Matlab仿真在高职通信实验教学中的应用
2019-03-30周渝霞
周渝霞
【摘要】 移动通信技术快速发展，2019年我国对5G牌照进行了发放。随着5G逐渐商用，高职学院需要把5G相关内容纳入教学计划，但是由于经费和教学场地等各方面给限制，搭建硬件实验条件有些不易，那么在教学中采用Matlab进行仿真就显得非常重要。
【关键字】 Matlab 仿真 教学 5G
一、引言
通信产业在全球高速持续地发展，第五代移动通信技术（5th generation mobile networks，简称5G）是最新一代蜂窝移动通信技术，也是即4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系统之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。为了适应当今社会人才需求的模式，在专业的建设和发展过程中，实践教学在整个教学计划中所占的比重越来越大。在实验设备短缺的情况下，采用Matlab仿真软件进行实验教学，让学生更好的理解相关的概念，在理论教学的基础上更好的发挥出实验教学的效果。
二、实验教学的总体安排
实验教学与理论教学相辅相成，使得教学效果的有效提高，我们应从激发学生学习兴趣入手，不断启发学生思考，从而达到牢固掌握理论知识和提高实践能力的教学目的。通信中很多概念比较抽象，在学生学习中配合相关实验，可以提高教学质量。MATLAB的Communication Toolbox（通信工具箱）中提供了许多仿真函数和模块，用于对通信系统进行仿真和分析，主要包括两部分内容：通信函数命令和Simulink的Communications Blockset（通信模块集）仿真模块，既可以在MATLAB的工作空间中直接调用工具箱中的函数，也可以使用Simulink平台构造自己的仿真模块。Matlab通信工具箱中的函数包含：Signal Sources（信号源函数）;Signal Analysis function（信号分析函数）;Source Coding（信源编码）;Error Control Coding（差错控制编码函数）;Lower Level Function for Error Control Coding（差错控制编码的底层函数）;Modulation/Demodulation（调制/解调函数）Special Filters（特殊滤波器设计函数）;Lower Level Function for Specials Filters（设计特殊滤波器的底层函数）;Channel Functions（信道函数）等。Matlab仿真可以提供很多实验项目。
5G（第五代无线系统）是移动电信标准的下一个主要发展阶段，应用范围最终将涵盖移动宽带服务到下一代汽车和设备联网服务。5G将实现更高的移动宽带用户密度，并支持超可靠的设备间通信和大规模机器类通信。Matlab中新增了5G Toolbox，这款工具箱提供了符合标准的波形和参考设计，用于5G通信系统的物理层建模、仿真和验证。
三、基于Matlab的仿真实例分析
通信类课程涉及到数学、电路、信号等多门课程知识，学生学习难度大。将Matlab仿真软件运用到通信教学中，可简化计算过程，把计算结果以图的形式形象地显示出来，同时软件可以仿真很多通信系统，通过改变某些参数来观察系统性能，加深学生对知识的理解。Matlab在通信教学中可以设计以下仿真实例：信源编码与译码、模拟调制与解调、数字调解与调制、数字信号基带传输、基带传输的误码率、幅度键控、相移键控、频移键控、正交幅度调制、直接序列扩频系统、跳频扩频系统、采样定理的原理仿真、PCM编码与解码、DPCM编码与解码、利用OFDM技术设计发射机、利用OFDM技术设计接收机等。5G宽带速度的飞跃將通过毫米波 （mmWave） 频率范围内的大规模MIMO 通信以及更高效地利用频谱的新无线电算法实现。新的设计架构和算法将影响 5G 系统的各个方面：从天线到 RF 电子再到基带算法。
Matlab仿真在5G实验教学中，可以设计以下几个实例：下行链路和上行链路信道和信号，编码方案，传播信道模型，链路级仿真能够生成 5G 信号，仿真端到端 NR PDSCH 链路吞吐量，执行同步过程，包括在 PBCH 波束扫描情况下的MIB 解码等。
四、结论
在通信专业部分实验课程中应用Matlab仿真软件进行实验，既避免了实验设备的短缺，又能完成传统硬件实验中难以进行的实验，因此，在教学中采用Matlab仿真实验，将有利于学生的理解和提高学生的综合分析能力等。
参 考 文 献
[1]虚拟仿真技术在通信原理课程教学中的应用实践[J]. 张学敏，钟菲. 长春工程学院学报（社会科学版）. 2018（03）
[2] MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用[M]. 西安电子科技大学出版社 ， 徐明远， 2010
