前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程仿真教學(xué)應(yīng)用范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。
摘要:作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課,通信技術(shù)課程教學(xué)目前普遍存在理論公式過多、概念抽象、學(xué)生難以掌握等問題。針對通信技術(shù)課程的特點,本文將Matlab仿真引入課程教學(xué),通過可視化視圖搭建核心電路,結(jié)合仿真結(jié)果與課程理論分析,使抽象的概念具體化、復(fù)雜的理論簡單化,從而加深學(xué)生對知識點的理解。實踐表明,課程改革效果良好。
關(guān)鍵詞:通信技術(shù);物聯(lián)網(wǎng);Matlab;仿真教學(xué)
1引言
作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課,通信技術(shù)基礎(chǔ)課程能夠使學(xué)生獲得適應(yīng)信息時代的物聯(lián)網(wǎng)通信基本知識、基本原理和基本技能,培養(yǎng)學(xué)生分析和解決通信系統(tǒng)問題的能力,為深入學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)、無線傳感網(wǎng)與RFID等相關(guān)內(nèi)容和專業(yè)打好基礎(chǔ)。然而傳統(tǒng)通信技術(shù)課程教學(xué)存在理論推導(dǎo)過多、概念抽象等問題,學(xué)生普遍反映知識點難以掌握。目前高校在設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)時,強調(diào)實踐應(yīng)用而淡化理論式教學(xué),更著重學(xué)生實際物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)能力的培養(yǎng),因此如何為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生上好一堂“直觀、具體、容易掌握”的通信技術(shù)基礎(chǔ)課,是目前困擾專業(yè)老師的一個關(guān)鍵問題。
2課程教學(xué)存在問題
通信技術(shù)基礎(chǔ)課程以通信系統(tǒng)的基本理論為主要內(nèi)容,目前主要還是以“老師講,學(xué)生聽”的教學(xué)模式為主。隨著物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)改革的不斷推進,課程教學(xué)存在的問題愈加突出。(1)傳統(tǒng)以老師為中心的教學(xué)模式不利于學(xué)生理解和掌握知識,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。單方向的知識灌輸沒有考慮學(xué)生基礎(chǔ)和知識體系的差異性,容易使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生消極應(yīng)對情緒。(2)通信技術(shù)課程內(nèi)容豐富,理論性和原理性強,公式推導(dǎo)和核心概念不容易被學(xué)生理解和掌握,課程對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高,這在很大程度增加了教與學(xué)的難度。加之目前物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)更強調(diào)實踐應(yīng)用,著重學(xué)生實際物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)能力的培養(yǎng)。學(xué)生在實驗過程中更愿意動手操作,卻很少分析和理解實驗結(jié)果與課程理論之間的關(guān)系。(3)目前通信技術(shù)實踐內(nèi)容主要以驗證性實驗為主。由于課程的實驗設(shè)備條件受限,學(xué)生往往是被動式學(xué)習(xí),教師難以在實踐課程中調(diào)動學(xué)生積極性,提高學(xué)生動手操作能力,加深學(xué)生對課程知識點的理解。
3Matlab仿真優(yōu)勢
目前Matlab廣泛應(yīng)用于通信理論、算法設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、建模仿真和性能分析驗證。而Simulink作為Matlab的一個可視化建模仿真平臺,能夠以直觀的方框圖對通信系統(tǒng)進行建模,實時將波形、頻譜、數(shù)據(jù)曲線等模型仿真結(jié)果顯示出來。這樣便于學(xué)生直觀理解通信系統(tǒng)的概念和運行過程。這是通信技術(shù)理論教學(xué)、模型設(shè)計的強大工具[1-2]。針對課程實驗設(shè)備條件受限、學(xué)生在實驗過程中更愿意動手操作而很少分析實驗結(jié)果與理論推導(dǎo)之間關(guān)系等問題,將Matlab/Simulink仿真引入通信技術(shù)課程的教學(xué),在課堂上通過可視化視圖搭建核心電路,將理論講授和仿真模擬相結(jié)合,使抽象的概念具體化、復(fù)雜的理論簡單化,從而加深學(xué)生對知識點的理解[3-4]。
4課程仿真教學(xué)實例
本文以二進制振幅鍵控(2ASK)為例,介紹如何在理論講授中結(jié)合Simulink仿真教學(xué)解析2ASK信號產(chǎn)生與解調(diào)過程。4.12ASK信號產(chǎn)生與解調(diào)原理振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制[5]。一個2ASK信號2ASKe(t)可以表示成一個二進制符號(0,1)序列s(t)與一個正弦型載波的相乘coscωt。2ASK信號產(chǎn)生的原理如圖1所示。2ASK信號解調(diào)的方法主要有兩種:包絡(luò)檢波和相干解調(diào)法[6]。包絡(luò)檢波通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成,直接從已調(diào)波的幅度中提取原始基帶信號。而相干解調(diào)目標是無失真地恢復(fù)原基帶信號,在接收端提供一個與接收的已調(diào)載波嚴格同步的本地載波。當(dāng)與接收的已調(diào)信號相乘后,經(jīng)低通濾波器和抽樣判決后,即可得到原始的調(diào)制信號。2ASK信號相干解調(diào)的原理如圖2所示。從上述流程圖可以看出,傳統(tǒng)理論原理講授會比較抽象,信號的調(diào)制解調(diào)過程不直觀,因此不容易被學(xué)生理解和掌握。4.2Simulink仿真教學(xué)為使信號的調(diào)制解調(diào)過程更具體,更容易理解,采用Simulink可視化視圖構(gòu)建調(diào)制解調(diào)電路。(1)2ASK調(diào)制2ASK信號調(diào)制的模型方框圖由DSP模塊中的sinwave信號源、方波信號源、相乘器等模塊組成,添加示波器在電路各關(guān)鍵點以顯示相關(guān)的波形。2ASK電路模型如圖3所示。對電路模塊進行參數(shù)設(shè)置。如sinwave參數(shù):幅度2,頻率1Hz;采樣時間2ms;方波信號源設(shè)置為基于采樣的,幅度為2,周期為3,占比為2/3。參數(shù)設(shè)置后,運行Simulink即可得出波形圖,如圖4所示。圖4(a)為方波信息源波形,圖4(b)是載波波形,圖4(c)為兩者相乘產(chǎn)生的2ASK信號。從仿真波形可以看出,與載波信號對比,已調(diào)信號非常直觀地反應(yīng)載波信號的包絡(luò)變化與信源方波的關(guān)系。(2)2ASK解調(diào)2ASK信號調(diào)制的模型方框圖在調(diào)制電路的基礎(chǔ)上增加本地載波相乘器、低通濾波器、抽樣判決其等模塊,如圖5所示。同樣地,對各電路模塊依據(jù)需求進行參數(shù)設(shè)置。sinwave參數(shù):幅度1.2,頻率100Hz;采樣時間2ms;方波信號源設(shè)置為基于采樣的,幅度為2,周期為3,占比為2/3。低通濾波器設(shè)置為1階的IIR巴特沃茲濾波器。參數(shù)設(shè)置完成后,運行Simulink即可得出波形圖,如圖6所示。可以看出,解調(diào)過程中每個模塊的輸出波形能夠通過軟件直觀顯示出來,與理論公式推導(dǎo)是相符的。相對傳統(tǒng)的理論教授,通過Simulink的系統(tǒng)建模和波形顯示可以將這些較為抽象的過程直觀、形象地表現(xiàn)出來。另外,仿真模型建立后不僅可以觀察仿真結(jié)果,還可以通過改變參數(shù)設(shè)置、靈活添加測試儀器來引導(dǎo)學(xué)生討論電路中可能出現(xiàn)的各種想象與問題。
5結(jié)束語
Simulink仿真軟件不受實驗設(shè)備以及時間的限制。學(xué)生在具備基礎(chǔ)知識的情況下下,在課外時間對課程不熟悉的概念和知識點進行主動練習(xí),能夠更好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。實踐表明,教學(xué)改革取得良好的效果。
參考文獻
[1]周彩霞.Matlab/Simulink在高職“通信原理”仿真教學(xué)中的應(yīng)用.長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2018,18(4):18-21
[2]邵玉斌.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析.北京:清華大學(xué)出版社,2016
[3]夏江濤,孫冬嬌.Matlab在現(xiàn)代通信原理課程中的應(yīng)用.實驗技術(shù)與管理,2014,31(01):110-113,119
[4]周渝霞.Matlab仿真在高職通信實驗教學(xué)中的應(yīng)用.中國新通信,2019,21(24):190
[5]張衛(wèi)鋼.通信原理與通信技術(shù).西安:電子科技大學(xué)出版社,2011
[6]張輝,曹麗娜.現(xiàn)代通信原理與技術(shù).西安:電子科技大學(xué)出版社,2011
作者:周偉力 單位:佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院
級別:省級期刊
榮譽:中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級別:部級期刊
榮譽:中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級別:統(tǒng)計源期刊
榮譽:中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級別:CSCD期刊
榮譽:中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級別:部級期刊
榮譽:中國期刊全文數(shù)據(jù)庫(CJFD)