仿真技术在移动通信实验教学中的应用研究

2015-11-17蔡妍娜

安徽电子信息职业技术学院学报 2015年6期

关键词：仿真技术电路实验教学

蔡妍娜

（无锡机电高等职业技术学校，江苏无锡 214028）

仿真技术在移动通信实验教学中的应用研究

蔡妍娜

（无锡机电高等职业技术学校，江苏无锡 214028）

为突破实验设备的限制，从理论验证、综合设计和自主创新三个层次上培养学生的能力，提高移动通信课程教学成效，提出将虚拟仿真技术引入高职移动通信课程教学，并以实例说明仿真软件在课程教学中的应用。

仿真技术；移动通信；SystemView

一、移动通信实验教学现状

移动通信课程同时具有专业性和综合性，要求学生不仅要掌握通信系统的组成原理、还要理解关键的技术及主要工作流程，教学内容非常多［1］。随着移动通信技术的不断发展，课程知识体系更新周期变短，对结合工程实际的要求更高，将理论教学和实验教学进行有机融合，是时代发展的要求［2］，是培养学生能力的关键。

在移动通信课程的实验教学中目前存在着一些问题，突出的有：大多在实验箱平台上操作，受到设计限制，不能随着技术的发展而更新；综合性实验设备资金投入需求过大，一般仅能安排进行理论验证［3］，学生的综合设计以及创新能力的培养不能得到满足。因此研究仿真实验在移动通信教学的中的应用，尝试教学改革，对于培养学生能力、提高教学效果，有着重要的作用。

二、仿真教学的引入效果

移动通信传统的课程教学，大多重在讨论技术原理、进行计算推导，信号原理分析教学难度较大。根据高职学生的思维习惯，在教学实施中，为学生创设接近于工程实际的教学情境，能方便理解知识，提高教学效果。使用SystemView软件，能通过直观的可视化平台，按照需求构造系统，根据自己的理解任意调整参数，以波形、功率谱等形式给出结果，给学生一个真实电路工作的学习情景［4］。根据正确的实验结果再去操作实际设备，避免损坏实验仪器及浪费元器件。

传统的实验教学，大多是在实验箱上，插装选取的模块器件，用导线连接，然后进行调试，用示波器等测得波形数据来和理论对比验证，没有时间给学生进行深入的思考研究，缩小了他们的视野［5］。在实验中引入仿真技术，按项目和任务拆解知识点，能更便捷的引导学生主动的探索知识。在移动通信单元化知识都进行初步验证的前提下，将调制解调、编译码等模块综合起来，培养学生进行初步的设计与分析，以模块为单位提取信号，从仿真结果中分析得失，能打破学生的畏难心理，真正的实现以学生为主体。

现在大多学生家中都购有电脑，学生能在装载仿真平台的任何一台电脑上、随时使用软件自己再现实验，不会因为教学时间间隔久而忘记实验教学结果，更不再受限于学校实验室的使用，提高了实验教学的效率。

三、实验教学实例

以QPSK调制（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控）为例，进行仿真实验［6］。卫星数字信号较常采用QPSK调制方式，是因其频谱利用率比较高、抗干扰性比较强。

（一）理论分析

根据信号与相位的对应关系，QPSK可以通过分别对2个相互正交的同频载波进行PSK调制，将得到的两路信号相叠加，取得的相位合成信号即为QPSK信号。实现的关键就在于将要传输的二进制序列，进行串/并转化，得到两路并行的双极性码元数据。根据需求，将电路进行细化，可以得到图1所示实验框图。

（二）绘制仿真模型

用SystemView进行仿真实验，电路图如图2所示，每个图符模块都带有编号，在实验教学中能明确的指定。原始输入的信号（图符10）是低频数字信号（500Hz），经过取样、保持、延迟的不同构成路径，分别获得两路并行数据（图符4、9输出），分别与两个相正交的高频载波（图符7、15，1000Hz）作2PSK调制，最后经过相加器叠加输出QPSK信号。

（三）结果观测

图2中的图符11-14是仿真平台提供的观察窗，运行仿真电路后，可在分析窗口选择不同的工具分析电路情况［7］。从图3、图4所列的实验结果可以看出，当二位码元随机产生四种状态（00，01，10，11）之一，电路产生相应的输出、QPSK信号出现相位跳变点，符合定义。通过频谱分析，输出信号主要功率集中在1000Hz附近，两侧出现了明显衰减，说明绝大部分电路功率应用于信号传输、利用率较高。通过对系统参数的改动，可以鼓励学生进一步探索电路的频率范围。