“通信原理”是高校通信类专业及其相关专业的重要专业基础课,是此类专业学生学习通信类专业课的理论基础。通信原理实验可以使学生加深对理论知识的理解,也是培养学生动手能力的一个有效环节。但是目前由于资金短缺,个别学校实验室没有能力购买正版软件,只能下载一些没有版权的软件使用,这就埋下了法律隐患。此外,大学使用盗版商业软件助长了盗版现象的蔓延,学校作为教育机构不应该充当这样的角色。
SCILAB是由法国国家信息、自动化研究院(INRIA)的科学家们开发的“开放源码”软件。与MATLAB类似,SCILAB也是一种科学工程计算软件,其数据类型丰富,可以很方便地实现各种矩阵运算与图形显示,能应用于科学计算、数学建模、信号处理、决策优化、线性/非线性控制等各个方面。作为一款开源软件,把SCILAB引入实验教学有以下几点意义。
(1) 激发学生的潜能
作为开放源码的软件,SCILAB的源代码、用户手册及二进制的可执行文件都是免费的,可以直接下载。学生不仅可以看到底层的代码还可以根据自己需要修改源代码,扩充软件功能,开发工具箱。学生的知识将不是只限于软件的操作上,而是整个软件内部原理。这样能够激发同学的学习潜能,培养学生的探索精神及创新意识,逐步从学习者转变成开发者和创造者。
(2) 丰富实验种类
SCICOS是SCILAB的一个工具箱,可以实现模块化系统的建模与仿真。在此平台上,可以搭建通信系统,进行仿真分析,可以丰富通信原理实验的开展方式。目前的通信原理实验是在MATLAB平台上开展的。在有限的课时中,利用模块化的仿真方法,更有助于集中学生精力,提高实验效率,更利于培养学生对通信系统的了解,让学生更关注于实验原理内容。
(3) 学校和学生的其他受益
使用开源软件,不仅能给学生树立合法、规范使用软件的观念,同时也缓解了学校资金短缺的压力。高校作为教书育人的机构,应该时刻给学生正确的导向。高校学生是未来社会的栋梁,合法使用软件如果在学生中形成不了主流,那么,中国软件业将无法实现快速增长。在学校推广、鼓励应用“开放源码”软件不单单是经济上的考虑,它将对学生建立合法使用软件意识、养成规范的行为习惯有着潜移默化的影响。
基于以上思路,从2008年开始,我们开始在通信原理实验中引入开源软件SCILAB\\SCICOS的研究开发工作。首先利用SCILAB\\SCICOS开发、构建了通信工具箱SCICOM,并依托此工具箱开发了一系列结合“通信原理”课程内容的实验,撰写了相应的实验讲义,开展了相关的实验教学活动。历时三年的研究实践,我们积累了很多SCILAB\\SCICOS开发经验和基于此的通信仿真实验教学的第一手资料,实验讲义也随之不断丰富和完善。在此基础上,我们对实验讲义和相关资料进行了进一步的归纳、总结和整理,撰写了本书。希望借此能帮助更多的读者受益。
本书以通信系统仿真实验为核心,介绍了基于SCILAB\\SCICOS的通信系统计算机仿真的基本理论和方法,结构安排如下。
第1章 SCILAB\\SCICOS基础,介绍科学计算软件SCILAB\\SCICOS基本功能和基本操作方法,侧重在SCICOS模块库和工具箱的介绍。
第2章 SCILAB编程语法,介绍SCILAB编程语法及通信系统的计算机仿真基本方法。
第3章 SCICOS开发简介,介绍SCICOS动态可视化模块的运行机制,以及开发方法。
第4章 常用实验模块简介,介绍通信仿真实验中常用模块的功能、参数设置及用法。
第5章 通信仿真实验,是全书的核心部分。包含了验证类、扩展类、综合类、设计类等不同难度的实验项目。
第6章 应用实例,介绍SCILAB综合应用的实例。
考虑到通信仿真实验要求的预备知识较多,而实验课时有限,所以本书选取的实验内容,主要是通信原理基本知识和基本概念部分,从演示性到设计性,内容难度从易到难逐步加大。学生通过预习自学能很快进入到实验中去,独立完成基础实验项目,消化相关的知识,获得相关的技能。本书可以作为通信工程专业以及相关的电子信息类专业的本科教材,也可以作为相关专业读者进行科研开发的自学参考书。
本书由北京邮电大学陈萍、董兴华、周会超合作编写,赵源、吴春帆、栗霖云、王佩、周华伟、廖昊夫、张饶、宋婧凡等参与各章节的编写和校对。在此还要特别感谢刘文京、杨钢在本教材的编写和试用过程中提出的宝贵意见。由于作者水平有限,书中难免存在不足和错误,殷切希望广大读者批评指正。
编 者
2012年7月