通信系统仿真课程创新实践方法研究

任进 韩俊 王宇楠 黄松洋

摘 要：通信系统仿真课是一门实践性很强的课程，需要采用新的教学理念和教学手段，形成了多层次实验内容和仿真实验手段。通过理论教学阶段、典型通信系统模块及仿真阶段、案例仿真设计阶段三个阶段的衔接，培养学生创新能力和开发设计意识。针对通信系统仿真实验部分，提出了利用Simulink仿真平台辅助实践教学的方法，给出具体实例。该方法形象直观，学生能够在理解抽象的原理基础上，开展系统设计。

关键词：通信系统仿真创新能力 仿真平台

通信系统仿真是通信工程专业的必修课，与工程应用联系密切，涉及到通信系统的实际构成、关键技术、仿真建模等多方面内容，其课程和实验教学改革一直备受关注。目前用于通信系统仿真的软件很多， 其中MathWorks公司开发的MATLAB以其强大而优越的功能受到越来越多的青睐。利用仿真软件进行辅助教学，可以在不额外添置硬件设备的前提下扩充实验内容，开设移动通信系统综合设计型实验，帮助学生更好地提升工程实践能力和设计创新能力。

一、Simulink

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simulink两大部分。其中Simulink是MATLAB中的可视化仿真工具，具有交互式的图形化环境及可定制模块库（Library），可对各种时变系统，如通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统等进行设计、仿真、执行和测试。

二、基于Simulink的通信系统仿真

（一）通信仿真基本方法

仿真是衡量系统性能的工具，它通过仿真模型结果推断原系统性能，从而对系统的建立或原系统的改造提供可靠参考。通过仿真，可以降低新系统失败的可能性，消除系统中潜在的瓶颈，防止对系统中某些功能造成过重的负载，优化系统整体性能。在实验教学过程中，首先要让学生掌握仿真方法，利用软件仿真，衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数，然后应用于实际系统中。

（二）基于Simulink的CDMA通信系统仿真设计

CDMA（Code Division Multiple Access）是在扩频通信的基础上发展起来的。所謂扩频，是将原信号频谱扩展到宽带中进行传输的一种技术。它主要利用相互正交（或尽可能正交）的不同随机码区分用户，实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络。在研究DS-CDMA系统理论的基础上，利用Simulink对其进行仿真，根据系统功能和指标要求，对信道、扩频/解扩、QPSK（Quadrature Reference Phase Shift Keying，四相相移键控）调制/解调等模块进行了设计，并设置了相对应的参数。

（三）设计分析

如图1所示，设计中信源采用二进制贝努利序列产生器（Bernoulli Binary Generator）产生二进制序列。扩频使用两个PN序列生成器的模块，分别设置I、Q两路。扩频模块产生I、Q两路扩频信号，作为QPSK调制的输入信号，其中QPSK调制采用库中的QPSK基带调制模块.。本设计采用加性高斯白噪声信道进行分析。加性高斯白噪声信道是最简单的一种噪声，它表现为信号围绕平均值的一种随机波动过程。加性高斯白噪声信道的均值为0，方差表现为噪声功率的大小。一般情况下，噪声功率越大，信号的波动幅度越大，接收端接收到的信号的误比特率就越高。在研究通信系统的误码率与信道质量的关系时，一般先研究它在加性高斯白噪声信道的性能，然后再把它推广到具有快衰落的复杂情况。最后，输入信号经过一定延迟，与输出信号进入一个误码率统计模块（Error Rate Calculation）。

结语

随着通信系统的复杂性不断增加，传统的设计方法已经不能适应发展的需要。本文介绍了通信系统仿真课在实验教学过程中引入Simulink仿真方法进行辅助教学。通过CDMA通信系统仿真设计实例，意识到仿真方法的改进可以促进学生理解所学理论知识，提升教学质量。通过仿真手段进行通信系统设计和分析，锻炼了学生的工程实践能力，提高了分析解决问题的能力，为日后从事相关工作打下了基础。

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