基于MATLAB的《現代通信原理》課程教學改革研究與實踐

李晨

（西安工商學院，陜西西安，710032）

0 前言

《現代通信原理》是通信類專業及電子信息工程專業的重要理論基礎必修課。與前期基礎課程聯系緊密，同時對后續課程的學習影響也很大。該課程理論性較強，教學內容中數學推導運算較多，要求學生的數學功底扎實，信號和信息論等學科基礎穩定。

《現代通信原理》是通信技術專業所有實踐的第一層理論基礎。在大多數高校的傳統學習中，對于該課程中出現的相關原理和技術主要是通過理論推導方式進行講授的。但傳統教學模式枯燥難接受，不易引起學生的共鳴和學習積極性，還容易造成學生的動手能力較差，難達到用人單位要求的現象。

因此，作為一門重要的專業基礎課，《現代通信原理》課程教學改革勢在必行。本次教學改革項目針對課程理論性強、內容抽象等問題，將MATLAB引入課堂理論教學，通過直觀的仿真實驗結果，幫助學生理解和掌握課程中的重要概念和知識點，激發學生的學習興趣。

1 MATLAB在課堂教學中的應用

1.1 課堂實踐教學舉例

“數字帶通傳輸系統”是《現代通信原理》中的一個重要章節，而2ASK信號又是本章中研究數字調制的基礎，了解了2ASK就比較容易理解FSK、PSK的原理及性能。為使學生充分理解2ASK調制方式及通信過程的基本原理，在本小節的課堂教學中，引入并靈活運用了MATLAB及Simulink建模環境進行輔助教學。具體實踐教學過程說明如下：

(1)設計出2ASK數字通信系統的結構，在系統中采用模塊化表示；(2)根據通信原理，設計出各個模塊的參數（如傳碼率，濾波器的截止頻率等）；(3)基于MATLAB平臺對系統進行仿真；(4)針對仿真出該數字傳輸系統的誤碼率性能，畫出判決電平和誤碼率的關系曲線。

首先選定貝努力二進制序列作為系統輸入模塊，用來產生隨機二進制比特流。

圖1 二進制比特流波形

Sine wave 模塊用來生成高頻載波信號，在此設，其與基帶信號相乘之后生成已調信號，經過帶通濾波器，使所有有效信號順利通過。

AWGN Channel模塊用來產生含有加性高斯白噪聲信道，已調信號輸入加性高斯白噪聲信道模擬通信系統中的實際通信信道。此處設置該高斯白噪聲方差為0.2。

信道傳輸之后，為使已調信號全部通過，同時盡可能多地濾除高斯白噪聲，需設置帶通濾波器，此處該帶通濾波器下限、上限頻率分別為和。

圖2 經帶通濾波器后的已調波形

圖3 已調信號經AWGN Channel 后的波形

圖4 接收端信號通過帶通濾波器后波形

本次教學設計中采用相干解調，經示波器顯示的輸出波形與本地載波相乘之后輸出波形如下圖所示（此處ωc=8000H）。

圖5 輸出波形與本地載波相乘后示波器顯示波形

相乘器相乘后接入低通濾波器，主要是將信號從高頻載波搬移至低頻，以便于接收到原信號，此處設置Lowpass通帶截止頻率為200Hz。

圖6 低通濾波器后示波器顯示波形

由于經過低通濾波器后的波形仍然為模擬信號，所以要生成數字信號需要經過抽樣判決，在MATLAB的SIMULINK中，對Sampled Quantizer Encode進行適當的參數設置可以用來實現抽樣判決。經抽樣判決后的波形示波器顯示如下。

圖7 最后輸出波形

至此，調制和解調的整個過程都結束了。為了完備學生對該小節知識點的認知，可將輸出的數據送入當前的工作空間，執行程序，進一步得出判決電平與誤碼率的關系曲線。

圖8 誤碼率曲線圖

由上圖學生可直觀得出結論：當前的判決電平在0.1-0.35之間誤碼率最低。

由于MATLAB的引入，學生也可方便地在程序中更改參數，得到對應的誤碼率曲線圖，進行對比引發思考，進一步加深對本小節知識點的理解。

通過在該章節教學中引入MATLAB仿真軟件，使課堂教學內容更加充實豐富，課本內容不再枯燥、單一，不但緩解了學生的厭學、畏學情緒，而且實現了學生的自主性和能動性，通過動手進行設計和仿真，理解了理論知識，同時也提高了運用MATLAB進行設計的能力。

1.2 MATLAB引入理論教學的方案

在課堂中將MATLAB仿真與理論教學相結合，主要采用以下方式進行：

(1)課程開設之前，教師首先選定適合引入MATLAB仿真過程進行輔助教學的章節，結合課程大綱，設計相應的教學環節。

(2)提前讓學生熟悉MATLAB仿真軟件的相關編程方法。

(3)每節課理論教學之后，可結合當堂內容的要點為學生利用MATLAB仿真進行演示，使學生對剛剛所學的理論知識點有一個直觀的認識，引發對相應內容的思考和學習積極性。

(4)為進一步增強學生的自身實踐能力，及時安排課后實踐環節，組織學生在教師的指導下利用MATLAB仿真進行具體的實踐操作，對課堂所學知識點進行鞏固，并且通過各模塊的設計和相關參數的更改設置，啟發學生進行思考總結，得出結論。

2 結語

本次教學改革將MATLAB仿真軟件引入理論教學課堂進行輔助教學，改善了傳統課堂枯燥難接受的缺陷。兩屆學生的教學實踐過后，學生該門課程的成績較之前有了明顯的提高，學期結束后通過對學生的問卷調查結果顯示，學生對該種授課方式的滿意度也較高。通過以上教學模式，激發了學生的學習主動性和積極性，活躍了課堂氛圍，提高了學生將理論知識與工程實踐相結合的能力，效果顯著。