软件仿真在通信原理实验中的应用

2014-12-23 08:23邸金红闫利超
科技视界 2014年30期
关键词:原理实验教学软件

邸金红 闫利超

(郑州航空工业管理学院电子通信工程系,河南 郑州 450015)

0 引言

《通信原理》是电子信息工程、通信工程等专业学生的一门重要的专业课,该课程内容丰富,概念抽象,理论性强,难度大。因此,在教学时单纯依靠课堂上的理论教学,有关知识是不容易被掌握理解的。而通信原理实验课程是理论教学必要的补充,也是掌握相关通信基础原理和技术的重要的教学手段和途径。

传统的通信原理实验教学中,往往是采用教仪设备厂商提供的实验箱。厂商为了适应各种需要,往往生产众多的实验模块。厂商提供的内容更多的往往是介绍实验设备的电路及操作说明,而忽略了实验本身和理论知识对实验的指导[1-2]。经过近几年的实验教学发现,这种实验课程有一定缺陷:1)实验大都是验证性实验。学生只知道按照实验步骤进行实验,而对为什么得出这样的实验结果及如何分析实验数据不能找到依据。学生处于被动地位,积极性不高,实验效果不好;2)这类验证性的实验在培养学生的综合思维能力、创新能力和动手能力方面所起的意义不大。因此,结合我校学生培养与理论教学的需要,考虑将软件仿真实验和硬件验证性实验相结合,使实验内容既配合理论课程的教学,又与现代通信技术同步发展,使实验课程的教学从内容到形式上都有较大改观。针对现代通信技术发展的特点,结合通信仿真软件,开设了基于MATLAB 和System View 的仿真实验。将软件仿真应用于通信原理实验教学中,为学生提供统一良好的系统开发平台。计算机仿真实验的内容和步骤灵活,可极大的激发学生的主观能动性,在实验中能及时发现问题,解决问题,提高学生的综合设计和创新能力。

1 MATLAB 在通信原理实验中的实例

MATLAB[3]是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用于科学和工程的计算与可视化。MATLAB 的编程功能简单,并且很容易扩展和创造新的命令与函数。MATLAB 具有强大的Simulink 动态仿真环境,可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。另外,MATLAB 的图形界面功能GUI(Graphical User Interface)能为仿真系统生成一个人机交互界面,便于仿真系统的操作。因此,MATLAB 在通信系统仿真中得到了广泛应用。

图1 2-MSK 调制系统模型

基于Matlab 平台开发的仿真实验能很好的弥补实验箱的验证性实验的不足,在通信原理实验箱的硬件实验中,主要实验目的是配合理论教学,通过验证掌握通信系统的基本原理和基本技术。而在Matlab 仿真平台上可以灵活设计通信系统结构,完成系统搭建,仿真系统性能等问题,这些方面往往是通信原理实验箱的硬件实验达不到的,同时也是学生知识的掌握必不可少的。例如,在MATLAB 仿真平台上实现MSK 调制,如图1 和图2,可以灵活设计系统结构,完成系统搭建,仿真系统性能,观察仿真波形和频谱特点。在实验过程中可以通过对重要参数的改变,让学生完成实验单元的搭建、仿真实现和对结果的讨论以及对实验中出现问题的探讨。

图2 2-MSK 频域波形

2 System View 在通信原理实验中的实例

图3 DQPSK 信号调制仿真电路

图4 DQPSK 已调信号的功率谱

System View[4]是ELANIX 公司推出的一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化环境。它是信号级的系统仿真软件,主要用于电路与通信系统的设计、仿真,是一个强有力的动态系统分析工具,能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。基于System View 的实验能很好的帮助学生加深对理论知识的掌握,如DQPSK 调制,图3 所示,用System View 仿真,可以直接看到调制后输出波形。要对系统模型进行分析,在SystemView 中必不可少的工具就是接收计算器,这个工具也是SystemView 中的一个独特的区别于其它仿真软件的功能之一。利用接收计算器可以绘制信号的功率谱、覆盖图、星座图等。图4 为已调DQPSK 信号的功率谱。

综上,软件仿真用于通信原理实验教学方便灵活,既可以在实验室也可以在学生宿舍进行,且在仿真器上可以任意作参数调整,体现了仿真实验的灵活性;拓展了学生的思维,有利于引导学生进行更复杂的系统分析,使以往不敢触及的问题得到扩展和深入,提高了学生实际解决问题的能力。

3 结束语

软件仿真为《通信原理》实验课程开辟了一个更加直观、易操作的空间,使学生提高了实验的自主性,提高了学生解决问题的能力和独立的思考问题能力,而且节省了大量的教学资源和经费资源。因此,将软件仿真实验与硬件实验相结合进行实验教学,有利于提高学生理论设计、计算机仿真及相应的硬件制作与系统调试的综合能力。

[1]马冬梅,朱正伟.通信原理实验教学的改革与探索[J].实验室科学,2010(4):17-19.

[2]赵金宪,江晓林.电气信息类专业“通信原理”实验与实践教学的研究[J].电气电子教学学报,2010(1):111-112.

[3]邵玉斌,等.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.

[4]青松,程岱松,武剑花.数字通信系统的SystemView 仿真分析[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

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