Mô phỏng hệ thống truyền thông điều chế 16psk

Bài tập lớn Mô hệ thống truyền thông-TEL1412 Lời nói đầu Ngày phát triển nhanh chóng hệ thống viễn thơng đòi hỏi hỏi q trình nghiên cứu phát triển khơng ngừng, có vấn đề việc thiết kế thử nghiệm hệ thống trước đưa vào triển khai không dễ dàng vấn đề kỹ thuật chi phí thử nghiệm Để giải vấn đề đó, tận dụng phát triển mạnh mẽ máy tính kỹ thuật lập trình tiên tiến có nhiều phần mềm mơ tạo Ngày mô trở thành công cụ thiếu nghiên cứu phát triển hệ thống viễn thơng Kĩ thuật điều chế đa sóng mang trực giao lĩnh vực nghiên cứu hàng đầu Kỹ thuật nghiên cứu, triển khai ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác như: Wimax, Wlan, ADSL, v.v Kỹ thuật kỹ thuật quan trọng cho hệ di động 4G Ở Việt Nam Kỹ thuật OFDM ứng dụng thành công lĩnh vực ADSL triển khai thử nghiệm nhiều lĩnh vực khác như: DVB-T, Wimax vv Trong báo cáo sử dụng phần mềm Matlab để mô vấn đề: *Chương I Mơ q trình điều chế giải điều chế OFDM *Chương II.Mô hệ thống truyền dẫn số với nguồn tin hệ thống tín hiệu OFDM Do kiến thức thân có hạn nên báo cáo nhiều thiếu sót mong có góp ý thầy để báo cáo hoàn thiện ! Hà Nội 11/2018 Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 Bài tập lớn Mơ hệ thống truyền thơng-TEL1412 Mục Lục Trang Lời nói đầu .1 Bảng thuật ngữ viết tắt Chương I.Điều chế giải điều chế OFDM I.1.Giới thiệu OFDM I.2.Mô hệ thống OFDM a,Các tham số sử dụng chương trình mơ .5 b,Mã code mô giải thích Chương II Mô hệ thống truyền dẫn số 11 II.1.Các yêu cầu hệ thống 12 II.2.Mã code mơ giải thích 12 a,Các tham số sử dụng chương trình mơ 12 b,Mã code mơ giải thích 13 Chương III.Kết luận .17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 Bài tập lớn Mơ hệ thống truyền thông-TEL1412 Thuật ngữ viết tắt ADC Analog to Digital Conversion Chuyển đối tín hiệu tương tự sang số AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng BER Bit Errors Rate Tốc độ lỗi bit DFT Discrete Fourier Transform Khai triển Fourier rời rạc IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Khai triển Fourier rời rạc đảo OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha Danh mục hình vẽ Trang Hình 1.Sơ đồ khối hệ thống OFDM Hình 2.Kết mơ xác định PAPR Hình 3.Giản đồ chòm điều chế giải điều chế không bị ảnh hưởng kênh truyền Hình 4.Giản đồ chòm điều chế giải điều chế bị ảnh hưởng nhiễu Gauss .10 Hình Sơ đồ khối hệ thống kênh truyền 11 Hình 6.Giản đồ chòm điều chế giải điều chế truyền qua kênh AWGN với SNR=12dB 13 Hình 7.Biểu đồ mắt tín hiệu trước truyền qua kênh AWGN 14 Hình 8.Biểu đồ mắt tín hiệu sau truyền qua kênh AWGN 14 Hình 9.Sự phụ thuộc BER theo SNR hệ thống 16 Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 Bài tập lớn Mơ hệ thống truyền thông-TEL1412 Chương I.Điều chế giải điều chế OFDM I.1.Giới thiệu OFDM Kỹ thuật OFDM (viết tắt Orthogonal Frequency-Divisio Multiplexing) trường hợp đặc biệt phương pháp điều chế đa sóng mang, sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ phổ tính hiệu sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên mà phía thu khơi phục lại tín hiệu ban đầu Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn nhiều so với kỹ thuật điều chế thơng thường Hình 1.Sơ đồ khối hệ thống OFDM Trong báo cáo đề cập đến khối sau: 1- Bộ chuyển đổi nối tiếp - song song song song – nối tiếp Bộ chuyển đổi nối tiếp – song song có nhiệm vụ chuyển đổi dòng liệu tốc độ cao thành N dòng liệu tốc độ thấp cho hàm truyền khoảng băng thơng xem phẳng Bằng cách sử dụng chuyển đổi nối tiếp - song song ta chuyển kênh truyền fading chọn lọc tần số thành kênh truyền fading phẳng 2- Điều chế tín hiệu OFDM Phương pháp điều chế sử dụng tùy vào việc dung hòa yêu cầu tốc độ truyền dẫn chất lượng truyền dẫn Phương pháp điều chế dùng báo cáo là: 16-PSK (Phase Shift Keying) Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 Bài tập lớn Mô hệ thống truyền thông-TEL1412 3- Bộ IFFT FFT Phép biến đổi IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) cho phép ta tạo tín hiệu OFDM dễ dàng cách điều chế N luồng tín hiệu song song lên N tần số trực giao cách xác đơn giản Phép biến đổi DFT (Discrete Fourier Transform) cho phép ta giải điều chế lấy lại thông tin từ tín hiệu OFDM I.2.Mơ hệ thống OFDM Nhiệm vụ: Thực điều chế giải điều chế tín hiệu OFDM miền số từ chuỗi bit nhị phân có chiều dài N = 2^15 gồm bước sau: Bước 1: chuyển chuỗi bit ban đầu từ nối tiếp thành N chuỗi bit song song, với N=128 Bước 2: điều chế băng gốc cho chuỗi bit song song, sử dụng 16-PS Bước 3: Các chuỗi kí tự song song đưa qua IFFT để thực điều chế OFDM Bước 4: chuyển đổi chuỗi kí tự song song thành nối tiếp Yêu cầu: -Vẽ sơ đồ khối điều chế tín hiệu OFDM, xác định tham số sử dụng chương trình mơ -Viết hàm MATLAB để thực điều chế giải điều chế tín hiệu OFDM -Xác định tỉ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình (PAPR) tín hiệu OFDM, biểu diễn giản đồ chòm kí hiệu QAM/PSK điều chế giải điều chế tín hiệu OFDM a,Các tham số sử dụng chương trình mơ data :Độ dài 2^15 bit , chuỗi bit nhị phân cần truyền N=128 :Số chuỗi bit song song M=16 :Số mức điều chế(16-PSK) PAPR : Tỉ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 Bài tập lớn Mơ hệ thống truyền thơng-TEL1412 b, Mã chương trình mơ giải thích Hàm điều chế:Có nhiệm vụ nhận tín hiệu đầu vào thực điều chế OFDM để đưa lên kênh truyền.Dữ liệu đầu vào bit nhị phân,dữ liệu đầu ký tự qua điều chế Các bước thực hiện: -Nhận tín hiệu đầu vào qua biến data_in -Dùng vòng lặp for để tách chuỗi đầu vào thành N chuỗi song song ,xử lý chuỗi -Thực điều chế 16-PSK hàm pskmod() -Thực IFFT tạo sóng mang trực giao -Biến đổi song song thành nối tiếp cách dùng biến data_out lưu kết lần xử lý Mã chương trình: DieuChe.m % -function [data_out] = DieuChe(data_in) data_out=[]; x=1; N=128; for i=1:N % 128 luong bit du lieu.Moi luong 256 bit dt=data_in(x:x+255) ; % lay luong bit thu i de xu ly x=x+256; data_t=reshape(dt,4,ceil(64))'; % chuyen 256 bit ma tran 64x4 dc_x=bi2de(data_t,'left-msb') ; % chuyen ma tran 64x4 64x1 cac so tu 0-15 M=16; dc_y = pskmod(dc_x,M) ; % Dieu che 16-psk,nhan duoc ma tran cac trang thai pha if i==1 scatterplot(dc_y); % Ve bieu chom truoc qua kenh truyen title('Gian chom tai bo dieu che'); end ifft_y=ifft(dc_y,64) ; % Thuc hien IFFT data_out=[data_out,ifft_y']; % Bien doi song song noi tiep end % Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 Bài tập lớn Mơ hệ thống truyền thơng-TEL1412 Hàm giải điều chế:Có nhiệm vụ nhận ký tự sau qua kênh truyền thực giải điều chế OFDM để xác định chuỗi bit ban đầu.Dữ liệu đầu vào chuỗi ký tự nối tiếp ,dữ liệu đầu chuỗi nhị phân qua giải điều chế Các bước thực hiện: -Nhận tín hiệu đầu vào qua biến data_in -Dùng vòng lặp for để tách chuỗi đầu vào thành N chuỗi song song ,xử lý chuỗi -Thực FFT -Thực giải điều chế 16-PSK hàm pskdemod() -Biến đổi song song thành nối tiếp cách dùng biến data_out lưu kết lần xử lý % -function [data_out] = GiaiDieuChe(data_in) data_out=[]; x=1; N=128; for i=1:N dt=data_in(x:x+63)'; % 128 luồng ký tự.Moi luong 64 ky tự % Lấy luồng ky tự thứ i để xử lý x=x+64;ý fft_data=fft(dt,64) ; %Thuc hien FFT if i==1 scatterplot(fft_data); %Ve bieu chom sau qua kenh truyen title('Gian chom tai bo giai dieu che'); end M=16; dec_r = pskdemod(fft_data,M); % Giai dieu che 16-psk data_r = de2bi(dec_r,'left-msb')';%chuyen doi tu thap phan sang nhi phan data_out=[data_out,reshape(data_r,1,ceil(256))]; %Bien doi song song noi tiep de nhan duoc chuoi bit ban dau end % Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 Bài tập lớn Mô hệ thống truyền thơng-TEL1412 Chương trình xác định tỉ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình: Có nhiệm vụ: Tạo liệu đầu vào, gọi lại hàm điều chế gải điều chế phần để chạy mô phỏng.Thêm ảnh hưởng kênh truyền để thấy ảnh hưởng kênh truyền lên tín hiệu phía thu Xác định tỉ số công suất đỉnh công suất trung bình (PAPR) tín hiệu OFDM Các bước thực hiện: -Tạo liệu hàm randi() -Thực điều chế liệu vẽ Giản đồ chòm tín hiệu điều chế -Thêm ảnh hưởng kênh truyền -Thực giải điều chế vẽ Giản đồ chòm tín hiệu giải điều chế -Tính tỉ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình "main.m" % -close all; clear all; clc; %Mã sinh viên B15DCVT125.Tạo 2^15 bit nhị phân ngẫu nhiên data=randi([0 1],1,2^15); x = DieuChe(data); %Dieu che snr=25; %dB x_Gauss=awgn(x,snr,'measured'); %Nhiễu kênh truyền %y=GiaiDieuChe(data); y = GiaiDieuChe(x_Gauss); %Giải điều chế không xét đến ảnh hưởng kênh truyền %Giải điều xét đến ảnh hưởng kênh truyền %Tinh PAPR xo=transpose(x); x_abs=abs(xo); papr=10*log(max(x_abs.^2)/mean(x_abs.^2)); %Công thức tính PAPR disp('PAPR:'); disp(papr); % Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 Bài tập lớn Mơ hệ thống truyền thông-TEL1412 Kết mô phỏng: Giá trị PAPR: Hình 2.Kết mơ xác định PAPR Giản đồ chòm kí hiệu tai điều chế giải điều chế: Hình 3.Giản đồ chòm điều chế giải điều chế không bị ảnh hưởng kênh truyền Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 Bài tập lớn Mô hệ thống truyền thông-TEL1412 Hình 4.Giản đồ chòm điều chế giải điều chế bị ảnh hưởng nhiễu Gauss -Trong hai trường hợp vẽ Giản đồ chòm lấy liệu việc điều chế giải điều chế 256 bit để thấy rõ ảnh hưởng AWGN lên chất lượng tín hiệu sau qua kênh truyền -Khi bỏ qua ảnh hưởng kênh truyền Giản đồ chòm điều chế giải điều chế nhau.Tuy nhiên ta xét đến ảnh hưởng kênh truyền Giản đồ chòm giải điều chế thay đổi, thay đổi phụ thuộc vào tham số SNR hệ thống Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 10 Bài tập lớn Mơ hệ thống truyền thông-TEL1412 Chương II Mô hệ thống truyền dẫn số II.1.Các yêu cầu hệ thống a,Mô tả nhiệm vụ: Mô hệ thống truyền dẫn số với nguồn tin hệ thống tín hiệu OFDM thực nhiệm vụ Sử dụng mô hình mơ tương đương băng gốc, tín hiệu phát biểu diễn sau: dk kí hiệu (symbol) phức xác định từ chuỗi tin đầu vào kỹ thuật điều chế; Tsym chu kỳ symbol; Φ0 pha tín hiệu phát p(t) xác định dạng xung phát, với: với Es lượng symbol b,Sơ đồ khối hệ thống Kênh truyền luồng bit đầu vào Điều chế OFDM > Ghép sóng mang Rx Tx > ^ Tách sóng > mang Giải điều chế OFDM luồng bit đầu > n(t) Hình Sơ đồ khối hệ thống kênh truyền Rx=Tx+n(t); Trong đó:Tx tín hiệu truyền Rx tín hiệu sau qua kênh truyền n(t) nhiễu AWGN Lê Xn Hạ-Nhóm mơn học-03 11 Bài tập lớn Mơ hệ thống truyền thơng-TEL1412 II.2.Mã chương trình mơ giải thích a,Các tham số sử dụng chương trình mô data :Độ dài 2^15 bit , chuỗi bit nhị phân cần truyền Es :Năng lượng ký hiệu Rs :Tốc độ ký hiệu fs :Tần số ký hiệu Ts=1/Rs:Chu kỳ ký hiệu b, Mã chương trình mơ giải thích Chương trình sau thực Biểu diễn biểu đồ chòm tín hiệu điểm: điều chế giải điều chế.Ngoài chương trình vẽ Giản đồ mắt tín hiệu điểm: sau điều chế máy thu Kênh sử dụng kênh AWGN SNR = 12 dB Các q trình thích chi tiết chương trình: (chương trình gọi lại hàm DieuChe GiaiDieuChe nhiệm vụ 1) "KenhTruyen.m" % -close all;clear all;clc; data=randi([0 1],1,2^15); %Tạo liệu dựa vào mã sinh viên dc = DieuChe(data); %Điều chế chuỗi bit đồng thời vẽ biều đồ chòm trước điều chế %Các thông số cho kênh truyền Es=5e-5; phi=pi/2; Rs=1e10; fs=20*Rs; Ts=1/Rs; t=0:1/fs:length(dc)*Ts; x=1; for i=1:length(t) Tx(i)=dc(x)*(sqrt(2*Es/Ts)*exp(1j*phi));%Ghép ký tự vào sóng mang if(t(i)>=x/Rs) x=x+1; end end snr = 12; %dB Rx=awgn(Tx,snr,'measured'); %Truyền qua kênh AWGN y=1; for i=1:length(t) if abs(t(i)-(y-1/2)/Rs)25 dB để tính BER tương ứng với giá trị SNR để vẽ đồ thị phụ thuộc.Đồng thời sử dụng cơng thức: để tính BER theo lý thuyết điều chế 16-PSK qua có so sánh hai đường "BER_SNR.m" % -close all;clear all;clc; data=randi([0 1],1,2^15); %Khởi tạo liệu dc = DieuChe(data); %Điều chế Es=5e-5; phi=0; Rs=1e6; fs=20*Rs; Ts=1/Rs; t=0:1/fs:length(dc)*Ts; %Các thông số kênh truyền c=1; for i=1:length(t) Tx(i)=dc(c)*sqrt(2*Es/Ts)*exp(1j*phi); if(t(i)>=c/Rs) c=c+1; end end SNRdB = [0:25]; %Khởi tạo liệu SNR ber=[]; for k=1:length(SNRdB) Rx=awgn(Tx,SNRdB(k),'measured');%Kênh AWGN với SNR tương ứng d=1; for i=1:length(t) if abs(t(i)-(d-1/2)/Rs)