Báo cáo đồ ân - Thông tin số »._ l-phase đại diện cho pha của tín hiệu mang, trong khi Q-phase đại diện cho biên độ của tín hiệu mang.. Vì symbol rate không thay đổi, ta có thê kết luận
Trang 1
TRUONG DAI HOC CAN THO TRUONG BAGH KHOA
Khoa Điện Tử - Viễn Thông
BAO CÁO ĐỎ ÁN
MON: THONG TIN SO — CT386
Học kỳ 2 năm học (2023 — 2024)
Thay: Nguyén Thanh Tùng 1.Pham Duc Thinh B2104515
2.Nguyén Lé Dinh Huy B2104423
3.Phan Thao Vy B2110665 4.Võ Minh Nghĩa B2104435
Trang 2
Báo cáo đồ ân - Thông tin số
BÀI THỰC HÀNH 1:
Mục tiêu:
“ Mô phỏng các kỹ thuật điều chế số phố biến trong môi trường có nhiễu
“ Biêu diễn tác động và hiệu quả của mạch lọc sửa dạng xung (pulse-shaping filter) Các bước thực hiện:
„ Sinh viên sử dụng phàn mềm WinIQSIM
“ Mỗi sinh viên thực hiện bài thực hành độc lập và tông hợp két quả theo nhóm
= _ Viết báo cáo thực hành dưới dạng file PPT có hình ảnh kết quả minh họa
= Thuyết trình báo cáo
Part |: BPSK, QPSK and 16-QAM in time
1 BPSK
" Set the symbol rate to 1000 Hz and the modulation type to BPSK Modulation Setting >
Modulation Type > PSK > BPSK; Symbol Rate > 1 kHz
" Set the sequence length to 50 symbols and the filter functions to Rect
" Set the graphics to look at your digital data in the time domain: Graphics > Settings
> i(t),
q0)
" Show graphics as follows: Graphics > Show Graphics
" Capture the image for use in response to summary question 1 (Graphics > Print >
OK >Clipboard > CTRL + V)
Graphics: i(t), q(t)
20.00
30.00 25.00 vTsym
= °
2500
vTsym
Quan sát: Tại sao chỉ có 01 đồ thị cho thấy có tín hiệu thay đổi trong khi đồ thị thứ 2 không có tín hiệu?
- Lý do:
» - BPSK sử dụng hai pha được mã hóa bằng hai mức tín hiệu khác nhau (thường
là 0 và L) để biêu diễn bit dữ liệu
2
Trang 3Báo cáo đồ ân - Thông tin số
»._ l-phase đại diện cho pha của tín hiệu mang, trong khi Q-phase đại diện cho biên
độ của tín hiệu mang
* Trong BPSK, biên độ của tín hiệu mang được giữ có định, và chỉ pha của tín hiệu mang được thay đôi đề truyền dữ liệu
* Do đó, chỉ có l-phase là cân thiết dé truyền dữ liệu trong BPSK
2 QPSK
=» Repeat Step 1 with the modulation type set to QPSK Modulation Type > PSK
> QPSK
Quan sat: Do symbol rate khéng thay déi, cO thé noi gi vé bit rate cua tín hiệu QPSK so véi BPSK?
Vì symbol rate không thay đổi, ta có thê kết luận về bit rate của tín hiệu QPSK so với BPSK như sau:
+ Tốc độ bit của QPSK gấp đôi BPSK:
QPSK sử dụng 2 bit để mã hóa mỗi symbol, trong khi BPSK chỉ sử dụng 1 bit
Ví dụ:
» Gia su symbol rate là 1000 symbol/giây
* BPSK có thể truyền tái dữ liệu với tốc độ 1000 bit/giây (1 bit/symbol * 1000 symbol/giay)
- - QPSK có thể truyền tải dữ liệu với tốc độ 2000 bit/giây (2 bit/symbol *
1000 symbol/giay)
3 16-QAM
Trang 4Báo cáo đồ ân - Thông tin số
" Hepeat Step 1 with the modulation type set to 16-QAM Modulation Type > QAM
> 16-QAM
t/Tsym
15 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 499
vTsym
Quan sat: Cho biét su khac biét chinh giữa QPSK và 16-QAM là gì?
- Số lượng bit được mã hóa méi symbol:
* QPSK su dung 2 bit dé ma hóa mỗi symbol
- _ 16-QAM có tốc độ bit gấp đôi QPSK
Từ đồ thị ta thấy 16-QAM có độ phức tạp cũng như nhiều mức hơn QPSK
Part II: Đồ thị điểm và sự suy biến (Degradation) của tín hiệu
1 Vector capture
" Repeat Steps 1 through 3 of Part | with the graphics setting to Vector (be sure to update the graphics display)
Trang 5Báo cáo đồ ân - Thông tin số
11 -10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 01
Inphase i(t)
02 03 04 05 06 07 08 09 10 ụ
11
Tín hiệu BPSK
Inphase i(t)
08
Tín hiệu QPSK
Trang 6
Báo cáo đồ ân - Thông tin số
Quan sát: Sự khác biệt chính giữa các loại tín hiệu BPSK, QPSK và 16-QAM là gì?
Tín hiệu 16-QAM
Sự khác biệt chính giữa các loại tín hiệu BPSK, QPSK và 16-QAM là:
1 Số lượng bít được mã hóa mỗi symbol
2 Biéu đồ chòm sao
3 Tốc độ bit (cùng symbol rate)
4 Hiệu quả sử dụng bang thông
5 Độ nhạy nhiễu
Bảng thống kê những điểm khác biệt:
Loại tín : Số Biểu đồ mm Hiệu quả :
rate
rate BPSK
rate
Độ nhạy
nhiễu
Tốt nhất
Kém hơn
BPSK
Kém nhất
Trang 7
Báo cáo đồ ân - Thông tin số
2 Sự suy biến tín hiệu do nhiễu
« With the modulation setting to 16-QAM, enable the Noise block in the interferer section.Noise > ON > Eb/No > 30 dB Update the vector graphic
4 4 42 0 d0 01 02 13 W6 Œ6 (060 07 (BỈ 48 47 46 dã 4 43 42 47 4 0 02 03 00 056 06 07 08
Quan sát: Có sự khác biệt nào giữa tín hiệu 16-QAM ở Part 1 với tín hiệu ở phần này?
Sự khác biệt giữa tín hiệu 16-QAM ở Part I với tín hiệu ở phần này là:
- Có nhiễu xảy ra ở các điểm của tín hiệu phản này, tín hiệu phần I không có nhiễu
" Decrease the Eb/No ratio (signal quality) until it is hard to discern separate constellation points To make this easier you may want to set the Graphic setting to Constellation
Block Diagram - Si
interferer
§ o0-
d8
‘Add Signal
+8
'hwvarz.com
Q
Quan sát: Với Eo/No bằng bao nhiêu thì việc giải mã các symbol sẽ bị ảnh hưởng xâu đáng kế? Copy hình ảnh đồ thị điểm (constellation) tại mức giá trị Eo/No này
7
Trang 8Báo cáo đồ ân - Thông tin số
Khi ta giảm Eu/No còn 12dB thì việc giải mã symbol đã bị ảnh hưởng xáu đáng kẻ
« Leaving the Eb/No unchanged, change the modulation to QPSK then BPSK and capture their constellations
-13 -12 -11 -10 09 08 0.7 06 0.5 04 03 02 -0.1 0.0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15
Inphase i(f)
QPSK 12 Eb/No
Inphase i(f)
BPSK 12 Eb/No
Quan sát: Lưu ý sự thay đổi tỷ lệ của các hệ trục tọa độ giữa các lần copy kết quả
đồ thị điểm Bạn quan sát thây có sự thay đôi nào khi thay đôi kiéu dieu che ? Kiều điều chế nào ít bị tác động bởi nhiễu nhất?
Trang 9Báo cáo đồ ân - Thông tin số
- Có sự thay đổi khi đối kiều điều ché:
Kiểu điều chế với số mức trạng thái càng nhỏ sẽ ít bị ảnh hưởng của nhiễu hơn Do đó kiểu điều ché BPSK it bị tác động bởi nhiễu nhát
«" Capture the BPSK signal as a function of time (i(t), q(t) format)
Quan sát: Bây giờ, bạn nhìn thấy gì trên đường tín hiệu quadrature q(t)?
Tín hiệu quadrature q(†) xuất hiện tín hiệu do nhiễu tạo ra
Part Ill: Pulse Shaping
1 QPSK véi mach lec xung chi nhat (rectangular pulses)
«" Set the symbol rate to 1 MHz and the modulation type to QPSK Modulation Setting >
Modulation Type > PSK > QPSK; Symbol Rate > 1 MHz
" Set the sequence length to 1000 symbols and the filter functions to Rect
« Capture the time domain (i(t) & q(t)) and vector diagram representations
" Change the graphics settings to FFT Mag and update the plot
Trang 10Báo cáo đồ ân - Thông tin số
000 500 1000 1500 2000 2500 100 3500 4000 4500 5000 5500 60.00 50 M00 7500 8000 8500 $000 9500 9554
WTsym
or
000 500 10.00 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45.00 S000 500 6000 500 7000 7500 8000 85.00 som 9500 9994)
UTsym
41 90
Inphase itt
Quan sát: Quan sát phố tín hiệu điều chế và cho nhận xét về biên độ của tín hiệu
& bang canh (sideband)?
Nhận xét về biên độ của tín hiệu ở băng cạnh (sideband):
10
Trang 11Báo cáo đồ ân - Thông tin số
» _ Biên độ của tín hiệu QPSK điều ché bằng xung chữ nhật không giảm đột ngột ở tần só cắt (cutoff frequency) của xung chữ nhật
« _ Thay vào đó, biên độ giảm dan theo dạng hàm sinc (sinc function) ở hai bên
cua dai tàn số chính (tàn số symbol và các bội số của nó)
» _ Điều này có nghĩa là tín hiệu QPSK với xung chữ nhật chiếm băng thông rộng hon so voi ly thuyét (bang 2 lan symbol rate)
Ly do:
* Xung chữ nhật trong miền thời gian tương ứng với hàm sinc trong miễn tàn số
- _ Hàm sinc có các thùy chính và các thùy phụ kéo dài vô hạn về tàn số
» _ Các thùy phụ này làm cho năng lượng của tín hiệu lan sang các tàn só bên ngoài
dải tàn số chính, dẫn đến việc chiếm băng thông rộng hơn
2 QPSK với mạch lọc chữ nhật Raised Cosine pulse
" Change the filter functions to Root Cosine with Roll-off of 0.99
« Capture the time domain (i(t) & q(t)) and vector diagram representations
" Change the graphics settings to FFT Mag and update and capture the new plot
11
Trang 12Báo cáo đồ ân - Thông tin số
if
r
Quan sát: Quan sát phố tín hiệu điều chế và cho nhận xét về biên độ của tín hiệu
& bang canh (sideband)?
Nhận xét về biên độ của tín hiệu ở băng cạnh (sideband):
» _ Biên độ của tín hiệu QPSK điều chế bằng Raised Cosine pulse sé giam
dần theo dạng có kiêm soát ở hai bên dải tần só chính (tàn số symbol và các bội
Số của nó)
chính vẫn chiếm ưu thế nhưng giảm dần về biên độ ở hai bên dải tần số này
- - So với xung chữ nhật, Raised Cosine pulse giúp giảm đáng kế sự lan rộng của
năng lượng tín hiệu ra ngoài dải tần số chính
Lý do:
* Xung Raised Cosine duoc thiét ké dac biét dé cai thiện hiệu qua su dung bang
thông cho các hệ thống truyền thông QPSK
» _ Nó có các góc tròn (roll-off) ở vùng chuyên tiếp giữa dải tần số chính và dải tan
Số ngoài
»- - Các góc tròn này giúp giảm biên độ của các thùy phụ trong mién tan sé (so với xung chữ nhật), hạn ché sự lan tỏa năng lượng ra ngoài
3 QPSK với mạch lọc Root Cosine pulse
Change the filter functions to Root Cosine with Roll-off of 0.5
Capture the time domain (i(t) & q(t)) and vector diagram representations Change the graphics settings to FFT Mag and update the plot
12
Trang 13Báo cáo đồ ân - Thông tin số
Quan sát: Phố của tín hiệu thay đổi thế nào so với trường hợp câu 2 ở trên Sự thay đổi trong đồ thị điểm của tín hiệu nói lên điều gì?
So sánh với Raised Cosine pulse (câu 2):
* Phỏ tín hiệu:
» _ Biên độ của các thùy phụ giảm thấp hơn so voi Raised Cosine pulse
* Dai tan số chiếm dung hep hon
13
Trang 14Báo cáo đồ ân - Thông tin số
« - Biêu đồ điểm:
* Cae diém nam gần nhau hơn trên biểu đỗ vectơ, thể hiện hiệu quả sử
dụng năng lượng cao hơn
Sự thay đôi trong đồ thị điểm:
» _ Các điểm trên biêu đỗ vectơ xếp thành vòng tròn với bán kính nhỏ hơn, thê hiện
sự tập trung năng lượng cao hơn trong dải tần số chính
»- _ Điều này cho thấy hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn, giúp giảm nhiễu và cải thiện khả năng thu nhận tín hiệu
Lý do:
* Root Cosine pulse co dang tương tự Raised Cosine pulse, nhưng với các góc
tròn dốc hơn ở vùng chuyền tiếp
* GO6c tròn dốc hơn giúp giảm biên độ của các thùy phụ nhiều hơn, dẫn đến dải tần số chiếm dụng hẹp hơn và hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn
14
Trang 15Báo cáo đồ ân - Thông tin số
BÀI THỰC HÀNH 2:
Mục tiêu:
“ Tạo tín hiệu dải nền PAM voi mạch lọc Nyquist pulse-shaping
“ Tìm hiệu ảnh hưởng của nhiễu cộng đến quá trình truyền tín hiệu dải nàn Các bước thực hiện:
# Sinh vién su dung phién ban Octave online
“ Mỗi sinh viên thực hiện bài thực hành độc lập và tông hợp két quả theo nhóm
=_ Viết báo cáo thực hành dưới dạng file PPT có hình ảnh kết quả minh họa
= Thuyết trình báo cáo
I Tạo chuỗi tín hiệu 4-PAM, Alphabet {-3 —1 +1 +3}:
Trong bài thực hành này, chúng ta xem xét mô hình tín hiệu cơ bản sau đây:
Chúng ta mô hình hóa chuỗi các symbol dưới dạng một vector có chiều dài hữu hạn
Đoạn code bên dưới hướng dẫn cách tạo 01 chuỗi symbol ngẫu nhiên có chiều dài
100
phần tử:
>> a =[-3 -1 1 3]; % Symbol alphabet/constellation
>> ind = randint(100,1,4); % Random vector that includes integers between 0 and 3
>> ind = ind+1; % Now, the vector includes random integers between 1 and 4
>> pam = a(ind); % Generate a random 4-PAM symbol sequence
% pam = a(randint(100,1,4)+1) % the same result without ind variable
% pam = randint(100,1,4)*2-3 % may be the shortest way?
>> stem(pam); % Plots the symbol stream
II Thực hiện mạch lọc sửa dạng xung Nyquist bằng phương pháp Discrete-
Time Filtering
›@O@@CO OGOO Œ,@OSGĐO_ @®
'HGữ) COM | @ OQ@% Co aay, O00 @/ dla @axcead oa ©
2 -O-G @ OL G0) -CO- 100
15
Trang 16Báo cáo đồ ân - Thông tin số
Câu hỏi:
- Về mặt lý thuyết, hãy cho biết tốc độ symbol tối đa có thể sử dụng với băng thông hệ thắng 6 KHz là bao nhiêu symbols/s?
=> Rs= 2BW = 2x6000=12000 (symbols/s)
- Mạch sửa dạng xung lý tưởng tương ứng cần sử dụng trong trường hợp này là mạch nào?
» - Mạch sửa dạng xung lý tưởng tương ứng trong trường hợp này là mạch lọc Raised-Cosine
* Ly do:
Cosine
kiệm băng thông và đảm bảo khả năng đồng bộ hóa tót
* Băng thông B=6 kHz:
6 kHz
* Téc dé symbol R = 8000 symbols/s:
+ _ Mạch lọc Raised-Cosine càn có tốc độ xử lý đủ nhanh đề đáp ứng tốc độ
symbol 8000 symbols/s
B Ề I
Câu hỏi:
- Xem kết quả và xác định hệ số quá lấy mẫu (oversampling factor), tức là, số mẫu
trên 01 symbol là bao nhiêu?
- Cho biết về điều kiện Nyquist p(nT) = 0? Cho nhận xét
- Hé s6 qua lay mau = Fs /R = 24000 Hz / 8000 symbols/s = 3
- Nhận xét:
16
Trang 17Báo cáo đồ ân - Thông tin số
» _ Hệ số quá lấy mẫu là 3, nghĩa là có 3 mẫu được lây cho mỗi symbol
- _ Việc lây mẫu quá mức giúp cải thiện khả năng khôi phục tín hiệu bằng cách
giảm nhiễu liên ký hiệu (ISI)
Điều kiện Nyquist p(nT) = 0 cho biết xung p(t) duoc lay mau tai thoi diém nT (n la sé nguyén) bang 0 Diéu kién nay đảm bao rằng không có nhiéu lién ky higu (ISI) xay ra III Sử dụng mạch lọc sửa dạng xung để tạo tín hiệu PAM
IV Vẽ đồ thị mắt (Eye-Diagram)
var_zn= 0.01
17