基于SystemView應(yīng)用型人才培養(yǎng)的跳頻通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

謝艷輝

魯東大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 山東煙臺 264025

擴(kuò)頻通信是我院通信工程專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)方向選修課，擴(kuò)頻通信是通信的一個重要分支和發(fā)展方向[1-5]，是擴(kuò)頻技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物[6-8]。跳頻通信是擴(kuò)頻通信的重要組成部分之一，在國民經(jīng)濟(jì)很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[9-12]，教材中跳頻通信內(nèi)容的展開以通信原理、信號與系統(tǒng)、隨機(jī)信號分析等課程內(nèi)容為先導(dǎo)，對應(yīng)知識點(diǎn)理論性強(qiáng)、概念枯燥，筆者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中嘗試將SystemView仿真軟件[13-15]引入到教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性顯著提高，收到了很好的反饋效果。

1 跳頻通信系統(tǒng)

跳頻通信系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 跳頻通信系統(tǒng)框圖

發(fā)送端，PNⅠ碼控制頻率合成器產(chǎn)生n個跳變的載波，信源信號調(diào)制頻率合成器產(chǎn)生的跳變的載波，得到射頻信號從天線發(fā)射出去。接收端，接收到的射頻信號首先與PNⅡ碼控制的頻率合成器產(chǎn)生的跳變載波進(jìn)行混頻，要求PNⅠ碼與PNⅡ碼完全同步，且控制的兩個頻率合成器產(chǎn)生的跳變載波完全對應(yīng)，即跳變規(guī)律完全相同，且存在固定的頻差。混頻器的輸出通過帶通濾波器濾除和頻分量，輸出的差頻分量為一個固定頻率的中頻信號，再經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器即可恢復(fù)出信源發(fā)射的信號。

2 跳頻通信系統(tǒng)信號分析

信號分析假定系統(tǒng)中信息的調(diào)制方式為2PSK調(diào)制。信源信號a(t)為一個雙極性數(shù)字信號，表示為：

式中an為信息碼，取值為+1或-1。

為信息碼的碼元寬度。

接收端接收的信號為：

式中，k為傳輸信號的衰減系數(shù)，取值為0～1之間，N(t)為系統(tǒng)中的各種干擾，暫不考慮。

帶通濾波器的輸出r''(t)即為差頻部分，

r''(t)經(jīng)過解調(diào)器恢復(fù)出原始信號a(t)，即為最終輸出信號a'(t)。

3 系統(tǒng)仿真

3.1 跳頻器仿真

由圖1可見，跳頻器是跳頻通信系統(tǒng)的核心部件。為便于學(xué)生理解，筆者設(shè)計跳頻器仿真模型如圖2所示。

圖2 跳頻器仿真模型圖

圖2中的PN碼通過串并變換支路變成4路信號并行輸出，輸入到4-16線譯碼器，譯碼器輸出端的邏輯電平控制16個單刀雙擲開關(guān)最后經(jīng)過一加法器共產(chǎn)生16個跳變的載波，跳頻器仿真的時域結(jié)果如圖3所示。

圖3 跳頻器仿真時域圖

頻域結(jié)果如圖4所示。

圖4 跳頻器仿真頻域圖

從整個仿真過程可以看出PN碼控制頻率合成器產(chǎn)生跳變的載波，另從圖4的頻譜結(jié)構(gòu)可以看出共產(chǎn)生了16個跳變的載波，某一單獨(dú)時刻的載波頻率取值是由PN碼確定的，且為16個載波當(dāng)中的一個。

3.2 系統(tǒng)仿真

圖5為整個跳頻通信系統(tǒng)的仿真圖。

圖5 系統(tǒng)仿真圖

從圖5b可以看到s(t)在對應(yīng)a(t)的每一個碼元持續(xù)時間內(nèi)不但有頻率的變化，也有載波的初始相位的變化，將其與對a(t)直接進(jìn)行2PSK調(diào)制后的波形進(jìn)行對比，更能進(jìn)一步加深對跳頻通信的理解。且最后的輸出a'(t)與信源信息a(t)波形完全一致，只是時間稍有延遲，仿真結(jié)果與理論分析一致。從圖5cs(t)的頻譜圖可以看出跳頻已調(diào)信號在某一時刻是窄帶的，但是從整個時間來看是寬帶的、跳變的。

4 結(jié)語

擴(kuò)頻通信是當(dāng)今社會先進(jìn)無線電通信技術(shù)之一，不僅在軍事通信中占有重要地位，其在民用通信中的應(yīng)用也越來越廣泛，培養(yǎng)適應(yīng)社會科技發(fā)展、掌握擴(kuò)頻通信技術(shù)相關(guān)的人才日益迫切。鑒于此，本文探討SystemView在擴(kuò)頻通信的重要內(nèi)容之一跳頻通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，使學(xué)生能夠更好地掌握相關(guān)內(nèi)容，更容易理解抽象的相關(guān)知識點(diǎn)，提高學(xué)生的動手能力和實(shí)踐能力，以滿足社會人才需求。