BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - CÙ VĂN TRỌNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRẢI PHỔ SỬ DỤNG KỸ THUẬT HỖN LOẠN Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Truyền Thông LUẬN VĂN THẠCH SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VŨ VĂN YÊM Hà Nội - 2015 MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT HỖN LOẠN 10 1.1 Giới thiệu hỗn loạn 10 1.1.1 Lịch sử nghiên cứu: 10 1.2 Một số hệ hỗn loạn phổ biến: 12 1.2.1 Hệ Lorenz: 12 1.2.2 Hệ Chua 14 1.2.3 Hệ Rossler: 16 1.2.4 Hệ Duffing: 17 1.3 Đồng truyền thông hỗn loạn 18 1.3.1 Vấn đề đồng truyền thông hỗn loạn 18 1.3.2 Các dấu hiệu đồng phổ biến: 19 1.4 Các phương pháp điều chế, giải điều chế hỗn loạn 20 1.4.1 Phươngpháp điều chế CSK (Chaos Shift Keying) 20 1.4.1.1 ACSK (Antipodal CSK- CSK đối cực) 20 1.4.1.2 Phương pháp điều chế COOK (Chaos On-Off Keying) 22 1.4.1.3 CSK với hai giao động chaos: 23 1.4.2 Điều chế DCSK (Differential Chaos-Shift-Keying) 26 1.4.3 Điều chế FM-DCSK (Frequency Modulated DCSK) 28 1.4.4 Điều chế CDSK (Correlation-Delay-Shift-Keying): 28 1.4.5 Điều chế QCSK (Quature-Chaos-Shift-Keying): 30 Kết luận 32 CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN HỖN LOẠN 33 2.1 Kỹ thuật trải phổ phân loại 33 2.2 Các loại trải phổ 37 2.3 Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS 37 2.3.1 Tín hiệu giả tạp (Pseudo-Noise) 37 2.3.2.1 Máy phát 41 2.3.2.2 Máy thu 43 2.3.2.3 Mật độ phổ công suất(PSD-Power Spectral Density) 45 2.3.2.4 Độ tăng ích xử lý (Processing Gain – PG) 47 2.3.3 Các hệ thống DSSS-QPSK 47 2.3.4 Đồng hệ thống trải phổ trực tiếp 54 2.3.4.1 Khái quát đồng mã trải phổ hệ thống DSSS 54 2.3.4.2 Bắt mã PN hệ thống DSSS 56 2.4 Mô hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DS/SS 58 2.4.1 Sơ đồ hệ thống 58 2.4.2 Kết mô 61 2.5 Kết luận 64 CHƯƠNG – HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP SỬ DỤNG KỸ THUẬT HỖN LOẠN 66 3.1 Giới thiệu 66 3.2 Kiến trúc hoạt động hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn 67 3.2.1 Khối phát vị trí xung biến đổi chuỗi PN (khối phát VPP-PNS) 67 3.2.2 Máy phát 69 3.2.3 Máy thu 71 3.3 Ước lượng lý thuyết tỷ lệ lỗi bit 72 3.4 Kết mô số 74 3.5 Kết luận 78 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu , hướng dẫn PGS.TS Vũ Văn Yêm tài liệu tham khảo để hoàn thành luận văn liệt kê phần tài liệu tham khảo sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội Tháng năm 2015 Tác giả Cù Văn Trọng DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT Từ Viết Tắt ACSK AWGN Tiếng Anh Tiếng Việt Antipodal chaos shift CSK đối cực keying Additive white gaussian noise BPSK Binary phase shift keying CBD Chaotic bit duration CDSK Cộng nhiễu gausian trắng Khóa dịch pha nhị phân Correlation delay shift keying COOK Chaos on-off keying Khóa tắt mở hỗn loạn CSK Chaos shift keying Khóa dịch hỗn loạn DCSK DSSS FM-DCSK Differential chaos shift keying Direct sequence spread Trải phổ chuỗi trực tiếp spectrum Frequency modulated DCSK PG Processing gain Độ tăng ích xử lý PN Pseudo noise Tín hiệu giả tạp PSD Power spectral density Mật độ phổ công suất QCSK Quarture CSK QPSK Quarture PSK VPP-PNS Variable position pulse Xung vị trí biến đổi and pseudo random noise chuỗi giải ngẫu nhiên sequence DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một Mạch Điện Của Hệ LORENZ [21] 13 Hình 1.2 Tính Chất Hỗn Loạn Của Hệ LORENZ 14 Hình 1.3 Một Phiên Bản Của Mạch Chua [22] 14 Hình 1.4 Tính Chất Hỗn Loạn Của Hệ Chua 16 Hình 1.5 Tính Chất Hỗn Loạn Của Hệ ROSSLER 17 Hình 1.6 Đồ Thị Pha Và Tín Hiệu Miền Thời Gian Của Hệ DUFFING 18 Hình 1.7 Hai Hệ Thống Đồng Bộ 19 Hình 1.8 Mô Hình Điều Chế ACSK 21 Hình 1.9 Mô Hình Điều Chế COOK 22 Hình 1.10 Sơ Đồ Điều Chế CSK Với Hai Bộ Dao Động CHAOS 23 Hình 1.11 Giải Điều Chế Sử Dụng Lỗi Đồng Bộ 24 Hình 1.12 Giải Điều Chế Loại Dùng Tương Quan 25 Hình 1.13 Sơ Đồ Điều Chế DCSK 26 Hình 1.14 Sơ Đồ Bộ Điều Chế FM-DCSK 28 Hình 1.15 Sơ Đồ Điều Chế CDSK A) Máy Thu B) Máy Phát 29 Hình 1.16 Sơ Đồ Khối Mô Hình Điều Chế/ Giải Điều Chế QCSK 31 Hình 2.1 Sơ Đồ Tổng Quát Của Hệ Thống Truyền Thông Số 34 Hình 2.2: Mô Hình Một Hệ Thống Thông Tin Trải Phổ 36 Hình 2.3: Một Ví Dụ Của Tín Hiệu PN C(T), Tạo Nên Từ Dãy PN Có Chu Kỳ N=15 38 Hình 2.4: Sơ Đồ Khối Trải Phổ DS 39 Hình 2.5: Sơ Đồ Khối Trải Phổ DS – BPSK 40 Hinh 2.6: Dạng Song Trải Phổ BPSK 41 Hình 2.7: Sơ Đồ Khối Của Máy Phát DSSS - BPSK 42 Hình 2.8: Sơ Đồ Khối Của Máy Thu DSSS - BPSK 44 Hình 2.9: Psd Của Tin Tức, Tín Hiệu PN Và Tín Hiệu DSSS-BPSK 46 Hình 2.10: Sơ Đồ Khối Trải Phổ - Giải Trải Phổ Ds Sử Dụng QPSK 48 Hình 2.11: Sơ Đồ Khối Của Máy Phát DSSS-QPSK 50 Hình 2.12: Dạng Sóng Của Hệ Thống DSSS-QPSK 51 Hình 2.13: Sơ Đồ Khối Máy Thu Hệ Thống DSSS-QPSK 51 Hình 2.14: Các Ví Dụ Về C1(T), C2(T) Nhận Được Từ Cùng C(T) 53 Hình 2.15: Sơ Đồ Khối Chức Năng Máy Thu Trong Hệ Thống DSSS 55 Hình 2.16: Sơ Đồ Bên Phát Hệ Thống DSSS 58 Hình 2.17: Sơ Đồ Bên Thu Hệ Thống DSSS 59 Hình 2.18: Phổ Của Data Được Điều Chế Với Tần Số Sóng Mang F0 59 Hình 2.19: Phổ Của Data Được Trải Phổ 59 Hình 2.20: Tín Hiệu Nhận Có Nhiễu 60 Hình 2.21: Phổ Tín Hiệu Trước Khi Lọc Nhiễu 60 Hình 2.22: Tín Hiệu Sau Khi Nén Phổ Qua Bộ Lọc 60 Hình 2.23: Phổ Tín Hiệu Và Nhiễu Cuối Cùng Thu Được 60 Hình 2.24: Dạng Sóng Và Phổ Dữ Liệu Ban Đầu 61 Hình 2.25: Dạng Sóng Và Phổ Dữ Liệu Sau Điều Chế BPSK 62 Hình 2.26: Dạng Sóng Và Phổ Của Chuỗi Giả PN 62 Hình 2.27: Dạng Sóng Của Tín Hiệu Được Trải Phổ 63 Hình 2.28: Dạng Sóng Và Phổ Của Tín Hiệu Nén Phổ 64 Hình 2.29: Dạng Sóng Và Phổ Của Tín Hiệu Sau Giải Điều Chế 64 Hình 3.1 Minh Họa Tín Hiệu Theo Thời Gian Trong Quá Trình Trải Phổ Của: (A) Hệ Thống DS/SS Truyền Thống Sử Dụng Chuỗi PN, (B) Hệ Thống CS-DS/SS Sử Dụng Chuỗi Hỗn Loạn, Và (C) Hệ Thống CBD-DS/SS Với Độ Rộng BIT Biến Đổi Theo Hỗn Loạn 67 Hình 3.2 Sơ Đồ Của Khối Phát Xung Vị Trí Biến Đổi Và Chuỗi PN 68 (Khối Phát VPP-PNS) 68 Hình 3.3 Sơ Đồ Khối Hệ Thống Thông Tin CBD-DS/SS 69 Hình 3.4 Tín Hiệu Theo Miền Thời Gian Đạt Được Từ Mô Phỏng Của Hệ Thống Đề Xuất Sử Dụng Hàm TENT MAP Cho Trường Hợp , = = 76 Hình 3.5 Biến Đổi Của Độ Rộng Bit Theo Trạng Thái Động Hỗn Loạn: 76 (A) Vùng Hút Của Hàm Hỗn Loạn (∙), (B) Biến Đổi Của Độ Rộng BIT 76 HÌNH 3.6 BER Mô Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp Sử dụng Kỹ thuật hỗn loạn với hàm hỗn loạn khác cho trường hợp: (A) = , = , (B) = , = 78 MỞ ĐẦU Ngày nhu cầu trao đổi thông tin lớn , hệ thống truyền thông không ngừng phát triển nhằm phục vụ mục đích tốt hơn.Phần lớn hệ thống truyền thông dựa kỹ thuật truyền thông can nhiễu hệ thống với vấn đề nâng cao chất lượng khả an toàn , bảo mật hệ thống thông tin yêu cầu thiết nhiều kỹ thuật nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng hệ thống thông tin , lý thuyết hỗn loạn nhà khoa học quan tâm nghiên cứu băng tần rộng tính bảo mật thông tin cao hệ thống viễn thông Những khái niệm toán học hỗn loạn phát vào năm 1880 Henri Poincaré nhiên thời gian dài lý thuyết bước đột phá lớn Cho đến năm 1980, nhóm nhà khoa học từ nhiều lĩnh vực như: vật lý, toán học, sinh học… có nhiều phát lớn đưa “chaos” hay tiếng Việt “hỗn loạn” trở thành lĩnh vực khoa học Những năm 1990, giới khoa học bắt đầu gần hơn, thực dụng thành tiềm hỗn loạn Các lý thuyết bắt đầu dần đi, tập trung vào ứng dụng khả sử dụng khoa học để trả lời vấn đề thực tiễn Tìm hiểu nghiên cứu hệ thống trãi phổ sử dụng kỹ thuật hỗn loạn ứng dụng vào thực tiễn Nghiên cứu tổng hợp phương pháp điều chế , giải điều chế hỗn loạn , hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp, hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn bước đầu mô số hệ thống Phương pháp nghiên cứu dựa tài liệu nước , kết hợp với phương pháp phân tích , tổng hợp khảo sát nhằm làm sáng tỏ vấn đề đặt luận văn Em chân thành cảm ơn quý thầy cô viện điện tử viễn thông giúp đỡ tạo điều kiện suốt trình thực luận văn , đặc biệt thầy giáo PGS.TS Vũ Văn Yêm tận tình hướng dẫn để hoàn thành luận văn bước đếm (giá trị tăng lên chu kỳ xung nhịp ) số đếm (số lượng xung nhịp đầu vào tính từ thời điểm khởi động) Khi tín hiệu ( ) tăng đến với giá trị, = ( ), đầu khối biến đổi phi tuyến (khối = ( dụng hàm hỗn loạn rời rạc chiều, xung với độ rộng cố định (∙) sử )), khối so sánh phát đầu = thời điểm, + Ở đây, số xung nhịp đầu vào khoảng [ , ] Vị trí xung phát xác định khoảng thời gian, − =⌊ ⁄ ⌋, với ⌊∙⌋ hàm lấy số nguyên (Floor function) Xung kích thích khối phát chuỗi PN để bắt đầu làm việc, đồng thời kích thích khối S/H để lưu lại giá trị Sau đưa vào không (giá trị đầu ( ) = 0) đếm để thiết lập lại(tín hiệu Reset) số đếm Một vòng lặp lại bắt đầu xung phát trình mô tả Tổng quát, chuỗi xung đầu biểu diễn sau: ( ) = ∑∞ đó, xung thứ ( − ), (3.1) phát thời điểm = + = +⌊ ⁄ ⌋ , (3.2) vị trí xác định khoảng thời gian − với =∑ ⌊ ⁄ ⌋ =∑ ( )( )⁄ ; (3.3) ( ) hàm dạng xung chữ nhật định nghĩa ( )= 1, 0, 0≤ ≤ , lại Hình 3.2 Sơ đồ khối phát xung vị trí biến đổi chuỗi PN (khối phát VPP-PNS) 68 (3.4) Dễ dàng nhận vị trí xung đầu ( ) biến đổi theo tín hiệu hỗn loạn ( ) đầu khối biến đổi phi tuyến trình lặp Với thời điểm khởi động xác định, công thức (3.3) biến đổi vị trí xung phụ thuộc vào hàm hỗn loạn (∙), giá trị khởi động bước đếm Chuỗi PN phát đầu với chip có độ rộng cố định biểu diễn chuỗi xung NRZ sau: ( ) = ∑∞ ∑ ( − − ( − 1) ) , giá trị nhị phân {±1} chip thứ khoảng thời gian [ , ]; hàm (3.5) số lượng chip ( ) công thức (3.4) Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống thông tin CBD-DS/SS 3.2.2 Máy phát Trong máy phát, xung chuỗi ( ) kích thích nguồn liệu để dịch bit đến đầu Do xung thứ dịch thời điểm 69 độ rộng khoảng thời gian [ , ] Dựa vào công thức (3.2), độ rộng bit thứ xác định = − =⌊ = ⁄ ⌋ = ( )( )⁄ (3.6) Công thức (3.6) độ rộng bit biến đổi theo giá trị hỗn loạn ( ) phụ thuộc vào (∙), Với hàm (∙) xác định, trình lặp, giá trị đầu biến đổi hỗn loạn nằm miền xác định [ , ] Điều dẫn đến biến đổi độ rộng bit khoảng thời gian xác định [ , ] trình thông tin Bởi độ rộng chip = không đổi, số chip bit, / , gọi hệ số trải phổ, biến đổi khoảng xác định [ ] xác định từ công , thức (3.6) sau: ⁄ ⁄ = = =⌊ =⌊ ⁄ ⌋, ⁄ ⌋ (3.7) , Trong trình thiết kế, giá trị thông số , xác định trước để bảo đảm thông số kỹ thuật mong muốn hệ thống băng thông (BW), tốc độ bit trung bình tỷ lệ lỗi bit (BER) Hàm hỗn loạn (∙)với khoảng giá trị biến đổi [ , ] bước đếm sau lựa chọn với giá trị hợp lý để thỏa mãn công thức (3.7) Phân tích lựa chọn trình bày Mục 3.4 Dữ liệu nhị phân với độ rộng bit biến đổi đầu nguồn liệu biểu diễn dạng chuỗi xung NRZ sau ( ) = ∑∞ ( − giá trị nhị phân {±1} bit thứ , ), (3.8) ( ) hàm dạng xung chữ nhật định nghĩa ( )= 1, 0, 0≤ ≤ , lại (3.9) Quá trình trải phổ thực cách nhân bit liệu ( ) với chuỗi PN ( ) Tín hiệu trải phổ thu ( ) sau điều chế vào sóng mang hình sin sử dụng phương pháp BPSK, tạo tín hiệu DS/SS-BPSK sau ( )= ( ) ( ) 70 (2 ), (3.10) với biên độ tần số sóng mang Tín hiệu ( ) phát đầu máy phát 3.2.3 Máy thu Như miêu tả trên, khối phát VPP-PNS máy phát máy thu thiết kế để làm việc mô-đun số, chúng thực vi mạch khả trình FPGA hay DSP Trong thực tế, thiết kế mục đích để đảm bảo gần sai số hai khối phát VPP-PNS chúng chạy loại vi mạch Khi đó, chuỗi xung vị trí biến đổi chuỗi PN phát lại bên phía thu hoàn toàn tương tự bên phát Do đó, áp dụng phương pháp đồng có hệ thống DS/SS truyền thống cho hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn Ở đây, để đơn giản, hoạt động máy thu phân tích với giả thiết trạng thái đồng ba tín hiệu, sóng mang hình sin, chuỗi xung vị trí biến đổi chuỗi PN, với máy phát thiết lập trì Tín hiệu nhận ( ) đầu vào tổng tín hiệu phát ( ) nhiễu kênh truyền ( ) Trước tiên, tín hiệu ( ) nhân với chuỗi PN, = ( )= ( ) ( )= ( )+ ( ) ( ) (2 )+ ( ) ( )= ( ) (2 () ( ) ) + ( ) ( ), (3.11) sau đó, tín hiệu thu ( ) trộn với sóng mang hình sin phép nhân ( )= = () ( )+ (2 )= ( ) () (4 (2 )+ )+ () ( ) () ( ) (2 (2 ) ) (3.12) Tín hiệu đầu ( ) đưa vào khối tích phân Mỗi lần kích thích xung ( ) đầu vào, đầu khối tích phân thiết lập không Do khoảng thời gian tích phân bit khoảng cách hai xung liên tiếp, độ rộng bit tương ứng Trước thời điểm thiết lập lại, giá trị đầu khối tích phân, ( ) , lấy mẫu Giá trị đầu khối lấy mẫu thời điểm xác định 71 ( )=∫ =∫ = () () +∫ (4 () () +0+∫ ( ) ) ( ) ( ) +∫ (2 ) (2 , (3.13) đó, thành phần tín hiệu mong muốn; ∫ không () () ∫ () số nguyên lần chu kỳ sóng mang, (2 tương quan ( ) ) (4 ) = 1/ ; thành phần tạo nhiễu kênh Bởi ( ) (2 ) thấp, biên độ thành phần nhiễu nhỏ nhiều so với thành phần tín hiệu mong muốn Cuối cùng, mẫu thu đưa vào khối định mức để khôi phục lại giá trị nhị phân bit thứ sau = 1, 0, ( ( ) ≥ 0, ) < (3.14) 3.3 Ước lượng lý thuyết tỷ lệ lỗi bit Trong mục này, tỷ lệ lỗi bit hệ thống truyền thông trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn qua kênh nhiễu AWGN ước lượng lý thuyết Trong máy thu, thời điểm lấy mẫu, định cứng bị lỗi dẫn đến bit lỗi xảy biên độ thành phần nhiễu vượt biên độ tín hiệu mong muốn với dấu ngược lại Do đó, tỷ lệ tín hiệu tạp âm(SNR) mẫu đầu thông số quan trọng cho việc ước lượng BER hệ thống Chúng ta xem xét giá trị mẫu thứ ( + 1) với hai thành phần tín hiệu đưa công thức (3.13) Thành phần thứ tín hiệu mong muốn có biên độ xác định = =± (3.15) Thành phần nhiễu lại xem biến ngẫu nhiên phụ thuộc vào nhiễu AWGN Bởi nhiễu AWGN có trung bình không, trung bình 72 ) thành phần nhiễu không, phương sai tính sau: ( ) () = ∫ = ∫ () (2 (2 ) ) = , (3.16) với [ ] kỳ vọng thống kê mật độ phổ công suất nhiễu Khi SNR mẫu thứ ( + 1), ký hiệu , xác định tỷ số bình phương biên độ thành phần tín hiệu mong muốnvà phương sai củathành phần nhiễu, ta có = ( ) = = =2 , (3.17) ⁄2 thông số xác định, gọi lượng chip; = đây, ⁄ tỷ số lượng chip mật độ phổ công suất tạp âm, biết đến SNR chip Có thể thấy từ công thức (3.17) rằng, SNR mẫu đầu phụ thuộc vào tỷ số ⁄ hệ số trải phổ tương ứng tổng quát với hệ số trải phổ Do đó, SNR cho trường hợp đưa , =2 ⁄ (3.18) Trong hệ thống đề xuất, biến đổi hệ số số trải phổ biến đổi từ đến trình thông tin, tỷ lệ lỗi ước lượng xấp xỉ [ đó, , ⁄ , ], ⁄ =∑ , ], tỷ lệ lỗi hệ thống ứng với trường hợp hệ số trải phổ Với với ∈[ = 1⁄( ∈[ (3.19) , xác suất để hệ số trải phổ giá trị giả sử giá trị hỗn loạn phân bố khoảng [ suất ⁄ , với , ], xác ] , − + 1) 73 (3.20) Dựa kết ước lượng xác suất lỗi bit hệ thống DS/SS-BPSK truyền thống đưa trong, , xác định theo = ⁄ , ⁄ với [ ] = ⁄ , ⁄ , √ ∫ sau ∞ (3.21) Từ kết đạt công thức (3.18)-(3.21), kết ước lượng lý thuyết BER hệ thống trải phổ đề xuất viết sau: [ ], , ⁄ = − +1 (3.22) Tỷ lệ lỗi bit hệ thống đề xuất ước lượng theo công thức (3.22) cho trường hợp khác [ ] so sánh với BER hệ , thống truyền thống tương đương đưa Hình 3.4 Với giả sử phân bố giá trị hỗn loạn, hệ số trải phổ trung bình tốc độ bit trung bình tương ứng xác định bởi, 2⁄ ( + ) =( + )⁄2 = 3.4 Kết mô số Hệ thống thông tin trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn sơ đồ Hình 3.3 với trường hợp khác có thông số cụ thể tương ứng Bảng 3.1 mô số sử dụng Simulink/Matlab Các kết mô để kiểm tra lại kết lý thuyết đạt hoạt động hệ thống Các tín hiệu theo miền thời gian đạt từ mô hệ thống sử dụng hàm Tent map với trường hợp [ = 21, (thời điểm khởi động) đến 1000 = 41] khoảng thời gian từ đưa Hình 3.4 Khi trạng thái đồng hệ thống thiết lập trì, tín hiệu phát VPP-PNS máy phát máy thu giống hệt Hình 3.4(a) (d) Các tín hiệu băng sở máy phát máy thu đưa Hình 3.4(e) - (f) (g) - (i) tương ứng 74 Trạng thái động hỗn loạn giá trị đầu khối biến đổi phi tuyến (∙) sơ đồ vùng hút Hình 3.5(a) Rõ ràng, vùng hút vùng hút hàm Tent map sau dịch lên khoảng giá trị = 1,075 Sự biến đổi độ rộng bit theo trạng thái động hỗn loạn đưa sơ đồ Hình 3.5(b) Trong đó, điểm biểu diễn mối quan hệ giá trị độ rộng bit độ rộng bit trước Chúng ta thấy độ rộng bit biến đổi khoảng [ = 21 , = 41 ] 75 Hình 3.4 Tín hiệu theo miền thời gian đạt từ mô hệ thống đề xuất sử dụng hàm Tent map cho trường hợp [ = , = ] Hình 3.5 Biến đổi độ rộng bit theo trạng thái động hỗn loạn: (a) vùng hút hàm hỗn loạn (∙), (b) biến đổi độ rộng bit Hệ thống tính toán, mô số để xác định tỉ số lỗi bit BER Trong mô này, kênh truyền sử dụng kênh AWGN, BER tính 76 tỷ số số bit lỗi tổng số 10 bit phát Các đường cong kết Hình 3.6 (a) (b) 77 Hình 3.6 BER mô hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn với hàm hỗn loạn khác cho trường hợp: (a) [ , = ], (b) [ = , = = ] Nhận xét: ta thấy từ Hình 3.6 đường cong mô ứng với hàm hỗn loạn khác sai khác nhỏ Các kết chứng tỏ rằng, phân tích lý thuyết kết lý thuyết, mô số chúng hợp lý 3.5 Kết luận Trong chương này, tác giả nghiên cứu thực hệ thống thông tin trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn cụ thể lả với độ rộng bit biến đổi dựa hỗn loạn Kiến trúc, hoạt động, tỷ lệ lỗi bit hệ thống khảo sát sử dụng phân tích lý thuyết mô số Có thể thấy từ kết đạt số điểm ý sau:  Vì hệ thống đề xuất hoạt động dựa kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng chuỗi PN điều chế BPSK nên kế thừa hầu hết ưu điểm từ hệ thống truyền thống như: loại bỏ nhiễu giao thoa, chống jamming, giảm fading, khả đa truy nhập, xác suất bị chặn thấp đặc biệt khả linh hoạt dịch chuyển lên tần số phát mong muốn  Tỷ lệ lỗi bit cao không nhiều so với hệ thống truyền thống DSSS 78 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Khi kỹ thuật trải phổ ngày sử dụng rộng rãi hệ thống thông tin truyền thông với mục đích chống nhiễu bảo mật Có hai kỹ thuật trải phổ thường sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp trải phổ nhảy tần Trong thông tin di động người ta thường sử dụng kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp đứng khía cạnh đa truy nhập công suất phát hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp có ưu kỹ thuật trải phổ nhảy tần Trong năm gần đây, người ta nghiên cứu để sử dụng chuỗi hỗn loạn thay chuỗi PN truyền thống hệ thống trải phổ ưu điểm chuỗi hỗn loạn với tính bảo mật thông tin cao Luận văn em nghiên cứu tổng quan hỗn loạn kỹ thuật thông tin hỗn loạn Các nguyên lý thực hiện, sơ đồ cụ thể phương pháp điều chế/giải điều chế hỗn loạn đề cập Luận văn nghiên cứu mô hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp truyền thống Đặc biệt luận văn nghiên cứu việc sử dụng chuỗi hỗn loạn để thay chuỗi PN truyền thống hệ thống thông tin trải phổ chuỗi trực tiếp Tuy nhiên chủ đề nghiên cứu khó thời gian có hạn nên luận văn dừng lại việc nghiên cứu, tổng hợp phương pháp điều chế/ giải điều chế hỗn loạn, hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp, hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn bước đầu mô số hệ thống Hướng phát triển thời gian tới mô hệ thống với mô hình kênh, fading khác để đánh giá tính hệ thống Ngoài cần mô để so sánh hai hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn với phương thức điều chế khác BPSK, QPSK để so sánh tính chúng Tiếp theo triển khai thực thử nghiệm hệ thống mạch điện phần cứng, từ kết đo đạc, dạng sóng, dạng phổ đặc biệt tỷ lệ lỗi bit đưa 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] L M Pecora and T L Carroll, “Synchronization in chaotic systems”, Physical Review Letters, vol 64, No 8, 1990, pp 821- 824 [2] Peter Stavroulakis, Chaos Applications in Telecommunications, CRC Press, 2006 [3] T Y Li and J A Yorke, “Period three implies chaos”, American Math Monthly, vol 82, pp 481-485, 1975 [4] R L Davaney, Anintroduction to chaotic dynamical systems, AddisonWesley, 1987 [5] G Chen and X Dong, From chaos to order: Methodologies, perspectives, and applications, World Scientific, Singapore, 1998 [6] M P Kennedy “Communication with chaos: state of the art and engineering challenges”, Proceeding of NDES’96, Seville, Spain June, pp 1-8, 1996 [7] M P Kennedy and L O Chua, “Van der Pol and chaos”, IEEE Trans Circuits Syst., vol 33, pp 974-980, 1986 [8] Y Ueda and N Akamatsu, “Chaotically transitional phenomena in the forced negative-resistance oscillator”, IEEE Trans Circuits Syst., vol 28, pp 271-224, 1980 [9] P Lindsay, “Period doubling and chaotic behaviour in a driven anharmonic oscillator”, Phys Rev Lett., vol 47, pp 1349-1392, 1981 [10] T Matsumoto, “A chaotic attractor from Chua’s circuit”, IEEE Trans Circuits Syst., vol 31, pp 1055-1058, 1984 [11] M P Kennedy, “Chaos in the Colpitts oscillator”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I, vol 41, No 11, 1994, pp 771-774 [12] Chance M Glenn, Sr., “Synthesis of a Fully-Integrated Digital Signal Source for Communications from Chaotic Dynamics-based Oscillations”, PhD thesis, Johns Hopkins University, 2003 80 [13] Francis C Moon, Chaotic Vibrations: An Introduction for Applied Scientists and Engineers, John Wiley & Sons, New York, 1987 [14] J.M.T Thompson and H.B Stewart, Nonlinear Dynamics and Chaos, John Wiley & Sons, LTD, New York, 1991 [15] Jianxin Zhang,“Investigation of chaos and nonlinear dynamical behaviour in two different self-driven oscillators”, PhD thesis, University of London, 2001 [16] G.D Vanwiggeren and R Roy, "Communication with Chaotic Lasers," Science, vol 279, 1998, pp 10-12 [17] A Argyris, D Syvridis, L Larger, V Annovazzi-lodi, P Colet, I Fischer, C.R Mirasso, L Pesquera, and K.A Shore, "Chaos-based communications at high bit rates using commercial fibre-optic links," Nature, vol 438, 2006, pp 343-346 [18] http://www.cplire.ru/html/InformChaosLab/index.htm truy cập cuối ngày 23/05/2014 [19] Maria – Gabriella Di Benedetto, Thomas Kaiser, Andreas F Molisch, Ian Oppermann, Christian Politano and Domenico Porcino (2006), UWB Communication Systems A Comprehensive Overview, Hindawi Publishing Corporation, New York [20] K M Coumo, A V Oppeheim “Circuit Implementation of synchronied chaos with applications to communications”, Physical Review Letters, Vol 71, pp.65-68, 1993 [21] Leon Chua, Chai Wah Wu, Anshan Huang, and Guo-Qun Zhong, “A Universal Circuit for Studying and Generating Chaos” IEEE Tra On circuit and system-I: VOL 40, NO IO, October 1993 pp 732-744 [22] O.D Feo and G.M Maggio, "Bifurcations in the colpitts oscillator: from theory to practice," International Journalof Bifurcation and Chaos, vol 13, 2003, pp 2917-2934 81 [23] M.P Kennedy and L.O Chua, "The Role of Synchronization in Digital Communications Using Chaos — Part II: Chaotic Modulation and Chaotic Synchronization”,IEEE transactions on circuits and systems, vol 45, 1998, pp 1129-1140 [24] Wai M.Tam, Francis C M Lau, Chi K.Tse ,”Digital Communications with Chaos – Multiple Accesss Techniques and Performance,” [25] Christopher P.Silva and Albert M.Young, “Introduction to Chaos-Based Communications and Signal Processing,” the Aerospace Corporation [26] Nikolai F.Rulkon, Mikhail M.Sushchik, Lev S.Tsimring, and Alexander R.Volkovskii ,“Digital Communication Using Chaotic – PulsePosition Modulation” [27] Sneha Venkateswar, Gargi Rajadhyaksha, Jinal Shah ,“Analysis of chaotic signals as an alternative to pseudo-random sequences in DS-CDMA” [28] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng “Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến” [29] Nguyễn Hoàng Kim, “Nguyên lý thông tin trải phổ” 82 ... hiểu nghiên cứu hệ thống trãi phổ sử dụng kỹ thuật hỗn loạn ứng dụng vào thực tiễn Nghiên cứu tổng hợp phương pháp điều chế , giải điều chế hỗn loạn , hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp, hệ thống. .. trực tiếp, hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn loạn bước đầu mô số hệ thống Phương pháp nghiên cứu dựa tài liệu nước... – HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP SỬ DỤNG KỸ THUẬT HỖN LOẠN 66 3.1 Giới thiệu 66 3.2 Kiến trúc hoạt động hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng kỹ thuật hỗn