光纤光栅传感网接入GPON的Matlab光纤通信仿真

1.软件版本

MATLAB2019a

2.本算法理论知识

【光纤通信】光纤光栅传感网接入GPON的matlab仿真_子网


【光纤通信】光纤光栅传感网接入GPON的matlab仿真_光纤通信_02

发送部分:

根据论文中的需求,发送端可以设计为如下的结构:

·传感器接收到的信息转换为二进制信息(这个我们可以直接模拟出随机的二进制序列来表示传感器的数据,首先设置一组数据,然后进行量化,最后进行转换为二进制。这个部分的仿真结果对应你提供论文的3.2.1部分)

·封装,将编码后的数据进行封装,即将数据变为数据包,再把数据包转换为数据帧

·码率调整,主要将瞬时数码率不同的多个数码流调整为具有同一较高的数码率的数码流,然后再进行时分复接。

·最后由时分复接得到传感复用帧结构。

·码分编码封装发送(二进制数据编码,这里,编码方式我们选择性能非常好的LDPC编码)

在发送端,这里根据仿真要求,模拟五个子网

接收部分:

码分解码,解封装,分接,码率恢复,解帧,拆包,译码。。。。。

最后我们对整个系统进行误码率的分析,对五个子网的数据进行误码率分析,眼图以及Q因子分析。

3.部分核心代码

clc;clear;close all;warning off;pack;addpath 'func\'%是否显示中间结果的波形%fig1:模拟传感器采集到的数据%fig2:
模拟传感器采集到的数据的净荷值%fig3:五路传感器数据%fig4:解封装sync位置%fig5:显示标准眼图%fig6:显示噪声干扰眼图%fig7:
显示译码之后眼图is_show = [0 0 0 0 0 0 0];Ind     = 0;%参数初始化EbN0    = [0:0.5:6];TIMES   = 10;
Err_Rate0  = zeros(1,length(EbN0));Err_Rate0s = zeros(1,TIMES);Err_Rate1  = zeros(1,length(EbN0));
Err_Rate1s = zeros(1,TIMES);Err_Rate2  = zeros(1,length(EbN0));Err_Rate2s = zeros(1,TIMES);
Err_Rate3  = zeros(1,length(EbN0));Err_Rate3s = zeros(1,TIMES);Err_Rate4  = zeros(1,length(EbN0));
Err_Rate4s = zeros(1,TIMES);Err_Rate5  = zeros(1,length(EbN0));Err_Rate5s = zeros(1,TIMES);
Q1         = zeros(1,length(EbN0));Q2         = zeros(1,length(EbN0));Q3         = zeros(1,length(EbN0));
Q4         = zeros(1,length(EbN0));Q5         = zeros(1,length(EbN0));Q0         = zeros(1,length(EbN0));
for jj1 = 1:length(EbN0)    jj1    Ind = Ind + 1;    Err_Rate2 = zeros(1,TIMES);    for jj2 = 1:TIMES        
jj2        Num_NET = 5;%模拟子网的个数        Lens    = 500;%传感器采集数据长度        %传感信息的净荷值相关参数       
 A       = -40;        B       = 120;        Delta   = 0.2;        Ld      = (ceil(log2((B-A)/Delta)));       
  %传感子网数据帧的封装        Preamble=[0,1,1,1,1,1,1,0];%帧前导码取特殊字符串01111110,表示帧同步,
  便于传感监控中心判断出帧的起始位置,        %子网ID号,本案为5个子网,所以ID为三bit数据,
  但是为了具有扩展性,ID用四个bit表示        ID      =[0,0,0,0;                  0,0,0,1;                  
  0,0,1,0;                  0,0,1,1;                  0,1,0,0];        %HEC为帧头校验码        
  HEC     = [0,1,0,1];         %包头        Head    = [0,0,1,1,0,0,1,1];        %address,地址,随着采集数据,
  地址逐渐加1        %传感器类型,假设五个子网,每个子网就一种类型        type1   = [0,0,0,1;                   
  0,0,1,0;                   0,0,1,1;                   0,1,0,0;                   0,1,0,1];        
  %包尾        Trail   = [1,1,0,0,1,1,0,0];        Bao_Size= 10;        %最后的复用帧的相关参数        
  Sync      = [0,0,0,0,0,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1,0,0,0,1,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,
  1,0,1,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,0,1,0,1,0,0];        Separator = [0,1,0,1];        FCS       = [1,0,0,1,1,0,1,
  1,1,0,0,1,1,0,0,1];        N         = 5;        M         = 5;        %第一部分,系统发送部分        
  %第一部分,系统发送部分        %本案共有五个子网,所以模拟五组数据        for nn = 1:Num_NET            
  %模拟产生传感器采集到的数据,这里,为了模拟不同的码率,将采集的数据长度设置为不同            
  y     = func_sensor_samples(Lens,A,B);            YY{nn} = y;            if is_show(1) == 1               
  figure(1);               plot(y,'b');               xlabel('times');               ylabel('amplitude')
title('模拟传感器采集到的数据');               pause(0.1);            end            
%光纤光栅传感信号的净荷值的二进制转换            Lp = func_value2realvalue(y,A,B,Delta);            
if is_show(2) == 1               figure(2);               plot(Lp,'b');               xlabel('times');
ylabel('amplitude')               title('模拟传感器采集到的数据的净荷值');               pause(0.1);            
end            %计算转换为二进制            V2 = func_dec2bin(Lp,Ld);            %将二进制转换为串行流            
Signal{nn} = (reshape(V2',size(V2,1)*size(V2,2),1))';%通过上面的步骤,我们模拟了实际要发送的二进制码流        end
if is_show(3) == 1           figure(3);           subplot(321);           
plot(YY{1});title('第1个子网传感器采集数据波形');           subplot(322);           
plot(YY{2});title('第2个子网传感器采集数据波形');           subplot(323);           
plot(YY{3});title('第3个子网传感器采集数据波形');           subplot(324);           
plot(YY{4});title('第4个子网传感器采集数据波形');           subplot(325);           
plot(YY{5});title('第5个子网传感器采集数据波形');           pause(0.1);        end        
%Signal即为实际要发送的二进制码流        %产生数据包数据包,这里,我们假设每个数据包中为10个采样数据,
即100bit数据        address = 0;        for nn = 1:Num_NET            tmps2   = [];            
tmps    = [];            address = 0;            for i = 1:length(Signal{nn})/(Bao_Size*Ld)                
address  = address + 1;                address2 = func_dec2bin_addr(address);                
%地址转换为2进制,8bit标识,这样,每个包共128bit                tmps     = [Head,address2,type1(nn,:),
Signal{nn}((i-1)*Bao_Size*Ld+1:i*Bao_Size*Ld),Trail];                Len_bao  = length(tmps);                
tmps2    = [tmps2 tmps];            end            Signal2{nn} = tmps2;        end        
%由数据帧转换为传感帧        for nn = 1:Num_NET            tmps2   = [];            tmps    = [];            
for i = 1:length(Signal2{nn})/(N*Len_bao)                tmps     = [Preamble,
ID(nn,:),HEC,Signal2{nn}((i-1)*Len_bao*N+1:i*Len_bao*N)];                Len_zhen = length(tmps);
tmps2    = [tmps2 tmps];            end            Signal3{nn} = tmps2;        end        
%对五个子网的数据进行时分复接        %码率调整        Out1 = func_Rate_sync(Signal3{1});        
Out2 = func_Rate_sync(Signal3{2});        Out3 = func_Rate_sync(Signal3{3});        
Out4 = func_Rate_sync(Signal3{4});        Out5 = func_Rate_sync(Signal3{5});        
%时分复接        Out  = func_tdma(Out1,Out2,Out3,Out4,Out5,Len_zhen);        
%传感复用帧        tmps2   = [];        tmps    = [];        for i = 1:length(Out)/(M*Len_zhen)            
tmps      = [Sync,Separator,Out((i-1)*M*Len_zhen+1:i*M*Len_zhen),Separator,FCS];            
Len_zhen2 = length(tmps);            tmps2     = [tmps2 tmps];        end        Signal4 = tmps2;        
%进行编码,编码矩阵为96*192,每次取80,并补充16个0作为虚拟填充符进行编码,共96个数据进行编码        load H;        
load G;        Trans_Signal = [];        for i = 1:length(Signal4)/80            
Trans_data   = [zeros(1,16),Signal4((i-1)*80+1:(i)*80)];            
%编码            data_code    = mod(Trans_data*G,2);             
%BPSK            Trans_BPSK   = 2*data_code-1;             Len_code     = length(Trans_BPSK);            
Trans_Signal = [Trans_Signal,Trans_BPSK];        end        %第二部分,信道,信道部分,
由于是光纤传输,且您论文中没有详细说明这个部分内容,所以这里暂时仅考虑高斯白噪声        
%第二部分,信道,信道部分,由于是光纤传输,且您论文中没有详细说明这个部分内容,所以这里暂时仅考虑高斯白噪声        
sigma      = sqrt(1./(10^(EbN0(Ind)/10)*0.5));         
Rec_Signal = Trans_Signal + sigma*randn(1,length(Trans_Signal));           
%第三部分,监控中心——接收端        %第三部分,监控中心——接收端        %译码        R_Signal = [];        
for i = 1:length(Signal4)/80            z_hat       = func_Dec(Rec_Signal((i-1)*Len_code+1:i*Len_code),
sigma,H,50);            x_hat       = z_hat(size(G,2)+1-size(G,1):size(G,2));            
R_Signal    = [R_Signal,x_hat(17:end)'];%去掉16个填充符        end                if is_show(5) == 1           
st = func_eye(Trans_Signal);           eyediagram(st,40)           ylabel('信号幅度');           
title('原始信号眼图');                pause(0.1);        end                if is_show(6) == 1           
st = func_eye(Rec_Signal);           eyediagram(st,40)           ylabel('信号幅度');           
title('接收带噪声干扰信号眼图');             pause(0.1);        end                  if is_show(7) == 1           
st = func_eye(R_Signal*2-1);           eyediagram(st,40)           ylabel('信号幅度');           
title('译码之后信号眼图');            pause(0.1);        end                                 %解封装        
%通过搜索sync来确定每帧的帧头        [R_Signal,Sync_pos] = func_find_sync(R_Signal,Sync);        
if is_show(4) == 1           figure(4);           plot(Sync_pos,'b');           hold on;           
plot(find(Sync_pos>=40),Sync_pos(find(Sync_pos>=40)),'r*');           hold off;           
xlabel('times');           ylabel('amplitude')           title('解封装sync位置');           pause(0.1);        
end        %判断当前帧位置能否检测到帧头        if_sync = zeros(1,length(Out)/(M*Len_zhen));
%这个变量用来存放是否检测到当前帧,如果为0,则该帧未检测到,直接丢弃,检测下一帧        
for i = 1:length(Out)/(M*Len_zhen)            if Sync_pos(1+(i-1)*Len_zhen2) > 40               
if_sync(i)=1;            end        end        %解封装        tmps3   = [];        tmps2   = [];        
tmps    = [];        for i = 1:length(Out)/(M*Len_zhen)            if if_sync(i) == 1               
tmps = R_Signal((i-1)*Len_zhen2+1:(i)*Len_zhen2);            else               tmps = zeros(1,Len_zhen2);
% 如果该帧没有检测到,那么直接赋值0            end            %解封装            
tmps2 = tmps(length(Sync)+length(Separator)+1:M*Len_zhen+length(Sync)+length(Separator));            
tmps3 = [tmps3 tmps2];        end        Outs = tmps3;        %数字分接单元        
[I1,I2,I3,I4,I5] = func_tdma2(Outs,Len_zhen,M);        %对五个子网的数据进行时分复接        
%码率调整        Outr{1} = func_Rate_sync(I1);        Outr{2} = func_Rate_sync(I2);        
Outr{3} = func_Rate_sync(I3);        Outr{4} = func_Rate_sync(I4);        Outr{5} = func_Rate_sync(I5);        
%将5路传感帧转换为数据帧,进一步拆封        %由数据帧转换为传感帧        for nn = 1:Num_NET            
tmps2   = [];            tmps    = [];            LL = length(Preamble)+length(ID(nn,:))+length(HEC);
for i = 1:length(Signal2{nn})/(N*Len_bao)                tmps     = Outr{nn}((i-1)*Len_zhen+1:i*Len_zhen);
 tmps2    = [tmps2 tmps(LL+1:end)];            end            Outr2{nn} = tmps2;        end        
 %将数据包中数据提取        %Signal即为实际要发送的二进制码流        %产生数据包数据包,这里,我们假设每个数据包中为10个采样数据,
 即100bit数据        address = 0;        for nn = 1:Num_NET            tmps2   = [];            tmps    = [];
LL      = length(Head)+length(address2)+length(type1(nn,:));            
for i = 1:length(Signal{nn})/(Bao_Size*Ld)                
tmps  = [Outr2{nn}((i-1)*Len_bao+1:i*Len_bao)];                
tmps2 = [tmps2 tmps(LL+1:end-length(Trail))];            end            
Outr3{nn} = tmps2;        end        %误码率统计在转换为十进制之前计算        
[nberr1,rat1] = biterr(Outr3{1},Signal{1});        [nberr1,rat2] = biterr(Outr3{2},Signal{2});        
[nberr1,rat3] = biterr(Outr3{3},Signal{3});        [nberr1,rat4] = biterr(Outr3{4},Signal{4});        
[nberr1,rat5] = biterr(Outr3{5},Signal{5});        Err_Rate0(jj2) = (rat1+rat2+rat3+rat4+rat5)/5;           
Err_Rate1(jj2) = rat1;           Err_Rate2(jj2) = rat2;           Err_Rate3(jj2) = rat3;           
Err_Rate4(jj2) = rat4;           Err_Rate5(jj2) = rat5;       end    Err_Rate0s(Ind) = mean(Err_Rate0);    
Err_Rate1s(Ind) = mean(Err_Rate1);    Err_Rate2s(Ind) = mean(Err_Rate2);    Err_Rate3s(Ind) = mean(Err_Rate3);
Err_Rate4s(Ind) = mean(Err_Rate4);    Err_Rate5s(Ind) = mean(Err_Rate5);    Q0(Ind)         
= sqrt(2)*erfcinv(2*Err_Rate0s(Ind)/10);    Q1(Ind)         = sqrt(2)*erfcinv(2*Err_Rate1s(Ind)/10);    
Q2(Ind)         = sqrt(2)*erfcinv(2*Err_Rate2s(Ind)/10);    Q3(Ind)        
= sqrt(2)*erfcinv(2*Err_Rate3s(Ind)/10);    Q4(Ind)         = sqrt(2)*erfcinv(2*Err_Rate4s(Ind)/10);    
Q5(Ind)         = sqrt(2)*erfcinv(2*Err_Rate5s(Ind)/10);        disp('over a cycle');    pause(5);endfigure;
semilogy(EbN0,Err_Rate0s,'b-^');xlabel('EbN0');ylabel('Ber');grid on;figure;subplot(151);semilogy(EbN0,
Err_Rate1s,'b-^');xlabel('EbN0');ylabel('Ber');title('子网1误码率');grid on;subplot(152);semilogy(EbN0,
Err_Rate2s,'b-^');xlabel('EbN0');ylabel('Ber');title('子网2误码率');grid on;subplot(153);semilogy(EbN0,
Err_Rate3s,'b-^');xlabel('EbN0');ylabel('Ber');title('子网3误码率');grid on;subplot(154);semilogy(EbN0,
Err_Rate4s,'b-^');xlabel('EbN0');ylabel('Ber');title('子网4误码率');grid on;subplot(155);semilogy(EbN0,
Err_Rate5s,'b-^');xlabel('EbN0');ylabel('Ber');title('子网5误码率');grid on;figure;plot(EbN0,Q0,'b-o');
xlabel('EbN0');ylabel('Q');title('Q因子');grid on;1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.
22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.42.43.44.45.46.47.48.49.50.51.52.53.54.55.56.
57.58.59.60.61.62.63.64.65.66.67.68.69.70.71.72.73.74.75.76.77.78.79.80.81.82.83.84.85.86.87.88.89.90.91.
92.93.94.95.96.97.98.99.100.101.102.103.104.105.106.107.108.109.110.111.112.113.114.115.116.117.118.119.
120.121.122.123.124.125.126.127.128.129.130.131.132.133.134.135.136.137.138.139.140.141.142.143.144.145.
146.147.148.149.150.151.152.153.154.155.156.157.158.159.160.161.162.163.164.165.166.167.168.169.170.171.
172.173.174.175.176.177.178.179.180.181.182.183.184.185.186.187.188.189.190.191.192.193.194.195.196.197.
198.199.200.201.202.203.204.205.206.207.208.209.210.211.212.213.214.215.216.217.218.219.220.221.222.223.
224.225.226.227.228.229.230.231.232.233.234.235.236.237.238.239.240.241.242.243.244.245.246.247.248.249.
250.251.252.253.254.255.256.257.258.259.260.261.262.263.264.265.266.267.268.269.270.271.272.273.274.275.
276.277.278.279.280.281.282.283.284.285.286.287.288.289.290.291.292.293.294.295.296.297.298.299.300.301.
302.303.304.305.306.307.308.309.310.311.312.313.314.315.316.317.318.319.320.321.322.323.324.325.326.327.
328.329.330.331.332.333.334.335.336.337.338.339.340.341.342.343.344.345.346.347.348.349.350.351.352.353.
354.355.356.357.358.359.360.361.362.363.364.365.366.367.368.369.370.371.372.373.374.375.376.377.378.379.
380.381.382.383.384.385.386.387.388.

4.仿真结论

【光纤通信】光纤光栅传感网接入GPON的matlab仿真_GPON_03

眼图仿真效果如下所示:c1.png, c2.png, c3.png

【光纤通信】光纤光栅传感网接入GPON的matlab仿真_光纤通信_04

【光纤通信】光纤光栅传感网接入GPON的matlab仿真_数据_05

【光纤通信】光纤光栅传感网接入GPON的matlab仿真_封装_06

   

五个子网的传感器采集信号:d2.png

【光纤通信】光纤光栅传感网接入GPON的matlab仿真_光纤通信_07




免责声明:本文系网络转载或改编,未找到原创作者,版权归原作者所有。如涉及版权,请联系删

QR Code
微信扫一扫,欢迎咨询~

联系我们
武汉格发信息技术有限公司
湖北省武汉市经开区科技园西路6号103孵化器
电话:155-2731-8020 座机:027-59821821
邮件:tanzw@gofarlic.com
Copyright © 2023 Gofarsoft Co.,Ltd. 保留所有权利
遇到许可问题?该如何解决!?
评估许可证实际采购量? 
不清楚软件许可证使用数据? 
收到软件厂商律师函!?  
想要少购买点许可证,节省费用? 
收到软件厂商侵权通告!?  
有正版license,但许可证不够用,需要新购? 
联系方式 155-2731-8020
预留信息,一起解决您的问题
* 姓名:
* 手机:

* 公司名称:

姓名不为空

手机不正确

公司不为空