Báo cáo môn học mô phỏng hệ thống truyền thông viết chương trình và thực hiện mô phỏng quá trình pcm theo tiêu chuẩn châu âu

     Báo cáo tập lớn môn mô hệ thống truyền thông GVHD:PGS.TS Lê Hải Châu HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THƠNG I BÁO CÁO MÔN HỌC: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG Giảng viên: PGS TS Lê Hải Châu Nhóm : 02 Thành Viên : [1] [2] [3] [4] [5] Hoàng Duy Tám Lê Tuấn Anh Lê Đức Trung Nguyễn Chấn Dương Nguyễn Đình Hào B17DCVT315 (nhóm trưởng) B20DCVT022 B20DCVT397 B20DCVT085 B17DCVT119  Hà Nội, tháng NHÓM  NHÓM     MỤC LỤC  NHIỆM VỤ 1.1 Mô tả hệ thống PCM 1.1.1 Quá trình lấy mẫu 6  1.1.2 Q trình Mã hóa – Nén số .6  1.1.3 Quá trình Lượng tử hóa 6  1.1.4 Giải mã - Giãn số .6  1.2 Viết chương trình thực mơ trình PCM theo tiêu chuẩn châu Âu   1.2.1 : Các hàm có q trình thực mơ 6  1.2.2 : Chương trình thực mơ 1.2.3 : Hiển thị kết quả, nhận xét 12  NHIỆM VỤ 18 2.1: Mô tả hệ thống mô 18 2.2 Kết mô 19 2.3 Mã Code MATLAB .20  NHIỆM VỤ 21 3.1 Mô tả 21 3.2 Yêu cầu 21 3.3 Sơ đồ điều chế 21 Giải điều chế 8-QAM 21 3.4 Mã chương trình, giải thích, tham số đầu vào 22 3.5.Hiển thị kết quả, nhận xét .26 3.5.1 Ước tính xác xuất lỗi 26  3.5.2. Biểu đồ chòm 26  3.5.3. Dạng sóng tín hiệu ( SNR = dB) 27  3.5.4. Mẫu mắt ( SNR = ) 28 3.5.5. Phổ tín hiệu ( SNR = ) 29 3.5.6. Hình ảnh khơi phục phía thu 32     BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC NHÓM STT Họ Và Tên Mã sinh viên Phân công công việc Lê Tuấn Anh B20DCVT022 Làm báo cáo, chỉnh sửa câu 2,3 Lê Đức Trung B20DCVT397 Viết code, Phân tích biểu đồ 1,2,3 Hồng Duy Tám B17DCVT315 Nghiên cứu PCM, dàn ý báo cáo câu Chỉnh sửa file word  Nguyễn Đình Hào B17DCVT119 Chạy chương trình câu 1, fix lỗi câu , chỉnh sửa báo cáo word cuối cùng, làm đề mục  Nguyễn Chấn Dương B20DCVT085  Nghiên cứu phương pháp chuyển đổi ảnh thành chuỗi bit     DANH MỤC HÌNH ẢNH  Hình 1.1 Sơ đồ mơ trình điều chế PCM  Hình 1.2 Tín hiệu tương tự đầu vào .12  Hình 1.3 Tín hiệu tương tự sau nén μ=2 12  Hình 1.4 Tín hiệu PCM lượng tử hóa 13  Hình 1.5 Tín hiệu sau giải điều chế .13  Hình 1.6 Tín hiệu sau giải nén .14  Hình 1.7 Phổ biên độ tín hiệu ban đầu 15  Hình 1.8 Phổ pha tín hiệu ban đầu .15  Hình 1.9 Phổ biên độ tín hiệu khơi phục đầu thu hệ thống PCM 16   Hình 1.10 Phổ pha tín hiệu khơi phục đầu thu hệ thống PCM 16   Hình 1.11 Biểu đồ mẫu tín hiệu trước nén .17   Hình 1.12 Biểu đồ mẫu tín hiệu sau nén 17   Hình 2.1 Mơ hình chuyển đổi ảnh 18  Hình 2.2 Kích thước, định dạng, độ dài chuỗi bit ảnh chuyển đổi 19  Hình 3.1 Sơ đồ điều chế 8-QAM 21  Hình 3.2 Xác xuất lỗi BER ước tính 26   Hình 3.3 Biểu đồ chịm từ đầu điều chế .26   Hình 3.4 Biểu đồ chòm thu ( SNR = 8) 27   Hình 3.5 Xung tín hiệu trước sau qua kênh AWGN 28  Hình 3.6 Mẫu mắt tín hiệu trước sau qua kênh AWGN .29  Hình 3.7 Phổ tín hiệu phía phát 30  Hình 3.8 Phổ tín hiệu phía thu .31  Hình 3.9 Hình ảnh “lena_gray.bmp” khơi phục phía thu .32     PHẦN NHIỆM VỤ 1.1 Mơ tả hệ thống PCM  Hình 1 Sơ đồ mơ q trình điều chế PCM  Tín hiệu vào cho cơng thức: Với Ai 1,2,3,4,5 n = ( theo số cuối msv nhóm trưởng)  [ 0, pi/2, pi/4, pi/ 8, pi/16 ] f i theo mã sinh viên với dãy số i =[ 2 ]  Fi = [ 200 200 300 900 700] Sử dụng kĩ thuật nén - dãn theo luật A , A=87,6 Tần số lấy mẫu fs=8000Hz     1.1.1 Quá trình lấy mẫu Quá trình lấy mẫu thực cách nhân tín hiệu ban đầu với chuỗi xung nhịp có tần số lấy mẫu fs= 8000Hz mẫu mã hóa bit nhị phân => 255 mức lượng tử 1.1.2 Q trình Mã hóa – Nén số Thực nén (COMPRESS) tín hiệu theo hàm logarithm, mục đích để tín hiệu ở  mức biên độ nhỏ thay đổi nhiều mức so với giá trị biên độ lớn, sai số lượng tử tương đối mức biên độ nhỏ lớn không chênh lệch nhiều trường hợp không nén  = 1.1.3 Q trình Lượng tử hóa Chia biên độ xung lấy mẫu thành khoảng nhau, khonarg bước lượng tử ∆, 1.1.4 Giải mã - Giãn số Để khơi phục lại tín hiệu ban đầu sau giải mã, ta phải đưa qua giãn tín hiệu có đặc tuyến truyền đạt nghịch đảo đặc tuyến nén 1.2 Viết chương trình thực mơ q trình PCM theo tiêu chuẩn châu Âu Chương trình MATLAB có phần phần hàm để chạy ngầm công thức phần thực mô 1.2.1  : Các hàm có q trình thực mơ mulaw.m : Hàm nén với hệ số nén mu = 87,6     Uniform_pcm.m: Hàm thực lượng tử hóa PCM d.PCM.m: Hàm giải điều chế PCM     Invmulaw.m: Hàm giải nén 1.2.2 : Chương trình thực mơ phỏng  Mã chương trình             NHIỆM VỤ 2.1 : Mô tả hệ thống mô Đường dẫn đến file ảnh : “ lena_gray.bmp” Quá trình chuyển ảnh thành chuỗi bit: Đầu tiên, đọc file ảnh đầu vào, thu ma trận ảnh ba chiều A với \ (size: M x N x 3), có phần tử loại unit8 (giá trị 0-255) Thực chuyển (reshape) ma trận A vừa thu thành ma trận nhị phân hai chiều B, có (MxNx3) hàng cột Nghĩa hàng ma trận B biểu diễn cho phần tử ma trận A qua bit ứng với cột Chuyển ma trận B thành vector chuỗi bit với chiều dài n_bits = (MxNx3x8)  bit Quá trình chuyển chuỗi bit thành ảnh: (Các bước làm ngược lại bước trên) Chuyển vector chuỗi bit (dài n_bits) thành ma trận Br chiều có kích thước (n_bits/8) hàng cột Ma trận Br chuyển (reshape) tương ứng với size ảnh gốc, matrận Ar (M x N x 3) Ma trận Ar ma trận ảnh chuyển đổi từ chuỗi bit  Hình 2.1 Mơ hình chuyển đổi ảnh     2.2 Kết mơ  Hình 2.2 Kích thước, định dạng, độ dài chuỗi bit ảnh chuyển đổi     2.3 Mã Code MATLAB Hàm chuyển đổi ảnh thành chuỗi bit nhị phân nhị phân thành ảnh:  Hình 2.3 Đoạn code chuyển đổi ảnh sang nhị phân ngược lại     NHIỆM VỤ 3.1 Mô tả Mô hệ thống truyền dẫn số để truyền tín hiệu số thu từ: NV1 NV2  Nhóm có SC = 28 ( chẵn ) , dùng QAM 938 mod = => R=1 Kết luận: Thực kỹ thuật điều chế 8- QAM cho hệ thống mô 3.2 Yêu cầu a Mô tả hệ thống mô sơ đồ khối xác định tham số hệ thống bao gồm lọc sử dụng để có thu tối ưu  b Bằng việc sử dụng MATLAB, viết chương trình mơ hệ thống truyền dẫn số sử dụng kỹ thuật điều chế lựa chọn kênh AWGN với nguồn tín hiệu tín hiệu thu nhiệm vụ Ước tính xác suất lỗi mức tỉ số tín hiệu nhiễu SNR 5, 12 dB theo phương pháp Monte Carlo c Biểu diễn biểu đồ chịm sao, dạng sóng tín hiệu, mẫu mắt phổ tín hiệu điểm sau hệ thống: đầu điều chế, sau truyền qua kênh AWGN SNR  = 8dB, sau xử lý khôi phục thu d So sánh tệp đồ hoạ khôi phục sau truyền qua hệ thống mô mức SNR yêu cầu 3.3 Sơ đồ điều chế - Sơ đồ điều chế 8-QAM Pulse Điều chế 8- Generator QAM Kênh AWGN RX Giải điều  chế 8- RX    Hình 3.1.Sơ đồ điều chế 8-QAM  QAM     Sử dụng điều chế 18-QAM Các chuỗi bit đầu vào tạo thành xung, sau xung đưa vào điều chế 8-QAM đưa lên kênh AWGN để tới máy thu Tại máy thu tín hiệu giải điều chế đưa qua lọc để khôi phục chuỗi bit ban đầu 3.4 Mã chương trình, giải thích, tham số đầu vào Tên tham số Tốc độ bít  Năng lượng ký hiệu Băng thơng Tần số sóng mang Tần số lấy mẫu Pha tín hiệu ban đầu SNR  Es/No xét BER     Giá trị N = 7Mb/s Es=1 MHz MHz MHz 8 12 Mã chương trình: Khai báo giá trị Mã chương trình: Điều chế Tạo xung tín hiệu     Mã chương trình: Q trình mơ qua AWGN xử lí tín hiệu phía thu Mã chương trình: Giải điều chế     Mã chương trình: Hiển thị kết SNR =         3.5 Hiển thị kết quả, nhận xét 3.5.1 Ước tính xác xuất lỗi SNR = [ 12 ]  Hình 2.Xác xuất lỗi BER ước tính   Nhận xét: SNR cao, lỗi BER ít, hình ảnh lỗi Ít chấm đen, nhiễu 3.5.2. Biểu đồ chịm  Hình 3.3.Biểu đồ chịm từ đầu điều chế       Hình 3.4.Biểu đồ chịm thu ( SNR = 8) 3.5.3. Dạng sóng tín hiệu ( SNR = dB)      Hình 3.5.Xung tín hiệu trước sau qua kênh AWGN   Nhận xét: Hình 3.5 thể dạng xung tín hiệu Màu cam tín hiệu ban đầu màu xanh tín hiệu sau qua kênh AWGN Ta thấy xuyên xuốt thời gian từ đến 1.5.10^-4 xung ban đầu thấp nhỏ xung màu xanh Lý sau qua kênh AWGN xung tín hiệu bị ảnh hưởng nhiễu, có khuynh hướng khuếch đại sóng sin so với ban đầu giữ hình dạng 3.5.4. Mẫu mắt ( SNR = )      Hình 3.6.Mẫu mắt tín hiệu trước sau qua kênh AWGN   Nhận xét : Hình 3.6 thể biểu đổ mắt cho tín hiệu Hình ảnh phía bên trái tín hiệu  phát chưa có ảnh hưởng nhiễu, nên mẫu mắt sắc nét mượt Hình bên phải tín hiệu phía thu, qua điều chế nên ảnh hưởng nhiều nhiễu, mẫu mắt có dạng nhiễu khơng rõ ràng, dày đặc 3.5.5. Phổ tín hiệu ( SNR = )      Hình 3.7.Phổ tín hiệu phía phát       Hình 3.8.Phổ tín hiệu phía thu     3.5.6. Hình ảnh khơi phục phía thu  Hình 3.9.Hình ảnh “lena_gray.bmp” khơi phục phía thu  Nhận xét : Hình 3.9 thể hình ảnh khôi phục SNR 5, 8, 12 Ta thấy SNR lớn, hình ảnh khơi phục có độ sắc nét cao Các chấm nhỏ rời rạc SNR =5 , SNR = nhiễu điều chế  Nhận xét: