基于sdp的通信系统原理课程实验教学设计

基于sdp的通信系统原理课程实验教学设计

1系统参数设置通信系统原理是电子信息技术和通信技术的重要一门重要的技术课程。正确理解和理解的基本概念和理论是本课程的一个重要问题，它直接影响到后续专业课程的学习和掌握。该课程主要内容为模拟及数字通信的基础知识及其原理,基础理论学起来相对乏味,辅以实验手段是加强本课程学习、理解的重要途径之一。通过实验能有效地培养和发展学生解决问题的能力和综合实践能力,为学生综合运用学科知识提供良好的平台;在准备、实验、观察、分析等一系列的实践环节中发现和解决问题,发展实践能力和创新能力。但由于实验条件的限制,都用硬件来设计通信系统原理实验具有一定的难度。SystemView是一个信号级的系统仿真软件,主要用于通信系统的设计、仿真,是一个强有力的动态分析工具,能满足从数字信号处理、滤波器设计,到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。使用SystemView时,用户只需要关心项目的设计思路和过程,通过点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试,而不必花费太多的时间和精力通过编程来建立系统仿真模型。使用SystemView仿真软件,不仅弥补了由于实验场地、仪器设备和经费缺乏等因素带来的不足,避免了因误操作而对仪器造成的损坏,而且对于某些实验中不易观察到的现象,也可以进行模拟仿真。2实验应用及指标分析在实验手段上,借助SystemView仿真软件平台,力求丰富实验内容,简化实验方法与步骤,化抽象为具体,让学生多观察、多分析,理论联系实际,注重概念,在观察、分析中让学生提高分析和处理问题的能力,将学生的注意力转移到基本原理、基本方法的灵活应用上来,使学生在该课程的学习中得到充分锻炼,培养学生的创新能力。为此,依托SystemView平台,设计了如下7个实验:(1)多径传播。随参信道传输媒质的特点之一是多径传播,多径传播可能对信号传输产生许多不利影响，频率选择性衰落就是其一。本次实验学生通过参考两径传播模型自行设计传输系统,改变输入信号的频率和每条路径信号的延迟,理解频率选择性衰落产生的基本规律及相关带宽的概念,验证频率选择性衰落现象。(2)ASK、FSK、PSK。最常见的二进制数字调制方式有振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)三种。在振幅键控中,载波幅度是随着调制信号而变化的;在移频键控中,载波频率是随着调制信号而变化的;相移键控是载波相位按基带脉冲序列的规律而改变。通过本次实验可以让学生熟悉三种调制方式的原理,各自调制、解调的方法及相应的优缺点,定性地了解噪声对通信系统可靠性的影响。改变噪声功率值,观察噪声对眼图的影响,了解眼图的作用。(3)PSK-BER。可靠性和有效性是通信系统的两个非常重要的指标。本实验通过某种机制,不断地增大信道中的噪声,定量地验证噪声大小对通信系统的影响,即计算在不同噪声情况下系统的误码率。(4)16QAM。一般说,多进制的AM或PM都能够在相同的频宽内以更快的速率来传送信息。但是,M进制技术能够提高频带利用率是以其功率利用率为代价的。振幅相位联合键控(APK)在M较大的情况下,不仅可以提高系统的频带利用率,而且还能获得较好的功率利用率,且设备组成也比较简单。选择信号的不同振幅、不同相位,进行不同的组合安排,可获得各类APK信号。正交振幅调制(QAM)就是用两位数字信号分别对两个互相正交的同载波进行同步调制,再将两个已调的双边带信号合成后进行传输。由于采用了幅度调制与解调,不但实现简单,而且在带宽和功率利用上也最有效。通过本实验熟悉16QAM的调制及解调原理,并绘制出在硬件实验上看不到的星座图,更好地理解信号在矢量图平面上的分布。(5)匹配滤波器。由于噪声的存在,滤波器输出的信号总是偏离我们所期望的结果。通常,衡量“偏离”可以有不同的指标,例如,要求线性滤波器在给定时刻上获得最大的输出信号与噪声的功率的比值,即信噪比。本次实验设计这样的滤波器——输出信噪比最大的最佳线性滤波器(匹配滤波器),并通过单个矩形脉冲加噪声后经过它的波形来检验其传输特性。(6)PCM编译码。脉冲编码(PCM)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用。通过本次实验,使学生了解PCM编译码的工作原理及实现过程,了解语音信号数字化技术的主要指标。(7)通信系统设计。设计一个点到点的单向通信系统,采用时分复用、2DPSK调制解调技术,使两路信号能够共用一个信道传输。设计最佳接收机取代2DPSK信号的解调器,比较改造前后的抗噪声性能。通过本次实验,了解2DPSK数字调制解调方式、载波同步和位同步的实现方法、TDM时分复用的多路通信方式、数字通信系统中最佳接收的准则,掌握它们的工作原理及实现方法,体验并掌握数字信号的传输过程。3接收系统的仿真以第7个实验通信系统设计为例进行演示,从系统角度理解每个知识点并建立起“通信系统”的构架。图1给出了传输两路数字信号的时分复用2DPSK通信系统原理框图。图中m(t)为时分复用数字信号,发滤波器及收滤波器的作用与基带系统相同。图2给出了此系统的仿真模型。先验等概时二进制确知信号的最佳接收机的原理框图如图3所示,其仿真模型如图4。积分器应选积分清除滤波器Int-Dmp,它既实现了积分器的功能,同时还产生猝熄脉冲,另外积分时间为一个码元周期。图中编号为42和45的图符为嵌套系统图符,两个图符的内部子系统分别为图2中的时分复用合路器及绝对码转相对码部分、时分复用分路器部分。图5为两种接收系统的仿真结果:第1个波形为输入的原始信号,第2个波形为采用DPSK解调的输出信号,最大噪声容限为2.6V;第3个波形为采用最佳接收机后的输出信号,最大噪声容限为4V。对两种接收系统的仿真结果进行比较可知:最佳接收机最大噪声容限高于DPSK解调,所以设计的此最佳接收系统性能优于普通DPSK接收系统。4多媒体教室的示范内容本文设计的7个实验,包含了通信系统原理课程大部分的教学内容,这些实验不依赖于硬件设备,教师既可以