胡耀軍 趙 源

[摘 要]通信專業(yè)的教學因教學設備不足和實際工作環(huán)境制約,使學生對抽象的知識難以理解,教學效果一直不理想。在實際教學中,通過逐步引導學生自己應用MATLAB軟件對通信系統(tǒng)進行仿真分析,使學生學習興趣大大增強,知識掌握相對牢固,專業(yè)技能水平顯著提高。

[關鍵詞] MATLAB;系統(tǒng)仿真;通信專業(yè)

[中圖分類號] G712[文獻標識碼] A[文章編號] 1008-4738(2009)06-0089-03

[收稿日期] 2009-10-20

[項目來源] 十堰職業(yè)技術學院教研課題“Matlab在電子信息專業(yè)教學中的應用”(2006JB07)。

[作者簡介] 胡耀軍(1971-),男,十堰職業(yè)技術學院電子工程系講師,研究方向:電子實驗實訓;趙 源(1979-),男,十堰職業(yè)技術學院電子工程系講師,研究方向:移動通信。

一、職業(yè)教育中的信息系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

現(xiàn)在通信專業(yè)教學的最大瓶頸莫過于抽象的知識讓學生難以理解,而在實驗中只能實現(xiàn)一些驗證性的功能。在學生的實習、實訓環(huán)節(jié)中,由于通信系統(tǒng)的特殊性決定了大多數(shù)高等院校很難引進。通信行業(yè)、企業(yè)中的運行設備又不可能直接供學生操作,所謂的參觀實習只能是走馬觀花,使學生有一些簡單的印象而已。與此同時,專業(yè)教師們在課堂中的諄諄教誨顯得更加蒼白無力。在這樣的背景下,大多數(shù)通信專業(yè)的畢業(yè)生由于實踐經(jīng)驗的匱乏導致通信企業(yè)對他們的滿意度不高,這一點對于高職畢業(yè)生而言尤其致命。

系統(tǒng)仿真(Simulation)技術也稱為系統(tǒng)模擬技術[1],一般用于實際工程中對系統(tǒng)進行構建及分析。在眾多的仿真軟件中,MATLAB/Simulink以其獨特的魅力成為通信系統(tǒng)仿真中應用最為廣泛的工具之一。其特點體現(xiàn)在:(1)采用跨平臺數(shù)學語言,不依賴于操作系統(tǒng)類型;(2)編程效率高,可讀性、可靠性、可移植性超越了其他語言;(3)語法簡單,使用數(shù)學語言描述;(4)精確度高;(5)繪圖功能強大;(6)操作簡單,結果直觀[2]。這些優(yōu)點決定了MATLAB/Simulink在通信專業(yè)的教學中能發(fā)揮出它的最大效用。

二、通信專業(yè)教學中MATLAB的具體應用

有鑒于此,我們在與大量的專業(yè)教師以及實際通信工程人員溝通之后,通過一個教學周期的實踐開辟了一條工程仿真與專業(yè)教學結合之路。

第一步:推廣MATLAB軟件在基礎的高等數(shù)學學習中應用,使大學生對MATLAB有一個初步的印象。因為剛剛進入大學學習,數(shù)學基礎較為薄弱,所以我們先是介紹基本的MATLAB操作方法,并手把手地教會學生如何利用MATLAB解決高等數(shù)學中的相應問題以培養(yǎng)他們的學習興趣。

如設:f(x)=-e^{-(x-2)2cosπx},g(x)=4cos(x-2)計算區(qū)間[0,4]上兩曲線所圍面積。

解:先畫出圖形,

>> dx=input('dx= ') ;x=0:dx:4;

>> f=exp(-(x-2).^2.*cos(pi*x));

>> g=4*cos(x-2);

>> plot(x,f,x,g,':r')

然后算出兩曲線所圍面積

functione = exn532f(x)

e1=exp(-(x-2).^2.*cos(pi*x))- 4*cos(x-2);

e = (e1>=0).*e1;

>> s=quad('exn532f',0,4)

結果為:s= 2.30330244952618

經(jīng)過試驗,我們發(fā)現(xiàn)通過這種方法學生們不但能夠很快對MATLAB產(chǎn)生興趣,同時他們的數(shù)學水平以及思維能力都有顯著提高。

第二步:在開設專業(yè)基礎課程的同時,我們再引導學生將MATLAB/Simulink應用于基礎的數(shù)字及模擬電路中進行仿真分析求解。

如:復位積分器的功用示例

圖(圖2)中不但明確地顯示了積分器的數(shù)學建模過程及結構,同時也顯示出了積分器的功能及積分結果。使學生更加深入掌握電路的建模過程的同時對電路功能有了較為深刻的理解。在使用MATLAB/Simulink做系統(tǒng)仿真時,我們可以靈活地將系統(tǒng)的參數(shù)按照自己的意愿做適當?shù)恼{整,這樣在分析結果的時候更加有利于學生對系統(tǒng)本身性能的理解和相應知識的掌握。

第三步:通過了在公共課程及專業(yè)基礎課程中的引導及訓練,在通信專業(yè)課程開設之前學生對MATLAB/Simulink的理解和應用已經(jīng)達到了較高的水平了。這時就可以在專業(yè)課程中通過教師的指導讓學生們自己應用MATLAB/Simulink軟件對相應的通信系統(tǒng)進行仿真分析。通過下面的例子我們可以看出MATLAB/Simulink仿真對學生的專業(yè)學習有著極大的幫助作用。

如:在介紹頻分復用時,傳統(tǒng)的方法是由教師講解原理并繪制信號流程圖形輔助講解,由于沒有實際系統(tǒng)的概念學生們的理解大都停留在抽象的理論層面,當有了MATLAB/Simulink來做輔助的仿真實踐時理解起來就不會感到吃力了。

首先,引導學生自己建立頻分多址系統(tǒng)模型[3],如圖3:

在老師的幫助下理解系統(tǒng)各部分的功能,并設置相應參數(shù)(在此時要講解設置參數(shù)的目的和要求)。然后通過觀察各個示波器波形,加深對系統(tǒng)各個模塊功能以及其在系統(tǒng)中的作用的理解。

系統(tǒng)接收到的波形如下圖:

三用戶的原始信號與解調出來的信號,如圖5:

通過對波形的分析很容易給學生清晰地講解頻分多址系統(tǒng)的原理及應用。我們還可以根據(jù)MATLAB/Simulink仿真軟件的靈活特性將示波器、頻譜儀等儀器放在系統(tǒng)收發(fā)兩端任意節(jié)點來觀測信號在系統(tǒng)中的流程及通過各個功能模塊時的變化情況。如此可以加深學生對系統(tǒng)的理解,使之對通信的整個過程有一個感官上的認識,從而可以更好地掌握專業(yè)知識。

第四步:在畢業(yè)設計中,教師通過一些通信系統(tǒng)設計或者系統(tǒng)分析的可操作性強的項目,采取實際見習及系統(tǒng)仿真相結合的方式,讓學生自主完成。以達到鞏固學生通信系統(tǒng)和通信技術知識、技能的目的。

三、結論

在完成以上幾個教學步驟之后,我們發(fā)現(xiàn),與往屆相比通過這種方法培養(yǎng)的學生學習興趣大大增強,知識掌握相對牢固,專業(yè)技能水平顯著提高。同時,通過這種教學方式教師能夠把抽象枯燥的專業(yè)課程內(nèi)容變成一種容易掌握的可操作性強的直觀知識傳授給學生。教學效果大大提高。

[參考文獻]

[1] 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析[M].北京:清華大學出版社,2008:2.

[2] 趙 靜.基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008:5.

[3] 徐明遠.MATLAB仿真在通信與電子工程中的應用[M].西安:西安電子科技大學出版社,2005:208.

Application of MATLAB in Communication Specialty

HU Yao-jun,ZHAO Yuan

(Dept.of Electronics Eng., Shiyan Technical Institute, Shiyan 442000, China)

Abstract:Students find hard to comprehend abstract knowledge with insufficient teaching devices and real working conditions. The introduction of MATLAB in teaching helps students carry out simulated analysis of telecommunication system, and greatly enhances students' interests and study performance as well as promotes their professional proficiency.

Key words: MATLAB; system simulation; telecommunication