基于sdp的通信系統(tǒng)原理課程實驗教學(xué)設(shè)計

基于sdp的通信系統(tǒng)原理課程實驗教學(xué)設(shè)計

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重要問題，它直接影響到后續(xù)專業(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)知識及其原理,基礎(chǔ)理論學(xué)起來相對乏味,輔以實驗手段是加強本課程學(xué)習(xí)、理解的重要途徑之一。通過實驗?zāi)苡行У嘏囵B(yǎng)和發(fā)展學(xué)生解決問題的能力和綜合實踐能力,為學(xué)生綜合運用學(xué)科知識提供良好的平臺;在準備、實驗、觀察、分析等一系列的實踐環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)和解決問題,發(fā)展實踐能力和創(chuàng)新能力。但由于實驗條件的限制,都用硬件來設(shè)計通信系統(tǒng)原理實驗具有一定的難度。SystemView是一個信號級的系統(tǒng)仿真軟件,主要用于通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真,是一個強有力的動態(tài)分析工具,能滿足從數(shù)字信號處理、濾波器設(shè)計,到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計、仿真要求。使用SystemView時,用戶只需要關(guān)心項目的設(shè)計思路和過程,通過點擊圖標即可完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模、設(shè)計和測試,而不必花費太多的時間和精力通過編程來建立系統(tǒng)仿真模型。使用SystemView仿真軟件,不僅彌補了由于實驗場地、儀器設(shè)備和經(jīng)費缺乏等因素帶來的不足,避免了因誤操作而對儀器造成的損壞,而且對于某些實驗中不易觀察到的現(xiàn)象,也可以進行模擬仿真。2實驗應(yīng)用及指標分析在實驗手段上,借助SystemView仿真軟件平臺,力求豐富實驗內(nèi)容,簡化實驗方法與步驟,化抽象為具體,讓學(xué)生多觀察、多分析,理論聯(lián)系實際,注重概念,在觀察、分析中讓學(xué)生提高分析和處理問題的能力,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,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,設(shè)計了如下7個實驗:(1)多徑傳播。隨參信道傳輸媒質(zhì)的特點之一是多徑傳播,多徑傳播可能對信號傳輸產(chǎn)生許多不利影響，頻率選擇性衰落就是其一。本次實驗學(xué)生通過參考兩徑傳播模型自行設(shè)計傳輸系統(tǒng),改變輸入信號的頻率和每條路徑信號的延遲,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,驗證頻率選擇性衰落現(xiàn)象。(2)ASK、FSK、PSK。最常見的二進制數(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)制信號而變化的;在移頻鍵控中,載波頻率是隨著調(diào)制信號而變化的;相移鍵控是載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變。通過本次實驗可以讓學(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,定性地了解噪聲對通信系統(tǒng)可靠性的影響。改變噪聲功率值,觀察噪聲對眼圖的影響,了解眼圖的作用。(3)PSK-BER。可靠性和有效性是通信系統(tǒng)的兩個非常重要的指標。本實驗通過某種機制,不斷地增大信道中的噪聲,定量地驗證噪聲大小對通信系統(tǒng)的影響,即計算在不同噪聲情況下系統(tǒng)的誤碼率。(4)16QAM。一般說,多進制的AM或PM都能夠在相同的頻寬內(nèi)以更快的速率來傳送信息。但是,M進制技術(shù)能夠提高頻帶利用率是以其功率利用率為代價的。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)備組成也比較簡單。選擇信號的不同振幅、不同相位,進行不同的組合安排,可獲得各類APK信號。正交振幅調(diào)制(QAM)就是用兩位數(shù)字信號分別對兩個互相正交的同載波進行同步調(diào)制,再將兩個已調(diào)的雙邊帶信號合成后進行傳輸。由于采用了幅度調(diào)制與解調(diào),不但實現(xiàn)簡單,而且在帶寬和功率利用上也最有效。通過本實驗熟悉16QAM的調(diào)制及解調(diào)原理,并繪制出在硬件實驗上看不到的星座圖,更好地理解信號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,例如,要求線性濾波器在給定時刻上獲得最大的輸出信號與噪聲的功率的比值,即信噪比。本次實驗設(shè)計這樣的濾波器——輸出信噪比最大的最佳線性濾波器(匹配濾波器),并通過單個矩形脈沖加噪聲后經(jīng)過它的波形來檢驗其傳輸特性。(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。通過本次實驗,使學(xué)生了解PCM編譯碼的工作原理及實現(xiàn)過程,了解語音信號數(shù)字化技術(shù)的主要指標。(7)通信系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計一個點到點的單向通信系統(tǒng),采用時分復(fù)用、2DPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù),使兩路信號能夠共用一個信道傳輸。設(shè)計最佳接收機取代2DPSK信號的解調(diào)器,比較改造前后的抗噪聲性能。通過本次實驗,了解2DPSK數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式、載波同步和位同步的實現(xiàn)方法、TDM時分復(fù)用的多路通信方式、數(shù)字通信系統(tǒng)中最佳接收的準則,掌握它們的工作原理及實現(xiàn)方法,體驗并掌握數(shù)字信號的傳輸過程。3接收系統(tǒng)的仿真以第7個實驗通信系統(tǒng)設(shè)計為例進行演示,從系統(tǒng)角度理解每個知識點并建立起“通信系統(tǒng)”的構(gòu)架。圖1給出了傳輸兩路數(shù)字信號的時分復(fù)用2DPSK通信系統(tǒng)原理框圖。圖中m(t)為時分復(fù)用數(shù)字信號,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。先驗等概時二進制確知信號的最佳接收機的原理框圖如圖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,它既實現(xiàn)了積分器的功能,同時還產(chǎn)生猝熄脈沖,另外積分時間為一個碼元周期。圖中編號為42和45的圖符為嵌套系統(tǒng)圖符,兩個圖符的內(nèi)部子系統(tǒng)分別為圖2中的時分復(fù)用合路器及絕對碼轉(zhuǎn)相對碼部分、時分復(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個波形為輸入的原始信號,第2個波形為采用DPSK解調(diào)的輸出信號,最大噪聲容限為2.6V;第3個波形為采用最佳接收機后的輸出信號,最大噪聲容限為4V。對兩種接收系統(tǒng)的仿真結(jié)果進行比較可知:最佳接收機最大噪聲容限高于DPSK解調(diào),所以設(shè)計的此最佳接收系統(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)計的7個實驗,包含了通信系統(tǒng)原理課程大部分的教學(xué)內(nèi)容,這些實驗不依賴于硬件設(shè)備,教師既可以