Báo cáo môn học mô phỏng hệ thống truyền thông 0

Phổ biên độ của tín hiệu được khôi phục tại đầu thu của hệ thống PCM .... Phổ pha của tín hiệu được khôi phục tại đầu thu của hệ thống PCM .... Quá trình lấy mẫu được thực hiện cách nhân

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

BÁO CÁO MÔN HỌC:

[1] Hoàng Duy Tám B17DCVT315 (nhóm trưởng)

[2] Lê Tuấn Anh B20DCVT022

[3] Lê Đức Trung B20DCVT397

[4] Nguyễn Chấn Dương B20DCVT085

[5] Nguyễn Đình Hào B17DCVT119

Hà Nội, tháng 4

NHÓM 2 2

MỤC L C Ụ

NHIỆM V 1 5 Ụ

1.1 Mô tả hệ thống PCM 5

1.1.1 Quá trình l ấy mẫ u 6

1.1.2 Quá trình Mã hóa Nén s 6 – ố 1.1.3 Quá trình Lượng tử hóa 6

1.1.4 Gi i mã - Giãn s 6 ả ố 1.2 Viết chương trình và thực hiện mô phỏng quá trình PCM theo tiêu chuẩn châu Âu 6

1.2.1: Các hàm có trong quá trình th ực hiệ n mô ph ng 6 ỏ 1.2.2: Chương trình thực hiện mô phỏng 8

1.2.3: Hi n th k t qu , nh n xét 12 ể ị ế ả ậ NHIỆM V 2 18 Ụ 2.1: Mô tả hệ thống mô phỏng 18

2.2 Kết quả mô phỏng 19

2.3 Mã Code MATLAB 20

NHIỆM V 3 21 Ụ 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.Ướ c tính xác xuất l i 26 ỗ 3.5.2.Biểu đồ chòm sao 26

3.5.3.Dạng sóng tín hi u ( SNR = 8 dB) 27 ệ 3.5.4.Mẫu m t ( SNR = 8 ) 28 ắ 3.5.5.Phổ tín hi u ( SNR = 8 ) 29 ệ 3.5.6.Hình ảnh đượ c khôi ph ục tạ i phía thu 32

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC NHÓM 2

STT Họ Và Tên Mã sinh viên Phân công công vi ệc

1 Lê Tuấn Anh B20DCVT022 Làm báo cáo, chỉnh sửa câu 2,3

2 Lê Đức Trung B20DCVT397 Viết code, Phân tích biểu đồ 1,2,3

3 Hoàng Duy Tám B17DCVT315 Nghiên cứu PCM, dàn ý báo cáo câu 1

Chỉnh sửa file word

4 Nguyễn Đình Hào B17DCVT119 Chạy chương trình câu 1, fix lỗi câu 1 ,

chỉnh sửa báo cáo word cuối cùng, làm các

đề m ục

5 Nguyễn Chấn Dương B20DCVT085 Nghiên cứu phương pháp chuyển đổi ảnh

thành chuỗi bit

NHÓM 2 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ mô phỏng quá trình điều chế PCM 5

Hình 1.2 Tín hiệu tương tự đầu vào 12

Hình 1.3 Tín hiệu tương tự sau khi nén tại μ=2 12

Hình 1.4 Tín hiệu khi được PCM lượng tử hóa đều 13

Hình 1.5 Tín hiệu sau khi giải điều chế 13

Hình 1.6 Tín hiệu sau khi giải nén 14

Hình 1.7 Phổ biên độ của tín hiệu ban đầu 15

Hình 1.8 Phổ pha của tín hiệu ban đầu 15

Hình 1.9 Phổ biên độ của tín hiệu được khôi phục tại đầu thu của hệ thống PCM 16

Hình 1.10 Phổ pha của tín hiệu được khôi phục tại đầu thu của hệ thống PCM 16

Hình 1.11 Biểu đồ mẫu của tín hiệu trước bộ nén 17

Hình 1.12 Biểu đồ mẫu của tín hiệu sau bộ nén 17

Hình 2 1 Mô hình chuyển đổi ảnh 18

Hình 2.2 Kích thước, định dạng, độ dài chuỗi bit của ảnh đã 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 chòm sao từ đầu ra bộ điều chế 26

Hình 3.4 B iểu đồ chòm sao tại bộ thu ( SNR = 8) 27

Hình 3.5 Xung tín hiệu trước và sau khi qua kênh AWGN 28

Hình 3.6 Mẫu mắt của tín hiệu trước và sau khi qua kênh AWGN 29

Hình 3.7 Phổ tín hiệu phía phát 30

Hình 3.8 Phổ tín hiệu phía t hu 31

Hình 3.9 Hình ảnh “lena_gray.bmp” được khôi phục tại phía thu 32

PHẦN NHIỆM VỤ 1

1 1 Mô t h th ng PCM ả ệ ố

Hình 1 1 Sơ đồ mô phỏng quá trình điều chế PCM

Tín hiệu vào được cho bởi công thức:

Với Ailần lượt là 1,2,3,4,5

n = 5 ( theo số cuối của msv nhóm trưởng)

𝜑𝑖 lần lượt là [ 0, pi/2, pi/4, pi/ 8, pi/16 ]

fitheo mã sinh viên với dãy số i =[ 2 2 3 9 7 ]

 Fi = [ 200 200 300 900 700]

Sử dụng kĩ thuật nén dãn theo luật A , A=87,6 -

Tần số lấy mẫu fs=8000Hz

NHÓM 2 6

1.1.1 Quá trình l ấy mẫu

Quá trình lấy mẫu được thực hiện cách nhân tín hiệu ban đầu với chuỗi xung nhịp có tần số lấy mẫu fs= 8000Hz một mẫu được mã hóa bởi 8 bit nhị phân => 255 mức lượng tử

1.1.2 Quá trình Mã hóa N – én số

Thực hiện nén (COMPRESS) tín hiệu theo hàm logarithm, mục đích là để tín hiệu ở mức biên độ nhỏ sẽ thay đổi nhiều mức hơn so với ở các giá trị biên độ lớn, do đó sai số lượng tử tương đối ở các mức biên độ nhỏ và lớn sẽ không chênh lệch nhau nhiều như đối với trường hợp không nén 𝜇 = 2

1.1.3 Quá trình Lượng tử hóa

Chia biên độ xung lấy mẫu thành các khoảng đều nhau, mỗi khonarg là một bước lượng tử đều ∆,

Uniform_pcm.m: Hàm thực hiện lượng tử hóa PCM

d.PCM.m: Hàm giải điều chế PCM

NHÓM 2 8

Invmulaw.m: Hàm giải nén

1 2.2: Chương trình thực hiện mô phỏng

Mã chương trình

NHÓM 2 10

NHÓM 2 12

2.2 3: Hiển thị kết quả, nhận xét

Hình 1.2 Tín hi ệu tương t đầu v ự ào

Hình 1.3.Tín hiệu tương tự sau khi nén tại μ=2

Hình 1.4.Tín hiệu khi được PCM lượng tử hóa đều

Hình 1.5.Tín hiệu sau khi giải điều chế

NHÓM 2 14

Hình 1 6.Tín hiệu sau khi giải nén

Hình 1.7.Phổ biên độ của tín hiệu ban đầu

Hình 1.8.Phổ pha của tín hiệu ban đầu

NHÓM 2 16

Hình 1 9.Phổ biên độ của tín hiệu được khôi phục tại đầu thu của hệ thống PCM

Hình 1.10 Phổ pha của tín hiệu được khôi phục tại đầu thu của hệ thống PCM

Hình 1.11.Biểu đồ mẫu của tín hiệu trước bộ nén

Hình 1.12.Biểu đồ mẫu của tín hiệu sau bộ n

NHÓM 2 18

NHIỆM VỤ 2

2.1: Mô tả hệ thống mô phỏng

Đường dẫn đến file ảnh : “ lena_gray.bmp”

Quá trình chuyển ảnh thành chuỗi bit:

1 Đầu tiên, đọc file ảnh đầu vào, thu được một ma trận ảnh ba chiều A với \ (size: M x N x 3), có các phần tử loại unit8 (giá trị 0-255)

2 Thực hiện chuyển (reshape) ma trận A vừa thu được thành ma trận nhị phân hai chiều B, có (MxNx3) hàng và 8 cột Nghĩa là mỗi hàng của ma trận B biểu diễn cho một phần tử của ma trận A qua 8 bit ứng với 8 cột

3 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 3 bước trên)

4 Chuyển vector chuỗi bit (dài n_bits) thành ma trận Br 2 chiều có kích thước (n_bits/8) hàng và 8 cột

5 Ma trận Br được chuyển (reshape) tương ứng với size của ảnh gốc, được matrận Ar (M x N x 3) Ma trận Ar này là ma trận ảnh chuyển đổi được từ chuỗi bit

Hình 2.1 Mô hình chuyển đổi ảnh

2.2 K t qu mô ph ng ế ả ỏ

Hình 2.2 Kích thước, định dạng, độ dài chuỗi bit của ảnh đã chuyển đổi

NHÓM 2 20

2.3 Mã Code MATLAB

Hàm chuyển đổi ảnh thành chuỗi bit nhị phân và nhị phân thành ảnh:

Hình 2.3 Đoạn code chuyển đổi ảnh sang nhị phân và ngược lại

c Biểu diễn biểu đồ chòm sao, dạng sóng tín hiệu, mẫu mắt và phổ của tín hiệu tại các điểm sau trên hệ thống: đầu ra bộ điều chế, sau khi truyền qua kênh AWGN tại SNR = 8dB, sau khi được xử lý và khôi phục tại bộ thu

d So sánh tệp đồ hoạ được khôi phục sau khi truyền qua hệ thống mô phỏng tại các mức SNR yêu cầu

3.3 Sơ đồ điều chế

- Sơ đồ điều chế 8-QAM

Hình 3.1.Sơ đồ điều chế 8-QAM

Giải điều chế 8-QAM

NHÓM 2 22

Sử dụng bộ điều chế 18-QAM Các chuỗi bit đầu vào sẽ được tạo thành các xung, sau đó các xung này sẽ được đưa vào bộ điều chế 8-QAM và được đưa lên kênh AWGN để tới được máy thu Tại máy thu các tín hiệu sẽ được giải điều chế

và đưa qua bộ lọc để khôi phục chuỗi bit ban đầu

3.4 Mã chương trình, giải thích, tham số đầu vào

Mã chương trình: Khai báo giá trị

Mã chương trình: Điều chế và Tạo xung tín hiệu

Mã chương trình: Quá trình mô phỏng qua AWGN và xử lí tín hiệu phía thu

Mã chương trình: Giải điều chế

NHÓM 2 24

Mã chương trình: Hiển thị các kết quả tại SNR = 8

Hình 3.4.Biểu đồ chòm sao tại bộ thu ( SNR = 8)

3.5.3.Dạng sóng tín hiệu ( SNR = 8 dB)

NHÓM 2 28

Hình 3.5.Xung tín hiệu trước và sau khi qua kênh AWGN

Nhận xét:

Hình 3.5 thể hiện dạng xung của tín hiệu Màu cam là tín hiệu ban đầu và màu xanh

là tín hiệu sau khi đã đi qua kênh AWGN Ta có thể thấy xuyên xuốt thời gian từ 0 đến 1.5.10^-4 xung ban đầu luôn thấp và nhỏ hơn xung màu xanh Lý do là sau khi qua kênh AWGN xung tín hiệu đã bị ảnh hưởng bởi nhiễu, có khuynh hướng khuếch đại sóng sin so với ban đầu nhưng vẫn giữ được hình dạng

3.5.4.Mẫu mắt ( SNR = 8 )

Hình 3.6.Mẫu mắt của tín hiệu trước và sau khi qua kênh AWGN

Nhận xét :

Hình 3.6 thể hiện biểu đổ mắt cho tín hiệu Hình ảnh phía bên trái là do tín hiệu phát

đi chưa có sự ảnh hưởng bởi nhiễu, nên mẫu mắt sắc nét và mượt Hình bên phải là tín hiệu tại phía thu, đã đi qua điều chế nên ảnh hưởng nhiều bởi nhiễu, mẫu mắt có dạng nhiễu không rõ ràng, dày đặc

3.5.5.Phổ tín hiệu ( SNR = 8 )

NHÓM 2 30

Hình 3.7.Phổ tín hiệu phía phát

Hình 3.8.Phổ tín hiệu phía thu

NHÓM 2 32

3.5.6.Hình ảnh được khôi phục tại phía thu

Hình 3.9.Hình ảnh “lena_gray.bmp” được khôi phục tại phía thu