MATLAB在通信原理教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：通信原理是工科電子、通信類專業(yè)的基礎(chǔ)課，具有概念抽象、數(shù)學(xué)計(jì)算復(fù)雜、工程應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易感到枯燥乏味、難以理解。本文通過典型實(shí)例設(shè)計(jì)分析為例，闡述了MATLAB虛擬仿真軟件在通信原理課堂教學(xué)中的應(yīng)用。實(shí)踐結(jié)果表明，該方法使抽象的原理形象化，加深并鞏固了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，教學(xué)效果良好。

關(guān)鍵詞：通信原理;Matlab;虛擬仿真

中圖分類號(hào)：G4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：（2020）-29-294

《通信原理》是電子信息工程、通信工程等專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]，是信息、通信類學(xué)生了解和掌握通信的基本概念、原理與技術(shù)的主要課程，也是一門理論性和實(shí)用性都很強(qiáng)的課程。然而，該課程理論性強(qiáng)、概念抽象，難于理解，傳統(tǒng)教與學(xué)的方式，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，學(xué)生感覺枯燥乏味，學(xué)習(xí)效果差。為此，本課程在教學(xué)過程中引入MATLAB仿真工具，對(duì)所學(xué)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行仿真，使學(xué)生直觀地了解經(jīng)過各個(gè)環(huán)節(jié)后信號(hào)的時(shí)頻域特點(diǎn)，使得抽象的模型、信號(hào)“可視化”，有助于加深記憶。

1 MATLAB仿真軟件概述

MATLAB是MathWorks公司出品的科學(xué)計(jì)算軟件，將數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算、圖形處理、系統(tǒng)仿真和程序流程控制等功能集成在統(tǒng)一的環(huán)境中，具有與其他程序設(shè)計(jì)語言連接的應(yīng)用接口[2]，功能強(qiáng)大、使用簡單，工具箱涵蓋范圍廣、專業(yè)性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域。

MATLAB中有專門用于通信系統(tǒng)建模仿真的通信工具箱，包括有通信理論研究、通信系統(tǒng)建模與仿真、通信系統(tǒng)性能分析等方面的絕大多數(shù)專業(yè)函數(shù)。

2 MATLAB仿真軟件在《通信原理》課程中的應(yīng)用

將MATLAB仿真軟件用于《通信原理》課程的輔助教學(xué)，通過仿真演示及修改參數(shù)值等操作，讓學(xué)生觀察不同參數(shù)的變化對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的影響，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解。本文通過標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制（Amplitude Modulation， AM）的仿真，說明在理論教學(xué)中如何應(yīng)用仿真軟件。

2.1 AM基本原理

幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過程[3]。設(shè)調(diào)制信號(hào)為m（t），高頻載波為cosωct，則AM已調(diào)信號(hào)可表示為：

其中，A0為疊加的直流分量，且滿足m（t）max≤A0。AM調(diào)制過程如圖1所示。

AM信號(hào)的頻譜為：

2.2 MATLAB在模擬調(diào)制教學(xué)中的應(yīng)用

在基于MATLAB的仿真教學(xué)中，設(shè)原始模擬信號(hào)為一分段信號(hào)，載波信號(hào)幅度為1V、頻率為200Hz，疊加的直流分量為2V，進(jìn)行AM標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制。原始信號(hào)的波形和頻譜，以及已調(diào)信號(hào)的波形和頻譜如圖2所示。

通過上述仿真，可以非常方便地觀察模擬調(diào)制結(jié)果，而且僅通過部分參數(shù)的修改就可以方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)、載波以及調(diào)制方式的更改。不同參數(shù)仿真結(jié)果的直觀比較，易于學(xué)生對(duì)調(diào)制信號(hào)、載波、調(diào)制方式，以及調(diào)制目等基本理論知識(shí)的掌握。

3 結(jié)束語

通信原理是一門理論性、工程性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，將MATLAB仿真軟件引入到課堂教學(xué)中，有助于加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，提升課堂教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃琳，曹杉杉，熊旭輝.基于matlab的通信原理實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)[J].湖北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017.37（3）：94-98.

[2] 劉衛(wèi)國. MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].高等教育出版社，第3版，2017.8.

[3] 樊昌信，曹麗娜. 通信原理[M].國防工業(yè)出版社，第7版，2017.1.

作者簡介：蔡睿妍（1979.12），女，漢族，黑龍江林甸縣人，工作單位：大連大學(xué)，研究生，副教授研究方向 ：衛(wèi)星通信