基于Simulink通信原理课程教学探讨.doc

基于Simulink通信原理课程教学探讨 　　摘 要 针对通信原理课程理论性和实践性都很强的特点，提出将Simulink仿真工具引入到教学过程的思路。本文给出了2FSK数字传输系统的Simulink仿真过程，观察了传输系统各时间点动态的时域波形图、分析了系统在不同噪声情况下的眼图和误码率性能。实践表明，利用Simulink进行通信原理教学，可使得通信系统的学习和分析过程更加直观和生动。 　　关键词 通信原理 Simulink 系统仿真 2FSK 　　中图分类号：G424 文献标识码：A 　　0 引言 　　通信原理是通信与电子类专业的主干专业课程之一，它上承信号与系统、电子电路、数字信号处理等课程，下启无线通信、光纤通信、数据通信等，是一门非常重要的专业基础课。该课程有着内容丰富，原理性、逻辑性、综合性强，且抽象概念多，不易理解等特点，是一门理论性和实践性都很强的课程。①②多年的教学实践表明，传统的教学方式——课堂教学结合简单的硬件实验，很难满足教学的要求，因此有必要寻求一种新型的教学配套方式，让学生在学习理论知识的同时，能够直观形象地观察通信系统的运行过程和整体性能，以促进理论知识的掌握。 　　Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。③它提供了一种图形化的交互环境，只需要轻轻拖动鼠标就可以迅速建立起系统的框架模型，甚至不需要编写一行代码。而且Simulink除了基本的模块库以外，还提供专用模块库，如Communications Blockset、Signal Processing Blockset等，这使得Simulink可以非常方便地应用于通信原理课程。④ 　　1 基于Simulink的2FSK通信系统设计与仿真 　　现代数字通信系统包括基带数字传输系统和频带数字传输系统，常见的通信系统多属于后者。基本的数字调制方式包括2ASK、2FSK和2PSK，只有熟练地掌握这几种基本的调制方式，才能进一步学习和了解一些更新的现代调制技术。通信原理的课堂教学对数字调制的基本理论进行了详细的介绍，但繁杂的公式推导、相似的框图和静态的理论分析，让学生难以深刻地系统地掌握调制理论。采用仿真软件Simulink与课堂教学结合，既可以让学生深入地掌握理论，又可以提高学生的学习兴趣，锻炼学生的动手能力。 　　下面以稍微复杂的2FSK调制系统为例，通过Simulink对系统的调制、解调和抗噪性能进行仿真。 　　1.1 系统建模与仿真 　　建立模型之前，要求学生先掌握2FSK的调制解调理论，根据所选的调制解调方式画出完整的系统框图，然后再从Simulink模块库中选择相应的功能模块完成系统的仿真。本文的2FSK系统采用开关法调制、包络解调法解调来构建系统模型，系统的Simulink仿真框图如图1所示。系统通过加入高斯白噪声模拟信道噪声对系统的影响。在仿真过程中，通常要求学生将系统分成几部分，分步进行仿真。如2FSK系统可以依次分成调制、信道加噪、解调和系统性能分析几部分，学生可先仿真调制部分，通过加入示波器观看波形确保调制正确，再进行下一步加噪、解调等，这样可以减少调试的复杂度和工作量。另外需要注意的是，信源是基带随机信号，应该选取Bernoulli二进制随机信号产生器，有些同学选择方波产生器，产生周期性方波信号作为信源，是不对的。 　　1.2 系统参数设置 　　参数设置是系统仿真非常重要的一部分，光有正确的系统仿真框图而不能合理地设置参数，同样得不到正确的仿真结果。在使用Simulink辅助教学的过程中，发现很多同学对滤波器参数和采样频率的设置很迷惑，这仍然是理论知识掌握不深刻之过。参数要以系统的观念来设置，首先需要确定的是基带信号的码元传输速率和两个载波频率，最基本的原则是载波频率都要大于调制信号频率，然后根据这几个参数分析基带信号的带宽和已调信号的带宽，来确定解调时滤波器的通带，其中低通滤波器的截止频率由基带信号带宽决定，两路带通滤波器的中心频率由各自的载波频率决定，带宽则为基带信号带宽的两倍。在其它一些仿真软件如SystemView中，还有一个全局参数需要设置，那就是采样频率fs，设定后整个系统都使用相同的fs，在这种情况下，fs的设置需要参考系统中的最高频率fm来设置，理论上要求fs≥2fm，但实际设置时通常会使fs2fm，但fs设太大了会使系统的运行时间过长，所以设置一个合理的fs很重要。在Simulink中，对采样频率参数的管理比较宽松，系统的每一个模块都可以单独设置fs，但我们希望学生在设置该类参数时仍然有一个全局的观念。 　　1.3 仿真波形 　　图2给出了该2FSK系统的部分仿真波形。其中第一路信号为基带随机信号，第二路为已调信号，第三路