數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真分析

劉 俊

(合肥師范學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

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數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真分析

劉 俊

(合肥師范學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

本文以數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真分析為例，將Matlab仿真平臺應(yīng)用于數(shù)字通信原理教學(xué)，有效解決了學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)字通信原理過程中提出的教學(xué)內(nèi)容過于抽象、公式推導(dǎo)難理解、學(xué)習(xí)枯燥等問題。該教學(xué)方法將數(shù)值仿真與理論推導(dǎo)有效結(jié)合，增強(qiáng)了教學(xué)可視化效果，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了教學(xué)效果。

MATLAB；數(shù)字通信原理；基帶傳輸系統(tǒng)

數(shù)字通信原理是通信工程專業(yè)的專業(yè)核心課程。主要目的在于使學(xué)生掌握數(shù)字通信原理的基本理論和基本分析方法，以便為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)方向課程打下基礎(chǔ)[1]。本校選用普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材樊昌信教授和曹麗娜教授編著的通信原理，該教材含有大量的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，內(nèi)容抽象，教學(xué)難度大，學(xué)生不易理解和掌握。如何使學(xué)生能夠主動學(xué)習(xí)和獨(dú)立解決問題，是任課教師一直研究的課題。

Matlab仿真平臺相比較其他仿真軟件簡單易學(xué)，本文以數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真分析為例將Matlab仿真引入數(shù)字通信原理教學(xué)，把結(jié)果以圖形的形式直觀的展現(xiàn)出來，解決內(nèi)容抽象問題，能讓學(xué)生從數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)解脫出來，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性。更重要的是讓學(xué)生還主動掌握了一門仿真技術(shù)，為今后的學(xué)習(xí)工作打下良好的基礎(chǔ)[2,3]。

1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型

如圖1所示是一個典型的數(shù)字基帶信號傳輸系統(tǒng)模型，它由發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器、抽樣判決器組成[4]。

圖1 數(shù)字基帶信號傳輸系統(tǒng)模型圖

2 仿真結(jié)果分析

2.1 仿真思路

把雙極性碼轉(zhuǎn)換為沖激，沖激經(jīng)過升余弦成形濾波，得到發(fā)送端信號，此時可以求得發(fā)送端信號的平均功率譜密度，同時還可以進(jìn)行發(fā)送端碼型的眼圖繪制。發(fā)送端信號經(jīng)過信道，加入高斯白噪聲，形成接收端信號。接收端信號經(jīng)過升余弦滾降濾波器達(dá)到最佳接收，然后進(jìn)行判決，恢復(fù)碼型。通過比較恢復(fù)碼型和發(fā)送端碼型可以統(tǒng)計(jì)誤碼率。

2.2 仿真結(jié)果分析

以下仿真結(jié)果是在信噪比(Eb_N0)為15，無采樣偏差，滾降系數(shù)為1，占空比為1時的仿真條件下得到的。

圖2是發(fā)送端碼型圖和接收端碼型圖。從圖中可以看出，誤碼率很小，幾乎為零，發(fā)送端碼型圖和接收端碼型圖幾乎一樣。

圖2 發(fā)送端碼型圖和接收端碼型圖

圖3 發(fā)送端生成波形和接收波形

圖3是發(fā)送端生成波形和接收波形圖。從圖中可以看出，由于信道中存在高斯噪聲，對發(fā)送濾波器輸出的信號產(chǎn)生干擾，發(fā)送生成波形和接收波形有一定差別。

圖4所示是發(fā)送端信號功率譜和接收端信號功率譜。從圖中可以看出，發(fā)送端信號功率譜和接收端信號功率譜變化不大，無明顯失真。

圖4 發(fā)送端信號功率譜和接收端信號功率譜

圖5是發(fā)送端碼型眼圖和接收端碼型眼圖的比較，從圖中可以看出，接收端噪聲容限約為1，較之發(fā)送端的眼圖，噪聲容限下降了三分之一。

圖5 發(fā)送端碼型眼圖和接收端碼型眼圖

圖6 系統(tǒng)誤碼率和理論值比較

圖6所示為發(fā)送端不同信噪比情況下系統(tǒng)誤碼率和理論值的比較。從圖中可以看出仿真得到的誤碼率曲線和理論公式得到的誤碼曲線基本吻合，而且仿真時間越長，仿真曲線越接近理論結(jié)果。但是在有限碼元的情況下，由于信號實(shí)際傳輸系統(tǒng)特性引起的信號失真及加性高斯隨機(jī)噪聲的干擾使得仿真的誤碼率與理論結(jié)果存在一定的偏差[5]。

3 結(jié)束語

數(shù)字通信原理課程教學(xué)中，理論講授和多媒體課件的演示不能很好地解決教學(xué)內(nèi)容過于抽象、公式推導(dǎo)難理解、學(xué)習(xí)枯燥等問題，而且不能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本文通過運(yùn)用Matlab軟件對數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)一系列知識點(diǎn)的仿真，使理論結(jié)果更加直觀，有利于學(xué)生更加有效地理解教學(xué)內(nèi)容，掌握更多的學(xué)習(xí)方法和技能，同時也大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

[1] 劉宏波等.Matlab在通信原理課程教學(xué)中應(yīng)用案例[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2009,26(10):87-90.

[2] 郝秀蘭等, Matlab在通信原理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2012,39(10):42-45.

[3] 鮑程紅.基于Simulink的通信原理仿真實(shí)驗(yàn)研究[J].浙江萬里學(xué)院學(xué)報,2014(5):107-111.

[4] 樊昌信,曹麗娜.通信原理(第六版)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2014.

[5] 謝永紅等.基于MATLAB數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的研究[J].電子設(shè)計(jì)工程,2014,22(24):158-160.

2017-03-09

安徽省高校優(yōu)秀青年人才基金項(xiàng)目(2013SQRL064ZD)

劉俊(1982-)，合肥師范學(xué)院講師，研究方向?yàn)闊o線通信和量子通信。

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