Hệ thống thông tin quang điều chế đa mức hỗn loạn (Luận án Tiến sĩ Vũ Anh Đào)
Nghiên cứu hệ thống thông tin quang điều chế đa mức hỗn loạn nhằm nâng cao hiệu quả truyền dẫn dữ liệu trong mạng quang.
Kỹ thuật Điện tử
Luan An
Luận án Tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
141
Thời gian đọc
22 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I.Cơ sở hệ thống thông tin quang hỗn loạn và điều chế
Nghiên cứu khám phá tiềm năng của tín hiệu hỗn loạn trong hệ thống thông tin quang. Lý thuyết hỗn loạn cung cấp nền tảng cho việc tạo ra các tín hiệu phức tạp, khó đoán. Các tín hiệu này tăng cường bảo mật và hiệu quả truyền dẫn. Đồng bộ hóa tín hiệu hỗn loạn là yếu tố then chốt. Sự đồng bộ chính xác giữa máy phát và máy thu đảm bảo giải mã dữ liệu đáng tin cậy. Điều chế đa mức tối ưu hóa việc sử dụng băng thông. Kỹ thuật này truyền tải nhiều bit trên mỗi ký hiệu, tăng dung lượng kênh truyền. Các dạng điều chế đa mức được phân tích kỹ lưỡng. Chúng bao gồm các phương pháp như ASK, PSK, QAM, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp điều chế phụ thuộc vào yêu cầu về tốc độ, khoảng cách và độ tin cậy. Tổng quan về học sâu cũng được trình bày. Các mô hình như Bộ mã hóa tự động (AE), Kỹ thuật VAE và Mô hình Informer hỗ trợ tối ưu hóa hệ thống. Việc đánh giá độ tin cậy của phương pháp nghiên cứu và công cụ mô phỏng là cần thiết. Điều này đảm bảo tính chính xác và khả thi của các kết quả. Luận án đặt ra mục tiêu nghiên cứu và giải quyết các vấn đề liên quan đến việc tích hợp hỗn loạn và điều chế đa mức trong truyền thông quang. Đây là một lĩnh vực đầy thách thức nhưng mang lại nhiều triển vọng cho tương lai của truyền thông băng thông rộng.
1.1. Lý thuyết và tính chất tín hiệu hỗn loạn
Tín hiệu hỗn loạn là các tín hiệu phi tuyến, nhạy cảm với điều kiện ban đầu. Chúng có các đặc tính như phổ rộng, ngẫu nhiên giả và khó dự đoán. Các đặc tính này rất phù hợp cho mã hóa tín hiệu an toàn. Đồng bộ hóa tín hiệu hỗn loạn là quá trình thiết lập sự tương ứng giữa hai hệ thống hỗn loạn riêng biệt. Điều này cho phép máy thu tái tạo lại tín hiệu gốc. Nghiên cứu khảo sát các định nghĩa cơ bản và thuộc tính quan trọng của hỗn loạn. Chúng bao gồm tính chất hấp dẫn, tính chất nhạy cảm ban đầu và tính chất trộn lẫn. Hiểu rõ các tính chất này là cần thiết để ứng dụng hỗn loạn hiệu quả trong hệ thống thông tin quang. Việc phân tích các mô hình hỗn loạn giúp thiết kế các bộ tạo tín hiệu phù hợp. Chúng đáp ứng các yêu cầu về an ninh và hiệu suất truyền dẫn.
1.2. Đồng bộ hóa hỗn loạn trong hệ thống quang
Đồng bộ hóa hỗn loạn đóng vai trò trung tâm trong việc sử dụng tín hiệu hỗn loạn để truyền thông. Không có đồng bộ hóa, việc giải mã thông tin tại phía thu là không thể. Nghiên cứu tập trung vào các kỹ thuật đồng bộ hóa hiệu quả cho tín hiệu hỗn loạn truyền qua sợi quang. Các phương pháp đồng bộ dựa trên việc khớp các trạng thái của hệ thống hỗn loạn tại máy phát và máy thu. Thách thức lớn nhất là duy trì sự đồng bộ dưới tác động của nhiễu và suy hao kênh truyền. Các kỹ thuật tiên tiến được xem xét. Chúng bao gồm đồng bộ hóa bị động và đồng bộ hóa chủ động. Mục tiêu là đạt được tốc độ đồng bộ nhanh và khả năng chống nhiễu cao. Việc này đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu trong quá trình truyền dẫn an toàn.
1.3. Vai trò điều chế đa mức trong truyền thông
Điều chế đa mức là một kỹ thuật thiết yếu để nâng cao hiệu quả sử dụng băng thông. Thay vì truyền một bit mỗi ký hiệu, điều chế đa mức truyền nhiều bit. Điều này tăng tốc độ dữ liệu mà không cần mở rộng băng tần. Các dạng điều chế đa mức phổ biến bao gồm 4-PAM, QPSK, 16-PSK và 16-QAM. Mỗi dạng điều chế có mức độ phức tạp và khả năng chống nhiễu khác nhau. Vai trò của điều chế đa mức càng trở nên quan trọng trong các hệ thống thông tin quang hiện đại. Chúng yêu cầu dung lượng cao và tốc độ truyền dẫn lớn. Nghiên cứu phân tích cách các sơ đồ điều chế đa mức này hoạt động. Chúng được tích hợp vào các hệ thống thông tin quang dựa trên tín hiệu hỗn loạn. Điều này giúp tận dụng tối đa lợi ích của cả hai công nghệ.
II.Kỹ thuật hỗn loạn trong truyền dẫn quang vô tuyến
Kỹ thuật hỗn loạn được áp dụng hiệu quả trong các hệ thống quang thu phát vô tuyến. Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế và đánh giá hệ thống thông tin vô tuyến số qua sợi quang (Radio-over-Fiber – RoF). Đặc biệt, ứng dụng cho kết nối Fronthaul của kiến trúc C-RAN tốc độ cao được khảo sát. Mô hình hệ thống được xây dựng chi tiết, bao gồm máy phát, sợi quang và máy thu. Các tham số mô phỏng được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo tính thực tế. Tiến trình mô phỏng bao gồm việc tạo tín hiệu hỗn loạn, điều chế quang và truyền dẫn qua sợi quang. Tại phía thu, quá trình đồng bộ hóa và giải điều chế được thực hiện để khôi phục dữ liệu. Kết quả mô phỏng đánh giá hiệu năng hệ thống dựa trên tỉ lệ lỗi bit (BER). Phân tích này so sánh hiệu suất của hệ thống với các phương pháp truyền thống. Hệ thống thông tin đa kênh vô tuyến số sử dụng hỗn loạn truyền qua sợi quang cũng được nghiên cứu. Mô hình này mở rộng ứng dụng của hỗn loạn cho các kịch bản dung lượng cao hơn. Kết quả mô phỏng số và phân tích hiệu năng cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng của kỹ thuật hỗn loạn. Nó cải thiện hiệu suất và bảo mật cho các hệ thống truyền thông quang vô tuyến.
2.1. Thiết kế hệ thống Fronthaul C RAN tốc độ cao
Kiến trúc C-RAN Fronthaul yêu cầu kết nối tốc độ cao và độ trễ thấp giữa BBU và RRH. Hệ thống thông tin quang sử dụng tín hiệu hỗn loạn được đề xuất để đáp ứng yêu cầu này. Thiết kế tập trung vào việc tích hợp các đặc tính bảo mật của hỗn loạn với khả năng truyền dẫn quang. Mô hình hệ thống bao gồm các thành phần như bộ tạo tín hiệu hỗn loạn, bộ điều chế quang, sợi quang và bộ giải điều chế. Việc lựa chọn các thiết bị quang điện tử đóng vai trò quan trọng. Chúng ảnh hưởng đến hiệu suất toàn hệ thống. Mục tiêu là đạt được khả năng truyền dẫn dữ liệu an toàn và hiệu quả cao. Việc mô phỏng chi tiết các giai đoạn của hệ thống giúp đánh giá khả năng hoạt động dưới các điều kiện khác nhau.
2.2. Mô hình hệ thống thông tin quang đa kênh hỗn loạn
Nghiên cứu mở rộng ứng dụng của tín hiệu hỗn loạn sang các hệ thống đa kênh. Mô hình hệ thống thông tin đa kênh vô tuyến hỗn loạn được xây dựng. Mô hình này cho phép truyền đồng thời nhiều luồng dữ liệu. Mỗi luồng dữ liệu được mã hóa bằng tín hiệu hỗn loạn riêng biệt. Các kênh quang được thiết kế để giảm thiểu nhiễu xuyên âm và suy hao. Việc sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng (WDM) có thể được xem xét. Nó tăng cường số lượng kênh truyền. Kết quả mô phỏng số và phân tích hiệu năng chứng minh khả năng của hệ thống. Nó duy trì chất lượng tín hiệu tốt trên nhiều kênh. Điều này mở ra triển vọng cho các ứng dụng băng thông rộng. Hệ thống cung cấp dung lượng truyền tải lớn và độ bảo mật cao.
2.3. Đánh giá hiệu năng truyền dẫn quang vô tuyến
Hiệu năng của hệ thống truyền dẫn quang vô tuyến sử dụng hỗn loạn được đánh giá kỹ lưỡng. Các chỉ số chính bao gồm tỉ lệ lỗi bit (BER), hệ số chất lượng (Q-factor) và biểu đồ mắt. Tiến trình mô phỏng bao gồm việc phát và thu tín hiệu qua sợi quang trong các điều kiện nhiễu khác nhau. Các kịch bản thử nghiệm bao gồm việc thay đổi công suất phát, khoảng cách truyền dẫn và loại sợi quang. Kết quả mô phỏng được so sánh với các giới hạn lý thuyết và các hệ thống truyền thống. Phân tích này cung cấp cái nhìn định lượng về ưu điểm của việc sử dụng hỗn loạn. Nó bao gồm khả năng chống nhiễu và tăng cường bảo mật. Các biểu đồ BER so với SNR minh họa rõ ràng hiệu quả của hệ thống.
III.Điều chế đa mức cho truyền thông quang đa kênh
Chương này đi sâu vào việc tích hợp các sơ đồ điều chế đa mức khác nhau vào hệ thống truyền dẫn quang đa kênh sử dụng hỗn loạn. Việc lựa chọn phương pháp điều chế có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hệ thống. Nghiên cứu khảo sát hệ thống thông tin quang hỗn loạn sử dụng điều chế 4-PAM. Mô hình chi tiết được thiết lập và kết quả mô phỏng đánh giá hiệu năng được trình bày. Tiếp theo, hệ thống sử dụng điều chế QPSK và DP-16 PSK được phân tích. Các sơ đồ này cung cấp hiệu quả quang phổ cao hơn. Chúng phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi dung lượng lớn. Kết quả mô phỏng cho thấy khả năng của các kỹ thuật này trong môi trường nhiễu. Cuối cùng, hệ thống thông tin quang đa kênh hỗn loạn sử dụng điều chế DP-16QAM được nghiên cứu. Đây là một sơ đồ điều chế phức tạp hơn. Nó cung cấp hiệu quả quang phổ cao nhất. Các kết quả mô phỏng số và thảo luận chi tiết về hiệu năng của DP-16QAM được trình bày. Mỗi phương pháp điều chế được đánh giá dựa trên BER, Q-factor và khả năng chống nhiễu. Mục tiêu là tìm ra sự cân bằng tối ưu giữa hiệu suất và độ phức tạp cho các ứng dụng truyền dẫn an toàn và băng thông rộng.
3.1. Ứng dụng điều chế 4 PAM trong hệ thống quang
Điều chế 4-PAM (Pulse Amplitude Modulation) là một dạng điều chế đa mức đơn giản. Nó truyền 2 bit trên mỗi ký hiệu. Việc tích hợp 4-PAM vào hệ thống thông tin quang hỗn loạn được nghiên cứu. Mô hình hệ thống thông tin quang đa kênh hỗn loạn sử dụng 4-PAM được xây dựng. Phía phát tạo ra tín hiệu hỗn loạn được điều chế bởi dữ liệu 4-PAM. Tín hiệu này sau đó được truyền qua sợi quang. Tại phía thu, quá trình đồng bộ hóa hỗn loạn và giải điều chế 4-PAM được thực hiện. Kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu năng tập trung vào BER và Q-factor. Phân tích này cho thấy hiệu suất của 4-PAM trong việc tăng cường dung lượng kênh truyền khi kết hợp với hỗn loạn. Đây là một giải pháp cân bằng giữa hiệu quả quang phổ và độ phức tạp.
3.2. Điều chế QPSK và DP 16 PSK cho truyền dẫn an toàn
Các sơ đồ điều chế QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) và DP-16 PSK (Dual-Polarization 16-Phase Shift Keying) được đánh giá. Chúng được sử dụng trong hệ thống thông tin quang sợi đa kênh hỗn loạn. QPSK truyền 2 bit mỗi ký hiệu bằng cách thay đổi pha của sóng mang. DP-16 PSK là một sơ đồ tiên tiến hơn. Nó sử dụng cả hai trạng thái phân cực và 16 pha để truyền 8 bit mỗi ký hiệu. Mô hình hệ thống được thiết lập cho cả hai loại điều chế. Mục tiêu là cải thiện hiệu quả quang phổ và dung lượng truyền dẫn. Kết quả mô phỏng và thảo luận đánh giá hiệu năng. Nó tập trung vào khả năng chống nhiễu và suy hao. Đây là các yếu tố quan trọng cho truyền dẫn an toàn và hiệu quả trong mạng băng thông rộng.
3.3. Tích hợp điều chế DP 16QAM vào kênh quang
Điều chế DP-16QAM (Dual-Polarization 16-Quadrature Amplitude Modulation) đại diện cho một trong những sơ đồ điều chế đa mức phức tạp nhất. Nó cung cấp hiệu quả quang phổ cao. DP-16QAM kết hợp cả sự thay đổi biên độ và pha trên hai trạng thái phân cực. Nó cho phép truyền 8 bit mỗi ký hiệu. Nghiên cứu khảo sát việc tích hợp DP-16QAM vào hệ thống thông tin quang đa kênh hỗn loạn. Mô hình hệ thống được thiết kế để xử lý độ phức tạp cao của điều chế này. Các kết quả mô phỏng số và thảo luận tập trung vào hiệu suất BER và độ bền dưới các điều kiện kênh truyền khắc nghiệt. Việc sử dụng DP-16QAM với tín hiệu hỗn loạn hứa hẹn tăng cường đáng kể dung lượng và bảo mật cho các hệ thống truyền thông quang tương lai.
IV.Tối ưu hệ thống quang hỗn loạn bằng học sâu AI
Nghiên cứu khám phá ứng dụng của mô hình học sâu (Deep Learning) để nâng cao chất lượng hệ thống thông tin quang đa kênh hỗn loạn. Đặc biệt, hệ thống sử dụng điều chế DP-16QAM được nhắm mục tiêu. Các sơ đồ điều chế đa mức cao như DP-16QAM rất nhạy cảm với nhiễu và biến dạng kênh. Điều này dẫn đến suy giảm hiệu năng. Yêu cầu giải quyết là cải thiện tỉ lệ lỗi bit và hệ số chất lượng trong môi trường thực tế. Giải pháp đề xuất là DeepChaos+. Đây là một framework sử dụng các mô hình học sâu tiên tiến. Chúng bao gồm các bộ mã hóa tự động (Auto-Encoder) và mô hình Informer. Các mô hình này được đào tạo để nhận dạng và khắc phục các lỗi. Chúng giúp tối ưu hóa quá trình giải điều chế và khôi phục tín hiệu. Kết quả mô phỏng và thảo luận chứng minh hiệu quả của DeepChaos+. Nó nâng cao đáng kể hiệu năng của hệ thống quang hỗn loạn. Việc tích hợp học sâu mở ra một hướng mới. Nó giải quyết các thách thức phức tạp trong truyền thông quang. Nó đảm bảo truyền dẫn an toàn và đáng tin cậy cho các ứng dụng băng thông rộng.
4.1. Vấn đề chất lượng trong hệ thống quang DP 16QAM
Hệ thống thông tin quang sử dụng điều chế DP-16QAM đối mặt với nhiều thách thức về chất lượng. Độ nhạy cao với nhiễu pha, nhiễu phân tán và phi tuyến kênh là các vấn đề chính. Tín hiệu hỗn loạn mặc dù cung cấp bảo mật, nhưng có thể tăng thêm độ phức tạp trong việc giải mã. Điều này làm giảm hiệu suất BER và Q-factor. Nhu cầu về một cơ chế mạnh mẽ để bù lỗi và tối ưu hóa tín hiệu là rất lớn. Các phương pháp xử lý tín hiệu truyền thống có giới hạn. Chúng không thể xử lý hiệu quả các biến dạng phức tạp. Nghiên cứu xác định rõ các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống DP-16QAM. Nó đặt nền tảng cho việc phát triển các giải pháp dựa trên học sâu. Mục tiêu là vượt qua những hạn chế này.
4.2. Giải pháp DeepChaos dựa trên mô hình học sâu
Giải pháp DeepChaos+ được đề xuất để nâng cao chất lượng hệ thống thông tin quang hỗn loạn điều chế DP-16QAM. Framework này tích hợp các mô hình học sâu như bộ mã hóa tự động (Auto-Encoder) và mô hình Informer. Bộ mã hóa tự động giúp nén và khôi phục dữ liệu hiệu quả, giảm thiểu lỗi. Mô hình Informer được sử dụng để dự đoán và bù đắp các biến đổi phức tạp trong kênh truyền. Việc đào tạo mô hình học sâu sử dụng lượng lớn dữ liệu mô phỏng. Nó giúp chúng học được các đặc trưng của nhiễu và suy hao. DeepChaos+ hoạt động như một bộ xử lý tín hiệu thông minh. Nó cải thiện đáng kể khả năng giải điều chế. Điều này dẫn đến tỉ lệ lỗi bit thấp hơn. Giải pháp này đại diện cho một bước tiến quan trọng trong việc tối ưu hóa truyền thông quang.
4.3. Đánh giá cải thiện hiệu năng truyền dẫn
Hiệu quả của giải pháp DeepChaos+ được đánh giá thông qua các mô phỏng chi tiết. Các chỉ số hiệu năng chính bao gồm tỉ lệ lỗi bit (BER) và hệ số chất lượng (Q-factor). Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể về BER khi áp dụng DeepChaos+ so với các phương pháp truyền thống. Hệ thống thể hiện khả năng chống nhiễu và biến dạng kênh tốt hơn. Biểu đồ mắt và độ méo tín hiệu được phân tích. Nó cung cấp bằng chứng trực quan về chất lượng tín hiệu được nâng cao. Việc đánh giá này khẳng định khả năng của học sâu. Nó là công cụ mạnh mẽ để tối ưu hóa hệ thống thông tin quang hỗn loạn điều chế đa mức. Các phát hiện này mở đường cho việc triển khai thực tế các hệ thống truyền dẫn an toàn và băng thông rộng thế hệ mới.
V.Kết quả nghiên cứu và phát triển truyền thông quang
Luận án đã đạt được nhiều đóng góp khoa học quan trọng và kết quả thực nghiệm đáng kể. Các đóng góp này làm phong phú thêm kiến thức về hệ thống thông tin quang sử dụng điều chế đa mức dựa trên hỗn loạn. Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc tích hợp tín hiệu hỗn loạn để tăng cường bảo mật và hiệu suất truyền dẫn. Các kết quả mô phỏng và phân tích chi tiết đã được trình bày cho nhiều sơ đồ điều chế khác nhau. Chúng bao gồm 4-PAM, QPSK, DP-16 PSK và DP-16QAM. Hiệu suất của các hệ thống này trong các kịch bản truyền dẫn quang vô tuyến và đa kênh đã được đánh giá. Đặc biệt, việc áp dụng các mô hình học sâu, cụ thể là giải pháp DeepChaos+, đã chứng minh khả năng vượt trội trong việc tối ưu hóa hiệu năng. Nó cải thiện chất lượng tín hiệu và giảm tỉ lệ lỗi bit. Các kết quả này mở ra hướng phát triển mới. Chúng liên quan đến việc xây dựng các hệ thống truyền thông quang an toàn, hiệu quả và có khả năng tự thích ứng. Tương lai của truyền thông quang sẽ tiếp tục hướng tới các giải pháp băng thông rộng, bảo mật cao và thông minh hơn.
5.1. Đóng góp khoa học chính của luận án
Luận án đã đóng góp vào việc phát triển hệ thống thông tin quang sử dụng điều chế đa mức dựa trên hỗn loạn. Một trong những đóng góp chính là việc đề xuất và phân tích chi tiết các mô hình hệ thống. Các mô hình này tích hợp thành công tín hiệu hỗn loạn với nhiều sơ đồ điều chế đa mức khác nhau. Luận án cũng cung cấp một phân tích sâu sắc về cơ chế đồng bộ hóa hỗn loạn. Nó chỉ ra các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống. Đặc biệt, việc giới thiệu và chứng minh hiệu quả của giải pháp DeepChaos+ dựa trên học sâu là một đóng góp quan trọng. Giải pháp này giúp tối ưu hóa hệ thống trong môi trường nhiễu phức tạp. Các kết quả này mở rộng ranh giới nghiên cứu trong lĩnh vực truyền thông quang an toàn và hiệu quả quang phổ.
5.2. Các kết quả thực nghiệm đạt được
Nghiên cứu đã thu được nhiều kết quả thực nghiệm quan trọng thông qua mô phỏng số. Các kết quả này chứng minh hiệu quả của các hệ thống thông tin quang hỗn loạn được đề xuất. Cụ thể, hệ thống cho kết nối Fronthaul của C-RAN tốc độ cao đã đạt được hiệu suất BER khả quan. Hệ thống đa kênh sử dụng 4-PAM, QPSK, DP-16 PSK và DP-16QAM cũng cho thấy khả năng truyền dẫn đáng tin cậy. Đặc biệt, giải pháp DeepChaos+ đã cải thiện đáng kể tỉ lệ lỗi bit. Nó tăng cường hệ số chất lượng cho hệ thống DP-16QAM. Các biểu đồ BER và Q-factor đã minh họa rõ ràng sự vượt trội của các kỹ thuật được nghiên cứu. Các kết quả này cung cấp bằng chứng vững chắc về tiềm năng ứng dụng của hỗn loạn và học sâu trong truyền thông quang.
5.3. Hướng phát triển tiềm năng cho hệ thống quang
Nghiên cứu này mở ra nhiều hướng phát triển tiềm năng cho các hệ thống thông tin quang trong tương lai. Một hướng là việc khám phá các sơ đồ hỗn loạn phức tạp hơn. Chúng có thể cung cấp mức độ bảo mật cao hơn. Hướng khác là tích hợp các kỹ thuật điều chế đa mức mới. Chúng tăng cường hiệu quả quang phổ và dung lượng truyền dẫn. Việc nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng học sâu là rất cần thiết. Các mô hình AI có thể được sử dụng để tự động hóa việc cấu hình hệ thống. Chúng thích ứng với các điều kiện kênh truyền thay đổi. Ứng dụng trong các mạng 5G/6G, IoT và truyền dẫn dữ liệu an toàn là những lĩnh vực đầy hứa hẹn. Mục tiêu là tạo ra các hệ thống truyền thông quang tự chủ, thông minh và cực kỳ an toàn.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (141 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ ANH ĐÀO NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ ĐA MỨC DỰA TRÊN HỖN LOẠN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ HÀ NỘI - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ ANH ĐÀO NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ ĐA MỨC DỰA TRÊN HỖN LOẠN Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã ngành: 9520203 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. NGUYỄN XUÂN QUYỀN HÀ NỘI - 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận án là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây. Các kết quả sử dụng tham khảo đều đã được trích dẫn đầy đủ và theo đúng quy định.
Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Giảng viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS. Nguyễn Xuân Quyền Vũ Anh Đào LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận án này, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn khoa học, PGS. Nguyễn Xuân Quyền đã tận tình chỉ bảo về mặt chuyên môn, đồng thời giúp đỡ động viên tôi rất nhiều để tôi có thể hoàn thành luận án tiến sĩ. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Kỹ thuật truyền thông, Trường Điện - Điện tử và Ban Đào tạo Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm Luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, đồng nghiệp tại khoa Kỹ thuật điện tử 1, đặc biệt là PGS. Trương Cao Dũng và ThS. Trần Thị Thanh Thủy, Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm nghiên cứu sinh. Sự dạy bảo, động viên và khích lệ của họ là động lực giúp tôi vượt qua khó khăn thử thách để hoàn thành các nội dung nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đầy yêu thương đến gia đình tôi. Họ luôn là chỗ dựa vững chắc, giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để tôi hoàn thành Luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Nghiên cứu sinh Vũ Anh Đào MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC LỤC. i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.
iii DANH MỤC CÁC BẢNG. viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH. ix DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC. xi MỞ ĐẦU.
xii CHƯƠNG 1. 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN QUANG SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ ĐA MỨC DỰA TRÊN HỖN LOẠN. Cơ sở của lý thuyết hỗn loạn. Định nghĩa và các tính chất hỗn loạn.
Đồng bộ tín hiệu hỗn loạn trong hệ thống thông tin. Hệ thống thông tin quang dựa trên hỗn loạn. Các dạng điều chế đa mức trong thông tin. Vai trò của điều chế đa mức trong các hệ thống thông tin.
Các dạng điều chế đa mức. Tổng quan về học sâu. Bộ mã hóa tự động. Kỹ thuật VAE.
Mô hình Informer. Lựa chọn tham số mô phỏng. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp nghiên cứu và công cụ mô phỏng. Kết luận chương 1.
37 KỸ THUẬT HỖN LOẠN TRONG HỆ THỐNG QUANG THU PHÁT VÔ TUYẾN. Thiết kế hệ thống thông tin vô tuyến số qua sợi quang cho kết nối Fronthaul của C- RAN tốc độ cao. Mô hình hệ thống cho kết nối Fronthaul của C-RAN tốc độ cao. Tiến trình mô phỏng.
Kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu năng. Hệ thống thông tin đa kênh vô tuyến số sử dụng hỗn loạn truyền qua sợi quang. Mô hình của hệ thống thông tin đa kênh vô tuyến hỗn loạn. Kết quả mô phỏng số và phân tích hiệu năng.
Kết luận chương 2. 59 KỸ THUẬT HỖN LOẠN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG ĐA KÊNH VỚI CÁC ĐIỀU CHẾ KHÁC NHAU. Hệ thống thông tin quang hỗn loạn sử dụng sơ đồ điều chế 4-PAM. Mô hình hệ thống thông tin quang đa kênh hỗn loạn sử dụng sơ đồ điều chế 4-PAM61 3.
Kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu năng. Hệ thống thông tin quang sợi đa kênh hỗn loạn sử dụng điều chế QPSK và DP-16 PSK 70 3. Mô hình hệ thống thông tin quang đa kênh hỗn loạn sử dụng sơ đồ điều chế QPSK và DP-16 PSK. Kết quả mô phỏng và thảo luận đánh giá hiệu năng.
Hệ thống thông tin quang đa kênh hỗn loạn sử dụng điều chế DP-16QAM. Mô hình hệ thống thông tin quang đa kênh hỗn loạn sử dụng sơ đồ điều chế DP- 16QAM. Các kết quả mô phỏng số và thảo luận. Nâng cao chất lượng hệ thống thông tin quang đa kênh hỗn loạn sử dụng điều chế DP-16QAM bằng mô hình học sâu.
Yêu cầu giải quyết. Giải pháp DeepChaos+. Kết luận chương 3. 99 Kết luận và hướng phát triển.
Các đóng góp khoa học và kết quả đạt được của luận án. Hướng phát triển. 102 Danh mục các công trình đã công bố của luận án. 103 Tài liệu tham khảo.
104 ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt 4G Fourth Generation Mạng di động thế hệ thứ tư 5G Fifth Generation Mạng di động thế hệ thứ năm AE Auto-Encoder Bộ mã hóa tự động Advanced Encryption AES Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến Standard AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo Truyền tải tín hiệu radio tương tự qua A-RoF Analog - Radio over Fiber sợi quang ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ Additive White Gaussian AWGN Tạp âm Gau-xơ trắng cộng Noise BBU BaseBand Unit Đơn vị băng cơ sở BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit Bidirectional Long Short- BiLSTM Bộ nhớ dài hạn – ngắn hạn hai chiều Term Memory BPF Band Pass Filter Bộ lọc thông dải BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân Back Propagation Through BPTT Truyền ngược qua thời gian Time BS Base Station Trạm gốc Code Division Multiple CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã Access Common Fiber - Optic CFOC Truyền thông sợi quang thông thường Communication CH Channel Kênh iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CIR Channel Impulse Response Đáp ứng xung kênh CMS Chaos Masking Sequence Chuỗi mặt nạ hỗn loạn Convolutional Neural CNN Mạng nơ-ron tích chập Networks Chaotic secure Optical COC Truyền thông quang bảo mật hỗn loạn Communication Continuous Phase Frequency CPFSK Khóa dịch tần số pha liên tục Shift Keying CV Computer Vision Thị giác máy tính CW laser Continuous Wave laser Laser phát ra ánh sáng liên tục Direct Chaotic DCC Truyền thông hỗn loạn trực tiếp Communication Dispersion Compensation DCF Sợi bù tán sắc Fiber DD Direct Detection Tách sóng trực tiếp DES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu DEMUX De-mutiplexer Bộ phân kênh DML Directly Modulated Laser Laser được điều chế trực tiếp DP Dual Polarization Phân cực kép Differential Phase Shift DPSK Khóa dịch pha vi sai Keying D-RoF Digital - Radio over Fiber Radio số qua sợi quang DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số Dense Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bước sóng DWDM Multiplexing mật độ cao ECC Elliptic Curve Cryptography Mã hóa đường cong Elliptic Erbium-Doped Fiber Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp EDFA Amplifier Erbium EFEC Enhanced Forward Error Sửa lỗi trước tăng cường iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Correction ELBO Evidence Lower Bound Giới hạn dưới bằng chứng FEC Forward error correction Mã sửa lỗi trước Field Programmable Gate FPGA Mảng cổng logic khả trình trường Array FSO Free Space Optics Truyền thông quang không gian tự do FWM Four-Wave Mixing Trộn bốn bước sóng GRU Gated Recurrent Unit Nút hồi tiếp có cổng Hard Decision Forward Error HD-FEC Sửa lỗi trước – quyết định cứng Correction Intensity Modulation-Direct Điều chế quang biên độ và tách sóng IM-DD Detection trực tiếp ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên kí tự ISO ISolator Optical Bộ cách ly quang KLD Kullback-Leibler Divergence Độ phân kỳ Kullback-Leibler LAN Local Access Network Mạng truy nhập cục bộ LDR Laser Diode Receiver Bộ thu diode laser LDT Laser Diode Tramsitter Bộ phát diode laser LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp LOS Light of Sight Ánh sáng tầm nhìn thẳng LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp LSTM Long Short-Term Memory Bộ nhớ dài hạn – ngắn hạn Maximum Likelihood MLE Ước lượng khả năng tối đa Estimation MZI Mach-Zehnder Interferometer Bộ giao thoa Mach-Zehnder MZM Mach-Zehnder Modulator Bộ điều chế Mach-Zehnder NLP Natural Language Proccesing Xử lý ngôn ngữ tự nhiên NLSE Nonlinear Schrödinger Phương trình Schrödinger phi tuyến v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Equation NN Neural network Mạng nơ-ron NRZ Non Return to Zero Mã không trở về không Non-Zero Dispersion Shifted NZ-DSF Sợi dịch tán sắc khác không Fiber OBPF Optical Band Pass Filter Bộ lọc thông dải quang Orthogonal Frequency- Ghép kênh phân chia theo tần số trực OFDM Division Multiplexing giao OSNR Optical Signal to Noise Ratio Tỉ lệ giữa tín hiệu và tạp âm quang Optical Wireless OWC Truyền thông quang không dây Communication PA Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất PAM Pulse Amplitute Modulation Điều chế biên độ xung PD Photodiode Tách sóng quang PRBS PseudoRandom Bit Sequence Chuỗi bit giả ngẫu nhiên PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha Quadrature Amplitude QAM Điều chế biên độ cầu phương Modulation QPSK Quadature Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha cầu phương RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RNN Recurrent Neural Network Mạng nơ-ron hồi quy RoF Radio over Fiber Radio qua sợi quang RRH Remote Radio Head Đầu vô tuyến từ xa SPM Self Phase Modulation Tự điều chế pha Thuật toán mã hóa khóa công khai RSA Rivest–Shamir–Adleman RSA SNR Signal to Noise Ratio Tỉ lệ giữa tín hiệu và tạp âm vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT SSL Secure Socket Layer Lớp socket bảo mật TLS Transport Layer Security Bảo mật lớp truyền tải Synchronous Transport STM Module truyền dẫn đồng bộ Module VAE Variational Autoencoder Bộ tự mã hóa biến thể VHF Very High Frequency Tần số rất cao Wavelength Division WDM Ghép kênh phân chia theo bước sóng Multiplexing Wireless Local Access WLAN Mạng truy nhập nội bộ vô tuyến Network Wireless Personal Access WPAN Mạng truy nhập cá nhân vô tuyến Network vii DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Định nghĩa dạng sóng BPSK. Tham số của sợi quang theo khuyến nghị ITU-T. Tham số của hệ thống thông tin vô tuyến số qua sợi quang cho kết nối Fronthaul của C-RAN tốc độ cao.
Tham số của hệ thống thông tin số đa kênh vô tuyến hỗn loạn truyền qua sợi quang. Tham số của hệ thống thông tin quang sợi đa kênh COC sử dụng điều chế 4- PAM. Bảng các tham số hệ thống thông tin quang sợi đa kênh sử dụng điều chế QPSK và DP-16 PSK.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Nghiên cứu hệ thống thông tin quang điều chế đa mức hỗn loạn" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu hệ thống thông tin quang điều chế đa mức hỗn loạn nhằm nâng cao hiệu quả truyền dẫn dữ liệu trong mạng quang.
Luận án "Nghiên cứu hệ thống thông tin quang điều chế đa mức hỗn loạn" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Đại học Bách khoa Hà Nội. Năm bảo vệ: 2024.
Luận án "Nghiên cứu hệ thống thông tin quang điều chế đa mức hỗn loạn" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Nghiên cứu hệ thống thông tin quang điều chế đa mức hỗn loạn" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử. Danh mục: Kỹ Thuật Viễn Thông.
Luận án "Nghiên cứu hệ thống thông tin quang điều chế đa mức hỗn loạn" có bao nhiêu trang?
Luận án "Nghiên cứu hệ thống thông tin quang điều chế đa mức hỗn loạn" có 141 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Nghiên cứu hệ thống thông tin quang điều chế đa mức hỗn loạn" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.