lá map được sứ dụng phé bién nhất trong các hệ thông diễn chế số hỗn loạn hiện nay Đề hệ thống rơi vào trạng thái hỗn loạn thi a phải nằm:

từ 1.5 đến 2

1.6 Kênh Nagakami, đặc điểm và ý nghĩa thực tế

Biển số m được coi là hệ số đặc thù của kênh truyền Nagakami

Trong trường hợp m=l, fading Rayleigh sé duge duy tri

Neu m>1, tan s6 ctia tin hiéu sé giam so voi fading Rayleigh

Kênh truyền Nagakami ban đâu được đẻ xuất vi nó phủ hợp với các kết quả

thực nghiệm trong môi trường sóng ngắn qua tầng-ion Trong các hệ thông vô tuyến hiện nay, vai tro của Nagakami có the duoc tóm gọn lại như dưới đầy

._ Kênh truyền Nagakami có 2 thông số : thông số hình dạng m>1/2 và thông

số kiểm soát lan truyền @ >0

Hình 1.10 Hàm CDE của Nagakami[7]

1.6.3 Khi nào thìfading Nagakami xảy ra

Nó mô tả cường độ của tin hiệu thu được sau k nhánh tỉ lệ lớn nhất (MRC)

voi tin hiéu fading Rayleigh, tin hiéu thu được sẽ là Nagakami với m =k MRC ket

hop của m tin hiệu fading Nagakami ở k nhánh sẽ cho một tin hiệu thu được với thông số hình dang mk

Tổng các tín hiệu Rayleigh riêng biệt vả giông hệt nhau cỏ một biên độ phân phối theo Nagakami Điều nảy liên quan đền mô hình giao thoa trong hệ thông di

1.7 Hoán vị trong thông tin vô tuyến

Hoan vi trong thông tin võ tuyển là một quá trình mà thứ tự chuỗi tín hiệu diều chế được thay đổi vì thể sẽ xảy ra một số lỗi ở ô chữ trong dữ liệu hơn là lỗi

ở toàn bộ từ mã Quá trình hoán vị là một quá trình thiết yêu

Nói cách khác, hoán vị là thay đổi thứ tự của dữ liệu truyền do đó các byte dữ liệu liên tiếp có thê phân phối Thành các chuôi lớn vỉ vậy giảm cơ hội lỗi dữ liệu

1.7.1 Sự cần thiếtvề hoán vị

Trong truyền thông qua kênh vệ tỉnh, do nhiều nguyên nhân như là fading và

đa đường, sẽ cỏ một sự phụ thuộc thông số của tin hiệu mả dẫn đến lỗi Fading được coi như một sự dao động nhỏ ở tỉn hiệu thu được khi di chuyền ngắn hoặc thay đôi đường đi Trong khi đa đường là sự biến dạng của tín hiệu thu được do sự

26

khác biệt vẻ pha, là kết quả của tín hiệu ở đầu thu đến từ các đoạn sĩng cĩ chiêu

dài khơng giống nhau

Một cách tơng quát, các khơi dữ liệu khơng tự sinh ra lỗi khơng phụ thuộc trong chúng nhưng fading vả đa đường cỏ thẻ dẫn tới sự bùng nỗ lơ: é

bủng lỗi với các tín hiệu liên tiếp thường để xảy ra hơn nều khơng cỏ hốn vị

1.72 Cách hốn vị

Toản vị diễn ra như một phương pháp ở đỏ các kỷ hiệu mã hỏa được thay đổi

vi tri de phan phối sự bùng nơ lỗi lên nhiều từ mã Khi đạt được điều này, lỗi cỏ

Ở đây mỗi mã cĩ một khả năng gây lỗi ngầu nhiên, điều này dẫn đền cỏ thẻ

sửa lỗi một tín hiệu Chúng ta sẽ sử dụng hốn vị dạng khối như sau :

Hinh 1.12 Tin hiệu sau khu chuyên đạng khỏi

Sau đỏ hoản vị chuỗi

đình 1.13 Tin hiểu sau hốn vị chuợ

Từ hình vẽ nêu trên ta thấy rằng ký hiệu từ mơi từ mã được trình bay theo kiểu phân phỏi thay vi gộp vào một từ (vd a1, a2, a3, a4 ) Vĩ thế, giải sử cĩ một lỗi burst xảy ra ở 4 ký hiệu liên tiếp, sẽ hỏng cả một từ mã vả khơng giải điều che

được.[15]