Maltab仿真平台在《通信原理》理论教学模式的应用与探索

 摘要： 《通信原理》是高等院校通信工程和电子信息工程等相关专业的一门重要的专业课，对整个电子通信工程专业的学习非常关键。但由于该课程涉及知识面广，概念和原理较为抽象，导致学生往往不容易掌握，从而影响整个专业的学习。本文结合实例阐述了将其运用于《通信原理》教学中，不仅能解决传统教学中存在的弊端，提高教学质量和效率，还可激发学生的学习兴趣，培养学生的动手能力和创新能力，获得比较好的教学效果。
关键词：《通信原理》； Matlab； Simulink工具箱； 仿真

现代通信技术发展日新月异，《通信原理》课程变得愈来愈重要。《通信原理》是高等院校通信工程和电子信息工程等相关专业的一门重要的专业课，在通信工程专业的课程体系结构中起着非常重要的作用，是学习后续课程的基础，但由于课程概念和原理抽象，理论性也很强，对数学基础及其应用要求较高，学生普遍觉得该课程内容空乏，难以掌握和融会贯通。因此，如何有效地提高《通信原理课程的教学质量和效果，加深学生对课程基本理论知识及基本概念的理解，建立起完整的通信系统概念，提高学生理论联系实际的能力，培养学生实践动手能力和分析解决通信工程中实际问题的能力是该课程的教学目标。而实践环节就是实现这一教学目标的重要的教学手段。
目前学生在学习《通信原理》课程时，存在以下几个问题：(1)传统教学方法和手段单一、,直观性差、趣味性差，学生学习兴趣不高；(2)对学生而言，只利用课本中的公式及信号波形图，不能直观、快速地理解各种通信方式及内容；(3)多媒体教学只是简单的将书本内容照搬，对于突破传统教学作用不大。针对上述学习过程中存在的问题及《通信原理》课程的教学目标，将Matlab仿真工具引入到《通信原理》的理论教学中，通过仿真软件把许多通信系统仿真出来，通过改变某些参数来观察通信系统的性能，通过改变现有的教学模式，加深学生对知识的理解和掌握,从而可以获得比较好的教学效果。
1、Matlab 仿真平台在《通信原理》理论教学中的应用实例
对于理论较强的《通信原理》来说，涉及到的都是通信领域的概念，学生学习起来吃力。为了突破传统教学的弊端，可以将理论课堂搬到软件实验室，通过Matlab软件将晦涩难懂的通信理论、信号波形等通过仿真显示在屏幕上，边学边练，从而加强学生对授课内容的理解。例如：对于数字调制部分的ASK调制、解调，教师首先利用多媒体和黑板将ASK的调制解调原理进行讲解：
在ASK调制中，2ASK信号的一般表达式：

其中：

式中：Ts － 码元持续时间；g(t) － 持续时间为Ts的基带脉冲波形：为了方便起见，通常假设是g(t)是高度为1、宽度等于Ts的矩形脉冲； an － 第N个符号的电平取值，若取：

这里，ASK的调制方法采用模拟调制法，解调采用相干解调法，ASK的调制和解调框图分别如图1、2所示：

图1 模拟调制法

图2 相干解调(同步检测法)
学生通过Matlab中的Simulink工具箱对ASK调制解调模型进行搭建，并完成相应的参数设置。
其中sine wave信号源产生正弦载波信号，pulse generator信号源产生方波S（t）序列，正弦载波信号与方波S（t）序列相乘就得到了2ASK信号。模型如图3所示

图3 ASK调制模型
在建立模型的前提下，为了达到最佳仿真效果，要对模型中个模块的重要参数进行设置。pulse generator信号源和正弦载波sine wave的参数设置如图4，5所示：

图4 pulse generator信号源参数设置

图5 sine wave信号源参数设置

对参数进行设置完成后，运行仿真示波器输出的波形如图6所示：

图6 ASK调制各点的波形
图7是ASK的调制解调系统模型

图7 ASK解调模型
2ASK解调仿真模型中重要参数设置。
高斯白噪声的参数设置如图8所示，带通滤波器AnalogFilter Design1的参数设置如

图8，9所示

图8 高斯白噪声的参数设置

图9 带通滤波器的参数设置

低通滤波器AnalogFilter Design的参数设置如图10

图10 低通滤波器的参数设置
对参数进行设置完成后，运行仿真示波器输出的波形如图11所示

图11解调仿真各点的波形

比较图6的调制波形和图11的解调波形可见，经过解调的波形与原调制信号波形基本相同，证明了ASK调制与解调理论的正确性。通过教学实践发现,将理论课搬到实验室的做法不仅可以把抽象的理论形象化，而且可以提高学生的兴趣和积极性。