MATLAB通信原理教改研討

1、MATLAB通信原理教改研討通信原理是許多高校研究生入學(xué)考試的課程之一，同時是電子信息工程專業(yè)學(xué)生從事通信相關(guān)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)課程。由于我校（西南林業(yè)大學(xué)）電子信息工程專業(yè)該課程開設(shè)在大四上學(xué)期，此時的學(xué)生正在為考研和就業(yè)做準(zhǔn)備，掌握通信原理對他們整體都有重要的意義。該課程選用的教材為樊昌信和曹麗娜編著的通信原理（第6版），其內(nèi)容豐富，要求學(xué)習(xí)者有堅實的數(shù)學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)難度大；而且概念抽象，理論性強(qiáng)，學(xué)習(xí)極容易感到枯燥無味。為了讓學(xué)生盡可能掌握通信的基礎(chǔ)理論和設(shè)計思想，實驗課程必須與理論課程緊密結(jié)合起來。 1傳統(tǒng)的實驗課教學(xué)中存在的一些問題 通信原理的實驗平臺以往為實驗箱，使用方便，但在實驗教學(xué)中

2、發(fā)現(xiàn)該設(shè)備存在以下幾個方面的問題： 1）實驗箱中模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)固化，參數(shù)等已基本設(shè)定好，實驗方式機(jī)械； 2）實驗的步驟在實驗指導(dǎo)書上已有明確的說明，學(xué)生只需一步一步接線即可得到實驗結(jié)果，不用動腦分析實驗原理，也不用弄明白實驗電路的工作原理，只要實驗箱完好，并接線正確，就可以在示波器得到實驗結(jié)果； 3）實驗內(nèi)容受實驗箱設(shè)備的局限，內(nèi)容不夠豐富，不能開拓學(xué)生的思路，不能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時無法培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力； 4）設(shè)備極容易受到損壞，每學(xué)期實驗過后，完好的實驗箱都逐漸減少。 2MATLAB搭建通信原理虛擬實驗平臺 MATLAB是一套功能強(qiáng)大的工程技術(shù)數(shù)值運(yùn)算和系統(tǒng)仿真軟件，它具有數(shù)值分析

3、、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號處理、仿真建模、系統(tǒng)控制和優(yōu)化等功能，Simulink是MATLAB提供的一種可視化仿真模型庫，它使用戶能夠以模塊化設(shè)計的方式完成系統(tǒng)的建模和仿真?；贛ALTAB的功能特點(diǎn)，采用MATLAB搭建通信原理虛擬實驗平臺可以克服傳統(tǒng)實驗箱實驗的缺點(diǎn)，同時還具有以下5大優(yōu)勢： 1）實驗內(nèi)容跟理論課匹配，手動編程可以深入理解課堂所學(xué)的理論； 2）實驗采用我院機(jī)房即可，學(xué)生也可在自己的電腦安裝MATLAB軟件，實驗場地自由； 3）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，自學(xué)能力，查閱資料的能力和捕獲有用知識的能力。學(xué)生可以自由發(fā)揮想象力，更改參數(shù)，不必?fù)?dān)心對設(shè)備的損壞，無形中開闊了學(xué)生的思路，深化理論知

4、識，把理論轉(zhuǎn)為實踐； 4）實驗過程中僅僅使用的是PC機(jī)，沒有像實驗箱一樣對元器件的損耗，可以彌補(bǔ)實驗室器材缺乏和器材的更新，減少了資金的投入，實驗室維護(hù)更加方便。 5）完成驗證性實驗后，還可以根據(jù)學(xué)時等實際具體情況，增加綜合設(shè)計性實驗，通過指導(dǎo)教師給予的設(shè)計過程和設(shè)計題目，學(xué)生自行獨(dú)立完成方案的設(shè)計，參數(shù)的計算和調(diào)試等，非常有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用設(shè)計能力、整合知識的能力和研究能力。我校電信專業(yè)的學(xué)生在大四前已開設(shè)了C語言程序設(shè)計和MATLAB程序設(shè)計這兩門程序設(shè)計課程，有堅實的編程基礎(chǔ)和對MATLAB語言的應(yīng)用能力。為了幫助學(xué)生掌握理論知識和實踐理論知識、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、培養(yǎng)編程動手能力

5、和創(chuàng)新能力，綜合考慮課程開設(shè)的時間、實驗課學(xué)時（僅有16學(xué)時），我們的實驗課僅僅只能局限在驗證性方面，但已完全可以為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計，工作和進(jìn)一步深造奠定堅實的基礎(chǔ)。 3仿真實例 實驗課時為16學(xué)時，每個實驗為2個學(xué)時，總共有8個。文中以第3個實驗幅度調(diào)制和解調(diào)為例介紹實驗課程的改革。 3.1幅度調(diào)制原理簡介 幅度調(diào)制由一個相乘器和一個沖激響應(yīng)為h（t）的帶通濾波器組成。模型的時域表達(dá)式為sm（t）=-乙h（）m（t-）cos（ct-c）d=cosct-乙h（）m（t-）cos（ct）d+sinct-乙h（）m（t-）sin（ct）d（1）頻域表達(dá)式為：Sm（）=12M（-c）+M（+C）H（）

6、（2）選擇適當(dāng)?shù)臑V波器h（t），便可得到各種調(diào)幅信號：1）常規(guī)調(diào)幅AM：H（）為全通網(wǎng)絡(luò)，m（t）有直流成分；2）抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB：H（）為全通網(wǎng)絡(luò)，m（t）無直流成分；3）單邊帶調(diào)制SSB：H（）是截止頻率為c的高通或低通濾波器；4）殘留邊帶調(diào)制VSB：H（）是特定的互補(bǔ)特性濾波器 3.2幅度調(diào)制實驗設(shè)計 傳統(tǒng)的實驗箱上的實驗僅僅能做普通雙邊帶調(diào)制實驗，實驗按實驗指導(dǎo)書的步驟接好線后，可以直接觀察普通雙邊帶的調(diào)幅波形、調(diào)幅波形的頻譜和解調(diào)波形。部分學(xué)生把示波器的波形跟實驗冊的波形進(jìn)行比較，一致則證明實驗正確，一般都不分析電路原理和調(diào)制解調(diào)原理。采用MATLAB編程可以在相同的時間內(nèi)仿

7、真幅度調(diào)制的普通調(diào)幅（AM）、抑制雙邊帶調(diào)制（DSB）、單邊帶調(diào)制（SSB）和殘留邊帶調(diào)制（VSB）這四種的調(diào)制波形，頻譜及解調(diào)的波形。仿真過程的程序要求學(xué)生自己編寫，所以學(xué)生實驗前必須掌握調(diào)制及解調(diào)的原理。所以采用MATLAB仿真，學(xué)生可以將靜態(tài)的理論內(nèi)化，并且讓學(xué)生學(xué)會驗證所習(xí)得的經(jīng)驗和構(gòu)建新經(jīng)驗的方法1。由于SSB涉及希爾伯特變換，VSB的濾波器要求有互補(bǔ)特性，這些比較復(fù)雜，所以本實驗要求學(xué)生編寫AM和DSB的程序，SSB和VSB的程序上實驗課前由指導(dǎo)老師給出，這樣可以減少編程的難度，把握好實驗的重心是深化通信原理，而不是程序設(shè)計課程。本實驗的重心是讓學(xué)生掌握正弦波作為載波的幅度調(diào)制的四

8、種典型實例，通過時頻域分析掌握四種幅度調(diào)制的特性和優(yōu)缺點(diǎn)。 3.3幅度調(diào)制仿真結(jié)果 普通調(diào)幅（AM）、抑制雙邊帶調(diào)制（DSB）、單邊帶調(diào)制（SSB）和殘留邊帶調(diào)制（VSB）的仿真結(jié)果如圖1圖4所示。由圖1（a）出來的結(jié)果可以觀察采用什么方法解調(diào)，若包絡(luò)與調(diào)制信號波形相同，可采用包絡(luò)檢波法和相干解調(diào)恢復(fù)出原始調(diào)制信號。反之，出現(xiàn)“過調(diào)幅”現(xiàn)象，這時用包絡(luò)檢波將發(fā)生失真，可以采用其他的解調(diào)方法，如相干解調(diào)。由于后續(xù)的實驗用相干解調(diào)，所以本實驗的解調(diào)方法采用相干解調(diào)；（b）和（c）可以看出解調(diào)的效果；（d）可以直接觀察得到AM的頻譜由載頻分量、上邊帶和下邊帶3部分組成；由于AM信號的總功率包括載波功

9、率和邊帶功率兩部分，只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)，載波分量并不攜帶信息，所以功率利用率比較低。帶寬是基帶信號帶寬fH的兩倍。由圖2（a）觀察得到DSB信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號，需采用相干解調(diào)（同步檢波）；（b）和（c）可以看出解調(diào)的效果；（d）可以直接觀察得到DSB的頻譜由上邊帶和下邊帶兩部分組成，帶寬跟AM的一致，是基帶信號帶寬fH的兩倍，同時DSB信號無載頻分量，調(diào)制效率提高，調(diào)制效率為100%，即全部功率用于信息的傳輸。由于DSB含有兩個完全相同的邊帶，占用的頻帶寬。 4結(jié)論 利用MATLAB仿真軟件實現(xiàn)通信原理的虛擬實驗，既能保證

10、學(xué)生通過動手深化理論知識，又能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。古人云：“授人以魚，不如授人以漁。”實驗課時，教師變成了學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者。讓學(xué)生知道如何學(xué)習(xí)，如何處理大量的信息等。實驗課將使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)的客體轉(zhuǎn)為主體。學(xué)生可以在實驗室及其宿舍進(jìn)行通信原理的實驗，時間安排比較自由，同時學(xué)生可以自行擴(kuò)充學(xué)習(xí)的內(nèi)容，大大節(jié)省實驗設(shè)備的成本。后續(xù)將考慮增加通信原理的課程設(shè)計這類綜合實驗，將學(xué)生分組，給定兩周時間專門的完成通信模塊的仿真。這樣可以彌補(bǔ)目前實驗學(xué)時少，實驗內(nèi)容不夠豐富的情況，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和研究能力。5 1、最靈夢想是一個天真的詞，實現(xiàn)夢想是個殘酷的詞。21.

11、2.172.17.202111:5311:53:282月-2111:532、只有收獲，才能檢驗耕耘的好處；只有貢獻(xiàn)，方可衡量人生的價值。二二一二二一年二月十七日2021年2月17日星期三3、不要放棄，你要配的上自己的野心，也不要辜負(fù)了所受的苦難。11:532.17.202111:532.17.202111:5311:53:282.17.202111:532.17.20214、找一個理由，否認(rèn)憂傷，笑容就會燦爛到無所不在。2.17.20212.17.202111:5311:5311:53:2811:53:285、成功與不成功之間有時距離很短只要后者再向前幾步。二月 21星期三, 二月 17, 2

12、0212/17/20216、只要努力抬起你的雙腳，勝利將屬于你。11時53分11時53分17-2月-212.17.20217、青春如此華美，卻在煙火在散場。21.2.1721.2.1721.2.17。2021年2月17日星期三二二一二二一年二月十七日8、真正沒有資格談明天的人，是那個不懂得珍惜今日的人。11:5311:53:282.17.2021星期三, 二月 17, 20211、你始終不屬于我，屬于我的只是我自己。21.2.172.17.202111:5311:53:282月-2111:532、一份信心，一份努力，一份成功；十分信心，十分努力，十分成功。二二一二二一年二月十七日2021年2月

13、17日星期三3、你是唯一的，你是十分獨(dú)特的，你就是你生命中的第一名。11:532.17.202111:532.17.202111:5311:53:282.17.202111:532.17.20214、要跟成功者有同樣的結(jié)果，就必須采取同樣的行動。2.17.20212.17.202111:5311:5311:53:2811:53:285、我們的生命，就是以不斷出發(fā)的姿勢得到重生。二月 21星期三, 二月 17, 20212/17/20216、只要站起來的次數(shù)比倒下去的次數(shù)多，那就是成功。11時53分11時53分17-2月-212.17.20217、自知之明是最難得的知識。21.2.1721.2.

14、1721.2.17。2021年2月17日星期三二二一二二一年二月十七日8、勇氣通往天堂，怯懦通往地獄。11:5311:53:282.17.2021星期三, 二月 17, 20211、最靈繁的人也看不見自己的背脊。21.2.172.17.202111:5311:53:282月-2111:532、最困難的事情就是認(rèn)識自己。二二一二二一年二月十七日2021年2月17日星期三3、有勇氣承擔(dān)命運(yùn)這才是英雄好漢。11:532.17.202111:532.17.202111:5311:53:282.17.202111:532.17.20214、與肝膽人共事，無字句處讀書。2.17.20212.17.202111:5311:5311:53:2811:53:28