BÁO cáo bài tập lớn môn mô hệ thống truyền thông

Bằng việc sử dụng MATLAB, viết chương trình và thực hiện mô phỏng hệ thống truyền tín hiệu tương tự này sử dụng kỹ thuật điều chế tần số FM với tần số sóng mang fc gấp 10 lần tần số cực

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG 1

BỘ MÔN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

MÔN :MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG

Giảng viên hướng dẫn : Ts.Nguyễn Đức Nhân

Họ và tên sinh viên : Đỗ Minh Châu

Lớp : D10VT2

Mã sinh viên : 1021010141

HÀ NỘI 11/2013

THUTín hiệu S2(t)

Cấu trúc y=awgn(x,SNR) với x là tín hiệu vào, SNR là tỉ số tín hiệu trên tạp

âm của kênh AWGN

Trong bài này , ta xét các giá trị SNR lần lượt bằng 10, 15 , 20dB

d) Khối giải điều chế biên độ

Thông số sử dụng cho khối giải điều chế bao gồm:

- Tần số sóng mang: fc=5.108

- Tần số lấy mẫu: fs=2.109

2 Bằng việc sử dụng MATLAB, viết chương trình và thực hiện mô phỏng hệ thống truyền tín hiệu tương tự này sử dụng kỹ thuật điều chế tần số FM với tần

số sóng mang fc gấp 10 lần tần số cực đại của ( fi) và độ sâu điều chế h=0.4 trên kênh AWGN 3 ba mức SNRlần lượt là 15, 20 và 25dB.

Kết quả thu được như sau:

Hình 1 Tín hiệu và tín hiệu sau điều chế

Hình 2 Biều diễn sóng mang trong một chu kì tín hiệu ở 3 mức SNR

Hình 3 Biểu diễn tín hiệu gốc và 3 tín hiệu giải điều chế ở 3 mức SNR.

Chương trình mô phỏng hệ thống trên:

%Bai tap MPHTTT so 1

% Tao tin hieu tuong tu s(t)

% Tao tin hieu tuong tu s(t)

clc,clear,close all

fc=40; % Tan so song mang la 100MHz

fs=1000; % Tan so lay mau > 2*fc

t=[0:1/fs:3]; % Tao vecto thoi gian

s=cos(2*pi*1*t)+cos(2*pi*4*t+pi/8)+2*cos(2*pi*1*t);

figure(1)

plot(t,s); title('Tin hieu goc s(t)','Color','r','FontSize',12);

% Dieu che tin hieu theo phuong phap dieu che FM voi cac thong so de cho

y=fmmod(s,fc,fs,20); % phase,amp: pha và bien do song mang

title('T/h qua kenh AWGN co SNR = 15','Color','r','FontSize',12);

xlabel('time'); ylabel('Amp'); axis tight

subplot(2,2,3);

plot(t,z2);

title('T/h qua kenh AWGN co SNR = 20','Color','r','FontSize',12);

xlabel('time'); ylabel('Amp');axis tight

plot(t,s); title('Tin hieu goc s(t)','Color','r','FontSize',12);

xlabel('time'); ylabel('Amp'); axis tight;

title('Sai so cua tin hieu tai SNR = 15 dB','Color','r','FontSize',12);

%axis([0 0.3 1e-5 1e5])

subplot(3,1,2)

semilogy(t,e2);

title('Sai so cua tin hieu tai SNR = 20 dB','Color','r','FontSize',12);

%axis([0 0.3 1e-5 1e5])

subplot(3,1,3)

semilogy(t,e3);

title('Sai so cua tin hieu tai SNR = 25 dB','Color','r','FontSize',12);

%axis([0 0.3 1e-5 1e5])

3 Biểu diễn dạng sóng tín hiệu trên ít nhất 3 chu kỳ và phổ của nó tại các điểm sau trên hệ thống : tính hiệu gốc bản tin, đàu ra bộ điều chế, sau khi truyền qua kênh AWGN , tín hiệu được khồi phục tại đàu ra bộ thu.

Kết quả thu được các biểu diễn tín hiệu và phổ như sau:

Hinh 4 Biểu diễn tín hiệu gốc trong 3 chu kì và phổ của tín hiệu gốc.

Hình 5 Tín hiệu điều và phổ.

Hình 6 Tín hiệu qua kênh AWGN và phổ của nó (SNR=15).

Hình 7 Tín hiệu qua kênh AWGN và phổ của nó (SNR=20).

Hình 8 Tín hiệu qua kênh AWGN và phổ của nó (SNR=25).

Hình 9 Tín hiệu giải điều chế và phổ của nó (SNR=15).

Hình 10 Tín hiệu giải điều chế và phổ của nó (SNR=20).

Hình 11 Tín hiệu điều chế và phổ của nó (SNR=25).

Chương trình mô phỏng

%Bai tap MPHTTT so 1

% Tao tin hieu tuong tu s(t)

clc,clear,close all

fc=40; % Tan so song mang la 100MHz

fs=1000; % Tan so lay mau

t=[0:1/fs:3]; % Tao vecto thoi gian

% Giai dieu che

4 Xác định và biểu diễn sai số của tín hiệu sau khi được khôi phục tại 3 mức SNR trên cùng hình theo biểu thức sau: error = (m - mr)2 trong đó: m là tín hiệu bản tin gốc và mr là tín hiệu được khôi phục tại bộ thu.

Kết quả thu được:

Hình 12 Sai số của tín hiệu tại các giá trị SNR.

Chương trình mô phỏng:

% Bai tap MPHTTT so 1

% Tao tin hieu tuong tu s(t)

% Tao tin hieu tuong tu s(t)

fc=40; % Tan so song mang la 100MHz

fs=1000; % Tan so lay mau > 2*fc

t=[0:1/fs:3/10]; % Tao vecto thoi gian

s=cos(2*pi*1*t)+cos(2*pi*4*t+pi/8)+2*cos(2*pi*1*t);

figure(1)

% Dieu che tin hieu theo phuong phap dieu che FM voi cac thong so de cho

y=fmmod(s,fc,fs,20); % phase,amp: pha và bien do song mang

% Truyen qua kenh awgn voi 3 muc SNR = 15, 20, 25

z1=awgn(y,15,0); % Tin hieu awgn SNR = 15

z2=awgn(y,20,0); % Tin hieu awgn SNR = 20

z3=awgn(y,25,0); % Tin hieu awgn SNR = 25

r1=fmdemod(z1,fc,fs,20); % Tin hieu giai dieu che SNR = 15

r2=fmdemod(z2,fc,fs,20); % Tin hieu giai dieu che SNR = 20

r3=fmdemod(z3,fc,fs,20); % Tin hieu giai dieu che SNR = 25

title('Sai so cua tin hieu tai SNR = 15 dB','Color','r','FontSize',12);

axis([0 0.3 1e-5 1e5])

subplot(3,1,2)

semilogy(t,e2);

title('Sai so cua tin hieu tai SNR = 20 dB','Color','r','FontSize',12);

axis([0 0.3 1e-5 1e5])

subplot(3,1,3)

semilogy(t,e3);

title('Sai so cua tin hieu tai SNR = 25 dB','Color','r','FontSize',12);

axis([0 0.3 1e-5 1e5])

5 Nhận xét:

Qua kết quả thu được , ta thấy: tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR càng cao dạng tín hiệu khôi phục càng giống tín hiệu gốc và lỗi càng nhỏ.

THUTín hiệu

đầu vào

Điều chế PSK

Giải điều chế PSKAWGN

+ dk là các ký hiệu phức được phát độc lập với xác suất như nhau

+ Tsym là chu kỳ của symbol

+ là pha của tín hiệu phát

+ p(t) xác định dạng xung được phát :

0.5 2

+ Es là năng lượng mỗi symbol

2 Mã chương trình với các yêu cầu sau:

a Bằng việc sử dụng MATLAB, viết chương trình mô phỏng hệ thống truyền dẫn số sử dụng kỹ thuật điều chế đã lựa chọn trên kênh AWGN Thực hiện mô phỏng Monte Carlo để ước tính xác suất lỗi như là hàm của tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR (Es/N0).

b Biểu diễn biểu đồ chòm sao, dạng sóng tín hiệu, mẫu mắt và phổ của nó tại các điểm sau trên hệ thống: đầu ra bộ điều chế, sau khi truyền qua kênh AWGN, sau khi được xử lý và khôi phục tại bộ thu.

c 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.

Kết quả mô phỏng như sau:

Hinh 1 Tín hiệu thông dải 8-PSK

Hình 2 Tín hiệu băng gốc 8-PSK.

Hình 3 Biểu đồ chòm sao 8-PSK.

Hình 4 Mẫu mắt tín hiệu 8-PSK.

Hình 5 Phổ tín hiệu băng gốc 8-PSK.

Hình 6 Tín hiệu 8-PSK khi truyền qua kênh AWGN.

Hình 7 Biểu đồ chòm sao tín hiệu 8-PSK khi truyền qua kênh AWGN.

Hình 8 Mẫu mắt tín hiệu 8-PSK khi truyền qua kênh AWGN.

Hình 9 Phổ của tín hiệu 8-PSK khi truyền qua kênh AWGN.

Hình 10 Tín hiệu 8-PSK khi được khôi phục.

Hình 11 Biểu đồ chòm sao tín hiệu 8-PSK khi được khôi phục.

Hình 12 Phổ của tín hiệu băng gốc 8-PSK khi được khôi phục.

Hình 13 Mẫu mắt tín hiệu 8-PSK khi được khôi phục.

Hình 14 Sai số giữa thực tế và lý thuyết.

n=5; %bac cua bo loc

N=1e6; % toc do bits

phi0=pi/2; % pha tin hieu phat

fs=5e6; % tan so lay mau

fc=1e6; % tan so song mang

ts=1/fs; % Thoi gian lay mau

Nsym=N/3; % Toc do symbols

tsym=1/Nsym; % thoi gian 1 symbols

%% Nhap tin hieu phat

d = randint(3,2000,[0 1]); % tao chuoi cac bit ngau nhien tuong ung voi cac ky hieu

h = modem.pskmod('M', 8, 'InputType', 'Bit'); % Dieu che 8PSK

y = modulate(h, d); % tao chuoi 8 ky hieu 8PSK tuong ung

s2 = raisedcosflt(s1,1.5e6,ts,0.5); % Bo loc redcosflt

sp = sqrt(2)*real(s1.*exp(j*2*pi*fc*t)); % Tin hieu thong dai 8PSk

plot(t,sp,'k')

axis([0 4e-5 -2000 2000])

title('Tin hieu thong dai 8PSK')

%Bieu dien tin hieu phat tuong duong bang goc 8PSK

title('chom sao tin hieu 8-PSK')

%Bieu dien mau mat

eyediagram(real(s2),30);

title('mau mat tin hieu 8PSK')

% Bieu dien pho

axis([-2e6 2e6 0 3e4])

%% Truyen qua kenh AWGN

SNRdB = 10; % dB

SNR = 10^(SNRdB/10);

varn = var(s1)/SNR; % computing variance of noise

s1_awgn = addnoise(s1,varn);

% Bieu dien chom sao

y_awgn = awgn(y,10,'measured');

h = scatterplot(y_awgn,1,0,'xg');

hold on;

scatterplot(y,1,0,'or',h);

title('chom sao tin hieu 8PSK truyen qua AWGN')

% Bieu dien mau mat

eyediagram(real(s1_awgn),40);

title('Mau mat tin hieu 8PSK truyen qua AWGN')

% Bieu dien pho

axis([-2e6 2e6 0 3e4])

%% -Xu ly va khoi phuc tai bo

thu -h = modem.pskdemod('M', 8, 'OutputType', 'Bit'); % Giai dieu che 8PSK

ydemod = demodulate(h, y_awgn); % Khoi phuc chuoi bit ban dau

%bo loc raised cosin tai phia thu

sr = raisedcosflt(s1_awgn,1.5e6,ts,0.5); % Bo loc redcosflt

title('chom sao tin hieu 8-PSK duoc khoi phuc')

% Bieu dien dang pho

figure

[f,Pf] = pho(t,sr);

plot(f,Pf,'m')

title('Pho tin hieu bang goc 8PSk duoc khoi phuc')

axis([-2e6 2e6 0 3e4])

grid on

%Bieu dien mau mat

eyediagram(real(sr),40)

title('mau mat tin hieu 8PSK duoc khoi phuc')

%% - Uoc tinh Ber bang phuong phap

Monte-carlo -num_bit = 2000; %chieu dai tin hieu

max_run = 20; %so lan chay toi da cho mot tin hieu SNR

Es = 10; % nang luong ky hieu

SNRdB = 0:0.8:20; % Tin hieu nhieu vo tuyen (dB)

SNR = 10.^(SNRdB/10);

hand = waitbar(0,'uoc tinh Monte-carlo dang thuc hien vong lap ');

for count=1: length(SNR) %Bat dau vong lap cho SNR khac

avgError = 0;

N0 = Es/SNR(count); % Tinh toan cong suat nhieu cho SNR

%EbNo = SNR - log10(3); % Tinh EbNo theo dB

for run_time = 1:max_run % Bat dau nhung vong lap khac nhau

waitbar((((count-1)*max_run)+run_time-1)/(length(SNRdB)*max_run)); Error = 0;

N = sqrt(N0/2)*randn(1,num_bit); % tao AWGN

y = randsrc(1,200,[1, -1, j, -j, 1/sqrt(2)*(-1-j), 1/sqrt(2)*(1+j), 1/sqrt(2)*(-1+j), 1/sqrt(2)*(1-j)]);

Y = y + N; % tin hieu nhieu awgn

for k = 1:num_bit %thiet bi quyet dinh thuc hien quyet dinh loi

( angle( Y(k)) > 3*pi/8 && imag(Y(k))>0 &&

angle(Y(k) )<5*pi/8 && y(k)~=j )||

( angle( Y(k)) > 5*pi/8 && real(Y(k))<0 && imag(Y(k))>0 &&angle(Y(k) )<7*pi/8 && y(k)~=1/sqrt(2)*(-1+j))||

( angle( Y(k)) >7*pi/8 && real(Y(k))<0 && 7*pi/8 && y(k)~= -1 )||

( angle( Y(k)) > -7*pi/8 && real(Y(k))<0 && imag(Y(k))<0

&& angle(Y(k) )<-5*pi/8 && y(k)~=1/sqrt(2)*(-1-j))||

( angle( Y(k)) > -5*pi/8 && imag(Y(k))<0 && angle(Y(k) 3*pi/8 && y(k)~=-j )||

( angle( Y(k)) > -3*pi/8 && real(Y(k))>0 && imag(Y(k))<0

&& angle( Y(k) )<-pi/8 && y(k)~=1/sqrt(2)*(1-j))

)

Error = Error + 1;

end

end

Error = Error/num_bit; %Tinh toan loi /bit

avgError = avgError + Error; % Tinh toan loi/bit cho nhung lan chay khac

end % ket thuc vong lap

BER_sim(count) = avgError/max_run; % tinh toan ber cho SNR

end % ket thuc vong lap cho SNR khac nhau

BER_th = erfc(sqrt(2*SNR)*sin(pi/16)); % tinh toan phan tich ber

title('Sai so giua thuc te va ly thuyet');hold on;