基于Simulink仿真的數據通信類課程教學研究

李萬益　陳勇昌　張謙　阮錦新

摘 要：Simulink是Matlab中的一種可視化仿真工具。Simulink提供了交互式圖形化環境和可定制模塊庫來對相關模型進行設計、仿真、執行和測試。該工具有助于學生對數據通信類課程的學習，例如數字信號處理，數據通信原理課程，其可以提供給學生一個自主實踐的平臺，這個平臺有助于學生對課本理論的深入理解。本文拿出實際教學案例論證該仿真工具對于教學的促進性。

關鍵詞：Simulink Matlab 數據通信 教學

引言

Simulink是科學計算軟件Matlab的一個主要組件。Simulink其主要仿真工具箱有[1-5]：控制系統工具箱，通信模塊工具箱，數字信號處理模塊工具箱，非線性控制模塊工具箱，定點處理模塊工具箱，狀態流，系統辨識模塊工具箱，神經網絡模塊工具箱， 模糊邏輯工具箱等等。Simulink模塊庫主要包括常用模塊庫，連續函數模塊，非連續函數模塊，離散函數模塊，邏輯控制器模塊庫，數學模塊庫，數據輸出顯示庫，用戶自定義模塊庫等等。

一些數據通信類課程如數據通信原理，數字信號處理等等，起概念抽象，理解不容易，單憑板書和課件講授，學生很難加深理解。若該類課程的教學融入Simulink的仿真，可促進該類課程的教學質量，促進學生對概念的理解。下面拿實際教學案例[1]（濾波器的Simulink仿真和解調與模擬調制模型仿真）[1]進行論證其教學效果。

一、Simulink的仿真教學案例

1.濾波器的Simulink仿真

基于FIR的帶通濾波器，采用正弦信號作為輸入信號，設計仿真框圖如圖1所示。運行仿真文件，輸出圖形如圖2所示

基于FIR的帶阻濾波器，采用正弦信號作為輸入信號，設計仿真框圖如圖3所示。運行仿真文件，輸出圖形如圖4所示。

由上圖1-圖4可知，濾波器的設計涉及到較復雜的數學計算，課件和板書無法詳細說明其相關輸入輸出的模塊及相關參數，更無法準確描述輸出的仿真波形圖，但是用Simulink 仿真可以查看相關參數，調整相關參數，準確的描繪仿真輸出圖形，改善了傳統教學中的不足。

2.解調與模擬調制模型仿真

DSB AM調制模塊對輸入信號進行雙邊帶幅度調制。輸出為通帶表示的調制信號，輸入和輸出信號都是基于采樣的實數標量信號。 當輸入一個時間函數 ，則輸出為。其中，k為”Input signal offset”參數；fc為”Carrier frequency”參數；為”Initial phase”參數。通常設定k為輸入信號的負值部分最小值的絕對值。這時，在Simulink中的模塊進行設置，如下圖5所示，然后得到仿真文件框圖，如圖6所示。

采用默認輸入時，運行仿真文件，輸出圖形如圖7所示，修改“Input signal offset”參數選項值為100，“Initial phase”參數選項值為pi/3，運行仿真文件，輸出圖形如圖8所示。

下面介紹DSB AM解調模塊對雙邊帶幅度調制的信號進行解調。輸入信號為通帶表示的調制信號，輸入和輸出信號都是基于采樣的實數標量信號。在解調過程中，DSB AM 解調模塊便成了低通濾波器。在通常情況下，“Carrier frequency”參數項要比信號的最高頻率高很多。根據萊奎斯特采樣理論，模型中采樣時間的倒數必須大于“Carrier frequency”參數項的兩倍。Simulink中雙擊DSB AM解調模塊，彈出屬性設置菜單，如圖9所示，設置好相關參數后，我們得到仿真文件框圖如圖10所示。

采用系統默認輸入，運行仿真文件，輸出圖形如圖11所示。修改“Filter order”參數選項值8，運行仿真文件，輸出圖形如圖12

所示。

從上述參數設置和仿真結果看，利用Simulink對所教學的內容（DSB AM的調制和解調）可以較好的進行仿真，將相關參數和相關理論知識聯系在了一起，非常快捷的展示了相關模塊的工作原理及其輸出結果，這也是傳統板書和課件無法達到的教學效果，因此教學中融入Simulink仿真環節十分必要。

結語

本文用濾波器的Simulink仿真和解調與模擬調制模型仿真的教學案例論證了Simulink的仿真可以促進數據通信類課程的教學，并且其對于傳統的板書和課件教學有一定優勢，彌補了傳統的板書和課件教學無法詳細描述相關理論模型，無法詳細描述輸入輸出結果，無法詳細描述其他相關工作模塊工作原理的缺點。通過所用案例論證了Simulink的仿真有助于學生對數據通信類課程理論的學習，并可以讓學生對所學理論有更深入的理解。

參考文獻

[1]李獻、駱志偉、于晉臣.MATLAB/Simulink系統仿真[M].北京：清華大學出版社，2017.

[2]李獻、駱志偉.精通MATLAB/Simulink系統仿真[M].北京：清華大學出版社，2017.

[3]邵玉斌.Matlab/Simulink通信系統建模與仿真實例分析[M].北京：清華大學出版社，2018.

[4]王亞琴.基于汽車理論的SIMULINK入門實例教學[J].四川建材，40（3），2014.pp.332-333.

[5]劉桂英，粟時平.“電力電子技術”的Matlab/Simulink教學仿真實踐[J].電氣電子教學學報，33（1），2011.pp.87-92.