基于MATLAB的通信原理課程教學(xué)仿真研究

武威職業(yè)學(xué)院　李　鵬　袁　萍

基于MATLAB的通信原理課程教學(xué)仿真研究

武威職業(yè)學(xué)院李鵬袁萍

在信息通信的專業(yè)教學(xué)中，通信原理是最主要的學(xué)習(xí)課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)該專業(yè)的前提和條件。將通信原理課程良好的傳達(dá)給學(xué)生將會(huì)為學(xué)生專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，也是學(xué)生未來(lái)從事研究或者工作的重要保障。在現(xiàn)實(shí)的教學(xué)過(guò)程中，幾乎所有的學(xué)校都購(gòu)置了健全的實(shí)驗(yàn)的裝置和設(shè)備，但是進(jìn)行單純的實(shí)驗(yàn)并不能解決學(xué)生在認(rèn)識(shí)上的問(wèn)題，只是要求學(xué)生照本宣科進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)內(nèi)在原理和理論基礎(chǔ)的教學(xué)重視不足，并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。所以，本文特以此為研究主題，進(jìn)行深入細(xì)致的探討，從基礎(chǔ)理論著手，研究基于MATLAB的數(shù)學(xué)與通信原理的相互關(guān)系，以期獲得建設(shè)性成果。

MATLAB；通信原理；教學(xué)仿真；調(diào)幅

1　通信原理課程

毋庸置疑，在信息通訊領(lǐng)域，通訊原理是重要的基本課程。在學(xué)校教育中，大都購(gòu)置了健全的實(shí)驗(yàn)器材，但是在利用還有一定的問(wèn)題，比如實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容沿用傳統(tǒng)的知識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理缺乏認(rèn)識(shí)和講解，缺乏科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方式。導(dǎo)致該專業(yè)的學(xué)生難以掌握真正的運(yùn)行原理，參與度不高，學(xué)生積極性下降，難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)目的。

通信原理主要有幾個(gè)方面的內(nèi)容：數(shù)學(xué)； 模擬通信； 數(shù)字通信和同步接收。這幾個(gè)方面的內(nèi)容共同構(gòu)成通信原理這一整體，其中學(xué)生掌握起來(lái)最難的應(yīng)該是模擬通信中的數(shù)學(xué)，因?yàn)樯婕暗椒蔷€性的電子線路，而這也是學(xué)習(xí)相關(guān)學(xué)科的重要前提和條件，在教學(xué)過(guò)程中，這就是學(xué)生最難以理解的地方，也應(yīng)該是學(xué)生最應(yīng)該熟悉的地方。從原理上而言，主要包括兩方面最重要的內(nèi)容：調(diào)制與解調(diào)；編碼與譯碼。前者是在模擬部分的，后者是在數(shù)字部分的。也有不少教科書把這兩者結(jié)合起來(lái)，統(tǒng)一稱為編譯碼。

2　MATLAB通信原理及其應(yīng)用

MATLAB是由西方國(guó)家設(shè)計(jì)的一款進(jìn)行通信實(shí)驗(yàn)的軟件，具有其特定的數(shù)據(jù)研究模式。把大量的計(jì)算過(guò)程和精密的計(jì)算數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生出用戶所需要的表達(dá)結(jié)果，無(wú)論是模型化的運(yùn)算，還是數(shù)據(jù)的研究與分類，在當(dāng)前學(xué)術(shù)界具有重要的研究意義和價(jià)值，深受廣大研究者青睞，其應(yīng)用前景非常廣泛。

在具體的教學(xué)中，MATLAB可以真正的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值，對(duì)真實(shí)情形進(jìn)行模仿，寓之于通信專業(yè)的基本理論和知識(shí)，提升學(xué)生對(duì)于專業(yè)內(nèi)涵的了解和認(rèn)知，在學(xué)生掌握知識(shí)的同時(shí)，還能對(duì)概念原理有切身的體會(huì)，有感性和理性的雙重認(rèn)識(shí)。MATLAB還會(huì)為使用者創(chuàng)造豐富的系統(tǒng)服務(wù)，主要服務(wù)于通信計(jì)算的應(yīng)用，常見(jiàn)的的有信息編碼，調(diào)制和解調(diào)等一系列實(shí)用性強(qiáng)的工具。

3　基于MATLAB的通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)舉例

在教學(xué)過(guò)程中，不少教育教師都通過(guò)MATLAB 對(duì)學(xué)生進(jìn)行授課，幫助學(xué)生建立起系統(tǒng)學(xué)習(xí)的方法，建立模型來(lái)參與討論。

3.1建立仿真的通信結(jié)構(gòu)

通過(guò)研究中波收音機(jī)并對(duì)之進(jìn)行原理的了解，建立類似的模型，對(duì)其運(yùn)行原理也進(jìn)行刻畫，通過(guò)不同傳輸頻率發(fā)送不同的數(shù)據(jù)信號(hào)，總之進(jìn)行全真的模擬。同時(shí)，對(duì)接收機(jī)也進(jìn)行連接，結(jié)合收音機(jī)的傳送波段，也設(shè)置固定的頻率來(lái)接受收音機(jī)的發(fā)送信號(hào)。一般而言，接收機(jī)的頻率段為550～1605kHz。在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，也要設(shè)置兩個(gè)子系統(tǒng)，設(shè)置兩個(gè)固定的不同頻率的發(fā)射機(jī)，以此支撐整個(gè)模擬系統(tǒng)，完善仿真效果。

3.2模擬通信系統(tǒng)的仿真

因?yàn)樵趯?shí)際工作中，因?yàn)榫嚯x的不同會(huì)導(dǎo)致傳送的衰減，所以在模擬中用Gain1、Gain2 不同的距離實(shí)施衰減，并在進(jìn)入接收機(jī)前附加上白噪聲。這個(gè)仿真模型并不會(huì)有濾波器和高頻放大器，不對(duì)之進(jìn)行鑒別和選擇，全部予以吸收。混頻接收機(jī)的本機(jī)信號(hào)要比普通接收信號(hào)高，只有如此，才能在接收信號(hào)和本機(jī)震蕩中進(jìn)行乘法計(jì)算后，使其產(chǎn)生中頻的信號(hào)，以此帶通濾波器Analog FilterDesign1 選出，進(jìn)而被中頻放大器所作用。之后，這一信號(hào)會(huì)通過(guò)Analog Filter Design2 來(lái)傳送到另外的解調(diào)器中，其中的不符合頻率要求的就會(huì)被消除。Gain3 的主要作用就是擴(kuò)大其中的夾帶信號(hào)，還可以觀察這一活動(dòng)前后的變化。這種濾波器是2階帶同的，頻率為465kHz，另一種低的通濾波器降低一個(gè)層次，頻率也相應(yīng)減少。壓控振蕩器的頻率則為一般水平，靈敏度也相應(yīng)較低，目的是使其輸出的頻率與輸入的和中頻的頻率的和是一樣的。比如說(shuō)，當(dāng)輸入100的情況下，就會(huì)輸出1465kHz 的頻率，正好與接收載是1000Hz 的信號(hào)。因此，輸入端的數(shù)額就等同于接收機(jī)的直接信號(hào)。在模型中也進(jìn)行了相應(yīng)的變動(dòng)，對(duì)接收機(jī)的信號(hào)接收可以進(jìn)行變化，為了更好的了解接收機(jī)的輸出情況。就如例子所言，接收機(jī)的傳送增益一般是不會(huì)變動(dòng)的，而對(duì)于大赫茲電臺(tái)的影響就比較大，解調(diào)的幅度必然會(huì)隨之增加。解調(diào)的變動(dòng)行會(huì)與接收到的信號(hào)成一定的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)這種關(guān)系，也可以用來(lái)判斷接受信號(hào)。

4　結(jié)束語(yǔ)

MATLAB對(duì)通信專業(yè)的學(xué)習(xí)具有重要作用，會(huì)產(chǎn)生積極的仿真效果，并在此過(guò)程中將專業(yè)性原理貫穿于模擬系統(tǒng)中，寓理論于實(shí)際當(dāng)中。這種方式可以在一定程度上模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)過(guò)程產(chǎn)生積極的影響，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，提升了教學(xué)的質(zhì)量和效果，學(xué)生可以在模擬仿真中自由的思考和參與，學(xué)習(xí)的自主性和積極性增強(qiáng)，對(duì)知識(shí)和理論的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化，促進(jìn)學(xué)習(xí)過(guò)程的科學(xué)化發(fā)展。

筆者運(yùn)用在課程教學(xué)中的實(shí)際例子，真實(shí)具體的通過(guò)實(shí)驗(yàn)把死板的理論形象的展示出來(lái)，減少了實(shí)驗(yàn)的繁瑣程序，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)的流程，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方式，是一種成功的研究性實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。更深層次上也可以說(shuō)這體現(xiàn)了教育理念的更新，以往的實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要是教師在主導(dǎo)，將知識(shí)和理論強(qiáng)加于學(xué)生身上，不講求任何技巧和效率，導(dǎo)致學(xué)生的吸收效率較低。而這種方式則大大提升了學(xué)生的教育參與度和積極性，學(xué)生開(kāi)始主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)思考，主動(dòng)掌握實(shí)驗(yàn)的內(nèi)在原理，學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的能力都得到了提升，為立志于研究性和應(yīng)用性專業(yè)發(fā)展的學(xué)生奠定了良好的基礎(chǔ)，教育的最終目的得以實(shí)現(xiàn)，這種科學(xué)有效的教學(xué)方式應(yīng)該被支持和推廣。

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［3］王俊峰，孫江峰.通信原理MATLAB 仿真教程［M］.人民郵電出版社，2010.

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