基于Simulink仿真的数据通信类课程教学研究

李万益　陈勇昌　张谦　阮锦新

摘 要：Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具。Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对相关模型进行设计、仿真、执行和测试。该工具有助于学生对数据通信类课程的学习，例如数字信号处理，数据通信原理课程，其可以提供给学生一个自主实践的平台，这个平台有助于学生对课本理论的深入理解。本文拿出实际教学案例论证该仿真工具对于教学的促进性。

关键词：Simulink Matlab 数据通信 教学

引言

Simulink是科学计算软件Matlab的一个主要组件。Simulink其主要仿真工具箱有[1-5]：控制系统工具箱，通信模块工具箱，数字信号处理模块工具箱，非线性控制模块工具箱，定点处理模块工具箱，状态流，系统辨识模块工具箱，神经网络模块工具箱， 模糊逻辑工具箱等等。Simulink模块库主要包括常用模块库，连续函数模块，非连续函数模块，离散函数模块，逻辑控制器模块库，数学模块库，数据输出显示库，用户自定义模块库等等。

一些数据通信类课程如数据通信原理，数字信号处理等等，起概念抽象，理解不容易，单凭板书和课件讲授，学生很难加深理解。若该类课程的教学融入Simulink的仿真，可促进该类课程的教学质量，促进学生对概念的理解。下面拿实际教学案例[1]（滤波器的Simulink仿真和解调与模拟调制模型仿真）[1]进行论证其教学效果。

一、Simulink的仿真教学案例

1.滤波器的Simulink仿真

基于FIR的带通滤波器，采用正弦信号作为输入信号，设计仿真框图如图1所示。运行仿真文件，输出图形如图2所示

基于FIR的带阻滤波器，采用正弦信号作为输入信号，设计仿真框图如图3所示。运行仿真文件，输出图形如图4所示。

由上图1-图4可知，滤波器的设计涉及到较复杂的数学计算，课件和板书无法详细说明其相关输入输出的模块及相关参数，更无法准确描述输出的仿真波形图，但是用Simulink 仿真可以查看相关参数，调整相关参数，准确的描绘仿真输出图形，改善了传统教学中的不足。

2.解调与模拟调制模型仿真

DSB AM调制模块对输入信号进行双边带幅度调制。输出为通带表示的调制信号，输入和输出信号都是基于采样的实数标量信号。 当输入一个时间函数 ，则输出为。其中，k为”Input signal offset”参数；fc为”Carrier frequency”参数；为”Initial phase”参数。通常设定k为输入信号的负值部分最小值的绝对值。这时，在Simulink中的模块进行设置，如下图5所示，然后得到仿真文件框图，如图6所示。

采用默认输入时，运行仿真文件，输出图形如图7所示，修改“Input signal offset”参数选项值为100，“Initial phase”参数选项值为pi/3，运行仿真文件，输出图形如图8所示。

下面介绍DSB AM解调模块对双边带幅度调制的信号进行解调。输入信号为通带表示的调制信号，输入和输出信号都是基于采样的实数标量信号。在解调过程中，DSB AM 解调模块便成了低通滤波器。在通常情况下，“Carrier frequency”參数项要比信号的最高频率高很多。根据莱奎斯特采样理论，模型中采样时间的倒数必须大于“Carrier frequency”参数项的两倍。Simulink中双击DSB AM解调模块，弹出属性设置菜单，如图9所示，设置好相关参数后，我们得到仿真文件框图如图10所示。

采用系统默认输入，运行仿真文件，输出图形如图11所示。修改“Filter order”参数选项值8，运行仿真文件，输出图形如图12

所示。

从上述参数设置和仿真结果看，利用Simulink对所教学的内容（DSB AM的调制和解调）可以较好的进行仿真，将相关参数和相关理论知识联系在了一起，非常快捷的展示了相关模块的工作原理及其输出结果，这也是传统板书和课件无法达到的教学效果，因此教学中融入Simulink仿真环节十分必要。

结语

本文用滤波器的Simulink仿真和解调与模拟调制模型仿真的教学案例论证了Simulink的仿真可以促进数据通信类课程的教学，并且其对于传统的板书和课件教学有一定优势，弥补了传统的板书和课件教学无法详细描述相关理论模型，无法详细描述输入输出结果，无法详细描述其他相关工作模块工作原理的缺点。通过所用案例论证了Simulink的仿真有助于学生对数据通信类课程理论的学习，并可以让学生对所学理论有更深入的理解。

参考文献

[1]李献、骆志伟、于晋臣.MATLAB/Simulink系统仿真[M].北京：清华大学出版社，2017.

[2]李献、骆志伟.精通MATLAB/Simulink系统仿真[M].北京：清华大学出版社，2017.

[3]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，2018.

[4]王亚琴.基于汽车理论的SIMULINK入门实例教学[J].四川建材，40（3），2014.pp.332-333.

[5]刘桂英，粟时平.“电力电子技术”的Matlab/Simulink教学仿真实践[J].电气电子教学学报，33（1），2011.pp.87-92.