Tài liệu Mô phỏng hệ thống truyền dẫn tín hiệu tương tự

Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG BÀI TẬP LỚN Giảng viên Trang : Ngô Thị Thu Sinh viên : Lớp : D14CQVT3 November 2017 MỤC LỤC I. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ....1 I.1. Mô tả hệ thống mô phỏng và các tham số được sử dụng trong mô phỏng........................1 I.2. Kết quả mô phỏng và nhận xét đánh giá................................................................................1 I.3. Mã chương trình..................................................................................................................11 II. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ............................13 II.1. Mô tả hệ thống mô phỏng và các tham số được sử dụng trong mô phỏng.....................13 II.2. Kết quả mô phỏng và nhận xét đánh giá............................................................................13 II.3. Mã chương trình.................................................................................................................18 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 1 I. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ I.1. Mô tả hệ thống mô phỏng và các tham số được sử dụng trong mô phỏng a, Sơ đồ hệ thống Tín hiệu tương tự Bộ lượng tử hóa đều Bộ nén biê độ Bộ mã hóa b, Các tham số mô phỏng 3  Tín hiệu tương tự: s(t )  Ak cos(2 fk (t  (  1)k 1 t 2 )) k 1  Mã SV B14DCVT077, vậy theo đề bài có f1 0 Hz, f2 7Hz, f3 7 Hz  Đề bài cho: Ai lần lượt là [1, 2, 1]  Điều biến mã xung PCM:  Sử dụng kỹ thuật nén – dãn theo luật  = 255  Tần số lấy mẫu f s 4* f k max = 4*7 =28 Hz I.2. Kết quả mô phỏng và nhận xét đánh giá a, Kết quả mô phỏng  Chuỗi bit MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 2 SỐ  Tín hiệu gốc: Bieu dien tin hieu goc 4 3 Amplitude 2 1 0 -1 -2 0 0.5 1 1.5 2 time (s) 2.5 3 3.5  Tín hiệu lượng tử hóa: Bieu dien tin hieu goc va tin hieu luong tu hoa 4 Tin hieu goc Tin hieu luong tu hoa 3 Amplitude 2 1 0 -1 -2 0 0.5 1 1.5 2 time (s) 2.5 3 3.5 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 3 SỐ  Tín hiệu sau khôi phục Bieu dien tin sau khoi phuc 4 3 Amplitude 2 1 0 -1 -2  0 0.5 1 1.5 2 time (s) 2.5 3 3.5 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 4 SỐ  Tín hiệu trước và sau khôi phục Bieu dien tin hieu goc va sau khoi phuc 4 Tin hieu sau khoi phuc Tin hieu goc 3 Amplitude 2 1 0 -1 -2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 time (s)  Phổ tín hiệu Pho tin hieu goc 0 10 -5 10 -15 -10 -5 0 5 10 15 5 10 15 5 10 15 Pho tin hieu luong tu hoa 0 10 -5 10 -10 10 -15 -10 -5 0 Pho tin hieu khoi phuc 0 10 -5 10 -10 10 -15 -10 -5 0 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 5 SỐ  Sai số Sai so 0.14 0.12 0.1 error 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0 0.5 1 1.5 2 time (s) 2.5 3 3.5 b, Nhận xét đánh giá  Thực hiện mô phỏng ta thấy mã hóa PCM có tổn thất  Sai số lớn khi biên độ tín hiệu thay đổi lớn, sai số nhỏ khi biên độ tín hiệu ít có sự thay đổi  Tín hiệu khôi phục có dạng tương tự tín hiệu gốc. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 6 SỐ I.3. Mã chương trình Assgnmt1.m %=========================================================================% % Sinh vien: Duong Van Hai, Lop D14VT3 % % Ma sv: B14DCVT077, f1=0, f2=7, f3=7 % % Tan so lay mau Fs= 28 Hz %=========================================================================% close all; clear; clc; f = [0 7 7] % Tan so cua cac thanh phan % Thuc hien lay mau trong 3 giay (3 chu ki tin hieu); toc do 28 mau/s Fs = 28; % Tan so lay mau t = 0:1/Fs:(3*Fs+1)/Fs; % Vecto thoi gian % Tao tin hieu tuong tu theo de bai s = cos(2*pi*f(1)*(t+ ((-1).^2)*t.^2)) + 2*cos(2*pi*f(2)*(t+((-1).^3)*t.^2))+... cos(2*pi*f(3)*(t+ ((-1).^4)*t.^2)); %=============================== Cau b ====================================% mu = 255; % He so nen M = 32; % so muc luong tu [y,amax] = mulaw(s,mu); % nen bien do [code,yq,sqnr] = uniform_pcm(y,M); % luong tu hoa PCM xq = invmulaw(yq,mu); % giai nen tin hieu xq = xq*amax; % giai nen bien do %=============================== Cau c ====================================% figure(1) plot(t,s,'r--','linewidth',2); % Tin hieu goc title ('Bieu dien tin hieu goc','fontsize',15); xlabel('time (s)'); ylabel('Amplitude'); figure(2) hold on plot(t,s,'r--','linewidth',2); % tin hieu goc stairs(t,yq); % tin hieu luong tu hoa title ('Bieu dien tin hieu goc va tin hieu luong tu hoa','fontsize',15); xlabel('time (s)'); ylabel('Amplitude'); legend('Tin hieu goc','Tin hieu luong tu hoa'); figure(3) plot(t,xq,'g'); % Tin sau khoi phuc title ('Bieu dien tin sau khoi phuc','fontsize',15); xlabel('time (s)'); ylabel('Amplitude'); figure(4) plot(t,xq,'g'); hold on; % Tin hieu sau khoi phuc plot(t,s,'r--','linewidth',2); % Tin hieu goc title ('Bieu dien tin hieu goc va sau khoi phuc','fontsize',15); xlabel('time (s)'); ylabel('Amplitude'); legend('Tin hieu sau khoi phuc','Tin hieu goc'); % Bieu dien pho tin hieu figure(5) subplot(3,1,1); [f,Xf] = spectrocal(t,s); semilogy(f,Xf);grid; % Pho tin hieu goc title('Pho tin hieu goc'); subplot(3,1,2); [f,Yf] = spectrocal(t,yq); semilogy(f,Yf);grid; % Pho tin hieu luong tu hoa title('Pho tin hieu luong tu hoa'); subplot(3,1,3); [f,Zf] = spectrocal(t,xq); semilogy(f,Zf);grid; % Pho tin hieu khoi phuc MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 7 SỐ title('Pho tin hieu khoi phuc'); %=============================== Cau d ===================================% % Xac dinh va bieu dien sai so tai SNR tuong ung error = (s-xq).^2; % Xac dinh sai so figure(6) plot(t,error); % Bieu dien sai so title('Sai so','fontsize',13); xlabel('time (s)'); ylabel('error'); mulaw.m function [y,a] = mulaw(x,mu) % Mu-law nonlinearity for nonuniform PCM % x - input sequence % mu - mu constant % y - compressed output % a - maximum amplitute % Written by Nguyen Duc Nhan - 2012 a = max(abs(x)); % tinh bien do max y = sign(x).*log(1+mu*abs(x/a))/log(1+mu); % tin hieu sau nen bien do uniform_pcm.m function [code,xq,sqnr] = uniform_pcm(x,M) % Uniform PCM encoding of a sequence % x = input sequence % M = number of quantization levels % code = the encoded output % xq = quantized sequence before encoding % sqnr = signal to quantization noise ratio in dB % Written by Nguyen Duc Nhan - 2012 Nb = log2(M); Amax = max(abs(x)); delta = 2*Amax/(M-1); Mq = -Amax:delta:Amax; Ml = 0:M-1; xq = zeros(size(x)); xcode = xq; for k = 1:M ind = find(x > Mq(k)-delta/2 & x <= Mq(k)+delta/2); xq(ind) = Mq(k); xcode(ind) = Ml(k); end sqnr = 20*log10(.mnorm(x)/norm(x-xq)); code = de2bi(xcode,Nb,'left-msb'); MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 8 SỐ invmulaw.m function x = invmulaw(y,mu) % The inverse of mu-law nonlinearity % mu - mu constant % y - compressed input % x - expanded output % Written by Nguyen Duc Nhan - 2012 x = sign(y).*((1+mu).^abs(y)-1)/mu; MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 9 SỐ II. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ II.1. Mô tả hệ thống mô phỏng và các tham số được sử dụng trong mô phỏng a, Sơ đồ hệ thống Tín hiệu mã hóa PCM Mã đường CMI Bộ lọc phát Kênh AWGN Tín hiệu sau giải mã b, Các tham số mô phỏng  Tín hiệu số:  Thu được từ nhiệm vụ 1 sau bộ mã hóa PCM  Mã đường:  Mã sinh viên B14DCVT077, số cuối cùng là số lẻ nên sử dụng mã đường CMI  Bộ lọc phát 2  Có đáp ứng |H (w)| = 1 W 1+ Wc 4 ( )  Thực hiện phương pháp Monte-Carlo để đánh giá hiệu năng với các tham số:  Độ tin cậy mong muốn pc = 95% (zc = 1,96)  Khoảng tin cậy sc = 10-6  Tốc độ lỗi Pe = 10-5  N Pe .(1  Pe ).( zc / sc )2 40.10 6 symbols Hay thực hiện Monte-Carlo với số lỗi tối thiểu 400 lỗi, số kí hiệu tối đa 4.107 symbol.  Es  SERtheory _ 4  PSK 2 Q   N 0    Công thức tính xác suất lỗi lí thuyết: II.2. Kết quả mô phỏng và nhận xét đánh giá a, Kết quả mô phỏng  Câu b và d: Màn hình MATLAB: Sinh vien Le Cong Duc – 1021010259 – BTL MPHTTT – Bai 2 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 10 SỐ Nhap 2 cho y b va d; 3 cho y c: 2 Vector loi ki hieu mo phong ung voi snr tu 0 toi 13dB la (Theo cac tham so: Pe = 10^(-5), Sc = 10^(-6), Pc = 95% ==> N = 40*10^6, minerr = 400) ser = Columns 1 through 7 0.2917000 0.2472000 0.0765000 0.0448000 0.1968000 0.1551000 0.1124000 0.0051111 0.0015074 0.0004060 Columns 8 through 14 0.0239500 0.0119500 0.0000681 0.0000082 So sánh kết quả mô phỏng đường cong xác suất lỗi với kết quả lý thuyết đối với kiểu điều chế mà hệ thống sử dụng:  Câu c: Tín hiệu sau điều chế và qua kênh AWGN: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 11 SỐ Tín hiệu ban đầu và tín hiệu khôi phục: Biểu đồ chòm sao: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 12 SỐ Mẫu mắt tín hiệu: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 13 SỐ Phổ tín hiệu: b, Nhận xét đánh giá MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 14 SỐ  Thực hiện điều chế 4-PSK tín hiệu số với kết quả cho thấy tín hiệu bị ảnh hưởng khá ít bởi nhiễu AWGN khi so với tín hiệu tương tự. Qua đó thấy được một ưu điểm của truyền dẫn số bới truyền dẫn tương tự là hạn chế lỗi.  Sai số kí hiệu nhỏ, tại SNR = 13 dB thì SER < 10-5.  Xác suất lỗi ước tính thu được rất gần với giá trị lí thuyết. II.3. Mã chương trình Assgnmt2.m %=========================================================================% % Le Cong Duc, D10VT6, Ma sv: 1021010259 % %=========================================================================% close all;clear;clc; N = 9; M = 4; R = N*10^6; % Nsym = 40; % Es = 2*10^-6; phi = pi/4; % disp('Sinh vien Le Cong Duc bt=input('Nhap 2 cho y b va switch bt Tham so ban dau So ki hieu mo phong Nang luong ki hieu va goc quay pha – 1021010259 – BTL MPHTTT – Bai 2 '); d; 3 cho y c: '); %============================= Cau b va d ===============================% case 2 %====== Dat gia tri ban dau va gia tri cho vong lap====% Ns_sym = 1; snrmax = 13; fltsw = 0; Nsym = 10^4; minerr = 400; maxsym=4*10^7; err=zeros(1,snrmax+1); nsym=err; snr=0:snrmax; snr_lin = 10.^(snr/10); ser = zeros(1,snrmax); %=======Vong lap ngoai=================================% for k = 1:snrmax+1 Done = false; %=======Vong lap trong=============================% while ( ~Done ) [t, d, dr, s, s_flt,s_noisy] = Assgnmt2_run(R,M,Nsym,... Ns_sym,snr(1,k),fltsw,Es,phi); % Thuc hien mo phong ind = d ~= dr; err(1,k) = err(1,k)+ sum(ind); nsym(1,k)=nsym(1,k)+ Nsym; Done = err(1,k)>minerr || nsym(1,k)>maxsym; % Dieu kien dung end ser(1,k) = err(1,k)/nsym(1,k); % Tinh ti le loi ki hieu end %=======Xac suat loi uoc tinh (CAU B) =================% disp('Vector loi ki hieu mo phong ung voi snr tu 0 toi 13dB la') disp('(Theo cac tham so: Pe = 10^(-5), Sc = 10^(-6), Pc = 95%'); disp('==> N = 40*10^6, minerr = 400)'); format long; ser = single(ser) %========Bieu dien so sanh voi li thuyet (CAU D) ======% ser_theory = 2*qfunc(sqrt(snr_lin)); % SER li thuyet semilogy(snr,ser,'ro-.','linewidth',2),hold on; semilogy(snr,ser_theory,'b','linewidth',2); grid on; legend('SER mo phong','SER ly thuyet'); title('Bieu dien xac suat loi ki hieu mo phong va ly thuyet'); xlabel('snr (dB)'); ylabel('Ps'); MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 15 SỐ %================================ Cau c ================================% case 3 snr = 8; Tsym = 1/R; fltsw = 0; Ns_sym = 100; Ns=Ns_sym*Nsym; [t, d, d_demod, s, s_flt,s_noisy] = Assgnmt2_run(R,M,Nsym,... Ns_sym,snr,fltsw,Es,phi); [t1, d_demod1, dr1, s1, s_flt1,s_noisy1] = Assgnmt2_run(R,M,... Nsym,Ns_sym,snr,1,Es,phi); % fltsw = 1 % Lay mau khoi phuc tin hieu:(tai diem Tsym/2 (giua ki hieu) dr = d_demod(fix(Ns_sym/2):Ns_sym:end); %===== Ve bieu do chom sao========% k = scatterplot(s_noisy,1,0,'bx'); hold on; scatterplot(s,1,0,'ro',k); legend('Tin hieu thu','Tin hieu phat'); %===== Ve bieu do mat=============% eyediagram(s,Ns_sym,Ns,Ns_sym/2); % Tin hieu phat khong loc eyediagram(s_flt1,Ns_sym); % Tin hieu phat co loc eyediagram(s_noisy,Ns_sym,Ns,Ns_sym/2);%Tin hieu thu khong loc eyediagram(s_noisy1,Ns_sym); % Tin hieu thu co loc %===== Ve dang song tin hieu =====% figure;subplot(2,1,1); plot(t,real(s_noisy),'color','b'); grid on; hold on; plot(t,real(s),'r','linewidth',3); subplot(2,1,2); plot(t,imag(s_noisy),'color','c'); hold on; plot(t,imag(s),'g','linewidth',3); grid on;figure; stem(d,'-.','MarkerFaceColor','b'); %Tin hieu ban dau hold on; stem(dr,'r-.'); grid on; %Tin hieu khoi phuc %===== Ve pho tin hieu ===========% [f,Sf] = spectrocal(t,s); [fn,Snf] = spectrocal(t,s_noisy); figure; subplot(2,1,1);semilogy(f,Sf,'r'); title('Pho tin hieu sau dieu che');xlabel('Hz'); subplot(2,1,2);semilogy(fn,Snf,'g'); title('Pho tin hieu qua kenh AWGN');xlabel('Hz'); end Assgnmt2_run.m function [t, d, dr, s, s_flt,s_noisy] = Assgnmt2_run(R,M,Nsym,... Ns_sym,SNR,fltsw,Es,phi) % R: toc do ki hieu, M: kich thuoc tap ki hieu % Nsym: so ki hieu, Ns_sym: so mau tren moi ki hieu % SNR: SNR chua tin hieu thu (Es/No), fltsw: chon thuc hien loc hay khong Tsym= 1/R; % Chu ki ki hieu d = randint(1,Nsym,M); % Tao tin hieu ngau nhien h = modem.pskmod('M', M, 'SymbolOrder', 'Gray'); dk = modulate(h,d); % Dieu che 4-PSK (chuyen sang mien phuc) Tw = Nsym*Tsym; % Cua so mien tin hieu Ts = Tsym/Ns_sym; % Chu ki lay mau t = 0:Ts:Tw-Ts; % Vector thoi gian Ns = Tw/Ts; % Tong so mau %====== Tao tin hieu phat s theo cong thuc de bai cho ============% if Ns_sym > 1 for k = 1:Ns MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐMÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN 16 SỐ i = fix(t(k)/Tsym+1); s(1,k) = (sqrt(2*Es/Tsym)*exp(1i*phi))*dk(i); end; else s = dk*(sqrt(2*Es/Tsym)*exp(1i*phi)); end; s_flt=0; %====== Thuc hien loc neu fltsw = 1 va truyen qua kenh AWGN =======% if fltsw == 1 [BTx,ATx] = butter(5,2/Ns_sym); % Tao tham so bo loc tin hieu phat [s_flt] = filter(BTx,ATx,s); s_noisy = awgn(s_flt,SNR,'measured'); else s_noisy = awgn(s,SNR,'measured'); end %====== Giai dieu che tin hieu thu duoc ===========================% h1 = modem.pskdemod('M', M, 'SymbolOrder', 'Gray','phaseoffset',pi/4); dr = demodulate(h1,s_noisy); spectrocal.m: Như bài 1