XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)”

LỜI CẢM ƠN Sau khoảng tháng nghiên cứu tìm hiểu em hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp Đây kiến thức em học hỏi tích lũy năm học Đại học Hàng Hải Việt Nam Qua em xin chân thành cảm ơn thầy – cô giáo trường tử nói chung thầy – cô môn Điện tử viễn thông nói riêng, người tận tâm, nhiệt tình giảng dạy kiến thức cho em năm học vừa qua tạo điều kiện cho em để em hoàn thành đồ án Qua em gửi lời cảm ơn đến thầy giáo LÊ QUỐC VƯỢNG, người trực tiếp hướng dẫn em làm đồ án tốt nghiệp Cuối lời cảm ơn em đến gia đình, tất bạn bè lớp ĐTV52 - ĐH1 anh chị giúp đỡ, chia sẻ động viên em suốt trình học tập trường Hải Phòng, ngày 27 tháng 11 năm 2015 Sinh viên Hoàng Hà Thu LỜI CAM ĐOAN Kính gửi: Hội đồng bảo vệ môn Điện tử - Viễn thông, trường Đại học Hàng Hải Việt Nam Em tên : Hoàng Hà Thu Sinh viên lớp : ĐTV52 – ĐH1 Mã sinh viên : 42103 Đồ án tốt nghiệp em làm có tên sau: “Xây dựng chương trình mô Monte-Carlo để đánh giá chất lượng hệ thống thông tin số sử dụng sóng mang trực giao (M=8)” Em xin cam đoan đồ án không giống hoàn toàn với đồ án công trình trước có Hải Phòng, ngày 27 tháng 11 năm 2015 Sinh viên Hoàng Hà Thu MỤC LỤC MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN PCM Pulse Code Modulator – Điều chế xung mã ASK Amplitude Shift Keying – Khóa dịch biên độ FSK Frequency Shift Keying – Khóa dịch tần số PSK Phase Shift Keying – Khóa dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation – Điều chế biên độ vuông góc TDMA Time Division Multiple Access – Đa truy nhập phân chia theo thời gian FDMA Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo tần số CDMA Code Division Multiple Access – Đa truy nhập phân chia theoo mã DTE Data Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối liệu DCE Data Circuit terminating Equipment – Thiết bị kết thúc mạch liệu NMC Network Management Centre - Trung tâm quản lý mạng PSE Packet Switching Exchange – Tổng đài chuyển mạch gói TDM Time Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo thời gian FDM Frequency Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo tần số CDM Code Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo mã AM Amplitude Modulation – Điều chế biên độ FM Frequency Modulation – Điều chế tần số PM Phase Modulation – Điều chế pha CCIR Consultative Committee on International Radio - Ủy ban tư vấn quốc tế ITU International Telecommunication Union – Liên minh viễn thông quốc tế CCITT Consultative Committee for International Telephone and Telegraph – Hội đồng tư vấn điện thoại điện báo quốc tế BER NRZ Bit – Error Ratio – Tỷ lệ lỗi bit Non – Return to Zero – Mức điện áp tín hiệu không trở 0V DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Tên bảng Quá trình phát triển hệ thống truyền tin So sánh khác BER PE Trang 16 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình Tên hình Trang Sơ đồ khối chức hệ thống thông tin số tổng quát Hình 1.2 Sơ đồ khối tiểu biểu hệ thống thông tin số Hình 2.1 Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế ASK Hình 2.2 Mật độ phổ công suất tín hiệu ASK trạng thái Hình 2.3 Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế FSK Hình 2.4 Băng thông tín hiệu FSK Hình 2.5 Dạng sóng tín hiệu PSK Hình 2.6 Băng thông tín hiệu PSK Hình 3.1 Tích vecto trực giao Một thí dụ dạng sóng tín hiệu trực giao Hình 3.2 lượng Các biểu đồ tín hiệu tín hiệu trực giao với Hình 3.3 M=2 M=3 Hình 3.4 Máy thu tối ưu tín hiệu trực giao nhiều chiều Hình 3.5 Xác suất lỗi bit tín hiệu trực giao Sơ đồ khối hệ thống với M=4 tín hiệu trực giao dùng Hình 3.6 cho mô Monte – Carlo Sơ đồ khối hệ thống với M=8 tín hiệu trực giao dùng Hình 3.7 cho mô Monte-Carlo Xác suất lỗi bit M=4 tín hiệu trực giao nhận từ Hình 3.8 mô Monte-Carlo, so sánh với xác suất lỗi lý thuyết Xác suất lỗi bit M=8 tín hiệu trực giao nhận từ Hình 3.9 mô Monte-Carlo, so sánh với xác suất lỗi lý thuyết Hình 3.10 So sánh trường hợp M=4 M=8 đồ thị Hình 3.11 Kết sau thay đổi bước nhảy SNR (M=8) Hình 3.12 Kết sau thay đổi bước nhảy SNR 0.5 (M=8) Hình 1.1 11 18 19 21 22 25 26 28 30 31 31 35 36 43 49 50 51 52 52 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, hệ thống thông tin liên lạc phát triển mạnh mẽ Không riêng giới mà Việt Nam thấy thay đổi đáng kể hệ thống thông tin liên lạc nên đóng vai trò chủ yếu cho việc phát triển tương lai xã hội thông tin toàn châu lục Với tiến công nghệ hình thành nên hệ thống thông tin số để đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày cao người Hệ thống thông tin số trở nên thông dụng quốc gia với nhiều ưu điểm ứng dụng rộng rãi lĩnh vực thông tin, sống hàng ngày v.v thay cho hệ thống thông tin tương tự cổ điển phức tạp trước Ở nước ta cấu chuyển mạch hệ thống truyền dẫn số ngành bưu điện, di động số hóa cách đại Hệ thống thông tin số đáp ứng nhiều mặt hạn chế hệ thống thông tin tương tự Việc nghiên cứu hệ thống thông tin số trở thành nội dung việc đào tạo kỹ sư trẻ Nhận thấy trội hệ thống thông tin số nên em thực đồ án “ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” hướng dẫn tận tình thầy giáo LÊ QUỐC VƯỢNG Trong đồ án em tập trung vào việc khảo sát xác suất lỗi bit xảy so với xác suất lỗi lý thuyết trường hợp M=8 sóng mang trực giao phần mềm mô Matlab không làm thêm trường hợp có nhiều sóng mang trực giao M=16, M=32, M=64… CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ 1.1 Giới thiệu hệ thống viễn thông Các hệ thống viễn thông (Telecommunication Systems) tạo để truyền thông tin liệu, tiếng nói, âm tin tức, hình ảnh, văn qua cự ly Các dịch vụ điện báo điện thoại chưa cải tiến từ năm trước sau phát triển dần thành hệ thống viễn thông ngày Hiện tại, hệ thống tiện ích đa dạng, phong phú, nhằm đáp ứng cho nhu cầu truyền liệu trao đổi thông tin ngày cao người Hệ thống điện thoại hệ thống mạng có tuổi đời lâu lớn loại mạng viễn thông Trước đây, mạng điện thoại thiết kế để tạo lại tín hiệu tiếng nói phát từ nguồn nơi xa Ngày nay, hệ thống điện thoại trở nên đa dạng đại nhiều để bắt kịp xu hướng phát triển thời đại công nghệ Chúng sử dụng máy tính số lớn trung tâm (CO – Central Office) để chuyển mạch gọi kiểm tra chất lượng hệ thống điện thoại Mạng điện thoại hình thành trước tiên để cung cấp dịch vụ truyền tín hiệu thoại, ngày vai trò ngày phát triển rộng rãi từ dịch vụ gọi điện thoại thông thường dịch vụ fax, truyền số liệu, điện thoại di động, Mạng số liệu chuyển mạch công cộng CSPDN (Circuit Switching Public Data Network) đời từ năm 1980 quốc gia Scandinavia Những năm gần số lượng thuê bao ngày tăng lên theo cấp số nhân CSPDN gây ý nhiều khách hàng tiềm CSPDN mạng chuyển mạch kênh, nghĩa bên gửi bên nhận kết nối với 11 KẾT LUẬN Sau thời gian thực Đồ án tốt nghiệp hướng dẫn tận tình thầy giáo LÊ QUỐC VƯỢNG, nhìn chung vấn đề đặt cho đồ án hoàn thành Đồ án em đưa kiến thức điều chế thường sử dụng hệ thống thông tin số cách đánh giá chất lượng hệ thống thông tin số sử dụng sóng mang trực giao thông qua việc sử dụng phần mềm Matlab Trong đó, chương đồ án ý vào tìm hiểu đặc điểm trình phát triển hệ thống thông tin số, chương kiến thức quan trọng điều chế số mã hóa tín hiệu băng gốc Đó tích lũy có trình học tập tham khảo thêm giảng, giáo trình Các kết thu Matlab chương cho thấy thực kiểm tra xác suất lỗi bit lý thuyết máy tính Khi thực mô phỏng, kết thực hình ảnh giúp việc quan sát dễ dàng Nhờ việc cung cấp lý thuyết thầy – cô giáo nhà trường với việc sử dụng thêm phần mềm mô Matlab hữu ích giúp cho em tiếp cận vấn đề cách nhanh chóng đồng thời rèn luyện cho em thêm nhiều kỹ bổ ích đọc tổng hợp thông tin cách hiệu giúp ích nhiều cho trình học tập làm việc sau Do yêu cầu đồ án yêu cầu khảo sát chất lượng hệ thống thông tin số sử dụng sóng mang trực giao (M=8) nên em chưa thể so sánh với nhiều trường hợp có nhiều sóng mang trực giao M=16, M=32, M=64… trường hợp thuật toán cách làm phức tạp Một lần em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới thầy – cô giáo khoa Điện – Điện Tử đặc biệt em xin cảm ơn tới thầy giáo LÊ QUỐC VƯỢNG người dẫn dắt, giảng giải tận tình cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trong thời gian nghiên cứu chưa có kinh nghiệm kiến thức hạn chế nên em tránh khỏi sai lầm thiếu sót, em mong 119 đóng góp bảo thầy – cô bạn để đồ án tốt nghiệp em trở nên hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày 27 tháng 11 năm 2015 Sinh viên Hoàng Hà Thu 121 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH CON gngauss.m “function [gsrv1,gsrv2]=gngauss(m,sgma) % [gsrv1,gsrv2]=gngauss(m,sgma) % [gsrv1,gsrv2]=gngauss(sgma) % [gsrv1,gsrv2]=gngauss % GNGAUSS generates two independent Gaussian random variables with mean % m and standard deviation sgma If one of the input arguments is missing % it takes the mean as 0, and the standard deviation as the given parameter % If neither mean nor the variance is given, it generates two standard % Gaussian random variables if nargin == 0, m=0; sgma=1; elseif nargin == 1, sgma=m; m=0; end; u=rand; % a uniform random variable in (0,1) z=sgma*(sqrt(2*log(1/(1-u))));% a Rayleigh distributed random variable u=rand; % another uniform random variable in (0,1) gsrv1=m+z*cos(2*pi*u); gsrv2=m+z*sin(2*pi*u);” CHƯƠNG TRÌNH CON qfunct.m “function [y]=Qfunct(x) % [y]=Qfunct(x) % QFUNCT evaluates the Q-function % y = 1/sqrt(2*pi) * integral from x to inf of exp(-t^2/2) dt % y = (1/2) * erfc(x/sqrt(2)) y=(1/2)*erfc(x/sqrt(2));” CHƯƠNG TRÌNH CON bdt_int.m “function [y] = bdt_int(x,snr_per_bit,M) % [y]=bdt_int(x,snr_per_bit,M) % BDT_INT is used to compute the integrand needed in the % computaion of the error probability of orthogonal signals N=length(x); for i=1:N, 123 y(i)=(1/sqrt(2*pi))*(1-(1-Qfunct(x(i)))^(M-1))*exp(-(x(i)sqrt(2*log2(M)*snr_per_bit))^2/2); end;” CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH c5mp10.m “% Chuong trinh MATLAB minh hoa bai tap vi du 5.10 clc; clear all; SNRindB=0:2:10; for i=1:length(SNRindB), % mo phong xac suat loi smld_err_prb(i)=smldp510(SNRindB(i)); end; % Phan lenh ve thi kem theo semilogy(SNRindB,smld_err_prb(1:6),'k*'); axis([0 10 10^(-5) 10^0]); xlabel('Ty so Tin hieu / Tap am'); ylabel('Xac suat loi symbol'); hold on; initial_snr=0; final_snr=10; snr_step=1; tolerance=1e-7; % Tolerance used for the integration minus_inf=-10; % This is practically -infinity plus_inf=10; % This is practically infinity snr_in_dB=initial_snr:snr_step:final_snr; for i=1:length(snr_in_dB), snr=10^(snr_in_dB(i)/10); Pe_4(i)=(2/3)*quadl('bdt_int',minus_inf,plus_inf,tolerance,[],snr,4); end; semilogy(snr_in_dB,Pe_4,'r-','LineWidth',1);” CHƯƠNG TRÌNH CON smldp510.m “function [p]=smldp510(snr_in_dB) % [p]=smldp510(snr_in_dB) % SMLDP510 simulates the probability of error for the given % snr_in_dB, signal-to-noise ratio in dB M=4; % quaternary orthogonal signaling E=1; SNR=exp(snr_in_dB*log(10)/10); % signal-to-noise ratio per bit sgma=sqrt(E^2/(4*SNR)); % sigma, standard deviation of noise N=10000; % number of symbols being simulated 125 % generation of the quaternary data source for i=1:N, temp=rand; % a uniform random variable over (0,1) if (temp