MA TLAB仿真在通信原理教學中的應用

李衛中

(孝感學院物理與電子信息工程學院,湖北孝感432000)

通信原理是電子和通信專業的專業基礎課,也是眾多高校碩士研究生入學考試科目。但由于通信原理課程的概念和原理很抽象,理論性也很強,對數學基礎及其應用能力要求較高,學生普遍覺得該課程內容空泛,難于理解和掌握。某些抽象的原理、難理解的概念、信號變化的過程及特性也都很難用黑板和粉筆以及老師的講解來描述清楚[1]。MATLAB是由美國 MathWorks公司出品的商業數學軟件,是一種數值計算環境和編程語言。MATLAB主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、創建用戶界面、連接其他編程語言的程序等。主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通信、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域[2]。

目前,MA TLAB仿真在通信和電子工程中已得到了廣泛的應用,為了讓學生能更好地理解和掌握通信原理的內容,鞏固所學的知識,我們嘗試將MA TLAB仿真融入到課堂教學中,取得了較好的效果。

1 MA TLAB仿真在通信原理教學中的應用實例

1.1 單邊帶調制(SSB)

單邊帶調制(SSB)是將雙邊帶信號中的一個邊帶濾掉而形成的,根據濾除方法的不同,產生SSB信號的方法有:濾波法和相移法[3],這里以濾波法為例。濾波法產生SSB信號的原理是:先產生一個雙邊帶信號,然后讓其通過一個邊帶濾波器,濾除不需要的邊帶,就可以得到單邊帶信號。其原理框圖如圖1所示。

圖1 濾波法SSB信號調制器

為了讓學生掌握和理解SSB信號產生的過程和特點,在講解原理的同時,用MATLAB中的Simulink模塊對該過程進行了仿真,仿真過程如圖2所示。

圖2 單邊帶信號的仿真框圖

采用的調制信號的頻率為200Hz,載波的頻率為1000Hz,合理選擇帶通濾波器的參數,就可以得到SSB信號,仿真結果見圖3和圖4。

從單邊帶信號時域圖可以知道,載波的振幅隨調制信號在變化,從單邊帶信號頻譜圖可以知道SSB信號確實只有一個邊帶。由此可以讓學生更直觀的了解SSB信號產生的全過程,更深刻的理解SSB信號的特點。

圖4 SSB信號的頻譜圖

1.2 二進制振幅鍵控(2ASK)

振幅鍵控是利用載波的幅度來傳遞數字信息,而其頻率和初始相位保持不變。在2ASK中,載波幅度只有兩種變化狀態,分別對應二進制信息的“0”或“1”。2ASK信號的一般表達式

e2ASK(t)=s(t)cosωct

其中s(t)是二進制基帶信號,cosωct是載波。

2ASK信號產生的原理框圖如圖5所示

圖5 2ASK信號產生的原理

為了讓學生能更直觀更容易的理解2ASK的原理及其信號特點,在講解其理論知識的同時,利用MATLAB編程實現了2ASK的仿真,仿真結果見圖6。通過仿真,可以很清楚地看到,2ASK是通過載波振幅的變化來傳遞信息的,載波幅度為0對應數字信息中的“0”,有載波幅度(不為0)對應數字信息中的“1”,這樣學生理解起來會更清楚、直觀。

圖6 2ASK的仿真結果

將上述過程在課堂上再現,并依據仿真結果加以解釋,學生感覺這種教學方式直觀、生動、便于理解,同時也激發了學生的學習積極性。

2 結束語

在《通信原理》的課堂教學中,結合仿真實例對教學內容加以講解,能讓學生對公式和原理的認識更透徹,既提高了教學質量和效率,又能提高學生分析和解決實際問題的能力。

[1] 何曉華,劉元春,汪彥龍,等.MATLAB和System View在通信原理實驗中的應用[J].浙江傳媒學院學報,2008(2):76-78.

[2] 李建新,劉乃安,劉繼平.現代通信系統分析與仿真[M].西安:西安電子科技大學出版社,2000.

[3] 樊昌信,曹麗娜.通信原理[M].6版.北京:國防工業出版社,2008.