SystemView在通信原理课程教学中的应用研究

陈 军

(定西师范高等专科学校 物理与电子工程系,甘肃 定西 743000)

SystemView在通信原理课程教学中的应用研究

陈 军

(定西师范高等专科学校 物理与电子工程系,甘肃 定西 743000)

描述了SystemView软件在模拟信号频带传输系统中进行可视化动态仿真的模式和实现方法,并运用该软件对模拟频带传输系统教学实践进行了研究。实践表明:将SystemView软件运用于通信原理课程教学,可以很好地反映系统的动态工作情况,具有较强的演示、交互、可视和实用性,对培养学生的综合设计能力、创新能力和研究能力有重要作用。

SystemView;通信系统;模拟频带传输;课程教学

通信原理是通信、计算机等专业的专业基础课,其中很多基本概念、重要原理贯穿于通信专业的多门课程之中。然而,对于初学者而言,调制、解调、抽样、量化、复用等概念、原理及大量的系统模型等内容过于抽象,传统的教学方法使学生不易理解和掌握这些概念、原理及模型。将基于模块化、多功能、交互式视窗环境的通信系统开发、仿真分析软件SystemView应用于通信原理的教学中[1-2],对通信原理进行模拟仿真演示,能够使抽象的概念、原理、模型形象化,从而提高学生的学习效率和学习兴趣,培养学生的综合能力和设计思想,产生较好的教学效果[3-7],并能够解决经费不足、实验场所受限带来的问题。

SystemView具有各种图形库及精密、灵活的系统数据、波形分析窗口[8-13],可完成复杂系统的设计、测试、分析及对各种通信系统的仿真。

1 SytemView在通信原理课程教学中仿真模式

第一步,确立系统的数学模型。根据通信原理教学要求,确定系统总体的功能,将各部分功能模块化,然后找出各部分之间的关系,确定并绘制系统框图。

第二步,选取相应的图符,搭建通信仿真系统。在信号源图符库、算子图符库、函数图符库和信号接受器图符库中选择满足需要的功能模块,按设计的系统框图在设计窗口中组建仿真系统。

第三步,依据系统性能指标要求,调整模块、设置模块和系统时间参数。

第四步,运行仿真系统,借助于实时显示窗口、分析窗口、动态探针、接收计算器,观察、运算、分析结果。

通过这种仿真模式,在教学实践中启发学生确定各图符模块参数,利用SytemView提供的分析窗及计算功能进行动态测量、分析,使每个学生都能动手对电路进行实际操作,如设定、调整、修改元器件参数,测试并分析元器件参数对电路功能的影响,观察实验现象,让学生将实验结果与通信原理理论进行对比。这样,把实验模拟与理论有机地结合起来,加深了学生对理论知识的理解,使学生既掌握了课程内容,又培养了科学态度、创新精神和综合设计能力。

2 基于SytemView的通信原理仿真系统

以“模拟频带传输”课程内容为例,进行系统框图确定及仿真系统的设计[14-15]。在模拟频带传输系统中,信号以连续变化的电磁波在媒体中传输。它是将模拟信号经高频载波调制后在信道中进行传输,然后通过解调接收的基本原理来进行传输的一种方式。模拟通信一般包括幅度调制(包含AM、DSB、SSB和VSB)、角度调制、频率调制。数字调制也是从模拟调制演变而来的,因此,模拟通信是数字通信的基础,模拟通信系统是通信原理教学的重点。

2.1 模拟频带传输系统模型

模拟频带传输系统主要由信源、发送滤波器、调制器、传输信道、解调器和信宿等电路组成(见图1)。

图1 模拟频带传输系统框图

2.2 模拟频带传输系统电路原理仿真模型

在通信原理课程教学中,依据具体的教学内容,利用SystemView可视化互动仿真平台,从平台各功能库中选择图符,构建模拟频带传输系统通信仿真模型(见图2),其中各图符块的参数设置如表1所列。

图2 模拟频带传输仿真模型

表1 各功能模块参数设置表

编号图符块属性类型参数设置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 搭建模型并进行仿真

首先,启动SystemView仿真平台[13],进入设计、开发窗口环境,然后按以下步骤设计、构建实验电路。

(1) 选取模块。在SystemView原理图编辑窗口中,从图符库中选择需要的图符,将其放置于设计窗口中,并设置好各模块的参数,如表1所列。

(2) 连接实验电路图符。在设计窗口中,将每个图符依据系统框图依次连接起来,组成如图2所示的模拟频带传输仿真电路。

(3) 保存电路文件,以便进行调用、调试。

(4) 仿真及分析结果。

搭建好模型后,启动SystemView系统视窗,设置“时间窗”参数:Start Time为0 s;Stop Time为0.5 s;Sample Rate为10 000 Hz。然后单击运行按钮即可运行仿真模型。运算结束后,按“分析窗”按钮进入分析窗,可进行相应的观察分析。

3 仿真结果及分析

在SystemView软件分析窗中,利用其所提供的“动态探针功能”及“接收计算器”等,分别测出输入信号、调制信号、解调后的信号的时域波形图和相应信号的功率谱图,如图3—图7所示。

图3 输入信号波形

图4 已调制信号波形

图5 解调后信号波形

图6 输入、载波、解调后信号功率谱

图7 已调制信号功率谱图

从图3和图5可以看出相干解调后的信号与输入信号有一定时延,但经解调的信号波形与原输入的信号波形基本相同。图6中显示了输入、载波、解调后信号功率谱,可看出输出信号相对于输入信号在能量上有衰减。对比图6和图7,可以直接观察到模拟频带传输系统的已调信号功率谱由上边带和下边带两部分组成,无载频分量,频带宽度是基带信号带宽的2倍,调制效率为100%,即全部功率用于信息的传输。由于含有两个完全相同的边带,占用的频带较宽。

从仿真波形图中能很直观地观察到信号经输入、调制、解调等各功能模块的动态变化情况,使学生容易理解调制信号频谱的上边带、下边带及输出波形与原输入信号的时延等物理现象,加深学生对通信原理理论知识的理解和对概念、规律的掌握,激发了学生的探索热情。学生利用仿真平台实验、观察、分析,发生从不知到知、从知之较少到知之较多、从“要我学”到“我要学”的转变。学生在“做”中学习科学知识,知识和技能同步提高,学习潜能得以挖掘,比传统课程教学有了更大的收获,取得了良好的学习效果。

4 结束语

在课堂与实验教学中运用SystemView仿真软件,能帮助学生更好地掌握通信原理课程相关的课程内容,提高学习兴趣,取得较好的教学效果。学生可以灵活地选择实验场所、自由地安排实验时间,同时丰富了学生的学习内容,大大节省实验设备的成本,弥补通信类课程教学的不足,也培养了学生的综合设计能力、创新能力和研究能力。

References)

[1] 任峻,张红燕.运用虚拟仿真实验改革通信原理实验教学[J].实验技术与管理,2014,31(3):95-97,104.

[2] 陈军.基于SystemView的数字信号基带传输系统的仿真设计与研究[J].自动化与仪器仪表,2012(6):3-4,8.

[3] 田社平,俞水锋,方向忠,等.Proteus在微机原理课程教学中的应用[J].电气电子教学学报,2011,22(4):101-104.

[4] 陈军.Proteus仿真技术与数字电路教学整合的实践[J].大学物理实验,2012,25(3):92-94.

[5] 张鸣.通信原理仿真实验系统设计与实现[J].实验技术与管理,2013,30(6):54-57，61.

[6] 汪航,孙琪.教学型虚拟实验室的应用研究[J].现代远距离教育,2010(4):39-41.

[7] 霍海波.Proteus在电子实验教学中的应用研究[J].鄂州大学学报,2014,21(2):83-85.

[8] 陈军.基于SystemView的通信原理教学实践[J].物理实验,2014(8):20-24.

[9] 陈军.基于SystemView的FIR低通数字滤波器实验设计与分析[J].自动化与仪器仪表,2011(2):76-78.

[10] 陈军.基于SystemView的数字基带传输系统模型设计与分析[J].实验室研究与探索,2013,32(10):98-101.

[11] 王勤,唐红文,朱翠涛.通信原理课程实践教学探索[J].中国电力教育,2014(8):192-193.

[12] 马冬梅,朱正伟.通信原理实验教学的改革与探索[J].实验室科学,2010,13(4):17-19.

[13] 孙屹,戴妍峰．SystemView通信仿真开发手册[M]．北京:国防工业出版社,2004:100-120.

[14] 许建忠.现代通信原理[M].上海:上海交通大学出版社,2008:45-70.

[15] 高西全,丁玉美.数字信号处理[M].3版.西安:西安电子科技大学出版社,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

甘肃省高等学校省级特色专业建设(甘教育[2012]32);全国优秀博士学位论文作者专项资金(2007B42)资助课题

陈军(1969—),男,甘肃通渭,博士,副教授,研究方向为移动通信与无线通信技术.

E-mail：chenjun5582@163.com

TP391.9

A

1002-4956(2015)1- 0153- 03