HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Môn: Mô hệ thống truyền thông SV thực hiện: MSSV : Lớp : Lê Văn Mạnh B12DCVT122 D12VT3 Hà Nội, 2016 Mục lục Nhiệm vụ 1: Mơ qua trình PCM cho tín hiệu tương tự 1.1 Mô tả nhiệm vụ ‒ Mô q trình PCM cho tín hiệu tương tự s(t): với MSV: B12DCVT122 s(t)=1*cos(2*pi*100*t)+2*cos(2*pi*200*t+pi/2)+3*cos(2*pi*200*t+pi/4) ‒ Thực chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu nhị phân ngược lại với tiêu chuẩn nén giải nén luật A 1.2 Mô tả hệ thống mô tham số Hình 1.1: Hệ thống mã hóa giải mã PCM sử dụng mô Mô tả hệ thống bước tiến hành mô phỏng: Lấy mẫu: Lấy mẫu q trình biến đổi tín hiệu tương tự thành dãy xung rời rạc tuần hoàn, biên độ xung biên độ tín hiệu thời điểm lấy mẫu Dãy xung cịn gọi tín hiệu điều chế biên độ xung PAM Tín hiệu tương tự lấy mẫu cách nhân tín hiệu với chuỗi xung lược có chu kỳ chu kỳ lấy mẫu ‒ Mô phỏng: Tạo vecto thời gian thời điểm đến thời điểm kết thúc tín hiệu tương tự (T), vecto gồm phần tử cách khoảng chu kỳ xung lược: t=0:Ts:T Thay giá trị vecto thời gian vào tín hiệu tương tự, ta vecto chứa biên độ xung PAM ‒ Tham số sử dụng Tín hiệu tương tự lấy mẫu với tần số fs=8e3 Hz nên chu kỳ lấy mẫu Ts=1/fs=1.25e-4 s ‒ Nén luật A: ‒ Bộ nén khuếch đại phi tuyến, mục đích nén tạo mức lượng tử hóa khơng nhằm cải thiện tỷ số tín hiệu tạp âm S/N Có hai phương pháp nén thông dụng nén luật μ nén luật A Phương pháp nén luật A sau: gọi tín hiệu s1(t) tín hiệu vào nén, tín hiệu s2(t) tín hiệu ta có mối quan hệ |s2(t)|= Mơ phỏng: Nén luật A thực hiên hàm compand(s,A,max(s),’A/compressor’) với s vecto tín hiệu sau lấy mẫu, A số nén, max(s) giá trị lớn s ‒ Tham số sử dụng: Hằng số nén A=87.6 ‒ Lượng tử hóa: Lượng tử hóa q trình xấp xỉ hóa tín hiệu mẫu tương tự dựa vào số mức lượng tử M Biên độ tín hiệu từ GTLN đến GTNN chia làm khoảng gọi bước lượng tử Nếu biên độ mẫu tín hiêu tương tự nằm bước lượng tử xấp xỉ hóa theo mức lượng tử Nếu số mẫu lượng tử lớn, khả thu xác tín hiệu gốc cao ‒ Mơ phỏng: Lượng tử hóa thực đều, sử dụng hàm quantiz(s,P) s tín hiệu mẫu tương tự, P vecto mức lượng tử P có dạng P=min(s):delta:max(s) delta bước lượng tử ‒ Tham số sử dụng: từ tín hiệu s(t) ta thấy GTLN tín hiệu 14 GTNN tín hiệu -14, số mức lượng tử sử dụng 256 nên vecto P=-14:28/255:14 với bước lượng tử delta=28/255 ‒ Mã hóa: Là ánh xạ mức lượng tử thành từ mã nhị phân Mã hóa thường kết hợp với A/D, tín hiệu qua mã hóa xung vng có biên độ ‒ Mơ phỏng: Sử dụng hàm de2bi để chuyển mức lượng tử sang từ mã nhị phân ‒ Giải mã ‒ Ánh xạ từ mã nhị phân bit thành mức lượng tử có trọng số từ 0=>255 Dựa vào vecto mức lượng tử Pa để ánh xạ trọng số sang mức biên độ thuật toán S(t)=Pa(C(t)+1) C(t) trọng số mức lượng tử, S(t) tín hiệu thu Giải nén luật A ‒ Giả sử tín hiệu vào giải nén s1(t), tín hiệu giải nén s2(t) ta có |s2(t)|= Tái tạo dạng tín hiệu Tín hiệu sau giải nén luật A tín hiệu tương tự phía phát Tuy nhiên khơng phải tín hiệu gốc ban đầu sai số khâu lượng tử hóa Để thu tín hiệu cách xác, đưa qua nội suy làm tăng số mẫu tín hiệu ‒ Trong mơ sử dụng hàm interp(x,s) để tăng tần số lấy mẫu x tín hiệu cần nội suy, s tỷ số tần số lấy mẫu so với tần số lấy mẫu cũ ‒ 1.3 Kết quả: Tin hieu goc ban tin 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 6000 7000 8000 9000 10000 Tin hieu thu 10 -5 1000 2000 3000 4000 5000 Hình1.2 Tín hiệu tin gốc thu Hình1.3 Tín hiệu qua khâu phía mã hóa Hình 1.4: Tín hiệu lấy mẫu gốc tín hiệu giải mã sau xử lý thu 10 10 10 10 10 10 10 tin hieu goc -5 -10 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.2 0.3 0.4 0.5 tin hieu sau xu ly -5 -10 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.1 Hình1.5 PSD tín hiệu phát dạng xung vng nhị phân tín hiệu thu sau xử lý 1.4 Mã chương trình % %% nhiem vu fs=8e3; % tần số lấy mẫu step=1/fs; % chu kỳ lấy mẫu A=87.6; % số nén luật A t=0:step:1; % vecto thời gian- trình lấy mẫu Pa=-14:28/255:14; % vecto mức lượng tử hóa, biên độ lớn nhỏ s(t) 14 -14 s(t)=1*cos(2*pi*100*t)+2*cos(2*pi*200*t+pi/2)+3*cos(2*pi*200*t+pi/4);% trình lấy mẫu sc = compand(s,A,max(s),'A/compressor'); % nén luật A C=quantiz(sc,Pa); % lượng tử hóa % q trình mã hóa biến đổi từ ma trận sang veto nhị phân Code=(de2bi(C))'; Code=(Code(:))';% S=zeros(1,length(C)); % trình giải mã for k=1:length(C) S(k)=Pa(C(k)+1); end SC = compand(S,A,max(S),'A/expander');% giải nén luật A SC=interp(SC,100);% trình nội suy, số lấy mẫu mới=100.fs % ve hinh figure(1) subplot(2,1,1) for k=1:100 plot(k:0.01:k+0.99,Code(k)*[0 ones(1,98) 0],'color','r') hold on end title('Tin hieu goc ban tin') axis([0,100,0,3]) subplot(2,1,2) plot(SC(1:100*100)) title('Tin hieu thu') hold on; figure(2) subplot(3,1,1) num_3s=3*(1/100)/step;% stem(t(1:num_3s),s(1:num_3s)) title('Dang tin hieu lay mau o chu ky dau tien, fs=8e3 Hz') subplot(3,1,2) stem(t(1:num_3s),sc(1:num_3s)) title('Dang tin hieu qua bo nen ') subplot(3,1,3) % for k=1:num_3s plot(t(k):step/99:t(k+1),sc(k)*[0 ones(1,98) 0],'color','b') hold on end title('Dang tin hieu qua bo luong tu hoa 256 muc') figure(3) subplot(2,1,1) plot(t(1:num_3s),s(1:num_3s)) title('Tin hieu goc lay mau fs=8e3 Hz') subplot(2,1,2) % plot(step/100:step/100:3*1/100,SC(1:num_3s*100)) title('Tin hieu thu sau bo noi suy co tan so lay mau= 100.fs') figure(4) subplot(2,1,1) one=ones(1,5);in=[];d=1; for k=1:5:100*1*2 in(k:k+4)=one*Code(d);d=d+1; end [Pf,f]=SP(0:length(in)-1,in); semilogy(f,Pf) title('tin hieu goc') subplot(2,1,2) [Pf1,f1]=SP(0:100*100-1,SC(1:100*100)); semilogy(f1,Pf1) title('tin hieu sau xu ly') hold off; Nhiệm vụ 2: Mô hệ thống truyền dẫn qua kênh AWGN 2.1 Mô tả nhiệm vụ ‒ Hệ thống truyền dẫn có điều chế, luồng bit vào luồng bit từ nhiệm vụ ‒ Điều chế sử dụng điều chế 16-QAM ‒ Tín hiệu phát có dạng Trong đó: dk ký hiệu sau điều chế, p dạng xung phát, Tsym chu kỳ xung phát, Փo pha tín hiệu phát Xung p có dạng Trong Es lượng ký hiệu 2.2 Mô tả hệ thống tham số mơ a Sơ đồ khối hệ thống dịng bít vào Bộ điều chế 16QAM AWGN Bộ giải điều chế 16QAM b Các tham số Dòng bit vào: ‒ Dịng bít vào từ nhiệm vụ Điều chế 16-QAM: ‒ Do điều chế 16-QAM nên dòng bit vào điều chế tách làm nhánh, nhánh có tốc độ nửa tốc độ bit ban đầu Trong mơ phỏng, tín hiệu tách hàm buffer ‒ Điều chế QAM điều chế biên độ vuông góc, tín hiệu điều chế có dạng 10 E0 bi sin ( 2πf c t ) T si (t) = + E0 a i co s ( 2πf c t ) T Trong Eo lượng bit, 0≤t≤T bi cặp số nguyên độc lập xác định dựa vị trí điểm tin, tọa độ vecto Si khơng gian tín hiệu xác định sau s i = [ s i1 s i2 ] T si1 = ∫ si (t)φ1 (t) = T si2 = ∫ s i (t)φ2 (t) = Trong đó: ‒ E0 bi E0 , φ1(t)=- φ2(t)= Điều chế 16-QAM mô phỏng: Điều chế QAM Matlab thực hàm modem.qammod(M) với M=16 số trạng thái hàm modulate Kênh AWGN AWGN tạp âm Gauss trắng thường gây tạp âm nhiệt tạp âm máy thu mạch điện Tạp âm Gauss trắng biến ngẫu nhiên phân bố chuẩn, có kỳ vọng Tạp âm Gauss trắng tác động lên tín hiệu phép + lên biên độ tín hiệu ‒ Trong Matlab, mô kênh AWGN sử dụng hàm awgn(tín hiệu phát,SNR,P) SNR tỷ số cơng suất tín hiệu tạp âm có đơn vị dB, P cơng suất tín hiệu đơn vị dBW Nếu khơng có P coi cơng suất phát = 0dBW ‒ Trong mơ phỏng, ta có cơng suất tín hiệu khoảng thời gian Tsys P==3*Es/Tsys, chọn Es=2/3*Tsys cơng suất tín hiệu P=10*lg(3*Es/Tsys)=0dBW ‒ Giải điều chế 16-QAM Sau tích phân, ta có ký hiệu điều chế thu Thực giải điều chế đưa vào khối định cứng thu dịng bit phát ‒ Do mơ ký hiệu điều chế phức nên thực tích phân trước sau điều chế ‒ Trong Matlab, giải điều chế QAM sử dụng hàm modem.qamdemod(M) với M số trạng thái, ‒ 11 2.3 Kết Kết mô kênh AWGN có SNR= 8dB Hình 2.1: Biểu đồ chịm tín hiệu sau điều chế thu 12 Hình 2.2: Biểu đồ dạng tín hiệu phát thu Hình 2.3: Biểu đồ mắt tín hiệu phát thu 13 Hình 2.4: Mật độ phổ cơng suất tín hiệu phát thu 2.4 Mã chương trình bit=Code; % dau vao la chuoi bit thuc hien o nhiemvu 14 N=0.5*(1024)^2; % toc ki hieu Tsys=1/N; %chu ki bit t=0:Tsys/100:Tsys; %vec to thoi gian Es=2/3*Tsys; % chon nang luong cho bit cho cong suat tin hieu bang 0dbW pt=(Es/Tsys)^0.5*(1-cos(2*pi*t/Tsys));%dang xung phat a=modem.qammod(16); % dieu che 16QAM a.InputType='bit'; % dau vao bit_in=buffer(bit,4); % chia dong bit nhanh dsys=modulate(a,bit_in); % thuc hien dieu che chuoi bit Re_8dB=awgn(dsys,8); % cho qua kenh AWGN b=modem.qamdemod(16); % giai dieu che 16QAM b.OutputType='bit'; % sig_demod=demodulate(b,Re_8dB); %thuc hien giai dieu che QAM sig_demod=(sig_demod(:))'; %chuyen sang dang vecto BER_8dB=sum(abs(sig_demod-bit))/length(bit); %so sanh chuoi bit thu duoc va chuoi bit ban dau de tinh BER figure(5) subplot(2,1,1) plot(dsys,'*') title('Bieu chom tin hieu sau dieu che') subplot(2,1,2) plot(awgn(dsys,8),'*') title('Bieu chom tin hieu sau qua kenh AWGN Eb/No=8dB') figure(6) subplot(2,1,1) stem([real(dsys(1)*(1-cos(2*pi*t/Tsys))) imag(dsys(1)*(1cos(2*pi*t/Tsys)))]) title('Dang xung phat') subplot(2,1,2) stem([real(awgn(dsys(1)*pt,8/length(pt))) imag(awgn(dsys(1)*pt,8/length(pt)))]) hold on plot([real(dsys(1)*(1-cos(2*pi*t/Tsys))) imag(dsys(1)*(1cos(2*pi*t/Tsys)))],'color','r') title('Dang tin hieu tai bo thu') eye=[]; for k=1:2000 eye=[eye dsys(k)*(1-cos(2*pi*t/Tsys))]; end eye_a=awgn(eye,8); eyediagram([real(eye) imag(eye)],length(pt)*2) title('Bieu mat tin hieu phat') eyediagram([real(eye_a) imag(eye_a)],length(pt)*2) title('Bieu mat tin hieu tai bo thu') figure(9) c=[dsys(1)*pt dsys(2)*pt dsys(3)*pt]; % thu=awgn(c,8); % [Pf1,f1]=SP(0:length(c)-1,c); [Pf2,f2]=SP(0:length(c)-1,thu); subplot(2,1,1) semilogy(f1,Pf1);grid; title('PSD tin hieu phat') subplot(2,1,2) semilogy(f2,Pf2);grid; title('PSD tin hieu thu') 15 ... lại với tiêu chuẩn nén giải nén luật A 1.2 Mô tả hệ thống mô tham số Hình 1.1: Hệ thống mã hóa giải mã PCM sử dụng mơ Mô tả hệ thống bước tiến hành mô phỏng: Lấy mẫu: Lấy mẫu trình biến đổi tín... semilogy(f1,Pf1) title('tin hieu sau xu ly') hold off; Nhiệm vụ 2: Mô hệ thống truyền dẫn qua kênh AWGN 2.1 Mô tả nhiệm vụ ‒ Hệ thống truyền dẫn có điều chế, luồng bit vào luồng bit từ nhiệm vụ ‒... xung phát, Փo pha tín hiệu phát Xung p có dạng Trong Es lượng ký hiệu 2.2 Mô tả hệ thống tham số mô a Sơ đồ khối hệ thống dịng bít vào Bộ điều chế 16QAM AWGN Bộ giải điều chế 16QAM b Các tham