Theo cấu trúc tổng quát của phƣơng pháp mô phỏng Hình 3.3) xét từ góc độ phƣơng pháp nghiên cứu và nhận thức khoa học.
Hình 3.3 Cấu trúc của phƣơng pháp mô phỏng
Căn cứ vào các đặc điểm của dạy học thực hành, khi vận dụng phƣơng pháp mô phỏng trong dạy học thực hành cũng tƣơng tự nhƣ các bƣớc của ngƣời nghiên cứu khoa học, nhƣng mức độ khác nhau ở chỗ là đòi hỏi phải có sự tác động sƣ phạm của ngƣời giáo viên. Các nhà khoa học thƣờng tiến hành tất cả các bƣớc của quá trình mô phỏng. Nhƣng trong quá trình dạy học, sinh viên chƣa đủ khả năng xây dựng mô hình, do vậy ngƣời giáo viên phải thực hiện các bƣớc mô hình hóa và sau đó sử dụng mô hình với mục đích sƣ phạm nhƣ một phƣơng tiện nhận thức nhằm giúp sinh viên hiểu rõ một khái niệm hay một nguyên lý hoạt động nào đó.
Về mô phỏng trong dạy học thực hành, những mô hình cần thiết tối thiểu nguyên lý, bản chất) đã đƣợc trình bày trong các giáo trình về hƣớng dẫn thực hành dƣới dạng hình ảnh. Tuy nhiên sự tƣ duy của các nhà xây dựng giáo trình và sinh viên còn có một sự chênh lệch khác biệt, do vậy dẫn đến có sự hiểu biết một cách máy móc, hay sai lệch nội dung. Để truyền tải kiến thức đến cho sinh viên, ngƣời giáo viên phải cụ thể hóa lại, tìm cách biến đổi những mô hình trong tài liệu kỹ thuật sao cho sinh viên dễ hiểu hơn, sinh động hơn, phải tìm ra những mối liên hệ
trong đó. Mặt khác quan sát bằng những hình ảnh sống động, gần với vật thật sẽ làm bài giảng sinh động và hấp dẫn hơn, gây đƣợc sự hứng thú của ngƣời học.
- Mô hình hoá - Xử lý sư phạm (bước 1 và bước 3)
Từ đối tƣợng nghiên cứu đối tƣợng thật hoặc tranh vẽ, sơ đồ của đối tƣợng). Phân tích nội dung kiến thức cần truyền đạt, xác định mục tiêu mô phỏng, mô phỏng cái gì là cơ bản lựa chọn các thuộc tính và các quan hệ đặc trƣng), nên đơn giản hoá thực tế đến mức nào và bỏ bớt những gì cho thích hợp. Trên cơ sở đó tiến hành xây dựng mô hình, mô hình đƣợc xây dựng để học sinh quan sát và thí nghiệm, qua đó mà bản thân nhận thức của học sinh cũng vận động và biến đổi theo nên khi mô hình hoá giáo viên cần chú ý đến:
+ Phù hợp với mục đích dạy học, trình độ lĩnh hội của học sinh + Phù hợp với sự vận động của nội dung môn học
+ Phù hợp với đặc điểm tâm sinh lý của học sinh đơn giản, mang tính phổ biến - khái quát, dễ quan sát)
Mô hình với tƣ cách phản ánh các nguyên lý kỹ thuật chung nhất, các quá trình kỹ thuật và thiết bị kỹ thuật. của các đối tƣợng kỹ thuật nên khi mô hình hoá cần chú ý đến các tính chất: tƣơng tự, đơn giản, lý tƣởng và trực quan.
Từ trƣớc đến nay, việc xây dựng mô hình bƣớc 1) thƣờng do các chuyên gia thực hiện, để nâng cao chất lƣợng của một bài lên lớp. Tuy nhiên giáo viên cũng có thể đề xuất quy trình xây dựng mô hình trên phần mềm đơn giản, phổ cập. Sau đó, từ mô hình mô phỏng, các giáo viên chủ động tiến hành soạn bài giảng bảo đảm tính toàn diện, khoa học và kịp thời. Cần chú ý rằng mô hình đƣa ra cho học sinh nghiên cứu là phƣơng tiện trực tiếp để dạy học) phải đảm bảo phản ánh chính xác nội dung kiến thức, không đƣợc sai sót. Do đó cần có bƣớc chỉnh sửa mô hình bƣớc 3 thực hiện ngay sau bƣớc 1) sao cho hợp thức với nguyên hình, đây cũng là một điểm khác với phƣơng pháp mô phỏng sử dụng trong nghiên cứu khoa học.
- Tổ chức hoạt động dạy học: Cần chú ý đến khâu kích thích động viên, tổ chức hoạt động và kiểm tra đánh giá.
+ Dạy theo phƣơng pháp tƣ duy của các nhà khoa học + Dạy qua các thao tác trên mô hình
Một số yêu cầu trong việc vận dụng 3.2.3.1.
Nội dung mô phỏng
Trong chƣơng trình nội dung dạy học thực hành nghề điện tử công nghiệp quá trình mô phỏng trong giảng dạy không nhất thiết phải chọn tất cả nội dung các bài để mô phỏng nhất là mô phỏng trên máy tính), mà chỉ nên sử dụng cho một số bài. Việc xác định nội dung bài học để mô phỏng cần phải đƣợc xem xét kỹ cả về yêu cầu cũng nhƣ mức độ triển khai để có hiệu quả thiết thực. Trong một bài giảng chỉ quan tâm đến mô phỏng những quá trình đặc trƣng nhƣ: khi không thể thực nghiệm trên đối tƣợng thực, hay những quá trình có tính trừu tƣợng khó hình dung.Ví dụ: Quá trình hoạt động của một vi mạch, quá trình hình thành từ trƣờng quay.
Phương pháp (kiểu) mô phỏng
Qua việc nghiên cứu lý thuyết về mô phỏng, với mục đích dạy học thực hành việc thay đổi tham số trong chƣơng trình mô phỏng là cần thiết và có thể thực hiện đƣợc. Việc thay đổi tham số trong mô phỏng sẽ dẫn đến tăng tính thuyết phục cho bài học, tạo niềm tin, triết lý vững vàng cho sinh viên, qua đó cũng gợi mở khả năng phán đoán tình huống và tƣ duy nghiên cứu của sinh viên. Trong khuôn khổ luận văn này sử dụng phƣơng pháp mô phỏng có điều khiển và tác động lên hệ thống nhằm thay đổi tham số để dẫn đến đầu ra của hệ thống có thay đổi khi ta tác động lên đầu vào của hệ thống cụ thể là mô phỏng định lƣợng bao gồm cả định tính) sử dụng mô hình thực thể mô hình đồng dạng hình học hay động hình học). Trên cơ sở các mô hình này, sinh viên đƣợc giáo viên hƣớng dẫn nhận thức, gợi mở tiên đoán, tác động và sáng tạo trên mô hình.
Thiết bị mô phỏng
Thiết bị mô phỏng trong quá trình dạy học đƣợc chọn ở đây cần phải đáp ứng đƣợc việc thiết kế và sử dụng mô hình theo đúng ý đồ sƣ phạm của ngƣời giáo viên, góp phần tích cực vào quá trình nhân thức và phát triển năng lực nhận thức của sinh viên. Các thiết bị dạy học hiện đại ngày nay có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu này, trong luận văn này phƣơng tiện dạy học ở đây đƣợc chọn là máy tính.
Phần mềm dùng thiết kế chƣơng trình mô phỏng phải phát huy tính hiệu quả dạy
học của nó và phải đảm bảo các yêu cầu nhƣ tính khoa học; tính hiệu quả; tính sư
phạm; tính thẩm mỹ và tính kinh tế.
- Tính khoa học
+ Phải cho kết quả chính xác, nêu rõ bản chất vấn đề.
+ Hình ảnh phải rõ nét và chính xác, ngôn từ trình bày rõ ràng dễ hiểu.
+ Các thông tin trong chƣơng trình phải phù hợp với nội dung chƣơng trình và các giáo trình đang đƣợc sử dụng trong nhà trƣờng. Nội dung thiết kế phải phát triển đƣợc tính tƣ duy sáng tạo của sinh viên, đảm bảo tính vừa sức.
- Tính hiệu quả (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Tiện dụng và dễ dùng.
+ Phù hợp với trình độ tin học của giáo viên trong nhà trƣờng hiện nay. + Sử dụng tiện lợi.
- Tính sư phạm
+ Nội dung có tính hấp dẫn, sinh động phù hợp với tâm sinh lý của sinh viên. + Có tính trực quan cao, nội dung trình bày phải rõ ràng đầy đủ, có thể lặp lại nhiều lần những nội dung cần thiết để sinh viên dễ quan sát và hiểu kỹ bài.
+ Tạo khả năng giao tiếp dễ dàng giữa ngƣời và thiết bị.
+ Phần mềm đƣợc viết theo chiều hƣớng phát triển tƣ duy của sinh viên.
- Tính thẩm mỹ
Mầu sắc sử dụng hài hòa, kích thƣớc chữ và hình vẽ phải phải đảm bảo cho sinh viên dễ quan sát, không gian bố trí hình và chữ thích hợp để tạo và duy trì sự hứng thú học tập của sinh viên.
4 CHƢƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ PHỎNG OFDM CHO TRUYỀN
HÌNH SỐ MẶT ĐẤT
Thực hiện mô phỏng OFDM 4.1.
Để hiểu hơn những vấn đề lý thuyết đƣợc trình bày trong những chƣơng trƣớc. Trong chƣơng cuối cùng này, chúng ta giới thiệu chƣơng trình mô phỏng hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplex). Đây là chƣơng trình đƣợc xây dựng bằng Matlab, chƣơng trình bao gồm sơ đồ khối mô phỏng sự phát và thu OFDM, mô phỏng kênh truyền, so sánh tín hiệu OFDM và QAM, sơ đồ khối mô phỏng hệ thống OFDM bằng Simulink của Matlab.
Để thực hiện việc mô phỏng cần một số yêu cầu tối thiểu về phần cứng và phần mềm nhƣ sau:
Yêu cầu tối thiểu đối với máy tính:
Bộ vi xử lý Pentium hoặc Pentium Pro
Windows 95 hoặc NT WinXP home, XPprofessional đều đƣợc)
Bộ điều phối đồ họa 8 bit và card màn hình tối thiểu 256 màu
Dung lƣợng ổ cứng 25Mb cho tới hơn 1Gb tùy thuộc vào cách cấ u
hình đĩa cứng, phân vùng đĩa, số hợp phần của Matlab đƣợc cài đặt), và tới 2,1Gb nếu cài đặt Matlab cùng với Simulink
Bộ nhớ động (RAM) tối thiểu 16Mb
Các khuyến nghị khác: Bộ nhớ bổ sung, card đồ họa bổ sung, card
âm thanh, máy in, MS-Word 7.0 hoặc hơn, trình biên dịch C, Borlean, Micosoft (xây dựng file MEX), trình duyệt internet để chạy Matlab Help desk online)
4.1.1. Mô phỏng hệ thống OFDM bằng Simulink
Thao tác thực hiện:
Bƣớc 1: Khởi động chƣơng trình Matlab R2010a bằng cách vào START>ALL
PROGRAMS> MATLAB> MATLAB R2010a
Bƣớc 2: Từ dấu nhắc của cửa sổ làm việc gọi Matlab simulink: >> simulink
Bƣớc 3: Khi công cụ Matlab Simulink xuất hiện, từ thƣ viện Simulink xây dựng cấu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
trúc mô phỏng nhƣ hình bên dƣới.
Tín hiệu đƣợc tạo ra từ bộ phát nhị phân Bernoulli, có thể thiết lập các tham số phân bố bằng cách kích đúp vào hộp Bernoulli Binary.
Chuỗi dữ liệu đầu vào đƣợc mã hoá FEC (Forward Error Correction) bởi bộ mã Reed-Solommon sau đó đƣợc điều chế bằng một trong các phƣơng pháp BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Các phƣơng pháp điều chế đƣợc đánh chỉ số nhƣ bảng 4.1.
Bảng 4.1 Bảng ID cho các kiểu điều chế
Kỹ thuật điều chế OFDM trong mô hình sử dụng 192 sub-carrier, 8 pilot, 256- point FFT.
IFFT có chức năng phát ra các mẫu dạng sóng có thành phần tần số thoả mãn điều kiện trực giao. Dữ liệu sau khi đƣợc biến đổi sẽ đƣợc chèn thêm CP vào chuỗi sau điều chế để thực hiện quá trình ƣớc lƣợng kênh và đồng bộ ở máy thu.
Kênh truyền đƣợc thiết lập mô phỏng dựa trên các đặc trƣng của kênh truyền vô tuyến chung nhƣ nhiễu, đa đƣờng và xén tín hiệu. Dùng hai khối trong Matlab: Multipath Rayleigh fading, AWGN.
Hình 4.2 Các tham số kênh truyền vô tuyến
Tín hiệu thu sau khi loại bỏ CP và chuỗi huấn luyện sẽ đƣợc đƣa vào IFFT để chuyển các mẫu miền thời gian trở lại miền tần số. Đƣa vào bộ ƣớc lƣợng kênh và bù kênh để giảm ảnh hƣởng kênh truyền đến tín hiệu. Cuối cùng, tín hiệu đƣợc giải điều chế và giải mã RS.
Kết quả chạy mô phỏng đƣợc hiển thị qua Oscilloscope:
Hình 4.3 Phổ tín hiệu OFDM truyền
Hình 4.3 và 4.4 phản ánh tác động của kênh truyền đến phổ tín hiệu OFDM. Vì kênh truyền là một kênh fading chọn lọc tần số nên phổ tín hiệu OFDM nhận ở những tần số khác nhau chịu sự tác động khác nhau.
Hình 4.5 Dạng sóng tín hiệu OFDM truyền
Hình 4.6 Dạng sóng tín hiệu OFDM nhận
Hình 4.5 và 4.6 cho thấy do ảnh hƣởng của suy hao trong không gian tự do, biên độ tín hiệu OFDM nhận nhỏ hơn biên độ tín hiệu OFDM truyền đi.
Hình 4.7 Chòm sao 16-QAM
Hình 4.7 biểu đồ chòm sao, cho thấy sự phân bố biên độ của tín hiệu thu đƣợc, sự hội tụ các chòm sao là có đƣợc bằng sự ƣớc lƣợng kênh trƣớc khi truyền tín hiệu đi.
Hình 4.8 Độ dịch pha của kênh truyền