李晨

（西安工商學(xué)院，陜西西安，710032）

0 前言

《現(xiàn)代通信原理》是通信類專業(yè)及電子信息工程專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)必修課。與前期基礎(chǔ)課程聯(lián)系緊密，同時對后續(xù)課程的學(xué)習影響也很大。該課程理論性較強，教學(xué)內(nèi)容中數(shù)學(xué)推導(dǎo)運算較多，要求學(xué)生的數(shù)學(xué)功底扎實，信號和信息論等學(xué)科基礎(chǔ)穩(wěn)定。

《現(xiàn)代通信原理》是通信技術(shù)專業(yè)所有實踐的第一層理論基礎(chǔ)。在大多數(shù)高校的傳統(tǒng)學(xué)習中，對于該課程中出現(xiàn)的相關(guān)原理和技術(shù)主要是通過理論推導(dǎo)方式進行講授的。但傳統(tǒng)教學(xué)模式枯燥難接受，不易引起學(xué)生的共鳴和學(xué)習積極性，還容易造成學(xué)生的動手能力較差，難達到用人單位要求的現(xiàn)象。

因此，作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，《現(xiàn)代通信原理》課程教學(xué)改革勢在必行。本次教學(xué)改革項目針對課程理論性強、內(nèi)容抽象等問題，將MATLAB引入課堂理論教學(xué)，通過直觀的仿真實驗結(jié)果，幫助學(xué)生理解和掌握課程中的重要概念和知識點，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。

1 MATLAB在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 課堂實踐教學(xué)舉例

“數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)”是《現(xiàn)代通信原理》中的一個重要章節(jié)，而2ASK信號又是本章中研究數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)，了解了2ASK就比較容易理解FSK、PSK的原理及性能。為使學(xué)生充分理解2ASK調(diào)制方式及通信過程的基本原理，在本小節(jié)的課堂教學(xué)中，引入并靈活運用了MATLAB及Simulink建模環(huán)境進行輔助教學(xué)。具體實踐教學(xué)過程說明如下：

(1)設(shè)計出2ASK數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)中采用模塊化表示；(2)根據(jù)通信原理，設(shè)計出各個模塊的參數(shù)（如傳碼率，濾波器的截止頻率等）；(3)基于MATLAB平臺對系統(tǒng)進行仿真；(4)針對仿真出該數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼率性能，畫出判決電平和誤碼率的關(guān)系曲線。

首先選定貝努力二進制序列作為系統(tǒng)輸入模塊，用來產(chǎn)生隨機二進制比特流。

圖1 二進制比特流波形

Sine wave 模塊用來生成高頻載波信號，在此設(shè)，其與基帶信號相乘之后生成已調(diào)信號，經(jīng)過帶通濾波器，使所有有效信號順利通過。

AWGN Channel模塊用來產(chǎn)生含有加性高斯白噪聲信道，已調(diào)信號輸入加性高斯白噪聲信道模擬通信系統(tǒng)中的實際通信信道。此處設(shè)置該高斯白噪聲方差為0.2。

信道傳輸之后，為使已調(diào)信號全部通過，同時盡可能多地濾除高斯白噪聲，需設(shè)置帶通濾波器，此處該帶通濾波器下限、上限頻率分別為和。

圖2 經(jīng)帶通濾波器后的已調(diào)波形

圖3 已調(diào)信號經(jīng)AWGN Channel 后的波形

圖4 接收端信號通過帶通濾波器后波形

本次教學(xué)設(shè)計中采用相干解調(diào)，經(jīng)示波器顯示的輸出波形與本地載波相乘之后輸出波形如下圖所示（此處ωc=8000H）。

圖5 輸出波形與本地載波相乘后示波器顯示波形

相乘器相乘后接入低通濾波器，主要是將信號從高頻載波搬移至低頻，以便于接收到原信號，此處設(shè)置Lowpass通帶截止頻率為200Hz。

圖6 低通濾波器后示波器顯示波形

由于經(jīng)過低通濾波器后的波形仍然為模擬信號，所以要生成數(shù)字信號需要經(jīng)過抽樣判決，在MATLAB的SIMULINK中，對Sampled Quantizer Encode進行適當?shù)膮?shù)設(shè)置可以用來實現(xiàn)抽樣判決。經(jīng)抽樣判決后的波形示波器顯示如下。

圖7 最后輸出波形

至此，調(diào)制和解調(diào)的整個過程都結(jié)束了。為了完備學(xué)生對該小節(jié)知識點的認知，可將輸出的數(shù)據(jù)送入當前的工作空間，執(zhí)行程序，進一步得出判決電平與誤碼率的關(guān)系曲線。

圖8 誤碼率曲線圖

由上圖學(xué)生可直觀得出結(jié)論：當前的判決電平在0.1-0.35之間誤碼率最低。

由于MATLAB的引入，學(xué)生也可方便地在程序中更改參數(shù)，得到對應(yīng)的誤碼率曲線圖，進行對比引發(fā)思考，進一步加深對本小節(jié)知識點的理解。

通過在該章節(jié)教學(xué)中引入MATLAB仿真軟件，使課堂教學(xué)內(nèi)容更加充實豐富，課本內(nèi)容不再枯燥、單一，不但緩解了學(xué)生的厭學(xué)、畏學(xué)情緒，而且實現(xiàn)了學(xué)生的自主性和能動性，通過動手進行設(shè)計和仿真，理解了理論知識，同時也提高了運用MATLAB進行設(shè)計的能力。

1.2 MATLAB引入理論教學(xué)的方案

在課堂中將MATLAB仿真與理論教學(xué)相結(jié)合，主要采用以下方式進行：

(1)課程開設(shè)之前，教師首先選定適合引入MATLAB仿真過程進行輔助教學(xué)的章節(jié)，結(jié)合課程大綱，設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)。

(2)提前讓學(xué)生熟悉MATLAB仿真軟件的相關(guān)編程方法。

(3)每節(jié)課理論教學(xué)之后，可結(jié)合當堂內(nèi)容的要點為學(xué)生利用MATLAB仿真進行演示，使學(xué)生對剛剛所學(xué)的理論知識點有一個直觀的認識，引發(fā)對相應(yīng)內(nèi)容的思考和學(xué)習積極性。

(4)為進一步增強學(xué)生的自身實踐能力，及時安排課后實踐環(huán)節(jié)，組織學(xué)生在教師的指導(dǎo)下利用MATLAB仿真進行具體的實踐操作，對課堂所學(xué)知識點進行鞏固，并且通過各模塊的設(shè)計和相關(guān)參數(shù)的更改設(shè)置，啟發(fā)學(xué)生進行思考總結(jié)，得出結(jié)論。

2 結(jié)語

本次教學(xué)改革將MATLAB仿真軟件引入理論教學(xué)課堂進行輔助教學(xué)，改善了傳統(tǒng)課堂枯燥難接受的缺陷。兩屆學(xué)生的教學(xué)實踐過后，學(xué)生該門課程的成績較之前有了明顯的提高，學(xué)期結(jié)束后通過對學(xué)生的問卷調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生對該種授課方式的滿意度也較高。通過以上教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習主動性和積極性，活躍了課堂氛圍，提高了學(xué)生將理論知識與工程實踐相結(jié)合的能力，效果顯著。