SystemView在“通信原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用

周桃云 梁平元 伍鐵斌

（湖南人文科技學(xué)院，湖南 婁底 417000）

0 引言

“通信原理”課程是通信工程專業(yè)本科生一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，同時(shí)很多信息類專業(yè)研究生入學(xué)考試選擇的是“通信原理”這門課程。該課程理論性強(qiáng)，概念比較抽象，并涉及到很多的數(shù)學(xué)知識，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高，所以學(xué)生普遍認(rèn)為這門課程很難，從而失去了學(xué)習(xí)的興趣。目前該課程面臨的一個(gè)難題是如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。本文從實(shí)際出發(fā)，舉例分析了SystemView仿真軟件在“通信原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)輔助課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

SystemView是美國ELANIX公司推出的一個(gè)信號級的動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。SystemView以模塊化和交互式的界面，為用戶提供一個(gè)嵌入式的分析引擎，用戶只需使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測試[2-4]。

1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

當(dāng)前，湖南人文科技學(xué)院通信工程專業(yè)的“通信原理”課程的教學(xué)總課時(shí)為64學(xué)時(shí)，其中包括16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，剩下的理論課時(shí)就只有48學(xué)時(shí)，但該課程的教學(xué)內(nèi)容多、理論性強(qiáng)、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多、概念抽象，這一方面使學(xué)生學(xué)習(xí)壓力大，很難掌握教學(xué)內(nèi)容，另一方面很難將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來，無法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?，F(xiàn)階段湖南人文科技學(xué)院“通信原理”課程采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是由南京某科技有限公司生產(chǎn)的通信原理實(shí)驗(yàn)箱，使用時(shí)簡單接幾根線就可以直接用示波器觀測系統(tǒng)中各接點(diǎn)的信號波形，目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下幾方面問題：

（1）實(shí)驗(yàn)箱上模塊中系統(tǒng)的已被固化，信號源產(chǎn)生的信號參數(shù)不可調(diào)節(jié)，比如說數(shù)字信號源，很多時(shí)候觀測的波形并不是理想的矩形波，但無法調(diào)節(jié)；

（2）實(shí)驗(yàn)流程已被提前設(shè)定好，學(xué)生只能按部就班地完成，限制了教師授課的方式；

（3）實(shí)驗(yàn)箱雖然提供了二次開發(fā)的工作模式，但需額外搭配其他的硬件設(shè)備，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下難以獨(dú)立完成；

（4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較簡單，屬于驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)方式，比如說實(shí)驗(yàn)一是模擬信號源，實(shí)驗(yàn)二是數(shù)字信號源，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容基本上就是用示波器觀測各接點(diǎn)波形，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)不用一個(gè)學(xué)時(shí)就能完成，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，不利于開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；

（5）設(shè)備易受損壞，尤其是實(shí)驗(yàn)箱中的產(chǎn)生CPLD數(shù)字信號源的芯片，只要實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生用示波器觀測波形時(shí)沒有接地，芯片就會燒壞，一旦這個(gè)核心芯片被燒壞，這個(gè)實(shí)驗(yàn)箱基本上沒有應(yīng)用的價(jià)值，維修不方便，當(dāng)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)箱出現(xiàn)問題時(shí)公司才會派專人來校進(jìn)行維修。

可見，單純采用通信原理實(shí)驗(yàn)箱作為實(shí)驗(yàn)課的授課手段已不符合目前的教學(xué)要求，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，必須改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐。

2 SystemView軟件在通信原理中的應(yīng)用

為了更加透徹地講解“通信原理”課程中抽象的內(nèi)容，可以使用SystemView仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，不但可以豐富授課內(nèi)容，使抽象的內(nèi)容生動、具體化。下來以相移鍵控為例，建立SystemView仿真模型并進(jìn)行波形仿真。

根據(jù)載波相位表示數(shù)字信息的方式不同，數(shù)字調(diào)相分為絕對相移鍵控（PSK）和相對相移鍵控（DPSK）兩種[1]，這里以二進(jìn)制為例進(jìn)行分析。

2.1 絕對相移鍵控（2PSK）

2PSK調(diào)制的原理是將數(shù)字調(diào)制信號與本地載波直接相乘得到，即有：

s2PSK(t)=s(t)cosωct（1）

其中：

2PSK調(diào)制可以采用模擬法和鍵控法這兩種方法來實(shí)現(xiàn)。

2.2 相對相移鍵控（2DPSK）

2DPSK調(diào)制的基本原理是先將數(shù)字信息序列（絕對碼）變換成相對碼，然后再對相對碼進(jìn)行絕對調(diào)相而形成。相對相移本質(zhì)上就是對差分碼信號的絕對相移。

絕對碼an可以轉(zhuǎn)換成相對碼bn，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：bn=an⊕bn-1（2）

2.3 System View仿真過程

設(shè)計(jì)窗口中提供了用于構(gòu)建系統(tǒng)的基本模塊，這些基本模塊以圖符的形式，按功能分置于圖符庫中，從圖符庫中選取滿足系統(tǒng)所需要的圖符，組建系統(tǒng)模型。

圖符0是幅度為±1V，速率為20bps是PN隨機(jī)序列，作為相移鍵控的數(shù)字信息序列，圖符5和圖符8是相位為0，頻率為100Hz，幅度為1V的正弦信號源，作為本地載波，圖符3和圖符4實(shí)現(xiàn)絕對碼與相對碼的轉(zhuǎn)化，絕對碼與相對碼與本地載波相乘后分別得到2PSK和2DPSK的波形。

利用SystemView可以很容易得到2DPSK、2DPSK調(diào)制信號的波形，通過波形圖可以看到2DPSK信號波形是通過對相對碼的2PSK調(diào)制而得到，可以說絕對碼的差分相移鍵控實(shí)質(zhì)上是相對碼的絕對相移鍵控。通過建立SystemView仿真模型得到仿真波形，使得學(xué)生進(jìn)一步理解數(shù)字相移鍵控調(diào)制的基本原理及2DPSK與2PSK之間的關(guān)系。

3 結(jié)束語

本文通過實(shí)例分析闡述了SystemView在“通信原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用。該軟件使用方便，學(xué)生可以在自己電腦上安裝SystemView仿真軟件，可以自己根據(jù)課堂上所學(xué)內(nèi)容建立SystemView仿真模型,學(xué)生也可以自行提出課題，利用該軟件設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中，學(xué)生能夠更好的用理論知識來指導(dǎo)實(shí)踐，提高動手能力。