應(yīng)用MATLAB仿真軟件在高職通信原理教學(xué)中的思考

摘要：《通信原理》是電子通信專業(yè)的一門(mén)極其重要的專業(yè)課，但是因?yàn)樗碚撔詮?qiáng)、直觀性差，并且涉及許多先修課程，加大了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，特別是對(duì)高職生來(lái)講，公式太多，降低了學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果不理想。同時(shí)仿真軟件能夠仿真許多通信系統(tǒng)，可以引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)際的通信過(guò)程，加深書(shū)本上理論知識(shí)的掌握，起到事半功倍的效果。根據(jù)通信原理課程和高職學(xué)生的特點(diǎn)，提出了一種新的教學(xué)思路：將MATLAB仿真軟件引入到教學(xué)過(guò)程中去，期望通過(guò)教學(xué)方法的改進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，解決學(xué)生的學(xué)習(xí)困難

關(guān)鍵詞：通信原理 MATLAB 高職

中圖分類號(hào)：G43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1引言

《通信原理》是電子通信專業(yè)的一門(mén)極其重要的專業(yè)課，但是因?yàn)樗碚撔詮?qiáng)、直觀性差，并且涉及許多先修課程，加大了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，特別是對(duì)高職生來(lái)講，公式太多，降低了學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果不理想。因此，針對(duì)高職學(xué)生的具體情況，如果在教學(xué)中能夠引人MATLAB仿真軟件，這樣能夠簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，把結(jié)果以圖形的方式表示出來(lái)；同時(shí)仿真軟件能夠仿真許多通信系統(tǒng)，可以引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)際的通信過(guò)程，加深書(shū)本上理論知識(shí)的掌握，起到事半功倍的效果。

美國(guó)MathWorks公司推出的MATLAB專門(mén)以矩陣的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，它是一種科學(xué)計(jì)算和工程仿真軟件。集高性能科學(xué)計(jì)算、結(jié)果可視化和編程于一體的MATLAB，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)還提供了很多的內(nèi)置函數(shù)，矩陣計(jì)算和繪圖功能都非常好，對(duì)從事有關(guān)科學(xué)計(jì)算、信息處理和控制系統(tǒng)等領(lǐng)域的工作比較適用。近年受教學(xué)成本、教學(xué)場(chǎng)所的影響，利用MATLAB仿真通信原理被越來(lái)越多的高校應(yīng)用與教學(xué)中，研究MATLAB仿真具有非常重要的教學(xué)意義。

2 MATLAB在通信原理中的應(yīng)用舉例

2.1用于信號(hào)分析

信號(hào)在通信系統(tǒng)中的傳輸是通信原理研究的重點(diǎn)，大多分析的是信號(hào)的特性，這時(shí)會(huì)涉及大量的數(shù)學(xué)公式，高職生受基礎(chǔ)限制，很難很好的理解公式，如果我們想體現(xiàn)教學(xué)的生動(dòng)性，可以利用函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行人工繪圖，但是這樣畫(huà)出來(lái)的圖精確度不高，也很難畫(huà)。不過(guò)采用MATLAB語(yǔ)言，信號(hào)的頻譜圖則很容易就畫(huà)出來(lái)了。

例1 求單邊指數(shù)函數(shù) 的傅里葉變換，并畫(huà)出相位譜和幅度譜[1]。傳統(tǒng)的方法我們直接把信號(hào)代人傅里葉變換公式求： ，通過(guò)教學(xué)過(guò)程的觀察，學(xué)生們一涉及到數(shù)學(xué)公式就覺(jué)得頭疼，很難準(zhǔn)確計(jì)算，更沒(méi)法繪出對(duì)應(yīng)的圖形。如果我們?cè)诮虒W(xué)中引入MATLAB，運(yùn)行下面所給出的簡(jiǎn)單程序，就會(huì)得到如圖所示的傅里葉變換結(jié)果。

通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的例子，我們可以看到，如果在教學(xué)的過(guò)程中適當(dāng)?shù)囊隡ATLAB工具，把枯燥的計(jì)算過(guò)程轉(zhuǎn)換成了形象的圖形演示，能降低對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)能力的要求，這一點(diǎn)對(duì)高職學(xué)生來(lái)說(shuō)是一福音，可以大大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2適當(dāng)?shù)貙ATLAB仿真引入通信原理實(shí)驗(yàn)，如用來(lái)對(duì)通信系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析

對(duì)數(shù)字基帶通信系統(tǒng)性能造成影響的兩個(gè)主要原因就是噪音和碼間干擾。其中，與碼間干擾有關(guān)的因素是系統(tǒng)的發(fā)送濾波器、接收濾波器特性等，在系統(tǒng)總的特性處于理想低通時(shí)，碼間干擾可完全消除，不過(guò)在現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)中是不可能實(shí)現(xiàn)理想低通濾波器的。所以碼間干擾在實(shí)際情況中一定會(huì)有的，只能通過(guò)設(shè)計(jì)使系統(tǒng)函數(shù)接近理想低通的狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)性能，使誤碼率降低。為使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到因碼間干擾造成的誤碼率，一個(gè)很好的辦法就是觀察眼圖。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法估計(jì)和改善（通過(guò)調(diào)整）系統(tǒng)性能時(shí)在示波器上觀察到的一種圖形，就是眼圖[3]。眼圖的觀察方法有：在接收濾波器的輸出端跨接一個(gè)示波器，在對(duì)示波器掃描周期進(jìn)行調(diào)整，讓其與接收碼元的周期保持一致。這時(shí)通過(guò)示波器上的圖形，觀察到噪聲和碼間干擾的影響，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣程度進(jìn)行估計(jì)。二進(jìn)制信號(hào)波形傳輸時(shí)，示波器顯示出來(lái)的圖形如同人眼，因此得名眼圖。圖2（a） 的雙極性基帶波形由接收濾波器輸出，且無(wú)碼間串?dāng)_，用示波器觀察，并調(diào)整示波器掃描周期至碼元周期Ts，在示波器余輝的作用下，掃描得到的每一個(gè)碼元波形都重疊在一塊，于是形成了圖2（c）所示的跡線細(xì)而清晰的大“眼睛”；圖2（b）的雙極性基帶波形有碼間串?dāng)_，從而導(dǎo)致波形失真，示波器的掃描跡線重合度不高，從而形成雜亂的眼圖線跡，“眼睛”略微地張開(kāi)，并且眼圖不正，見(jiàn)圖2（d）。比較圖2（c）和（d）可得，“眼睛”張的越大，同時(shí)眼圖越端正，說(shuō)明碼間存在越小的串?dāng)_，否則表示碼間有很大的串?dāng)_。

可通過(guò)通信原理實(shí)驗(yàn)箱來(lái)觀察眼圖，還可以利用MATLAB的系統(tǒng)仿真功能來(lái)完成。

例2 產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)方波序列，畫(huà)出通過(guò)升余弦濾波器濾波后，方波的高頻分量成分濾掉后繪出的眼圖[4]

學(xué)生們能夠通過(guò)眼圖的運(yùn)行結(jié)果，對(duì)因碼間干擾造成的信號(hào)混疊看得很清楚，進(jìn)而直觀地認(rèn)識(shí)到誤碼產(chǎn)生的原因，讓他們深刻地理解相關(guān)概念原理。

3 結(jié)語(yǔ)

如果能夠在高職教學(xué)中引入MATLAB，能降低理論學(xué)習(xí)的難度，減少數(shù)學(xué)能力對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響；如果在高職教學(xué)中引入MATLAB，則可以同步實(shí)施教學(xué)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生們對(duì)課堂教學(xué)的內(nèi)容會(huì)理解得更好，并使他們的學(xué)習(xí)興趣更加濃烈，思維空間也隨之而更加開(kāi)闊，從而也可以使教學(xué)效果發(fā)揮得更好。

參考文獻(xiàn)

[1]趙靜等。基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真.北京航天航空大學(xué)出版社，2007：105-109

[2]趙鴻圖等。通信原理MATLAB仿真教程.人民郵電出版社，2010：68-94

[3]樊昌信等。通信原理.國(guó)防工業(yè)出版社，2007：216-208

[4]程鈴等。MATLAB仿真在通信原理教學(xué)中的應(yīng)用：實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010（2）：117-119