摘要：理論性強(qiáng)、直觀性差是通信原理課程的主要特點(diǎn)，采用黑板教學(xué)或多媒體教學(xué)的單一模式，嚴(yán)重影響和制約了課程的教學(xué)效果，MATLAB仿真軟件可以解決這個(gè)難題。本文試從MATLAB軟件的功能和特點(diǎn)；應(yīng)用 MATLAB仿真軟件的優(yōu)勢(shì)；MATLAB仿真在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的舉例等幾個(gè)方面來闡述MATLAB仿真軟件在通信技術(shù)專業(yè)課程中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：MATLAB仿真軟件；通信；教學(xué)

《數(shù)字通信原理》是通信技術(shù)專業(yè)一門重要的專業(yè)課，內(nèi)容涉及信源編碼、信道編碼、數(shù)字基帶傳輸、數(shù)字頻帶傳輸、同步等重要的數(shù)字通信技術(shù)，有著較強(qiáng)的系統(tǒng)性、理論性和實(shí)踐性。學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)的理論后，都希望能有進(jìn)一步的感性認(rèn)識(shí)，包括對(duì)系統(tǒng)組成、信號(hào)波形、系統(tǒng)在各種可能條件下工作性能的對(duì)比等。

通信原理課程的主要特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、直觀性差，長期以來，一直采用黑板教學(xué)的單一模式，缺乏可視化的直觀表現(xiàn)，學(xué)生難以理解，嚴(yán)重影響和制約了課程的教學(xué)效果。即使在多媒體教學(xué)大量普及以后，教師通常只是把課本內(nèi)容搬到了屏幕上，沒有從根本上解決直觀性差、趣味性差的缺點(diǎn)。在教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映課堂教學(xué)難于理解和掌握，內(nèi)容空泛、抽象，教學(xué)效果不理想。將仿真軟件運(yùn)用到通信原理教學(xué)中，可簡化計(jì)算過程，把計(jì)算結(jié)果以圖的形式形象地顯示出來，同時(shí)仿真軟件可以仿真許多通信系統(tǒng)，通過改變某些參數(shù)來觀察通信系統(tǒng)的性能，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，從而可以獲得比較通信原理課程的主要特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、直觀性差、好的教學(xué)效果。

在擔(dān)任“現(xiàn)代通信原理 的教學(xué)中，采用MATLAB對(duì)基本原理和方法進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，能夠使復(fù)雜的計(jì)算筒單化，抽象的理論具體化、直觀化，從而提高學(xué)習(xí)效率。增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的能力。同時(shí)，對(duì)于受到各方面條件限制通信實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不完善的學(xué)校，采用計(jì)算機(jī)仿真的方法可以在一定程度上克服沒有儀器設(shè)備所帶來的問題。

一、MATLAB軟件的功能和特點(diǎn)

MATLAB的全稱是MATRIX LABORATARY（矩陣實(shí)驗(yàn)室），它是由美國的Cleve Moler博士在New Mexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時(shí)開發(fā)的，其基本的數(shù)據(jù)單元是一個(gè)維數(shù)不加限制的矩陣，在MATLAB下，矩陣的運(yùn)算變得異常的容易。1984年Moler博士推出了該軟件的正式版本，在后來的版本中又陸續(xù)增添了控制系統(tǒng)、系統(tǒng)辨識(shí)、信號(hào)處理及通信等十余個(gè)工具箱，使MATLAB廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)控制、圖像信號(hào)處理、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理、雷達(dá)工程、信號(hào)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。它具有以下的功能和特點(diǎn)∶高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能，能使我們從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來；完備的圖形處理功能，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算結(jié)果和編程的可視化；功能豐富的應(yīng)用工具箱，提供了大量方便實(shí)用的處理工具；友好的界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語言，便于學(xué)習(xí)和掌握。實(shí)踐證明，學(xué)生可以在幾十分鐘的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)MATLAB的基本知識(shí)，經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的使用就能初步掌握它。

二、 應(yīng)用 MATLAB仿真軟件的優(yōu)勢(shì)

1.MATLAB語言作為當(dāng)前國際最流行的面向工程、數(shù)值和科學(xué)計(jì)算的高級(jí)語言，能夠設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大、界面優(yōu)美、穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量程序。利用 MAT—U語言，可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和設(shè)計(jì)能力，完成由硬件設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)的綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。而MATLAB環(huán)境下的SIMULINK擁有豐富的系統(tǒng)建模、仿真和分析的動(dòng)態(tài)仿真集成環(huán)境工具箱 ，在眾多仿真軟件功能是最強(qiáng)大、最優(yōu)秀、最容易使用的。由于 MATLAB功 能 的不 斷 擴(kuò)展 ，所以現(xiàn)在的MATLAB是一種包羅眾多學(xué)科的功能強(qiáng)大的“技術(shù)計(jì)算語言”。

2.隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法已經(jīng)開始逐漸進(jìn)駐各個(gè)領(lǐng)域，借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) ，完成現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，提高了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，更加完整地分析實(shí)驗(yàn)對(duì)象的系統(tǒng)性能指標(biāo)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有直觀、完整的優(yōu)勢(shì)。

3.可以充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，不必?fù)?dān)心實(shí)驗(yàn)失敗會(huì)對(duì)相關(guān)設(shè)備造成的損壞，同時(shí)還促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中上網(wǎng)查閱、學(xué)習(xí)相關(guān)資料，這無形中提高了學(xué)生的自學(xué)能力和科研創(chuàng)新能力，為學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)揮提供了十分廣闊的空間。

4.仿真實(shí)驗(yàn)不需要真實(shí)環(huán)境的介入，但可以逼真的模擬出真實(shí)環(huán)境中系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài) 。實(shí)驗(yàn)過程中也沒有元件使用數(shù)量的限制和元件的損耗，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)器材缺乏的不足，減少實(shí)驗(yàn)耗材，實(shí)驗(yàn)室維護(hù)管理將更加方便。

三、MATLAB仿真在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的舉例

移動(dòng)通信中主要以數(shù)字調(diào)制為基礎(chǔ)，而數(shù)字調(diào)制中，相移鍵控（PSK）系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的一種。它的 抗干擾噪聲性能及通頻帶的利用率均優(yōu)于ASK移幅鍵控和FSK移頻鍵控，因此PSK技術(shù)在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了十分廣泛的應(yīng)用。我們就以通信原理實(shí)驗(yàn)中的PSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)和二相PSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)為例闡述一下對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)。

在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）信號(hào)。2PSK信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：e0（t）=[∑ang（t—nTs）]COSωt

在通信原理實(shí)驗(yàn)中，2PSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)采用直接調(diào)相法來實(shí)現(xiàn)。2PSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)是采用同相正交環(huán)解調(diào)電路來實(shí)現(xiàn)的。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)可以掌握2PSK調(diào)制解調(diào)電路的工作原理及工作過程。我們可以先讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后讓他們運(yùn)用MATLAB對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行仿真。

MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)的步驟：①根據(jù)通信系統(tǒng)模型，做整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確定仿真選用的模塊及連接框圖。②利用SIMULINK功能模塊、調(diào)用M函數(shù)或編寫s函數(shù)等建立通信系統(tǒng)仿真模型；③設(shè)置仿真參數(shù)，如數(shù)值算法、仿真時(shí)間、步長、相對(duì)誤差、絕對(duì)誤差等；④運(yùn)行仿真模型并輸出各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的結(jié)果；⑤分析仿真結(jié)果并與實(shí)驗(yàn)中的理想結(jié)果相比較。按照以上步驟得到2PSK的仿真模型。

為了驗(yàn)證 MATLAB 仿真在實(shí)驗(yàn)中的作用，我們對(duì)同年級(jí)的兩個(gè)班進(jìn)行了試驗(yàn)：甲班學(xué)生仍然使用傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；乙班學(xué)生使用了本文的MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)方法 ，即在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，還安排了MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)。學(xué)期末，針對(duì)通信原理課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了一套測(cè)試試卷，在相同的考試條件下，對(duì)甲、乙兩班進(jìn)行考試。通過統(tǒng)計(jì)考試成績，乙班的均考試成績明顯高于甲班。

四、結(jié)論

將MATLAB運(yùn)用到通信原理教學(xué)中，可以深入淺出地分析各類信號(hào)的特性以及各類參數(shù)對(duì)通信系統(tǒng)性能的影響，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證同步進(jìn)行。實(shí)踐證明：在《數(shù)字通信原理》的教學(xué)過程中引入由MATLAB制作的演示軟件，能夠幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)該課程，提高學(xué)習(xí)興趣，取得較好的教學(xué)效果。除此之外，還可以為其他課程的教學(xué)提供一個(gè)很好的借鑒作用。制作MATLAB演示軟件不僅適合于《數(shù)字通信原理》這一門課程，還適合其他通信類課程的教學(xué)，比如 《數(shù)字信號(hào)處理》、《信號(hào)與系統(tǒng)》等課程。

總之，在中職學(xué)校通信類課程的教學(xué)實(shí)踐中，這樣的教學(xué)方式能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)展學(xué)生的思維空間，取得良好的教學(xué)效果。彌補(bǔ)通信類課程實(shí)踐學(xué)時(shí)少、實(shí)驗(yàn)建設(shè)費(fèi)用高的不足，是理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有力工具。（作者單位：廣東省汕尾市海豐縣中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校）

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