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【摘 要】电子信息类课程的特点是理论性强、直观性差.本文结合示例给出Matlab在数字信号处理与通信原理教学与实践中的应用.通过Matlab仿真,大大提高了教学效果,同时提高了学生的综合实践能力与创新能力.
【关 键 词】Matlab电子信息类课程数字信号处理通信原理仿真
【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1674-4810（2013）13-0003-02
数字信号处理、通信原理以及信号与系统等都是电子信息类课程中的主干课程,该类课程涉及数学、电路等多门先修课程,其主要特点是理论性强、直观性差、数学公式推导多,学生学习难度较大.长期以来,电子信息类课程的教学一直采用黑板教学的单一模式,缺乏可视化的直观表现,这就严重影响和制约了课程的教学效果.即使在多媒体教学大量普及以后,教师通常只是把课本内容搬到了屏幕上,没有从根本上解决理论性强、直观性差的问题,学生普遍反映课堂教学难于理解和掌握,教学效果不理想.为了帮助学生学习好这些专业课程,进而将所学理论灵活地应用于实践,引入计算机仿真是一个行之有效的方法,Matlab正是众多仿真软件中的佼佼者.
一Matlab简介
Matlab是MathWorks公司开发的适用于矩阵数值计算和系统仿真的科学计算软件.Matlab将高性能的数值计算和可视化集成一体,并提供了大量的内置函数,从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作.
Matlab除了在科研单位备受青睐,在高校也被广泛使用.它编程简单,功能强大,在电子、通信与信号处理仿真方面表现不俗.Matlab具有可视化的图形用户界面,可用来开发相应的辅助教学软件,设计用于教学的交互式实时动态演示系统,有助于教师的授课和学生的理解,从而可以获得较好的教学效果.Matlab不仅可以作为理论教学的示范性工具,还可以作为实验教学的主要工具.利用Matlab仿真技术进行实验项目的开发,能够有效地弥补某些传统实验所带来的不便和不足,同时由于其不受场地环境和设备的限制,平时有些不容易实现的综合性系统实验都可以利用Matlab仿真的方法轻而易举地实现.
二Matlab在数字信号处理中的应用
数字信号处理这门课程理论性较强、概念抽象,涉及大量的计算,在学习的过程中,学生普遍反映对于基本的分析方法和基本理论不能很好地理解与掌握,利用Matlab提供的函数进行仿真,可演示信号处理的过程,并且将分析结果直观地体现出来,加深对相关理论的理解.
示例1：通过FFT变换分析叠加了噪声的信号,并且通过滤波器滤除噪声.设采样频率Fs等于1000Hz,信号频率为100Hz,叠加噪声的频率为300Hz.可编写如下的Matlab程序演示信号叠加噪声后的时域、频域分布图以及经过滤波器处理后的时域、频域分布图,仿真结果见图1.
三Matlab在通信原理中的应用
通信原理这一课程理论性很强,主要采用课堂教学与实验相结合的教学方式.对于实验教学而言,为了跟上通信技术快速发展的脚步,满足理论联系实际的需要,实验室需购置大量的实验仪器,花费大量的人力和物力,Matlab的出现有效地缓解了这一局面.采用Matlab对通信原理的实验进行软件编程,使通信原理实验可以在个人计算机上进行模拟,进而可以观察波形、分析频谱等性能.
Matlab的动态仿真软件提供了可视化的系统仿真环境和多个模型库,在模型库中提供了丰富的功能模块,采用模块化设计,如Sources（输入源模块）、Sinks（接收器模块）和Continuous（连续模块）等,可以方便、灵活地建立通用性较强的通信仿真模型.下面以2ASK为例,介绍Matlab在通信原理课程中的应用.
示例2：带有高斯白噪声的2ASK系统的调制与解调.首先用正弦波发生器SineWe产生载波,由伯努利二进制随机数产生器（BernoulliBinaryGenerator）产生二进制基带脉冲序列,将其作为信号加载到载波上,调制后的信号在传输的过程中遇到的高斯白噪声由高斯噪声发生器（GaussianNoiseGenerator）加入,为了观察波形的变化,将这几组信号都加载到示波器上.解调后的信号与原始信号的对比通过另外一个示波器来完成.图2是带有高斯白噪声的2ASK系统的调制与解调仿真框图,图3是示波器观察到的仿真波形.
图3中,（a）为原信号、载波、调制后的信号、加入了高斯白噪声的信号以及解调后的输出信号；（b）为原信号与解调后信号的对比.
四结论
通过上述例子的演示可以看出,Matlab不仅可以应用于理论教学,还可以应用于实验教学,由于Matlab包含了实验室无法提供的大量的模块库,提高了设计实验的灵活性.针对那些对本课程有浓厚兴趣的学生,教师可以结合课程的教学内容,提出一些项目的设想,让学生可以根据自身的情况,选择合适的机会来参与教师的科研活动,提高学生的专业综合实践能力与创新能力,体现“宽口径、厚基础、重素质”的教育思想和新世纪培养人才的要求.