袁敏

摘要：通信原理是目前理工類高校中較為重要的基礎(chǔ)課程，通信原理的實驗平臺往往以實驗箱為主，但在實驗教學中發(fā)現(xiàn)該設備存在不足。因此，設計基于Matlab的通信原理仿真實驗方法。根據(jù)文獻研究結(jié)果，設計信號計算軟件，使用Matlab軟件中的DSB模塊作為仿真實驗中的幅度調(diào)制部分，可以將數(shù)據(jù)傳輸至信息載體，便于后期傳輸與調(diào)制。通過AM、DSB設計，完成本文研究。構(gòu)建實驗方法應用測試平臺，通過對比可知此方法使用效果為多種實驗方法中的最優(yōu)測試結(jié)果。由此可知，此方法的使用效果較佳。

關(guān)鍵詞：Matlab軟件;通信原理;數(shù)字信號

中圖分類號：TN911-4? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）06-0238-02

以往的通信原理課程實驗多以實驗箱為主，實驗箱由廠家提供，為通信原理課程實驗提供驗證性設備，雖然在一定程度上幫助了學生領(lǐng)會課程知識，但隨著課程的改革與發(fā)展，實驗箱的弊端也逐漸顯露出來，實驗箱動手操作范圍受限，實驗設計性不夠理想，實驗精度較低，因此Matlab技術(shù)被提出，并應用于通信原理課程仿真實驗中。在科學計算語言使用范圍最為廣泛的就是Matlab，其具有可進行數(shù)值模擬、圖形繪制與處理、系統(tǒng)可視化處理以及編程的能力。對于通信原理教學，可使用常用模型與組件功能在Matlab尋找到對應的函數(shù)并編寫新的函數(shù)，高校學生可根據(jù)自己的需求與學習狀態(tài)去實現(xiàn)需要的實驗組件和流程，也可以利用Matlab自帶的程序與模型，通過圖像處理的形式將數(shù)據(jù)可視化，將理論通過圖像的方式直觀地表示出來，加深學生對通信概念的理解[1-3]?；谏鲜鯩atlab的使用特性，在此次研究中探索基于Matlab的通信原理仿真實驗教學技術(shù)思路，形成合理可行的技術(shù)方案[4-6]。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展與高校多媒體環(huán)境的不斷完善，學生們對于計算機的研究不斷深入，為Matlab的推廣使用提供了基礎(chǔ)條件，在此次研究中將主要對其使用效果展開研究，提升學生對于通信原理的學習效果。

1 基于Matlab的通信原理仿真實驗方法設計

在此次仿真實驗方法設計前，首先對傳統(tǒng)的通信原理仿真實驗方法使用情況進行了研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方法對于通信信號的模擬效果較差，直接影響了通信原理仿真實驗的教學效果，因此，在此次研究中主要對此部分展開優(yōu)化，具體優(yōu)化過程如下。

1.1 AM標準調(diào)幅設計

在此次研究中使用Matlab軟件作為仿真實驗方法的設計基礎(chǔ)，在此軟件中具有AM模塊，AM模塊可對信號進行處理，將信號經(jīng)過疊加電流，再經(jīng)過載波處理，使輸出的信號變?yōu)槌Ｒ?guī)雙邊帶調(diào)幅信號，即AM信號，AM信號調(diào)制模型如圖1所示。

AM信號波形與輸入基帶信號的波形是成正比關(guān)系的，因此使用包絡檢波方法可有效恢復原始調(diào)制信號。AM信號的上邊帶和下邊帶都攜帶了原始調(diào)制信號的全部信息，因此可以將AM信號看作帶有載波的雙邊帶信號，AM信號帶寬是原始信號帶寬的兩倍[7-9]。

1.2 DSB雙邊帶抑制載波調(diào)制

DSB信號是指在信號幅度調(diào)制中，將濾波器設置為全通網(wǎng)絡，調(diào)制信號則設置為無直流分量，如此調(diào)制后輸出的信號即為無載波分量的雙邊帶抑制調(diào)制信號，即DSB信號。在此處與AM調(diào)制有所不同，不能使用包絡檢波方法，是因為DSB信號的包絡與調(diào)制信號的波動不是成正比關(guān)系，應選取相干解調(diào)的方法使DSB信號與AM信號相一致，調(diào)制后的DSB信號與AM信號相同，均為雙邊帶信號[10]。DSB信號抑制了載波分量，使得功率利用率有顯著提高。

將上述設定部分有序融合，并將其應用到原有的通信原理仿真實驗方法中，實現(xiàn)對原有方法使用不足的優(yōu)化過程。至此，基于Matlab的通信原理仿真實驗方法設計完成。

2 方法應用測試

2.1 測試環(huán)境設定

在上文中完成了基于Matlab的通信原理仿真實驗的設計部分，為對其使用效果進行全面的分析，構(gòu)建應用測試環(huán)境對其展開研究。在此次測試中，需要將多種仿真實驗方法應用于同一實驗環(huán)境中，搭建成完整的通信原理仿真實驗方法測試平臺，實驗測試平臺中多個組件的性能，并檢測每一個單個組件和平臺運行狀態(tài)，確定組件之間的參數(shù)是否可以正常的傳輸與調(diào)用，設定測試參數(shù)后測試平臺是否可以做出及時的響應。在測試結(jié)束后確定測試結(jié)果的正確性，測試流程符合測試操作標準以及用戶的需求。因此，在此次測試中，首先對測試平臺中的單個模塊性能進行測試;當測試平臺集成完畢后，對測試平臺進行集成測試;最后進行測試平臺的運行測試，確保測試平臺可滿足預期的使用效果。

2.2 測試方案設計

根據(jù)此次測試目的，在測試的過程中使用Microsoft Office Access數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫構(gòu)建系統(tǒng)測試平臺數(shù)據(jù)庫，由于此次測試過程中涉及的數(shù)據(jù)量較大，因此，將單次測試數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的方式存儲到測試數(shù)據(jù)庫中，并將不同的測試條件設定為單獨的數(shù)據(jù)表，將測試文件的路徑自動保存在數(shù)據(jù)庫中，易于訪問與分析。

在此次測試中，將文中設計的仿真實驗方法與LabVIEW方法及SystemView方法進行對比。選定某一通信原理作為測試對象，采用文中設計方法與其他方法對其展開仿真實驗，并對比多種方法的仿真實驗處理時長以及通信信號波動模擬誤差性。在測試過程中，需要控制測試結(jié)果的有效性，為此設定實驗共進行14次，將獲取的測試數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，并完成對比分析。

2.3 測試結(jié)果分析

根據(jù)上述設定的測試環(huán)境與測試方案，完成仿真實驗方法測試過程得到下述測試結(jié)果，通過數(shù)據(jù)表示如下。

通過對上述測試結(jié)果進行分析，文中設計方法的通信模擬時長相較于傳統(tǒng)方法1與傳統(tǒng)方法2較短。同時通過測試結(jié)果縱向?qū)Ρ瓤芍闹性O計方法在多次測試的過程中處理時長較為一致，波動較小。傳統(tǒng)方法1與傳統(tǒng)方法2的通信信號模擬時間較長，且傳統(tǒng)方法2的模擬時間波動較大。在對大量的通信信號處理時，模擬時間較長會對仿真實驗結(jié)果造成影響。因此，通過上述對比可知，文中設計方法的仿真處理能力較佳。

通過上述測試結(jié)果可知，文中設計方法對于信號的模擬精度較高。傳統(tǒng)方法1與傳統(tǒng)方法2對于信號的模擬精度較低。在多次測試的過程中，文中設計方法的模擬精度長期處于高精準度的狀態(tài)。傳統(tǒng)方法1的模擬精度為三種測試方法中最低模擬精度，其在多次實驗中出現(xiàn)模擬精度大幅度波動的問題，嚴重地影響著仿真實驗的效果與通信原理課堂教學的質(zhì)量。傳統(tǒng)方法2的模擬精度較高，但此方法的使用過程中出現(xiàn)多次模擬精度與傳統(tǒng)方法1相同的情況，可見此方法的使用效果也較為不穩(wěn)定。綜合上述測試結(jié)果可知，文中設計方法對于通信信號的模擬效果更佳。

將上述兩部分實驗結(jié)果相結(jié)合，對文中設計方法與傳統(tǒng)方法進行全面系統(tǒng)的測定評估可知，文中設計方法的使用效果為多種測試方法中的最優(yōu)使用效果，在日后的研究中應使用文中設計方法作為通信原理課堂中的主要教學方法。

3 結(jié)束語

為克服以往通信原理實驗中實驗箱設備的弊端，提出基于Matlab的通信原理仿真實驗研究，因此，展開對Matlab軟件使用效果的設定。由于此次研究的限制，目前所開發(fā)出現(xiàn)的方法僅能進行兩類實驗，為了支持更多的實驗，在接下來的研究中，將開發(fā)出更多的實驗組件，為通信原理仿真實驗的實現(xiàn)提供基礎(chǔ)。希望通過此次研究可為通信原理仿真實驗提供更加豐富的實驗方法，并有效提升通信原理課程的教學質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 張東升，李巖，王金成等.基于MATLAB的蛇行輸送機轉(zhuǎn)彎運動仿真及實驗研究[J].機械強度，2019，41（5）：1118-1124.

[2] 馮明春，王玉杰.牛頓環(huán)實驗的MATLAB仿真及分析研究[J].大學物理實驗，2019，32（5）：74-78.

[3] 尹新城，胡勇.基于MATLAB的機器人GUI仿真平臺設計研究[J].科技通報，2018，34（1）：193-196.

[4] 王冬梅，王秀芳，闞玲玲.基于虛擬仿真平臺的通信原理實驗教學改革研究[J].科技經(jīng)濟導刊，2019，27（31）：133-134.

[5] 戴桂平.“虛實結(jié)合”的“通信原理與實踐”實驗教學研究[J].蘇州市職業(yè)大學學報，2019，30（1）：83-88.

[6] 李芳，李征，柯熙政. Matlab在《現(xiàn)代通信原理與系統(tǒng)》實驗中的應用[J].教育教學論壇， 2018，367（25）：276-278.

[7] 張福鼎，郭云均，丁吉. Matlab可視化虛擬仿真在通信原理教學實踐中的應用研究[J].湖北師范大學學報：自然科學版， 2018， 38（2）：107-111.

[8] 張福鼎，郭云均，艾小倩等. Matlab仿真在通信原理教學中的實踐應用研究[J].科教導刊， 2018（12）：20-21，39.

[9] 蔡新梅.基于LabVIEW軟件的"通信原理"實驗仿真教學案例研究[J].實驗室科學， 2018， 21（6）：92-93，96.

[10] 徐彥凱，閆景富，曲曉霞.現(xiàn)代通信系統(tǒng)概論教學改革研究——基于Matlab的OFDM系統(tǒng)[J].高師理科學刊，2018，38（3）：89-93.

【通聯(lián)編輯：張薇】