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移动通信论文( 共有论文资料 16 篇 )
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仿真技术背景下移动通信论文

2014-11-07 15:18 来源:移动通信论文 人参与在线咨询

1创新型人才培养的需求与问题

(1)实验教学从属于理论教学,实验教学得不到足够的重视,实验是为验证理论知识,理论教学和实践教学相脱节;

(2)实验内容陈旧,无法赶上移动通信新型器件和装置的发展,缺乏新的实验教学手段和方法;设备的更新换代比较慢,实验的开展受到硬件实验设备的限制,跟不上技术革新的步伐;

(3)验证性实验多,综合性实验以及创新性实验少,在实验方法上基本是简单的模仿,学生被动学习,缺少积极的思维和创新,也没有探索的目标和方向,没有良好的实验教学改革措施;

(4)在移动通信原理课程中,关于调制解调等有关内容偏重理论,太过抽象,枯燥乏味。受资金和仪器设备不足等实验条件的限制以及学时较少的影响,很多移动通信原理实验(例如正交频分多路实验)不能由学生实际动手完成,一些实验内容仅仅能验证理论课学习的内容,显然对学生创新能力的培养是非常不利的。积极探索移动通信原理实验教学的改革,尝试开展仿真创新实验教学,对于学生更好地学习移动通信原理课程,培养创新能力起着重要的作用。

2仿真教学的引入与创新能力的培养

传统的移动通信原理课程理论教学,大多重在讨论某种技术或算法的原理及其理论推导,以方便理解调制解调器原理和无线电波变换过程,从而加深信源编解码和信道编解码、无线电波发射与接收等知识的理解。在常规的实验课上,对移动通信实验原理的讲解也要在黑板上书写,既不够形象、直观,又比较呆板。由于有大量的波形分析内容,教师在黑板上画图也是一件比较困难的事情,而且学生不易理解。在传统的设计性实验中,学生常因受到固定的实验设备的束缚而改变实验设计思路,不可避免地存在错误和不足,致使电路调试费时费力,甚至引起元器件和仪器设备损坏,使实验不能达到预期效果。因此,在移动通信原理实验教学中引入仿真实验,是对理论课教学的必要补充。学生可以充分利用仿真实验软件在数据采集、储存、分析、处理、传输及控制等方面的强大功能,进行方案的论证、选定和电路的设计,可以方便地改变参数来调整电路,使之更好地接近设计要求,设计出较为理想的电路。学生还可以根据要求输出电路的测试参量或波形,作为真实电路调试的依据和参考;可利用计算机进行不同的仿真操作,得到与使用实际实验装置进行真实实验相同的结果。另外,一些较为复杂的移动通信创新性实验和综合性实验,无法通过模拟实验完成实验课教学,但是通过引入仿真教学,便可以扩大实验教学的维度、扩大了实验教学的可操作性。移动通信是通信原理、高频电路和信号处理的交叉学科,学生只通过理论教学很难理解学科交叉性,对移动通信原理的理解也不够全面。通过引入仿真教学,既能加强学生对移动通信原理的认识,又能加强学生对实际电路的认识,为后续课程学习打下坚实的基础。仿真实验教学的引入,很好地支持了移动通信原理的学习,可以进行新技术的研究,拓展学生的工程意识,提高设计调试电路的灵活性,最大限度地发挥学生的创新思维,开阔学生的视野。

3仿真教学开展实例分析

3.1理论教学与正交调制解调分析

正交调制解调系统的原理是把整个可用信道频带B划分为N个带宽为f的子信道,把N个串行码元变换为N个并行的码元,将高速信号变换为低速的并行子数据流,分别调制这N个子信道载波进行同步传输,并在终端分开正交信号。信号的调制和解调实际是采用数字信号处理的方法来实现的。先将信号串并变换成低速支路,各支路的调制可以采用数字调制方式,然后进行快速傅里叶逆变换(IFFT)、快速傅里叶变换(FFT)来实现。

3.2正交频分电路仿真实验分析

通常在正交频分电路分析中,往往会忽略讲解和分析子载波调制快速傅里叶变换和反变换等内容。让学生从理论公式推导中理解OFDM原理,并利用Matlab编程实现不同子载波数的调制信号,可以验证对子载波数调制状态的影响,进一步验证理论公式并加深理解。可以用理论推导和实验验证两种方法来理解调制。通过正交频分各步骤的波形图,形象地描绘信号调制解调的过程,逼真地显现出真实信号传输变化的实时动态过程。

(1)确定参数。假设参数为:子载波数为8,FFT长度为8,符号速率、比特率、保护间隔长度为2,信噪比12,插入导频数。基本的仿真可以不插入导频,导频数可以为0。通过运行仿真及修改参数设置,教师可引导学生逐步实验,观察分析仿真结果并给出结论。通过示波器模块可以直观地观察到二进制随机信源。

(2)产生数据。使用随机数产生器产生二进制数据。可以将原序列化为16进制的码元图,通过改变数据率观察仿真波形。

(3)子载波调制。利用Matlab工具仿真实现BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等4种调制方式。按照星座图,将每个子信道上的数据映射到星座图点的复数表示。通过改变支路不同的调制方式,观察到仿真波形,每次课都会有各式各样新的实验波形,可以直观地观察到二进制随机信源,以及将一路高速数据转换成多路低速数据的波形。

(4)IFFT运算。对上一步得到的同相分量和正交分量进行IFFT运算。为便于理解,可采用仿真软件直观地表现子信道上的数据与OFDM符号之间傅里叶逆变换关系。当子信道的脉冲为矩形脉冲时,具有sinc函数形式的频谱。当改变系统(N)时,OFDM功率谱形状也随之改变。

(5)加入保护间隔,加入噪声。由IFFT运算后的每个符号的同相分量和正交分量分别转换为串行数据,并将符号尾部G长度的数据加到头部,构成循环前缀。

(6)并串转换。将每个符号分布在子信道上的数据还原为一路串行数据。

(7)FFT运算。对每个符号的同相分量和正交分量按照(Ich+Qch×i)进行FFT运算。由于噪声和信道的影响,接收端收到的每个子信道上的数据,映射到星座图不再是严格的发送端的星座图。将得到的星座图上的点按照最近原则判决为原星座图上的点,并按映射规则还原为一组数据。利用以上设计的信号,在Matlab中编程实现该信号的调制,画出调制前后信号的时序图。此时,学生容易理解此种调制方式为何IFFT被称调制。在此基础上,学生通过理论分析以及Matlab实验画图验证,进一步加深了对正交频分电路的理解。

4结束语

本文提出将Matlab仿真技术引入移动通信原理实验教学,实现了专业知识与实践技能的紧密结合,有助于培养学生的创新精神和实践能力。移动通信原理仿真实验教学方法以真实实验为基础,利用现代化的教学手段,提高了教学质量,也可以提高学生解决复杂问题的能力和创新意识。

作者:何伟刚 吴其琦 黄亚群 单位:广西科技大学电气与信息工程学院云南大学信息学院

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