Matlab仿真在移動通信課程教學中的應用

摘 要：針對移動通信課程傳統教學中理論性強、直觀性差和實踐性較強的特點，在移動通信課堂教學中引入Matlab仿真，將理論性強的原理和公式直觀化，能有效提高學生學習興趣，化解課程教學難點，提高學生創新能力和實踐能力。

關鍵詞：傳統教學；直觀性；Matlab仿真；教學難點

一、前言

移動通信是高校工科電子信息專業必修的一門專業課程。該課程知識面廣泛，理論性和系統性很強，且有廣闊的工程背景。傳統的教學模式往往只在理論上進行論述、推導和證明，并借助一些公式來闡述問題。很難給學生較直觀的印象，教學效果不理想。因此，在教學過程中應借助現代教育技術來強化教學效果。

Matlab是MathWorks公司推出的一種科學計算軟件。它是一種以矩陣為基本編程單元的程序設計語言，不但擁有強大的數值計算功能和圖形表達功能，還具有可視化的仿真環境。在移動通信教學中引入Matlab，可以強化教學效果，提高教學質量。一方面，通過Matlab仿真，可以使一些不易理解的抽象知識比較直觀地顯示出來，便于學生理解和接受。另一方面，在仿真過程中，也可以根據教學需要，隨時修改電路結構和參數，實時觀察輸出結果，從而使學生加深對電路本質的理解，進一步掌握課堂內容。

二、移動通信調制原理

在移動通信中，信源產生的原始信號絕大部分需要經過調制，變換為適合于在信道內傳輸的信號，才能在線路中傳輸。把輸入信號變換為適合于通過信道傳輸的波形，這一變換過稱為調制。高斯最小頻移鍵控原理圖（圖1）在數字頻率調制FSK和數字相位調制PSK體制中，由于已調信號振幅是恒定的，因此有利于在非線性特性的信道中傳輸。但PSK已調信號的相鄰碼元存在相位跳變，FSK已調信號如果沒有保證相位連續措施的話，相鄰碼元的相位也存在跳變。相位跳變會使信號功率譜擴展，旁瓣增大，對相鄰頻率的信道形成干擾。為了使信號功率譜盡可能集中于主瓣之內，主瓣之外的功率譜衰減速度快，那么信號的相位就不能突變。恒包絡連續相位調制技術就是依據這種思想產生的。MSK和GMSK就是兩種在移動通信中常用的恒包絡連續相位調制技術，移動通信課程調制與解調講授移動通信中使用的調制技術，比如最小移頻鍵控（GMSK）調制，這些章節中的大部分原理和實現方法都可以通過Matlab仿真來實現，給學生以直觀的感受，將抽象的原理形象化。下面以調制技術來討論如何在課程教學中加入Maflab仿真方法。

三、GMSK仿真教學

高斯濾波最小頻移鍵控調制技術是從MSK調制的基礎上發展起來的一種數字調制方式，其特點是在數據流送交頻率調制器前先通過一個高斯濾波器進行預調制濾波，以減小兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得在相同的數據傳輸速率時頻道間距可以變得更緊密。由于數字信號在調制前進行了高斯預調制濾波，調制信號在交越零點不但相位連續，而且平滑過濾，因此GSMK調制的信號頻譜緊湊、誤碼特性好，在數字移動通信中得到了廣泛使用，如廣泛使用的GSM最小頻移鍵控（MSK）調制如圖1所示：

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圖1 高斯最小頻移鍵控原理圖

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圖2 GMSK信號調制原理

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圖3 GMSK信號調制波形

在教學時讓學生先復習FSK，通過FSK和MSK的對比來加深學生對最小頻移和相位連續的理解。設輸人碼元00101010，輸人到調制器中的數字序列00101010如圖3所示，對應GMSK的已調相位信號如圖3中所示。GMSK的已調幅度信號如圖3中所示，顯然圖3中輸入到調制器的比特流為高電平時對應GMSK已調信號波形密集，為低電平時已調波形稀疏。同時可以看到已調信號相位連續。

四、結束語

移動通信原理仿真教學方法，吸收和運用了先進的教學思想，利用現代化的教學手段，培養了學生的實際動手能力，為電子專業教學手段的改進和教學質量的提高提供了良好的契機。本文分析了GMSK的具體工作原理，并結合具體實例給出開展仿真教學的必要性和可行性，以期在移動通信實際教學過程中實現理論教學相互協調、相互補充，更大程度地提高教學質量，提高學生解決復雜問題的能力，培養學生的創新意識。

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