王海燕　徐永强　李世宝

摘要：本文以多径传播误码率性能评估的MATLAB实验设计为例，阐述“MATLAB与通信仿真”精品实验项目建设的思路与方法。通过多径传播误码率性能评估的虚拟仿真实验平台的搭建，融合多项通信技术，将多个MATLAB程序设计知识点进行贯串，建成综合型、设计型实验，并合理改进考核体系。实验教学效果良好，深受学生好评。

关键词：MATLAB；通信仿真；精品实验；虚拟仿真；误码率性能

中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）44-0269-02

精品实验项目建设是以素质教育理念为先导，以培养学生实践能力和创新能力为宗旨，在现有的硬件设施和软件条件的基础上，基于先进的设计思想和符合认知规律的教学模式、方法和切实有效的教学手段对实践教学实施的一项改革措施[1，2]。

本文以多径传播误码率性能评估的MATLAB实验设计为例，阐述“MATLAB与通信仿真”课程精品实验项目建设的相关问题。

一、实验项目建设的理念和设计思想

“MATLAB与通信仿真”精品实验项目的建设突出学生的主体地位，引导学生自主探究。具体项目建设中，紧紧围绕使学生掌握MATLAB综合程序设计及熟悉通信系统建模与仿真的基本方法这一核心任务，以融合通信专业知识精心设计教学案例进行MATALB多知识点训练为理念，其项目整体设计思想如图1所示，具体如下。

（一）“模块划分、分而治之”的思想

基于该思想，将图1中仿真框图中的各个子框视为模块，针对各模块对应要实现的功能，引导学生进行相应算法的函数实现，使上一子框对应功能函数的输出都是下一子框对应功能函数的输入。

（二）“逐步分解、循序渐进”的思想

充分考虑低年级学生的认知规律，针对难以理解的通信模块，尽量避开原理内容的讲解，并紧紧围绕相应模块要完成的功能，通过循序渐进的实验用例的设计，逐步引导学生理解并完成相应模块功能的函数设计。如交织编码的算法实现概况起来主要有两步：①产生交织序号；②利用交织序号产生交织数据。可设计循序渐进的两个实验案例如下，学生按下述2个分解案例的提示很容易写出相应的程序，并最终完成目标交织函数的编写。

实验1 交织序号的产生用例：按如图2所示步骤，完成自然序号打乱输出的四步操作。

实验2 交织数据的产生用例：按如图3所示样例，使任意随机源序列按实验1交织序号的产生方法，生成交织序列。

（三）“前导后拓、真实具体”的思想

首先，针对项目中的多径信道建模的难点，将基于多径传播的每个同学自己录制的声音回声信号的产生实验设置为前导性实验，使学生在生动形象的通信体验中，学会运用矩阵补零及同维矩阵相加两个简单的MATLAB知识点实现多径信号的时延表示，理解了多径信道的建模方法。另外，针对学生对项目实验的目的和所得SNR-BER曲线的实验结果认知抽象的现象，设计利用误码率性能评估的结果，完成相应信噪比信道状况条件下的Lena图像数据的传输，通过观察接收端恢复图像数据的质量，验证多径传播对实际信号传输的影响。这种真实具体的通信体验，使学生能切实体会到“学有所用”，能更大程度地调动学生学习的兴趣和积极性。

（四“层次化、个性化”的思想

结合实际通信系统误码率性能优化的技术措施，设计了包括不同调制方式（BPSK/QPSK）、不同信道环境（AWGN/多径）、不同信道编码的3个不同层次的实验方案供不同学生选择：

实验方案1：BPSK在AWGN-多径信道下的SNR-BER误码率性能评估，并读出误码率为10^-3的SNR值，传输某一黑白图像，以验证所得SNR-BER误码率性能的准确性。该方式是一种设计性实验系统。因所有实验设计内容已在教学课堂讲授，要求最低，适用于学习吃力或一般的学生群体。

实验方案2：BPSK和QPSK调制在AWGN-多径信道下的SNR-BER误码率性能比较，进一步通过交织编码对QPSK调制进行性能优化、实验结果验证。本方案相比方案1，难度适中，适用于学习中等的学生群体。

实验方案3：信源信号的bit速率等于100kbit/s，要求用Simulink与MATLAB交互使用的sim命令行方式仿真BPSK和QPSK在AWGN信道及AWGN-莱斯多径信道中的SNR-BER性能。该方案除了方案2的内容外还包括课堂内未讲解需经查阅文献资料方可完成的内容，如莱斯多径信道的特性的内容，该方式能够最大限度地保证设计的灵活性和工程能力的锻炼，但因为涉及到未讲解的内容，所以难度最大，適用于学有余力的学生群体。

二、结语

“MATLAB与通信仿真”精品实验项目立项后，课题组多次进行实验教学效果调查，总体满意率均在98%以上。其中94%的学生喜欢这种循序渐进、层次化的实验教学方式，且有85%以上的学生愿意选择高分实验内容完成实验；但也有3%的学生感觉自己的基础较差，只能选择低分值的实验内容，同时他们也表示这种层次化实验内容的设置相比传统的实验更能调动自主学习的积极性。

参考文献：

[1]张娴，王士芬，徐竟成.建设精品实验项目深化创新人才教育[J].上海：实验室研究与探索，2011，30（11）：87-89.

[2]顾朝志，蔡丽萍，卢晓轩.“通信原理”精品实验项目的建设[J].江苏：电气电子教学学报，2015，37（5）：103-105.

Abstract：The ideas and methods of construction of elaborate experimental project are introduced in this paper based on MATLAB experimental design of multipath propagation bit error rate performance evaluation. By Construction of virtual experiment platform based on multipath propagation error rate performance evaluation，different communication technologies have been integrated. So that much MATLAB program design knowledge points could be combined and integrated into the comprehensive，design oriented experiment.The evaluation system is also be improved.The experimental teaching effect is well.

Key words：MATLAB；communication simulation；elaborate experiment；virtual simulation；bit error rate performance