System View 在通信原理教学中的应用

童 莹

南京工程学院 江苏南京 211167

System View 在通信原理教学中的应用

童 莹

南京工程学院 江苏南京 211167

文章通过System view软件平台仿真模拟频带传输系统，数字基带、频带传输系统进行辅助教学，以弥补通信原理课程理论性强，抽象度高的缺点。形象、直观的演示了信号在调制解调过程中时域、频域的变化及各个性能指标的不同，使学生对所学理论知识有更深刻的认识。

通信原理；System View；模拟调制；数字调制

通信原理是通信工程、电子信息工程等专业的重要专业基础课，该课程主要是研究模拟和数字通信系统的基本理论、基本分析方法和性能指标，具有理论性强、抽象度高等特点。由于该课程涉及内容多，各个章节间既有区别又有联系，学生普遍感到所学内容较难，不能很好理解与掌握。因此，我们在课程中引入System View进行辅助教学，指导学生利用该软件设计各种通信系统，通过观察仿真结果来进一步掌握和验证理论的正确性，两者相辅相成，加深了学生对所学知识的理解，开阔了学生的视野，激发了他们的学习兴趣和热情。

一、System View简介

System View是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真。

利用System View可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。

在进行结果分析时，System View还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内，可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。另外，分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析和滤波。

System View的库资源十分丰富,包含基本库(Main Library)和专业库(Optional Library)两大类，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器、各种函数运算器等；专业库有通讯(Communication)、逻辑(Logic)、数字信号处理(DSP)、射频/模拟(RF/ Analog)等，它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。由此可见，选择System View作为通信原理的辅助教学软件是非常合适的。

二、System View在通信原理教学中的应用

现代通信系统主要由模拟通信系统和数字通信系统两部分组成，信号在传输过程中又分基带传输和频带传输，通信原理就是在此基础上展开的理论研究。所谓基带传输是指信号不经过任何调制，直接在信道中传输和接收；而频带传输则需要将信号频谱通过调制搬移到合适的频带范围内，在接收端通过解调将频谱还原。针对模拟通信与数字通信，基带传输与频带传输的区别，我们在讲授通信原理时，主要从模拟频带传输、数字基带传输及数字频带传输3个方面进行讲解，这也是通信原理的重点和难点。利用System View进行辅助教学，分别仿真这3个系统，通过结果分析，可以使学生能够更形象、更直观地理解3种通信系统的工作原理及性能指标。

1.System View对模拟频带传输系统的仿真

通信原理中关于模拟频带传输的主要内容包括模拟信号的调制解调基本原理及抗噪声性能。调制是指用载波的某些参数去控制基带信号的过程，根据所选参数的不同，可以分为调幅、调频、调相3种方式。同样，根据在接收端是否相乘一个同频同相载波，解调又可以分为相干解调和非相干解调。为了加深学生对这些基本知识的理解，以AM振幅调制为例，通过时域波形及功率谱的变化，理解振幅调制基本原理，并且采用相干和非相干两种方法对AM信号进行解调，分析两种解调方法的基本原理和抗噪声性能，理解门限效应。用System View构建AM调制解调系统模型如图1所示，通过System View强大的分析功能，可以得到各个模块输出的时域波形和功率谱密度(如图2所示)。

图1 AM调制和相干、非相干解调系统模型

图2 AM调制解调时域波形和功率谱密度

从图2中我们可以看出，原始基带信号是频率为10Hz的单一正弦波，所以其功率谱密度只在10Hz处有一个冲激动响应；用频率为1000Hz的载波进行AM调制，得到调制信号的功率密度如图2(d)所示，分别在990Hz、1000Hz和1010Hz产生3个冲激响应，符合振幅调制的基本原理，即以载波频率为中心的频谱搬移，其中1000Hz处的冲激响应是由AM调制信号中的直流信号引起的；所以经过解调后，解调信号的功率谱密度除了包含原始基带信号频率，在0Hz处也有冲激响应，即直流信号。

同时，为了理解门限效应，采用相干和非相干两种方式对AM信号进行解调，当增大信道中加性高斯白噪声的干扰时，相干解调输出波形失真不大，而非相干解调输出波形则严重失真(如图3所示)。由此可以使学生进一步理解，非相干解调受信噪比影响较大，当噪声增大，信噪比降低到一定值时，会引起解调波形失真，即门限效应。

图3 相干、非相干解调输出波形比较

2.System View对数字基带传输系统的仿真

为了加深学生对数字信号基带传输过程的理解，在教学过程中，用System View仿真数字基带传输系统，模型如图4所示。通过观察各模块输出波形，掌握数字信号基带传输的基本原理。

图4 数字基带传输系统模型

由图5我们可以看出，在噪声不大的情况下，抽样判决输出无误码。而在实际的通信系统中,数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变,信号通过信道后,也会引入噪声干扰。在码间串扰和噪声同时存在的情况下,系统性能很难进行定量的分析,甚至得不到一个近似结果。为了衡量基带传输系统的性能优劣,在实验室中,通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响,这就是眼图分析法。利用System View接收计算器的时间切片绘图功能可以仿真眼图(如图6所示)，由此可以使学生清楚地看到由噪声所引起的眼图变化，加深眼图与系统性能之间关系的理解，大信噪比时眼图清晰，而小信噪比时眼图杂乱。

图6 不同信噪比情况下输出波形的眼图

3.System View对数字频带传输系统的仿真

在数字频带传输系统中，根据数字信号对载波不同参数的控制，可以分为振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)。这3种调制方式与模拟信号的调幅、调频、调相基本原理相同，区别仅在于基带信号由模拟信号变为数字信号。由于相移键控会产生倒π现象，为了解决这个问题，引入了差分相移键控(DPSK)，利用相邻码元间的变化引入载波相位，具体System view仿真模型如图7所示。

图7 2DPSK调制解调系统模型

对原始数字信号直接进行相移键控，得到2PSK信号，若将数字信号先进行差分变换，再进行相移键控，则得到2DPSK信号，图8清晰显示了两者之间的区别与联系。从图(a)和图(d)的波形变化中也可以进一步理解2DPSK调制原理，即相邻码元不同，调制波相位变化；相邻码元相同，调制波相位不变。

图8 2PSK和2DPSK调制波形

三、结束语

在教学过程中应用System View软件平台仿真各种通信系统，可以使学生通过观察系统各模块输出波形和功率谱变化，对理论知识有直观理解，解决了通信原理课程理论性强、抽象度高的缺点，提高教学的交互性和灵活性。实践证明这种教学方式能激发学生的学习兴趣，加深学生对课堂教学内容的理解，从而获得良好的教学效果。

[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理(第六版)[M].北京：国防工业出版社,2006

[2]罗卫兵.System View动态系统分析及通信系统仿真设计[M].陕西：西安电子科技大学出版社，2002

[3]青松.数字通信系统的System View仿真与分析[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001

[4]钟福如.应用System View仿真软件进行通信原理课程的辅助教学[J].甘肃联合大学学报(自然科学版)，2008,22(1)：106～109

[5]邹丹.System View在现代通信原理课程中的应用[J].华东交通大学学报，2007，24：51～53

[6]蔡丽萍.基于System View的通信系统原理实验设计[J].实验室研究与探索，2006，25(8)：899～901

[7]俞斌.多媒体与传统教学手段相结合在通信原理教学中的应用[J].中国现代教育装备，2007，1：67～68

Application of system view in communication principle courses teaching

Tong Ying
Nanjing institute of technology,Nanjing,211167,China

The simulations of analog signal communication system, digital baseband signal transmission System and digital frequency band signal transmission system by the software of System View make up for the disadvantage of theoretical teaching.The three models visually demonstrate the change of singal in the course of modulation and demodulation between time domain and frequency domain. It make students have more profound understanding on the theoretic knowledge

communication principle；System View；analog modulation；digital modulation

book=67,ebook=362

2009-12-01

童莹，硕士，讲师。