SystemView在通信原理課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

陳 軍

(定西師范高等?？茖W(xué)校 物理與電子工程系,甘肅 定西 743000)

SystemView在通信原理課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

陳 軍

(定西師范高等專科學(xué)校 物理與電子工程系,甘肅 定西 743000)

描述了SystemView軟件在模擬信號頻帶傳輸系統(tǒng)中進行可視化動態(tài)仿真的模式和實現(xiàn)方法,并運用該軟件對模擬頻帶傳輸系統(tǒng)教學(xué)實踐進行了研究。實踐表明:將SystemView軟件運用于通信原理課程教學(xué),可以很好地反映系統(tǒng)的動態(tài)工作情況,具有較強的演示、交互、可視和實用性,對培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和研究能力有重要作用。

SystemView;通信系統(tǒng);模擬頻帶傳輸;課程教學(xué)

通信原理是通信、計算機等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,其中很多基本概念、重要原理貫穿于通信專業(yè)的多門課程之中。然而,對于初學(xué)者而言,調(diào)制、解調(diào)、抽樣、量化、復(fù)用等概念、原理及大量的系統(tǒng)模型等內(nèi)容過于抽象,傳統(tǒng)的教學(xué)方法使學(xué)生不易理解和掌握這些概念、原理及模型。將基于模塊化、多功能、交互式視窗環(huán)境的通信系統(tǒng)開發(fā)、仿真分析軟件SystemView應(yīng)用于通信原理的教學(xué)中[1-2],對通信原理進行模擬仿真演示,能夠使抽象的概念、原理、模型形象化,從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和設(shè)計思想,產(chǎn)生較好的教學(xué)效果[3-7],并能夠解決經(jīng)費不足、實驗場所受限帶來的問題。

SystemView具有各種圖形庫及精密、靈活的系統(tǒng)數(shù)據(jù)、波形分析窗口[8-13],可完成復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計、測試、分析及對各種通信系統(tǒng)的仿真。

1 SytemView在通信原理課程教學(xué)中仿真模式

第一步,確立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)通信原理教學(xué)要求,確定系統(tǒng)總體的功能,將各部分功能模塊化,然后找出各部分之間的關(guān)系,確定并繪制系統(tǒng)框圖。

第二步,選取相應(yīng)的圖符,搭建通信仿真系統(tǒng)。在信號源圖符庫、算子圖符庫、函數(shù)圖符庫和信號接受器圖符庫中選擇滿足需要的功能模塊,按設(shè)計的系統(tǒng)框圖在設(shè)計窗口中組建仿真系統(tǒng)。

第三步,依據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)要求,調(diào)整模塊、設(shè)置模塊和系統(tǒng)時間參數(shù)。

第四步,運行仿真系統(tǒng),借助于實時顯示窗口、分析窗口、動態(tài)探針、接收計算器,觀察、運算、分析結(jié)果。

通過這種仿真模式,在教學(xué)實踐中啟發(fā)學(xué)生確定各圖符模塊參數(shù),利用SytemView提供的分析窗及計算功能進行動態(tài)測量、分析,使每個學(xué)生都能動手對電路進行實際操作,如設(shè)定、調(diào)整、修改元器件參數(shù),測試并分析元器件參數(shù)對電路功能的影響,觀察實驗現(xiàn)象,讓學(xué)生將實驗結(jié)果與通信原理理論進行對比。這樣,把實驗?zāi)M與理論有機地結(jié)合起來,加深了學(xué)生對理論知識的理解,使學(xué)生既掌握了課程內(nèi)容,又培養(yǎng)了科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神和綜合設(shè)計能力。

2 基于SytemView的通信原理仿真系統(tǒng)

以“模擬頻帶傳輸”課程內(nèi)容為例,進行系統(tǒng)框圖確定及仿真系統(tǒng)的設(shè)計[14-15]。在模擬頻帶傳輸系統(tǒng)中,信號以連續(xù)變化的電磁波在媒體中傳輸。它是將模擬信號經(jīng)高頻載波調(diào)制后在信道中進行傳輸,然后通過解調(diào)接收的基本原理來進行傳輸?shù)囊环N方式。模擬通信一般包括幅度調(diào)制(包含AM、DSB、SSB和VSB)、角度調(diào)制、頻率調(diào)制。數(shù)字調(diào)制也是從模擬調(diào)制演變而來的,因此,模擬通信是數(shù)字通信的基礎(chǔ),模擬通信系統(tǒng)是通信原理教學(xué)的重點。

2.1 模擬頻帶傳輸系統(tǒng)模型

模擬頻帶傳輸系統(tǒng)主要由信源、發(fā)送濾波器、調(diào)制器、傳輸信道、解調(diào)器和信宿等電路組成(見圖1)。

圖1 模擬頻帶傳輸系統(tǒng)框圖

2.2 模擬頻帶傳輸系統(tǒng)電路原理仿真模型

在通信原理課程教學(xué)中,依據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容,利用SystemView可視化互動仿真平臺,從平臺各功能庫中選擇圖符,構(gòu)建模擬頻帶傳輸系統(tǒng)通信仿真模型(見圖2),其中各圖符塊的參數(shù)設(shè)置如表1所列。

圖2 模擬頻帶傳輸仿真模型

表1 各功能模塊參數(shù)設(shè)置表

編號圖符塊屬性類型參數(shù)設(shè)置0SourceSinusoidAmp=1V;Freq=300Hz;Phase=0°1OperatorGainGain=1;GainUnits=Linear2,6MultiplierNonParametric3,7SourceSinusoidAmp=1V;Freq=2000Hz;Phase=0°4AdderNonParametric5SourceGaussNoiseStdDev=30mV;Mean=0V8OperatorLinearSysChebyshevLowpassIIR6Poles;Fc=300Hz;QuantBits=None;InitCndtn=TransientDSPModeDisa-bled

2.3 搭建模型并進行仿真

首先,啟動SystemView仿真平臺[13],進入設(shè)計、開發(fā)窗口環(huán)境,然后按以下步驟設(shè)計、構(gòu)建實驗電路。

(1) 選取模塊。在SystemView原理圖編輯窗口中,從圖符庫中選擇需要的圖符,將其放置于設(shè)計窗口中,并設(shè)置好各模塊的參數(shù),如表1所列。

(2) 連接實驗電路圖符。在設(shè)計窗口中,將每個圖符依據(jù)系統(tǒng)框圖依次連接起來,組成如圖2所示的模擬頻帶傳輸仿真電路。

(3) 保存電路文件,以便進行調(diào)用、調(diào)試。

(4) 仿真及分析結(jié)果。

搭建好模型后,啟動SystemView系統(tǒng)視窗,設(shè)置“時間窗”參數(shù):Start Time為0 s;Stop Time為0.5 s;Sample Rate為10 000 Hz。然后單擊運行按鈕即可運行仿真模型。運算結(jié)束后,按“分析窗”按鈕進入分析窗,可進行相應(yīng)的觀察分析。

3 仿真結(jié)果及分析

在SystemView軟件分析窗中,利用其所提供的“動態(tài)探針功能”及“接收計算器”等,分別測出輸入信號、調(diào)制信號、解調(diào)后的信號的時域波形圖和相應(yīng)信號的功率譜圖,如圖3—圖7所示。

圖3 輸入信號波形

圖4 已調(diào)制信號波形

圖5 解調(diào)后信號波形

圖6 輸入、載波、解調(diào)后信號功率譜

圖7 已調(diào)制信號功率譜圖

從圖3和圖5可以看出相干解調(diào)后的信號與輸入信號有一定時延,但經(jīng)解調(diào)的信號波形與原輸入的信號波形基本相同。圖6中顯示了輸入、載波、解調(diào)后信號功率譜,可看出輸出信號相對于輸入信號在能量上有衰減。對比圖6和圖7,可以直接觀察到模擬頻帶傳輸系統(tǒng)的已調(diào)信號功率譜由上邊帶和下邊帶兩部分組成,無載頻分量,頻帶寬度是基帶信號帶寬的2倍,調(diào)制效率為100%,即全部功率用于信息的傳輸。由于含有兩個完全相同的邊帶,占用的頻帶較寬。

從仿真波形圖中能很直觀地觀察到信號經(jīng)輸入、調(diào)制、解調(diào)等各功能模塊的動態(tài)變化情況,使學(xué)生容易理解調(diào)制信號頻譜的上邊帶、下邊帶及輸出波形與原輸入信號的時延等物理現(xiàn)象,加深學(xué)生對通信原理理論知識的理解和對概念、規(guī)律的掌握,激發(fā)了學(xué)生的探索熱情。學(xué)生利用仿真平臺實驗、觀察、分析,發(fā)生從不知到知、從知之較少到知之較多、從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變。學(xué)生在“做”中學(xué)習(xí)科學(xué)知識,知識和技能同步提高,學(xué)習(xí)潛能得以挖掘,比傳統(tǒng)課程教學(xué)有了更大的收獲,取得了良好的學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)束語

在課堂與實驗教學(xué)中運用SystemView仿真軟件,能幫助學(xué)生更好地掌握通信原理課程相關(guān)的課程內(nèi)容,提高學(xué)習(xí)興趣,取得較好的教學(xué)效果。學(xué)生可以靈活地選擇實驗場所、自由地安排實驗時間,同時豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容,大大節(jié)省實驗設(shè)備的成本,彌補通信類課程教學(xué)的不足,也培養(yǎng)了學(xué)生的綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和研究能力。

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Research on application research of SystemView in Communication Principles course

Chen Jun

(Department of Physics and Electronic Engineering,Dingxi Teachers’ College,Dingxi 743000,China)

The mode of visual dynamic simulation and realization method in the analog signal frequency band transmission system based on SystemView software are described. The software to study teaching practice of analogy frequency band transmission system is used. The practice shows that the dynamic status condition of the communication system can be well reflected,by using SystemView software to Communication Principle course teaching. It has better demonstration,interactivation,visualization and practice. It is important for cultivating their comprehensive design,innovation and research abilities.

SystemView; communication system;analog frequency band transmission; course teaching

2014- 05- 30

甘肅省高等學(xué)校省級特色專業(yè)建設(shè)(甘教育[2012]32);全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文作者專項資金(2007B42)資助課題

陳軍(1969—),男,甘肅通渭,博士,副教授,研究方向為移動通信與無線通信技術(shù).

E-mail：chenjun5582@163.com

TP391.9

A

1002-4956(2015)1- 0153- 03