Đề tài mô phỏng hệ thống truyền dẫn qpsk qua kênh awgn và kênh fading rayleigh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN o0o BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG Tên đề tài: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QPSK QUA KÊNH AWGN VÀ KÊNH FADING RAYLEIGH Giáo viên hướng dẫn : TS Đỗ Quang Hưng Sinh viên thực : Phạm Tuấn Hải Hồng Cơng Long Nguyễn Anh Qn Nguyễn Đức Hiếu Nguyễn Thu Hà Lớp : Hà Nội 2023 70DCDT21 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… LỜI NÓI ĐẦU Hiện hệ thống thu phát thông tin vô tuyến sử dụng rộng rãi thực tế Các hệ thống điện thoại di dộng ,các hệ thống wifi gia đình; quan , công ty trạm BTS hệ thống xuyên quốc gia quốc tế hệ thống thơng tin vơ tuyến có vai trị quan trọng hệ thống Công nghệ vô tuyến nhận thức đời giúp cải thiện hiệu suất sử dụng phổ tần cho phép dịch vụ vơ tuyến sử dụng chung dải phổ Bên cạnh vô tuyến nhận thức, truyền thông đa chặng cho phép hệ thống mở rộng vùng phủ sóng cải thiện chất lượng tín hiệu vùng phủ sóng đó.xuất hầu hết lĩnh vực sống Trong kỹ thuật thông tin vô tuyến điện, muốn truyền thông tin xa người ta phải chuyển tần số tín hiệu tin tức lên tần số cao nhiều Phương pháp để thực chuyển phổ tín hiệu tin tức lên vùng có tần số cao điều chế (điều chế biên độ, điều tần, điều pha),bằng cách sử dụng mạch trộn tần Ở phía máy thu phải có q trình chuyển đổi ngược lại, q trình tách sóng (giải điều chế) Đó lý mà ngày hôm bạn thảo luận vấn đề điều chế giải điều chế QPSK Hơn thế, khoảng thời gian cho phép trao đổi hết với toàn kiến thức lĩnh vực này, song hi vọng phần giúp tơi bạn hiểu vấn đề xoay quanh báo cáo đề tài Mô hệ thống truyền dẫn QPSK qua kênh AWGN kênh Fading Rayleigh MỤC LỤC CHƯƠNG I : ĐIỀU CHẾ QPSK .1 1.1 Khái niệm phương pháp điều chế QPSK .1 1.2 Điều chế QPSK 1.3 Giải điều chế QPSK 1.4 Tỷ lệ lỗi bit BER (bit error rate) .6 CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ KÊNH AWGN 2.1 Giới thiệu Kênh AWGN 2.1.1 Giới thiệu khái niệm kênh truyền thông 2.1.2 Định nghĩa kênh AWGN 2.2 Mơ hình kênh AWGN 2.2.1 Mơ hình tốn học kênh AWGN 2.2.2 Phân tích thành phần mơ hình kênh AWGN giải thích 2.3 Đánh giá hiệu suất kênh AWGN .11 2.3.1 Đánh giá hiệu suất kênh AWGN qua thông số đo 11 2.3.2 Tầm quan trọng thông số hiệu suất truyền thông kênh AWGN 12 2.4 Ứng dụng kênh AWGN .13 2.4.1 Các ứng dụng kênh AWGN hệ thống truyền thông thực tế 13 2.4.2 quan Tầm quan trọng kênh AWGN ứng dụng cách xử lý vấn đề liên 13 CHƯƠNG III : TỔNG QUAN VỀ KÊNH FADING RAYLEIGH 16 3.1 Giới thiệu sở lược kênh Fading Rayleigh 16 3.2 Đặc tính kênh fading Rayleigh 17 3.3 Hệ thống truyền dẫn QPSK qua kênh fadinh Rayleigh 20 CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QPSK QUA KÊNH AWGN VÀ KÊNH PHA-ĐING RAYLEIGH 25 4.1 Code mô .25 4.2 Hình ảnh mô hệ thống điều chế QPSK qua kênh AWGN kênh pha-đinh rayleigh Matlab 27 CHƯƠNG V: NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 28 5.1 Nhận xét 28 5.2 Hướng phát triển 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm nhiệt BS Base station Trạm gốc BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích lũy CSI Channel State Information Trạng thái kênh truyền EH Energy Harvesting Thu hoạch lượng ITU Internasional Telecommunications Liên minh viễn thơng quốc tế Union LOS Line of sight Đường nhìn thẳng MIMO Mutiple Input Mutiple Output Hệ thống đa đầu vào đa đầu NLOS Non Line of sight Không có đường nhìn thẳng OP Outage Probability Xác suất dừng PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất RF Radio Frequency Tần số vô tuyến SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi kí tự SNR Signal to noise ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu US User Người dùng DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2: Giản đồ chịm tín hiệu QPSK Hình 3: Sơ đồ khối điều chế QPSK Hình 4: Thành phần I, Q điều chế QPSK Hình 5: Giản đồ pha điều chế QPSK Hình 6: Giản đồ chịm tín hiệu QPSK Hình 7: Sơ đồ khối giải điều chế QPSK .5 Hình 1: Tín hiệu đầu vào 11 Hình 2: Tín hiệu đầu qua kênh AWGN 11 Hình 1: Đường liên lạc anten trạm gốc (BS: Base Station) anten trạm di động (MS: Mobile Station) 21 Hình 2: Hệ thống truyền dẫn QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh 23 Hình 3: Sơ đồ giải điều chế QPSK 23 Hình 4.1: Mơ hệ thống điều chế QPSK qua kênh AWGN kênh pha-đinh rayleigh Matlab 27 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các Vectơ khơng gian tín hiệu QPSK CHƯƠNG I : ĐIỀU CHẾ QPSK 1.1 Khái niệm phương pháp điều chế QPSK QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) điều chế pha cầu phương (điều chế pha vng góc) Trong kỹ thuật này, liệu cần truyền truyền bit, bit gọi ký hiệu (symbol) Mỗi vị trí pha symbol Hình 1: Giản đồ chịm tín hiệu QPSK 1.2 Điều chế QPSK Hình 2: Sơ đồ khối điều chế QPSK Tín hiệu nhị phân vào chuyển đổi thành thành phần song song nhau, nhánh qua chuyển từ mã RZ sang mã NRZ Tín hiệu NRZ nhánh nhân với hai thành phần sóng mang lệch 900 Bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song chia data thành luồng tín hiệu có tốc độ nửa tốc độ data Mỗi luồng tín hiệu dùng bit để biểu diễn symbol gốc trước truyền, giúp liệu chịu tác động nhiễu phục hồi bên nhận Các phương pháp mã hoá kênh phổ biến bao gồm Convolutional Codes, Turbo Codes, LDPC Codes Công nghệ thu xử lý tín hiệu sử dụng để giảm thiểu tác động nhiễu kênh AWGN Các thuật toán tiền xử lý tín hiệu lọc thơng thấp lọc Kalman áp dụng để loại bỏ tạp âm tối ưu hóa tín hiệu trước truyền Các thuật tốn khơi phục tín hiệu thuật tốn Viterbi thuật toán MAP sử dụng để giải mã liệu nhận phục hồi tín hiệu ban đầu 16 CHƯƠNG III : TỔNG QUAN VỀ KÊNH FADING RAYLEIGH Khi chế sinh kênh fading truyền thông lần làm thử năm 1950 1960, nguyên lý ứng dụng vùng truyền thông với giới hạn rộng băng tần Băng tần 3-30 Mhz(HF) dùng cho việc truyền tầng điện ly tần số 300Mhz-3Ghz(VHF), 3-30Ghz(SHF) dùng cho việc phát tầng đối lưu, ví dụ kênh bị ảnh hưởng tượng fading Mặc dù hiệu ứng fading kênh vơ tuyến di động có chút khác biệt so với gặp phải tầng ion đối lưu, kiểu fading hữu ích việc xác định ảnh hưởng fading hệ thống truyền thông số di động 3.1 Giới thiệu sở lược kênh Fading Rayleigh Fading tượng phổ biến truyền thông không dây gây tượng đa đường (Multipath) dẫn tới thăng giáng cường độ xoay pha tín hiệu (fading) không gi ống thời điểm tần số khác Tín hiệu RF truyền qua kênh truyền vô tuyến lan tỏa không gian , va chạm vào v ật cản phân tán r ải rác đường truyền xe cộ, nhà cửa, cối … gây hi ện tượng phản xạ, tán xạ hay nhiễu xạ Khi sóng va ch ạm vào vật cản tạo vô số tín hiệu, số tới máy thu Do này ph ản xạ, tán xạ, nhiễu xạ v ật khác theo đường dài ngắn khác nên: thời điểm tới máy thu khác nhau, tức độ trễ pha thành ph ần khác Các suy hao khác nhau, tức biên độ thành phần khác Tín hiệu máy thu tổng tất này, tuỳ theo đường bao tín hiệu sau qua kênh truyền có phân bố xác suất theo hàm phân bố khác Trong thực tế, kênh truyền fading Rayleigh kênh truyền phổ biến, xuất mơi trường fading đa đường khơng có đường LOS (Line Of Sight) máy phát máy thu Đáp ứng kênh truyền trình phụ thuộc vào thời gian biên độ Biên độ hàm truyền tần số định tuân theo phân bố Rayleigh, kênh truyền không tồn LOS (Line of Sight), người ta chứng minh đường bao tín hiệu truyền qua kênh truyền có phân bố Rayleigh nên kênh truyền gọi kênh 17 truyền fading Rayleigh Khi tín hiệu nhận máy thu tổng hợp thành phần phản xạ, nhiễu xạ khúc xạ Trong kênh truyền vô tuyến, phân bố Rayleigh thường dùng để mô tả chất thay đổi theo thời gian đường bao tín hiệu fading phẳng thu hay đường bao thành phần đa đường riêng lẻ Chúng ta biết đường bao tổng hai tín hiệu nhiễu Gauss trực giao tuân theo phân bố Rayleigh 3.2 Đặc tính kênh fading Rayleigh Rayleigh Fading (Rayleigh Fading): Trong kênh truyền thông không dây, công tác tuyên truyền đa đường đường dẫn tín hiệu để đạt cường độ trường tiếp nhận điểm khác từ lây lan thời gian trễ đường khác nhau, sóng chồng thành phần hướng , tạo trường sóng đứng, tạo thành tín hiệu gọi fading Rayleigh nhanh mờ dần Rayleigh hiệu ứng mờ dần quy mơ nhỏ, ln ln đặt lên bóng tối, suy giảm hiệu ứng mờ dần quy mô lớn khác a Kênh fading Rayleigh môi trường Kể từ đường dẫn tín hiệu truyền lan đa đạt đến cường độ trường nhận từ điểm khác lây lan thời gian trễ đường khác nhau, cho thành phần chồng sóng hướng, tạo trường sóng đứng, qua hình thành tín hiệu nhanh chóng mờ dần gọi Rayleigh phai Trong môi trường kênh truyền thông không dây, phản xạ khúc xạ sóng điện từ thông qua nhiều đường tán xạ đến người nhận sau truyền, tổng cường độ tín hiệu phân phối Rayleigh Và điện thoại di động lý khác, chẳng hạn cường độ tín hiệu đặc điểm giai đoạn người nhận thăng trầm, gọi fading Rayleigh Nếu tín hiệu nhận ngồi việc phản ánh tín hiệu tán xạ khúc xạ, có truy cập trực tiếp đến người nhận từ máy phát (ví dụ từ máy thu truyền hình vệ tinh trực tiếp với mặt đất) tín hiệu, cường độ tín hiệu tổng số phân phối gạo lời, gạo gọi suy giảm Nói chung, tín hiệu đa kênh đến nhận với thời gian trước, thời gian tương đối (m) chậm trễ (chậm trễ) Nếu chậm trễ thời gian tương đối nhỏ nhiều thời gian biểu tượng, tín hiệu ghép coi gần lúc để đạt nhận Trong trường hợp đa không gây nhiễu liên ký hiệu Sự sụt giảm 18 gọi fading phẳng, đáp ứng tần số kênh băng tần sử dụng phẳng Ngược lại, chậm trễ tương đối nhiều tín hiệu với không đáng kể so với thời gian biểu tượng, sau chồng chất nhiều tín hiệu, biểu tượng chồng chéo lên thời điểm khác nhau, dẫn đến nhiễu liên ký hiệu Sự sụt giảm gọi tần số fading lựa chọn, đáp ứng tần số kênh băng tần sử dụng không phẳng Phai nhanh mờ dần chậm, thường gọi biểu tượng thời gian tín hiệu với thay đổi tốc độ Khoảng nói, biểu tượng thời gian, thay đổi nhỏ coi suy giảm chậm Ngược lại, biểu tượng thời gian, có thay đổi đáng kể, phai nhanh Ơng nhanh chóng mặt lý thuyết chậm, có định nghĩa toán học nghiêm ngặt b Kênh fading Rayleigh hàm mật độ xác suất Nếu có thành phần kênh, ví dụ, tín hiệu trực tiếp (LOS), phong bì phản ứng kênh tuân theo phân phối Rician, mơ hình kênh kênh fading Rician tương ứng Điển hình tăng kênh tín hiệu baseband tương đương, tức đại diện biên độ pha đặc điểm phức tạp Rayleigh kênh fading theo điều đại diện số phức, phần thực phần ảo tùy thuộc vào độc lập phân phối giống với số khơng có nghĩa Gaussian q trình c Mơ hình Phân phối Rayleigh trung bình phương sai σ ^ văn phòng phẩm trình Gaussian hẹp, phong bì phân phối chiều phân phối Rayleigh Biểu mật độ xác suất hiển thị Phân phối Rayleigh loại phổ biến phân phối cho phai phong bì phẳng tín hiệu nhận thành phần đa đường cá nhân trở nên chấp nhận tính chất thống kê phong bì mơ tả Hai tín hiệu nhiễu Gaussian vng góc phong bì Rayleigh phân phối Rayleigh phai hiệu mơ tả diện số lượng lớn tán xạ đài phát khơng dây mơi trường tun truyền tín hiệu trở ngại Nếu có nhiều đủ mơi trường tun truyền phân tán, tín hiệu xung đạt hiệu suất thu số lượng lớn biến ngẫu nhiên độc lập thống kê chồng lên nhau, theo định lý giới hạn trung tâm, đáp ứng xung kênh không dây q trình Gaussian Nếu 19 thành phần kênh tín hiệu phân tán khơng tồn tại, tình trạng thường khơng trình bày trực tiếp tín hiệu (LOS), q trình có nghĩa giai đoạn phân bố đồng từ đến 2π cho Đó là, phản ứng kênh phong bì lượng Rayleigh phân phối Để cho biến ngẫu nhiên R, sau hàm mật độ xác suất thể hình 2σ ^ = E (R ^ 2) d Ứng dụng Mơ hình mờ dần Rayleigh áp dụng để mơ tả tịa nhà trung tâm kênh vơ tuyến có mật độ thị Tòa nhà dày đặc đối tượng khác mà khơng có đường dẫn trực tiếp truyền nhận thiết bị vơ tuyến tín hiệu vô tuyến bị suy giảm mà, phản chiếu, khúc xạ, nhiễu xạ Trong thí nghiệm Manhattan cho thấy môi trường địa phương thực gần Rayleigh kênh radio phai Phản ánh kênh vô tuyến thông qua tầng điện ly tầng đối lưu Rayleigh phai sử dụng để mơ tả hạt khác diện khơng khí số lượng lớn tín hiệu khơng dây phân tán Rayleigh hiệu ứng mờ dần quy mơ nhỏ, ln ln đặt lên bóng tối, suy giảm hiệu ứng mờ dần quy mô lớn khác Tốc độ kênh fading vận tốc tương đối máy phát máy thu kích thước Chuyển động tương đối gây thay đổi tần số Doppler tín hiệu nhận Được thể tín hiệu cố định thông qua đường fading Rayleigh kênh vòng giây biến động lượng, fading Rayleigh kênh Doppler thay đổi tần số khác biệt lớn 10Hz 100Hz, nhà cung cấp dịch GSM1800MHz tần số, tương ứng tương ứng với tốc độ di chuyển sáu số khoảng 60 km Lưu ý đặc biệt tín hiệu "giảm sâu" tượng, sau suy giảm lượng tín hiệu lên đến vài nghìn lần, 30-40 decibel e Khắc phục Trong MIMO, đa ăng-ten thông thường sử dụng để tăng mức độ đa dạng để vượt qua kênh fading Tín hiệu có thơng tin truyền qua đường khác ra, phía người nhận có biểu tượng liệu đa số phai độc lập, có độ tin cậy tiếp nhận tốt Ví dụ, kênh fading Rayleigh chậm, n ăng-ten truyền sử dụng ăng-ten nhận, tín hiệu truyền 20 dẫn đường dẫn n khác Nếu fading ăng-ten tương ứng độc lập, có mức tăng đa dạng tối đa n, xác suất lỗi trung bình giảm đến ăng-ten phai kênh xác suất lỗi trung bình Đối với kỹ thuật đa dạng phát, mức tăng tương tự việc sử dụng nhiều đường để cải thiện độ tin cậy hệ thống Trong hệ thống có ăng-ten truyền m n ăng-ten nhận được, đường dẫn ăng ten thu Rayleigh phai độc lập phân bố đồng đều, có mức tăng đa dạng tối đa triệu Công nghệ ăng ten thông minh truyền qua truyền ăng ten khác điểm liệu giống để hình thành chùm hình số người sử dụng, để nâng cao hiệu ăng ten thu, giảm nhiễu người sử dụng Nói chung, cơng nghệ ăng ten thơng minh coi loại công nghệ đa dạng ăng-ten Kỹ thuật đa dạng sử dụng chủ yếu để chống lại kênh fading Ngược lại, mờ dần kênh MIMO cung cấp thêm thơng tin để tăng mức độ tự giao tiếp (bậc tự do) Về chất, mờ dần cặp ăng-ten truyền nhận độc lập, sau tạo đa số subchannels song song Nếu subchannels song song luồng giao thông khác nhau, tốc độ truyền liệu cung cấp, trở thành ghép kênh không gian Đặc biệt trường hợp SNR cao, tốc độ truyền bị hạn chế mức độ tự do, trường hợp này, truyền ăng ten m n ăng-ten nhận được, độc lập fading Rayleigh phân bố đồng ăng-ten 3.3 Hệ thống truyền dẫn QPSK qua kênh fadinh Rayleigh Fading tượng suy lạc tín hiệu thu cách bất thường xảy hệ thống vô tuyến tác động môi trường truyền dẫn Các yếu tố gây pha-đing hệ thống vô tuyến mặt đất bao gồm: - Sự thăng giáng tầng điện ly hệ thống sóng ngắn - Sự hấp thụ¬ gây phân tử khí, nước, mưa , hấp thụ phụ thuộc vào tần số công tác, đặc biệt giải tần số cao (>10GHz) - Sự khúc xạ gây không đồng mật độ không khí Trong trường hợp cực đoan hiệu ứng làm lạc hẳn hướng tia sóng so với thiết kế, chẳng hạn trường hợp có hiệu ứng ống sóng xảy vùng có vĩ độ thấp, có bề mặt nước, nhiệt độ khơng khí thay đổi nhanh Hiện tượng gây pha-đing nghiêm trọng hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số 21 mặt đất tầm nhìn thẳng (LOS: Line-Of-Sight) cơng tác giải sóng cực ngắn (microwave) - Sự phản xạ sóng từ bề mặt trái đất, đặc biệt trường hợp có bề mặt nước phản xạ sóng từ bất đồng khí quyển, yếu tố dẫn tới truyền lan đa đường - Sự phản xạ, tán xạ nhiễu xạ từ chướng ngại đường truyền lan sóng điện từ, gây nên tượng trải trễ giao thoa sóng điểm thu tín hiệu nhận tổng nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường Hiện tượng đặc biệt quan trọng thơng tin di động Hình vẽ 2.1 mô tả đường liên lạc anten trạm gốc (BS: Base Station) anten trạm di động (MS: Mobile Station) Xung quanh MS có nhiều vật phản xạ nhà, cối, đồi núi, , xung quanh BS lại có it khơng có vật phản xạ BS đặt cao Các vật phản xạ gọi chung vật tán xạ Liên lạc BS MS thông qua nhiều đường (path), đường chịu hay nhiều phản xạ, tín hiệu tới máy thu tín hiệu tổng hợp từ tất đường Do đường có biên độ, pha độ trễ khác nhau, nên tín hiệu truyền qua đường kết hợp với cách có lợi hay khơng có lợi, tạo nên sóng đứng ngẫu nhiên Hiện tượng gọi truyền sóng fading đa đường Kênh truyền sóng kiểu gọi kênh fading đa đường Hình 1: Đường liên lạc anten trạm gốc (BS: Base Station) anten trạm di động (MS: Mobile Station) Đối với hệ thống vô tuyến số dung lượng tương đối cao (>70 Mb/s), băng tần tín hiệu rộng, phụ thuộc vào tần số suy hao pha-đing đa đường suốt độ rộng băng tín hiệu trở nên rõ rệt gọi pha-đing chọn lọc theo 22 tần số Méo tuyến tính gây ISI làm giảm chất lượng hệ thống Chỉ riêng méo pha-đing đa đường mạnh tạo ISI lớn dẫn đến gián đoạn liên lạc (BER>10-3), chí điều kiện khơng tính đến tạp nhiễu Hơn nữa, pha-đing đa đường tuyến vô tuyến chuyển tiếp số LOS xảy thường xuyên trở nên nguồn dẫn đến gián đoạn liên tục Trong trường hợp không tồn tia trực tiếp (LOS) BS MS, tín hiệu thu tổng hợp số lớn đường tin hiệu, ta coi , mơi trường tán xạ, và số thực với t Trong số biến ngẫu nhiên Gauss độc lập với nhau, có giá trị trung bình không phương sai thời điểm t nào, tức là: Ta có: Do trình độc lập nên ta phân bố: với Chuyển sang hệ tọa độ cực , với biên độ , có pdf kết hợp: 23 Do biến độc lập nên: hay Tức là, pdf biên độ phân bố Rayleigh, pha-đinh kiểu gọi pha-đinh Rayleigh Hệ thống truyền dẫn QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh: Hình 2: Hệ thống truyền dẫn QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh Sơ đồ giải điều chế QPSK sau: 24 Hình 3: Sơ đồ giải điều chế QPSK Đối với M > 4, khơng có biểu thức đơn giản cho xác suất lỗi bít Một cách gần đó, là: số bít symbol Xác suất lỗi bít điều chế pha M mức khó mà tìm phụ thuộc vào việc ánh xạ symbol k bít thành góc pha tín hiệu tương ứng Khi mã Gray sử dụng việc ánh xạ symbol k bít tương ứng với pha tín hiệu lân cận khác bít Bởi lỗi dễ xảy gây tạp âm dẫn đến việc chọn nhầm pha lân cận thành pha đúng, nên hầu hết lỗi symbol k bít chứa có lỗi bít đơn Do đó, xác suất lỗi bít tương ứng điều chế pha M mức tính gần theo: 25 CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QPSK QUA KÊNH AWGN VÀ KÊNH PHA-ĐING RAYLEIGH 4.1 Code mô hệ thống điều chế QPSK qua kênh AWGN kênh pha-đinh rayleigh Matlab clear all; %Clear all variables close all; %Close all figures figure(1) l=1e6; EbNodB=0:2:10; EbNo=10.^(EbNodB/10); for n=1:length(EbNodB) si=2*(round(rand(1,l))-0.5); %In-phase symbol generation sq=2*(round(rand(1,l))-0.5); %Quadrature symbol generation s=si+j*sq; %Adding the two parallel symbol streams w=(1/sqrt(2*EbNo(n)))*(randn(1,l)+j*randn(1,l)); %Random noise generation r=s+w; si_=sign(real(r)); sq_=sign(imag(r)); ber1=(l-sum(si==si_))/l; %Received signal %In-phase demodulation %Quadrature demodulation %In-phase BER calculation ber2=(l-sum(sq==sq_))/l; %Quadrature BER calculation ber(n)=mean([ber1 ber2]); %Overall BER end semilogy(EbNodB, ber,'o-') xlabel('EbNo(dB)') ylabel('BER') grid on %Plot the BER %Label for x-axis %Label for y-axis %Turning the grid on figure(2) N = 10^5; % Total no of of bits per simulation per SNR_dB 26 bitstrm1 = []; %initialisation of matrices bitstrm2 = []; for i = 1:N bitstrm1 = [bitstrm1 (-1+2*round(rand(1,1)))]; %creating random data for INPHASE component bitstrm2 = [bitstrm2 (-1+2*round(rand(1,1)))]; %creating random data for QUADRATURE component end Data = [bitstrm1; bitstrm2]; %putting the two random bitstreams together Eb_No_dB = [0:20]; % multiple Eb/N0 values for i = 1:length(Eb_No_dB) sig = sqrt(1/10^(Eb_No_dB(i)/10)); % noise variance n = sig*(randn(2,N) + 1i*randn(2,N)); % Additive white gaussian noise prototype h = randn(2,N) + 1i*randn(2,N); % Rayleigh channel y = h.*Data + n; % bit-streams corrupted by Rayleigh channel & AWGN y_rcv = y./h; % equalization of received data by channel information at the receiver Data_rcv = [Refresh(real(y_rcv(1,:))); Refresh(real(y_rcv(2,:)))]; % Regenerating the received bits by threshold comparison Err(i) = sum(sum(round(Data) ~= round(Data_rcv))); % computing the bit error in each simulation end simBer = Err/(2*N); % average BER on total no of bits simulated EbNo_lin = 10.^(Eb_No_dB/10); theoryBer_AWGN = 0.5*erfc(sqrt(EbNo_lin/2)); % theoretical BER of QPSK over AWGN channel theoryBer_Rayl = 0.5.*(1-sqrt(EbNo_lin./(EbNo_lin+1))); % theoretical BER of QPSK over Rayleigh channel % plotting the simulated results semilogy(Eb_No_dB,theoryBer_AWGN,'g *'); hold on semilogy(Eb_No_dB,theoryBer_Rayl,'b-'); semilogy(Eb_No_dB,simBer,'m *'); 27 axis([0 20 10^-5 0.5]) legend('QPSK over AWGN channel- Theoretical','QPSK over Rayleigh channelTheoretical', 'QPSK over Rayleigh channel- Simulation'); xlabel('Eb/No, dB'); ylabel('Bit Error Rate'); title('BER for QPSK modulation in Rayleigh channel'); 4.2 Hình ảnh mô hệ thống điều chế QPSK qua kênh AWGN kênh pha-đinh rayleigh Matlab Hình 4.2: Mơ hệ thống điều chế QPSK qua kênh AWGN kênh pha-đinh rayleigh Matlab 28 CHƯƠNG V: NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Nhận xét Điều chế QPSK sử dụng rộng rãi hệ thống thông tin vi ba, vệ tinh hay hệ thống thông tin di động CDMA (DSSS-QPSK) Phương thức điều chế xem phương thức điều chế hiệu cho ứng dụng truyền tin vô tuyến đảm bảo xác suất lỗi bít thấp mức tín hiệu thu định đo chu kỳ tín hiệu Phần tìm hiểu QPSK giúp chúng em hiểu thêm hệ thống thông tin số phương thức điều chế số Phần tìm hiểu nhóm chúng em cịn hạn chế thiếu sót mong thầy bạn góp ý 5.2 Hướng phát triển Trong đề tài thể mơ hình truyền dẫn QPSK kênh dẫn AWGN kênh pha đinh Rayleigh, giúp sinh viên có cách nhìn tổng quan kênh truyền hệ thống viễn thơng nhằm mục đích trau dồi kiến thức mơn học Xây dựng mơ hình trực quan bao gồm tất bước truyền dẫn tín hiệu từ nguồn phát tới máy thu kênh khác nhay So sánh, đánh giá chất lượng kênh, tạo mã hóa riêng cho kênh truyền 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyên lý thông tin tương tự số Tác giả: Vũ Đình Thành, Nhà xuất đại học quốc gia HCM 2.Kỹ thuật ghép kênh số Tác giả: KS.Nguyễn Thị Thu, Nhà xuất hà nội http://en.wikipedia.org/wiki/Phase-shift_keying http://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude-shift_keying http://en.wikipedia.org/wiki/Frequency-shift_keying http://tongquanvienthong.blogspot.com/2012/02/hien-tuong-fading-uong-multipathfading.html?m=1 https://en.m.wikipedia.org/wiki/Fading https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/35964-qpsk-over-rayleighfading-channel https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/33443-qpsk-modulationin-awgn 30