基于Matlab的通信原理仿真实验研究

袁敏

摘要：通信原理是目前理工类高校中较为重要的基础课程，通信原理的实验平台往往以实验箱为主，但在实验教学中发现该设备存在不足。因此，设计基于Matlab的通信原理仿真实验方法。根据文献研究结果，设计信号计算软件，使用Matlab软件中的DSB模块作为仿真实验中的幅度调制部分，可以将数据传输至信息载体，便于后期传输与调制。通过AM、DSB设计，完成本文研究。构建实验方法应用测试平台，通过对比可知此方法使用效果为多种实验方法中的最优测试结果。由此可知，此方法的使用效果较佳。

关键词：Matlab软件;通信原理;数字信号

中图分类号：TN911-4      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）06-0238-02

以往的通信原理课程实验多以实验箱为主，实验箱由厂家提供，为通信原理课程实验提供验证性设备，虽然在一定程度上帮助了学生领会课程知识，但随着课程的改革与发展，实验箱的弊端也逐渐显露出来，实验箱动手操作范围受限，实验设计性不够理想，实验精度较低，因此Matlab技术被提出，并应用于通信原理课程仿真实验中。在科学计算语言使用范围最为广泛的就是Matlab，其具有可进行数值模拟、图形绘制与处理、系统可视化处理以及编程的能力。对于通信原理教学，可使用常用模型与组件功能在Matlab寻找到对应的函数并编写新的函数，高校学生可根据自己的需求与学习状态去实现需要的实验组件和流程，也可以利用Matlab自带的程序与模型，通过图像处理的形式将数据可视化，将理论通过图像的方式直观地表示出来，加深学生对通信概念的理解[1-3]。基于上述Matlab的使用特性，在此次研究中探索基于Matlab的通信原理仿真实验教学技术思路，形成合理可行的技术方案[4-6]。随着信息技术的不断发展与高校多媒体环境的不断完善，学生们对于计算机的研究不断深入，为Matlab的推广使用提供了基础条件，在此次研究中将主要对其使用效果展开研究，提升学生对于通信原理的学习效果。

1 基于Matlab的通信原理仿真实验方法设计

在此次仿真实验方法设计前，首先對传统的通信原理仿真实验方法使用情况进行了研究，发现传统方法对于通信信号的模拟效果较差，直接影响了通信原理仿真实验的教学效果，因此，在此次研究中主要对此部分展开优化，具体优化过程如下。

1.1 AM标准调幅设计

在此次研究中使用Matlab软件作为仿真实验方法的设计基础，在此软件中具有AM模块，AM模块可对信号进行处理，将信号经过叠加电流，再经过载波处理，使输出的信号变为常规双边带调幅信号，即AM信号，AM信号调制模型如图1所示。

AM信号波形与输入基带信号的波形是成正比关系的，因此使用包络检波方法可有效恢复原始调制信号。AM信号的上边带和下边带都携带了原始调制信号的全部信息，因此可以将AM信号看作带有载波的双边带信号，AM信号带宽是原始信号带宽的两倍[7-9]。

1.2 DSB双边带抑制载波调制

DSB信号是指在信号幅度调制中，将滤波器设置为全通网络，调制信号则设置为无直流分量，如此调制后输出的信号即为无载波分量的双边带抑制调制信号，即DSB信号。在此处与AM调制有所不同，不能使用包络检波方法，是因为DSB信号的包络与调制信号的波动不是成正比关系，应选取相干解调的方法使DSB信号与AM信号相一致，调制后的DSB信号与AM信号相同，均为双边带信号[10]。DSB信号抑制了载波分量，使得功率利用率有显著提高。

将上述设定部分有序融合，并将其应用到原有的通信原理仿真实验方法中，实现对原有方法使用不足的优化过程。至此，基于Matlab的通信原理仿真实验方法设计完成。

2 方法应用测试

2.1 测试环境设定

在上文中完成了基于Matlab的通信原理仿真实验的设计部分，为对其使用效果进行全面的分析，构建应用测试环境对其展开研究。在此次测试中，需要将多种仿真实验方法应用于同一实验环境中，搭建成完整的通信原理仿真实验方法测试平台，实验测试平台中多个组件的性能，并检测每一个单个组件和平台运行状态，确定组件之间的参数是否可以正常的传输与调用，设定测试参数后测试平台是否可以做出及时的响应。在测试结束后确定测试结果的正确性，测试流程符合测试操作标准以及用户的需求。因此，在此次测试中，首先对测试平台中的单个模块性能进行测试;当测试平台集成完毕后，对测试平台进行集成测试;最后进行测试平台的运行测试，确保测试平台可满足预期的使用效果。

2.2 测试方案设计

根据此次测试目的，在测试的过程中使用Microsoft Office Access数据库Microsoft SQL Server数据库构建系统测试平台数据库，由于此次测试过程中涉及的数据量较大，因此，将单次测试数据以数据文件的方式存储到测试数据库中，并将不同的测试条件设定为单独的数据表，将测试文件的路径自动保存在数据库中，易于访问与分析。

在此次测试中，将文中设计的仿真实验方法与LabVIEW方法及SystemView方法进行对比。选定某一通信原理作为测试对象，采用文中设计方法与其他方法对其展开仿真实验，并对比多种方法的仿真实验处理时长以及通信信号波动模拟误差性。在测试过程中，需要控制测试结果的有效性，为此设定实验共进行14次，将获取的测试数据存储到数据库中，并完成对比分析。

2.3 测试结果分析

根据上述设定的测试环境与测试方案，完成仿真实验方法测试过程得到下述测试结果，通过数据表示如下。

通过对上述测试结果进行分析，文中设计方法的通信模拟时长相较于传统方法1与传统方法2较短。同时通过测试结果纵向对比可知，文中设计方法在多次测试的过程中处理时长较为一致，波动较小。传统方法1与传统方法2的通信信号模拟时间较长，且传统方法2的模拟时间波动较大。在对大量的通信信号处理时，模拟时间较长会对仿真实验结果造成影响。因此，通过上述对比可知，文中设计方法的仿真处理能力较佳。

通過上述测试结果可知，文中设计方法对于信号的模拟精度较高。传统方法1与传统方法2对于信号的模拟精度较低。在多次测试的过程中，文中设计方法的模拟精度长期处于高精准度的状态。传统方法1的模拟精度为三种测试方法中最低模拟精度，其在多次实验中出现模拟精度大幅度波动的问题，严重地影响着仿真实验的效果与通信原理课堂教学的质量。传统方法2的模拟精度较高，但此方法的使用过程中出现多次模拟精度与传统方法1相同的情况，可见此方法的使用效果也较为不稳定。综合上述测试结果可知，文中设计方法对于通信信号的模拟效果更佳。

将上述两部分实验结果相结合，对文中设计方法与传统方法进行全面系统的测定评估可知，文中设计方法的使用效果为多种测试方法中的最优使用效果，在日后的研究中应使用文中设计方法作为通信原理课堂中的主要教学方法。

3 结束语

为克服以往通信原理实验中实验箱设备的弊端，提出基于Matlab的通信原理仿真实验研究，因此，展开对Matlab软件使用效果的设定。由于此次研究的限制，目前所开发出现的方法仅能进行两类实验，为了支持更多的实验，在接下来的研究中，将开发出更多的实验组件，为通信原理仿真实验的实现提供基础。希望通过此次研究可为通信原理仿真实验提供更加丰富的实验方法，并有效提升通信原理课程的教学质量。

参考文献：

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【通联编辑：张薇】