基于數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)的教輔系統(tǒng)設計

摘 要：“通信原理”作為典型的抽象度高、理論性強的專業(yè)基礎課程，在獨立院校的授課過程中存在學生學習興趣難調動、聽課率較低的問題。為此，借助MATLAB GUI平臺，開發(fā)了數(shù)字帶通傳輸仿真實驗系統(tǒng)，并將其引入課堂輔助教學。該系統(tǒng)具有參數(shù)可調、動態(tài)顯示和操作簡單等特點，從調制前后、解調前后、系統(tǒng)性能三方面做對比，用具象化的仿真效果配合抽象的理論教學，幫助學生更好地接受和理解理論，同時為后續(xù)的課內實驗打好基礎。

關鍵詞：數(shù)字調制；通信原理；MATLAB GUI；教學輔助系統(tǒng)；仿真實驗；通信系統(tǒng)搭建

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）06-0-02

0 引 言

“通信原理”是通信工程、電子信息、物聯(lián)網等學科的核心課程，是其教學的重要組成部分。“通信原理”課程內容豐富、涉及面廣，理論性和實踐性都很強，涉及到很多抽象的數(shù)學模型，概念比較多，公式比較復雜。而針對此類理論性強、抽象度高的課程，用傳統(tǒng)的教學方式講授，學生在理解上仍存在一定困難。因此，本著強化基礎、注重理解的原則，將仿真引入課堂，以MATLAB為平臺，進行了仿真實驗教學系統(tǒng)的設計，幫助學生當堂理解教學內容，提升學生的學習興趣，激發(fā)學生的學習主動性[1-4]。

1 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)授課思路

數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)的教學內容主要由以二進制為主的數(shù)字調制/解調原理、系統(tǒng)性能比較兩部分構成，教學思路如圖1所示。課堂教學輔助系統(tǒng)即是按照圖1內容展開設計，設計要求及解決方案見表1所列。

2 數(shù)字帶通傳輸課堂教學輔助系統(tǒng)組成

數(shù)字帶通傳輸課堂教學輔助系統(tǒng)的設計框架如圖2所示，其由調制信號、高頻載波、邊帶/帶通/低通濾波、信道噪聲和抽樣判決模塊構成。通過模塊的有機組合分別搭建2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK調制解調系統(tǒng)[3]。

3 數(shù)字帶通傳輸課堂教學輔助系統(tǒng)界面

數(shù)字帶通傳輸課堂教學輔助系統(tǒng)界面分為1個主界面和5個子界面，按照圖3所示流程建立主、子界面關系。首先對系統(tǒng)進行需求分析，然后根據(jù)需求進行功能實現(xiàn)。系統(tǒng)模擬發(fā)送端生成二進制數(shù)字調制前后信號的時域波形、頻譜分布的顯示與對比；模擬接收端對數(shù)字帶通信號進行帶通濾波，獲得濾波前后信號的時域波形、頻譜分布的對比以及解調前后信號的時域波形、頻譜分布的對比；不同噪聲影響程度下的通信系統(tǒng)可靠性對比圖等。在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)設計了4種不同的二進制信號調制方式，分別為：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK，目的是為了讓學生當堂理解教學內容，同時激發(fā)學生的學習興趣[5-7]。

4 系統(tǒng)運行效果

系統(tǒng)主界面如圖4所示，根據(jù)授課需求設置參數(shù)值，選擇相應的調制方式。以2ASK為例，按照圖5所示原理框圖展開設計，分別獲得①②③④點信號的時頻域波形，即圖6所示的8個波形，從上到下、從左到右依次為基帶信號波形及其頻譜圖、2ASK信號波形及其頻譜圖、通過帶通濾波器濾波后的波形及其頻譜圖以及通過解調還原的基帶信號波形及其頻譜圖[7]。觀察還原得到的基帶信號波形與原基帶信號波形相比較基本一致，仿真成功[8]。授課時為了觀察方便可適當調小高頻載波頻率或對時頻域波形進行放大觀察。

2FSK、2PSK和2DPSK調制解調系統(tǒng)的運行效果分別如圖7、圖8和圖9所示，誤碼率對比仿真結果如圖10所示。

5 結 語

數(shù)字帶通傳輸課堂教學輔助系統(tǒng)基于MATLAB GUI的可視化界面設計，能夠靈活且快速地實現(xiàn)通信系統(tǒng)搭建，直觀、動態(tài)且具象地顯示，方便學生觀察、對比和分析，而參數(shù)可調的設計有利于提高學生的參與度，從而激發(fā)學生的學習興趣，達到提升學生聽課效率的目的。在一定程度上為學生課下的知識鞏固和后續(xù)的課內實驗打下基礎，方便學生更好地思考和理解實驗現(xiàn)象，實現(xiàn)理論與實踐相結合的教學

目的[9-10]。

注：本文通訊作者為李明媚。

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基金項目：2021年天津仁愛學院教改立項項目（2021-2-12）

作者簡介：齊 敏（2000—），女，本科，研究方向為通信工程。

李明媚（1984—），女，碩士研究生，講師，研究方向為數(shù)字圖像、移動通信。

董麗元（1987—），女，碩士研究生，講師，研究方向為微波射頻電路。