BÀI TIỂU LUẬN MÔN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG -   - BÀI TIỂU LUẬN MÔN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG Họ tên: MSV: LỚP: Nguyễn Trung Kiên B17DCVT197 D17CQVT05-B Nhóm mơn học: Mục lục Mơ q trình nén PCM cho tín hiệu tương tự 1.1 Mơ tả nhiệm vụ 1.2 Sơ đồ mô tả hệ thống tham số 1.3 Kết mô 1.4 Mã chương trình .7 Mô hệ thống truyền dẫn qua kênh AWGN 2.1 Mô tả nhiệm vụ 2.2 Sơ đồ mô tả hệ thống tham số 2.3 Kết mô 12 2.4 Mã chương trình 15 Mơ qua trình nén điều chế PCM cho tín hiệu tương tự 1.1 Mơ tả nhiệm vụ Mơ q trình nén PCM cho tín hiệu tương tự, tín hiệu tương tự dạng thoại đầu vào mô tả công thức sau: với Ai [1, 2, 3] φi [0, pi/2, 3pi/2], tần số fi xác định từ mã số sinh viên theo biểu thức fi = i*100 Hz với i số cuối mã số sinh viên Với MSV: B17DCVT197 tín hiệu có dạng: s(t)=1*cos(2*pi*100*t)+2*cos(2*pi*900*t+pi/2)+3*cos(2*pi*700*t+pi/4) Tại phía phát, thực nén tín hiệu theo luật μ với hệ số nén μ=2 Sau đó, thực chuyển đổi tín hiệu vừa nén thành tín hiệu số nhị phân theo phương pháp PCM để làm nguồn tín hiệu đầu vào cho nhiệm vụ Thực ngược lại q trình chuyển đổi bit nhị phân thành tín hiệu tương tự dạng âm thoại ban đầu với trình ngược q trình 1.2 Sơ đồ mơ tả hệ thống mơ tham số Hình 1.1: Hệ thống mã hóa giải mã PCM sử dụng mô Lấy mẫu: ‒ Lấy mẫu q trình biến đổi tín hiệu tương tự thành dãy xung rời rạc tuần hoàn, biên độ xung biên độ tín hiệu thời điểm lấy mẫu Dãy xung cịn gọi tín hiệu điều chế biên độ xung PAM Tín hiệu tương tự lấy mẫu cách nhân tín hiệu với chuỗi xung lược có chu kỳ chu kỳ lấy mẫu ‒ Mô phỏng: Tạo vecto thời gian thời điểm đến thời điểm kết thúc tín hiệu tương tự (T), vecto gồm phần tử cách khoảng chu kỳ xung lược: t=0:Ts:T Thay giá trị vecto thời gian vào tín hiệu tương tự, ta vecto chứa biên độ xung PAM ‒ Tham số sử dụng Tín hiệu tương tự lấy mẫu với tần số fs=8000 Hz nên chu kỳ lấy mẫu Ts=1/fs=1.25e-4 s Lượng tử hóa: ‒ Lượng tử hóa q trình xấp xỉ hóa tín hiệu mẫu tương tự dựa vào số mức lượng tử M Biên độ tín hiệu từ GTLN đến GTNN chia làm khoảng gọi bước lượng tử Nếu biên độ mẫu tín hiêu tương tự nằm bước lượng tử xấp xỉ hóa theo mức lượng tử Nếu số mẫu lượng tử lớn, khả thu xác tín hiệu gốc cao ‒ Mơ phỏng: Lượng tử hóa thực đều, sử dụng hàm quantiz(s,P) s tín hiệu mẫu tương tự, P vecto mức lượng tử P có dạng P=min(s):delta:max(s) delta bước lượng tử ‒ Tham số sử dụng: từ tín hiệu s(t) ta thấy GTLN tín hiệu 14 GTNN tín hiệu -14, số mức lượng tử sử dụng 256 nên vecto P=-14:28/255:14 với bước lượng tử delta=28/255 Mã hóa: ‒ Là ánh xạ mức lượng tử thành từ mã nhị phân Mã hóa thường kết hợp với A/D, tín hiệu qua mã hóa xung vng có biên độ ‒ Mơ phỏng: Sử dụng hàm de2bi để chuyển mức lượng tử sang từ mã nhị phân Giải mã ‒ Ánh xạ từ mã nhị phân bit thành mức lượng tử có trọng số từ 0=>255 Dựa vào vecto mức lượng tử Pa để ánh xạ trọng số sang mức biên độ thuật tốn S(t)=Pa(C(t)+1) C(t) trọng số mức lượng tử, S(t) tín hiệu thu Tái tạo dạng tín hiệu ‒ Tín hiệu sau giải nén luật μ tín hiệu tương tự phía phát Tuy nhiên khơng phải tín hiệu gốc ban đầu sai số khâu lượng tử hóa Để thu tín hiệu cách xác, đưa qua nội suy làm tăng số mẫu tín hiệu ‒ Trong mô sử dụng hàm interp(x,s) để tăng tần số lấy mẫu x tín hiệu cần nội suy, s tỷ số tần số lấy mẫu so với tần số lấy mẫu cũ 1.3 Kết mơ Hình1.2 Tín hiệu tin gốc thu Hình1.3 Tín hiệu qua khâu phía mã hóa Hình 1.4: Tín hiệu lấy mẫu gốc tín hiệu sau nội suy thu 1.4 Mã chương trình % %% NHIỆM VỤ % ManVanPhong B17DCVT277 % A1=1,f1=200,phi1=0,A2=2,f2=700,phi2=pi/2,A3=3,f3=700,phi3=(3*pi)/2 fs=8000;% Tần số lấy mẫu step=1/fs; t=0:step:1; s=1*cos(2*pi*200*t)+2*cos(2*pi*700*t+pi/2)+3*cos(2*pi*700*t+(3*pi)/2);%Tín hiệu ban đầu mu=2;% số nén luật μ Pa=-14:28/255:14; % vecto mức lượng tử hóa, biên độ lớn nhỏ s(t) 14 -14 sc = compand(s,mu,max(s),'mu/compressor'); C=quantiz(sc,Pa); % nén luật μ % lượng tử hóa % q trình mã hóa biến đổi từ ma trận sang veto nhị phân Code=(de2bi(C))'; Code=(Code(:))'; S=zeros(1,length(C)); % trình giải mã for k=1:length(C) S(k)=Pa(C(k)+1); end SC = compand(S,mu,max(S),'mu/expander');% giải nén luật μ SC=interp(SC,100);% trình nội suy, tần số lấy mẫu mới=100.fs % ve hinh figure(1) ; subplot(2,1,1) ; for k=1:100 plot(k:0.01:k+0.99,Code(k)*[0 ones(1,98) 0],'color','r') ; hold on ; end title('Tin hieu goc ban tin') ; axis([0,100,0,3]) ; subplot(2,1,2) ; plot(SC(1:100*100)) ; title('Tin hieu thu') ; hold on; figure(2); subplot(3,1,1); num_3s=3*(1/100)/step;; stem(t(1:num_3s),s(1:num_3s)); title('Dang tin hieu lay mau o chu ky dau tien, fs=8e3 Hz'); subplot(3,1,2); stem(t(1:num_3s),sc(1:num_3s)); title('Dang tin hieu qua bo nen '); subplot(3,1,3) for k=1:num_3s plot(t(k):step/99:t(k+1),sc(k)*[0 ones(1,98) 0],'color','b'); hold on; end title('Dang tin hieu qua bo luong tu hoa 256 muc'); figure(3); subplot(2,1,1); plot(t(1:num_3s),s(1:num_3s)); title('Tin hieu goc lay mau fs=8000 Hz'); subplot(2,1,2); plot(step/100:step/100:3*1/100,SC(1:num_3s*100)); title('Tin hieu thu sau bo noi suy'); Nhiệm vụ 2: Mô hệ thống truyền dẫn qua kênh AWGN 2.1 Mô tả nhiệm vụ ‒ Hệ thống truyền dẫn có điều chế, luồng bit vào luồng bit từ nhiệm vụ ‒ Điều chế sử dụng điều chế DPSK ‒ Tín hiệu phát có dạng Trong đó: dk ký hiệu sau điều chế, p dạng xung phát, Tsym chu kỳ xung phát, Փo pha tín hiệu phát Xung p có dạng Trong Es lượng ký hiệu 2.2 Sơ đồ mô tả hệ thống tham số mô a Sơ đồ khối hệ thống dịng bít vào Bộ điều chế DPSK Bộ giải điều chế DPSK AWGN b Các tham số Dịng bit vào: ‒ Dịng bít vào từ nhiệm vụ Điều chế DPSK: ‒ B1:Dòng bít đầu vào từ nhiệm vụ đưa vào khối mạng logic ‒ B2: Tín hiệu sau bước đưa qua dịch chuyển mức biên độ ‒ B3: Cuối tín hiệu sau bước đưa vào điều chế Hình 2.1: Điều chế DPSK -DPSK coi trường hợp riêng điều chế trực giao không đồng xét khoảng bít Khi phát 1, tín hiệu tương ứng là: Khi phát 0, tín hiệu tương ứng là: -Điều chế 16-DPSK mô phỏng: Điều chế DPSK Matlab thực hàm modem.dpskmod(M) với M=16 số trạng thái hàm modulate Kênh AWGN ‒ AWGN tạp âm Gauss trắng thường gây tạp âm nhiệt tạp âm máy thu mạch điện Tạp âm Gauss trắng biến ngẫu nhiên phân bố 10 chuẩn, có kỳ vọng Tạp âm Gauss trắng tác động lên tín hiệu phép + lên biên độ tín hiệu ‒ Trong Matlab, mơ kênh AWGN sử dụng hàm awgn(tín hiệu phát,SNR,P) SNR tỷ số cơng suất tín hiệu tạp âm có đơn vị dB, P cơng suất tín hiệu đơn vị dBW Nếu khơng có P coi công suất phát = 0dBW ‒ Trong mô phỏng, ta có cơng suất tín hiệu khoảng thời gian Tsys P==3*Es/Tsys, chọn Es=2/3*Tsys cơng suất tín hiệu P=10*lg(3*Es/Tsys)=0dBW Giải điều chế DPSK ‒ B1:Tín hiệu từ bên phát đưa vào tách thành 2kênh đồng pha vng pha sau đưa qua tích phân ‒ B2:Tín hiệu nhân với trễ đưa vào tổng hợp để tổng hợp luồng liệu ‒ B3:Tín hiệu tổng đưa qua định cho tín hiệu ‒ Trong Matlab, giải điều chế DPSK sử dụng hàm modem.dpskdemod(M) với M số trạng thái Trong sử dụng M=16 Hình 2.2: giải điều chế DPSK 11 2.3 Kết mô Kết mô kênh AWGN có SNR= 8dB Hình 2.3: Biểu đồ chịm tín hiệu sau điều chế thu 12 Hìn h 2.4: Biểu đồ dạng tín hiệu phát thu 13 Hình 2.5: Biểu đồ mắt tín hiệu phát thu 14 2.4 Mã chương trình %%%% NHIEM VU bit=Code; % dau vao la chuoi bit thuc hien o nhiemvu N=0.5*(1024)^2; % toc ki hieu Tsys=1/N; %chu ki bit t=0:Tsys/100:Tsys; %vec to thoi gian Es=2/3*Tsys; % chon nang luong cho bit cho cong suat tin hieu bang 0dbW pt=(2*Es/Tsys)^0.5*(sinc(2*pi*t/Tsys));%dang xung phat dsys=dpskmod(bit,16); % thuc hien dieu che 16-DPSK Re_8dB=awgn(dsys,8); % cho qua kenh AWGN sig_demod=dpskdemod(Re_8dB,16); %thuc hien giai dieu che 16-DPSK sig_demod=(sig_demod(:))'; %chuyen sang dang vecto BER_8dB=sum(abs(sig_demod-bit))/length(bit); %so sanh chuoi bit thu duoc va chuoi bit ban dau de tinh BER figure(4) subplot(2,1,1) plot(dsys,'*') title('Bieu chom tin hieu sau dieu che') subplot(2,1,2) plot(awgn(dsys,8),'*') title('Bieu chom tin hieu sau qua kenh AWGN Eb/No=8dB') figure(5) subplot(2,1,1) stem([real(dsys(1)*(sinc(2*pi*t/Tsys))) imag(dsys(1)*(sinc(2*pi*t/Tsys)))]) title('Dang xung phat') subplot(2,1,2) stem([real(awgn(dsys(1)*pt,8/length(pt))) imag(awgn(dsys(1)*pt,8/length(pt)))]) hold on plot([real(dsys(1)*(sinc(2*pi*t/Tsys))) imag(dsys(1)*(sinc(2*pi*t/Tsys)))],'color','r') title('Dang tin hieu tai bo thu') eye=[]; for k=1:2000 eye=[eye dsys(k)*(sinc(2*pi*t/Tsys))]; end eye_a=awgn(eye,8); eyediagram([real(eye) imag(eye)],length(pt)*2) title('Bieu mat tin hieu phat') eyediagram([real(eye_a) imag(eye_a)],length(pt)*2) title('Bieu mat tin hieu tai bo thu') 15