李衛(wèi)中

(孝感學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院,湖北孝感432000)

通信原理是電子和通信專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,也是眾多高校碩士研究生入學(xué)考試科目。但由于通信原理課程的概念和原理很抽象,理論性也很強(qiáng),對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用能力要求較高,學(xué)生普遍覺(jué)得該課程內(nèi)容空泛,難于理解和掌握。某些抽象的原理、難理解的概念、信號(hào)變化的過(guò)程及特性也都很難用黑板和粉筆以及老師的講解來(lái)描述清楚[1]。MATLAB是由美國(guó) MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件,是一種數(shù)值計(jì)算環(huán)境和編程語(yǔ)言。MATLAB主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等。主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通信、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域[2]。

目前,MA TLAB仿真在通信和電子工程中已得到了廣泛的應(yīng)用,為了讓學(xué)生能更好地理解和掌握通信原理的內(nèi)容,鞏固所學(xué)的知識(shí),我們嘗試將MA TLAB仿真融入到課堂教學(xué)中,取得了較好的效果。

1 MA TLAB仿真在通信原理教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

1.1 單邊帶調(diào)制(SSB)

單邊帶調(diào)制(SSB)是將雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶濾掉而形成的,根據(jù)濾除方法的不同,產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有:濾波法和相移法[3],這里以濾波法為例。濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)的原理是:先產(chǎn)生一個(gè)雙邊帶信號(hào),然后讓其通過(guò)一個(gè)邊帶濾波器,濾除不需要的邊帶,就可以得到單邊帶信號(hào)。其原理框圖如圖1所示。

圖1 濾波法SSB信號(hào)調(diào)制器

為了讓學(xué)生掌握和理解SSB信號(hào)產(chǎn)生的過(guò)程和特點(diǎn),在講解原理的同時(shí),用MATLAB中的Simulink模塊對(duì)該過(guò)程進(jìn)行了仿真,仿真過(guò)程如圖2所示。

圖2 單邊帶信號(hào)的仿真框圖

采用的調(diào)制信號(hào)的頻率為200Hz,載波的頻率為1000Hz,合理選擇帶通濾波器的參數(shù),就可以得到SSB信號(hào),仿真結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。

從單邊帶信號(hào)時(shí)域圖可以知道,載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)在變化,從單邊帶信號(hào)頻譜圖可以知道SSB信號(hào)確實(shí)只有一個(gè)邊帶。由此可以讓學(xué)生更直觀的了解SSB信號(hào)產(chǎn)生的全過(guò)程,更深刻的理解SSB信號(hào)的特點(diǎn)。

圖4 SSB信號(hào)的頻譜圖

1.2 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)

振幅鍵控是利用載波的幅度來(lái)傳遞數(shù)字信息,而其頻率和初始相位保持不變。在2ASK中,載波幅度只有兩種變化狀態(tài),分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息的“0”或“1”。2ASK信號(hào)的一般表達(dá)式

e2ASK(t)=s(t)cosωct

其中s(t)是二進(jìn)制基帶信號(hào),cosωct是載波。

2ASK信號(hào)產(chǎn)生的原理框圖如圖5所示

圖5 2ASK信號(hào)產(chǎn)生的原理

為了讓學(xué)生能更直觀更容易的理解2ASK的原理及其信號(hào)特點(diǎn),在講解其理論知識(shí)的同時(shí),利用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)了2ASK的仿真,仿真結(jié)果見(jiàn)圖6。通過(guò)仿真,可以很清楚地看到,2ASK是通過(guò)載波振幅的變化來(lái)傳遞信息的,載波幅度為0對(duì)應(yīng)數(shù)字信息中的“0”,有載波幅度(不為0)對(duì)應(yīng)數(shù)字信息中的“1”,這樣學(xué)生理解起來(lái)會(huì)更清楚、直觀。

圖6 2ASK的仿真結(jié)果

將上述過(guò)程在課堂上再現(xiàn),并依據(jù)仿真結(jié)果加以解釋,學(xué)生感覺(jué)這種教學(xué)方式直觀、生動(dòng)、便于理解,同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2 結(jié)束語(yǔ)

在《通信原理》的課堂教學(xué)中,結(jié)合仿真實(shí)例對(duì)教學(xué)內(nèi)容加以講解,能讓學(xué)生對(duì)公式和原理的認(rèn)識(shí)更透徹,既提高了教學(xué)質(zhì)量和效率,又能提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

[1] 何曉華,劉元春,汪彥龍,等.MATLAB和System View在通信原理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].浙江傳媒學(xué)院學(xué)報(bào),2008(2):76-78.

[2] 李建新,劉乃安,劉繼平.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.

[3] 樊昌信,曹麗娜.通信原理[M].6版.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2008.