1、ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 42 卷 第 2 期Vol42 No22023 年 2 月Feb 2023DOI:10 19927/j cnki syyt 2023 02 030基于 LabVIEW 的最佳传输系统设计蒲秀娟，韩亮，韩庆文，胡浩(重庆大学 微电子与通信工程学院，重庆 400044)摘要:数字传输分为基带传输和带通传输两大类。最佳传输系统定义为消除了码间干扰且抗噪性能最理想的系统，是数字通信原理教学中的重点、难点。基于LabVIEW 软件仿真设计最佳基带传输系统和最佳带通传输系统，最佳基带传
2、输系统中的脉冲成形滤波器和匹配滤波器通过公式节点编写实现;最佳带通传输系统中的脉冲成形滤波器和匹配滤波器调用 LabVIEW 自带的模块实现。实验结果表明，设计并实现的最佳基带传输系统和最佳带通传输系统性能良好，抗噪声能力强。基于 LabVIEW 的最佳传输系统设计不仅可以提高学生的学习兴趣，还有助于培养学生的工程实践能力和创新能力。关键词:最佳传输系统;基带传输;带通传输;LabVIEW 软件中图分类号:TN 914文献标志码:A文章编号:1006 7167(2023)02 0147 05Design of Optimum Transmission System Based on LabVI
3、EWPU Xiujuan，HAN Liang，HAN Qingwen，HU Hao(School of Microelectronics and Communication Engineering，Chongqing University，Chongqing 400044，China)Abstract:Digital transmission is divided into baseband transmission and bandpass transmissionThe optimumtransmission system is defined as the system that eli
4、minates intersymbol interference and has the optimum anti-noiseperformance Aiming at the key and difficult problems in the teaching of digital communication principle，an optimumbaseband transmission system and an optimum bandpass transmission system are designed based on LabVIEW The pulseshaping fil
5、ter and matched filter in the optimal baseband transmission system are realized by writing formula nodes Thepulse shaping filter and matched filter in the optimal band-pass transmission system are realized by calling the module ofLabVIEW The experimental results show that the optimum baseband transm
6、ission system and the optimum bandpasstransmission system have good performance and strong anti-noise performance The optimum transmission system designbased on LabVIEW can not only improve studentslearning interest，but also help to cultivate studentsengineeringpractice ability and innovation abilit
7、yKey words:optimum transmission system;baseband transmission;bandpass transmission;LabVIEW software收稿日期:2022-09-12基金项目:教 育 部 产 学 合 作 协 同 育 人 项 目(201902284010，202102455015);重庆市重点教改项目(222006)作者简介:蒲秀娟(1979 )，女，四川隆昌人，博士，讲师，研究方向为信号处理。Tel:13983752477;E-mail:puxj cqu edu cn0引言数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。基带传输指不使用载
8、波调制而直接进行传输的通信方式。带通传输则包含了调制、解调过程。最佳基带传输系统定义为消除了码间干扰且抗噪性能最理想的系统，主要研究内容涉及码间干扰的消除和抗噪声性能分析。在最佳基带传输系统基础上添加调制、解调等模块可构建最佳带通传输系统。最佳基带传输系统是最佳带通传输系统的基础，研究最佳基带传输系统意义十分重大1-4。最佳基带传输系统是数字通信原理课程教学中的第 42 卷重点和难点内容之一。由于其概念抽象、内容多，易使学生对抽象的理论知识产生畏难心理，需要通过实验环节来巩固和加强对理论知识的掌握。另一方面，引导学生完成最佳传输系统设计，有助于进一步培养学生应用所学知识进行通信系统设计的能力5
9、-6。目前大多数高校主要通过两种方式开展数字通信原理实验，一种是在实验箱上开展硬件实验，这种方式学习形式单一，学生自主设计的内容少7-8;一种是在Matlab、SystemView 和 LabVIEW 等软件平台上开展仿真，这种方式有助于学生对理论知识的理解，是现在普遍采用的实验方法9-11。LabVIEW 是一种图形化编程语言的开发环境，采用图形模式的结构框图构建程序代码，功能强大，适合通信 系 统 的 设 计、分 析 与 应 用12-13。本 文 基 于LabVIEW 软件，在确保实验内容与教学内容有机结合的前提下，仿真设计最佳基带传输系统和最佳带通传输系统。实践证明该仿真设计有助于提高学
10、生的学习兴趣，培养学生工程实践能力和创新能力，实现教与学的良性互动。1最佳基带传输系统工作原理数字基带传输系统的基本组成框图如图 1 所示。图 1数字基带传输系统方框图它主要由发送滤波器(信道信号形成器)、信道、接收滤波器和抽样判决器组成。为保证系统可靠、有序地工作，还应有同步系统1-3。设发送滤波器的传输特性为 GT()，信道的传输特性为 C()，接收滤波器的传输特性为 G()，则基带传输系统的总传输特性为H()=GT()C()G()(1)假设信道的传输特性 C()=1。于是，基带传输系统的传输特性变为H()=GT()G()(2)最佳基带传输系统是消除了码间干扰且差错概率最低的传输系统。为消
11、除码间干扰，要求 H()必须满足无码间串扰频域条件:ki=1H+2iT()s=Ts，Ts(3)式中，k 为将 H()以 2/Ts分段所得的分段数。满足无码间串扰频域条件的 H()常用的有 2种，第 1 种为理想低通型:HILP()=Ts/Ts0/Ts(4)其冲激响应为hILP(t)=sin(/Ts)t(/Ts)t=sinc(t/Ts)(5)第 2 种为余弦滚降特性:HC()=Ts，0(1 )TsTs21+sinTs2Ts()，(1 )Ts(1+)Ts0，(1+)/Ts(6)相应的冲激响应为hC(t)=sin(t/Ts)t/Tscos(t/Ts)1 42t2/T2s(7)式中:为滚降系数，用于描
12、述滚降程度。为获得最佳接收，即差错概率最小，在 H()满足无码间串扰频域条件下，要求GT()=G()=H1/2()(8)2最佳基带传输系统的仿真设计数字基带传输系统仿真设计原理框图如图 2所示。图 2数字基带传输系统仿真设计原理框图符号映射模块将 0、1 单极性传输 bit 转换成 1、1双极性传输 bit，然后进行上采样，在两个 bit 之间插入0 值，形成一定符号周期的基带传输码。基带传输码对应的基本波形通常是矩形脉冲，其频谱很宽，不利于传输。脉冲成形滤波器用于压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜信道传输的基带信号波形，再送入信道。接收方匹配滤波器接收含噪声的信号并抽样判决，恢复基带信号1
13、4。由 1 节可知，图 2 中的脉冲成形滤波器和匹配滤波器是设计的重点和难点，可通过公式节点编写或调用 LabVIEW 自带的滤波器模块实现。为让学生更好地理解滤波器原理和数字基带传输系统的工作过程，本文在最佳基带传输系统设计时通过公式节点编写设计滤波器;在最佳带通传输系统设计时直接调用LabVIEW 自带的滤波器模块15。考虑到式(8)在代码编写时有一定的难度，难以获得对应于 H1/2()的冲激响应。采用 GT()=H()，G()=1 这一简化的形式设计最佳基带传输系统。即脉冲成形滤波器传输函数符合理想低通特性或余弦滚降特性，匹配滤波器传输函数为 1。841第 2 期蒲秀娟，等:基于 Lab
14、VIEW 的最佳传输系统设计参照图 2 设计的最佳基带传输系统仿真设计程序框图如图 3 所示。图 3最佳基带传输系统仿真设计程序框图图 3 中主要包括符号映射、上采样、成形函数、脉冲成形、信道和抽样判决几个模块。实验结果如图 4所示。图 4最佳基带传输系统仿真设计结果(升采样因子为 100)图中纵坐标是相对幅度，用“A”表示。由图 4 可见，输入数组“1010001111”经符号映射模块转化为双极性信号“1-11-1-1-11111”，上采样后与 Sinc 函数或cosin 函数进行卷积运算，输出一串 Sinc 函数波形或者 cosin 函数波形。低噪声条件下接收方通过抽样判决，恢复原信号。缩
15、小升采样因子，输出的 Sinc 函数或 cosin 函数的峰值间隔将减小。当升采样因子为 4 时，Sinc 函数或 cosin 函数对应的脉冲成形滤波器输出叠加前波形及对应的眼图如图 5 所示。由图 4、5 可见，cosin 函数波形比 Sinc 函数波形拖尾衰减明显加快，抗干扰能力更强。3最佳带通传输系统的仿真设计数字带通传输系统基本组成框图如图 6 所示。(a)脉冲成形滤波器输出叠加前波形及眼图(Sinc 函数)(b)脉冲成形滤波器输出叠加前波形及眼图(cosin 函数)图 5数字基带传输系统仿真设计结果(升采样因子为 4)941第 42 卷图 6数字带通传输系统仿真设计原理框图信源编码后
16、的信号进行数字调制生成复包络信号，带通传输系统中的“向上频谱搬移”。“带通信道”与“向下频谱搬移”3 个单元合并在一起成为等效基带信道。以 多 进 制 相 移 键 控(Multiple Phase ShiftKeying，MPSK)调制方式为例，选择二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)调制，信源编码0 和1 对应的复包络信号分别是 0+j 和 0 j;选择正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)调制，如果选择的 4 个相位偏移分别是/4、3/4、5/4 和7/4，则对应的复包络信号分别是 0 707+j0 707、0 707+j0 707、0 707 j0 707 和 0 707 j0 707。接收端接收含噪声的复包络信号并解调输出，恢复原信号15。设计最佳带通传输系统采用 LabVIEW 自带的调制、解调、脉冲成形滤波器和匹配滤波器等模块。选择脉冲成形滤波器和匹配滤波器为平方根升余弦滚降滤波器，即脉冲成形滤波器和匹配滤波器满足式(8)。参照图 6 设计的最佳带通传输系统仿真设计程序框图如图 7 所示
