约翰霍普金斯大学用Simulink建立无线通信虚拟实验室

虽然爱德华兹博士希望这门课程强调实践学习，但他也认识到传统硬件实验室环境固有的几个缺点。除了购买、维护和配置设备(如瞄准镜、频谱分析仪和光源)的成本外，传统的实验室设置对全职工作的学生来说也不方便。

爱德华兹博士补充说:“通常情况下，当你为演示建立实验室时，它们是固定的和可预测的。我们想要的是让学生们发展出足够的理解能力和兴趣来进行自己的探索。”

ECE项目需要一个可视化的软件模拟环境，学生可以在无线通信中使用，也可以在整个项目的所有课程中使用，并最终在工业中使用。

十年前，爱德华兹博士将MATLAB标准化，在JHU教授无线通信。此后不久，Simulink成为课程的主要仿真环境。如今，MATLAB和Simulink在每学期40门课程的大部分课程中都被使用。

在“无线技术导论”课程中，学生开发一个无线通信系统的模型。本课程首先涵盖所有通信系统的基本原理。尽管许多学生熟悉MathWorks工具，但本课程假定学生不具备相关知识。通过使用快速傅里叶变换进行频谱分析，学生很快就能熟练使用MATLAB和Simulink。

“学生们很自然地吸收了Simulink，”爱德华兹博士指出，“Simulink的图形特性使它非常适合这门课，因为学生们得到了无线环境的真实模拟和他们正在做什么的框图描述。”

然后，学生学习各种模拟和数字调制方案。通过使用Simulink，他们对振幅、频率和相位调制进行建模和模拟，以获得对相关波形和频谱的更深层次的理解。

接下来，本课程将探讨信道描述和建模，再次使用Simulink演示基本概念，如瑞利衰落和信道特性，如相干带宽。学生也使用MATLAB绘制和可视化三维场分布。

在对调制器和解调器建模之后，学生们对无线收发器本身进行了建模和模拟，添加了载波恢复、锁相环和模数转换等功能。

然后，学生使用Simulink来模拟噪声和信道扰动，并将其效果可视化。

至此，学生们已经建立了一个详细的二元相移键控模型，其中包括噪声和信道效应以及载波恢复方面。他们使用该模型来模拟IEEE 802.11标准的一些直接序列扩频。

在学习了全球移动通信系统(GSM)的原理之后，学生将在Simulink中完成一个完整的802.11模型，其中包含了扩频和扩频、调制和解调以及信道建模。

罗德维格和爱德华兹博士目前正在考虑将这门课程放到网上。“Simulink在在线课程中效果很好，因为它能让学生按照自己的节奏独立学习，”Roddewig说。