淺談基于SystemView的通信原理教學實踐

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

【關鍵詞】仿真；PCM編碼；SystemView

0.引言

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

在傳統的通信實驗教學中，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、發現問題并解決問題的能力，很難讓學生有一個充分發揮其思維的空間。

另外在傳統的通信專業課程教學過程中，一般開設“高頻電子線路”、“通信原理”、“數據通信網絡”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的應用能力的訓練，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實驗、專業實驗的界限，建立很多相互關聯的多門學科的綜合設計實驗。

SystemView是一個用于現代工程與科學系統設計及仿真的動態系統分析平臺。從濾波器設計、信號處理、一般的數學模型的建立，直到完整通信系統的設計與仿真等各個領域，SystemView在友好而且功能齊全的窗口環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、數字信號處理、射頻/模擬等專業庫，為現代通信系統的設計、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設計及仿真的動態系統分析平臺，可進行DSP系統、模擬與數字通信系統、信號處理系統和控制系統的仿真分析。具有用戶界面開放友好、庫資源豐富、硬件接口靈活等特點，已廣泛應用于現代通信系統、控制系統等領域的設計與仿真。

1.1完整的動態系統設計、仿真與分析的可視化軟件環境

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

1.2完善的自我診斷功能

Systemview能自動執行系統連接檢查，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功能設計新圖符，擴展新的功能模塊，這對于有一定編程基礎的學生來說尤為有用。另外，Systemview中的M-link功能可以直接調用matlab的函數，或利用matlab的分析工具檢驗仿真結果。

2.仿真實例

下面以脈沖編碼調制（Pulse-code modulation，PCM）為例，通過Systemview進行仿真實驗。系統的實現通過模塊分層實現，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成。通過仿真設計電路，分析電路仿真結果，為最終硬件實現提供理論依據。

2.1系統介紹

PCM即脈沖編碼調制，在通信系統中完成將語音信號數字化功能。PCM的實現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系統仿真模型如下圖2：

2.3系統仿真模型參數如下表1

2.4 仿真波形如下：

注意事項：

由以上數據波形可以看出在PCM編碼的過程中，譯碼輸出的波形具有一定的延遲現象，其波形基本上不失真的在接收端得到恢復，傳輸的過程中實現了數字化的傳輸過程。

3.結束語

基于Systemview的通信原理教學實踐體系的構建，改變了傳統以理論教學為主體，輔以驗證性實驗的教學模式。新的實驗教學體系更具有創新性，極大地調動了學生學習的主動性和積極參與意識，培養了學生分析問題、解決問題的能力以及嚴謹的科學作風和團結協作的精神。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，為下一步的畢業設計和以后的工作打下了良好的基礎。

【參考文獻】

[1]吳偉陵，續大我，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.數字通信系統的SystemView仿真與分析.北京航空航天大學出版社，2001.