论文部分内容阅读
摘 要：针对移动通信课程传统教学中理论性强、直观性差和实践性较强的特点，在移动通信课堂教学中引入Matlab仿真，将理论性强的原理和公式直观化，能有效提高学生学习兴趣，化解课程教学难点，提高学生创新能力和实践能力。
关键词：传统教学；直观性；Matlab仿真；教学难点
一、前言
移动通信是高校工科电子信息专业必修的一门专业课程。该课程知识面广泛，理论性和系统性很强，且有广阔的工程背景。传统的教学模式往往只在理论上进行论述、推导和证明，并借助一些公式来阐述问题。很难给学生较直观的印象，教学效果不理想。因此，在教学过程中应借助现代教育技术来强化教学效果。
Matlab是MathWorks公司推出的一种科学计算软件。它是一种以矩阵为基本编程单元的程序设计语言，不但拥有强大的数值计算功能和图形表达功能，还具有可视化的仿真环境。在移动通信教学中引入Matlab，可以强化教学效果，提高教学质量。一方面，通过Matlab仿真，可以使一些不易理解的抽象知识比较直观地显示出来，便于学生理解和接受。另一方面，在仿真过程中，也可以根据教学需要，随时修改电路结构和参数，实时观察输出结果，从而使学生加深对电路本质的理解，进一步掌握课堂内容。
二、移动通信调制原理
在移动通信中，信源产生的原始信号绝大部分需要经过调制，变换为适合于在信道内传输的信号，才能在线路中传输。把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形，这一变换过称为调制。高斯最小频移键控原理图（图1）在数字频率调制FSK和数字相位调制PSK体制中，由于已调信号振幅是恒定的，因此有利于在非线性特性的信道中传输。但PSK已调信号的相邻码元存在相位跳变，FSK已调信号如果没有保证相位连续措施的话，相邻码元的相位也存在跳变。相位跳变会使信号功率谱扩展，旁瓣增大，对相邻频率的信道形成干扰。为了使信号功率谱尽可能集中于主瓣之内，主瓣之外的功率谱衰减速度快，那么信号的相位就不能突变。恒包络连续相位调制技术就是依据这种思想产生的。MSK和GMSK就是两种在移动通信中常用的恒包络连续相位调制技术，移动通信课程调制与解调讲授移动通信中使用的调制技术，比如最小移频键控（GMSK）调制，这些章节中的大部分原理和实现方法都可以通过Matlab仿真来实现，给学生以直观的感受，将抽象的原理形象化。下面以调制技术来讨论如何在课程教学中加入Maflab仿真方法。
三、GMSK仿真教学
高斯滤波最小频移键控调制技术是从MSK调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个高斯滤波器进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。由于数字信号在调制前进行了高斯预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如广泛使用的GSM最小频移键控（MSK）调制如图1所示：
■
图1 高斯最小频移键控原理图
■
图2 GMSK信号调制原理
■
图3 GMSK信号调制波形
在教学时让学生先复习FSK，通过FSK和MSK的对比来加深学生对最小频移和相位连续的理解。设输人码元00101010，输人到调制器中的数字序列00101010如图3所示，对应GMSK的已调相位信号如图3中所示。GMSK的已调幅度信号如图3中所示，显然图3中输入到调制器的比特流为高电平时对应GMSK已调信号波形密集，为低电平时已调波形稀疏。同时可以看到已调信号相位连续。
四、结束语
移动通信原理仿真教学方法，吸收和运用了先进的教学思想，利用现代化的教学手段，培养了学生的实际动手能力，为电子专业教学手段的改进和教学质量的提高提供了良好的契机。本文分析了GMSK的具体工作原理，并结合具体实例给出开展仿真教学的必要性和可行性，以期在移动通信实际教学过程中实现理论教学相互协调、相互补充，更大程度地提高教学质量，提高学生解决复杂问题的能力，培养学生的创新意识。
参考文献：
[1]程铃，徐冬冬.Matlab仿真在通信原理教学的应用[J].实验室研究与探索，2010，29（02）：117-ll9.
[2]徐明远，邵玉斌.Matlab仿真在通信与电子工程中的应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010：147-153.
[3]李建东，郭梯云，邬国杨.移动通信[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006：26-41.
关键词：传统教学；直观性；Matlab仿真；教学难点
一、前言
移动通信是高校工科电子信息专业必修的一门专业课程。该课程知识面广泛，理论性和系统性很强，且有广阔的工程背景。传统的教学模式往往只在理论上进行论述、推导和证明，并借助一些公式来阐述问题。很难给学生较直观的印象，教学效果不理想。因此，在教学过程中应借助现代教育技术来强化教学效果。
Matlab是MathWorks公司推出的一种科学计算软件。它是一种以矩阵为基本编程单元的程序设计语言，不但拥有强大的数值计算功能和图形表达功能，还具有可视化的仿真环境。在移动通信教学中引入Matlab，可以强化教学效果，提高教学质量。一方面，通过Matlab仿真，可以使一些不易理解的抽象知识比较直观地显示出来，便于学生理解和接受。另一方面，在仿真过程中，也可以根据教学需要，随时修改电路结构和参数，实时观察输出结果，从而使学生加深对电路本质的理解，进一步掌握课堂内容。
二、移动通信调制原理
在移动通信中，信源产生的原始信号绝大部分需要经过调制，变换为适合于在信道内传输的信号，才能在线路中传输。把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形，这一变换过称为调制。高斯最小频移键控原理图（图1）在数字频率调制FSK和数字相位调制PSK体制中，由于已调信号振幅是恒定的，因此有利于在非线性特性的信道中传输。但PSK已调信号的相邻码元存在相位跳变，FSK已调信号如果没有保证相位连续措施的话，相邻码元的相位也存在跳变。相位跳变会使信号功率谱扩展，旁瓣增大，对相邻频率的信道形成干扰。为了使信号功率谱尽可能集中于主瓣之内，主瓣之外的功率谱衰减速度快，那么信号的相位就不能突变。恒包络连续相位调制技术就是依据这种思想产生的。MSK和GMSK就是两种在移动通信中常用的恒包络连续相位调制技术，移动通信课程调制与解调讲授移动通信中使用的调制技术，比如最小移频键控（GMSK）调制，这些章节中的大部分原理和实现方法都可以通过Matlab仿真来实现，给学生以直观的感受，将抽象的原理形象化。下面以调制技术来讨论如何在课程教学中加入Maflab仿真方法。
三、GMSK仿真教学
高斯滤波最小频移键控调制技术是从MSK调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个高斯滤波器进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。由于数字信号在调制前进行了高斯预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如广泛使用的GSM最小频移键控（MSK）调制如图1所示：
■
图1 高斯最小频移键控原理图
■
图2 GMSK信号调制原理
■
图3 GMSK信号调制波形
在教学时让学生先复习FSK，通过FSK和MSK的对比来加深学生对最小频移和相位连续的理解。设输人码元00101010，输人到调制器中的数字序列00101010如图3所示，对应GMSK的已调相位信号如图3中所示。GMSK的已调幅度信号如图3中所示，显然图3中输入到调制器的比特流为高电平时对应GMSK已调信号波形密集，为低电平时已调波形稀疏。同时可以看到已调信号相位连续。
四、结束语
移动通信原理仿真教学方法，吸收和运用了先进的教学思想，利用现代化的教学手段，培养了学生的实际动手能力，为电子专业教学手段的改进和教学质量的提高提供了良好的契机。本文分析了GMSK的具体工作原理，并结合具体实例给出开展仿真教学的必要性和可行性，以期在移动通信实际教学过程中实现理论教学相互协调、相互补充，更大程度地提高教学质量，提高学生解决复杂问题的能力，培养学生的创新意识。
参考文献：
[1]程铃，徐冬冬.Matlab仿真在通信原理教学的应用[J].实验室研究与探索，2010，29（02）：117-ll9.
[2]徐明远，邵玉斌.Matlab仿真在通信与电子工程中的应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010：147-153.
[3]李建东，郭梯云，邬国杨.移动通信[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006：26-41.