基于sdp的通信系統(tǒng)原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

基于sdp的通信系統(tǒng)原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

1系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置通信系統(tǒng)原理是電子信息技術(shù)和通信技術(shù)的重要一門(mén)重要的技術(shù)課程。正確理解和理解的基本概念和理論是本課程的一個(gè)重要問(wèn)題，它直接影響到后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)和掌握。該課程主要內(nèi)容為模擬及數(shù)字通信的基礎(chǔ)知識(shí)及其原理,基礎(chǔ)理論學(xué)起來(lái)相對(duì)乏味,輔以實(shí)驗(yàn)手段是加強(qiáng)本課程學(xué)習(xí)、理解的重要途徑之一。通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行У嘏囵B(yǎng)和發(fā)展學(xué)生解決問(wèn)題的能力和綜合實(shí)踐能力,為學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)提供良好的平臺(tái);在準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)、觀察、分析等一系列的實(shí)踐環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題,發(fā)展實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。但由于實(shí)驗(yàn)條件的限制,都用硬件來(lái)設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)具有一定的難度。SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件,主要用于通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真,是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)分析工具,能滿(mǎn)足從數(shù)字信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì),到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)、仿真要求。使用SystemView時(shí),用戶(hù)只需要關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路和過(guò)程,通過(guò)點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測(cè)試,而不必花費(fèi)太多的時(shí)間和精力通過(guò)編程來(lái)建立系統(tǒng)仿真模型。使用SystemView仿真軟件,不僅彌補(bǔ)了由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、儀器設(shè)備和經(jīng)費(fèi)缺乏等因素帶來(lái)的不足,避免了因誤操作而對(duì)儀器造成的損壞,而且對(duì)于某些實(shí)驗(yàn)中不易觀察到的現(xiàn)象,也可以進(jìn)行模擬仿真。2實(shí)驗(yàn)應(yīng)用及指標(biāo)分析在實(shí)驗(yàn)手段上,借助SystemView仿真軟件平臺(tái),力求豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)方法與步驟,化抽象為具體,讓學(xué)生多觀察、多分析,理論聯(lián)系實(shí)際,注重概念,在觀察、分析中讓學(xué)生提高分析和處理問(wèn)題的能力,將學(xué)生的注意力轉(zhuǎn)移到基本原理、基本方法的靈活應(yīng)用上來(lái),使學(xué)生在該課程的學(xué)習(xí)中得到充分鍛煉,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。為此,依托SystemView平臺(tái),設(shè)計(jì)了如下7個(gè)實(shí)驗(yàn):(1)多徑傳播。隨參信道傳輸媒質(zhì)的特點(diǎn)之一是多徑傳播,多徑傳播可能對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生許多不利影響，頻率選擇性衰落就是其一。本次實(shí)驗(yàn)學(xué)生通過(guò)參考兩徑傳播模型自行設(shè)計(jì)傳輸系統(tǒng),改變輸入信號(hào)的頻率和每條路徑信號(hào)的延遲,理解頻率選擇性衰落產(chǎn)生的基本規(guī)律及相關(guān)帶寬的概念,驗(yàn)證頻率選擇性衰落現(xiàn)象。(2)ASK、FSK、PSK。最常見(jiàn)的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)三種。在振幅鍵控中,載波幅度是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的;在移頻鍵控中,載波頻率是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的;相移鍵控是載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生熟悉三種調(diào)制方式的原理,各自調(diào)制、解調(diào)的方法及相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn),定性地了解噪聲對(duì)通信系統(tǒng)可靠性的影響。改變?cè)肼暪β手?觀察噪聲對(duì)眼圖的影響,了解眼圖的作用。(3)PSK-BER。可靠性和有效性是通信系統(tǒng)的兩個(gè)非常重要的指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)某種機(jī)制,不斷地增大信道中的噪聲,定量地驗(yàn)證噪聲大小對(duì)通信系統(tǒng)的影響,即計(jì)算在不同噪聲情況下系統(tǒng)的誤碼率。(4)16QAM。一般說(shuō),多進(jìn)制的AM或PM都能夠在相同的頻寬內(nèi)以更快的速率來(lái)傳送信息。但是,M進(jìn)制技術(shù)能夠提高頻帶利用率是以其功率利用率為代價(jià)的。振幅相位聯(lián)合鍵控(APK)在M較大的情況下,不僅可以提高系統(tǒng)的頻帶利用率,而且還能獲得較好的功率利用率,且設(shè)備組成也比較簡(jiǎn)單。選擇信號(hào)的不同振幅、不同相位,進(jìn)行不同的組合安排,可獲得各類(lèi)APK信號(hào)。正交振幅調(diào)制(QAM)就是用兩位數(shù)字信號(hào)分別對(duì)兩個(gè)互相正交的同載波進(jìn)行同步調(diào)制,再將兩個(gè)已調(diào)的雙邊帶信號(hào)合成后進(jìn)行傳輸。由于采用了幅度調(diào)制與解調(diào),不但實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,而且在帶寬和功率利用上也最有效。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)熟悉16QAM的調(diào)制及解調(diào)原理,并繪制出在硬件實(shí)驗(yàn)上看不到的星座圖,更好地理解信號(hào)在矢量圖平面上的分布。(5)匹配濾波器。由于噪聲的存在,濾波器輸出的信號(hào)總是偏離我們所期望的結(jié)果。通常,衡量“偏離”可以有不同的指標(biāo),例如,要求線性濾波器在給定時(shí)刻上獲得最大的輸出信號(hào)與噪聲的功率的比值,即信噪比。本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)這樣的濾波器——輸出信噪比最大的最佳線性濾波器(匹配濾波器),并通過(guò)單個(gè)矩形脈沖加噪聲后經(jīng)過(guò)它的波形來(lái)檢驗(yàn)其傳輸特性。(6)PCM編譯碼。脈沖編碼(PCM)技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn),使學(xué)生了解PCM編譯碼的工作原理及實(shí)現(xiàn)過(guò)程,了解語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化技術(shù)的主要指標(biāo)。(7)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的單向通信系統(tǒng),采用時(shí)分復(fù)用、2DPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù),使兩路信號(hào)能夠共用一個(gè)信道傳輸。設(shè)計(jì)最佳接收機(jī)取代2DPSK信號(hào)的解調(diào)器,比較改造前后的抗噪聲性能。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn),了解2DPSK數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式、載波同步和位同步的實(shí)現(xiàn)方法、TDM時(shí)分復(fù)用的多路通信方式、數(shù)字通信系統(tǒng)中最佳接收的準(zhǔn)則,掌握它們的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法,體驗(yàn)并掌握數(shù)字信號(hào)的傳輸過(guò)程。3接收系統(tǒng)的仿真以第7個(gè)實(shí)驗(yàn)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行演示,從系統(tǒng)角度理解每個(gè)知識(shí)點(diǎn)并建立起“通信系統(tǒng)”的構(gòu)架。圖1給出了傳輸兩路數(shù)字信號(hào)的時(shí)分復(fù)用2DPSK通信系統(tǒng)原理框圖。圖中m(t)為時(shí)分復(fù)用數(shù)字信號(hào),發(fā)濾波器及收濾波器的作用與基帶系統(tǒng)相同。圖2給出了此系統(tǒng)的仿真模型。先驗(yàn)等概時(shí)二進(jìn)制確知信號(hào)的最佳接收機(jī)的原理框圖如圖3所示,其仿真模型如圖4。積分器應(yīng)選積分清除濾波器Int-Dmp,它既實(shí)現(xiàn)了積分器的功能,同時(shí)還產(chǎn)生猝熄脈沖,另外積分時(shí)間為一個(gè)碼元周期。圖中編號(hào)為42和45的圖符為嵌套系統(tǒng)圖符,兩個(gè)圖符的內(nèi)部子系統(tǒng)分別為圖2中的時(shí)分復(fù)用合路器及絕對(duì)碼轉(zhuǎn)相對(duì)碼部分、時(shí)分復(fù)用分路器部分。圖5為兩種接收系統(tǒng)的仿真結(jié)果:第1個(gè)波形為輸入的原始信號(hào),第2個(gè)波形為采用DPSK解調(diào)的輸出信號(hào),最大噪聲容限為2.6V;第3個(gè)波形為采用最佳接收機(jī)后的輸出信號(hào),最大噪聲容限為4V。對(duì)兩種接收系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行比較可知:最佳接收機(jī)最大噪聲容限高于DPSK解調(diào),所以設(shè)計(jì)的此最佳接收系統(tǒng)性能優(yōu)于普通DPSK接收系統(tǒng)。4多媒體教室的示范內(nèi)容本文設(shè)計(jì)的7個(gè)實(shí)驗(yàn),包含了通信系統(tǒng)原理課程大部分的教學(xué)內(nèi)容,這些實(shí)驗(yàn)不依賴(lài)于硬件設(shè)備,教師既可以