Bài thí nghiệm thông tin số ET3250 HUST

Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Thông tin số được xây dựng dựa trên chương trình đào tạo được phê duyệt và các chuẩn đầu ra theo yêu cầu. Các nội dung thí nghiệm (Assignments) được thiết kế nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức và kỹ năng về kỹ thuật lượng tử hóa tuyến tính và tạp âm lượng tử, mã đường dây, điều chế và giải điều chế ASK, FSK, PSK, QPSK, ảnh hưởng của nhiễu và mô phỏng điều chế MQAM qua kênh nhiễu Gauss. Sinh viên cần chấp hành nghiêm túc nội quy phòng thí nghiệm và tuân thủ hướng dẫn của cán bộ phụ trách trong suốt quá trình làm thí nghiệm tại phòng thí nghiệm. Sinh viên được yêu cầu xem lại và nắm vững phần lý thuyết cơ bản và hoàn thành các câu hỏi kiểm tra trước khi thực hiện thí nghiệm; thực hiện đầy đủ và tuân thủ các bước tiến hành thí nghiệm theo hướng dẫn, ghi lại đầy đủ các kết quả thí nghiệm; trả lời đầy đủ các câu hỏi ôn tập sau khi làm thí nghiệm.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM THƠNG TIN SỐ – ET3250 Họ tên: …………………………………………… MSSV: …………………………………………… Lớp - khóa: …………………………………………… HÀ NỘI, 2021 MỤC LỤC GIỚI THIỆU THƠNG TIN CHUNG VỀ CÁC BÀI THÍ NGHIỆM BÀI KỸ THUẬT LƯỢNG TỬ HĨA TUYẾN TÍNH VÀ TẠP ÂM LƯỢNG TỬ MỤC TIÊU I KỸ THUẬT LƯỢNG TỬ HĨA TUYẾN TÍNH II TẠP ÂM LƯỢNG TỬ TRONG KỸ THUẬT LƯỢNG TỬ HÓA TUYẾN TÍNH BÀI MÃ ĐƯỜNG DÂY 11 MỤC TIÊU 11 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 11 I MÃ HÓA 11 II GIẢI MÃ 18 BÀI ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK 23 MỤC TIÊU 23 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 23 I TẠO TÍN HIỆU FSK 24 II GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK KHÔNG ĐỒNG BỘ 31 BÀI ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ PSK 38 MỤC TIÊU 38 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 38 I TẠO TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ PSK 39 II TÁCH SÓNG PSK ĐỒNG BỘ 42 BÀI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ ASK (AMPLITUDE-SHIFT KEYING) 49 MỤC TIÊU 49 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 49 I TẠO TÍN HIỆU ASK 50 II TÁCH TÍN HIỆU ASK 54 III GIẢI ĐIỀU CHẾ ASK ĐỒNG BỘ 55 BÀI 6: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU 62 MỤC TIÊU 62 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 62 THIẾT BỊ CẦN THIẾT 63 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 64 KẾT LUẬN 67 CÂU HỎI KIỂM TRA 68 MÔ PHỎNG NHIỄU GAUSS 70 BÀI KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ QPSK VÀ XÁC SUẤT LỖI BIT 72 MỤC TIÊU 72 I KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ QPSK 72 II XÁC SUẤT LỖI BIT TRONG ĐIỀU CHẾ QPSK 73 BÀI MÔ PHỎNG ĐIỀU CHẾ M-QAM QUA KÊNH NHIỄU GAUSS 75 MỤC TIÊU 75 LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 75 GIỚI THIỆU Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Thơng tin số xây dựng dựa chương trình đào tạo phê duyệt chuẩn đầu theo yêu cầu Các nội dung thí nghiệm (Assignments) thiết kế nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức kỹ kỹ thuật lượng tử hóa tuyến tính tạp âm lượng tử, mã đường dây, điều chế giải điều chế ASK, FSK, PSK, QPSK, ảnh hưởng nhiễu mô điều chế M-QAM qua kênh nhiễu Gauss Sinh viên cần chấp hành nghiêm túc nội quy phịng thí nghiệm tuân thủ hướng dẫn cán phụ trách suốt q trình làm thí nghiệm phịng thí nghiệm Sinh viên yêu cầu xem lại nắm vững phần lý thuyết hoàn thành câu hỏi kiểm tra trước thực thí nghiệm; thực đầy đủ tuân thủ bước tiến hành thí nghiệm theo hướng dẫn, ghi lại đầy đủ kết thí nghiệm; trả lời đầy đủ câu hỏi ơn tập sau làm thí nghiệm THƠNG TIN CHUNG VỀ CÁC BÀI THÍ NGHIỆM - Tên học phần: Mã học phần: Cấu trúc học phần: Khối lượng thí nghiệm: Số thí nghiệm: TT Thơng tin số ET3250 3(3-0-1-6) tín (thời lượng 15 tiết/học kỳ) Nội dung Chuẩn đầu HP Bài đánh giá Thời lượng Địa điểm Bài Kỹ thuật lượng tử hóa tuyến tính tạp âm lượng tử M1, M2 A3 tiết D8 Bài Mã đường dây M1, M3 A3 tiết D8 Bài Điều chế giải điều chế FSK M5 A3 tiết D8 Bài Điều chế giải điều chế PSK M5 A3 tiết D8 Bài Điều chế giải điều chế ASK M5 A3 tiết D8 Bài Ảnh hưởng nhiễu M5 A3 tiết D8 Bài Kỹ thuật điều chế số QPSK xác suất lỗi bit điều chế QPSK M5 A3 tiết D8 Bài Mô điều chế M QAM qua kênh nhiễu Gauss M1, M5 A3 tiết D8 Ghi chú: - Chuẩn đầu ra, đánh giá định nghĩa mô tả chi tiết Đề cương học phần xây dựng (như PHỤ LỤC I) BÀI KỸ THUẬT LƯỢNG TỬ HÓA TUYẾN TÍNH VÀ TẠP ÂM LƯỢNG TỬ MỤC TIÊU + Hiểu cách định nghĩa sử dụng hàm Matlab + Mơ q trình lượng tử hóa tuyến tính kỹ thuật PCM I KỸ THUẬT LƯỢNG TỬ HÓA TUYẾN TÍNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA Lượng tử hóa tín hiệu ánh xạ tín hiệu vào có biên độ liên tục lên tập hữu hạn mức biên độ Thường số mức M lũy thừa tức M = 2n với n số bit nhị phân biểu diễn cho mẫu tín hiệu Kỹ thuật lượng tử hóa chia loại, lượng tử hóa tuyến tính lượng tử hóa phi tuyến Lượng tử hóa tuyến tính tức mức lượng tử hóa cách nhau, khoảng cách mức lượng tử hóa gọi bước lượng tử Làm quen với cách khai báo hàm file Trong Matlab để định nghĩa hàm, phải dùng file để định nghĩa tên file phải trùng tên với tên hàm Dòng hàm dùng từ khóa function, sau tham số đầu ra, tên hàm, tham số đầu vào Hãy soạn thảo đoạn code sau, lưu vào file “lquan.m” function [indx qy] = lquan(x,xmin,xmax,nbit) nlevel = 2^nbit; % So muc luong tu hoa q = (xmax-xmin)/nlevel; % Buoc luong tu [indx qy] = quantiz(x,xmin+q:q:xmax-q,xmin+q/2:q:xmax-q/2); Giải thích: Đây file mơ tả hàm lquan (trong sử dụng hàm quantiz có sẵn Matlab) với tham số đầu vào tham số đầu sau: x : Bao gồm mẫu tín hiệu vào cần lượng tử hóa xmin, xmax : Dải biên độ lượng tử hóa nbit : Số bit lượng tử hóa indx : Vectơ (mảng) số mức lượng tử hóa tín hiệu vào qy : Vectơ (mảng) mẫu tín hiệu lượng tử hóa Ví dụ cách sử dụng hàm vừa định nghĩa Gõ lệnh sau cửa sổ lệnh, kết tương ứng sau: >> a = [-0.2 1.9 3.2 -2.5] a = -0.2000 1.9000 3.2000 -2.5000 >> [indx qy] = lquan(a,-4,4,2) indx = 3 -3 qy = -1 Ta thấy gồm lệnh Lệnh tạo vectơ tín hiệu a gồm giá trị rời rạc Sau ta gọi hàm lquan để lượng tử hóa với dải biên độ −4 đến sử dụng bit (tức chia làm mức lượng tử) Kết lưu vào biến indx vị trí mức lượng tử (lấy giá trị từ đến 3) qy giá trị mẫu tín hiệu sau lượng tử hóa (gồm mức −1, −3, 1, 3) Từ ví dụ Sinh Viên tự suy cách khai báo hàm nói chung, sử dụng hàm ví dụ để thực thí nghiệm 2.1 2.2 Lưu ý để sử dụng hàm thư mục thời phải thư mục với thư mực chứa file “lquan.m” 1.1 Cho hệ thống PCM tuyến tính có sơ đồ khối hình vẽ Tín hiệu tương tự x sau lấy mẫu thành mẫu rời rạc xs, sau lượng tử hóa (dải biên độ từ −1 đến 1) thành mức lượng tử hóa xi khác Cuối xi mã hóa mã nhị phân tự nhiên bit (nói đơn giản mã hóa trường hợp đổi mức lượng tử hóa xi sang nhị phân bit) Cho tín hiệu sau lấy mẫu gồm mẫu lệnh sau: >> xs = rand(1,5)*2-1; Yêu cầu: Sử dụng hàm lquan để thực lượng tử hóa tín hiệu Kết lưu vào biến [xi xq] Sau điền vào phần trả lời cuối Hướng dẫn: Bài dùng dòng lệnh, nên thực cách gõ trực tiếp lệnh cửa sổ lệnh Matlab Điền câu trả lời vào phần sau: Dòng lệnh sử dụng: [xi xq] = lquan( xs = [ , , , , ] xi = [ , , , , ] xq = [ , , , , ] Dịng bit truyền: 1.2 Cho tín hiệu x(t) (lưu vào biến xt) ngẫu nhiên có biên độ −1 đến xét khoảng ≤ t ≤ 20, tín hiệu lượng tử xq(t) (lưu vào biến xqt) tạo nhờ gọi hàm lquan sau: t = 0:.01:20; xt = sin(randn()+t).*cos(rand()*t); [inx xqt] = lquan(xt,-1,1,randint(1,1,3)+2); Chú ý: Với phiên Matlab (Matlab 2010 hay 7.10 hơn) hàm randint thay hàm randi sau: [inx xqt] = lquan(xt,-1,1,randi(3)+1); Yêu cầu: + Vẽ đồ thị tín hiệu xt xqt đồ thị Các bước thí nghiệm: + Tạo file Vào menu File → New → M-file ( ấn Ctrl+N ) + Tiến hành soạn thảo mã nguồn Đầu tiên gõ dòng lệnh vào + Vẽ đồ thị tín hiệu đồ thị, ta dùng lệnh “hold on”, dùng lệnh để vẽ đồ thị sau: plot(t,xt,'b',t,xqt,'r'); grid on; + Điền thông tin vào đồ thị hướng dẫn 1.2 + Lưu vào file “bai12.m” Chạy chương trình (F5) trả lời câu hỏi Câu hỏi: Từ kết 1.2, trả lời câu hỏi sau: Số bit dùng để lượng tử hóa cho mẫu tín hiệu n = Bước lượng tử q = Liệt kê mức biên độ tất mức lượng tử: Chú ý: Các câu trả lời phải phù hợp với phần đồ thị kết phần báo cáo thí nghiệm 1.2 II TẠP ÂM LƯỢNG TỬ TRONG KỸ THUẬT LƯỢNG TỬ HÓA TUYẾN TÍNH MỤC TIÊU + Hiểu cách đánh giá lượng tử hóa thơng qua tỷ số cơng suất tín hiệu cơng suất tạp âm lượng tử SNqR + Mơ tính tốn tỷ số SNqR số bit mã hóa thay đổi, chứng minh cơng thức lý thuyết tính SNqR CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA Q trình lượng tử hóa có sai số gọi sai số lượng tử hóa, sai số gây tạp âm lượng tử Giả sử tín hiệu vào lượng tử tín hiệu rời rạc x(k) (k số tự nhiên) , tín hiệu sau lượng tử xq(k), trình lượng tử gây sai số lượng tử eq(k) sau: eq(k) = x(k) – xq(k) (3-1) Để đánh giá chất lượng tín hiệu lượng tử hóa, người ta dùng tỷ số SNqR tỷ số cơng suất tín hiệu Ps công suất tạp âm lượng tử Pq sau: SNqR = Trong với tín hiệu rời rạc, Ps Pq tính sau: (3-2) (3-3) (3-4) với N số mẫu tín hiệu phạm vi quan sát Thực lượng tử hóa tuyến tính tín hiệu ngẫu nhiên x gồm 1000 mẫu phân bố dải biên độ −1 ÷ với số bit lượng tử hóa cho mẫu tín hiệu n (Có thể dùng hàm lquan 2) + So sánh với công thức lý thuyết, tỷ số SNqR trường hợp tín hiệu vào có phân bố tính sau: SNqR = 6,0206n (3-5) + Thay đổi tín hiệu vào x tín hiệu điều hòa dạng sin sau: x = sin(linspace(1,5,N)); Trong đó: N số mẫu tín hiệu vào, hàm linspace(1,5,N) chia khoảng từ đến thành N giá trị cách Tính tỷ số SNqR trường hợp Yêu cầu: + Tính tỷ số tín hiệu tạp âm lượng tử SNqR vẽ đồ thị mối quan hệ SNqR số bit lượng tử hóa nbit lấy giá trị từ đến 10 trường hợp + Điền kết mô vào bảng sau + Vẽ đồ thị quan hệ tỷ số SNqR mô lý thuyết với số bit mã hóa n trường hợp trên đồ thị, có thích nbit 10 SNqR lý thuyết (tín hiệu phân bố đều) SNqR mơ (tín hiệu phân bố đều) SNqR mơ (tín hiệu sin) + Lưu vào file script “bai13.m” Câu hỏi: Khi n tăng lên giá trị SNqR thay đổi nào? Tại sao? Giải thích SNqR phụ thuộc vào n, không phụ thuộc vào kích thước bước lượng tử dải biên độ lượng tử? 10 Bỏ kết nối với CH 1, thực kết nối với EXT hình vẽ sau Điều chỉnh NOISE potentiometer tới vị trí CCW Kết nối thiết bị hình vẽ, thiết lập kênh cho V/DIV Quan sát dạng sóng waveforms đầu đầu vào nhận xét đầu CHANNEL a Bị méo dạng b Đồng với đầu vào 66 Đặt nút CM vị trí ON để thay đổi tần số cutoff cận kênh truyền từ 70 kHz thành 1500 Hz Quan sát hình chuyển đổi CM off on Waveform đầu thay đổi nào? a Biên độ tăng b Pha bị dịch chuyển c Cả a b Chú ý : Tất CMs phải tắt trước chuyển sang nội dung Đo biên độ tín hiệu HIGH TONE (IN) Chuyển đổi giá trị đo thành giá trị hiệu dụng (rms) 10 Di chuyển CH tới vị trí NOISE hình vẽ 11 Xoay NOISE potentiometer CW để đạt tín hiệu Vpk-pk CH (Chú ý : tín hiệu Vpk-pk, đo xác, 0.5 Vrms) 12 Tính giá trị SNR theo decibels 67 13 Quan sát đầu CHANNEL CH Sinh viên thấy giá trị SNR = … dB (theo câu 12) tạo thay đổi biên độ cách ngẫu nhiên tín hiệu truyền Nếu sinh viên tăng mức ảnh hưởng nhiễu, điều xảy với SNR a SNR tăng b SNR giảm c SNR giữ nguyên 14 Quan sát tín hiệu đầu (CH 2) chậm rãi điều chỉnh nút vặn mở hoàn toàn (fully CW) để giảm SNR Toàn lượng nhiễu tín hiệu đầu a Tăng b Giảm c Giữ nguyên Đặt CM 15 vị trí ON để thay đổi phổ tần số tín hiệu nhiễu từ 75-600 Hz tới 4800 – 38400 Hz 15 Sử dụng nút chuyển đổi Toggle để quan sát ảnh hưởng tần số cao (CM on) tần số thấp (CM off) hình Chú ý : Tất CMs phải tắt trước chuyển sang nội dung 16 Sử dụng sợi cáp (patch leads) để kết nối đầu vào T DATA R DATA với NRZ khối tính lỗi BER COUNTER 17 Ấn giải phóng RESET Số xuất hình LED ? 68 18 Dời kết nối R DATA khỏi NRZ, kết nối với giắc nối đất gần (Chú ý : Cứ khoảng 106 ms, 128 bits liệu xuất đầu vào T DATA (NRZ), nửa số chúng bit 1) 19 Ấn giải phóng RESET, số xuất hình LED ? 20 Tính tỷ lệ lỗi bit BER với số bit lỗi đếm 64 KẾT LUẬN - Khối mạch CHANNEL SIMULATOR có băng thông mức độ nhiễu tạo hạn chế để mô tả điều kiện môi trường thực tế Trong thông tin số, nhiễu tạo khác biệt hồn tồn liệu đầu và đầu Có thể hạn chế ảnh hưởng nhiễu cách tăng tỷ số SNR Có thể đo/định lượng mức độ lỗi thông tin số cách đếm số bits lỗi đơn vị thời gian, tính tỷ lệ lỗi bits CÂU HỎI KIỂM TRA Câu 1: Phương thức điều chế bị ảnh hưởng nhiễu a ASK b PSK c FSK d Tất phương thức Câu 2: Tham số SNR tín hiệu xác định a Tỷ số công suất tín hiệu cơng suất nhiễu b Tỷ số cơng suất nhiễu cơng suất tín hiệu c Tích số cơng suất tín hiệu cơng suất nhiễu d Hiệu số cơng suất tín hiệu cơng suất nhiễu Câu 3: Giá trị SNR tính điện áp hiệu dụng tín hiệu nhiễu 12V 120mV a -15.6 dB b -40 dB c 40 dB d 100 dB Câu 4: Nếu kênh truyền có băng thơng mơ tả hình vẽ sau, phạm vi tần số sau nhiễu làm giảm chất lượng việc truyền dẫn 69 a 100 Hz – 1000 Hz b kHz – 10 kHz c 10 kHz – 100 kHz d Tất đáp án Câu 5: Cách sau cải thiện chất lượng truyền dẫn ảnh hưởng nhiễu? a Tăng SNR b Giảm SNR c Mở rộng băng thông kênh truyền d Khơng có phương án Câu 6: Nhiễu tạo lỗi truyền thông tin số? a Các mức logic tín hiệu bị đọc/nhận diện sai b Thay đổi tần số sóng mang c Cả phương án Câu 7: Cách sau cải thiện tác động nhiễu lên hệ thống truyền thông tin số? a Giảm số lượng biên độ có trạng thái tín hiệu ASK b Thay đổi tần số sóng mang c Cả phương án Câu 8: Phương án sau cải thiện tác động nhiễu lên tín hiệu ASK? a Tăng số lượng biên độ có trạng thái b Giảm số lượng biên độ có trạng thái c Giảm số lượng biên độ có trạng thái khác d Khơng có phương án Câu 9: Cách sau cải thiện việc tách sóng tín hiệu FSK tác động nhiễu? a Tách sóng đồng b Sử dụng lọc thơng dải tách sóng c Tăng tỷ số SNR d Tất cách Câu 10: Phương thức tách sóng đồng tín hiệu FSK ảnh hưởng nhiễu hiệu phương thức tách sóng khơng đồng lý sau (Trong giới hạn thiết bị thí nghiệm) a b c d Bộ so pha Bộ lọc thông dải Bộ lọc thông thấp Bộ so điện áp 70 Câu 11: Tín hiệu PSK bị ảnh hưởng biên độ nhiễu thành phần sau tín hiệu khơng đổi a Biên độ b Tần số c Pha d Tất thành phần Câu 12: Một hệ thống thông tin số truyền 1000 bits nhận 25 bits bị lỗi Tỷ lệ lỗi bit BER hệ thống a 25/100 b 25/1000 c 975/1000 d 1000/25 Câu 13: Việc sử dụng lọc thơng dải tách sóng khơng đồng cải thiện ảnh hưởng nhiễu với loại điều chế sau a ASK b FSK c PSK d Cả a b Câu 14: Tại tín hiệu điều chế PSK bị ảnh hưởng nhiễu tín hiệu ASK thiết bị thí nghiệm? a Nhiễu tạo ảnh hưởng tới pha tín hiệu b Nhiễu tạo ảnh hưởng tới biên độ tín hiệu c Cả đáp án Câu 15: Các tín hiệu PSK bị ảnh hưởng nhiễu biên độ yếu tố sau phía thu a b c d Bộ lọc thơng dải Bộ lọc thông thấp Bộ lọc thông cao Không có yếu tố xác MƠ PHỎNG NHIỄU GAUSS 1.1 Hàm mật độ xác suất (PDF – Probability Density Function) phân phối Gauss (hay phân phối chuẩn) có biến ngẫu nhiên x cho công thức sau: (1.1) Trong μ giá trị trung bình (kỳ vọng) phương sai (σ cịn gọi độ lệch chuẩn) biến ngẫu nhiên x Xét trường hợp đặc biệt lấy μ = σ = 1, phân phối gọi phân phối chuẩn hóa (Standard Normal Distribution) Yêu cầu: Viết chương trình Matlab vẽ hàm phân bố xác suất phân phối chuẩn hóa 71 Các bước tiến hành: + Tạo file Vào menu File → New → M-file ( ấn Ctrl+N ) + Tiến hành soạn thảo mã nguồn Hướng dẫn: Để vẽ đồ thị P(x) trên, phải xác định khoảng giá trị biến x, ta chọn khoảng giá trị từ −5 đến Sau sinh mảng (ma trận hàng hay vectơ) x với giá trị khoảng chọn, cách với khoảng cách đủ nhỏ để đồ thị xác Ví dụ: x = -5:0.1:5; Lệnh tạo x mảng phần tử từ −5 đến cách 0.1 Sau tính hàm cho giá trị x sau: Px = (1/sqrt(2*pi))*exp(-x.^2/2); viết ngắn gọn lại: Px = exp(-x.^2/2)/sqrt(2*pi); Lệnh tạo vectơ Px giá trị hàm P(x) tương ứng với giá trị mảng x Thực vẽ đồ thị hàm plot sau:plot(x,Px); + Lưu file vào tên bai11.m (Menu File → Save ấn Ctrl+S) + Chạy file script vừa tạo Nhấn F5 theo dõi kết Câu hỏi: Nêu ý nghĩa đại lượng kỳ vọng phương sai phân phối xác suất Gauss Ý nghĩa ứng dụng hàm phân phối xác suất Gauss thông tin số Nếu thay đổi kỳ vọng μ phương sai thay đổi (cụ thể đồ thị thay đổi nào)? Giải thích? 1.2 Tạo vector tín hiệu tuân theo phân phối chuẩn hóa với độ dài 100000 phần tử Tính toán biểu thị hàm mật độ phân bố xác suất q trình ngẫu nhiên này, sau so sánh với kết 1.1 72 Yêu cầu: Vẽ đồ thị hàm phân phối lý thuyết (bài 1.1) mô (1.2) đồ thị + Lưu vào file “bai12.m” Câu hỏi: Nêu nhận xét kết hai hàm mô lý thuyết? Thay đổi độ dài trình ngẫu nhiên tập 1.2 lên 1.000.000 phần tử So sánh kết với kết cũ? Giải thích? 73 BÀI KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ QPSK VÀ XÁC SUẤT LỖI BIT MỤC TIÊU Thực hành kỹ thuật điều chế số theo pha PSK sử dụng pha khác sóng mang I KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ QPSK LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA Kỹ thuật điều chế số theo pha PSK sử dụng pha khác sóng mang để mã hóa cụm m bit tín hiệu cần điều chế (được gọi ký tự hay symbol) Kỹ thuật điều chế số QPSK sử dụng trạng thái sóng mang tương ứng với pha khác nhau, trạng thái sóng mang (tương ứng với ký tự) tương ứng với bit Thông thường, tín hiệu điều chế PSK bao gồm thành phần, thành phần đồng pha (I) thành phân vuông pha (Q) Các trạng thái tín hiệu điều chế biểu diễn biểu đồ chòm (Constellation Diagram) với trục I Q, trạng thái tín hiệu biẻu diễn điểm Biểu đồ chòm tín hiệu điều chế QPSK mã hố theo mã Gray cho hình 7.1 Khi vectơ tín hiệu QPSK phức biểu diễn sau: , Trong đó: m = 0, 1, 2, (7-1) Hình 7.1 Biểu đồ khơng gian trạng thái tín hiệu điều chế QPSK với mã Gray Yêu cầu: Tạo tín hiệu nhị phân ngẫu nhiên chiều dài 50000 bit thực điều chế QPSK tín hiệu với biểu đồ chịm hình 6.1, sau cho tín hiệu QPSK điều chế qua kênh nhiễu cộng Gauss (AWGN) Hãy vẽ hình, hình bao gồm đồ thị biểu đồ chòm tín hiệu điều chế QPSK khơng có nhiễu có nhiễu với mức nhiễu khác tương ứng với tỉ số SNR = 6dB, 3dB, 0dB (Chú ý: Biểu đồ chịm tín hiệu điều chế QPSK khơng có nhiễu bao gồm điểm, cần vẽ với màu sắc ký hiệu dấu khác với điểm biểu đồ chịm tín hiệu QPSK có nhiễu) 74 75 Câu hỏi: Điều chế tín hiệu để làm gì? Tại phải điều chế số? Nêu vai trò chức khối điều chế thông tin số? Mô tả nhận xét kết mơ phỏng? Giải thích? Thay đổi tỷ số SNR, so sánh kết quả? Giải thích? II XÁC SUẤT LỖI BIT TRONG ĐIỀU CHẾ QPSK LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA Xét hệ thống điều chế QPSK sử dụng mã Gray với kênh nhiễu Gauss, mặt lý thuyết, xác suất lỗi bit pb tính từ cơng thức sau: (7.2) Trong Es lượng ký hiệu = SNR Hàm lỗi Q(.) định nghĩa sau: (7.3) Yêu cầu: Tính tỷ lệ lỗi bít lý thuyết pb hệ thống vẽ đồ thị với SNR = 0, 2, 4, 6, dB So sánh kết lý thuyết với tỷ lệ lỗi bit BER hệ thống mô điều chế QPSK (Biểu diễn đồ thị, đồ thị biểu diễn pb biểu diễn đường nét liền khơng có ký hiệu dấu, đồ thị biểu diễn giá trị mô biểu diễn dấu ký hiệu mà đường kẻ) Hướng dẫn: + Tạo file bai7.m + Dùng hàm efrc(.) có sẵn Matlab để tính xác suất lỗi Điền kết vào bảng sau: SNR 0dB 2dB 4dB Pb Lý thuyết BER Mô 76 6dB 8dB 77 Câu hỏi: So sánh điều chế BPSK QPSK? Nêu số hệ thống thực tế sử dụng kỹ thuật điều chế số QPSK 78 BÀI MÔ PHỎNG ĐIỀU CHẾ M-QAM QUA KÊNH NHIỄU GAUSS MỤC TIÊU Sau làm này, sinh viên mơ hệ thống có điều chế giải điều chế kênh có nhiễu LÝ THUYẾT CHUNG VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA + Kỹ thuật điều chế số biên độ cầu phương QAM kết hợp điều chế số theo biên độ ASK theo pha PSK + Điều chế nhiều mức M-QAM sử dụng sử dụng M = 2n trạng thái sóng mang (hay symbol ký hiệu) để điều chế Mỗi ký hiệu tương ứng với n bit nhị phân + Các trạng thái điều chế kỹ thuật điều chế M-QAM xác định biểu đồ chịm 8.1 Mơ hệ thống sử dụng kỹ thuật điều chế số M-QAM vuông, mơ tả hình 8.1 ● Nguồn bit truyền ánh xạ vào kí hiệu điều chế M-QAM vng với phương pháp mã hố Gray thành nguồn ký hiệu truyền Có M ký hiệu nên ký hiệu lấy giá trị từ đến M – Tạo nguồn ký hiệu truyền với độ dài 50.000 ký hiệu ● Tín hiệu điều chế M-QAM truyền qua kênh nhiễu trắng (AWGN) với mức độ nhiễu cho tỷ số SNR Bộ thu sử dụng giải điều chế theo phương pháp xác suất cực đại (maximum likelihood) để giải điều chế mẫu tín hiệu thu Tức thu so sánh độ lệch kí hiệu thu với tất giá trị kí hiệu chuẩn, sau chọn kí hiệu có độ lệch nhỏ ● Dịng bit khơi phục sau giải điều chế cách đổi dòng ký hiệu sau giải điều chế sang nhị phân So sánh dịng bit khơi phục dịng bit điều chế để tính tỷ lệ lỗi bit BER Yêu cầu: + Tính tỷ lệ lỗi bit BER kỹ thuật điều chế M-QAM trường hợp M = 16, 64, 128 với mức độ nhiễu kênh có SNR[dB] = 0, 1, 2, , 25 + Vẽ đồ thị đường BER trường hợp điều chế Chú thích rõ đồ thị 79 Hình 8.1: Mơ hình Hệ thống truyền dẫn số băng tần sở sử dụng phương pháp điều chế M-QAM qua kênh nhiễu trắng Lưu vào file script bai81.m Điền kết mô phỏng, giá trị xác suất lỗi bit BER tính vào bảng sau: SNR=0dB SNR=5dB SNR=10dB SNR=15dB SNR=20dB SNR=25dB 16-QAM 64-QAM 128-QAM Câu hỏi: Khi số mức điều chế M tăng BER thay đổi sao? Giải thích? Số mức điều chế M tăng lên cao có ưu nhược điểm gì? M tăng lên lớn không? Tại sao? 80 ... đủ tuân thủ bước tiến hành thí nghiệm theo hướng dẫn, ghi lại đầy đủ kết thí nghiệm; trả lời đầy đủ câu hỏi ôn tập sau làm thí nghiệm THƠNG TIN CHUNG VỀ CÁC BÀI THÍ NGHIỆM - Tên học phần: Mã học... học phần: Khối lượng thí nghiệm: Số thí nghiệm: TT Thơng tin số ET3250 3(3-0-1-6) tín (thời lượng 15 tiết/học kỳ) Nội dung Chuẩn đầu HP Bài đánh giá Thời lượng Địa điểm Bài Kỹ thuật lượng tử... phịng thí nghiệm tn thủ hướng dẫn cán phụ trách suốt q trình làm thí nghiệm phịng thí nghiệm Sinh viên u cầu xem lại nắm vững phần lý thuyết hoàn thành câu hỏi kiểm tra trước thực thí nghiệm;