基于數字帶通傳輸系統的教輔系統設計

2024-09-15 00:00:00齊敏李明媚董麗元

物聯網技術 2024年6期

摘要：“通信原理”作為典型的抽象度高、理論性強的專業基礎課程，在獨立院校的授課過程中存在學生學習興趣難調動、聽課率較低的問題。為此，借助MATLAB GUI平臺，開發了數字帶通傳輸仿真實驗系統，并將其引入課堂輔助教學。該系統具有參數可調、動態顯示和操作簡單等特點，從調制前后、解調前后、系統性能三方面做對比，用具象化的仿真效果配合抽象的理論教學，幫助學生更好地接受和理解理論，同時為后續的課內實驗打好基礎。

關鍵詞：數字調制；通信原理；MATLAB GUI；教學輔助系統；仿真實驗；通信系統搭建

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）06-0-02

0 引言

“通信原理”是通信工程、電子信息、物聯網等學科的核心課程，是其教學的重要組成部分。“通信原理”課程內容豐富、涉及面廣，理論性和實踐性都很強，涉及到很多抽象的數學模型，概念比較多，公式比較復雜。而針對此類理論性強、抽象度高的課程，用傳統的教學方式講授，學生在理解上仍存在一定困難。因此，本著強化基礎、注重理解的原則，將仿真引入課堂，以MATLAB為平臺，進行了仿真實驗教學系統的設計，幫助學生當堂理解教學內容，提升學生的學習興趣，激發學生的學習主動性[1-4]。

1 數字帶通傳輸系統授課思路

數字帶通傳輸系統的教學內容主要由以二進制為主的數字調制/解調原理、系統性能比較兩部分構成，教學思路如圖1所示。課堂教學輔助系統即是按照圖1內容展開設計，設計要求及解決方案見表1所列。

2 數字帶通傳輸課堂教學輔助系統組成

數字帶通傳輸課堂教學輔助系統的設計框架如圖2所示，其由調制信號、高頻載波、邊帶/帶通/低通濾波、信道噪聲和抽樣判決模塊構成。通過模塊的有機組合分別搭建2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK調制解調系統[3]。

3 數字帶通傳輸課堂教學輔助系統界面

數字帶通傳輸課堂教學輔助系統界面分為1個主界面和5個子界面，按照圖3所示流程建立主、子界面關系。首先對系統進行需求分析，然后根據需求進行功能實現。系統模擬發送端生成二進制數字調制前后信號的時域波形、頻譜分布的顯示與對比；模擬接收端對數字帶通信號進行帶通濾波，獲得濾波前后信號的時域波形、頻譜分布的對比以及解調前后信號的時域波形、頻譜分布的對比；不同噪聲影響程度下的通信系統可靠性對比圖等。在本系統中，系統設計了4種不同的二進制信號調制方式，分別為：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK，目的是為了讓學生當堂理解教學內容，同時激發學生的學習興趣[5-7]。

4 系統運行效果

系統主界面如圖4所示，根據授課需求設置參數值，選擇相應的調制方式。以2ASK為例，按照圖5所示原理框圖展開設計，分別獲得①②③④點信號的時頻域波形，即圖6所示的8個波形，從上到下、從左到右依次為基帶信號波形及其頻譜圖、2ASK信號波形及其頻譜圖、通過帶通濾波器濾波后的波形及其頻譜圖以及通過解調還原的基帶信號波形及其頻譜圖[7]。觀察還原得到的基帶信號波形與原基帶信號波形相比較基本一致，仿真成功[8]。授課時為了觀察方便可適當調小高頻載波頻率或對時頻域波形進行放大觀察。

2FSK、2PSK和2DPSK調制解調系統的運行效果分別如圖7、圖8和圖9所示，誤碼率對比仿真結果如圖10所示。

5 結語

數字帶通傳輸課堂教學輔助系統基于MATLAB GUI的可視化界面設計，能夠靈活且快速地實現通信系統搭建，直觀、動態且具象地顯示，方便學生觀察、對比和分析，而參數可調的設計有利于提高學生的參與度，從而激發學生的學習興趣，達到提升學生聽課效率的目的。在一定程度上為學生課下的知識鞏固和后續的課內實驗打下基礎，方便學生更好地思考和理解實驗現象，實現理論與實踐相結合的教學

目的[9-10]。

注：本文通訊作者為李明媚。

參考文獻

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