淺談基于SystemView的通信原理教學實踐

【摘 要】通過Systemview軟件仿真PCM脈沖編碼馬調(diào)制電路的功能為例，說明通信系統(tǒng)仿真軟件在通信專業(yè)教學中的重要性，突出理論與實踐、原理與應(yīng)用相結(jié)合，加深了學生對通信專業(yè)課程的理解。

【關(guān)鍵詞】仿真；PCM編碼；SystemView

0.引言

通信系統(tǒng)是一個十分復雜的工程系統(tǒng)，通信系統(tǒng)的設(shè)計研究也是一項十分復雜的技術(shù)。隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，計算機仿真已成為當今分析和設(shè)計通信的主要工具，在通信系統(tǒng)的研發(fā)和教學中具有越來越重要的意義。

在傳統(tǒng)的通信實驗教學中，學生用分立元件在實驗板上搭接電路進行測試，后來更多地趨向采用實驗臺，學生只需要搭接積木一般將電路搭好進行測試就算完成了實驗。這種實驗方式由于元件、試驗臺本身等等問題，學生實驗成功率往往不高，教師也疲于解決實驗中出現(xiàn)的低級故障如接觸不良、元件損壞等。這樣的實驗教學很難達到提高學生在實驗的過程中理解并掌握課堂上學過的理論知識、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力，很難讓學生有一個充分發(fā)揮其思維的空間。

另外在傳統(tǒng)的通信專業(yè)課程教學過程中，一般開設(shè)“高頻電子線路”、“通信原理”、“數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)”等多門課程的實驗，每門實驗課程都是獨立分散的教學，課程之間相互理解很少，各門課程交叉的實驗更是少，在這樣的教學情境中，缺少對學生綜合系統(tǒng)的應(yīng)用能力的訓練，學生綜合意識不強，很難把多種知識融合在一塊，分析問題解決問題的能力較弱。為此我們需要打破基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗的界限，建立很多相互關(guān)聯(lián)的多門學科的綜合設(shè)計實驗。

SystemView是一個用于現(xiàn)代工程與科學系統(tǒng)設(shè)計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、一般的數(shù)學模型的建立，直到完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真等各個領(lǐng)域，SystemView在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。SystemView自帶的通信、邏輯、數(shù)字信號處理、射頻/模擬等專業(yè)庫，為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證提供了充分的便利。

1.Systemview仿真軟件簡介

Systemview是美國ELANIX公司推出的一款功能強大的通信系統(tǒng)設(shè)計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺，可進行DSP系統(tǒng)、模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的仿真分析。具有用戶界面開放友好、庫資源豐富、硬件接口靈活等特點，已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域的設(shè)計與仿真。

1.1完整的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、仿真與分析的可視化軟件環(huán)境

Systemview包括多種信號源、接收器、加法器、乘法器、各種函數(shù)運算器等；用戶很容易構(gòu)造出所需要的仿真系統(tǒng)，只要調(diào)出有關(guān)圖符塊并設(shè)置好參數(shù)，完成圖符間的連線后運行仿真操作，系統(tǒng)便會以時域波形、眼圖、功率譜、星座圖等形式給出仿真分析結(jié)果。

1.2完善的自我診斷功能

Systemview能自動執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯誤提示，如尚懸空的待連接端信息，實時顯示并指出出錯的圖符。這點對用戶系統(tǒng)診斷是非常有效的。

1.3靈活的用戶自定義和方便的與matlab接口功能

若Systemview圖符庫資源不能完全滿足需要，可通過Systemview提供的用戶代碼庫user code library功能設(shè)計新圖符，擴展新的功能模塊，這對于有一定編程基礎(chǔ)的學生來說尤為有用。另外，Systemview中的M-link功能可以直接調(diào)用matlab的函數(shù)，或利用matlab的分析工具檢驗仿真結(jié)果。

2.仿真實例

下面以脈沖編碼調(diào)制（Pulse-code modulation，PCM）為例，通過Systemview進行仿真實驗。系統(tǒng)的實現(xiàn)通過模塊分層實現(xiàn)，模塊主要由PCM編碼模塊、PCM譯碼模塊、及邏輯時鐘控制信號構(gòu)成。通過仿真設(shè)計電路，分析電路仿真結(jié)果，為最終硬件實現(xiàn)提供理論依據(jù)。

2.1系統(tǒng)介紹

PCM即脈沖編碼調(diào)制，在通信系統(tǒng)中完成將語音信號數(shù)字化功能。PCM的實現(xiàn)主要包括三個步驟完成：抽樣、量化、編碼。分別完成時間上離散、幅度上離散、及量化信號的二進制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號量化性能，采用壓擴非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和μ律方式，我國采用了A律方式，由于A律壓縮實現(xiàn)復雜，常使用 13 折線法編碼，采用非均勻量化PCM編碼示意圖見圖1。

2.2系統(tǒng)仿真模型如下圖2：

2.3系統(tǒng)仿真模型參數(shù)如下表1

2.4 仿真波形如下：

注意事項：

由以上數(shù)據(jù)波形可以看出在PCM編碼的過程中，譯碼輸出的波形具有一定的延遲現(xiàn)象，其波形基本上不失真的在接收端得到恢復，傳輸?shù)倪^程中實現(xiàn)了數(shù)字化的傳輸過程。

3.結(jié)束語

基于Systemview的通信原理教學實踐體系的構(gòu)建，改變了傳統(tǒng)以理論教學為主體，輔以驗證性實驗的教學模式。新的實驗教學體系更具有創(chuàng)新性，極大地調(diào)動了學生學習的主動性和積極參與意識，培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題的能力以及嚴謹?shù)目茖W作風和團結(jié)協(xié)作的精神。學生一致反映，利用Systemview學習通信不再感到枯燥，同時對原理的理解也更加深刻，為下一步的畢業(yè)設(shè)計和以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。

【參考文獻】

[1]吳偉陵，續(xù)大我，龐沁華.通信原理.北京郵電大學出版社，2005.

[2]青松，程岱松，武建華.數(shù)字通信系統(tǒng)的SystemView仿真與分析.北京航空航天大學出版社，2001.