Nghiên cứu các kỹ thuật đồng bộ trong hệ thống thông tin hỗ loạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

PHẠM ĐĂNG BUA

NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ
TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN HỖN LOẠN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Truyền thơng

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT TRUYỀN THƠNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. VŨ VĂN YÊM

Hà Nội – Năm 2014
0


MỤC LỤC
Lời cảm ơn ......................................................................... ................... 4
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................... ..................... 5
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................ ..................... 6
SUMMARY OF THE THESIS .................................................... ..................... 8
DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ............ ................... 10
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ..................................................... ................... 12
MỞ ĐẦU ........................................................................................ ................... 18
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................. 18
2. Lịch sử nghiên cứu .............................................................................. 18

3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu .. 22
4. Đóng góp mới của luận văn ................................................................. 22
5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 23
6. Kết cấu của luận văn ............................................................................ 23
NỘI DUNG..................................................................................... ................... 25
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THƠNG TIN SỐ SỬ DỤNG
ĐẶC TÍNH HỖN LOẠN VÀ ĐỘNG HỌC PHI TUYẾN ......... ................... 25
1.1. Giới thiệu .......................................................................................... 25
1.2. Truyền thông vô tuyến dựa trên động học phi tuyến và hỗn loạn .... 27
1.3. Tổng quan về hỗn loạn ..................................................................... 28
1.3.1. Giới thiệu ................................................................ ................... 28
1.3.2. Ứng dụng hỗn loạn vào truyền thông ..................... ................... 29
1.3.2.1. Điều chế tương tự ............................................ ................... 29
1.3.2.2. Điều chế số....................................................... ................... 29
1.3.2.3. Trải phổ dãy trực tiếp ...................................... ................... 30
1.4. Truyền thông vô tuyến dựa trên động học phi tuyến và hỗn loạn .... 31
1.4.1. Thông tin vô tuyến sử dụng sóng mang hỗn loạn .. ................... 31
1.4.2. Điều chế vị trí xung hỗn loạn vơ tuyến .................. ................... 38
1.5. Một số hệ thống hỗn loạn điển hình ................................................. 41
1.5.1. Hệ thống Lorenz ..................................................... ................... 41
1.5.2. Hệ thống Rossler .................................................... ................... 42
1.5.3. Mạch Chua ............................................................. ................... 43
1.5.4. Mạch dao động Colpitts ......................................... ................... 44
1


Kết luận chương 1.................................................................................... 45
Chương 2. TỔNG QUAN CÁC KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ
TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN HỖN LOẠN..................... ................... 46
2.1. Giới thiệu .......................................................................................... 46

2.2. Khái niệm cơ bản về đồng bộ hỗn loạn ............................................ 47
2.3. Tổng quát hóa các nội dung đã được nghiên cứu ............................. 48
2.4. Đồng bộ có mã hóa thơng tin............................................................ 49
Kết luận ............................................................................ ................... 54
2.4. Một số kỹ thuật đồng bộ trong hệ thống thông tin hỗn loạn ............ 55
2.4.1. Khái niệm về một số loại đồng bộ trong hệ thống hỗn loạn ..........
.............................................................................................. 55
2.4.2. Đồng bộ dự đoán .................................................... ................... 56
2.4.2.1. Giới thiệu ........................................................ ................... 56
2.4.2.2. Một số ví dụ .................................................... ................... 58
2.4.3. Đồng bộ tổng quát ................................................. ................... 60
2.4.3.1. Giới thiệu ......................................................... ................... 60
2.4.3.2. Lý thuyết về đồng bộ tổng quát ....................... ................... 61
2.4.3.3. Đồng bộ tổng quát trong các hệ thống............. ................... 61
Kết luận ......................................................................... ................... 64
2.4.4. Đồng bộ trễ ............................................................. ................... 64
2.4.4.1. Giới thiệu ......................................................... ................... 64
2.4.4.2. Lý thuyết về đồng bộ trễ .................................. ................... 64
2.4.5. Đồng bộ xạ ảnh....................................................... ................... 66
2.4.5.1 Giới thiệu .......................................................... ................... 66
2.4.5.2 Đồng bộ xạ ảnh trong hệ thống hỗn loạn MLCL ................. 66
2.4.5.3. Điều khiển trong đồng bộ xạ ảnh..................... ................... 70
Kết luận ......................................................................... ................... 73
2.4.6. Đồng bộ hoàn chỉnh ngược .................................... ................... 73
2.4.6.1 Giới thiệu .......................................................... ................... 73
2.4.6.2. Đồng bộ hoàn chỉnh ngược trong hệ thống đa hồi tiếp Ikeda .
........................................................................................... 73
Kết luận ......................................................................... ................... 76
Kết luận chương 2.................................................................................... 76

2


Chương 3. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ
BỘ PHÁT TÍN HIỆU DAO ĐỘNG HỖN LOẠN ...................... ................... 77
3.1. Giới thiệu hệ thống hỗn loạn ............................................................ 77
3.2. Hệ thống Lorenz ............................................................................... 77
3.3. Hệ thống Rossler............................................................................... 85
3.3. Hệ thống Linz và Sprott.................................................................... 91
3.4. Hệ thống Chua .................................................................................. 98
Kết luận chương 3.................................................................................. 106
Chương 4. NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN HỖN LOẠN VÀ ÁP DỤNG KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ HOÀN
CHỈNH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN HỖN LOẠN ...... ................. 107
4.1. Đồng bộ hỗn loạn............................................................................ 107
4.2. Khả năng đồng bộ từ việc kiểm soát hệ thống hỗn loạn ................ 108
4.2.1. Khả năng kiểm soát nội tại cho khả năng đồng bộ hoàn chỉnh......
............................................................................................ 109
4.2.2. Khả năng theo dõi nội tại cho khả năng đồng bộ hoàn chỉnh .. 110
4.3. Khả năng đồng bộ hoàn chỉnh ........................................................ 111
4.4. Đồng bộ hệ thống Lorenz ............................................................... 112
4.4.5. Đồng bộ hoàn chỉnh hệ thống Lorenz sử dụng mơ phỏng thuần túy
tốn học .................................................................................... ................. 127
4.5. Đồng bộ hệ thống Rossler .............................................................. 132
4.6. Đồng bộ của hệ thống Linz và Spott .............................................. 143
4.7. Đồng bộ hệ thống Chua .................................................................. 152
Kết luận chương 4.................................................................................. 164
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU.................................. ................. 165
KẾT LUẬN ........................................................................................... 165
HƯỚNG NGHIÊN CỨU....................................................................... 166

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................... ................. 167
PHỤ LỤC HÌNH VẼ MƠ PHỎNG CÁC KIẾN TRÚC SIMULINK ........ 172

3


Lời cảm ơn
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các thầy giáo, cô giáo - các nhà
khoa học của Viện Điện tử Viễn thông, Viện Đào tạo Sau đại học - Trường Đại
học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian học
tập và nghiên cứu tại trường. Đặc biệt, em xin cảm ơn thầy giáo PGS. TS. Vũ
Văn Yêm đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, định hướng nghiên cứu và giúp đỡ em
trong quá trình làm luận văn. Đề tài rất mới và khó, mặc dù đã cố gắng hết sức,
song luận văn của em vẫn còn nhiều thiếu sót, kính mong Q thầy cơ và đồng
nghiệp đóng góp ý kiến để luận văn của em được hồn thiện hơn.
Cảm ơn gia đình, bạn bè và những người thân đã tạo điều kiện, động viên
giúp đỡ em hồn thành luận văn thạc sĩ của mình.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2014
Học viên

Phạm Đăng Bua

4


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung trong luận văn này là do tôi tự nghiên cứu và
thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Vũ Văn Yêm.
Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2014

Học viên:

Phạm Đăng Bua

5


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Tín hiệu hỗn loạn, nhất là hỗn loạn trong viễn thông đã được biết đến từ lâu thông
qua các nghiên cứu về điều chế xung hỗn loạn, trải phổ tín hiệu hỗn loạn… Sự thực là
hiện tượng hỗn loạn hiện diện trong hầu như tất cả các ngành khoa học như: toán học,
vật lý, y học, sinh học, thiên văn và dự báo thời tiết, viễn thông… Nhưng riêng trong
lĩnh vực viễn thông, hỗn loạn vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi. Mặc dù tín hiệu hỗn
loạn có tính bảo mật truyền thơng rất cao. Một trong những lý do chính, đó là vì việc
nghiên cứu về các kỹ thuật đồng bộ trong hệ thống thông tin hỗn loạn chưa được áp
dụng nhiều trong thực tế các hệ thống viễn thông mà chỉ dừng lại ở các nghiên cứu, ứng
dụng trong quân sự và công nghệ cao của các nước có nền khoa học phát triển trên thế
giới. Kể từ khi công bố khoa học của Louis M. Pecora và Thomas L. Carrol thuộc viện
nghiên cứu hải quân Mỹ đưa ra trong bài báo “Synchronization in Chaotic System” đăng
trên tạp chí Physical Review Letters năm 1990 thì việc nghiên cứu về đồng bộ hỗn loạn
trong hệ thống thơng tin mới có bước đột phá từ đây. Trong bài báo, Pecora và Carrol
đã tiến hành đồng bộ các hệ thống hỗn loạn bằng cách kết nối hệ thống hỗn loạn phụ
(Slave) phi tuyến với hệ thống hỗn loạn chủ (Master) bằng tín hiệu điều khiển thơng
thường. Họ đã sử dụng tiêu chuẩn là dấu hiệu của các số mũ phụ Lyapunov. Họ đã tiến
hành đồng bộ hỗn loạn trên mạch điện tử thật áp dụng ý tưởng trên. Điều đó đã chứng
tỏ khả năng đồng bộ giữa các hệ thống thơng tin hỗn loạn là hồn tồn khả thi và có khả
năng ứng dụng cao trong viễn thơng cũng như các ngành khoa học khác có liên quan
đến hỗn loạn. Tính khả thi để đồng bộ hai hệ thống hỗn loạn lần đầu tiên được thực hiện
dựa trên lý thuyết đề xuất bởi Pecora và Carroll, và sau đó được tổng qt cho khái niệm
đồng bộ tích cực - thụ động (Master - Slave) được đề xuất bởi Kocarev và Parlitz. Chính

vì thành cơng trong việc nghiên cứu đồng bộ hỗn loạn của Pecora và Carrol, Kocarev
và Parlitz cùng với các nhà khoa học tiên phong khác trong lĩnh vực nghiên cứu các kỹ
thuật đồng bộ trong hệ thống thông tin hỗn loạn đã khiến cho đồng bộ hỗn loạn ngày
càng trở thành đề tài được quan tâm và nghiên cứu của các nhà khoa học trên toàn thế
giới trong tất cả các lĩnh vực nói chung và viễn thơng nói riêng.
Với mục đích của luận văn là nghiên cứu các kỹ thuật đồng bộ trong hệ thống
thông tin hỗn loạn, tác giả muốn đóng góp một phần nhỏ việc tổng hợp kiến thức về mặt
lý thuyết của động học phi tuyến và hỗn loạn ứng dụng trong truyền thơng, ví dụ như
điều chế xung hỗn loạn, trải phổ tín hiệu hỗn loạn…. đã được nghiên cứu bởi các nhà
khoa học. Tác giả nghiên cứu lý thuyết các kỹ thuật đồng bộ trong hệ thống thông tin
hỗn loạn, đồng bộ hỗn loạn có mã hóa thơng tin để phục vụ trong truyền thơng. Tác giả
tổng hợp, phân tích các phương pháp đồng bộ hỗn loạn đã được nghiên cứu: đồng bộ
tổng quát, đồng bộ pha, đồng bộ trễ, đồng bộ dự đoán, đồng bộ xạ ảnh, đồng bộ hồn
chỉnh, đồng bộ hồn chỉnh ngược. Sau đó, tác giả đi sâu vào việc thiết kế, mô phỏng 4

6


hệ thống thơng tin hỗn loạn điển hình là Lorenz, Rossler, Chua, Linz và Sprott trên
Matlab-Simulink. Tác giả đi sâu vào nghiên cứu đồng bộ hoàn chỉnh tiếp cận theo quan
điểm hình học, các hệ phương trình vi phân được phân tích và tính tốn sử dụng cơng
cụ tốn học chính ở đây là ma trận. Tác giả tính tốn lỗi hệ thống đồng bộ, tính tốn và
thiết kế lệnh điều khiển đồng bộ hỗn loạn trên Matlab-Simulink. Các bộ tạo dao động
hỗn loạn trên sẽ được tiếp tục dùng để mơ phỏng đồng bộ hồn chỉnh sử dụng một tín
hiệu là lệnh điều khiển đồng bộ hỗn loạn. Các kết quả đồng bộ sẽ được đưa ra dưới dạng
đồ thị, bảng biểu và các attractor để chứng minh chính xác hệ thống đã đạt được đồng
bộ hoàn chỉnh. Thiết kế mơ hình đồng bộ hồn chỉnh của các hệ thống thông tin hỗn
loạn trên là khá chi tiết và sẽ được sử dụng làm hướng nghiên tiếp theo của luận văn đó
là thiết kế, lập trình đồng bộ hồn chỉnh mạch trên vi mạch khả trình FPGA. Tác giả
cũng có thể làm theo hướng thiết kế và chế tạo mạch điện tử đồng bộ hoàn chỉnh sử

dụng linh kiện chính đơn giản là vi mạch khuếch đại thuật tốn.

7


SUMMARY OF THE THESIS
Signal of chaos especially chaos in tele-communication was already known many
years ago through the studies about modulating chaotic impulsion, spreading chaotic
signal. The fact that phenomenon of chaos has occurred in almost sciencies such as
mathematics, physics, medecine, biology, astronomy, weather forcast telecommunication, philosophy, but especially in the field of tele-communication, chaos
has not been widely applied although signal of chaos has a very hight secrecy of
communication. One of the main reasons is that the studies about the techniques of
synchronization in the system of chaotic communication have not been widely applied
in the system of tele-communication however they stand at the studies of applying in
military, excellent industries of the countries with the developed sciencies in the world.
Since when the scientific promulgation of Louis M Pecora and Thomas L Carrol
belonging to the US institute of naval forces was presented in the article
“synchronization in chaotic system” published on the magazine “Physical Review letters
1990”, from that time on the studies about synchronization of chaos in the system of
communication have rapidly developed. In the article, Pecora and Carrol had carried out
synchronizing the chaotic systems by combining the minor chaotic non-clinear system
with the chaotic Master system by using normal controll signal. They had used the
standard which was the sign of minor exponents Lyapunov. They had carried out
synchronizing chaos on the real electric circuit applying that idea. The matter had proved
that the ability of synchronizing chaotic communication systems was completely
possible and it could have excellent possibility of applying in tele-communication as
well as in other sciences concerning with chaos. It was possible to synchonize two
chaotic systems which was firstly carried out on the theory presented by Pecora and
Carroll, then comprehended for the idea of active and passive synchonization (Master –
Slave) presented by Kocarev and Patlitz. It was the success in studying synchronizing

chaos by Pecora and Carroll, Kocarev and Patlitz, and other advanced scientists in the
field of studying the techniques of synchonization in the chaotic communication systems
that made synchronizing chaos become the subject which was interested and studied by
the scientists all over the world in the whole fields in general and in tele-communication
in particular.
Through the theme of the thesis: Studying the techniques of synchronization in
chaotic communication system, we wish to take a small part in collecting knowledge
about theory of non-linearities and chaos applied in tele-communication such as
modulating chaotic impulsion, spreading signal already studied by the scientists. We
will study the theory of the techniques of synchronization in chaotic communication

8


system, synchronization of chaos with encoding communication in order to serve telecommunication.
We will synthesize and analyze the chaotic synchronization methods were
researched: general synchronization, phase synchronization, delay synchronization,
anticipating synchronization, projective synchronization, complete synchronization,
opposite complete synchronization. After that we will carry out designing the simulink
for four model chaotic communication systems such as Lorenz, Roslers, Linz and Spott
and Chua on Matlab simulink. We will study complete synchronization bordered
according to the standpoint of geometry, the differential equation systems will be
enalysed and calculated by using chief mathematical instrument which is Matric. We
will calculate the errors of synchronizing system, calculate and design controll
command of chaotic synchronization on Matlab simulink. Generators of chaotic
oscilation will be still used to simulate complete synchronization using a signal which
is controll command for the complete synchronization. The results of synchronization
will be presented with the diagrams, lists and illustrating attractors. To prove exactly the
success of the complete synchronization, designing dummy of completely
synchronizing the chaotic communication system is very detailed. And it will be used

for the next study of the thesis. That is designing, programming complete
synchronization of number circuit on Field Programmable Gate Array (FPGA). We can
also design and make electric circuit for the complete synchronization using the main
component part which simply is algorism amplification microcircuit.

9


DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
STT

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

1

ACM

Additive Chaos Modulation

Điều chế cộng hỗn loạn

2

AS

Anticipating Synchronization

Đồng bộ dự đốn

3

BER

Bit Error Rate

Tỉ số lỗi bit

4

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa chuyển dịch pha nhị phân

5

CDSK

Correlation Delay Shift Keying

Khóa chuyển dịch trễ tương quan

6

CMS

Chaos Masking

Mặt nạ hỗn loạn

7

COOK

Chaotic On-Off Keying

Khóa đóng mở hỗn loạn

8

CPPM

Chaotic Pulse Position Modulation

Điều chế vị trí xung hỗn loạn

9

CPRG

Chaotic Pulse Regenerator

Bộ tái tạo xung hỗn loạn

10

CS

Completed Synchronization

Đồng bộ hồn chỉnh

11

CSK

Chaotic Shift Keying

Khóa chuyển dịch hỗn loạn

12

DCSK

Differential Chaos Shift Keying

Khóa chuyển dịch hỗn loạn vi sai

13

DS

Delay Synchronization

Đồng bộ trễ

14

FIR

Finite Impulse Response

Đáp ứng xung hữu hạn

15

FPGA

Field Programmable Gate Array

Vi mạch khả trình

16

FSK

Frequency Shift Keying

Khóa dịch tần số

17

GS

General Synchronization

Đồng bộ tổng quát

18

KSE

Kolmogorov-Sinai Entropy

19

OOK

On-Off Keying

Khóa đóng mở

20

PD

Peak Detector

Bộ tách sóng đỉnh

21

PHS

Phase Synchronization

Đồng bộ pha

22

PPM

Pulse Position Modulation

Điều chế vị trí xung

10


23

PRS

Projective Synchronization

Đồng bộ xạ ảnh

24

SCSK

Symmetric Chaos Shift Keying

Khóa chuyển dịch hỗn loạn cân bằng

25

SNR

Signal-to-Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

26

WGN

White Gaussian Noise

Nhiễu trắng

11


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ khối của hệ thống thơng tin số ............................................................ 26
Hình 1.2. Hoạt động của DCSK: (a) Bộ phát và (b) Bộ thu .......................................... 32
Hình 1.3. Hoạt động của CDSK: (a) bộ phát, (b) bộ thu ............................................... 33
Hình 1.4. Hoạt động của SCSK: (a) bộ phát, (b) bộ thu ............................................... 35
Hình 1.5. Đặc tính hoạt động của các phương pháp tách sóng dựa trên các phương pháp
tương quan: (a) DCSK, (b) CDSK, và (c) SCSK .......................................................... 35
Hình 1.6.Hiệu năng của của các phương phápDCSK, CDSK và SCSK với M =100……
....................................................................................................................................... 37
Hình 1.7. Minh họa cơ bản phương pháp CPPM .......................................................... 39
Hình 1.8. Hiệu suất làm việc của các cơ chế điều chế PPM:PPM (cơ chế điều chế vị trí

xung có đồng bộ) lệch 3 dB so với BPSK;CPPM lý tưởng bao gồm sự dịch chuyển phát
sinh từ KSE .................................................................................................................... 40
Hinh 1.9. Sơ đồ khối của bộ thu CPPM tối ưu .............................................................. 41
Hình 1.10 Trạng thái hỗn loạn của hệ thống Lorenz theo thời gian (a) và quỹ đạo pha
của chúng (b) ................................................................................................................. 42
Hình 1.11 Trạng thái hỗn loạn của hệ thống Rossler theo thời gian (a) và quỹ đạo pha
của chúng (b) ................................................................................................................. 42
Hình 1.12 Sơ đồ mạch Chua .......................................................................................... 43
Hình 1.13 Đặc tuyến I-V của Chua Diode .................................................................... 43
Hình 1.14 Trạng thái hỗn loạn của mạch Chua ............................................................. 44
Hình 1.15 Sơ đồ mạch dao động Colpitts ...................................................................... 44
Hình 1.16 Trạng thái hỗn loạn của mạch dao động Colpitts ......................................... 45
Hình 2.1. Khái niệm cơ bản của truyền thông đồng bộ hỗn loạn với cùng điều kiện cùng
bộ thu và bộ phát. Lý tưởng nhất, các bộ phát và thu dao động hỗn loạn giống hệt nhau,
được điều khiển bởi cùng một tín hiệu .......................................................................... 46
Hình 2.2. So sánh sự đối xứng giữa máy phát và máy thu trong hệ thống thông tin hỗn
loạn trước khi mã hóa và giải mã thơng tin với các phương pháp CSK, CMS, và hệ thống
ACM .............................................................................................................................. 50
Hình 2.3. So sánh dạng tín hiệu theo thời gian từ các bộ phát (vạch trên) và bộ thu (vạch
dưới) và hàm tương quan của hệ thống đồng bộ quang có và khơng có thơng tin mã hóa:

12


(a) và (b) khơng có thơng tin, (c) và (d) với thông tin trong CSK, (e) và (f) với thông tin
trong CMS, và (g) và (h) với thông tin trong ACM ...................................................... 53
Hình 2.4. Mơ hình master và Slave trong đồng bộ dự đốn.......................................... 57
Hình 2.5. Vùng ổn định của miền dự đốn.................................................................... 58
Hình 2.6. Mối quan hệ giữa K và τ cho mơ hình dự đốn với các hệ thống trong các
trường hợp ..................................................................................................................... 60

Hình 2.7. Các hệ số mũ Lyapunov của các hệ thống liên kết như một hàm của k ....... 63
Hình 2.8. Vịng trịn được giới hạn trong mặt phẳng x1x2 ............................................ 64
Hình 2.9. Kết quả mơ phỏng ........................................................................................ 67
Hình 2.10. Kết quả mơ phỏng với những điều kiện ban đầu khác nhau ....................... 69
Hình 2.11. Đường cong đồng bộ xạ ảnh với phản hồi tuyến tính ................................. 71
Hình 2.12. Kết quả đồng bộ xạ ảnh với phản hồi phi tuyến .......................................... 72
Hình 2.13. Pha điều khiển và đáp ứng điều khiển với α =3 .......................................... 73
Hình 2.14. Mơ phỏng bằng mơ hình Ikeda ................................................................... 75
Hình 2.15. Mơ phỏng hệ thống đồng bộ hồn chỉnh ngược giữa x và y ...................... 75
Hình 3.1. Kiến trúc Simulink của hệ phương trình Lorenz ......................................... 171
Hình 3.2a. X1_out đầu ra của hệ phương trình Lorenz ................................................. 79
Hình 3.2b. X2_out đầu ra của hệ phương trình Lorenz ................................................. 80
Hình 3.2c. X3_Out đầu ra của hệ phương trình Lorenz ................................................ 81
Hình 3.2c. X1outs, X2outs và X3outs các đầu ra của hệ phương trình Lorenz ............ 82
Hình 3.3a. Attractor X1X2 Out của sơ đồ khối Simulink hệ Lorenz ............................ 83
Hình 3.3b. Attractor X2X3 Out của sơ đồ khối Simulink hệ Lorenz............................ 83
Hình 3.3c. Attractor X3X1 Out của sơ đồ khối Simulink hệ Lorenz ............................ 84
Hình 3.3d. Attractor 3 chiều X1X2X3 Out của sơ đồ khối Simulink hệ Lorenz .......... 84
Hình 3.4. Kiến trúc Simulink mơ phỏng hệ thống Rossler Master ............................. 172
Hình 3.5a. Attractor X2X2 của hệ thống Rossler với γ = 2.5 ....................................... 86
Hình 3.5b. Attractor X2X2 của hệ thống Rossler với γ = 3.5 ....................................... 86
Hình 3.5c. Attractor X2X2 của hệ thống Rossler với γ = 4 .......................................... 87
Hình 3.5d. Attractor X2X2 của hệ thống Rossler với γ = 5.7 ....................................... 87

13


Hình 3.6a. X1 Out đầu ra của hệ phương trình Rossler ................................................ 88
Hình 3.6b. X2 Out đầu ra của hệ phương trình Rossler ................................................ 88
Hình 3.6c. X3 Out đầu ra của hệ phương trình Rossler ................................................ 89

Hình 3.6d. X1, X2, X3 Out đầu ra của hệ phương trình Rossler .................................. 90
Hình 3.7. Đồ thị khơng gian 3 chiều Attractor của hệ thống Rossler với γ = 5.7………..
....................................................................................................................................... 91
Hình 3.8. Kiến trúc Simulink của hệ phương trình Linz và Sprott ............................. 173
Hình 3.9a. Attractor của sơ đồ khối mơ phỏng hệ thống Linz và Sprott với α = 0.8…….
....................................................................................................................................... 93
Hình 3.9b. Attractor của sơ đồ khối mô phỏng hệ thống Linz và Sprott với α = 0.675…..
....................................................................................................................................... 93
Hình 3.9c. Attractor của sơ đồ khối mô phỏng hệ thống Linz và Sprott với α = 0.644….
....................................................................................................................................... 94
Hình 3.9d. Attractor của sơ đồ khối mô phỏng hệ thống Linz và Sprott với α = 0.6…….
....................................................................................................................................... 94
Hình 3.10. Kích thước khơng gian 3 chiều Attractor X1X2X3 của hệ thống Linz và
Sprott với α = 0.6 ........................................................................................................... 95
Hình 3.11a. X1 Out đầu ra của hệ phương trình Linz và Sprott với α = 0.6 ................. 95
Hình 3.11b. X2 Out đầu ra của hệ phương trình Linz và Sprott với α = 0.6 ................ 96
Hình 3.11c. X3 Out đầu ra của hệ phương trình Linz và Sprott với α = 0.6 ................. 96
Hình 3.11d. X1, X2, X3 Out đầu ra của hệ phương trình Linz và Sprott với α = 0.6…….
....................................................................................................................................... 97
Hình 3.12. Mạch Chua................................................................................................... 98
Hình 3.13. Đặc tính phi tuyến của mạch Chua .............................................................. 98
Hình 3.14. Kiến trúc Simulink của hệ phương trình Chua .......................................... 174
Hình 3.15. Kiến trúc Simulink của hàm phi tuyến g(x1) ............................................ 175
Hình 3.16a. Đầu ra X1 outs của hệ phương trình Chua với thơng số thiết lập ở cột A
..................................................................................................................................... 100
Hình 3.16b. Đầu ra X2 outs của hệ phương trình Chua với thông số thiết lập ở cột A
..................................................................................................................................... 101

14

Hình 3.16c. Đầu ra X3 outs của hệ phương trình Chua với thơng số thiết lập ở cột A
..................................................................................................................................... 101
Hình 3.16d. Các đầu ra X1outs, X2outs và X3outs của hệ phương trình Chua với thơng
số thiết lập trong cột A ................................................................................................ 102
Hình 3.17a. Atrractor X1X2 của hệ thống Chua với thơng số A ................................ 103
Hình 3.17b. Kích thước khơng gian 3 chiều Attractor hệ thống Chua với thông số A
..................................................................................................................................... 103
Hình 3.17c. Atrractor X1X2 của hệ thống Chua với thơng số B ................................ 104
Hình 3.17d. Kích thước khơng gian 3 chiều Attractor hệ thống Chua với thơng số B
..................................................................................................................................... 104
Hình 3.17e. Atrractor X1X2 của hệ thống Chua với thông số C ................................ 105
Hình 3.17f. Kích thước khơng gian 3 chiều Attractor hệ thống Chua với thơng số C…
..................................................................................................................................... 105
Hình 4.1. Kiến trúc Simulink của hệ thống Lorenz Slave ........................................... 176
Hình 4.2. Kiến trúc Simulink của lệnh điều khiển u cho mơ hình đồng bộ hệ thống
Lorenz .......................................................................................................................... 177
Hình 4.3. Kiến trúc Simulink của đồng bộ hoàn chỉnh hệ thống Lorenz .................... 178
Hình 4.4a. Hệ thống Lorenz Master và Lorenz Slave với những điều kiện ban đầu khác
nhau ............................................................................................................................. 122
Hình 4.4b. Hệ thống Lorenz Master và Lorenz Slave với những điều kiện ban đầu khác
nhau ............................................................................................................................. 123
Hình 4.5a. Lệnh điều khiển u của mơ hình đồng bộ hệ thống Lorenz ........................ 124
Hình 4.5b. Lỗi tín hiệu e1 của mơ hình đồng bộ hệ thống Lorenz .............................. 124
Hình 4.5c. Lỗi tín hiệu e2 của mơ hình đồng bộ hệ thống Lorenz .............................. 125
Hình 4.5d. Lỗi tín hiệu e3 của mơ hình đồng bộ hệ thống Lorenz .............................. 125
Hình 4.6a. Kết quả mơ phỏng đồng bộ hoàn chỉnh X1Y1 của hệ thống Lorenz ........ 126
Hình 4.6b. Kết quả mơ phỏng đồng bộ hồn chỉnh X2Y2 của hệ thống Lorenz ........ 126
Hình 4.6c. Kết quả mơ phỏng đồng bộ hồn chỉnh X3Y3 của hệ thống Lorenz ........ 127
Hình 4.7. Kiến trúc Simulink đồng bộ hồn chỉnh hệ thống Lorenz sử dụng hàm tốn

..................................................................................................................................... 179

15


Hình 4.8a. Kết quả đồng bộ hồn chỉnh X1Y1 giữa hệ thống Lorenz Master và Slave
..................................................................................................................................... 129
Hình 4.8b. Kết quả đồng bộ hoàn chỉnh X2Y2 giữa hệ thống Lorenz Master và Slave
..................................................................................................................................... 130
Hình 4.8c. Kết quả đồng bộ hồn chỉnh X3Y3 giữa hệ thống Lorenz Master và Slave
..................................................................................................................................... 130
Hình 4.8d. Kết quả đồng bộ hoàn chỉnh giữa hệ thống Lorenz Master và Slave ........ 131
Hình 4.9. Kiến trúc Simulink của hệ thống Rossler Slave ........................................ 180
Hình 4.10. Kiến trúc Simulink của lệnh điều khiển u cho mơ hình đồng bộ hệ thống
Rossler ......................................................................................................................... 181
Hình 4.11. Kiến trúc Simulink của hệ thống đồng bộ Rossler .................................. 182
Hình 4.12a. Hệ thống Rossler Master và hệ thống Rossler Slave với những điều kiện
ban đầu khác nhau ....................................................................................................... 138
Hình 4.12b. Hệ thống Rossler Master và hệ thống Rossler Slave với những điều kiện
ban đầu khác nhau ....................................................................................................... 139
Hình 4.13a. Lệnh điều khiển u của mơ hình đồng bộ hệ thống Rossler ..................... 140
Hình 4.13b. Lỗi tín hiệu e1 của mơ hình đồng bộ hệ thống Rossler............................ 140
Hình 4.13c. Lỗi tín hiệu e2 của mơ hình đồng bộ hệ thống Rossler ............................ 141
Hình 4.13d. Lỗi tín hiệu e3 của mơ hình đồng bộ hệ thống Rossler............................ 141
Hình 4.14a. Kết quả mơ phỏng đồng bộ hồn chỉnh X1Y1 của hệ thống Rossler...... 142
Hình 4.14b. Kết quả mơ phỏng đồng bộ hồn chỉnh X2Y2 của hệ thống Rossler ..... 142
Hình 4.14c. Kết quả mơ phỏng đồng bộ hồn chỉnh X3Y3 của hệ thống Rossler...... 143
Hình 4.15. Kiến trúc Simulink hệ thống Linz và Spott Slave ..................................... 183
Hình 4.16. Kiến trúc Simulink của lệnh điều khiển u cho mơ hình đồng bộ hệ thống Linz
và Spott ........................................................................................................................ 184

Hình 4.17. Kiến trúc Simulink của mơ hình đồng bộ hệ thống Linz và Sprott ........... 185
Hình 4.18. Hệ thống Linz và Spott Master và Slave với các điều kiện ban đầu khác nhau
..................................................................................................................................... 148
Hình 4.19a. Lệnh điều khiển u của mơ hình đồng bộ hệ thống Linz và Sprott........... 149
Hình 4.19b. Lỗi tín hiệu e1 của mơ hình đồng bộ hệ thống Linz và Sprott................. 149
Hình 4.19c. Lỗi tín hiệu e2 của mơ hình đồng bộ hệ thống Linz và Sprott ................. 150

16


Hình 4.19d. Lỗi tín hiệu e3 của mơ hình đồng bộ hệ thống Linz và Sprott................. 150
Hình 4.20a. Kết quả đồng bộ hoàn chỉnh X1Y1 giữa hai hệ thống Linz và Sprott khác
nhau ............................................................................................................................. 151
Hình 4.20b. Kết quả đồng bộ hoàn chỉnh X2Y2 giữa hai hệ thống Linz và Sprott khác
nhau ............................................................................................................................. 151
Hình 4.20c. Kết quả đồng bộ hồn chỉnh X3Y3 giữa hai hệ thống Linz và Sprott khác
nhau ............................................................................................................................. 152
Hình 4.21. Kiến trúc Simulink của hệ thống Chua Slave............................................ 186
Hình 4.22. Kiến trúc Simulink của lệnh điều khiển u cho mơ hình đồng bộ hệ thống
Chua ............................................................................................................................. 187
Hình 4.23. Kiến trúc Simulink của mơ hình đồng bộ hệ thống Chua ......................... 188
Hình 4.24. Hệ thống Chua Master và Slave với điều kiện ban đầu khác nhau ........... 159
Hình 4.25a. Lệnh điều khiển u của mơ hình đồng bộ hệ thống Chua ......................... 160
Hình 4.25b. Lỗi tín hiệu e1 của mơ hình đồng bộ hệ thống Chua ............................... 160
Hình 4.25c. Lỗi tín hiệu e2 của mơ hình đồng bộ hệ thống Chua ............................... 161
Hình 4.25d. Lỗi tín hiệu e3 của mơ hình đồng bộ hệ thống Chua ............................... 161
Hình 4.26a. Kết quả đồng bộ X1Y1 giữa hai hệ thống Chua khác nhau .................... 162
Hình 4.26b. Kết quả đồng bộ X2Y2 giữa hai hệ thống Chua khác nhau .................... 162
Hình 4.26c. Kết quả đồng bộ X3Y3 giữa hai hệ thống Chua khác nhau .................... 163

17


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Động học phi tuyến và hỗn loạn đã được biết đến từ lâu, hỗn loạn hiện diện trong
rất nhiều lĩnh vực khoa học như: tốn học, vật lý, hóa học, y - sinh học, cơ khí, dự báo
thời tiết, các hệ thống thơng tin viễn thông,….. Nhưng những nghiên cứu về hỗn loạn
trong các ngành khoa học nói chung và hỗn loạn trong hệ thống thơng tin viễn thơng nói
riêng mới chỉ dừng ở lý thuyết chứ hầu như chưa có nhiều ứng dụng trong thực tế khoa
học kỹ thuật và đời sống.
Mặc dù tín hiệu hỗn loạn trong hệ thống thơng tin viễn thơng có ưu điểm nổi trội
đó là tính bảo mật rất cao và đã được nghiên cứu trong các lĩnh vực mã hóa, điều chế,
trải phổ tín hiệu hỗn loạn,… Nhưng tín hiệu hỗn loạn vẫn chưa được triển khai ứng dụng
thực tế trong hệ thống thông tin viễn thông vì các nghiên cứu về đồng bộ trong hệ thống
thơng tin viễn thông mới chỉ dừng lại ở lý thuyết chứ chưa có nhiều ứng dụng thực tiễn.
Tuy nhiên vấn đề ứng dụng hỗn loạn vào thực tế hệ thống thông tin viễn thông vẫn là
vấn đề cần nghiên cứu và triển khai trên cả lý thuyết và thực tiễn vì những lợi ích to lớn
của nó như tính bảo mật truyền thơng rất cao là có ý nghĩa vơ cùng lớn trong thế giới
phẳng ngày nay, - hầu như khơng thể tiếp cận, giải mã thơng tin mà tín hiệu hỗn loạn
truyền đi nếu khơng có đủ những hiểu biết nhất định về các đặc tính động học phi tuyến
phức tạp của hỗn loạn -.
Trong luận văn này, tác giả đi nghiên cứu một mảng nhỏ nhưng là một khâu quan
trọng để có thể sử dụng tín hiệu hỗn loạn vào trong hệ thống thơng tin viễn thơng. Đó
là, sau khi tín hiệu hỗn loạn đã được điều chế và trải phổ, để sử dụng hỗn loạn trong hệ
thống thông tin viễn thông, một cách tiếp cận thông thường nhất sẽ là đưa thơng tin vào
một sóng mang hỗn loạn và tách nó ra ở phía máy thu. Để thực hiện điều này trong
trường hợp dùng máy thu có sử dụng tương quan tác giả cần phải có một tín hiệu giống
hệt tín hiệu hỗn loạn ở đầu phát và hơn nữa tín hiệu này cần phải đồng bộ với phía máy
thu. Thực tế đồng bộ là một yêu cầu của rất nhiều loại truyền thông không chỉ riêng cho

truyền thông hỗn loạn. Với lý do này, tác giả thực hiện luận văn với đề tài: “Nghiên cứu
các kỹ thuật đồng bộ trong hệ thống thông tin hỗn loạn”.

2. Lịch sử nghiên cứu
Lý thuyết hỗn loạn là một lĩnh vực được nghiên cứu đầu tiên trong toán học, với
các ứng dụng trong một số mơn học bao gồm khí tượng, vật lý, kỹ thuật, kinh tế, sinh
học, và triết học. Lý thuyết hỗn loạn nghiên cứu hoạt động của hệ thống động mà rất
nhạy cảm với điều kiện ban đầu - một hiệu ứng mà là phổ biến được gọi là hiệu ứng
cánh bướm. Sự khác biệt nhỏ trong điều kiện ban đầu (chẳng hạn như do làm tròn số sai

18


sót trong tính tốn số) mang lại kết quả phân kỳ rộng rãi cho các hệ thống động, làm cho
dự báo dài hạn khơng thể tổng qt hóa. Điều này xảy ra mặc dù các hệ thống này xác
định, có nghĩa là hoạt động trong tương lai của chúng là hoàn toàn xác định bởi điều
kiện ban đầu của chúng, khơng có các yếu tố ngẫu nhiên liên quan. Nói cách khác, bản
chất xác định của các hệ thống này khơng làm cho chúng dự đốn được. Hành vi này
được gọi là hỗn loạn xác định, hoặc chỉ đơn giản là sự hỗn loạn. Lý thuyết này được tóm
tắt bởi Edward Lorenz như sau:
Hỗn loạn là khi hiện tại quyết định tương lai, nhưng xấp xỉ gần đúng trong hiện
tại không thể xác định xấp xỉ gần đúng trong tương lai.
Hoạt động hỗn loạn có thể được quan sát trong nhiều hệ thống tự nhiên, chẳng
hạn như thời tiết. Giải thích về hoạt động như vậy có thể được tìm thấy thơng qua phân
tích sự hỗn loạn của mơ hình tốn học, hoặc thơng qua các kỹ thuật phân tích như vẽ
biểu đồ truy xuất lại và bản đồ Poincaré.
Động học hỗn loạn thường được hiểu nôm na theo cách hiểu thông thường là
trạng thái rối loạn. Tuy nhiên, trong lý thuyết hỗn loạn, thuật ngữ này được định nghĩa
một cách chính xác hơn. Mặc dù khơng có mơ hình toán học phổ biến định nghĩa cho
tất cả các hiện tượng hỗn loạn nói chung. Một định nghĩa thường được phát biểu rằng,

đối với một hệ thống động được phân loại như hỗn loạn, nó phải có một trong các thuộc
tính sau:
(i) Nó phải nhạy cảm với điều kiện ban đầu.
(ii) Nó phải được pha trộn Tơ-pơ hình học.
(iii) Quỹ đạo theo chu kì phải dày đặc.
Yêu cầu cho sự phụ thuộc nhạy cảm vào điều kiện ban đầu ngụ ý rằng có một tập
hợp các điều kiện ban đầu của biện pháp tích cực mà khơng hội tụ về một chu kỳ của
bất kỳ chiều dài nào [en.wikipedia.org/wiki/Chaos_theory – 2014.]
Một nhà tiên phong của học thuyết này là Edward Lorenz, ông bị cuốn hút bởi
sự hỗn loạn đã xuất hiện vơ tình thơng qua cơng việc dự báo thời tiết của ông vào năm
1961. Lorenz đã sử dụng một máy tính kỹ thuật số đơn giản, đó là Royal McBee LPG30, để chạy mô phỏng dự báo thời tiết. Ông muốn nhìn thấy một chuỗi các dữ liệu một
lần nữa và để tiết kiệm thời gian ông bắt đầu mơ phỏng ở giữa tiến trình của nó. Ơng đã
làm điều này bằng cách nhập một bản in của các dữ liệu tương ứng với các điều kiện ở
giữa mô phỏng của ơng mà ơng đã tính tốn thời gian qua.
Ơng ngạc nhiên vì thời tiết mà máy bắt đầu dự đốn là hồn tồn khác với tính
tốn thời tiết trước đó. Lorenz ghi sự theo dõi này xuống các bản in máy tính. Máy tính
làm việc với 6 chữ số chính xác sau dấu phẩy thập phân, nhưng các bản in làm tròn biến

19


giảm đến một số 3 chữ số, do đó, một giá trị là 0,506127 được in là 0,506. Sự khác biệt
này là rất nhỏ và được đồng thuận vào thời điểm đó nên sự khác biệt này thực tế khơng
có tác dụng. Tuy nhiên Lorenz đã phát hiện ra rằng những thay đổi nhỏ trong điều kiện
ban đầu dẫn đến những thay đổi lớn trong kết quả lâu dài. Phát hiện của Lorenz, được
gọi là Lorenz attractors, cho thấy rằng ngay cả mơ hình khí quyển chi tiết khơng thể
tổng quát hóa cho dự báo thời tiết dài hạn. Thời tiết thường dự đoán chỉ khoảng trước
một tuần [en.wikipedia.org/wiki/Chaos_theory – 2014.]
Truyền thông hỗn loạn là một ứng dụng của lý thuyết hỗn loạn mà là nhằm mục
đích để cung cấp an ninh trong việc truyền tải thông tin thực hiện thông qua các công

nghệ viễn thông. Bởi truyền thông an toàn được bảo mật, phải đảm bảo rằng các nội
dung của thông điệp truyền không thể tiếp cận, giải mã để có thể nghe trộm.
Trong bảo mật thơng tin liên lạc hỗn loạn được dựa trên hành vi động phức tạp
được cung cấp bởi các hệ thống hỗn loạn. Một số tính chất của động học hỗn loạn, chẳng
hạn như hoạt động phức tạp, động học giống nhiễu (nhiễu giả ngẫu nhiên) và trải phổ,
được sử dụng để mã hóa dữ liệu. Mặt khác, sự hỗn loạn là một hiện tượng xác định, nó
có thể giải mã dữ liệu bằng cách sử dụng tính xác định này. Trong thực tế, việc triển
khai các thiết bị thông tin liên lạc hỗn loạn giữa hai hệ thống hoạt động dựa trên hiện
tượng hỗn loạn sử dụng phương pháp: đồng bộ hỗn loạn, hoặc điều khiển hỗn loạn.
Để thực hiện truyền thông hỗn loạn sử dụng đặc tính của sự hỗn loạn, hai dao
động hỗn loạn được yêu cầu là một máy phát (hoặc hệ thống Master) và máy thu (hoặc
hệ thống Slave). Tại máy phát, một bản tin được thêm vào một tín hiệu hỗn loạn và sau
đó, bản tin được đeo mặt nạ trong các tín hiệu hỗn loạn. Vì nó mang thơng tin, tín hiệu
hỗn loạn cịn được gọi là sóng mang hỗn loạn. Đồng bộ trong những dao động tương tự
như đồng bộ ngẫu nhiên các mạng lưới neural trong mật mã neural.
Khi đồng bộ hỗn loạn được sử dụng, một chương trình cơ bản của một thiết bị
thơng tin liên lạc (Cuomo và Oppenheim 1993) được thực hiện bởi hai dao động hỗn
loạn giống hệt nhau. Một trong số đó được sử dụng như máy phát, và phía kia là
máy. Chúng được kết nối trong một cấu hình mà máy phát lái (drive) máy thu theo
cách đồng bộ giống hệt nhau của sự hỗn loạn đạt được giữa hai dao động. Với mục đích
truyền tải thơng tin, tại máy phát, một bản tin được thêm vào như một sự nhiễu loạn nhỏ
để các tín hiệu hỗn loạn lái (drive) các máy thu. Bằng cách này, các bản tin truyền được
che đậy bởi các tín hiệu hỗn loạn. Khi máy thu đồng bộ với máy phát, thông điệp được
giải mã bởi một phép trừ giữa các tín hiệu được gửi bởi máy phát và bản sao của nó
được tạo ra ở máy thu bằng phương pháp của cơ chế đồng bộ hỗn loạn. Cần phải có tín
hiệu hỗn loạn lái (drive) vì, trong khi đầu ra máy phát có các sóng mang hỗn loạn cộng
với bản tin, đầu ra máy thu chỉ được tạo ra bởi một bản sao của các sóng mang hỗn loạn
mà khơng có bản tin [en.wikipedia.org/wiki/Chaos_communications – 2014.]

20

Đồng bộ hỗn loạn là một hiện tượng có thể xảy ra khi hai, hoặc nhiều hơn hai hệ
thống hỗn loạn phát tán được kết hợp lại với nhau. Vì sự phân kỳ theo hàm mũ của các
quỹ đạo gần của hệ thống hỗn loạn, có hai hệ thống hỗn loạn phát triển đồng bộ có thể
xuất hiện một cách ngạc nhiên. Tuy nhiên, đồng bộ các cặp hoặc được lái (driven) dao
động hỗn loạn là một hiện tượng đã được xác minh qua thực nghiệm và được hiểu rõ về
mặt lý thuyết một cách hợp lý. Sự ổn định của đồng bộ cho các hệ thống cặp đơi có thể
được phân tích bằng cách sử dụng ổn định hệ thống Master. Đồng bộ hỗn loạn là một
hiện tượng phong phú và một quy tắc đa ngành với các ứng dụng trong phạm vi rộng.
Đồng bộ có thể được giải quyết một cách đa dạng với các phương thức được quyết định
dựa trên bản chất của các hệ thống tương tác và của sự sắp xếp theo hệ thống được phối
hợp lại [en.wikipedia.org/wiki/Synchronization_of_chaos – 2014.]
Yamada và Fujisaka là hai trong số những người đầu tiên thực hiện đồng bộ giữa
các hệ hỗn loạn với công bố khoa học của họ vào năm 1983. Trong nghiên cứu của họ,
cách mà hệ thống động thay đổi đã được nghiên cứu bằng cách nghiên cứu các số mũ
Lyapunov của cặp hệ được đồng bộ. Sau đó Afraimovich đã đưa ra một số khái niệm
cần thiết cho việc nghiên cứu đồng bộ hỗn loạn.
Tính khả thi để đồng bộ hai hệ thống hỗn loạn lần đầu tiên được thực hiện dựa trên
lý thuyết đề xuất bởi Pecora và Carroll [L. M. Pecora and T. L. Carroll. Synchronization
in chaotic systems, Phys. Rev.Lett., vol. 64, pp. 821–824, 1990]. Cơng bố khoa học của
Pecora và Carroll có tính đột phá và quyết định trong lĩnh vực nghiên cứu đồng bộ hỗn
loạn, chứng minh rằng đồng bộ hỗn loạn có thể thành cơng trên cả lý thuyết lẫn thực tế.
Sau đó đồng bộ hỗn loạn được tổng quát cho khái niệm đồng bộ tích cực - thụ động
được đề xuất bởi Kocarev và Parlitz [L. Kocarev and U. Parlitz, General Approach for
Chaotic Synchronization with Applications to Communication, Phys. Rev. Lett., vol. 74,
pp. 5028−5031, 1995.]
Với những nghiên cứu khoa học thành công mở đầu về đồng bộ hỗn loạn thực hiện
bởi các nhà khoa học Pecora và Carroll, Kocarev và Parlitz, đồng bộ hỗn loạn mới được
các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu nhiều hơn để ứng dụng vào các lĩnh

vực khoa học liên quan đến hỗn loạn nói chung và hệ thống thơng tin hỗn loạn nói riêng.
Đây chính là cầu nối đưa lý thuyết hỗn loạn vào sử dụng trong truyền thơng, nó đã mở
ra một lĩnh vực nghiên cứu mới lĩnh vực truyền thông sử dụng hỗn loạn
(communications using chaos) với bước đầu tiên là phải đồng bộ các hệ thống thông tin
hỗn loạn (synchronization chaotic communication systems).

21


3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Mục đích của luận văn: là nghiên cứu về mặt lý thuyết các kỹ thuật đồng bộ trong
hệ thống thông tin hỗn loạn và đi sâu vào nghiên cứu, mô phỏng một kỹ thuật đồng bộ
trong hệ thống thông tin hỗn loạn.
- Đối tượng nghiên cứu của luận văn: nghiên cứu các kỹ thuật đồng bộ trong hệ
thống thông tin hỗn loạn.
- Phạm vi nghiên cứu của luận văn: Về lý thuyết, nghiên cứu về động học phi
tuyến, hỗn loạn và các kỹ thuật đồng bộ trong hệ thống thông tin hỗn loạn. Về kết quả,
phân tích, thiết kế mơ phỏng 4 hệ thống hỗn loạn là Lorenz, Rossler, Linz và Sprott,
Chua và nghiên cứu, phân tích, tính tốn, thiết kế mơ phỏng 4 mơ hình đồng bộ hoàn
chỉnh sử dụng các bộ tạo dao động hỗn loạn trên.

4. Đóng góp mới của luận văn
Từ việc trình bày các kiến thức tổng quan về động học phi tuyến và hỗn loạn
trong viễn thông và các khái niệm cơ bản cũng như các phương pháp về đồng bộ hỗn
loạn, tác giả phân tích, thiết kế mơ phỏng các hệ thống hỗn loạn là Lorenz, Rossler,
Chua, Linz và Sprott trên Matlab - Simulink, đưa ra các kết quả và phân tích.
Tác giả đi sâu nghiên cứu kỹ thuật đồng bộ hồn chỉnh trong hệ thống thơng tin
hỗn loạn, tìm hiểu khả năng điều khiển, kiểm sốt dao động hỗn loạn, tính tốn lỗi hệ
thống đồng bộ e, tính toán hàm điều khiển u cho việc đồng bộ từng hệ thống hỗn loạn
tương ứng. Thiết kế mơ hình mơ phỏng cho hệ thống hỗn loạn Master, Slave, lệnh điều

khiển u.
Tác giả đã nghiên cứu, phân tích, tính tốn, thiết kế mơ hình mơ phỏng kỹ thuật
đồng bộ hồn chỉnh giữa hai hệ thống hỗn loạn trên Matlab - Simulink của các hệ thống
hỗn loạn sử dụng các bộ tạo dao động hỗn loạn trên với việc tính tốn lỗi hệ thống đồng
bộ và lệnh điều khiển u hợp lý cho từng hệ thống.
Đưa ra phân tích kết quả mơ phỏng đồng bộ hoàn chỉnh trên Matlab-Simulink
của 4 hệ thống hỗn loạn được đồng bộ là hệ thống Lorenz, hệ thống Rossler, hệ thống
Chua và hệ thống Linz và Sprott.
Từ kết quả nghiên cứu, mơ phỏng đồng bộ hồn chỉnh 4 hệ thống trên tạo tiền đề
cho tác giả đề xuất cho hướng phát triển của luận văn là thiết kế, lập trình 4 hệ thống
hỗn loạn trên lên vi mạch khả trình FPGA và thực hiện việc đồng bộ hỗn loạn từng cặp
Master - Slave của các hệ thống ấy trên vi mạch khả trình FPGA. Việc thiết kế mô phỏng
trên Simulink các hệ thống hỗn loạn Master, Slave và lệnh điều khiển u là khá chi tiết,
điều này đưa ra một hướng phát triển mới của luận văn là thiết kế và đồng bộ 4 hệ thống

22


hỗn loạn trên lên mạch điện tử có cấu tạo bao gồm các linh kiện điện tử đơn giản với
thành phần chính là vi mạch khuếch đại thuật tốn.

5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập thông tin từ các nguồn khác nhau như: sách, báo, tạp chí,
luận văn, công bố khoa học.
- Phương pháp hỏi ý kiến chuyên gia về lĩnh vực nghiên cứu.
- Phương pháp tổng hợp, phân tích lý thuyết về lĩnh vực nghiên cứu.
- Phương pháp thí nghiệm trên Lab.
- Phương pháp thực nghiệm, mơ phỏng sử dụng phần mềm Matlab - Simulink.

6. Kết cấu của luận văn

Luận văn được kết cấu thành 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về thông tin số sử dụng động học phi tuyến và hỗn loạn
Chương này trình bày các kiến thức tổng quan về động học phi tuyến và hỗn loạn
trong viễn thông bao gồm: giới thiệu về động học phi tuyến và hỗn loạn; truyền thông
vô tuyến dựa trên động học phi tuyến và hỗn loạn; tổng quan về truyền thông hỗn loạn
giới thiệu về hỗn loạn và một số hệ thống hỗn loạn điển hình.
Chương 2: Tổng quan về các kỹ thuật đồng bộ trong hệ thống thơng tin hỗn loạn
Trong chương này, trình bày các khái niệm cơ bản về đồng bộ hỗn loạn; tổng quát
hóa các nội dung về các kỹ thuật đồng bộ hỗn loạn đã được nghiên cứu; kỹ thuật đồng
bộ các tín hiệu hỗn loạn có mã hóa thơng tin; một số kỹ thuật đồng bộ trong hệ thống
thông tin hỗn loạn tiêu biểu: đồng bộ tổng quát, đồng bộ trễ, đồng bộ pha, đồng bộ xạ
ảnh, đồng bộ dự đoán, đồng bộ hoàn chỉnh, đồng bộ hoàn chỉnh ngược.
Chương 1 và 2 cung cấp những nền tảng cơ bản trước khi đi sâu vào kỹ thuật đồng
bộ hoàn chỉnh ở chương 4. Chương 3 và chương 4 trình bày các kết quả của luận văn.
Chương 3: Phân tích và thiết kế các bộ tạo tín hiệu dao động hỗn loạn
Chương này trình bày phân tích, tính tốn lý thuyết và kết quả mô phỏng trên
Simulink các hệ thống hỗn loạn điển hình là Lorenz, Rossler, Chua, Linz và Sprott được
đưa ra để phân tích các đặc tính động học hỗn loạn của từng hệ thống. Mơ hình mơ
phỏng trên Simulink của các hệ thống hỗn loạn này sẽ được đưa vào sử dụng làm các
bộ tạo dao động hỗn loạn để áp dụng kỹ thuật đồng bộ hoàn chỉnh giữa hai hệ thống hỗn
loạn trong chương 4.
Chương 4: Nghiên cứu kỹ thuật đồng bộ trong hệ thống thông tin hỗn loạn và áp
dụng kỹ thuật đồng bộ hoàn chỉnh trong hệ thống thông tin hỗn loạn.

23


Phần kết quả của luận văn, trong chương 4 tác giả sẽ đi sâu nghiên cứu kỹ thuật
đồng bộ hoàn chỉnh trong hệ thống thơng tin hỗn loạn, tìm hiểu khả năng điều khiển,
kiểm sốt dao động hỗn loạn, tính tốn lỗi hệ thống đồng bộ, tính tốn hàm điều khiển

hệ thống hỗn loạn. Phân tích, tính tốn, thiết kế mơ hình mơ phỏng cho hệ thống hỗn
loạn Master, Slave, lệnh điều khiển u. Đưa ra phân tích kết quả mơ phỏng đồng bộ hồn
chỉnh trên 4 hệ thống hỗn loạn là hệ thống Lorenz, hệ thống Rossler, hệ thống Chua và
hệ thống Linz và Sprott trên Matlab - Simulink.
Từ kết quả chương 3 và chương 4, sẽ tạo tiền đề cho tác giả đề xuất hướng phát
triển của luận văn là thiết kế, lập trình 4 hệ thống hỗn loạn trên lên vi mạch khả trình
FPGA và thực hiện việc đồng bộ hỗn loạn từng cặp Master-Slave của các hệ thống ấy
trên vi mạch khả trình FPGA. Việc thiết kế mô phỏng trên Simulink các hệ thống hỗn
loạn Master, Slave và lệnh điều khiển u là khá chi tiết, điều này đưa ra một hướng phát
triển mới của luận văn là thiết kế và đồng bộ 4 hệ thống hỗn loạn trên lên mạch điện tử
có cấu tạo bao gồm các linh kiện điện tử đơn giản với thành phần chính là vi mạch
khuếch đại thuật tốn.

24