MATLAB通信原理教改研讨

1、MATLAB通信原理教改研讨 通信原理是许多高校研究生入学考试的课程之一，同时是电子信息工程专业学生从事通信相关产业的基础课程。由于我校（西南林业大学）电子信息工程专业该课程开设在大四上学期，此时的学生正在为考研和就业做准备，掌握通信原理对他们整体都有重要的意义。该课程选用的教材为樊昌信和曹丽娜编著的通信原理（第6版），其内容丰富，要求学习者有坚实的数学应用基础，学习难度大；而且概念抽象，理论性强，学习极容易感到枯燥无味。为了让学生尽可能掌握通信的基础理论和设计思想，实验课程必须与理论课程紧密结合起来。 1传统的实验课教学中存在的一些问题 通信原理的实验平台以往为实验箱，使用方便，但在实验教学

2、中发现该设备存在以下几个方面的问题： 1）实验箱中模块系统结构已经固化，参数等已基本设定好，实验方式机械； 2）实验的步骤在实验指导书上已有明确的说明，学生只需一步一步接线即可得到实验结果，不用动脑分析实验原理，也不用弄明白实验电路的工作原理，只要实验箱完好，并接线正确，就可以在示波器得到实验结果； 3）实验内容受实验箱设备的局限，内容不够丰富，不能开拓学生的思路，不能提高学生学习的积极性，同时无法培养学生创新能力； 4）设备极容易受到损坏，每学期实验过后，完好的实验箱都逐渐减少。 2MATLAB搭建通信原理虚拟实验平台 MATLAB是一套功能强大的工程技术数值运算和系统仿真软件，它具有数值分

3、析、矩阵运算、数字信号处理、仿真建模、系统控制和优化等功能，Simulink是MATLAB提供的一种可视化仿真模型库，它使用户能够以模块化设计的方式完成系统的建模和仿真。基于MALTAB的功能特点，采用MATLAB搭建通信原理虚拟实验平台可以克服传统实验箱实验的缺点，同时还具有以下5大优势： 1）实验内容跟理论课匹配，手动编程可以深入理解课堂所学的理论； 2）实验采用我院机房即可，学生也可在自己的电脑安装MATLAB软件，实验场地自由； 3）培养学生的创新能力，自学能力，查阅资料的能力和捕获有用知识的能力。学生可以自由发挥想象力，更改参数，不必担心对设备的损坏，无形中开阔了学生的思路，深化理论

4、知识，把理论转为实践； 4）实验过程中仅仅使用的是PC机，没有像实验箱一样对元器件的损耗，可以弥补实验室器材缺乏和器材的更新，减少了资金的投入，实验室维护更加方便。 5）完成验证性实验后，还可以根据学时等实际具体情况，增加综合设计性实验，通过指导教师给予的设计过程和设计题目，学生自行独立完成方案的设计，参数的计算和调试等，非常有利于培养学生的综合应用设计能力、整合知识的能力和研究能力。我校电信专业的学生在大四前已开设了C语言程序设计和MATLAB程序设计这两门程序设计课程，有坚实的编程基础和对MATLAB语言的应用能力。为了帮助学生掌握理论知识和实践理论知识、提高学生学习的兴趣、培养编程动手能

5、力和创新能力，综合考虑课程开设的时间、实验课学时（仅有16学时），我们的实验课仅仅只能局限在验证性方面，但已完全可以为后续的毕业设计，工作和进一步深造奠定坚实的基础。 3仿真实例 实验课时为16学时，每个实验为2个学时，总共有8个。文中以第3个实验幅度调制和解调为例介绍实验课程的改革。 3.1幅度调制原理简介 幅度调制由一个相乘器和一个冲激响应为h（t）的带通滤波器组成。模型的时域表达式为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）频域表达式为：Sm（）=12M（-c）+M（+C）H（

6、）（2）选择适当的滤波器h（t），便可得到各种调幅信号：1）常规调幅AM：H（）为全通网络，m（t）有直流成分；2）抑制载波双边带调制DSB：H（）为全通网络，m（t）无直流成分；3）单边带调制SSB：H（）是截止频率为c的高通或低通滤波器；4）残留边带调制VSB：H（）是特定的互补特性滤波器 3.2幅度调制实验设计 传统的实验箱上的实验仅仅能做普通双边带调制实验，实验按实验指导书的步骤接好线后，可以直接观察普通双边带的调幅波形、调幅波形的频谱和解调波形。部分学生把示波器的波形跟实验册的波形进行比较，一致则证明实验正确，一般都不分析电路原理和调制解调原理。采用MATLAB编程可以在相同的时间内

7、仿真幅度调制的普通调幅（AM）、抑制双边带调制（DSB）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）这四种的调制波形，频谱及解调的波形。仿真过程的程序要求学生自己编写，所以学生实验前必须掌握调制及解调的原理。所以采用MATLAB仿真，学生可以将静态的理论内化，并且让学生学会验证所习得的经验和构建新经验的方法1。由于SSB涉及希尔伯特变换，VSB的滤波器要求有互补特性，这些比较复杂，所以本实验要求学生编写AM和DSB的程序，SSB和VSB的程序上实验课前由指导老师给出，这样可以减少编程的难度，把握好实验的重心是深化通信原理，而不是程序设计课程。本实验的重心是让学生掌握正弦波作为载波的幅度调制的

8、四种典型实例，通过时频域分析掌握四种幅度调制的特性和优缺点。 3.3幅度调制仿真结果 普通调幅（AM）、抑制双边带调制（DSB）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）的仿真结果如图1图4所示。由图1（a）出来的结果可以观察采用什么方法解调，若包络与调制信号波形相同，可采用包络检波法和相干解调恢复出原始调制信号。反之，出现“过调幅”现象，这时用包络检波将发生失真，可以采用其他的解调方法，如相干解调。由于后续的实验用相干解调，所以本实验的解调方法采用相干解调；（b）和（c）可以看出解调的效果；（d）可以直接观察得到AM的频谱由载频分量、上边带和下边带3部分组成；由于AM信号的总功率包括载波

9、功率和边带功率两部分，只有边带功率才与调制信号有关，载波分量并不携带信息，所以功率利用率比较低。带宽是基带信号带宽fH的两倍。由图2（a）观察得到DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用相干解调（同步检波）；（b）和（c）可以看出解调的效果；（d）可以直接观察得到DSB的频谱由上边带和下边带两部分组成，带宽跟AM的一致，是基带信号带宽fH的两倍，同时DSB信号无载频分量，调制效率提高，调制效率为100%，即全部功率用于信息的传输。由于DSB含有两个完全相同的边带，占用的频带宽。 4结论 利用MATLAB仿真软件实现通信原理的虚拟实验，既能保证学生通过动手深化理论知识，又能够提高学生的学习兴趣和培养创新能力。古人云：“授人以鱼，不如授人以渔。”实验课时，教师变成了学生学习的指导者。让学生知道如何学习，如何处理大量的信息等。实验课将使学生由被动学习的客体转为主体。学生可以在实验室及其宿舍进行通信原理的实验，时间安排比较自由，同时学生可以自行扩充学习的内容，大大节省实验设备的成本。后续将考虑增加通信原理的课程设计这类综合实验