探析MATLAB在通信原理课程教学中的应用

摘 要：通信原理课程作为电子通信工程及相关专业的基础课程之一,对于整个电子通信工程专业的学习非常关键.但由于其涉及知识面广,又带有大量复杂的数学推导,概念性和原理较为抽象,导致学生往往不容易掌握,进而影响整个专业的学习.运用仿真软件MATLAB可以对很多通信系统原理进行仿真实现,通过图形的形式予以展示,有利于加深学生的理解,从而获得比较好的教学效果.

关 键 词：MATLAB；通信原理；教学应用

中图分类号：G42文献标识码：A文章编号：1005-5312（2013）33-0224-01

一、通信原理课程介绍

通信原理课程是通信工程、电子信息工程及相关专业本科生教学的一门重要专业基础课程,在通信工程专业的课程体系结构中起着非常重要的作用,是学习后续课程的基础.但由于课程概念和原理很抽象,理论性也较强,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,难以掌握和融会贯通.因此,如何有效地提高通信原理课程的教学质量和效果,使学生具有较强的主动获取知识和独立解决问题的能力是一项重要的工作.

将仿真软件运用到通信原理教学中,可简化计算过程,把计算结果以图的形式形象地显示出来,同时仿真软件可以仿真许多通信系统.通过改变某些参数来观察通信系统的性能,加深学生对知识的理解,从而可以获得比较好的教学效果.

二、MATLAB简介

Matlab名字由MATrix和LABoratory两词的前3个字母组合而成.20世纪70年代后期,时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的CleveMoler教授出于减轻学生编程负担的动机,为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的通俗易用的接口,此即用FORTRAN编写的萌芽状态的Matlab.经几年的校际流传,在Little的推动下,由Little、Mo―ler、SteveBangert合作,于1984年成立了MathWorks公司,并把Matlab正式推向市场.从这时起,Matlab的内核采用C语言编写,而且除原有的数值计算能力外,还新增了数据图视功能.由于Matlab的功能强大,编程简单,在系统仿真、数理统计、通信及自动控制等领域都得到了广泛的应用.

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.Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比,更直观、方便和灵活.用户可以在Matlab和Simulink两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改.用于实现通信仿真的通信工具包（CommunicationToolbox,通信工具箱）是Madab语言中的一个科学性工具包,提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能.

三、Matlab在通信原理教学中的应用

(一)利用MATLAB分析模拟通信系统中信号的频谱

在讲解《通信原理》第4章模拟通信系统的时候,主要要求学生掌握模拟通信系统中调制和解调的概念,这些概念的掌握很大程度上取决于对信号频谱的分析.教师从理论上进行推导、分析,然后得出“对于线性调制系统来说,已调信号的频谱和调制信号的频谱是相同的,只是位置发生搬移”的结论.学习MATLAB语言之后,把其方便的绘图特性应用到模拟通信系统中,通过MATLAB绘图可以清楚地看出基带信号的频谱形状、近似带宽.通过图像可以看到已调信号&（t）的频谱形状和基带信号频谱形状相同,幅度是原信号幅度的1/2,频率搬移到了-'250Hz频率处,并且（￡）的带宽是基带信号带宽的2倍.通过这2个图形学生很容易理解书本上所学的理论知识,这正是第4章的核心内容.

(二)利用MATLAB工具箱进行系统仿真

利用MATLAB的Simulink工具箱进行系统仿真.首先要建立系统模型,把通信系统分为若干个模块,利用工具箱建立每个模块,把每个模块连接起来就形成了系统模型.以差分脉冲编码调制DPCM为例,DPCM采用预测量化的方式,分为输入模块、编码模块、译码模块以及显示模块.利用MATLAB分别进行模型构建；然后再将构建好的模块连接起来,并进行参数设定；最后进行整体仿真.由于Simulink仿真环境完全采用方框图的“抓取功能”来构造动态系统,所以系统模型的构建过程就是绘制方框图的过程,这个过程完全依赖于鼠标操作.上述分析中所需建立模型的各个组成函数模块,大部分在Simulink模块库中已经提供,利用鼠标将其拖拽到相应位置即可构建模型框架.MATLAB通信工具箱提供了MATLAB函数dpcmenco和dpcmdeco,通过DPCM方式进行信源编码和信源译码.Simulink信源模块库还提供用于DPCM编码和译码的模块.

四、结论

充分利用MATLAB方便的绘图特性以及仿真工具箱SIMULINK,方便的让学生对枯燥的通信原理概念和公示有更直观的认识和了解；鉴于文章的篇幅性,本文仅简单的介绍了MATLAB的特点以及他在通信原理教学中的2个典型应用.