何國棟，謝小娟，馮友宏，楊凌云，王再見

(安徽師范大學物理與電子信息學院，安徽蕪湖241000)

通信技術(shù)發(fā)展迅速，對高等學校通信專業(yè)的教學方法和培育模式提出了越來越高的要求。只有以創(chuàng)新的教學理念，卓越工程師的培養(yǎng)要求，理論結(jié)合實際的教學方法，才能培養(yǎng)出理論功底扎實、實踐能力強的創(chuàng)新型綜合素質(zhì)人才?！锻ㄐ旁怼纷鳛橥ㄐ艑I(yè)的核心專業(yè)課，直接影響學生的理論功底、專業(yè)素養(yǎng)和后續(xù)專業(yè)課程的學習，因此提高該課程的教學方法具有重要的理論意義和實際意義。

本文介紹了MATLAB編程軟件，并將其應用到通信原理的教學實踐中，能輕松闡述書中復雜的理論知識和工程知識;介紹了工程中常用的眼圖知識，并通過MATLAB對其仿真分析，生動形象地描述了眼圖的原理，理論與實踐相結(jié)合，獲得了較好的教學效果［1］。

1 MATLAB 介紹［2］

MATLAB是由美國The Mathworks公司推出的一款優(yōu)秀的數(shù)學軟件，其名字是Matrix Laboratory(矩陣實驗室)這兩個單詞各取前3個字母的組合。MATLAB軟件界面友好，編程語言簡潔易懂。最初MATLAB是數(shù)學上用來對矩陣進行運算的工具，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成最重要的科研工具之一，被廣泛應用于數(shù)學建模、控制系統(tǒng)設(shè)計與分析、信號處理、圖像處理、金融分析等領(lǐng)域。它還有一個配套的Simulink可視化圖形開發(fā)平臺，常用來進行系統(tǒng)建模仿真、系統(tǒng)開發(fā)等。

2 眼圖

在實際的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，由于受到碼間串擾和噪聲的影響，無法實現(xiàn)理想的傳輸特性，從而導致系統(tǒng)性能的降低。在實際工程中，由于具體的理論數(shù)值分析較復雜，為快速簡便評價系統(tǒng)的性能，在接收端通常使用眼圖來定性的對系統(tǒng)進行評價。

所謂眼圖，是指通過用示波器觀察接收端的基帶信號波形，從而估計和調(diào)整系統(tǒng)性能的一種方法［3］。將接收的信號接在示波器上，示波器的掃描周期設(shè)置為碼元的周期，由于示波器的顯示器的余輝作用，掃描所得到的每個周期的波形疊加到一起，形成了一種特殊的波形，當數(shù)字信號為二進制時，示波器觀測的波形很像一個眼睛，故取名為“眼圖”。

圖1 眼圖模型分析

圖1所示是眼圖的分析模型圖，從圖中可以獲得以下信息:

1)最佳抽樣時刻:圖中眼睛張開最大的時刻;

2)定時誤差靈敏度:眼圖斜邊的斜率，斜率越大，對定時越敏感;

3)抽樣失真:陰影區(qū)的垂直高度表示信號受噪聲的干擾程度，也即噪聲的變換范圍;

4)判決門限電平:提供了最優(yōu)的判決門限電平值;

5)噪聲容限:數(shù)字系統(tǒng)抗噪聲的最大幅度，若噪聲超過這個容限，系統(tǒng)誤判概率較大;

6)過零點失真:系統(tǒng)零點值的變化范圍，此值越大，不利于系統(tǒng)定時信息的提取。

3 仿真分析

眼圖是工程應用中一種重要的系統(tǒng)性能分析方法，但教學中理論講授不利于學生掌握眼圖的分析方法，為了提高教學效果，便于學生掌握，可以應用相關(guān)仿真軟件對其進行仿真分析，直觀描述眼圖原理。常用的仿真工具有:MATLAB、Systemview、Multisim等，但后幾種軟件噪聲的產(chǎn)生較復雜，而MATLAB提供了豐富的噪聲函數(shù)供通信仿真使用，只需一句函數(shù)命令即可實現(xiàn)噪聲。下面應用MATLAB編程實現(xiàn)眼圖的仿真分析。

MATLAB眼圖仿真分析主要過程如下:

1)隨機生成離散數(shù)字信號;

2)為了提高抗碼間串擾，應用升余弦脈沖成形將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，升余弦脈沖公式為:

3)設(shè)置接收信號示波器掃描時間，即MATLAB圖像顯示窗口，顯示無碼間串擾信號眼圖;

4)加入適量的加性高斯白噪聲，并設(shè)置接收信號示波器掃描時間，顯示含噪信號眼圖。

程序運行結(jié)果如圖2～5所示。為更好地模擬實際的系統(tǒng)，仿真采用隨機函數(shù)生成隨機信號，圖2為產(chǎn)生的隨機信號。為便于教學理解，給出了升余弦脈沖信號波形，如圖3所示。圖4為無噪聲理想信號眼圖，從圖中可以看到一個張開很大的“眼睛”，由于沒有噪聲和碼間串擾，眼圖非常干凈，系統(tǒng)性能好。圖5為含噪聲信號眼圖，從圖中可以看到圖1眼圖模型的效果，可以對照分析系統(tǒng)的性能，例如+1和－1表示二進制等概率數(shù)字信號，最優(yōu)的判決門限電平為0 V。

圖2 隨機數(shù)字信號

圖3 升余弦脈沖成形信號

圖4 無噪聲理想信號眼圖

圖5 含噪聲信號眼圖

4 結(jié)論

MATLAB是一款優(yōu)秀的編程軟件，語法簡單，功能強大，可以將其應用到通信原理課程的教學中，達到事半功倍的學習效果。對工程中常用的眼圖進行仿真分析，將復雜抽象的理論知識通過圖形直觀描述，理論結(jié)合實際，激發(fā)了學生的學習興趣，在實際教學中獲得了較好的效果。

［1］羅萬團.基于MATLAB的通信原理課程的教學研究［J］.科教導刊，2013(13):104 －105.

［2］劉敏，魏玲.MATLAB通信仿真與應用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2007.

［3］樊昌信，曹麗娜.通信原理［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2012.