摘 要：“通信原理”作為典型的抽象度高、理論性強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在獨(dú)立院校的授課過程中存在學(xué)生學(xué)習(xí)興趣難調(diào)動(dòng)、聽課率較低的問題。為此，借助MATLAB GUI平臺(tái)，開發(fā)了數(shù)字帶通傳輸仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并將其引入課堂輔助教學(xué)。該系統(tǒng)具有參數(shù)可調(diào)、動(dòng)態(tài)顯示和操作簡單等特點(diǎn)，從調(diào)制前后、解調(diào)前后、系統(tǒng)性能三方面做對(duì)比，用具象化的仿真效果配合抽象的理論教學(xué)，幫助學(xué)生更好地接受和理解理論，同時(shí)為后續(xù)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字調(diào)制；通信原理；MATLAB GUI；教學(xué)輔助系統(tǒng)；仿真實(shí)驗(yàn)；通信系統(tǒng)搭建

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）06-0-02

0 引 言

“通信原理”是通信工程、電子信息、物聯(lián)網(wǎng)等學(xué)科的核心課程，是其教學(xué)的重要組成部分。“通信原理”課程內(nèi)容豐富、涉及面廣，理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，涉及到很多抽象的數(shù)學(xué)模型，概念比較多，公式比較復(fù)雜。而針對(duì)此類理論性強(qiáng)、抽象度高的課程，用傳統(tǒng)的教學(xué)方式講授，學(xué)生在理解上仍存在一定困難。因此，本著強(qiáng)化基礎(chǔ)、注重理解的原則，將仿真引入課堂，以MATLAB為平臺(tái)，進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生當(dāng)堂理解教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性[1-4]。

1 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)授課思路

數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容主要由以二進(jìn)制為主的數(shù)字調(diào)制/解調(diào)原理、系統(tǒng)性能比較兩部分構(gòu)成，教學(xué)思路如圖1所示。課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)即是按照?qǐng)D1內(nèi)容展開設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要求及解決方案見表1所列。

2 數(shù)字帶通傳輸課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)組成

數(shù)字帶通傳輸課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架如圖2所示，其由調(diào)制信號(hào)、高頻載波、邊帶/帶通/低通濾波、信道噪聲和抽樣判決模塊構(gòu)成。通過模塊的有機(jī)組合分別搭建2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)[3]。

3 數(shù)字帶通傳輸課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)界面

數(shù)字帶通傳輸課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)界面分為1個(gè)主界面和5個(gè)子界面，按照?qǐng)D3所示流程建立主、子界面關(guān)系。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，然后根據(jù)需求進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)模擬發(fā)送端生成二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制前后信號(hào)的時(shí)域波形、頻譜分布的顯示與對(duì)比；模擬接收端對(duì)數(shù)字帶通信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，獲得濾波前后信號(hào)的時(shí)域波形、頻譜分布的對(duì)比以及解調(diào)前后信號(hào)的時(shí)域波形、頻譜分布的對(duì)比；不同噪聲影響程度下的通信系統(tǒng)可靠性對(duì)比圖等。在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了4種不同的二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制方式，分別為：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK，目的是為了讓學(xué)生當(dāng)堂理解教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5-7]。

4 系統(tǒng)運(yùn)行效果

系統(tǒng)主界面如圖4所示，根據(jù)授課需求設(shè)置參數(shù)值，選擇相應(yīng)的調(diào)制方式。以2ASK為例，按照?qǐng)D5所示原理框圖展開設(shè)計(jì)，分別獲得①②③④點(diǎn)信號(hào)的時(shí)頻域波形，即圖6所示的8個(gè)波形，從上到下、從左到右依次為基帶信號(hào)波形及其頻譜圖、2ASK信號(hào)波形及其頻譜圖、通過帶通濾波器濾波后的波形及其頻譜圖以及通過解調(diào)還原的基帶信號(hào)波形及其頻譜圖[7]。觀察還原得到的基帶信號(hào)波形與原基帶信號(hào)波形相比較基本一致，仿真成功[8]。授課時(shí)為了觀察方便可適當(dāng)調(diào)小高頻載波頻率或?qū)r(shí)頻域波形進(jìn)行放大觀察。

2FSK、2PSK和2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果分別如圖7、圖8和圖9所示，誤碼率對(duì)比仿真結(jié)果如圖10所示。

5 結(jié) 語

數(shù)字帶通傳輸課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)基于MATLAB GUI的可視化界面設(shè)計(jì)，能夠靈活且快速地實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)搭建，直觀、動(dòng)態(tài)且具象地顯示，方便學(xué)生觀察、對(duì)比和分析，而參數(shù)可調(diào)的設(shè)計(jì)有利于提高學(xué)生的參與度，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到提升學(xué)生聽課效率的目的。在一定程度上為學(xué)生課下的知識(shí)鞏固和后續(xù)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)，方便學(xué)生更好地思考和理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)

目的[9-10]。

注：本文通訊作者為李明媚。

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作者簡介：齊 敏（2000—），女，本科，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>

李明媚（1984—），女，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)閿?shù)字圖像、移動(dòng)通信。

董麗元（1987—），女，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)槲⒉ㄉ漕l電路。