SystemView在通信原理課程教學中的應用研究

陳 軍

(定西師范高等專科學校 物理與電子工程系,甘肅 定西 743000)

SystemView在通信原理課程教學中的應用研究

陳 軍

(定西師范高等專科學校 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中進行可視化動態仿真的模式和實現方法,并運用該軟件對模擬頻帶傳輸系統教學實踐進行了研究。實踐表明:將SystemView軟件運用于通信原理課程教學,可以很好地反映系統的動態工作情況,具有較強的演示、交互、可視和實用性,對培養學生的綜合設計能力、創新能力和研究能力有重要作用。

SystemView;通信系統;模擬頻帶傳輸;課程教學

通信原理是通信、計算機等專業的專業基礎課,其中很多基本概念、重要原理貫穿于通信專業的多門課程之中。然而,對于初學者而言,調制、解調、抽樣、量化、復用等概念、原理及大量的系統模型等內容過于抽象,傳統的教學方法使學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、交互式視窗環境的通信系統開發、仿真分析軟件SystemView應用于通信原理的教學中[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,從而提高學生的學習效率和學習興趣,培養學生的綜合能力和設計思想,產生較好的教學效果[3-7],并能夠解決經費不足、實驗場所受限帶來的問題。

SystemView具有各種圖形庫及精密、靈活的系統數據、波形分析窗口[8-13],可完成復雜系統的設計、測試、分析及對各種通信系統的仿真。

1 SytemView在通信原理課程教學中仿真模式

第一步,確立系統的數學模型。根據通信原理教學要求,確定系統總體的功能,將各部分功能模塊化,然后找出各部分之間的關系,確定并繪制系統框圖。

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

第三步,依據系統性能指標要求,調整模塊、設置模塊和系統時間參數。

第四步,運行仿真系統,借助于實時顯示窗口、分析窗口、動態探針、接收計算器,觀察、運算、分析結果。

通過這種仿真模式,在教學實踐中啟發學生確定各圖符模塊參數,利用SytemView提供的分析窗及計算功能進行動態測量、分析,使每個學生都能動手對電路進行實際操作,如設定、調整、修改元器件參數,測試并分析元器件參數對電路功能的影響,觀察實驗現象,讓學生將實驗結果與通信原理理論進行對比。這樣,把實驗模擬與理論有機地結合起來,加深了學生對理論知識的理解,使學生既掌握了課程內容,又培養了科學態度、創新精神和綜合設計能力。

2 基于SytemView的通信原理仿真系統

以“模擬頻帶傳輸”課程內容為例,進行系統框圖確定及仿真系統的設計[14-15]。在模擬頻帶傳輸系統中,信號以連續變化的電磁波在媒體中傳輸。它是將模擬信號經高頻載波調制后在信道中進行傳輸,然后通過解調接收的基本原理來進行傳輸的一種方式。模擬通信一般包括幅度調制(包含AM、DSB、SSB和VSB)、角度調制、頻率調制。數字調制也是從模擬調制演變而來的,因此,模擬通信是數字通信的基礎,模擬通信系統是通信原理教學的重點。

2.1 模擬頻帶傳輸系統模型

模擬頻帶傳輸系統主要由信源、發送濾波器、調制器、傳輸信道、解調器和信宿等電路組成(見圖1)。

圖1 模擬頻帶傳輸系統框圖

2.2 模擬頻帶傳輸系統電路原理仿真模型

在通信原理課程教學中,依據具體的教學內容,利用SystemView可視化互動仿真平臺,從平臺各功能庫中選擇圖符,構建模擬頻帶傳輸系統通信仿真模型(見圖2),其中各圖符塊的參數設置如表1所列。

圖2 模擬頻帶傳輸仿真模型

表1 各功能模塊參數設置表

編號圖符塊屬性類型參數設置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],進入設計、開發窗口環境,然后按以下步驟設計、構建實驗電路。

(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,將其放置于設計窗口中,并設置好各模塊的參數,如表1所列。

(2) 連接實驗電路圖符。在設計窗口中,將每個圖符依據系統框圖依次連接起來,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,以便進行調用、調試。

(4) 仿真及分析結果。

搭建好模型后,啟動SystemView系統視窗,設置“時間窗”參數: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。運算結束后,按“分析窗”按鈕進入分析窗,可進行相應的觀察分析。

3 仿真結果及分析

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

圖3 輸入信號波形

圖4 已調制信號波形

圖5 解調后信號波形

圖6 輸入、載波、解調后信號功率譜

圖7 已調制信號功率譜圖

從圖3和圖5可以看出相干解調后的信號與輸入信號有一定時延,但經解調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的已調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輸入、調制、解調等各功能模塊的動態變化情況,使學生容易理解調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象,加深學生對通信原理理論知識的理解和對概念、規律的掌握,激發了學生的探索熱情。學生利用仿真平臺實驗、觀察、分析,發生從不知到知、從知之較少到知之較多、從“要我學”到“我要學”的轉變。學生在“做”中學習科學知識,知識和技能同步提高,學習潛能得以挖掘,比傳統課程教學有了更大的收獲,取得了良好的學習效果。

4 結束語

在課堂與實驗教學中運用SystemView仿真軟件,能幫助學生更好地掌握通信原理課程相關的課程內容,提高學習興趣,取得較好的教學效果。學生可以靈活地選擇實驗場所、自由地安排實驗時間,同時豐富了學生的學習內容,大大節省實驗設備的成本,彌補通信類課程教學的不足,也培養了學生的綜合設計能力、創新能力和研究能力。

References)

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[3] 田社平,俞水鋒,方向忠,等.Proteus在微機原理課程教學中的應用[J].電氣電子教學學報,2011,22(4):101-104.

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[15] 高西全,丁玉美.數字信號處理[M].3版.西安:西安電子科技大學出版社,2009:105-126.

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

甘肅省高等學校省級特色專業建設(甘教育[2012]32);全國優秀博士學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.

E-mail：chenjun5582@163.com

TP391.9

A

1002-4956(2015)1- 0153- 03