劉 俊

(合肥師范學院 電子信息工程學院，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

(合肥師范學院 電子信息工程學院，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，有效解決了學生在學習數(shù)字通信原理過程中提出的教學內(nèi)容過于抽象、公式推導難理解、學習枯燥等問題。該教學方法將數(shù)值仿真與理論推導有效結(jié)合，增強了教學可視化效果，激發(fā)了學生學習的積極性，提高了教學效果。

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，以便為學生進一步學習專業(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)學公式推導，內(nèi)容抽象，教學難度大，學生不易理解和掌握。如何使學生能夠主動學習和獨立解決問題，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，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，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，能讓學生從數(shù)學公式推導解脫出來，加深對教學內(nèi)容的理解，調(diào)動學習積極性。更重要的是讓學生還主動掌握了一門仿真技術(shù)，為今后的學習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到最佳接收，然后進行判決，恢復碼型。通過比較恢復碼型和發(fā)送端碼型可以統(tǒng)計誤碼率。

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，由于信號實際傳輸系統(tǒng)特性引起的信號失真及加性高斯隨機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中，理論講授和多媒體課件的演示不能很好地解決教學內(nèi)容過于抽象、公式推導難理解、學習枯燥等問題，而且不能有效地激發(fā)學生的學習興趣。本文通過運用Matlab軟件對數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)一系列知識點的仿真，使理論結(jié)果更加直觀，有利于學生更加有效地理解教學內(nèi)容，掌握更多的學習方法和技能，同時也大大激發(fā)了學生的學習興趣。

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

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

[3] 鮑程紅.基于Simulink的通信原理仿真實驗研究[J].浙江萬里學院學報,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)秀青年人才基金項目(2013SQRL064ZD)

劉俊(1982-)，合肥師范學院講師，研究方向為無線通信和量子通信。

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