Matlab仿真在高職通信實驗教學中的應用

周渝霞

【摘要】? ? 移動通信技術快速發展，2019年我國對5G牌照進行了發放。隨著5G逐漸商用，高職學院需要把5G相關內容納入教學計劃，但是由于經費和教學場地等各方面給限制，搭建硬件實驗條件有些不易，那么在教學中采用Matlab進行仿真就顯得非常重要。

【關鍵字】? ? Matlab 仿真? ? 教學? ? 5G

一、引言

通信產業在全球高速持續地發展，第五代移動通信技術（5th generation mobile networks，簡稱5G）是最新一代蜂窩移動通信技術，也是即4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統之后的延伸。5G的性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接。為了適應當今社會人才需求的模式，在專業的建設和發展過程中，實踐教學在整個教學計劃中所占的比重越來越大。在實驗設備短缺的情況下，采用Matlab仿真軟件進行實驗教學，讓學生更好的理解相關的概念，在理論教學的基礎上更好的發揮出實驗教學的效果。

二、實驗教學的總體安排

實驗教學與理論教學相輔相成，使得教學效果的有效提高，我們應從激發學生學習興趣入手，不斷啟發學生思考，從而達到牢固掌握理論知識和提高實踐能力的教學目的。通信中很多概念比較抽象，在學生學習中配合相關實驗，可以提高教學質量。MATLAB的Communication Toolbox（通信工具箱）中提供了許多仿真函數和模塊，用于對通信系統進行仿真和分析，主要包括兩部分內容：通信函數命令和Simulink的Communications Blockset（通信模塊集）仿真模塊，既可以在MATLAB的工作空間中直接調用工具箱中的函數，也可以使用Simulink平臺構造自己的仿真模塊。Matlab通信工具箱中的函數包含：Signal Sources（信號源函數）;Signal Analysis function（信號分析函數）;Source Coding（信源編碼）;Error Control Coding（差錯控制編碼函數）;Lower Level Function for Error Control Coding（差錯控制編碼的底層函數）;Modulation/Demodulation（調制/解調函數）Special Filters（特殊濾波器設計函數）;Lower Level Function for Specials Filters（設計特殊濾波器的底層函數）;Channel Functions（信道函數）等。Matlab仿真可以提供很多實驗項目。

5G（第五代無線系統）是移動電信標準的下一個主要發展階段，應用范圍最終將涵蓋移動寬帶服務到下一代汽車和設備聯網服務。5G將實現更高的移動寬帶用戶密度，并支持超可靠的設備間通信和大規模機器類通信。Matlab中新增了5G Toolbox，這款工具箱提供了符合標準的波形和參考設計，用于5G通信系統的物理層建模、仿真和驗證。

三、基于Matlab的仿真實例分析

通信類課程涉及到數學、電路、信號等多門課程知識，學生學習難度大。將Matlab仿真軟件運用到通信教學中，可簡化計算過程，把計算結果以圖的形式形象地顯示出來，同時軟件可以仿真很多通信系統，通過改變某些參數來觀察系統性能，加深學生對知識的理解。Matlab在通信教學中可以設計以下仿真實例：信源編碼與譯碼、模擬調制與解調、數字調解與調制、數字信號基帶傳輸、基帶傳輸的誤碼率、幅度鍵控、相移鍵控、頻移鍵控、正交幅度調制、直接序列擴頻系統、跳頻擴頻系統、采樣定理的原理仿真、PCM編碼與解碼、DPCM編碼與解碼、利用OFDM技術設計發射機、利用OFDM技術設計接收機等。5G寬帶速度的飛躍將通過毫米波 （mmWave） 頻率范圍內的大規模MIMO 通信以及更高效地利用頻譜的新無線電算法實現。新的設計架構和算法將影響 5G 系統的各個方面：從天線到 RF 電子再到基帶算法。

Matlab仿真在5G實驗教學中，可以設計以下幾個實例：下行鏈路和上行鏈路信道和信號，編碼方案，傳播信道模型，鏈路級仿真能夠生成 5G 信號，仿真端到端 NR PDSCH 鏈路吞吐量，執行同步過程，包括在 PBCH 波束掃描情況下的MIB 解碼等。

四、結論

在通信專業部分實驗課程中應用Matlab仿真軟件進行實驗，既避免了實驗設備的短缺，又能完成傳統硬件實驗中難以進行的實驗，因此，在教學中采用Matlab仿真實驗，將有利于學生的理解和提高學生的綜合分析能力等。

參? 考? 文? 獻

[1]虛擬仿真技術在通信原理課程教學中的應用實踐[J]. 張學敏，鐘菲.? 長春工程學院學報（社會科學版）. 2018（03）

[2] MATLAB仿真在通信與電子工程中的應用[M]. 西安電子科技大學出版社 ， 徐明遠， 2010