軟件仿真在通信原理實驗中的應用

邸金紅 閆利超

（鄭州航空工業管理學院電子通信工程系，河南 鄭州 450015）

0 引言

《通信原理》是電子信息工程、通信工程等專業學生的一門重要的專業課，該課程內容豐富，概念抽象，理論性強，難度大。因此，在教學時單純依靠課堂上的理論教學，有關知識是不容易被掌握理解的。而通信原理實驗課程是理論教學必要的補充，也是掌握相關通信基礎原理和技術的重要的教學手段和途徑。

傳統的通信原理實驗教學中，往往是采用教儀設備廠商提供的實驗箱。廠商為了適應各種需要，往往生產眾多的實驗模塊。廠商提供的內容更多的往往是介紹實驗設備的電路及操作說明，而忽略了實驗本身和理論知識對實驗的指導[1-2]。經過近幾年的實驗教學發現，這種實驗課程有一定缺陷：1）實驗大都是驗證性實驗。學生只知道按照實驗步驟進行實驗，而對為什么得出這樣的實驗結果及如何分析實驗數據不能找到依據。學生處于被動地位，積極性不高，實驗效果不好；2）這類驗證性的實驗在培養學生的綜合思維能力、創新能力和動手能力方面所起的意義不大。因此，結合我校學生培養與理論教學的需要，考慮將軟件仿真實驗和硬件驗證性實驗相結合，使實驗內容既配合理論課程的教學，又與現代通信技術同步發展，使實驗課程的教學從內容到形式上都有較大改觀。針對現代通信技術發展的特點，結合通信仿真軟件，開設了基于MATLAB 和System View 的仿真實驗。將軟件仿真應用于通信原理實驗教學中，為學生提供統一良好的系統開發平臺。計算機仿真實驗的內容和步驟靈活，可極大的激發學生的主觀能動性，在實驗中能及時發現問題，解決問題，提高學生的綜合設計和創新能力。

1 MATLAB 在通信原理實驗中的實例

MATLAB[3]是一種交互式的、以矩陣為基礎的軟件開發環境，它用于科學和工程的計算與可視化。MATLAB 的編程功能簡單，并且很容易擴展和創造新的命令與函數。MATLAB 具有強大的Simulink 動態仿真環境，可以實現可視化建模和多工作環境間文件互用和數據交換。另外，MATLAB 的圖形界面功能GUI（Graphical User Interface）能為仿真系統生成一個人機交互界面，便于仿真系統的操作。因此，MATLAB 在通信系統仿真中得到了廣泛應用。

圖1 2-MSK 調制系統模型

基于Matlab 平臺開發的仿真實驗能很好的彌補實驗箱的驗證性實驗的不足，在通信原理實驗箱的硬件實驗中，主要實驗目的是配合理論教學，通過驗證掌握通信系統的基本原理和基本技術。而在Matlab 仿真平臺上可以靈活設計通信系統結構，完成系統搭建，仿真系統性能等問題，這些方面往往是通信原理實驗箱的硬件實驗達不到的，同時也是學生知識的掌握必不可少的。例如，在MATLAB 仿真平臺上實現MSK 調制，如圖1 和圖2，可以靈活設計系統結構，完成系統搭建，仿真系統性能，觀察仿真波形和頻譜特點。在實驗過程中可以通過對重要參數的改變，讓學生完成實驗單元的搭建、仿真實現和對結果的討論以及對實驗中出現問題的探討。

圖2 2-MSK 頻域波形

2 System View 在通信原理實驗中的實例

圖3 DQPSK 信號調制仿真電路

圖4 DQPSK 已調信號的功率譜

System View[4]是ELANIX 公司推出的一個完整的動態系統設計、分析和仿真的可視化環境。它是信號級的系統仿真軟件，主要用于電路與通信系統的設計、仿真，是一個強有力的動態系統分析工具，能滿足從數字信號處理、濾波器設計、直到復雜的通信系統等不同層次的設計、仿真要求。基于System View 的實驗能很好的幫助學生加深對理論知識的掌握，如DQPSK 調制，圖3 所示，用System View 仿真，可以直接看到調制后輸出波形。要對系統模型進行分析，在SystemView 中必不可少的工具就是接收計算器，這個工具也是SystemView 中的一個獨特的區別于其它仿真軟件的功能之一。利用接收計算器可以繪制信號的功率譜、覆蓋圖、星座圖等。圖4 為已調DQPSK 信號的功率譜。

綜上，軟件仿真用于通信原理實驗教學方便靈活，既可以在實驗室也可以在學生宿舍進行，且在仿真器上可以任意作參數調整，體現了仿真實驗的靈活性；拓展了學生的思維，有利于引導學生進行更復雜的系統分析，使以往不敢觸及的問題得到擴展和深入，提高了學生實際解決問題的能力。

3 結束語

軟件仿真為《通信原理》實驗課程開辟了一個更加直觀、易操作的空間，使學生提高了實驗的自主性，提高了學生解決問題的能力和獨立的思考問題能力，而且節省了大量的教學資源和經費資源。因此，將軟件仿真實驗與硬件實驗相結合進行實驗教學，有利于提高學生理論設計、計算機仿真及相應的硬件制作與系統調試的綜合能力。

［1］馬冬梅，朱正偉.通信原理實驗教學的改革與探索[J].實驗室科學，2010(4):17-19.

［2］趙金憲，江曉林.電氣信息類專業“通信原理”實驗與實踐教學的研究[J].電氣電子教學學報，2010(1):111-112.

［3］邵玉斌，等.Matlab/Simulink 通信系統建模與仿真實例分析[M].北京:清華大學出版社，2008.

［4］青松，程岱松，武劍花.數字通信系統的SystemView 仿真分析[M].北京:北京航空航天大學出版社，2003.