MATLAB在通信专业教学中的应用

胡耀军 赵 源

[摘 要]通信专业的教学因教学设备不足和实际工作环境制约,使学生对抽象的知识难以理解,教学效果一直不理想。在实际教学中,通过逐步引导学生自己应用MATLAB软件对通信系统进行仿真分析,使学生学习兴趣大大增强,知识掌握相对牢固,专业技能水平显著提高。

[关键词] MATLAB;系统仿真;通信专业

[中图分类号] G712[文献标识码] A[文章编号] 1008-4738(2009)06-0089-03

[收稿日期] 2009-10-20

[项目来源] 十堰职业技术学院教研课题“Matlab在电子信息专业教学中的应用”(2006JB07)。

[作者简介] 胡耀军(1971-),男,十堰职业技术学院电子工程系讲师,研究方向:电子实验实训;赵 源(1979-),男,十堰职业技术学院电子工程系讲师,研究方向:移动通信。

一、职业教育中的信息系统应用现状

现在通信专业教学的最大瓶颈莫过于抽象的知识让学生难以理解,而在实验中只能实现一些验证性的功能。在学生的实习、实训环节中,由于通信系统的特殊性决定了大多数高等院校很难引进。通信行业、企业中的运行设备又不可能直接供学生操作,所谓的参观实习只能是走马观花,使学生有一些简单的印象而已。与此同时,专业教师们在课堂中的谆谆教诲显得更加苍白无力。在这样的背景下,大多数通信专业的毕业生由于实践经验的匮乏导致通信企业对他们的满意度不高,这一点对于高职毕业生而言尤其致命。

系统仿真(Simulation)技术也称为系统模拟技术[1],一般用于实际工程中对系统进行构建及分析。在众多的仿真软件中,MATLAB/Simulink以其独特的魅力成为通信系统仿真中应用最为广泛的工具之一。其特点体现在:(1)采用跨平台数学语言,不依赖于操作系统类型;(2)编程效率高,可读性、可靠性、可移植性超越了其他语言;(3)语法简单,使用数学语言描述;(4)精确度高;(5)绘图功能强大;(6)操作简单,结果直观[2]。这些优点决定了MATLAB/Simulink在通信专业的教学中能发挥出它的最大效用。

二、通信专业教学中MATLAB的具体应用

有鉴于此,我们在与大量的专业教师以及实际通信工程人员沟通之后,通过一个教学周期的实践开辟了一条工程仿真与专业教学结合之路。

第一步:推广MATLAB软件在基础的高等数学学习中应用,使大学生对MATLAB有一个初步的印象。因为刚刚进入大学学习,数学基础较为薄弱,所以我们先是介绍基本的MATLAB操作方法,并手把手地教会学生如何利用MATLAB解决高等数学中的相应问题以培养他们的学习兴趣。

如设:f(x)=-e^{-(x-2)2cosπx},g(x)=4cos(x-2)计算区间[0,4]上两曲线所围面积。

解:先画出图形,

>> dx=input('dx= ') ;x=0:dx:4;

>> f=exp(-(x-2).^2.*cos(pi*x));

>> g=4*cos(x-2);

>> plot(x,f,x,g,':r')

然后算出两曲线所围面积

functione = exn532f(x)

e1=exp(-(x-2).^2.*cos(pi*x))- 4*cos(x-2);

e = (e1>=0).*e1;

>> s=quad('exn532f',0,4)

结果为:s= 2.30330244952618

经过试验,我们发现通过这种方法学生们不但能够很快对MATLAB产生兴趣,同时他们的数学水平以及思维能力都有显著提高。

第二步:在开设专业基础课程的同时,我们再引导学生将MATLAB/Simulink应用于基础的数字及模拟电路中进行仿真分析求解。

如:复位积分器的功用示例

图(图2)中不但明确地显示了积分器的数学建模过程及结构,同时也显示出了积分器的功能及积分结果。使学生更加深入掌握电路的建模过程的同时对电路功能有了较为深刻的理解。在使用MATLAB/Simulink做系统仿真时,我们可以灵活地将系统的参数按照自己的意愿做适当的调整,这样在分析结果的时候更加有利于学生对系统本身性能的理解和相应知识的掌握。

第三步:通过了在公共课程及专业基础课程中的引导及训练,在通信专业课程开设之前学生对MATLAB/Simulink的理解和应用已经达到了较高的水平了。这时就可以在专业课程中通过教师的指导让学生们自己应用MATLAB/Simulink软件对相应的通信系统进行仿真分析。通过下面的例子我们可以看出MATLAB/Simulink仿真对学生的专业学习有着极大的帮助作用。

如:在介绍频分复用时,传统的方法是由教师讲解原理并绘制信号流程图形辅助讲解,由于没有实际系统的概念学生们的理解大都停留在抽象的理论层面,当有了MATLAB/Simulink来做辅助的仿真实践时理解起来就不会感到吃力了。

首先,引导学生自己建立频分多址系统模型[3],如图3:

在老师的帮助下理解系统各部分的功能,并设置相应参数(在此时要讲解设置参数的目的和要求)。然后通过观察各个示波器波形,加深对系统各个模块功能以及其在系统中的作用的理解。

系统接收到的波形如下图:

三用户的原始信号与解调出来的信号,如图5:

通过对波形的分析很容易给学生清晰地讲解频分多址系统的原理及应用。我们还可以根据MATLAB/Simulink仿真软件的灵活特性将示波器、频谱仪等仪器放在系统收发两端任意节点来观测信号在系统中的流程及通过各个功能模块时的变化情况。如此可以加深学生对系统的理解,使之对通信的整个过程有一个感官上的认识,从而可以更好地掌握专业知识。

第四步:在毕业设计中,教师通过一些通信系统设计或者系统分析的可操作性强的项目,采取实际见习及系统仿真相结合的方式,让学生自主完成。以达到巩固学生通信系统和通信技术知识、技能的目的。

三、结论

在完成以上几个教学步骤之后,我们发现,与往届相比通过这种方法培养的学生学习兴趣大大增强,知识掌握相对牢固,专业技能水平显著提高。同时,通过这种教学方式教师能够把抽象枯燥的专业课程内容变成一种容易掌握的可操作性强的直观知识传授给学生。教学效果大大提高。

[参考文献]

[1] 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京:清华大学出版社,2008:2.

[2] 赵 静.基于MATLAB的通信系统仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008:5.

[3] 徐明远.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005:208.

Application of MATLAB in Communication Specialty

HU Yao-jun,ZHAO Yuan

(Dept.of Electronics Eng., Shiyan Technical Institute, Shiyan 442000, China)

Abstract:Students find hard to comprehend abstract knowledge with insufficient teaching devices and real working conditions. The introduction of MATLAB in teaching helps students carry out simulated analysis of telecommunication system, and greatly enhances students' interests and study performance as well as promotes their professional proficiency.

Key words: MATLAB; system simulation; telecommunication