Báo cáo thí nghiệm Hệ thống thông tin

Mô phỏng được một hệ thống thông tin số đơn giản bằng matlabHiểu được các quá trình mã hóa, điều chế, giả mã, giải điều chế và truyền tin qua kênh truyền.Biểu diễn mối quan hệ của xác xuất lỗi bit (BER) và tỉ số công suất tín hiệu trên nhiễu (SNR).

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG THÔNG TIN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : MẠC NHƯ MINH SINH VIÊN THỰC HIỆN: 12DT2 ĐẶNG TRUNG NGUYÊN TRƯƠNG NGỌC MINH 12DT2 NGUYỄN VĂN NGỌC NGHĨA 12DT2 I MỤC ĐÍCH –YÊU CẦU - Mô hệ thống thông tin số đơn giản matlab - Hiểu trình mã hóa, điều chế, giả mã, giải điều chế truyền tin qua kênh truyền - Biểu diễn mối quan hệ xác xuất lỗi bit (BER) tỉ số công suất tín hiệu nhiễu (SNR) II HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐƠN GIẢN - Sơ đồ hệ thống thông tin đơn giản biểu diễn qua sơ đồ sau: Dữ liệu truyền Để có liệu truyền cần phải tiến hành tạo tín hiệu tín hiệu tạo lệnh Randn(1,N)>0 với N chiều dài tín hiệu Mã hóa Với chuỗi bit tạo ta tiến hành mã hóa hamming (7,4) Tức với bit tin ta chuyển thành bit nhị phân tương ứng cách nhân với ma trận sinh G Điều chế Điều chế chuỗi tín hiệu m, loại điều chế BPSK (có biên độ A) thực lệnh: A*(2*m-1) Nhiễu (AWGN) Nhiễu tín hiệu không mong muốn tác động vào tín hiệu tạo nhiễu lệnh randn(1,N) với N chiều dài nhiễu 5.Kênh truyền Trong trình truyền tin m qua kênh nhiễu tác động làm sai lênh thông tin Chuỗi tin sau qua kênh truyền có nhiễu e tác động vào là: m+e Giải điều chế Chúng ta sử dụng phương thức điều chế đơn giản tức tín hiệu lớn chuyển mức 1, lại chuyển mức Có thể thực lệnh: (m+e)>0 Tín hiệu nhận số trường hợp bị lỗi số trường hợp Đó lỗi mà biên độ nhiễu tác động vào lớn biên độ điều chế tín hiệu, tín hiệu bị đảo pha dẫn đến lỗi Giải mã Chuỗi bít thu cần giải mã liệu để khôi phục lại chuỗi bít ban đầu Để thực việc này, ta sử dụng “syndrome”, s, để xác định bit lỗi s = yHT Ba bít syndrome xác định lỗi, trường hợp xảy lỗi Khi ta biết vị trí lỗi ta sửa lại cho giảm xác suất lỗi bít nhận hệ thống lệnh y (corrected) = y + E(hàng chọn) E ma trận sử lỗi hàng chọn giá trị thập phân syndrome s Sau giải mã ta thu tín hiệu ban đầu nhiên số trường hợp số bít lỗi chuỗi tin sau truyền qua kênh có nhiều lỗi sử dụng syndrome để xác định sửa hết lỗi III TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB Chuỗi tin N bits, điều chế liệu không mã hóa, sử dụng loại điều chế BPSK (có biên độ A) kênh truyền có nhiễu Gaussian trắng - Với N= [20, 1000, 10000, 20000, 100000, 200000] Chương trình mô trình truyền liệu không mã hóa qua kềnh truyền sau: clc; close all; clear all; N=[20, 1000, 10000, 20000, 100000, 200000]; A=[0.5, 1/sqrt(2),1, sqrt(2), 2, 2*sqrt(2), 4, 4*sqrt(2)]; for j=1:length(N) %tao tin hieu va nhieu tin_hieu_phat=randn(1,N(j))>0; nhieu=randn(1,N(j)); for i=1:length(A) %dieu che dieu_che=(A(i))*(tin_hieu_phat*2-1); %giai dieu che tin_hieu_thu=(dieu_che+nhieu)>0; %so sanh su khac giua tin hieu phat va tin hieu thu so_sanh=mod((tin_hieu_phat+tin_hieu_thu),2); %tinh so bit loi so_bit_loi=sum(so_sanh); %tinh BER va SRN BER(i,j)=so_bit_loi/N(j); SNR(i,j)=20*log10(A(i)); end end %ve thi bieu dien moi quan he BER va SNR semilogy(SNR(:,1),BER(:,1),'o-',SNR(:,2),BER(:,2),'*-', SNR(:,3),BER(:,3),'y+-',SNR(:,4),BER(:,4),'-', SNR(:,5),BER(:,5),'r*-',SNR(:,6),BER(:,6),'mo-'); grid on legend('N=20','N=1000','N=10000','N=20000','N=100000','N=200 000') xlabel('SNR(dB)') ylabel('BER') Chuỗi liệu nhận khác với chuỗi ban đầu có nhiễu tác động vào Từ khác ta biểu diễn mối quan hệ xác suất bit lỗi tỉ số công suất tín hiệu công suất nhiễu hình Nhận xét: dựa vào biểu đồ thể mối quan hệ xác suất lỗi bit (BER) tỉ số công suất tín hiệu nhiễu (SNR) ta thấy xác suất lỗi bít giảm dần tăng tỉ số công suất tín hiệu công suất nhiễu Giải thích: Tỉ số công suất tín hiệu công suất nhiễu SNR phụ thuộc vào biên độ điều chế A, SNR tăng tức A tăng mà biên độ điều chế A tăng lên nhiễu tác động vào khó làm đổi pha tín hiệu Như tăng biên độ điều chế xác suất lỗi bít giảm dần Chuỗi tin N bits, khảo sát truyền liệu qua kênh sử dụng mã hóa hamming (7,4), sử dụng loại điều chế BPSK (có biên độ A) kênh truyền có nhiễu Gaussian trắng Chương trình mô trình truyền liệu sử dụng mã hóa hamming (7,4) qua kênh truyền sau: clc; close all; clear all; G=[1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1]; H=[1 0 1 1 1 0 1 1]; E=[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]; N=[20, 1000, 10000, 20000, 100000, 200000]; for j=1:6 A=[0.5, 1/sqrt(2), 1, sqrt(2), 2, 2*sqrt(2), 4, 4*sqrt(2)]; tin_hieu_phat=randn(1,N(j))>0; tin_hieu_phat1=reshape(tin_hieu_phat,4,[])'; ma_hoa=mod(tin_hieu_phat1*G,2); ma_hoa1=reshape(ma_hoa',1,[]); nhieu=randn(1,length(ma_hoa1)); for i=1:8 dieu_che=A(i)*(2*ma_hoa1-1); giai_dieu_che=(dieu_che+nhieu)>0; giai_ma=reshape(giai_dieu_che,7,[])'; s=mod(giai_ma*H',2); s1=bi2de(s,'left-msb'); giai_ma1=mod(giai_ma+E(s1+1,:),2); tin_hieu_thu=giai_ma1(1:N(j)/4,4:7); tin_hieu_thu1=reshape(tin_hieu_thu',1,[]); so_sanh=mod((tin_hieu_phat+tin_hieu_thu1),2); BER(i,j)=sum(so_sanh)/N(j); SNR(i,j)= 20*log10(A(i)); end end semilogy(SNR(:,1),BER(:,1),'o-',SNR(:,2),BER(:,2),'*-', SNR(:,3),BER(:,3),'y+-',SNR(:,4),BER(:,4),'-', SNR(:,5),BER(:,5),'r*-',SNR(:,6),BER(:,6),'mo-'); grid on; legend('N=20','N=1000','N=10000','N=20000','N=100000','N=200 000') xlabel('SNR(dB)'); ylabel('BER'); Chuỗi liệu nhận khác với chuỗi ban đầu có nhiễu tác động vào Từ khác ta biểu diễn mối quan hệ xác suất bit lỗi tỉ số công suất tín hiệu công suất nhiễu hình Nhận xét: dựa vào biểu đồ ta thấy xác suất lỗi bít giảm dần tăng tỉ số công suất tín hiệu công suất nhiễu Giải thích: Tỉ số công suất tín hiệu công suất nhiễu SNR phụ thuộc vào biên độ điều chế A, SNR tăng tức A tăng mà biên độ điều chế A tăng lên nhiễu tác động vào khó làm đổi pha tín hiệu Như tăng biên độ điều chế xác suất lỗi bít giảm dần Chuỗi N = 100000 bits, biên độ điều chế BPSK mục 1, ta tiến hành mô với trường hợp: có mã hóa Hamming, có điều chế BPSK không mã hóa Hamming, có điều chế BPSK Nhận xét: với SNR bé tức giá trị biên độ điều chế nhỏ tỉ lệ bits lỗi không mã hóa bé tỉ lệ bit lỗi có mã hóa hamming (7,4) Nhưng tăng SNR tức tăng biên độ điều chế lên tỉ lệ bít lỗi có mã hóa hamming (7,4) thấp so với mã hóa Giải thích: