Luận án: Nghiên cứu Phát triển Hệ thống Truyền thông Hỗn loạn Sử dụng Đa Sóng Mang - Nguyễn Hữu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỮU LONG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG HỖN LOẠN SỬ DỤNG ĐA SÓNG MANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG HÀ NỘI - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỮU LONG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG HỖN LOẠN SỬ DỤNG ĐA SÓNG MANG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 62520208 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS. Vũ Văn Yêm HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các nội dung được trình bày trong luận án này là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh dưới sự chỉ bảo của người hướng dẫn khoa học. Các kết quả đạt được là không trùng lặp và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác trước đây. Các kết quả số liệu đạt được là chính xác và trung thực.

Mọi thông tin trích dẫn đều được liệt kê rõ ràng đầy đủ trong các tài liệu tham khảo. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung cũng như các kết quả luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Nguyễn Hữu Long LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học, PGS. Vũ Văn Yêm, đã tận tình chỉ bảo về mặt chuyên môn, đồng thời giúp đỡ động viên tôi rất nhiều để tôi có thể hoàn thành bản luận án.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn Xuân Quyền, người đã hỗ trợ tôi về nghiên cứu trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh. Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô và các bạn nghiên cứu sinh đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận cho tôi trong quá trình học tập nghiên cứu tại Viện Điện tử-Viễn thông và Viện Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Sự dạy bảo, động viên và khích lệ của họ là động lực mạnh mẽ giúp tôi vượt qua khó khăn thử thách để hoàn thành các nội dung nghiên cứu.

Cuối cùng nhưng cũng là nguồn động lực to lớn nhất, đó là sự yêu thương, quan tâm chia sẻ của bố mẹ, anh chị và đặc biệt là vợ và hai con của tôi. Gia đình chính là chỗ dựa vững chắc cho tôi trong suốt quá trình làm nghiên cứu và hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Nguyễn Hữu Long MỤC LỤC 1 MỤC LỤC MỤC LỤC. 1 Danh mục các thuật ngữ viết tắt.

4 Danh mục các hình. 7 Danh mục các bảng. 10 Truyền thông sử dụng hỗn loạn. 10 Điều chế đa sóng mang và ứng dụng trong truyền thông hỗn loạn.

11 Động lực, mục tiêu, đối tƣợng, giới hạn và phƣơng pháp nghiên cứu của luận án. 12 Động lực nghiên cứu. 12 Mục tiêu nghiên cứu. 13 Đối tượng nghiên cứu.

13 Giới hạn nghiên cứu. 13 Phương pháp nghiên cứu. 14 Tổ chức nội dung của luận án. 16 Tổng quan về truyền thông sử dụng hỗn loạn.

Hỗn loạn và các đặc điểm. Phát tín hiệu hỗn loạn và lọc nhiễu. Thực thi các hàm hỗn loạn. Lọc nhiễu cho tín hiệu hỗn loạn.

Đồng bộ tín hiệu hỗn loạn. Đồng bộ đặc tính động hỗn loạn. Đồng bộ hỗn loạn ứng dụng trong truyền thông. Các hệ thống thông tin hỗn loạn đồng bộ.

Các hệ thống tương tự. Các hệ thống số. Các hệ thống thông tin hỗn loạn không đồng bộ. Các hệ thống tương tự.

Các hệ thống số. Các hệ thống thông tin hỗn loạn đa sóng mang. DCSK đa sóng mang (MC-DCSK). DCSK ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM-DCSK).

36 Hệ thống khóa dịch hỗn loạn vi sai - đa sóng mang với chuỗi trải phổ lặp. Hạn chế của hệ thống truyền thống và ý tƣởng đề xuất. Thiết kế hệ thống RSS-MC-DCSK. Phân tích hiệu năng tỷ lệ lỗi bit.

Năng lượng bit trung bình. Biểu thức BER. Tích phân số. Hiệu suất năng lƣợng và băng thông.

Mô phỏng số và so sánh hiệu năng. 55 Hệ thống đa sóng mang trực giao sử dụng hỗn loạn. Hệ thống OFDM xáo trộn sóng mang con hỗn loạn. Ánh xạ Baker.

Sơ đồ hệ thống đề xuất. Hiệu năng lỗi bit của hệ thống. Phân tích hệ số tương quan. ệ thống M-PSK/OFDM sử dụng trải phổ trực tiếp hỗn loạn.

Máy phát và máy thu. Kết quả mô phỏng. Đặc điểm bảo mật. 74 Kết luận và hƣớng phát triển.

76 Nội dung và các kết quả đạt đƣợc. 77 MỤC LỤC 3 ƣớng phát triển. 78 Danh mục các công trình đã công bố của luận án. 79 Bài báo tạp chí và hội nghị.

79 Đề tài nghiên cứu tham gia. 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 81 TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT. 81 TÀI LIỆU TIẾNG ANH.

81 4 Danh mục các thuật ngữ viết tắt Danh mục các thuật ngữ viết tắt Từ viết tắt Cụm từ tiếng Anh Cụm từ tiếng Việt 4G Fourth Generation Mạng di động thế hệ thứ tư AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gausian trắng cộng BE Bandwidth Efficiency Hiệu suất băng thông BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BW Bandwidth Băng thông CDS- Chaotic Direct Sequence-Code Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Division Multiple Access hỗn loạn trực tiếp CDSK Correlation Delay Shift Keying Khóa dịch trễ tương quan CDSSS Chaotic Direct-Sequence/Spread \ Trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng Spectrum chuỗi hỗn loạn CEF Complementary Error Function Hàm lỗi bù CM-DCSK Continuous Mobility DCSK Khóa dịch hỗn loạn vi sai động liên tục COOK Chaotic On/Off Keying Khóa tắt/mở hỗn loạn CPF Chebyshev Polynomial Function Hàm đa thức Chebyshev CPF Chebyshev Polynomial Function Hàm đa thức Chebyshev CPM Chaotic Parameter Modulation Điều chế thông số hỗn loạn CPPG Chaotic Pulse Position Generator Khối phát vị trí xung hỗn loạn CPPM Chaotic Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung hỗn loạn CPWPM Chaotic Pulse Width-Position Điều chế vị trí-độ rộng xung hỗn Modulation loạn CSD Chaotic Symbolic Dynamics Động kí tự hỗn loạn CSK Chaos Shift Keying Khóa dịch hỗn loạn DBM Discretized Baker Map Ánh xạ Baker rời rạc DCSK Differential Chaos Shift Keying Khóa dịch hỗn loạn vi sai DCSK/S Simplest Version of Enhanced DCSK DCSK tăng cường phiên bản đơn giản nhất DCSK-WC Differential Chaos Khóa dịch hỗn loạn vi sai-mã Shift Keying-Walsh Codes Walsh DDCSK- Differentially DCSK-Walsh Codes Khóa dịch hỗn loạn vi sai mã WC Walsh DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DSSS Direct-Sequence Spread-Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp DVB-T Digital Video Broadcasting- Truyền hình số quảng bá mặt đất Danh mục các thuật ngữ viết tắt 5 Terrestrial DWSCS Discrete Wheel-Switching Chaotic Hệ thống hỗn loạn chuyển mạch- System vòng rời rạc EE Energy Efficiency Hiệu suất năng lượng FM-DCSK Frequency Modulated-Differential Khóa dịch hỗn loạn vi sai điều tần Chaos Shift Keying FPGAs Field Programmable Gate Arrays Mảng cổng logic khả trình trường FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần số HE-DCSK High Efficiency-Differential Chaos Khóa dịch hỗn loạn vi sai-hiệu Shift Keying năng cao I-DCSK Improved-Differential Chaos Shift Khóa dịch hỗn loạn vi sai cải tiến Keying ISI Intersymbol Interference Nhiễu liên kí tự LPI Low Probability of Intercept Xác suất bị chặn thấp MA Multiple Access Đa truy nhập MC-DCSK Multi Carrier-Differential Chaos Khóa dịch hỗn loạn vi sai đa sóng Shift Keying mang MCM Multi-carrier Modulation Điều chế đa sóng mang NR-DCSK Noise reduction DCSK Khóa dịch hỗn loạn vi sai giảm nhiễu NRZ Non Return to Zero Không trở về không OFDM- Orthogonal Frequency Division Khóa dịch hỗn loạn vi sai ghép DCSK Multiplex- Differential Chaos kênh phân chia theo tần số trực Shift Keying giao PAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên trung bình P/S Parallel/Series Song song/nối tiếp PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất PG Processing Gain Độ lợi xử lý PN Pseudo-random Noise Nhiễu giả ngẫu nhiên PRBS Pilot Random Binary Sequence Chuỗi nhị phân ngẫu nhiên hoa tiêu PS-DCSK Phase Separated Differential Khóa dịch hỗn loạn vi sai chia pha Chaos Shift Keying PTM Pulse Time Modulation Điều chế thời gian xung PWL Piece Wise Linear Tuyến tính từng đoạn RBE Ration of Bandwidth Efficiency Tỷ lệ hiệu suất băng thông RBF Radial Basis Function Hàm cơ bản xuyên tâm REE Ratio of Energy Efficiency Tỷ lệ hiệu suất năng lượng 6 RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RM-DCSK Reference Modulated-Differential Khóa dịch hỗn loạn vi sai điều chế Chaos Shift Keying tham chiếu RSS Repeated Spreading Sequence Chuỗi trải phổ lặp RSS-MC- Repeated Spreading Sequence- DCSK đa sóng mang với chuỗi trải DCSK Multicarrier-DCSK phổ lặp S/P Series/Parallel Nối tiếp/Song song SF Spreading Factor Hệ số trải phổ SNR Signal Noise Rate Tỷ số tín hiệu trên tạp âm SR-DCSK Short Reference DCSK Khóa dịch hỗn loạn vi sai tham chiếu ngắn SRRS Square-Root-Raised Cosine Cosin nâng căn bậc hai WLAN Wireless Local Access Network Mạng truy nhập nôi bộ không dây WPAN Wireless Personal Access Network Mạng truy nhập cá nhân không dây Danh mục các hình 7 Danh mục các hình Hình 1. Dạng sóng thời gian của biến trạng thái trong: (a) hệ Lorenz liên tục với điều kiện khởi động khác nhau, (b) trong hệ logistic map rời rạc. Các đặc tính điển hình của tín hiệu hỗn loạn: (a) hàm tự tương quan, (b) hàm tương quan chéo, và (c) phổ tần số. Sơ đồ khối hệ thống CDSSS: (a) máy phát, (b) máy thu.

Sơ đồ khối hệ thống CDS-CDMA với user. Sơ đồ khối hệ thống DCSK truyền thống: (a) máy phát, (b) cấu trúc khung dữ liệu, (c) máy thu. Sơ đồ khối hệ thống MC-DCSK: (a) máy phát, (b) máy thu[44]. Hiệu năng BER của hệ thống MC-DCSK trong: (a) kênh AWGN, (b) kênh fading đa đường [44].

Sơ đồ khối hệ thống OFDM-DCSK: (a) máy phát, (b) máy thu [41]. Hiệu năng BER của hệ thống OFDM-DCSK trong: (a) kênh AWGN, (b) kênh fading đa đường [41]. Sơ đồ khối hệ thống RSS-MC-DCSK: (a) máy phát và (b) máy thu. Minh họa của (a) các tín hiệu băng cơ sở trong máy phát và (b) dạng phổ của tín hiệu được phát lên kênh truyền.

Biểu đồ phân bố giá trị của biến với: (a) Kênh truyền AWGN, (b) Kênh Rayleigh fading. So sánh hiệu suất năng lượng (EE), tỷ lệ hiệu suất năng lượng (REE) và tỷ lệ hiệu suất băng thông (RBE) giữa RSS-MC-DSCK, MC-DCSK, và DCSK. Hiệu năng BER của hệ thống RSS-MC-DCSK dưới kênh truyền: (a) AWGN, và (b) Rayleigh fading. So sánh hiệu năng BER của các hệ thống RSS-MC-DCSK, MC-DCSK, và DCSK dưới kênh truyền: (a) AWGN và (b) Rayleigh fading.

Ánh xạ Baker hai chiều. Ánh xạ Baker rời rạc (DBM). Hệ thống OFDM đề xuất: (a) phía phát, (b) phía thu .