基于matlab-simulink的通信原理虚拟仿真实验教学方法研究

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1、基于Matlab/Simulink的通信原理虚拟仿真实验教学方法研究田莹，卢金玉，刘宴涛（渤海大学工学院，辽宁锦州121000）摘要：根据通信原理实验课程的特点，分析现存硬件实验方法的不足，提出借助Matlab/Simulink虚拟仿真实验环境对传统实验方法进行补充和改革的方案；以最终构建典型通信系统为目的，结合理论授课重点，通过多个小实验的设计仿真和综合设计仿真，巩固学生理论知识，培养分析解决实际问题的能力。通过典型实例的设计和分析说明基于Matlab/Simulink的通信原理虚拟仿真实验方法有效可行，

2、是实验教学改革进程中的有益尝试。.jyqkulink拥有丰富的系统建模、仿真和分析的动态仿真集成环境工具箱，而Matlab中的GUI提供了可视化的快速开发环境，使用者通过鼠标就能迅速产生各种GUI控件，从而帮助用户方便地设计出各种符合要求的图形用户界面。利用Matlab的上述功能完全可以实现在物理设备上所要完成的通信理论实验，不仅可将抽象理论知识运用图形、文字、数据等多种形式展现，更为实验教学提供一个界面友好、操作简便的虚拟环境[8?10]。2通信原理虚拟仿真实验教学方法通信原理理论课在本科教学中，需要学生

3、重点掌握的内容主要涵盖了模拟通信系统、数字通信系统和模拟信号数字化3大部分。传统的实验内容各自独立，缺乏系统性。在通信原理课程实验教学改革中，以典型通信系统为应用背景，按照理论授课的重点内容，将系统分解为多个部分，随着各部分实验内容的完成，典型的通信系统也就应运而生，使学生不但深刻理解了各实验部分的原理，而且激发了学生对枯燥专业理论的兴趣。虚拟仿真实验系统在Matlab环境下，利用Simulink功能模块、调用M函数或编写S函数等，根据实验大纲要求开发通信原理仿真实验虚拟仪器库，然后将开放完成的虚拟仪器按照

4、实验设计要求连接构建成通信系统。具体实施方法步骤为：（1）按照理论内容系统化设计实验系统，根据教学大纲的要求，通信原理实验应该包括模拟通信系统、数字通信系统以及模拟信号数字化多路复用通信系统3大系统。（2）根据所需实验，做整体系统设计，确定仿真选用的虚拟仪器及连接框图，汇总虚拟仪器功能，比如信号发生器应包含余弦信号、直流信号和单矩形脉冲信号等、滤波器应包含低通滤波器和带通滤波器等。（3）利用Simulink功能模块或Matlab语言实现虚拟仪器功能，封装相应模块，按照通信系统的一般模型可包括：信源模块、滤波

5、器模块、调制器模块、噪声模块、解调器模块、PCM编/解码模块和信号分析模块等。（4）由虚拟仪器连接构成虚拟实验通信系统，设置仿真参数，如仿真时间、步长等。（5）运行仿真模型并合理选择测量点，设计信号分析模块，分析仿真结果并与理想结果比较。其中信号分析模块是对测量信号成分的分析，包括输出信噪比的计算、输出信号频谱分析；与物理硬件实验相比，利用物理硬件系统得到的观测值，计算系统指标中参杂了硬件噪声和读数误差的影响，并且有些参数无法读出，如噪声功率和信号频率，导致系统性能分析的不准确或无法计算，而利用Matlab

6、实现的软件系统可直接精确提取系统运行参数，在Matlab软件平台中附加指标计算公式，用于方便比较和评价通信系统的性能。通信原理虚拟仿真实验系统开发只要一台PC机，安装Matlab软件即可。由于Matlab在通信仿真领域的应用广泛，开发技术相关资料也很容易搜集；虚拟仿真实验系统开发完成后，投入实验课程中所需硬件条件为一台PC机，要求安装Matlab软件和虚拟仪器库，理论条件为学生掌握Matlab软件。在我校通信工程专业的培养方案中，第三学期开设了“Matlab程序设计”课程，第四学期开设“通信原理”理论课，第

7、五学期开设“通信原理实验”课程；因此本课程实验的教学改革从开发到使用都具有较强可行性。我校通信原理课程配8个验证性实验，以最终构建典型通信系统为目的，结合理论授课重点，通过多个小实验的设计仿真和综合设计仿真，使学生不但巩固了理论知识，培养了分析解决实际问题的能力，同时也使学生能够从系统化的角度进一步理解通信系统的概念。3典型实验举例AM调制解调通信系统是通信原理中最基本的一种模拟通信系统，文中该实验涉及到载波调制、相干解调、包络检波等基本通信理论。3.1AM调制原理简介假设调制信号为m(t)，直流偏量为A0

8、，载波为cosωct，则可得AM调制信号表达式为：由理论分析可知，当μ?1时，可采用包络检波和相干解调两种解调法恢复出原始信号；而μ>1时将出现过调幅现象，只能采用想干解调法恢复原始信号。3.2基于Matlab/Simulink的AM调制解调实验设计如图1所示，AM调制解调系统包括AM调制模块、AM解调模块和信噪比计算模块。通过该实验的设计，要求学生掌握乘法器的基本工作原理，由乘法器构成的振幅调制和载波调制