论文部分内容阅读
摘要：《通信原理》是电子通信专业的一门极其重要的专业课，但是因为它理论性强、直观性差，并且涉及许多先修课程，加大了学生的学习难度，特别是对高职生来讲，公式太多，降低了学生们的学习热情，教学效果不理想。同时仿真软件能够仿真许多通信系统，可以引导学生理解实际的通信过程，加深书本上理论知识的掌握，起到事半功倍的效果。根据通信原理课程和高职学生的特点，提出了一种新的教学思路：将MATLAB仿真软件引入到教学过程中去，期望通过教学方法的改进，激发学生的学习能力，解决学生的学习困难
关键词：通信原理 MATLAB 高职
中图分类号：G43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（a）-0000-00
1引言
《通信原理》是电子通信专业的一门极其重要的专业课，但是因为它理论性强、直观性差，并且涉及许多先修课程，加大了学生的学习难度，特别是对高职生来讲，公式太多，降低了学生们的学习热情，教学效果不理想。因此，针对高职学生的具体情况，如果在教学中能够引人MATLAB仿真软件，这样能够简化计算过程，把结果以图形的方式表示出来；同时仿真软件能够仿真许多通信系统，可以引导学生理解实际的通信过程，加深书本上理论知识的掌握，起到事半功倍的效果。
美国MathWorks公司推出的MATLAB专门以矩阵的形式对数据进行处理，它是一种科学计算和工程仿真软件。集高性能科学计算、结果可视化和编程于一体的MATLAB，操作简单，同时还提供了很多的内置函数，矩阵计算和绘图功能都非常好，对从事有关科学计算、信息处理和控制系统等领域的工作比较适用。近年受教学成本、教学场所的影响，利用MATLAB仿真通信原理被越来越多的高校应用与教学中，研究MATLAB仿真具有非常重要的教学意义。
2 MATLAB在通信原理中的应用举例
2.1用于信号分析
信号在通信系统中的传输是通信原理研究的重点，大多分析的是信号的特性，这时会涉及大量的数学公式，高职生受基础限制，很难很好的理解公式，如果我们想体现教学的生动性，可以利用函数表达式进行人工绘图，但是这样画出来的图精确度不高，也很难画。不过采用MATLAB语言，信号的频谱图则很容易就画出来了。
例1 求单边指数函数 的傅里叶变换，并画出相位谱和幅度谱[1]。传统的方法我们直接把信号代人傅里叶变换公式求： ，通过教学过程的观察，学生们一涉及到数学公式就觉得头疼，很难准确计算，更没法绘出对应的图形。如果我们在教学中引入MATLAB，运行下面所给出的简单程序，就会得到如图所示的傅里叶变换结果。
通过这个简单的例子，我们可以看到，如果在教学的过程中适当的引入MATLAB工具，把枯燥的计算过程转换成了形象的图形演示，能降低对学生数学能力的要求，这一点对高职学生来说是一福音，可以大大提升学生的学习兴趣。
2.2适当地将MATLAB仿真引入通信原理实验，如用来对通信系统的性能进行分析
对数字基带通信系统性能造成影响的两个主要原因就是噪音和码间干扰。其中，与码间干扰有关的因素是系统的发送滤波器、接收滤波器特性等，在系统总的特性处于理想低通时，码间干扰可完全消除，不过在现实的通信系统中是不可能实现理想低通滤波器的。所以码间干扰在实际情况中一定会有的，只能通过设计使系统函数接近理想低通的状态，从而提高系统性能，使误码率降低。为使学生直观地认识到因码间干扰造成的误码率，一个很好的办法就是观察眼图。
通过实验方法估计和改善（通过调整）系统性能时在示波器上观察到的一种图形，就是眼图[3]。眼图的观察方法有：在接收滤波器的输出端跨接一个示波器，在对示波器扫描周期进行调整，让其与接收码元的周期保持一致。这时通过示波器上的图形，观察到噪声和码间干扰的影响，进而对系统性能的优劣程度进行估计。二进制信号波形传输时，示波器显示出来的图形如同人眼，因此得名眼图。图2（a） 的双极性基带波形由接收滤波器输出，且无码间串扰，用示波器观察，并调整示波器扫描周期至码元周期Ts，在示波器余辉的作用下，扫描得到的每一个码元波形都重叠在一块，于是形成了图2（c）所示的迹线细而清晰的大“眼睛”；图2（b）的双极性基带波形有码间串扰，从而导致波形失真，示波器的扫描迹线重合度不高，从而形成杂乱的眼图线迹，“眼睛”略微地张开，并且眼图不正，见图2（d）。比较图2（c）和（d）可得，“眼睛”张的越大，同时眼图越端正，说明码间存在越小的串扰，否则表示码间有很大的串扰。
可通过通信原理实验箱来观察眼图，还可以利用MATLAB的系统仿真功能来完成。
例2 产生一个二进制随机方波序列，画出通过升余弦滤波器滤波后，方波的高频分量成分滤掉后绘出的眼图[4]
学生们能够通过眼图的运行结果，对因码间干扰造成的信号混叠看得很清楚，进而直观地认识到误码产生的原因，让他们深刻地理解相关概念原理。
3 结语
如果能够在高职教学中引入MATLAB，能降低理论学习的难度，减少数学能力对学习结果的影响；如果在高职教学中引入MATLAB，则可以同步实施教学和实验验证。经过实验验证，学生们对课堂教学的内容会理解得更好，并使他们的学习兴趣更加浓烈，思维空间也随之而更加开阔，从而也可以使教学效果发挥得更好。
参考文献
[1]赵静等。基于MATLAB的通信系统仿真.北京航天航空大学出版社，2007：105-109
[2]赵鸿图等。通信原理MATLAB仿真教程.人民邮电出版社，2010：68-94
[3]樊昌信等。通信原理.国防工业出版社，2007：216-208
[4]程铃等。MATLAB仿真在通信原理教学中的应用：实验室研究与探索，2010（2）：117-119
关键词：通信原理 MATLAB 高职
中图分类号：G43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（a）-0000-00
1引言
《通信原理》是电子通信专业的一门极其重要的专业课，但是因为它理论性强、直观性差，并且涉及许多先修课程，加大了学生的学习难度，特别是对高职生来讲，公式太多，降低了学生们的学习热情，教学效果不理想。因此，针对高职学生的具体情况，如果在教学中能够引人MATLAB仿真软件，这样能够简化计算过程，把结果以图形的方式表示出来；同时仿真软件能够仿真许多通信系统，可以引导学生理解实际的通信过程，加深书本上理论知识的掌握，起到事半功倍的效果。
美国MathWorks公司推出的MATLAB专门以矩阵的形式对数据进行处理，它是一种科学计算和工程仿真软件。集高性能科学计算、结果可视化和编程于一体的MATLAB，操作简单，同时还提供了很多的内置函数，矩阵计算和绘图功能都非常好，对从事有关科学计算、信息处理和控制系统等领域的工作比较适用。近年受教学成本、教学场所的影响，利用MATLAB仿真通信原理被越来越多的高校应用与教学中，研究MATLAB仿真具有非常重要的教学意义。
2 MATLAB在通信原理中的应用举例
2.1用于信号分析
信号在通信系统中的传输是通信原理研究的重点，大多分析的是信号的特性，这时会涉及大量的数学公式，高职生受基础限制，很难很好的理解公式，如果我们想体现教学的生动性，可以利用函数表达式进行人工绘图，但是这样画出来的图精确度不高，也很难画。不过采用MATLAB语言，信号的频谱图则很容易就画出来了。
例1 求单边指数函数 的傅里叶变换，并画出相位谱和幅度谱[1]。传统的方法我们直接把信号代人傅里叶变换公式求： ，通过教学过程的观察，学生们一涉及到数学公式就觉得头疼，很难准确计算，更没法绘出对应的图形。如果我们在教学中引入MATLAB，运行下面所给出的简单程序，就会得到如图所示的傅里叶变换结果。
通过这个简单的例子，我们可以看到，如果在教学的过程中适当的引入MATLAB工具，把枯燥的计算过程转换成了形象的图形演示，能降低对学生数学能力的要求，这一点对高职学生来说是一福音，可以大大提升学生的学习兴趣。
2.2适当地将MATLAB仿真引入通信原理实验，如用来对通信系统的性能进行分析
对数字基带通信系统性能造成影响的两个主要原因就是噪音和码间干扰。其中，与码间干扰有关的因素是系统的发送滤波器、接收滤波器特性等，在系统总的特性处于理想低通时，码间干扰可完全消除，不过在现实的通信系统中是不可能实现理想低通滤波器的。所以码间干扰在实际情况中一定会有的，只能通过设计使系统函数接近理想低通的状态，从而提高系统性能，使误码率降低。为使学生直观地认识到因码间干扰造成的误码率，一个很好的办法就是观察眼图。
通过实验方法估计和改善（通过调整）系统性能时在示波器上观察到的一种图形，就是眼图[3]。眼图的观察方法有：在接收滤波器的输出端跨接一个示波器，在对示波器扫描周期进行调整，让其与接收码元的周期保持一致。这时通过示波器上的图形，观察到噪声和码间干扰的影响，进而对系统性能的优劣程度进行估计。二进制信号波形传输时，示波器显示出来的图形如同人眼，因此得名眼图。图2（a） 的双极性基带波形由接收滤波器输出，且无码间串扰，用示波器观察，并调整示波器扫描周期至码元周期Ts，在示波器余辉的作用下，扫描得到的每一个码元波形都重叠在一块，于是形成了图2（c）所示的迹线细而清晰的大“眼睛”；图2（b）的双极性基带波形有码间串扰，从而导致波形失真，示波器的扫描迹线重合度不高，从而形成杂乱的眼图线迹，“眼睛”略微地张开，并且眼图不正，见图2（d）。比较图2（c）和（d）可得，“眼睛”张的越大，同时眼图越端正，说明码间存在越小的串扰，否则表示码间有很大的串扰。
可通过通信原理实验箱来观察眼图，还可以利用MATLAB的系统仿真功能来完成。
例2 产生一个二进制随机方波序列，画出通过升余弦滤波器滤波后，方波的高频分量成分滤掉后绘出的眼图[4]
学生们能够通过眼图的运行结果，对因码间干扰造成的信号混叠看得很清楚，进而直观地认识到误码产生的原因，让他们深刻地理解相关概念原理。
3 结语
如果能够在高职教学中引入MATLAB，能降低理论学习的难度，减少数学能力对学习结果的影响；如果在高职教学中引入MATLAB，则可以同步实施教学和实验验证。经过实验验证，学生们对课堂教学的内容会理解得更好，并使他们的学习兴趣更加浓烈，思维空间也随之而更加开阔，从而也可以使教学效果发挥得更好。
参考文献
[1]赵静等。基于MATLAB的通信系统仿真.北京航天航空大学出版社，2007：105-109
[2]赵鸿图等。通信原理MATLAB仿真教程.人民邮电出版社，2010：68-94
[3]樊昌信等。通信原理.国防工业出版社，2007：216-208
[4]程铃等。MATLAB仿真在通信原理教学中的应用：实验室研究与探索，2010（2）：117-119