Quỹ đạ o di chuy n: ể vùng hút
Để biểu diễn một cách rõ ràng nhất về sự vận động hệ thống hỗn loạn, chúng ta cần quan sát quỹ đạo di chuyển theo thời gian của các biến trong không gian pha của chúng Sử dụng hình học, chúng ta có thể vẽ ra các vùng hút (Attractor) Hình 1.5(a), (b), (c) và (d) lần lượt chỉ ra các đặc điểm khác nhau của các vùng hút này.
Hệ thống Lorenz trong không gian pha (x, y, z) có 21 vùng hút với kích thước khác nhau Đường di chuyển trong các vùng này không bao giờ trùng lặp và không khép kín, ngay cả khi thời gian tiến đến vô cùng, cho thấy tính phi chu kỳ của hệ thống Một đặc điểm quan trọng của các vùng hút là chúng luôn nằm trong một miền giới hạn xác định của không gian pha và không bao giờ di chuyển ra khỏi miền này.
Hình 1.5 Vùng hút c a h h n lo n Lorenz trong các không gian pha khác nhau: (a) (x, y, z); (b) ủ ệ ỗ ạ
Hình 1.6 Vùng hút c a h Logistic map hủ ệ ỗn lo n ạ
T ng quan v h n lo n và k ổ ề ỗ ạ ỹ thuậ t thông tin s h n lo n ố ỗ ạ
Vùng hút của hệ thống động rời rạc Logistic map được thể hiện trong Hình 1.6 Vùng hút này được tạo ra thông qua việc khảo sát sự di chuyển của hệ thống trong một không gian biểu diễn mối quan hệ giữa giá trị biến trạng thái hiện tại và trước đó Chúng ta có thể thấy rằng, đường đi di chuyển trong không gian này không khép kín, không bao giờ chồng lấn lên nhau, và luôn nằm trong miền giới hạn nhất định.
1.3 ng d Ứ ụ ng h n lo n vào k ỗ ạ ỹ thu t thông tin ậ
Trong hơn một thập kỷ qua, nghiên cứu về hệ thống thông tin hỗn loạn đã thu hút sự quan tâm đáng kể Các hệ thống này thể hiện nhiều ưu điểm so với các hệ thống truyền thống Thông thường, tín hiệu hỗn loạn được phát ra từ các mạch điện đơn giản Việc phát ra một số lượng lớn các tín hiệu hỗn loạn khác nhau trên cùng một hệ thống có thể được thực hiện bằng cách thay đổi điều kiện khởi động Bởi vì sự biến đổi không có chu kỳ và tính ngẫu nhiên của tín hiệu, khả năng bảo mật thông tin sẽ được cải thiện Các kỹ thuật thông tin hỗn loạn đã được đề xuất trong hai thập kỷ qua có thể được chia thành ba loại chính: điều chế tương tự, điều chế số và truyền phức tạp trực tiếp.
Có hai phương pháp điều chế chính cho tín hiệu tương tự: điều chế mạch nhắn và điều chế thông số Trong điều chế mạch nhắn, tín hiệu thông tin được che giấu bằng cách kết hợp với tín hiệu nhiễu, yêu cầu đồng bộ giữa hai hệ thống Phương pháp này đơn giản nhưng gặp khó khăn khi tín hiệu nhiễu bị méo và kênh truyền không ổn định Ngược lại, điều chế thông số thay đổi các thông số của hàm nhiễu, cho phép điều chế mà không cần đồng bộ giữa các hệ thống Ba kỹ thuật điều chế chính đã được đề xuất trong lĩnh vực này.
Kỹ thuật thu thập dữ liệu đảo ngược là một trong những phương pháp đơn giản nhất nhưng lại gặp khó khăn trong việc khôi phục thông tin khi tín hiệu bị nhiễu do tác động từ nhiều kênh truyền.
Kỹ thuật điều chỉnh thích nghi sử dụng bộ lọc Kalman nhằm tối thiểu hóa ảnh hưởng của nhiễu trong quá trình điều khiển Bộ lọc này giúp cải thiện độ chính xác và hiệu quả của hệ thống điều khiển, đồng thời giảm thiểu tác động của các yếu tố không mong muốn Việc áp dụng các thuật toán như bình phương tối thiểu và bình phương đệ quy cũng góp phần nâng cao khả năng thích nghi của hệ thống.
Mạng nơ-ron RBF được sử dụng để ước lượng liên tục trạng thái của hệ thống điều khiển phi tuyến Qua kết quả ước lượng, thông tin tương tự sẽ được khôi phục, giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống.
Ứ ng d ng h n lo n vào k thu t thông tin 22 ụ ỗ ạ ỹ ậ 1 Điề u ch ế tương tự
Điề u ch s 23 ế ố 1.3.3 Trả i ph chu i tr c ti p 24ổỗựế 1.4 Các phương pháp điề u ch và giế ải điề u ch s h n lo n 24ế ố ỗạ 1.4.1 Điề u ch khóa d ch h n lo n (CSK) 24ếịỗạ 1.4.1.1 Khóa d ch h n lo n dịỗạ ựa trên đặc tính động
So với các phương pháp điều chế tương tự, điều chế sóng mang có tính kháng nhiễu cao hơn, dẫn đến nhiều phương pháp điều chế/giải điều chế đã được đề xuất Các phương pháp này được chia thành hai loại: liên kết và không liên kết Một số phương pháp liên kết đã được đề xuất, trong đó việc phát lại chính xác sóng mang trong môi trường nhiễu được thực hiện bên phía giải điều chế Đối với các phương pháp điều chế không liên kết, quá trình giải điều chế dựa vào ước lượng năng lượng bit mà không yêu cầu đồng bộ hóa Phương pháp khóa dịch sóng mang vi sai (DCSK) là một trong những phương pháp không liên kết đầu tiên, trong đó độ rộng bit được chia thành hai khoảng thời gian bằng nhau, với một khoảng phát tín hiệu tham chiếu và một khoảng phát tín hiệu chứa thông tin Một phương pháp không liên kết khác là khóa dịch trị tương quan (CDSK), trong đó sóng mang hỗn loạn tham chiếu sẽ được kết hợp với phiên bộ trễ và điều chế thông tin của chính nó Phương pháp này hoạt động trong môi trường nhiễu kém hơn so với DCSK nhưng có thể đạt được tốc độ bit cao hơn Để khắc phục sự biến đổi năng lượng bit trong DCSK, phương pháp điều chế khóa dịch sóng mang tần số điều tần (FM-DCSK) đã được đề xuất, trong đó sóng mang hỗn loạn được điều tần để tạo ra tín hiệu đầu vào có năng lượng bit không đổi Ngoài các phương pháp chính này, còn có nhiều phương pháp điều chế không liên kết khác như khóa dịch sóng mang cỗ trục (QCSK), khóa dịch sóng mang vi sai hoán vị (V-DCSK), khóa dịch sóng mang phân loại tối ưu (OC-CSK), tất cả đều nhằm mục đích cải thiện hiệu suất của các phương pháp CSK và DCSK.
Trong lĩnh vực kỹ thuật thông tin băng siêu rộng (UWB), các phương pháp điều chế hiện đại đã được đề xuất nhằm cải thiện hiệu suất hệ thống Hai phương pháp tiêu biểu là điều chế khóa tần số (COOK) và điều chế vị trí xung (CPPM) Trong UWB-COOK, việc phát sóng mang UWB phụ thuộc vào giá trị phân cực của bit điều chế, quyết định xem sóng mang sẽ được phát hay không Ngược lại, UWB-CPPM phát các xung có độ rộng rất hẹp, với vị trí của các xung mang thông tin được điều chỉnh để giảm thiểu nhiễu loạn.
T ng quan v h n lo ổ ề ỗ ạn v à k ỹ thuậ t thông tin s h n lo n ố ỗ ạ
1.3.3 Trải ph chu i tr c ti p ổ ỗ ự ế Ứng d ng tín hi u h n lo n vào k thu t i ph chu i tr c tiụ ệ ỗ ạ ỹ ậ trả ổ ỗ ự ếp đầu tiên được đề xuất trong [ , ], g25 26 ọi là phương pháp trải ph ổ trực ti p chu i h n lo n (CS-DS/SS)ế ỗ ỗ ạ Trong đó, các chu i h n lo n r i rỗ ỗ ạ ờ ạc ẽ đượs c s dử ụng để thay th cho các chuế ỗi PN trong h ệ thống DS/SS truy n thề ống Phương pháp CS DS/SS cũng thể- hiện ầh u h t nh ng ế ữ ưu điểm ủa c phương pháp truyền th ng [ ] Bên cố 42 ạnh đó, vớ ự ến đổ iên độ ỗi s bi i b h n lo n c a tín hi u ạ ủ ệ trải ph trên kênh truy n, tính b o mổ ề ả ật được c i thiả ện đáng kể [ ] Chu26 ỗ ỗi h n loạn lượng t ử hóa cũng được kh o sát cho ng d ng trong h ả ứ ụ ệ thống CS-DS/SS [ , ] Trong su t quá 27 28 ố trình thông tin, các tín hiệu lượng t hóa s ử ẽ được chuyển đổi thành các tín hi u có chu kệ ỳ Các k t qu ế ả đạt được ch ra r ng, h ỉ ằ ệ thống đề xuất đạt được ỷ l l bit th p t ệ ỗi ấ hơn so vớ ệi h thống DS/SS truy n th ng s d ng chu m ho c chuề ố ử ụ ỗi ặ ỗ Gold [ ] i 42
1.4 Các phương pháp điề u ch và gi ế ải điề u ch s h n lo n ế ố ỗ ạ
Trong những năm gần đây, nhiều phương pháp điều chỉnh và giải quyết hiện tượng loạn đã được đề xuất Sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thông tin đã thúc đẩy nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều chỉnh hiện đại Bài viết này sẽ tập trung phân tích một số phương pháp điều chỉnh và giải quyết hiện tượng loạn chính đã được nghiên cứu trước đây, từ đó cung cấp kiến thức cần thiết cho những đề xuất nghiên cứu trong tương lai.
1.4.1 Điều ch khóa d ch h n lo n (CSK) ế ị ỗ ạ
Các phương pháp điều chỉnh khóa dịch hại (CSK) được phân thành hai loại chính: liên kết và không liên kết Mỗi loại khóa dịch hại được thực hiện thông qua hai cách khác nhau, bao gồm việc sử dụng một hoặc hai khối phát sóng mang hạ tầng lớn.
1.4.1.1 Khóa d ch hị ỗn loạn dựa trên đặc tính động Điều ch ế
Hình 1.7 Sơ đồ điều ch CSK liên kế ết dựa trên đặc tính động
Các phương pháp điề u ch và gi ế ải điề u ch s h n lo n ế ố ỗ ạ 25
Sơ đồ điều chế CSK liên kết với đặc tính động của hai khối phát sóng mang nhiễu được mô tả trong Hình 1.7 Các tín hiệu đầu ra có đặc tính động phi tuyến khác nhau Trong khoảng độ bit, tùy thuộc vào giá trị phân cực của bit được đưa vào, quá trình điều chế sẽ diễn ra như sau: nếu là bit "1", sẽ được phát đi, còn nếu là bit "0", cũng sẽ được phát đi Tín hiệu đầu ra của khối điều chế trong khoảng thời gian của bit thứ i được biểu diễn như sau:
(1.5) với là giá tr nh phân cị ị ủa bit thứ
Giải điều ch d a trên lế ự ỗi đồng b ộ
Khối đồng bộ hỗn loạn 1
Khối đồng bộ hỗn loạn 2 r(t)
So sánh và quyết định c 1 , (t) c 2 , (t) er 1 (t) er 2 (t)
Hình 1.8 Sơ đồ giải điều ch CSK dế ựa trên lỗi đồng bộ
Hình 1.8 minh họa sơ đồ giải điều chỉnh CSK với hai khối đồng bộ b h n lo n Hai khối này được sử dụng để tạo ra hai sóng mang h n lo n ỗ ạ, có đặc tính tương tự như bên phía điều chỉnh Khi bit ế ế ―1ǁ được phát đi, khối đồng bộ h n lo n 1 nhận tín hiệu đồng bộ, trong khi khối đồng bộ h n lo n 2 không đồng bộ Ngược lại, khi bit ế ế ―0ǁ được phát đi, khối đồng bộ h n lo n 2 nhận tín hiệu đồng bộ, trong khi khối đồng bộ h n lo n 1 không đồng bộ Các tín hiệu lỗi đồng bộ được nhận diện và xử lý.
, được đưa vào bộ so sánh và quyết định m c Giá tr nh phân c a bit th ứ ị ị ủ ứ được khôi phục đầu ra được quyết định như sau:
Giải điều ch dế ựa trên tương quan
Các sóng mang h n loỗ ạn được phát lại ở đầu ra của hai khối đồng bộ, ộ ỗ ạ và , sẽ được đánh giá mức độ tương quan với tín hiệu nhận được bằng cách sử dụng hai khối tính tương quan 1 và 2 Sơ đồ giải điều chế này được trình bày trong Hình 1.9 Ở thời điểm cuối mỗi độ r ng bit, tín hiệu đầu ra của các khối tương quan sẽ được lấy mẫu Các mẫu nhận được của bit thứ sẽ được xác định bởi.
T ng quan v h n lo n và k ổ ề ỗ ạ ỹ thuậ t thông tin s h n lo n ố ỗ ạ
Trong quá trình đạt được trạng thái đồng bộ, kho ngữ liệu sẽ được sử dụng để bắt đầu Hiệu quả của các mẫu dữ liệu này sẽ được đưa vào khối quyết định với mức giá trần bằng không Dữ liệu thực sẽ được khôi phục theo cách này.
Khối đồng bộ hỗn loạn 1
Khối đồng bộ hỗn loạn 2 r(t) c 1 ’ (t) c 2 ’ (t)
Khối tương quan nT b + nT b
Quyết định mức y 1 (nT b ) y 2 (nT b ) y(nT b )
Hình 1.9 Sơ đồ giải điều ch CSK dế ựa trên s ự tương quan
Giá trị các mẫu tương quan y nT ( b )
S ố lư ợn g cá c m ẫu S ố lư ợn g cá c m ẫu
Giá trị các mẫu tương quan y nT ( b )
Hình 1.10 trình bày biểu đồ mật độ giá trị mẫu tương quan của phương pháp CSK dựa trên tương quan cho hai trường hợp: (a) không có nhiễu và (b) có nhiễu Biểu đồ này minh họa mối quan hệ giữa giá trị của các mẫu tương quan đầu ra và số lượng mẫu quan sát tương ứng Hình 1.10(a) và (b) cho thấy các biểu đồ mật độ giá trị mẫu tương quan trong hai tình huống khác nhau Từ Hình 1.10(a), có thể nhận thấy rằng do ảnh hưởng của nhiễu trong các tín hiệu được đưa vào tính tương quan, giá trị của các mẫu đầu ra có sự biến đổi rõ rệt.
Các phương pháp điều chỉnh giễai điều chỉnh số 27 luôn nằm trong hai miền riêng biệt tương ứng với hai mạch nhớ phân ―1ǁ và ―0ǁ, do đó quá trình quyết định mạch không có lỗi bit Tuy nhiên, khi có sự tác động của nhiều, các miền này sẽ giãn ra và chồng lấn lên nhau Các mạch nằm trong miền chồng lấn này sẽ làm cho quá trình quyết định mạch không phân biệt được và tạo ra các bit lỗi ở đầu ra Khóa dịch hạn chế đối xứng (ACSK) là một khái niệm quan trọng trong lĩnh vực này.
Phương pháp điều chế ACSK là một kỹ thuật điều chế liên kết sử dụng sóng mang để truyền tải thông tin Trong quá trình điều chế, tín hiệu đầu ra sẽ phát ra sóng mang với biên độ đã được điều chỉnh Cụ thể, khi bit đầu vào là "1", sóng mang sẽ được phát đi bình thường; còn khi bit đầu vào là "0", sóng mang sẽ được phát với biên độ đảo ngược Sơ đồ điều chế và giải điều chế được minh họa trong Hình 1.11.
Khối đồng bộ hỗn loạn r(t) c(t)
Dữ liệu khôi phục (n-1)T b +T a nT b
Lấy mẫu Quyết định mức y(nT b )
Hình 1.11 Sơ đồ (a) điều ch và (b) giế ải điều ch c a ế ủ phương pháp ACSK
Bên giải điều chỉnh, sóng mang hồi phục ở đầu ra của khối đồng bộ loạn được tính tương quan với tín hiệu nhận được Tín hiệu đầu ra khối tương quan sẽ được xác định thông qua mẫu thời gian tích phân của độ rộng bit Mẫu thống kê được tính theo
(1.10) Các mẫu sau đó được đưa vào khối quyết định m c vứ ới ngưỡng b ng không Bit d ằ ữ liệu thứ s ẽ được khôi ph c theo công th c (1.8) ụ ứ
T ng quan v h n lo n và k ổ ề ỗ ạ ỹ thuậ t thông tin s h n lo n ố ỗ ạ
1.4.1.3 Khóa d ch h n lo n dị ỗ ạ ựa trên năng lượng bit
Sơ đồ điều chế và giải điều chế CSK không liên kết dựa trên năng lượng bit được trình bày trong Hình 1.12 Ở phía điều chế, hai sóng mang có độ rộng băng tần khác nhau được phát ra với mức năng lượng bit trung bình khác nhau.
, được xác định như sau:
Trong khoảng độ ộ r ng c a m bitủ ỗi , được phát đi nếu là bit ―1ǁ, được phát đi n u là bit ế ―0ǁ. r(t)
Dữ liệu khôi phục (n-1)T b nT b
Khối ước lượng năng lượng bit nT b
Lấy mẫu Quyết định mức
Hình 1.12 Sơ đồ (a) điều ch (b) giếvà ải điều ch cế ủa phương pháp CSK dựa trên năng lượng bit
Bên phía giải điều chỉnh, tín hiệu nhạy cảm được đưa vào khối ước lượng năng lượng bit Giá trị trung bình của năng lượng bit sẽ được xác định theo chu kỳ Năng lượng bit trung bình của từng bit được xác định bởi các yếu tố nhất định.
Mẫu này được đưa vào khối quyết định m c v i giá tr ứ ớ ị ngưỡng,
Giá tr nh phân cị ị ủa bit thứ được quyết định như sau:
Giớ i thi u 41 ệ 2.2 Nguyên lý c ủa phương pháp CPWPM
Trong chương này, tác giả sẽ giới thiệu một phương pháp điều khiển thời gian xung (PTM) dựa trên sự kết hợp của điều khiển vị trí xung (PPM), điều khiển rung xung (PWM) và hạn chế độ ồn, được gọi là phương pháp điều khiển vị trí-rung xung hạn chế độ ồn (CPWPM) Phương pháp này sử dụng dữ liệu nhị phân để điều chỉnh hai thông số liên quan đến thời gian, bao gồm vị trí và độ rung xung.
Cảm biến này được điều chỉnh theo trạng thái động của hệ thống trong suốt quá trình hoạt động Vị trí của cảm biến được xác định bằng khoảng cách giữa sườn tăng của nó và sườn tăng của xung trước đó, trong khi độ rộng chính là khoảng cách giữa sườn tăng và sườn giảm của nó.
Hình 2.1 Minh h a tín hi u theo thọ ệ ời gian của các phương pháp điều ch PPM, PWM, CPPM và ế
Sự khác biệt chính giữa tín hiệu CPWPM và các tín hiệu PPM, PWM, CPPM trong miền thời gian được thể hiện trong Hình 2.1 Trong PPM truyền thống, độ dài xung được điều chỉnh theo khoảng cách, trong khi độ rộng của các xung vẫn giữ nguyên.
Phương pháp điề u ch v trí- r ng xung h n lo n CPWPM ế ị độ ộ ỗ ạ
Trong phương pháp CPWPM, khoảng cách và độ rộng xung được điều chế để mang thông tin và biến đổi hỗn loạn, tương tự như CPPM Sự khác biệt giữa các bit "0" và "1" được điều chế qua độ rộng xung, giúp khôi phục thông tin nhị phân từ hai bit Điều này tăng tốc độ bit truyền dữ liệu Tín hiệu sau điều chế CPWPM có dạng chuỗi xung, kế thừa khả năng đồng bộ từ CPPM Hơn nữa, với việc điều chỉnh vị trí và độ rộng xung, khả năng băng thông của CPWPM sẽ được cải thiện đáng kể so với CPPM.
Phương pháp CPWPM, tương tự như CPPM trước đó, đã giải quyết các vấn đề đồng bộ hóa và bù trừ trong truyền thông, mặc dù vẫn gặp khó khăn với băng thông thấp và hạn chế trong lựa chọn tín hiệu Chương này sẽ đề xuất các giải pháp kết hợp CPWPM với các phương pháp điều chế truyền thống để cải thiện hiệu suất Cụ thể, tốc độ bit truyền dẫn được tăng cường thông qua việc kết hợp với điều chế M-ary, tạo ra phương pháp MxN-ary CPWPM Trong đó, thông tin được chia thành nhiều mẫu tương ứng với giá trị tham chiếu của từng bit Giá trị tham chiếu này sẽ được khôi phục để xác định chuỗi bit, từ đó tăng tốc độ bit đáng kể Hơn nữa, CPWPM hoạt động ở băng cơ sở, cho phép tín hiệu mang thông tin được điều chế thời gian, phù hợp cho các phương pháp điều chế cao tần Phương pháp kết hợp CPWPM và BPSK, gọi là CPWPM-BPSK, mang lại ưu điểm về khả năng linh động trong lựa chọn tần số sóng mang.
Nội dung của bài viết được trình bày như sau: Nguyên lý hoạt động của phương pháp CPWPM được trình bày trong Mục 2.2 Sơ đồ điều chế được đưa ra và phân tích chi tiết trong Mục 2.3 Mục 2.4 đưa ra ước lượng lý thuyết tỷ lệ bit qua kênh nhiều Trạng thái động hằng lớn và các thông số trung bình của hệ thống được khảo sát trong Mục 2.5 Để kiểm tra lại các kết quả phân tích lý thuyết đạt được, mô phỏng và các kết quả thực nghiệm được trình bày trong Mục 2.6 Trong Mục 2.7, sơ đồ điều chế, tỷ lệ bit, điều kiện hằng lớn, và tốc độ bit của phương pháp kết hợp MxN-ary CPWPM được khảo sát với phân tích lý thuyết và mô phỏng Mục 2.8 đưa ra và mô tả các kết quả nghiên cứu.
Nguyên lý của phương pháp CPWPM 43 được trình bày chi tiết qua sơ đồ điều khiển kênh CPWPM-BPSK Phương pháp này sử dụng sóng, đồng pha và tần số ổn định để xử lý lỗi bit được truyền tải bằng các kết quả mô phỏng Cuối cùng, các kết luận quan trọng liên quan đến phương pháp này được đưa ra trong mục 2.9.
2.2 Nguyên lý c ủa phương pháp CPWPM
Chu i xung u ra b ỗ đầ ộ điều ch CPWPM có th ế ể được bi u diể ễn như sau:
Hàm bước đơn vị (Unit-step function) là một thành phần quan trọng trong việc mô tả tín hiệu, với biên độ xung không đổi và thời điểm phát ra xung được xác định Dữ liệu được ký hiệu và chỉ nhận giá trị 0 hoặc 1, thể hiện sự chuyển đổi giữa các trạng thái trong hệ thống.
―1ǁ), được điều chế lần lượt vào vị trí và độ rộng c a xung th ủ ứ theo quy luật sau:
(2.2) trong đó, là m t biộ ến đổi phi tuy n; và ế là sai khác th i gian tr ờ ễ giữa bit ―0ǁ và
Độ sâu điều chỉnh tương ứng với vị trí và độ rộng, được xác định bởi khoảng cách giữa hai xung liên tiếp Các thông tin về vị trí và độ rộng của các xung đều chứa đựng dữ liệu quan trọng và có sự biến đổi trong quá trình điều chỉnh Hệ thống động có thể được mô tả bằng công thức cụ thể, cho thấy rằng trong trạng thái hỗn loạn, các biến trạng thái như vị trí và độ rộng cũng sẽ có sự biến đổi đáng kể trong quá trình điều chỉnh.
Trong giải điều chỉnh, vị trí và độ động của xung được xác định rõ ràng, kết hợp với thông số vị trí cũ của xung trước đó đã được điều chỉnh Các giá trị trung gian cũng sẽ được xác định dựa trên các thông số này.
(2.3) sau đó lần lượt các các bit d li u s ữ ệ ẽ được khôi ph c b ng quyụ ằ ết định cứng như sau:
Sơ đồ điề u ch và gi ế ải điề u ch CPWPM 43 ế 1 Khố i phát xung h n lo n kép (Dỗạ CP G) P
Dựa vào nguyên lý đã nêu, các sơ đồ điều chỉnh và giám sát CPWPM được trình bày trong Hình 2.2 Những sơ đồ này được thiết kế xung quanh khối phát xung vị trí 12 kênh kép (Dỗ ạ CP G) như thể hiện trong Hình 2.3 Hình 2.4 minh họa các tín hiệu trong miền thời gian bên phía điều chỉnh.
Phương pháp điề u ch v trí- r ng xung h n lo n CPWPM ế ị độ ộ ỗ ạ
PTEG Đệm dữ liệu 1 Đệm dữ liệu 2
(b) Đệm dữ liệu 2 Đệm dữ liệu 1
Hình 2.2 Sơ đồ (a) điều ch (b) giếvà ải điều ch cho ế phương pháp CPWPM
2.3.1 Khối phát xung h n lo n ỗ ạ kép (DCP G)P
Trong DCPPG, b m hoộ đế hoạt động ở chế độ chạy tự do để tạo ra tín hiệu liên quan đến mức tăng giảm Thời gian tính toán được xác định từ thời điểm thiết lập lại và được điều chỉnh bởi tín hiệu áp Đây là bước đếm (độ chính xác) Điểm này được thiết lập mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố ở xung đầu vào (tín hiệu Reset) Trước khoảng thời gian thiết lập lại, hệ thống sẽ hoạt động theo cách đã được định sẵn.
Sơ đồ điều chỉnh và giải điều chỉnh CPWPM ế 45 được lưu bởi khối điều khiển và giảm áp (S/H) Giá trị đầu ra sau đó được đưa vào khối biến đổi phi tuyến B khối khuếch đại với hệ số khuếch đại được sử dụng để tạo ra một tín hiệu tăng tuyến tính khác.
Khi biên độ của các tín hiệu đầu vào đạt đến mức giá trị tối đa của khởi đầu, hai xung hẹp sẽ xuất hiện ở các đầu ra, cho thấy độ ốc cao hơn so với tín hiệu đầu vào.
Hai tín hiệu 2 và 1 được phát ra tại các thời điểm tương ứng, cho thấy sự quan trọng của việc nhận biết thời điểm chính xác Với hàm xác định, các thời điểm này có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi giá trị của các thông số liên quan Bằng cách lựa chọn hợp lý các giá trị và các thông số cố định của hàm, đầu ra 1 có thể liên kết với đầu vào để tạo thành một vòng lặp kín Qua đó, CPD PG phát ra hai chuỗi xung với vị trí rõ ràng tại các đầu ra của nó.
Hình 2.3 Sơ đồ khối phát xung v trí h n lo n kép DCPPG ị ỗ ạ
Trong sơ đồ điều chỉnh, dòng bit được chia thành hai dòng bit song song thông qua kỹ thuật chuyển đổi song song (S/P) Hai dòng bit này sau đó được đưa vào các bộ đệm dữ liệu tương ứng Bằng cách sử dụng các khối điều chỉnh trễ, dữ liệu được điều chỉnh lần lượt vào các khoảng cách xung của hai chuỗi xung đầu ra Tại các khối điều chỉnh trễ, các xung đầu vào kích thích các bộ đệm dữ liệu tương ứng để xuất các bit nhị phân tiếp theo Tùy thuộc vào giá trị phân cực của các bit này, các xung đầu vào O2(t) và O1(t) được trễ bởi các khoảng thời gian cố định Do đó, các xung bị trễ M2(t) và M1(t) ở các đầu ra của các khối điều chỉnh trễ 2 và 1 được phát ra tại các thời điểm nhất định.
Hai chuỗi xung hẹp được điều chỉnh và đưa vào khối phát xung kích thích bởi PTEG Đầu ra của khối PTEG được chuyển lên mức cao và xuống mức thấp theo các kích thích tương ứng M1(t) và M2(t) để xác định vị trí và độ rộng của các xung Độ rộng của xung và vị trí của xung được xác định thông qua các khoảng thời gian cụ thể.
Phương pháp điề u ch v trí- r ng xung h n lo n CPWPM ế ị độ ộ ỗ ạ
Các thông số và giá trị hợp lý sẽ được lựa chọn để hệ thống biểu diễn bi công thức (2.5 vẽ ở ứ) vận động hơn loỗ ạn Điều này có nghĩa là vị trí và độ rộng các xung ộ cũng sẽ biến đổi hơn lo n.
Hình 2.4 minh họa tín hiệu miền thời gian trong khối điều chế CPWPM, bao gồm: (a) tín hiệu tăng tuyến tính đầu ra b m và b khu vực điều chế; (b), (c) tín hiệu đầu ra 1 và 2 của khối DCPPG; (d), (e) tín hiệu đầu vào 1 và 2 của khối PTEG; và (f) tín hiệu CPWPM ước lượng lý thuyết xác suất lượng tử.
Trong sơ đồ giải điều chỉnh, tín hiệu nhảy được đưa vào bộ phát xung kích thích bởi sườn (ETPG) ETPG được kích thích bởi sườn tăng và sườn giảm của các xung đầu vào để tạo ra các xung hợp lệ ở đầu ra 1 và 2 Đầu ra 1 được điều khiển khi Dố hoàn toàn giống như bên điều chỉnh Khi trạng thái đồng bộ được thiết lập và duy trì, hai chuỗi xung được phát lại chính xác như bên điều chỉnh Tại các bậc tách 1 và 2, các xung hợp lệ phát lại ở CPPG sẽ được so sánh với các xung hẹp phát ra từ ETPG để xác định các khoảng thời gian tương ứng Giá trị trung gian sẽ được xác định bởi các kết quả so sánh này.
Sử dụng quy trình quyết định cứng như trong công thức (2.4), các bit dữ liệu sẽ được khôi phục Những bit này được đưa vào các bộ giải mã dữ liệu tương ứng Mỗi lần có sự tác động của các xung từ DCPPG, bộ giải mã sẽ xuất ra một bit Khi chuyển đổi từ bộ dữ liệu sang dạng song song-nối tiếp (P/S), hai dòng bit đầu vào được ghép lại, và dòng bit đầu ra chính là dữ liệu được khôi phục.
Chuỗi xung CPWPM đóng vai trò quan trọng trong việc đồng bộ hóa hệ thống, tương tự như CPPM, với khả năng tự động thiết lập lại đồng bộ Công thức (2.3) xác định ba khoảng thời gian cần thiết để tái đồng bộ và khôi phục chính xác dữ liệu Các thông số và hàm được coi như một khóa bảo mật, đảm bảo rằng dữ liệu chỉ được khôi phục chính xác khi máy thu nhận đủ thông tin từ khóa này.
CPWPM tăng tốc độ bit lên gấp đôi so với PPM, PWM hoặc CPPM nhờ vào việc khôi phục dữ liệu từ hai bit được truyền Các bit dữ liệu được đưa vào hai đầu vào riêng biệt trong sơ đồ điều chế và được khôi phục ở hai đầu ra tương ứng trong sơ đồ giải điều chế Điều này cho phép CPWPM cung cấp một phương pháp đa truy nhập hiệu quả cho hai người dùng.
2.4 Ƣớc lƣợ ng lý thuy ế t xác su t l i bit ấ ỗ
CPWPM AWGN Khối tách ngưỡng
Khối giải điều chế CPWPM
Hình 2.5 Sơ đồ khố ệ thối h ng thông tin CPWPM v i kênh AWGNớ
Phương pháp điề u ch v trí- r ng xung h n lo n CPWPM ế ị độ ộ ỗ ạ
Mô hình hệ thống CPWPM được sử dụng để ước lượng tín hiệu đầu vào từ khối tách ngưỡng, bao gồm tín hiệu hữu ích và nhiễu Gaussian trắng (AWGN) trong kênh truyền Khi biên độ của tín hiệu vượt qua giá trị ngưỡng, các sườn xung tương ứng sẽ được tạo ra Chuỗi xung nhận được sẽ được đưa vào khối giải điều chế CPWPM để khôi phục lại dữ liệu nguyên bản.
U CPWPM (t) m2 Khoảng tách sườn giảm
Hình 2.6 C a s ử ổ tách sườn xung của phương pháp CPWPM
Các ca sử ổ tách cho sườn tăng và sườn giảm của xung bên phía giả ủ được minh họa trong Hình 2.6 Giả sử rằng khi giám sát điều chế duy trì đồng bộ tất cả các thời gian, các chuỗi xung phát lại ở các đầu ra của CPD PG hoàn toàn giống với bên khối điều chế, lúc này các thời điểm được xác định rõ ràng Các khoảng thời gian tách sườn tăng và sườn giảm sẽ được điều chỉnh tương ứng.
Ki ế n trúc và ho ạt độ ng c a h ủ ệ th ố ng CBD-DS/SS
Máy phát và máy thu được thiết kế dựa trên các khối phát vị trí xung biến đổi (VPP) và chuỗi PN, được gọi là khối phát VPP-PNS Các sơ đồ khối của khối phát VPP-PNS và hệ thống thông tin trải phổ đã được trình bày trong Hình 3.2 và Hình 3.3 tương ứng.
H ệ thố ng thông tin tr i ph chu i tr c ti p v ả ổ ỗ ự ế ới độ ộ r ng bit bi ế n đ ổ i d a trên h n lo n ự ỗ ạ
3.1.1 Khối phát v trí xung biị ến đổi và chu i PN (ỗ khối phát VPP-PNS)
Trong quá trình phát xung VPP-PNS, chuỗi xung clock phải được điều chỉnh để đảm bảo độ chính xác Tín hiệu khởi động được đưa vào bộ đếm và khởi phát chuỗi PN Tại thời điểm khởi động, xung nhấp nháy bắt đầu hoạt động và giữ mẫu (S/H) được gán một giá trị khởi động cụ thể Bộ đếm hoạt động trong chế độ chạy tự do để tạo ra tín hiệu tăng dần theo thời gian.
Bài viết này đề cập đến bước đếm giá trị tăng trong một chu kỳ xung nhịp, cùng với số lượng xung nhịp đầu vào từ thời điểm khởi động Khi tín hiệu tăng đạt đến một mức nhất định, sẽ có sự biến đổi phi tuyến, ảnh hưởng đến hàm hồi tiếp trong hệ thống.
), kh i so sánh phát ra u ra 1 m t xung vố ở đầ ộ ới độ ộ r ng c nh ố đị t i thạ ời điểm,
Xung nhộp đầu vào trong kho ngả được xác định bằng không thời gian và hàm lấy s nguyên (Floor function) Xung này kích thích khối phát chuỗi PN để bắt đầu hoạt động, đồng thời kích thích khối S/H để lưu lại giá trị Sau đó, giá trị này sẽ được đưa vào bộ đếm để thực hiện tín hiệu Reset Một vòng lặp sẽ được thiết lập để phát ra các xung tiếp theo theo quá trình đã mô tả Tổng quát, chuỗi xung đầu ra sẽ được biểu diễn như sau:
(3.1) trong đó, xung thứ được phát ra t i thạ ời điểm
(3.2) và vị trí của nó được xác định bởi khoảng thời gian
(3.3) với là hàm dạng xung chữ nhật được định nghĩa bởi
Khối phát xung nhịp f c =1/T c bắt đầu
Bộ đếm Khối so sánh m
Hình 3.2 Sơ đồ ủ c a khối phát xung vị trí biến đổi và chu i PN (ỗ khối phát VPP-PNS)
Kiế n trúc và ho ạt độ ng của hệ th ng CBD-DS/SS ố 75
Dựa trên thời điểm khởi động xác định, công thức (3) cho thấy rằng vị trí của các xung đầu ra trong khối biến đổi phi tuyến sẽ thay đổi theo tín hiệu đầu vào Sự biến đổi này phụ thuộc vào hàm đầu vào, giá trị khởi động và bước đếm trong quá trình lặp.
Chuỗi PN được phát ra tại đầu ra 2 với các chip có độ rộng cố định được biểu diễn bằng chuỗi xung NRZ như sau:
(3.5) trong đó và lần lượt là giá trị nhị phân của chip thứ và số lượng các chip trong khoảng thời gian ; hàm như trong công thức (3.4)
Hình 3.3 Sơ đồ khố ệ thối h ng thông tin CBD-DS/SS
Trong máy phát, xung kích thích được sử dụng để truyền một bit dữ liệu đến đầu ra Do đó, xung này sẽ được phát ra tại một thời điểm nhất định và độ rộng của nó sẽ không thay đổi theo thời gian Dựa vào công thức (3.2), độ rộng của bit thứ nhất sẽ được xác định bởi các yếu tố liên quan.
Công thức (3.6) thể hiện rằng độ ẩm của rừng biến đổi theo giá trị nồng độ và phụ thuộc vào các yếu tố môi trường Với một hàm xác định, trong quá trình lập, các giá trị đầu ra của nó sẽ được xác định đầy đủ.
H ệ thố ng thông tin tr i ph chu i tr c ti p v ả ổ ỗ ự ế ới độ ộ r ng bit bi ế n đ ổ i d a trên h n lo n ự ỗ ạ
76 biến đổi hỗn loạn luôn nằm trong một miền xác định Điều này sẽ dẫn đến sự biến đổi của độ ổn định trong không thời gian xác định trong quá trình thông tin Bởi vì độ ổn định của chip là không đổi, do đó số chip trên một bit cũng sẽ được duy trì.
, được g i là h s tr i phọ ệ ố ả ổ, cũng sẽ biến đổi trong m t khoộ ảng xác định nh t công th c (3 được xác đị ừ ứ 6) như sau:
Trong quá trình thiết kế, giá trị của các thông số kỹ thuật được xác định trước để đảm bảo các thông số thu được mong muốn của hệ thống, như băng thông (BW), tốc độ bit trung bình và tỷ lệ lỗi bit (BER) Hàm hàm lượng và khoáng giá trị biến đổi có liên quan đến các giá trị đạt yêu cầu, và bước đếm sau đó được hợp lý hóa để thống nhất Phân tích sự lựa chọn này sẽ được trình bày trong Mục 3.4.
D u nh phân vữ liệ ị ới độ ộ r ng bit biến đổi ở đầ u ra c a ngu n d u s ủ ồ ữ liệ ẽ được bi u diể ễn dướ ại d ng chuỗi xung NRZ như sau
(3.8) trong đó là giá trị nhị phân của bit thứ , hàm dạng xung chữ nhật được định nghĩa bởi
Quá trình tri phả ổ được thực hiện bằng cách nhân các bit dữ liệu với chuỗi PN Tín hiệu tri phả ổ thu được sau đó được điều chế vào sóng mang hình sin bằng phương pháp BPSK, tạo ra tín hiệu DS/SS BPSK.
(3.10) với và lần lượt là biên độ và t n s sóng mang Tín hi u ầ ố ệ được phát đi ở đầu ra của máy phát
Các khối phát VPP-ố PNS trong máy phát và máy thu được thiết kế như những mô-đun, cho phép thực hiện trên các vi mạch như FPGA hay DSP Thiết kế này đảm bảo rằng không có sai số giữa hai khối phát VPP-ố PNS khi chúng hoạt động trên cùng một loại vi mạch Khi đó, chuỗi xung vị trí bị biến đổi và chuỗi PN được phát lại bên phía thu hoàn toàn tương tự như bên phát Điều này cho phép áp dụng những phương pháp đồng bộ đã có của hệ thống DS/SS truyền thông hoặc hệ thống CS-DS/SS cho hệ thống đề xuất Để đơn giản, hoạt động của máy thu được phân tích với ba tín hiệu chính, bao gồm sóng mang hình sin, chuỗi xung vị trí bị biến đổi và chuỗi PN, với máy phát đã được thiết lập và duy trì.
Tín hiệu nhệ ận là một phần quan trọng trong việc truyền tải thông tin qua các kênh truyền dẫn Đầu tiên, tín hiệu này được nhận và xử lý bởi chuỗi PN, giúp cải thiện độ chính xác và giảm thiểu nhiễu trong quá trình truyền Việc áp dụng lý thuyết này cho phép tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống truyền thông.
(3.11) sau đó, tín hiệu thu được được tr n v i sóng mang hình sin b i phép nhân ộ ớ ở
Tín hiệu đầu ra được đưa vào khối tích phân, nơi mà các xung ở đầu vào kích thích quá trình tích phân Khoảng thời gian tích phân của bit tương ứng được xác định bởi khoảng cách giữa hai xung liên tiếp Trước mỗi thời điểm tích phân, giá trị đầu ra của khối tích phân được tính toán dựa trên các xung đã nhận, và giá trị này sẽ được xác định tại thời điểm cụ thể.
Trong nghiên cứu này, thành phần tín hiệu mong muốn được xác định, trong khi các yếu tố khác không được đề cập do ảnh hưởng của chu kỳ sóng mang Sự tương quan giữa các yếu tố này cho thấy biên độ của thành phần tín hiệu mong muốn thấp hơn nhiều so với các thành phần khác Cuối cùng, mẫu thu được sẽ được đưa vào khối quyết định mức để khôi phục lại giá trị phân cụm của bit.
3.2 Ƣớc lƣợ ng lý thuy ế ỷ t t l l bit ệ ỗ i
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích khả năng hoạt động của hệ thống truyền thông triệt tiêu CBD-DS/SS qua kênh truyền có nhiễu AWGN Tại máy thu, thời điểm lấy mẫu và quyết định có ảnh hưởng lớn đến việc xác định một bit đầu ra, đặc biệt khi nhiễu vượt quá biên độ tín hiệu mong muốn Do đó, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) của mẫu đầu ra là thông số quan trọng để ước lượng tỷ lệ lỗi bit (BER) của hệ thống.