引言

随着现代科学技术的发展，传统的教学媒体如黑板、教科书、甚至多媒体工具因为其承载信息的种类和能力都十分有限，已经远远满足不了现代教学的需求。另一方面，通信原理课程的抽象性使得同学和教师也感觉枯燥、难以理解。计算机技术的飞速发展和MATLAB软件的推出，利用计算机进行辅助教学这种教学手段已经进入课堂教学领域。MATLAB是目前国际上流行的进行科学研究、工程计算的软件。在通信领域MATLAB更是优势明显，因为通信领域中有很多问题是研究系统性能的，传统的方法只有构建一个实验系统，采用各种方法进行测量，才能得到所需的数据，这样不仅需要花费大量的资金用于实验系统的构建，而且系统构建周期长，系统参数的调整也十分困难。而MATLAB的出现使得通信系统的仿真能够利用计算机模拟实现，免去构建实验系统的不便，而且操作十分简单，只需要输入不同的参数就能得到不同情况下系统的性能，而且在结构的观测和数据的存储方面，也比传统的方式更加优越，因而MATLAB在通信仿真领域得到越多越多的应用。同时它也是通信原理学习的一个卓越平台，MATLAB软件的开放性以及功能极强的矩阵运算，使得通信原理的学习无论是理论还是实践都变得不再枯燥无味。而利用MATLAB软件设计的GUI图形用户界面，其形象的界面和波形的具体呈现，更是为这一实践提供了良好的实验的平台。

通信原理课程内容丰富、理论性强、涉及知识面广、信息量大，而且比较抽象、习题多、难度大，是具有一定深度和学习难度的课程。本文针对学生感到难学，教师难教的现状，结合MATLAB，设计出基于MATLAB的通信原理仿真平台，为通信原理课程提供了一个有效的辅助教学手段，对提高通信原理教学和学习的效率起到很大的作用，有助于同学们理解和接受。在数字基带信号、模拟信号、数字信号、抽样量化等部分，为学生提供了很好的图像波形，锻炼其分析和解决问题的能力，并在功能上为其后期开发网络化教学、远程教学打下了基础。

1 设计工具介绍

1.1 MATLAB简介

MATLAB是美国Math works公司推出的一套高性能数值计算的可视化软件，自1984年问世以来，历经了实践的检验，市场的筛选和时间的凝练，现在已经成为广大科研工作者、高校师生最常用和最可信赖的仿真软件之一。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，在系统建模和仿真、科学和工程绘图以及应用程序开发等方面有着广泛的应用。MATLAB以著名的线性代数软件包LINPAK和特征值计算软件包EISPACK的子程序为基础，发展为一种开发性程序设计软件，因此MATLAB已经由简单的矩阵计算分析软件发展成为通用性极高、带有多种实用工具的运算操作平台，并很快成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真、数学乃至科技文字处理不可缺少的基础软件。 1.1.1 MATLAB语言的发展历程和影响

Math works公司推出MATLAB从1984年问世，到1993年推出MATLAB4.0版本，从此告别了DOS版。4.x版继承和发展了其原有的数值计算和图形可视能力，具有更强的可操作性。

1991年仲春，MATLAB 5.0版问世，紧接着是5.1、5.2，以及1999年春的5.3版。到了1999年底，Mathematica也已经升级到6.0版，它特别加强了以前欠缺的大规模数据处理能力，弥补了之前的不足。而近年MATLAB推出的7.0版本，相较于以前的版本，有了很大的改进和增补，在开发环境、程序设计、数值处理以及数据可视化方面提供了许多新功能和更为有效的处理方法，是最近几年使用最广泛的版本。就影响而言，至今仍然没有一个别的计算机软件可与MATLAB相媲美。

在国际学术界，MATLAB已经被公认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流的学术刊物上，都可以看到MATLAB的应用。国内近几年也对MATLAB有了很多研究。 1.1.2 MATLAB语言的特点

MATLAB自其问世以来，就以数值计算称雄。而目前最常用的MATLAB7.0版本，软件性能有了很大的改善，增加了很多新的功能和有效的操作方法。

开发环境：用户可以同时使用多个文件和图形窗口，可以根据自己的习惯和喜好来定制桌面环境，同时还可以为自己定义常用的快捷键。

代码开发：支持函数嵌套、有条件中断点，可以使用匿名函数定义单行函数。 数值处理：在最新版本中，单精度算法、线性代数可以方便用户处理更大的单精度数据，0DE可以求解泛函数，操作隐式差分等式和求解多项式边界值问题。

数据可视化：提供新的绘图界面窗口，用户可以不输入M函数代码而直接在界面窗口中交互性地创建并编辑图形，同时可以直接从图形窗口中创建对应的M代码文件。

文件I/O和外部应用程序接口：支持读入更大的文本文件，支持压缩格式的MAT文件，用户可以动态加载、删除或者重载Java，支持COM用户接口等。 1.1.3 MATLAB的工作环境

所谓工作环境是指：帮助系统、工作内存管理、指令和函数管理、搜索路径管理、操作系统、程序调试和性能剖析工具等。

工作环境的特点

1）大量引入图形用户界面 2）引入了全方位帮助系统 3）M文件编辑、调试的集成环境 4）Notebook新的安装方式

1.2 MATLAB在通信原理教学中的应用

1.2.1 MATLAB的应用现状

MATLAB的函数和命令几乎可以实现C或FORTRAN语言的全部功能，用户不懂C或者FOR2TRAN等高级语言也能开发出功能强大、界面友好、稳定可靠的程序来，开发周期大大缩短。若用户熟悉C或FORTRAN，MATLAB提供了相应的接口，允许相互调用，因此MATLAB具有较好的开放性。MATLAB的高效编程还体现在各类学科的专家在各自的领域用MATLAB编写的许多准确、高效的工具箱，工具箱实际上是对MATLAB进行扩展应用的一系列MATLAB函数（成为M文件），供用户方便地使用，诸如信号处理、图像处理、控制系统、工程优化及神经网络等工具箱。所以MATLAB逐步成为设计数值分析的各类学科教学与科学研究必不可少的工具。

目前，国外很多工科类高校都将MATLBA作为必修课，实验室通常都配备装有MATLAB的计算机供学生学习和研究使用。而我国工科类的教学还未能充

分利用MATLAB强大功能，现有的MATLAB书籍大部分作为计算机应用工具书出现，未能与具体学科的教材有机地结合起来。 1.2.2 MATLAB在《通信原理》教学中的应用

通信原理课程是本科电子类、通信类专业的重要基础课程之一，但是通信原理的原理、概念抽象，理论性强，学生单凭老师上课的讲解难以掌握，尤其是课程中的许多章节内容，需要作图才能理解有关概念和原理，不然难以形成明确的解决问题的思路。

目前，通信工程专业低年级学生已经开设计算机应用教程，把MATLAB的基础知识作为此课程的重要内容，使得学生能够掌握使用MATLAB这类工程计算机软件的基本技术，包括基本数学计算、矩阵处理、计算结果的可视化和符号运算等。教师在推动MATLAB的教学应用中也起着重要租用。教师通过应用MATLAB进行科研提高自身水平，只有通过科研才能深刻理解MATLAB强大的功能及其在工程中的应用，使得讲课做到科研与教学相长。

1.3 通信原理仿真平台设计的必要性和可行性

《通信原理》是电子通信类相关专业的一门重要专业基础课程，是本科生后续课程和研究生课程的基础，它在专业课程体系中占有重要地位，该课程的主要任务是通过对通信原理理论知识的学习，培养学生对通信原理中数字、模拟等系统的分析和设计能力等。课程特点是：内容丰富、理论性强、涉及知识面广、信息量大，而且比较抽象，是具有一定深度和学习难度的课程。因而课堂的教学必须建立一套包括理论讲授、计算机辅助教学、时间教学在内的全方位的课程教学新体系，充分调动教师和学生两方面的积极性，利用各种教学方法和手段，全面提高课程的教学质量。

1.3.1 增加MATLAB内容的必要性和可行性 1）必要性

通信原理需要将所学的理论应用到实践中去，因此有必要一开始让学生以简单的MATLAB语言学习用计算机处理信号，另一方面，MATLAB强大的可视化数据处理功能也能够弥补通信原理理论课程授课时的不足。例如，通信理论课程中常常出现各种抽象的图形，想象图形就得花费不少时间，如果采用MATLAB语言，只需几条简单的指令立刻就能得到。增加MATLAB语言内容，可以促进通信原理理论的教学，提高学生兴趣，增强学生自己动手分析、设计系统的能力，而且老师在课堂上可以直观的演示，使抽象的理论变成生动的图形界面，有利于