李萬益　陳勇昌　張謙　阮錦新

摘 要：Simulink是Matlab中的一種可視化仿真工具。Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對相關(guān)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。該工具有助于學(xué)生對數(shù)據(jù)通信類課程的學(xué)習(xí)，例如數(shù)字信號處理，數(shù)據(jù)通信原理課程，其可以提供給學(xué)生一個(gè)自主實(shí)踐的平臺，這個(gè)平臺有助于學(xué)生對課本理論的深入理解。本文拿出實(shí)際教學(xué)案例論證該仿真工具對于教學(xué)的促進(jìn)性。

關(guān)鍵詞：Simulink Matlab 數(shù)據(jù)通信 教學(xué)

引言

Simulink是科學(xué)計(jì)算軟件Matlab的一個(gè)主要組件。Simulink其主要仿真工具箱有[1-5]：控制系統(tǒng)工具箱，通信模塊工具箱，數(shù)字信號處理模塊工具箱，非線性控制模塊工具箱，定點(diǎn)處理模塊工具箱，狀態(tài)流，系統(tǒng)辨識模塊工具箱，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊工具箱， 模糊邏輯工具箱等等。Simulink模塊庫主要包括常用模塊庫，連續(xù)函數(shù)模塊，非連續(xù)函數(shù)模塊，離散函數(shù)模塊，邏輯控制器模塊庫，數(shù)學(xué)模塊庫，數(shù)據(jù)輸出顯示庫，用戶自定義模塊庫等等。

一些數(shù)據(jù)通信類課程如數(shù)據(jù)通信原理，數(shù)字信號處理等等，起概念抽象，理解不容易，單憑板書和課件講授，學(xué)生很難加深理解。若該類課程的教學(xué)融入Simulink的仿真，可促進(jìn)該類課程的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生對概念的理解。下面拿實(shí)際教學(xué)案例[1]（濾波器的Simulink仿真和解調(diào)與模擬調(diào)制模型仿真）[1]進(jìn)行論證其教學(xué)效果。

一、Simulink的仿真教學(xué)案例

1.濾波器的Simulink仿真

基于FIR的帶通濾波器，采用正弦信號作為輸入信號，設(shè)計(jì)仿真框圖如圖1所示。運(yùn)行仿真文件，輸出圖形如圖2所示

基于FIR的帶阻濾波器，采用正弦信號作為輸入信號，設(shè)計(jì)仿真框圖如圖3所示。運(yùn)行仿真文件，輸出圖形如圖4所示。

由上圖1-圖4可知，濾波器的設(shè)計(jì)涉及到較復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，課件和板書無法詳細(xì)說明其相關(guān)輸入輸出的模塊及相關(guān)參數(shù)，更無法準(zhǔn)確描述輸出的仿真波形圖，但是用Simulink 仿真可以查看相關(guān)參數(shù)，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，準(zhǔn)確的描繪仿真輸出圖形，改善了傳統(tǒng)教學(xué)中的不足。

2.解調(diào)與模擬調(diào)制模型仿真

DSB AM調(diào)制模塊對輸入信號進(jìn)行雙邊帶幅度調(diào)制。輸出為通帶表示的調(diào)制信號，輸入和輸出信號都是基于采樣的實(shí)數(shù)標(biāo)量信號。 當(dāng)輸入一個(gè)時(shí)間函數(shù) ，則輸出為。其中，k為”Input signal offset”參數(shù)；fc為”Carrier frequency”參數(shù)；為”Initial phase”參數(shù)。通常設(shè)定k為輸入信號的負(fù)值部分最小值的絕對值。這時(shí)，在Simulink中的模塊進(jìn)行設(shè)置，如下圖5所示，然后得到仿真文件框圖，如圖6所示。

采用默認(rèn)輸入時(shí)，運(yùn)行仿真文件，輸出圖形如圖7所示，修改“Input signal offset”參數(shù)選項(xiàng)值為100，“Initial phase”參數(shù)選項(xiàng)值為pi/3，運(yùn)行仿真文件，輸出圖形如圖8所示。

下面介紹DSB AM解調(diào)模塊對雙邊帶幅度調(diào)制的信號進(jìn)行解調(diào)。輸入信號為通帶表示的調(diào)制信號，輸入和輸出信號都是基于采樣的實(shí)數(shù)標(biāo)量信號。在解調(diào)過程中，DSB AM 解調(diào)模塊便成了低通濾波器。在通常情況下，“Carrier frequency”參數(shù)項(xiàng)要比信號的最高頻率高很多。根據(jù)萊奎斯特采樣理論，模型中采樣時(shí)間的倒數(shù)必須大于“Carrier frequency”參數(shù)項(xiàng)的兩倍。Simulink中雙擊DSB AM解調(diào)模塊，彈出屬性設(shè)置菜單，如圖9所示，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，我們得到仿真文件框圖如圖10所示。

采用系統(tǒng)默認(rèn)輸入，運(yùn)行仿真文件，輸出圖形如圖11所示。修改“Filter order”參數(shù)選項(xiàng)值8，運(yùn)行仿真文件，輸出圖形如圖12

所示。

從上述參數(shù)設(shè)置和仿真結(jié)果看，利用Simulink對所教學(xué)的內(nèi)容（DSB AM的調(diào)制和解調(diào)）可以較好的進(jìn)行仿真，將相關(guān)參數(shù)和相關(guān)理論知識聯(lián)系在了一起，非常快捷的展示了相關(guān)模塊的工作原理及其輸出結(jié)果，這也是傳統(tǒng)板書和課件無法達(dá)到的教學(xué)效果，因此教學(xué)中融入Simulink仿真環(huán)節(jié)十分必要。

結(jié)語

本文用濾波器的Simulink仿真和解調(diào)與模擬調(diào)制模型仿真的教學(xué)案例論證了Simulink的仿真可以促進(jìn)數(shù)據(jù)通信類課程的教學(xué)，并且其對于傳統(tǒng)的板書和課件教學(xué)有一定優(yōu)勢，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的板書和課件教學(xué)無法詳細(xì)描述相關(guān)理論模型，無法詳細(xì)描述輸入輸出結(jié)果，無法詳細(xì)描述其他相關(guān)工作模塊工作原理的缺點(diǎn)。通過所用案例論證了Simulink的仿真有助于學(xué)生對數(shù)據(jù)通信類課程理論的學(xué)習(xí)，并可以讓學(xué)生對所學(xué)理論有更深入的理解。

參考文獻(xiàn)

[1]李獻(xiàn)、駱志偉、于晉臣.MATLAB/Simulink系統(tǒng)仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2017.

[2]李獻(xiàn)、駱志偉.精通MATLAB/Simulink系統(tǒng)仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2017.

[3]邵玉斌.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018.

[4]王亞琴.基于汽車?yán)碚摰腟IMULINK入門實(shí)例教學(xué)[J].四川建材，40（3），2014.pp.332-333.

[5]劉桂英，粟時(shí)平.“電力電子技術(shù)”的Matlab/Simulink教學(xué)仿真實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，33（1），2011.pp.87-92.