基于SystemView的信號與系統實驗項目設計

淮南師范學院電子工程學院 葛先雷

中國移動通信集團吉林有限公司 王盼盼

淮南師范學院電子工程學院 高 強

針對在信號與系統實驗教學過程中遇到的各種問題，本文基于SystemView通信仿真平臺，以信號的分解與合成實驗為例，探討了信號與系統實驗項目的設計。實驗表明：SystemView仿真平臺操作簡單，各模塊間的關系清晰，仿真結果能可視化地展示出來，有助于學生對理論課程的理解與掌握。

1 引言

信號與系統（鄭君里,谷源濤.信號與系統課程歷史變革與進展[J].電氣電子教學學報,2012,34(2):1-6）是后續很多其他專業課程（如通信原理，微波技術等）的先修課，而且很多高校把信號與系統作為研究生入學考試的初試科目。但由于其理論性強、內容抽象、對數學知識要求高，學生學起來較為枯燥，難以引起學習興趣，導致每年該科目的考試通過率較低，難以取得良好的教學效果。

目前信號與系統實驗主要采用的硬件實驗設備或軟件主要有定制實驗箱（尚麗,張培,黃艷.基于MATLAB和RZ8664的矩形信號分解與合成的實驗分析[J].蘇州市職業大學學報,2016,27(1):13-19）和Matlab/Simulink軟件（杜世民,楊潤萍.基于Matlab GUI的“信號與系統”教學仿真平臺開發[J].實驗技術與管理,2012,29(3):87-90），但其缺點都比較明顯，如實驗箱成本投入較大，且易損壞，同時學生硬件實現和軟件設計能力有限，只能按部就班的完成實驗內容，難以綜合靈活利用并完成相關設計性實驗。

2 SystemView通信仿真平臺簡介

SystemView是Elanix公司開發的一款實時通信仿真軟件（羅衛兵,孫樺,張捷.SystemView動態系統分析及通信系統仿真設計[M].西安電子科技大學出版社,2001），主要用于通信的設計、仿真，是一款功能強大的通信仿真工具，能滿足從射頻電路設計、信號調制解調、編碼與解碼、甚至復雜的應用系統（如WLAN、CDMA、IS-95）等不同層次的設計和仿真需求。在使用SystemView進行仿真時，用戶可根據通信仿真框圖，通過添加、刪除或修改可視化的圖符即可完成，而不必花費大量的精力去編程實現和調試。用戶只需要根據各模塊間的關系創建圖符并設置合適參數即可完成復雜通信系統的建模、設計和測試。

3 基于SystemView實驗項目設計—以信號的分解與合成為例

法國數學家傅立葉于1822年在其經典之作《Analytical theory of heat》一書提出了傅立葉分析法（傅立葉.熱的解析理論[M].北京大學出版社,2008）（即高等數學中的傅立葉級數），即任何一個周期性函數都可以由三角函數構成的無窮級數來表示，故方波信號通過傅立葉展開式為：

可以看出方波實際上是由無數次奇次諧波累加得到的。

根據上述推導，其SystemView仿真實現如圖1所示，其中圖符0為頻率為10Hz的方波信號，圖符1至6分別是以10、30、50、70、90、110Hz為中心頻點的帶通濾波器，圖符7為加法器，圖符8、9為

圖1 仿真實現

SystemView分析窗口，圖符10為延遲器（75毫秒），延遲器主要是為使方波及合成波在時間上進行對齊以便于分析。

圖2顯示了合成波和方波信號的時域波形圖，從圖中可以看出，合成波波形比較接近方波波形，但由傅立葉級數展開式可知，方波實際上是有無數次奇次諧波組成，而合成波僅為方波的傅立葉展開式前6項之和。

圖3顯示了合成波和方波信號的功率譜，從圖中可以直觀地觀察到方波的功率分布在所有的奇次諧波上，而合成波的功率主要分布在方波的1、3、5、7、9、11次諧波上。

圖2 合成波與方波的時域分析

圖3 合成波與方波的功率譜

4 結論

為提高“信號與系統”理論課的教學效果，與其配套的實驗課程教學顯得尤為重要，可以通過實驗使理論課程中抽象的概念和理論形象化、具體化。SystemView作為一款功能強大的通信仿真軟件，本文以信號的分解與合成實驗為例，仿真了方波信號的分解與合成，并分別比較了它們的波形和功率譜。可以看出：SystemView仿真平臺操作簡單，各模塊間的關系以圖形的方式呈顯，仿真結果能可視化地展示出來，有助于學生對理論課程的理解與掌握。