基于MATLAB的《现代通信原理》课程教学改革研究与实践

李晨

（西安工商学院，陕西西安，710032）

0 前言

《现代通信原理》是通信类专业及电子信息工程专业的重要理论基础必修课。与前期基础课程联系紧密，同时对后续课程的学习影响也很大。该课程理论性较强，教学内容中数学推导运算较多，要求学生的数学功底扎实，信号和信息论等学科基础稳定。

《现代通信原理》是通信技术专业所有实践的第一层理论基础。在大多数高校的传统学习中，对于该课程中出现的相关原理和技术主要是通过理论推导方式进行讲授的。但传统教学模式枯燥难接受，不易引起学生的共鸣和学习积极性，还容易造成学生的动手能力较差，难达到用人单位要求的现象。

因此，作为一门重要的专业基础课，《现代通信原理》课程教学改革势在必行。本次教学改革项目针对课程理论性强、内容抽象等问题，将MATLAB引入课堂理论教学，通过直观的仿真实验结果，帮助学生理解和掌握课程中的重要概念和知识点，激发学生的学习兴趣。

1 MATLAB在课堂教学中的应用

1.1 课堂实践教学举例

“数字带通传输系统”是《现代通信原理》中的一个重要章节，而2ASK信号又是本章中研究数字调制的基础，了解了2ASK就比较容易理解FSK、PSK的原理及性能。为使学生充分理解2ASK调制方式及通信过程的基本原理，在本小节的课堂教学中，引入并灵活运用了MATLAB及Simulink建模环境进行辅助教学。具体实践教学过程说明如下：

(1)设计出2ASK数字通信系统的结构，在系统中采用模块化表示；(2)根据通信原理，设计出各个模块的参数（如传码率，滤波器的截止频率等）；(3)基于MATLAB平台对系统进行仿真；(4)针对仿真出该数字传输系统的误码率性能，画出判决电平和误码率的关系曲线。

首先选定贝努力二进制序列作为系统输入模块，用来产生随机二进制比特流。

图1 二进制比特流波形

Sine wave 模块用来生成高频载波信号，在此设，其与基带信号相乘之后生成已调信号，经过带通滤波器，使所有有效信号顺利通过。

AWGN Channel模块用来产生含有加性高斯白噪声信道，已调信号输入加性高斯白噪声信道模拟通信系统中的实际通信信道。此处设置该高斯白噪声方差为0.2。

信道传输之后，为使已调信号全部通过，同时尽可能多地滤除高斯白噪声，需设置带通滤波器，此处该带通滤波器下限、上限频率分别为和。

图2 经带通滤波器后的已调波形

图3 已调信号经AWGN Channel 后的波形

图4 接收端信号通过带通滤波器后波形

本次教学设计中采用相干解调，经示波器显示的输出波形与本地载波相乘之后输出波形如下图所示（此处ωc=8000H）。

图5 输出波形与本地载波相乘后示波器显示波形

相乘器相乘后接入低通滤波器，主要是将信号从高频载波搬移至低频，以便于接收到原信号，此处设置Lowpass通带截止频率为200Hz。

图6 低通滤波器后示波器显示波形

由于经过低通滤波器后的波形仍然为模拟信号，所以要生成数字信号需要经过抽样判决，在MATLAB的SIMULINK中，对Sampled Quantizer Encode进行适当的参数设置可以用来实现抽样判决。经抽样判决后的波形示波器显示如下。

图7 最后输出波形

至此，调制和解调的整个过程都结束了。为了完备学生对该小节知识点的认知，可将输出的数据送入当前的工作空间，执行程序，进一步得出判决电平与误码率的关系曲线。

图8 误码率曲线图

由上图学生可直观得出结论：当前的判决电平在0.1-0.35之间误码率最低。

由于MATLAB的引入，学生也可方便地在程序中更改参数，得到对应的误码率曲线图，进行对比引发思考，进一步加深对本小节知识点的理解。

通过在该章节教学中引入MATLAB仿真软件，使课堂教学内容更加充实丰富，课本内容不再枯燥、单一，不但缓解了学生的厌学、畏学情绪，而且实现了学生的自主性和能动性，通过动手进行设计和仿真，理解了理论知识，同时也提高了运用MATLAB进行设计的能力。

1.2 MATLAB引入理论教学的方案

在课堂中将MATLAB仿真与理论教学相结合，主要采用以下方式进行：

(1)课程开设之前，教师首先选定适合引入MATLAB仿真过程进行辅助教学的章节，结合课程大纲，设计相应的教学环节。

(2)提前让学生熟悉MATLAB仿真软件的相关编程方法。

(3)每节课理论教学之后，可结合当堂内容的要点为学生利用MATLAB仿真进行演示，使学生对刚刚所学的理论知识点有一个直观的认识，引发对相应内容的思考和学习积极性。

(4)为进一步增强学生的自身实践能力，及时安排课后实践环节，组织学生在教师的指导下利用MATLAB仿真进行具体的实践操作，对课堂所学知识点进行巩固，并且通过各模块的设计和相关参数的更改设置，启发学生进行思考总结，得出结论。

2 结语

本次教学改革将MATLAB仿真软件引入理论教学课堂进行辅助教学，改善了传统课堂枯燥难接受的缺陷。两届学生的教学实践过后，学生该门课程的成绩较之前有了明显的提高，学期结束后通过对学生的问卷调查结果显示，学生对该种授课方式的满意度也较高。通过以上教学模式，激发了学生的学习主动性和积极性，活跃了课堂氛围，提高了学生将理论知识与工程实践相结合的能力，效果显著。