BÁO cáo bài tập lớn môn mô hệ thống truyền thông

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG 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


Bài số 1;
1. Mô tả hệ thống mô phỏng bằng sơ đồ khối và xác định các tham số của hệ
thống

Tín hiệu S1(t)
Tín hiệu S2(t)

Điều chế
biên độ

Giải điều chế biên độ THU
AWGN

Tín hiệu S3(t)

Các tham số của từng thành phần:
a) Nguồn tín hiệu
Thành phần S1(t): A=1, phi=0, f1= 1 Hz
Thành phần S2(t): A=1, phi=pi/8, f2=4 Hz
Thành phần S3(t): A=2, phi=0, f3=1 Hz
b) Bộ điều chế biên bộ
Sử dụng hàm điều chế biên độ fmmod có sẵn trong matlap , pha ban đầu
của sóng mang đầu cho bằng 0
Trong bài này chọn:
- Tần số sóng mang: fc=5.108
- Tần số lấy mẫu: fs=2.109
c) Kênh AWGN
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 mơ 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 mơ 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)

subplot(2,1,1)
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
subplot(2,1,2)
plot(t,y); title('Tin hieu dieu che FM','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time'); ylabel('Amp');axis tight
% Truyen qua kenh awgn voi 3 muc SNR = 15, 20, 25
figure
z1=awgn(y,15,'measured');
z2=awgn(y,20,'measured');
z3=awgn(y,25,'measured');
subplot(2,2,1);
plot(t,y); title('Tin hieu dieu che FM','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time'); ylabel('Amp');
%axis tight
subplot(2,2,2);
plot(t,z1);
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
subplot(2,2,4);
plot(t,z3);

title('T/h qua kenh AWGN co SNR = 25','Color','r','FontSize',12);
%axis tight
% Giai dieu che FM
figure
r1=fmdemod(z1,fc,fs,20);
r2=fmdemod(z2,fc,fs,20);
r3=fmdemod(z3,fc,fs,20);
subplot(2,2,1);
plot(t,s); title('Tin hieu goc s(t)','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time'); ylabel('Amp'); axis tight;
subplot(2,2,2);
plot(t,r1);
title('T/h giai dieu che voi SNR = 15dB','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time'); ylabel('Amp'); axis tight
subplot(2,2,3);
plot(t,r2);
title('T/h giai dieu che voi SNR = 20dB','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time'); ylabel('Amp'); axis tight
subplot(2,2,4);
plot(t,r3);
title('T/h giai dieu che voi SNR = 25dB','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time'); ylabel('Amp');
%axis tight
% Xac dinh sai so
e1 = (s - r1).^2;

% Sai so voi SNR = 15dB


e2 = (s - r2).^2;

e3 = (s - r3).^2;
figure
subplot(3,1,1)
semilogy(t,e1);
title('Sai so cua
%axis([0 0.3 1e-5
subplot(3,1,2)
semilogy(t,e2);
title('Sai so cua
%axis([0 0.3 1e-5
subplot(3,1,3)
semilogy(t,e3);
title('Sai so cua
%axis([0 0.3 1e-5

% Sai so voi SNR = 20dB
% Sai so voi SNR = 25dB
% Ve loi
tin hieu tai SNR = 15 dB','Color','r','FontSize',12);
1e5])
tin hieu tai SNR = 20 dB','Color','r','FontSize',12);
1e5])
tin hieu tai SNR = 25 dB','Color','r','FontSize',12);
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 mơ 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
s=cos(2*pi*1*t)+cos(2*pi*4*t+pi/8)+2*cos(2*pi*1*t);
figure(1)
subplot(2,1,1)
plot(t,s); title('Tin hieu goc s(t)','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time');
ylabel('Amp');
subplot(2,1,2);
[f1,Xf1] = spectrocal(t,s);
semilogy(f1,Xf1);title('Pho cua tin hieu goc s(t)','Color','r','FontSize',12);
xlabel('frequency');
ylabel('PSD');
% Dieu che tin hieu theo phuong phap dieu che FM voi cac thong so de cho


figure(2)
y=fmmod(s,fc,fs,20);
% phase,amp: pha và bien do song mang
subplot(2,1,1)
plot(t,y); title('Tin hieu dieu che FM','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time');
ylabel('Amp');
subplot(2,1,2);
[f2,Xf2] = spectrocal(t,y);
semilogy(f2,Xf2);title('Pho cua tin hieu dieu che
s(t)','Color','r','FontSize',12);

xlabel('frequency');
ylabel('PSD');
% Truyen qua kenh awgn voi 3 muc SNR = 15, 20, 25
figure(3)
z1=awgn(y,15,0);
subplot(2,1,1)
plot(t,z1); title('Tin hieu qua kenh awgn co SNR =
15dB','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time');
ylabel('Amp');
subplot(2,1,2);
[f3,Xf3] = spectrocal(t,z1);
semilogy(f3,Xf3);title('Pho cua tin hieu qua kenh AWGN co
SNR=15dB','Color','r','FontSize',12);
xlabel('frequency');
ylabel('PSD');
%axis tight
figure(4)
z2=awgn(y,20,0);
subplot(2,1,1)
plot(t,z2); title('Tin hieu qua kenh awgn co SNR =
20dB','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time');
ylabel('Amp');
subplot(2,1,2);
[f3,Xf3] = spectrocal(t,z2);
semilogy(f3,Xf3);title('Pho cua tin hieu qua kenh AWGN co
SNR=20dB','Color','r','FontSize',12);
xlabel('frequency');
ylabel('PSD');

figure(5)
z3=awgn(y,25,0);
subplot(2,1,1)
plot(t,z3); title('Tin hieu qua kenh awgn co SNR =
25dB','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time');
ylabel('Amp');
subplot(2,1,2);
[f3,Xf3] = spectrocal(t,z3);
semilogy(f3,Xf3);title('Pho cua tin hieu qua kenh AWGN co
SNR=25dB','Color','r','FontSize',12);
xlabel('frequency');
ylabel('PSD');


% Giai dieu che
figure(6)
r1=fmdemod(z1,fc,fs,20);
subplot(2,1,1);
plot(t,r1); title('Tin hieu giai dieu che voi SNR =
15','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time');
ylabel('Amp');
axis tight
subplot(2,1,2);
[f4,Xf4] = spectrocal(t,r1);
semilogy(f4,Xf4);
title('Pho cua tin hieu giai dieu che','Color','r','FontSize',12);
xlabel('frequency');
ylabel('PSD');

%axis tight
figure(7)
r2=fmdemod(z2,fc,fs,20);
subplot(2,1,1);
plot(t,r2); title('Tin hieu giai dieu che voi SNR =
20','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time');
ylabel('Amp');
axis tight
subplot(2,1,2);
[f4,Xf4] = spectrocal(t,r2);
semilogy(f4,Xf4);
title('Pho cua tin hieu giai dieu che','Color','r','FontSize',12);
xlabel('frequency');
ylabel('PSD');
%axis tight
figure(8)
r3=fmdemod(z3,fc,fs,20);
subplot(2,1,1);
plot(t,r3); title('Tin hieu giai dieu che voi SNR =
25','Color','r','FontSize',12);
xlabel('time');
ylabel('Amp');
axis tight
subplot(2,1,2);
[f4,Xf4] = spectrocal(t,r3);
semilogy(f4,Xf4);
title('Pho cua tin hieu giai dieu che','Color','r','FontSize',12);
xlabel('frequency');
ylabel('PSD');

%axis tight


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 khơi phục tại bộ thu.

Kết quả thu được:

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

Chương trình mơ 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
figure
e1=zeros(length(t));
% Tao vecto loi
e2=zeros(length(t));
e3=zeros(length(t));
for i=1:(length(t))
% vong lap tinh toan cac gia tri loi
e1(i)=(s(i)-r1(i)).^2;
e2(i)=(s(i)-r2(i)).^2;
e3(i)=(s(i)-r3(i)).^2;
end
subplot(3,1,1)
% Ve loi
semilogy(t,e1);
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 khơi phục càng giống tín hiệu gốc và lỗi càng nhỏ.


Bài số 2:
1. Mô tả hệ thống mô phỏng bằng sơ đồ khối và xác đinh các tham số của hệ
thống:
a) Sơ đồ khối hệ thống:

Tín hiệu
đầu vào

Điều chế
PSK

AWGN

Giải điều chế
PSK

b) Tham số của hệ thống:

- Tốc độ dữ liệu: 1Mb/s
- Tín hiệu phát được biểu diễn như sau:

 

s (t )    d k p (t  kTsym )  e j0
 k 


+ dk là các ký hiệu phức được phát độc lập với xác suất như nhau
+ Tsym là chu kỳ của symbol

THU


+ là pha của tín hiệu phát

p (t ) 
+ p(t) xác định dạng xung được phát :
+ Es là năng lượng mỗi symbol
2. Mã chương trình với các yêu cầu sau:

t  0.5Tsym
2 Es
rect (
)
Tsym
Tsym

a. Bằng việc sử dụng MATLAB, viết chương trình mơ phỏng hệ thống truyền

dẫn số sử dụng kỹ thuật điều chế đã lựa chọn trên kênh AWGN. Thực hiện mơ
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 thơng dải 8-PSK .


Hình 2. Tín hiệu băng gốc 8-PSK.


Hình 3. Biểu đồ chịm sao 8-PSK.


Hình 4. Mẫu mắt tín hiệu 8-PSK.