MA TLAB仿真在通信原理教学中的应用

李卫中

(孝感学院物理与电子信息工程学院,湖北孝感432000)

通信原理是电子和通信专业的专业基础课,也是众多高校硕士研究生入学考试科目。但由于通信原理课程的概念和原理很抽象,理论性也很强,对数学基础及其应用能力要求较高,学生普遍觉得该课程内容空泛,难于理解和掌握。某些抽象的原理、难理解的概念、信号变化的过程及特性也都很难用黑板和粉笔以及老师的讲解来描述清楚[1]。MATLAB是由美国 MathWorks公司出品的商业数学软件,是一种数值计算环境和编程语言。MATLAB主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通信、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域[2]。

目前,MA TLAB仿真在通信和电子工程中已得到了广泛的应用,为了让学生能更好地理解和掌握通信原理的内容,巩固所学的知识,我们尝试将MA TLAB仿真融入到课堂教学中,取得了较好的效果。

1 MA TLAB仿真在通信原理教学中的应用实例

1.1 单边带调制(SSB)

单边带调制(SSB)是将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的,根据滤除方法的不同,产生SSB信号的方法有:滤波法和相移法[3],这里以滤波法为例。滤波法产生SSB信号的原理是:先产生一个双边带信号,然后让其通过一个边带滤波器,滤除不需要的边带,就可以得到单边带信号。其原理框图如图1所示。

图1 滤波法SSB信号调制器

为了让学生掌握和理解SSB信号产生的过程和特点,在讲解原理的同时,用MATLAB中的Simulink模块对该过程进行了仿真,仿真过程如图2所示。

图2 单边带信号的仿真框图

采用的调制信号的频率为200Hz,载波的频率为1000Hz,合理选择带通滤波器的参数,就可以得到SSB信号,仿真结果见图3和图4。

从单边带信号时域图可以知道,载波的振幅随调制信号在变化,从单边带信号频谱图可以知道SSB信号确实只有一个边带。由此可以让学生更直观的了解SSB信号产生的全过程,更深刻的理解SSB信号的特点。

图4 SSB信号的频谱图

1.2 二进制振幅键控(2ASK)

振幅键控是利用载波的幅度来传递数字信息,而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中,载波幅度只有两种变化状态,分别对应二进制信息的“0”或“1”。2ASK信号的一般表达式

e2ASK(t)=s(t)cosωct

其中s(t)是二进制基带信号,cosωct是载波。

2ASK信号产生的原理框图如图5所示

图5 2ASK信号产生的原理

为了让学生能更直观更容易的理解2ASK的原理及其信号特点,在讲解其理论知识的同时,利用MATLAB编程实现了2ASK的仿真,仿真结果见图6。通过仿真,可以很清楚地看到,2ASK是通过载波振幅的变化来传递信息的,载波幅度为0对应数字信息中的“0”,有载波幅度(不为0)对应数字信息中的“1”,这样学生理解起来会更清楚、直观。

图6 2ASK的仿真结果

将上述过程在课堂上再现,并依据仿真结果加以解释,学生感觉这种教学方式直观、生动、便于理解,同时也激发了学生的学习积极性。

2 结束语

在《通信原理》的课堂教学中,结合仿真实例对教学内容加以讲解,能让学生对公式和原理的认识更透彻,既提高了教学质量和效率,又能提高学生分析和解决实际问题的能力。

[1] 何晓华,刘元春,汪彦龙,等.MATLAB和System View在通信原理实验中的应用[J].浙江传媒学院学报,2008(2):76-78.

[2] 李建新,刘乃安,刘继平.现代通信系统分析与仿真[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.

[3] 樊昌信,曹丽娜.通信原理[M].6版.北京:国防工业出版社,2008.