Matlab仿真在高職通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

周渝霞

【摘要】? ? 移動(dòng)通信技術(shù)快速發(fā)展，2019年我國對(duì)5G牌照進(jìn)行了發(fā)放。隨著5G逐漸商用，高職學(xué)院需要把5G相關(guān)內(nèi)容納入教學(xué)計(jì)劃，但是由于經(jīng)費(fèi)和教學(xué)場(chǎng)地等各方面給限制，搭建硬件實(shí)驗(yàn)條件有些不易，那么在教學(xué)中采用Matlab進(jìn)行仿真就顯得非常重要。

【關(guān)鍵字】? ? Matlab 仿真? ? 教學(xué)? ? 5G

一、引言

通信產(chǎn)業(yè)在全球高速持續(xù)地發(fā)展，第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5th generation mobile networks，簡(jiǎn)稱5G）是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，也是即4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統(tǒng)之后的延伸。5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。為了適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)人才需求的模式，在專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展過程中，實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中所占的比重越來越大。在實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺的情況下，采用Matlab仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生更好的理解相關(guān)的概念，在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上更好的發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的總體安排

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成，使得教學(xué)效果的有效提高，我們應(yīng)從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣入手，不斷啟發(fā)學(xué)生思考，從而達(dá)到牢固掌握理論知識(shí)和提高實(shí)踐能力的教學(xué)目的。通信中很多概念比較抽象，在學(xué)生學(xué)習(xí)中配合相關(guān)實(shí)驗(yàn)，可以提高教學(xué)質(zhì)量。MATLAB的Communication Toolbox（通信工具箱）中提供了許多仿真函數(shù)和模塊，用于對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，主要包括兩部分內(nèi)容：通信函數(shù)命令和Simulink的Communications Blockset（通信模塊集）仿真模塊，既可以在MATLAB的工作空間中直接調(diào)用工具箱中的函數(shù)，也可以使用Simulink平臺(tái)構(gòu)造自己的仿真模塊。Matlab通信工具箱中的函數(shù)包含：Signal Sources（信號(hào)源函數(shù)）;Signal Analysis function（信號(hào)分析函數(shù)）;Source Coding（信源編碼）;Error Control Coding（差錯(cuò)控制編碼函數(shù)）;Lower Level Function for Error Control Coding（差錯(cuò)控制編碼的底層函數(shù)）;Modulation/Demodulation（調(diào)制/解調(diào)函數(shù)）Special Filters（特殊濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)）;Lower Level Function for Specials Filters（設(shè)計(jì)特殊濾波器的底層函數(shù)）;Channel Functions（信道函數(shù)）等。Matlab仿真可以提供很多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

5G（第五代無線系統(tǒng)）是移動(dòng)電信標(biāo)準(zhǔn)的下一個(gè)主要發(fā)展階段，應(yīng)用范圍最終將涵蓋移動(dòng)寬帶服務(wù)到下一代汽車和設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。5G將實(shí)現(xiàn)更高的移動(dòng)寬帶用戶密度，并支持超可靠的設(shè)備間通信和大規(guī)模機(jī)器類通信。Matlab中新增了5G Toolbox，這款工具箱提供了符合標(biāo)準(zhǔn)的波形和參考設(shè)計(jì)，用于5G通信系統(tǒng)的物理層建模、仿真和驗(yàn)證。

三、基于Matlab的仿真實(shí)例分析

通信類課程涉及到數(shù)學(xué)、電路、信號(hào)等多門課程知識(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大。將Matlab仿真軟件運(yùn)用到通信教學(xué)中，可簡(jiǎn)化計(jì)算過程，把計(jì)算結(jié)果以圖的形式形象地顯示出來，同時(shí)軟件可以仿真很多通信系統(tǒng)，通過改變某些參數(shù)來觀察系統(tǒng)性能，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。Matlab在通信教學(xué)中可以設(shè)計(jì)以下仿真實(shí)例：信源編碼與譯碼、模擬調(diào)制與解調(diào)、數(shù)字調(diào)解與調(diào)制、數(shù)字信號(hào)基帶傳輸、基帶傳輸?shù)恼`碼率、幅度鍵控、相移鍵控、頻移鍵控、正交幅度調(diào)制、直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)、跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)、采樣定理的原理仿真、PCM編碼與解碼、DPCM編碼與解碼、利用OFDM技術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)、利用OFDM技術(shù)設(shè)計(jì)接收機(jī)等。5G寬帶速度的飛躍將通過毫米波 （mmWave） 頻率范圍內(nèi)的大規(guī)模MIMO 通信以及更高效地利用頻譜的新無線電算法實(shí)現(xiàn)。新的設(shè)計(jì)架構(gòu)和算法將影響 5G 系統(tǒng)的各個(gè)方面：從天線到 RF 電子再到基帶算法。

Matlab仿真在5G實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以設(shè)計(jì)以下幾個(gè)實(shí)例：下行鏈路和上行鏈路信道和信號(hào)，編碼方案，傳播信道模型，鏈路級(jí)仿真能夠生成 5G 信號(hào)，仿真端到端 NR PDSCH 鏈路吞吐量，執(zhí)行同步過程，包括在 PBCH 波束掃描情況下的MIB 解碼等。

四、結(jié)論

在通信專業(yè)部分實(shí)驗(yàn)課程中應(yīng)用Matlab仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，既避免了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的短缺，又能完成傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)中難以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，因此，在教學(xué)中采用Matlab仿真實(shí)驗(yàn)，將有利于學(xué)生的理解和提高學(xué)生的綜合分析能力等。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]虛擬仿真技術(shù)在通信原理課程教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐[J]. 張學(xué)敏，鐘菲.? 長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）. 2018（03）

[2] MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用[M]. 西安電子科技大學(xué)出版社 ， 徐明遠(yuǎn)， 2010