基于SystemView的通信原理項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)

王科

摘?要：通信原理課程是通信相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程、課程綜合性強(qiáng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中編程能力弱，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不足。為改善該現(xiàn)狀，對通信原理課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革，采用項(xiàng)目式案例教學(xué)、精心設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)案例，利用SystemView的模塊可視化提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。實(shí)踐教學(xué)表明，所提出的改革取得了較好的成效。

關(guān)鍵詞：SystemView;通信原理;項(xiàng)目式

1?高職院校通信原理課程現(xiàn)狀

1.1?課程綜合性強(qiáng)

通信原理課程在移動通信技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)也是一門承上啟下的課程。課程有較強(qiáng)的理論性，課堂中需要大量的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，同時(shí)為詳細(xì)闡述原理需要在時(shí)域和頻域同時(shí)進(jìn)行理論分析。另外課程與數(shù)電、模電與差異，具體有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，學(xué)生要在系統(tǒng)層面來學(xué)習(xí)和應(yīng)用，先導(dǎo)課程是實(shí)現(xiàn)一個模塊的功能，本課程是研究某一種完整的通信系統(tǒng)。

1.2?學(xué)生編程能力弱

傳統(tǒng)課堂上除了理論講解某種通信系統(tǒng)，往往采用Matlab、HDL等編程語言進(jìn)行仿真演示。Matlab等軟件的使用需要一定的編程基礎(chǔ)，而學(xué)生對先導(dǎo)課程缺乏扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，加之缺乏編程語言基礎(chǔ)知識，導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程和實(shí)踐環(huán)節(jié)較為被動，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情低下。

1.3?實(shí)踐教學(xué)不足

傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)采用通信原理實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但存在以下問題：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目固定，無法更新項(xiàng)目調(diào)整實(shí)驗(yàn)，設(shè)備參數(shù)無法修改，造成很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察不到;實(shí)驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)固定，學(xué)生只能課堂完成實(shí)驗(yàn)，課后無法進(jìn)行鞏固實(shí)踐;學(xué)生只需按操作步驟進(jìn)行連線，使得學(xué)生的實(shí)踐動手能力得不到充分鍛煉[12]。單純采用通信原理實(shí)驗(yàn)箱作為實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，需要改革課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力。

2?通信原理課程設(shè)計(jì)

硬件軟件化軟件一定程度上解決了傳統(tǒng)通信原理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的弊端，學(xué)生能夠在課堂課后鞏固練習(xí)。SystemView是一款系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊去編寫程序，無須輸入復(fù)雜的程序語言，便可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，通過設(shè)計(jì)合適的項(xiàng)目，一定程度讓學(xué)生們能接觸到各種通信系統(tǒng)。針對上述通信原理課程面臨的現(xiàn)狀，結(jié)合本專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的方案，采用基于SystemView的通信原理項(xiàng)目式教學(xué)模式。以項(xiàng)目的形式進(jìn)行教學(xué)，同時(shí)采用企業(yè)真實(shí)案例作為項(xiàng)目載體，提高了課堂教學(xué)效果。SystemView是一款通信領(lǐng)域可視化仿真軟件，擁有強(qiáng)大的分析功能，因其可以直觀方便地搭建通信系統(tǒng)而受到廣大電子通信工程師的青睞[34]。學(xué)生使用SystemView軟件不需要編寫程序代碼，只需理解通信系統(tǒng)本身的原理及組成，便可通過圖形化方式搭建所需系統(tǒng)，通過設(shè)定相關(guān)仿真參數(shù)，可得到目標(biāo)的仿真結(jié)果。使用該軟件，能讓學(xué)生更好地理解和掌握通信系統(tǒng)中的基本概念及原理。

2.1?項(xiàng)目式案例教學(xué)

在以往教學(xué)過程中，往往是將每個章節(jié)知識點(diǎn)分開講解，理論環(huán)節(jié)多于實(shí)踐，學(xué)生實(shí)踐機(jī)會少，對知識的理解困難，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。針對上述情況，采用項(xiàng)目式案例教學(xué)法，增加綜合性通信系統(tǒng)案例，結(jié)合理論講解知識，模擬現(xiàn)網(wǎng)組網(wǎng)方案，使學(xué)生學(xué)會設(shè)計(jì)和開發(fā)現(xiàn)有通信系統(tǒng)。按照由簡單到復(fù)雜原則，將通信原理課程分為四大模塊，每個模塊包含綜合性項(xiàng)目，項(xiàng)目之間具有遞進(jìn)性和關(guān)聯(lián)性，如圖1所示。整個課程分為四大模塊，分別為模擬調(diào)制通信系統(tǒng)、模擬信號的數(shù)字化傳輸、數(shù)字基帶通信系統(tǒng)及數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)，每個模塊包含實(shí)例化項(xiàng)目，分別為：超外差收音機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、PCM時(shí)分復(fù)用多路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、局域網(wǎng)點(diǎn)對點(diǎn)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及GSM通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。各項(xiàng)目包含課程內(nèi)容的知識重點(diǎn)，能夠較好地結(jié)合工程中所用到的知識，理論與實(shí)際相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生向工程師方向發(fā)展。

2.2?利用SystemView進(jìn)行課程設(shè)計(jì)

利用System?View，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，而且SystemView提供圖形化的用戶界面，可以實(shí)現(xiàn)通信原理課程設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)整體性原則。學(xué)生在實(shí)現(xiàn)具體通信系統(tǒng)過程中，首先傾聽教師對相關(guān)項(xiàng)目理論的知識講解，然后利用SystemView所提供的基本模塊庫畫出系統(tǒng)總框架圖，完成系統(tǒng)模型的搭建。接著按照系統(tǒng)指定的性能指標(biāo)要求，調(diào)整各模塊的相關(guān)參數(shù)即可。SystemView提供示波器、頻譜儀等分析儀器可以便捷地觀看系統(tǒng)各環(huán)節(jié)輸出信號。與其他軟件不同的是其結(jié)果實(shí)時(shí)呈現(xiàn)并可調(diào)整，可以及時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)。加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動手能力、分析問題與解決問題能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，為以后從事通信方面相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.3?課程設(shè)計(jì)步驟

2.3.1?設(shè)計(jì)目標(biāo)

學(xué)生熟悉各種通信系統(tǒng)的信道模型，掌握各種模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)的基本原理及抗噪聲性能，能根據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行需求分析，設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)、過程、環(huán)節(jié)和信號。通過一系列的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，能對通信系統(tǒng)基本的編碼和調(diào)制原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2.3.2?項(xiàng)目原理分析

下面以模擬通信系統(tǒng)超外差收音機(jī)項(xiàng)目為例，說明SystemView軟件在通信原理課程教學(xué)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。超外差收音機(jī)接收對端發(fā)射電路的電磁波送至前端混頻電路單元，混頻單元通過本地振蕩信號將高頻已調(diào)信號變換成頻率固定的中頻信號，緊接著將混頻后的中頻信號就行濾波、放大。不同頻率電臺的信號都變換成固定的中頻信號進(jìn)行放大檢波，從而得到相等的放大量，在廣播等通信領(lǐng)域中被廣泛采用。

2.3.3?系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

根據(jù)超外差收音機(jī)系統(tǒng)的原理分析，在SystemView中建立系統(tǒng)仿真框圖，為簡化系統(tǒng)模型，采用無噪聲理想模型，系統(tǒng)模型依次由信號源、乘法器、加法器、檢波器、濾波器等元器件構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)簡化模擬兩個電臺的發(fā)射信號，廣播發(fā)射端使用兩個不同的聲源，對其中的一路音頻信號使用30kHz的載波進(jìn)行AM調(diào)制;另外一路音頻信號使用50kHz的載波進(jìn)行AM調(diào)制。采用了20kHz作為中頻，系統(tǒng)采樣速率設(shè)置為200kHz。為了保證濾波器的性能，濾波器模型采用切比雪夫5階模擬低通濾波器。