MATLAB在通信專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

胡耀軍 趙 源

[摘 要]通信專業(yè)的教學(xué)因教學(xué)設(shè)備不足和實(shí)際工作環(huán)境制約,使學(xué)生對抽象的知識難以理解,教學(xué)效果一直不理想。在實(shí)際教學(xué)中,通過逐步引導(dǎo)學(xué)生自己應(yīng)用MATLAB軟件對通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大大增強(qiáng),知識掌握相對牢固,專業(yè)技能水平顯著提高。

[關(guān)鍵詞] MATLAB;系統(tǒng)仿真;通信專業(yè)

[中圖分類號] G712[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1008-4738(2009)06-0089-03

[收稿日期] 2009-10-20

[項(xiàng)目來源] 十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院教研課題“Matlab在電子信息專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用”(2006JB07)。

[作者簡介] 胡耀軍(1971-),男,十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系講師,研究方向:電子實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn);趙 源(1979-),男,十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系講師,研究方向:移動通信。

一、職業(yè)教育中的信息系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)在通信專業(yè)教學(xué)的最大瓶頸莫過于抽象的知識讓學(xué)生難以理解,而在實(shí)驗(yàn)中只能實(shí)現(xiàn)一些驗(yàn)證性的功能。在學(xué)生的實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中,由于通信系統(tǒng)的特殊性決定了大多數(shù)高等院校很難引進(jìn)。通信行業(yè)、企業(yè)中的運(yùn)行設(shè)備又不可能直接供學(xué)生操作,所謂的參觀實(shí)習(xí)只能是走馬觀花,使學(xué)生有一些簡單的印象而已。與此同時,專業(yè)教師們在課堂中的諄諄教誨顯得更加蒼白無力。在這樣的背景下,大多數(shù)通信專業(yè)的畢業(yè)生由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的匱乏導(dǎo)致通信企業(yè)對他們的滿意度不高,這一點(diǎn)對于高職畢業(yè)生而言尤其致命。

系統(tǒng)仿真(Simulation)技術(shù)也稱為系統(tǒng)模擬技術(shù)[1],一般用于實(shí)際工程中對系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建及分析。在眾多的仿真軟件中,MATLAB/Simulink以其獨(dú)特的魅力成為通信系統(tǒng)仿真中應(yīng)用最為廣泛的工具之一。其特點(diǎn)體現(xiàn)在:(1)采用跨平臺數(shù)學(xué)語言,不依賴于操作系統(tǒng)類型;(2)編程效率高,可讀性、可靠性、可移植性超越了其他語言;(3)語法簡單,使用數(shù)學(xué)語言描述;(4)精確度高;(5)繪圖功能強(qiáng)大;(6)操作簡單,結(jié)果直觀[2]。這些優(yōu)點(diǎn)決定了MATLAB/Simulink在通信專業(yè)的教學(xué)中能發(fā)揮出它的最大效用。

二、通信專業(yè)教學(xué)中MATLAB的具體應(yīng)用

有鑒于此,我們在與大量的專業(yè)教師以及實(shí)際通信工程人員溝通之后,通過一個教學(xué)周期的實(shí)踐開辟了一條工程仿真與專業(yè)教學(xué)結(jié)合之路。

第一步:推廣MATLAB軟件在基礎(chǔ)的高等數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中應(yīng)用,使大學(xué)生對MATLAB有一個初步的印象。因?yàn)閯倓傔M(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí),數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較為薄弱,所以我們先是介紹基本的MATLAB操作方法,并手把手地教會學(xué)生如何利用MATLAB解決高等數(shù)學(xué)中的相應(yīng)問題以培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣。

如設(shè):f(x)=-e^{-(x-2)2cosπx},g(x)=4cos(x-2)計(jì)算區(qū)間[0,4]上兩曲線所圍面積。

解:先畫出圖形,

>> dx=input('dx= ') ;x=0:dx:4;

>> f=exp(-(x-2).^2.*cos(pi*x));

>> g=4*cos(x-2);

>> plot(x,f,x,g,':r')

然后算出兩曲線所圍面積

functione = exn532f(x)

e1=exp(-(x-2).^2.*cos(pi*x))- 4*cos(x-2);

e = (e1>=0).*e1;

>> s=quad('exn532f',0,4)

結(jié)果為:s= 2.30330244952618

經(jīng)過試驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)通過這種方法學(xué)生們不但能夠很快對MATLAB產(chǎn)生興趣,同時他們的數(shù)學(xué)水平以及思維能力都有顯著提高。

第二步:在開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)課程的同時,我們再引導(dǎo)學(xué)生將MATLAB/Simulink應(yīng)用于基礎(chǔ)的數(shù)字及模擬電路中進(jìn)行仿真分析求解。

如:復(fù)位積分器的功用示例

圖(圖2)中不但明確地顯示了積分器的數(shù)學(xué)建模過程及結(jié)構(gòu),同時也顯示出了積分器的功能及積分結(jié)果。使學(xué)生更加深入掌握電路的建模過程的同時對電路功能有了較為深刻的理解。在使用MATLAB/Simulink做系統(tǒng)仿真時,我們可以靈活地將系統(tǒng)的參數(shù)按照自己的意愿做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,這樣在分析結(jié)果的時候更加有利于學(xué)生對系統(tǒng)本身性能的理解和相應(yīng)知識的掌握。

第三步:通過了在公共課程及專業(yè)基礎(chǔ)課程中的引導(dǎo)及訓(xùn)練,在通信專業(yè)課程開設(shè)之前學(xué)生對MATLAB/Simulink的理解和應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了較高的水平了。這時就可以在專業(yè)課程中通過教師的指導(dǎo)讓學(xué)生們自己應(yīng)用MATLAB/Simulink軟件對相應(yīng)的通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。通過下面的例子我們可以看出MATLAB/Simulink仿真對學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)有著極大的幫助作用。

如:在介紹頻分復(fù)用時,傳統(tǒng)的方法是由教師講解原理并繪制信號流程圖形輔助講解,由于沒有實(shí)際系統(tǒng)的概念學(xué)生們的理解大都停留在抽象的理論層面,當(dāng)有了MATLAB/Simulink來做輔助的仿真實(shí)踐時理解起來就不會感到吃力了。

首先,引導(dǎo)學(xué)生自己建立頻分多址系統(tǒng)模型[3],如圖3:

在老師的幫助下理解系統(tǒng)各部分的功能,并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)(在此時要講解設(shè)置參數(shù)的目的和要求)。然后通過觀察各個示波器波形,加深對系統(tǒng)各個模塊功能以及其在系統(tǒng)中的作用的理解。

系統(tǒng)接收到的波形如下圖:

三用戶的原始信號與解調(diào)出來的信號,如圖5:

通過對波形的分析很容易給學(xué)生清晰地講解頻分多址系統(tǒng)的原理及應(yīng)用。我們還可以根據(jù)MATLAB/Simulink仿真軟件的靈活特性將示波器、頻譜儀等儀器放在系統(tǒng)收發(fā)兩端任意節(jié)點(diǎn)來觀測信號在系統(tǒng)中的流程及通過各個功能模塊時的變化情況。如此可以加深學(xué)生對系統(tǒng)的理解,使之對通信的整個過程有一個感官上的認(rèn)識,從而可以更好地掌握專業(yè)知識。

第四步:在畢業(yè)設(shè)計(jì)中,教師通過一些通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)或者系統(tǒng)分析的可操作性強(qiáng)的項(xiàng)目,采取實(shí)際見習(xí)及系統(tǒng)仿真相結(jié)合的方式,讓學(xué)生自主完成。以達(dá)到鞏固學(xué)生通信系統(tǒng)和通信技術(shù)知識、技能的目的。

三、結(jié)論

在完成以上幾個教學(xué)步驟之后,我們發(fā)現(xiàn),與往屆相比通過這種方法培養(yǎng)的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大大增強(qiáng),知識掌握相對牢固,專業(yè)技能水平顯著提高。同時,通過這種教學(xué)方式教師能夠把抽象枯燥的專業(yè)課程內(nèi)容變成一種容易掌握的可操作性強(qiáng)的直觀知識傳授給學(xué)生。教學(xué)效果大大提高。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008:2.

[2] 趙 靜.基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008:5.

[3] 徐明遠(yuǎn).MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2005:208.

Application of MATLAB in Communication Specialty

HU Yao-jun,ZHAO Yuan

(Dept.of Electronics Eng., Shiyan Technical Institute, Shiyan 442000, China)

Abstract:Students find hard to comprehend abstract knowledge with insufficient teaching devices and real working conditions. The introduction of MATLAB in teaching helps students carry out simulated analysis of telecommunication system, and greatly enhances students' interests and study performance as well as promotes their professional proficiency.

Key words: MATLAB; system simulation; telecommunication