BÀI tập lớn môn mô PHỎNG hệ THỐNG TRUYỀN THÔNG

Lấy mẫu : lượng tử hóa Nén lấy mẫu T/h tương tự đầu vào Giải nén Khôi phục tín hiệu Tin hiệu đầu ra... Quá trình lấy mẫu được thực hiện bằng cách nhân tín hiệu ban đầu với chuỗi xung

BÀI TẬP LỚN MÔN: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG

I.Nhiệm vụ 1 - mô phỏng hoạt động của hệ thống PCM

1.Mô tả hệ thống mô phỏng và các tham số được sử dụng trong mô phỏng

Với Ak lần lượt là [1, 2, 3], fi lần lượt là [200, 600, 600] Hz, ϕi lần lượt là [0, pi/2, 3pi/2]

Tần số lấy mẫu fs=8Khz,Chu kì lấy mẫu=1/fs ,Chu kì bit=1/200,hệ số nén mu=2.

Lấy mẫu :

lượng tử hóa Nén

lấy mẫu T/h tương tự đầu vào

Giải nén Khôi phục tín hiệu Tin hiệu đầu ra

Quá trình lấy mẫu được thực hiện bằng cách nhân tín hiệu ban đầu với chuỗi xung nhịp có tần số lấy mẫu fs= 8KHz một mẫu được mã hoá bởi 8 bit nhị phân.=>255 mức lượng tử.

Mã hóa - nén số

Trước khi lượng tử hoá, người ta thường thực hiện nén (compress) tín hiệu theo hàm logarithm, mục đích là để tín hiệu ở mức biên độ nhỏ sẽ thay đổi nhiều mức hơn so với ở các giá trị biên độ lớn, do đó sai số lượng tử tương đối ở các mức biên độ nhỏ và lớn sẽ không chênh lệch nhau nhiều như đối với trường hợp không nén.

2.Kết quả mô phỏng,đánh giá và nhận xét.

2.1 Tín hiệu tương tự đầu vào

2.2 Tín hiệu sau khi được nén với hệ số nén μ =2.

2.3Tín hiệu khi được PCM lượng tử hóa đều

2.4Tín hiệu sau khi được giải điều chế

2.5Tín hiệu sau khi được giải nén

2.6Phổ biên độ của tín hiệu ban đầu

2.7Phổ pha của tín hiệu ban đầu

2.8Phổ biên độ của tín hiệu được khôi phục tại đầu thu hệ thống PCM

2.9Phổ pha của tín hiệu được khôi phục tại đầu thu hệ thống PCM

2.10Biểu đồ mẫu của tín hiệu trước khi nén

2.11Biểu đồ mẫu của tín hiệu sau bộ nén

Đánh giá và nhận xét :

Dạng tín hiệu và phổ của tín hiệu thu được cuối cùng so với tín hiệu ban đầu là gần tương

tự nhau chứ không trùng hoàn toàn bởi vì sai số trong quá trình lượng tử hóa và giải điều chế.

Đây là biểu diễn trong 1 hệ thống lý tưởng không có nhiễu ở phía phát và phía thu nên nếu thực hiện trong thực tế các sai số có thể sẽ lớn hơn.

Số lượng các mẫu trước và sau bộ nén là bằng nhau nhưng mà biên độ đã bị giảm đi vì tín hiệu bị nén

3 Mã chương trình được viết để mô phỏng hệ thống và chú giải.

fs=8000;%tan so lay mau

Ts=1/fs;%chu ki lay mau

Tb=1/200;%chu ki bit

t=0:Ts:3*Tb;%thuc hien trong 3 chu ki

x=cos(2*pi*200*t)+2*cos(2*pi*600*t+pi/2)+3*cos(2*pi*600*t+(3*pi)/2);%tin hieu tuong tu dau vao

M=255;%so muc luong tu

mu=2;%he so nen

[y,a] = mulaw(x,mu)

A=y;%gan y la tin hieu sau khi nen vao A

[code,xq] = uniform_pcm1(A,M)%PCM luong tu hoa deu

Amax=max(abs(A));

[ dcode,xz ] = d_PCM( Amax,code,M )%giai dieu che PCM

[n] = invmulaw(xz,mu)%giai nen tin hieu

các hàm sử dụng hỗ trợ cho đoạn code trên

%hàm thực hiện nén theo luật u

function [y,a] = mulaw(x,mu)

%x-chuoi tin hieu dau vao

%mu-he so nen

a=max(abs(x));

y=sign(x).*log(1+mu*abs(x/a))/log(1+mu);

end

%Hàm thực hiện lượng tử hóa PCM đều

function [code,xq] = uniform_pcm(A,M)

code = de2bi(xcode,'left-msb');%tin hieu sau khi duoc nen va PCM ,duoc chuyen

tu he so thap phan sang nhi phan

%Hàm giải điều chế PCM

function [ dcode,xz ] = d_PCM( Amax,code,M )

dcode=bi2de(code,'left-msb');%chuyen tu nhi phan sang thap phan

[a,b]=size(dcode);

delta = 2*Amax/(M-1);

Mq = -Amax:delta:Amax;

title('tin hieu tuong tu dau vao')

xlabel('Thoi Gian(s)')

ylabel('Bien Do');

stairs(t,xq,'r')%xq la tin hieu sau khi luong tu hoa PCM deu

title('tin hieu khi duoc luong tu hoa')

%vẽ tín hiệu sau khi giải điều chế

plot(xz,'g');

title('tin hieu sau khi giai dieu che')

axis([0 length(xz) min(xz)-1 max(xz)+1]);

grid on;

%vẽ tín hiệu sau khi giải nén

plot(t,n,'r')

title('tin hieu sau khi giai nen)

%vẽ phổ tín hiệu ban đầu

figure

plot(pho_pha)

title('pho pha cua tin hieu ban dau')

%vẽ phổ tín hiệu được khôi phục tại đầu thu hệ thống

N=fft(n);%n la tin hieu thu duoc sau khi giai dieu che va giai nen

title('pho pha cua tin hieu duoc khoi phuc tai dau thu he thong PCM')

%vẽ biểu đồ mẫu của tín hiệu trước bộ nén

Trong đó Es là năng lượng 1 ký hiệu

1.Mô tả hệ thống mô phỏng và các tham số được sử dụng trong mô phỏng

tín hiệu số thu được sau

khi nén và chuyển đổi

PCM từ nhiệm vụ 1

Kênh nhiễu AWGN

Giải điều chế

Q = 4;%qpsk co 4 trang thai pha nen

Es = 2e-8;

phi = 0; % pha cua tin hieu phat

Ts = 1/1e9; % chu ky cua symbol Tsym

bers = [];%ti le loi bit ban dau bang rong

mu1 = (1:8);%he so nen chay tu 1 den 8

SNRdB = (1:1:SNR);

M=256;

2.Kết quả và đánh giá

Hình 2.1: scatter plot tín hiệu sau khi đi qua kênh AWGN tại hệ số nén bằng 2

Hình 2.2: scatter plot tín hiệu sau khi đi qua kênh AWGN tại hệ số nén bằng 7

So sánh hình 2.1 và 2.2 ta thấy với hệ số nén càng lớn thì ta càng thấy rõ sự phân bố của các tín hiệu.

Hình 2.3:Tín hiệu sau khi được điều chế QPSK tại hệ số nén bằng 2

Hình 2.4:Tín hiệu sau khi được điều chế QPSK tại hệ số nén bằng 7

So sánh hình 2.3 và 2.4 ta thấy tín hiệu có biên độ không đổi nhưng mà do hệ số nén nên các xung của tín hiệu sau đi được điều chế QPSK tại hệ số nen bằng 7 sát nhau hơn

Hình 2.5 : Tín hiệu sau khi đi qua kênh AWGN tại hệ số nén bằng 2

Hình 2.6 : Tín hiệu sau khi đi qua kênh AWGN tại hệ số nén bằng 7

Hình 2.7: biểu đồ mắt tín hiệu sau khi được điều chế QPSK tại hệ số nén bằng 2

Hình 2.8: biểu đồ mắt tín hiệu sau khi được điều chế QPSK tại hệ số nén bằng 7

Hình 2.9: biểu đồ mắt tín hiệu sau khi đi qua kênh AWGN tại hệ số nén bằng 2

Hình 2.10: biểu đồ mắt tín hiệu sau khi đi qua kênh AWGN tại hệ số nén bằng 7

Hình 2.11: tín hiệu sau khi được xử lý tại hệ số nén bằng 2

Hình 2.12: tín hiệu sau khi được xử lý tại hệ số nén bằng 7

Hình 2.13: biểu đồ mắt tín hiệu sau khi được xử lý và tại hệ số nén bằng 2

Hình 2.14: biểu đồ mắt tín hiệu sau khi được xử lý và tại hệ số nén bằng 7

Hình 2.15: sự phụ thuộc của BER vào hệ số nén

Đánh giá :

So với tỉ lệ nén bằng 2 thì kết quả với hệ số nén bằng 7 cho ra kết quả tốt hơn

Khi đi qua kênh AWGN thì tín hiệu sẽ bị ảnh hưởng nhiều từ nhiễu gauss trắng cộng gây nên sự sai lệch về tín hiệu.

Ber(tỉ lệ lỗi bit) càng giảm khi mà hệ số nén càng tăng : vì vậy khi truyền tín hiệu ở các hệ thống thực thì chúng ta muốn truyền được tin chính xác nhất thì cần phải nén các tín hiệu lại cho phù hợp với hệ thống truyền dẫn

SNR = 8; % ti so tin hieu tren nhieu

Q = 4;%qpsk co 4 trang thai pha nen

Es = 2e-8;

phi = 0; % pha cua tin hieu phat

Ts = 1/1e9; % chu ky cua symbol Tsym

bers = [];%ti le loi bit ban dau bang rong

mu1 = (1:8);%he so nen chay tu 1 den 8

SNRdB = (1:1:SNR);

for mu = mu1

amax = max(abs(x)); % tim so lon nhat trong vector x

[y,a] = mulaw(x,mu)%ham nen theo luat u

A=y;%gan y la tin hieu sau khi nen vao A

M=256;

[code,xq] = uniform_pcm1(A,M) % luong tu hoa pcm

code = reshape(code.',1,[]); % chuyen sang dang ma tran hang

k = 1;

THsaudieuche = pskmod(data,Q,phi); % tin hieu sau khi dieu che QPSK

snr = SNRdB(mu); % ti so tin hieu tren nhieu

t = (0:15/(length(THsaudieuche) - 1):15); % tao vector thoi gian

quakenhawgn = awgn(THsaudieuche, snr); % dua tin hieu qua kenh AWGN

Giaidieuche = pskdemod(quakenhawgn,Q,phi); % giai dieu che QPSK

output = reshape(de2bi(Giaidieuche).',1,[]);

errors = (code ~= output); % tim vi tri cac bit loi

numbererrors = sum(errors); % so luong bit loi

ber = numbererrors/N; % xac suat loi

Nerr = Nerr + numbererrors; % them so luong bit loi moi

BER = BER + ber; % them ber moi

end

% lay ti le loi bit chia cho so lan lap

BER = BER /MAX_error;

Nerr = floor(Nerr/MAX_error);%lam tron ti so so luong bit loi tren so

%luong loi toi da

bers = [bers BER]; % them cac BER

title(['Tin hieu sau khi qua AWGN tai he so nen ',num2str(mu)]);

xlabel('Thoi gian (t)');

ylabel('Bien do (A)');

title(['Tin hieu sau khi xu ly tai he so nen ',num2str(mu)]); axis([0 length(output)+10 -0.1 1.1]);

title('So phu thuoc cua BER vao he so nen');

xlabel('he so nen')