SystemView在通信原理课程实验教学中的应用研究*

陈 军

(定西师范高等专科学校物电系，甘肃 定西743000)

引言

通信原理课程教学中的实验大致可分为验证性实验、综合性实验、设计性实验和研究性实验．验证性实验是指验证所学的理论的实验;综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或相关课程知识的实验;设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件，学生自己设计实验方案并实施的实验;研究性实验是指在不知实验结果的前提下，学生自主性地探究、分析、研究得出结论的实验．其任务是使学生获得生动的感性认识，更好地理解和掌握物理概念和规律，但由于受经费和实验设施的影响，教师对实验教学基本依照课本内容，进行点评实验结论，给学生灌输结论、让其死记硬背物理现象及规律，很难发挥学生的创造性思维．

随着信息技术的不断发展和信息技术应用领域的不断扩展，它在教育教学领域的广泛应用，使得教学手段、教学方法、教材内容与形式、课堂教学结构、以至教学思想与教学理论都发生了深刻变革［1～2］．它克服了硬件验证实验仪器陈旧、场所有限、资金匮乏等制约实验开展的瓶颈．在通信原理课程实验教学中合理引进功能强大、交互界面良好的System-View平台，有利于培养学生的观察能力、分析综合能力及创新思维能力［3～6］．进一步拓展了仿真技术在通信与电子工程领域教学中的应用．

1 SystemView功能特点

SystemView具有可视化交互界面，运算、分析功能强大，库文件多样化．其特点包括:

1)具有嵌入式的模块分析方法，便于复杂系统的测试．

2)具有功能模块描述程序的便利性，无需编写程序代码即可完成各种系统的设计与仿真，便捷地建立和修改系统与调整参数．

3)具有现代通信系统设计、仿真和方案论证的便利性．

4)具有模块化结构、开放性强、接口灵活，便于和FPGA等对接．

5)具有不同角度、不同方式，按要求设计多种滤波器及自动完成滤波器幅频特性传递函数、根轨迹图等各指标之间转换的功能．

2 通信原理课程的内容框架

图1 通信原理课程的内容知识框架

通信原理课程的内容知识框架如图1所示．它以讲解模拟调制系统、数字调制系统、传输系统、模拟信号的数字化、编码理论的基本原理和基本性质为中心内容，为研究和设计新的通信系统、掌握通信系统的发展方向和具体技术奠定基础．

3 仿真实验流程

实验教学的主要目的是要学生学会用实验的方法研究解决问题，培养其综合能力和创新能力．运用SystemView进行仿真实验的方法流程［7～9］，如图2所示．学生在教师的引导下，根据设计任务，进行思考，提出设计方案，设计实验原理图，在SystemView环境中，构建系统的电路模型，调试电路，完善设计，完成实验任务，总结、拓展实验［10～12］，让学生主动地去寻找系统的物理规律，由学生自己设计一套解决问题的方案，并在实际中操作，同学间相互交流协作、探索、发现规律，教师仅是提出一些建议，使学生置身于一项真实的“任务”之中，变“学”为“做”，力图通过学生的“做”的主动探究过程以达到培养他们的创新精神、动手能力和解决问题的能力，充分地利用信息技术实现对传统实验教学流程的重组和改造，同时也解决因受实验仪器缺乏的困境．真正实现“自主、合作、探究”的学习方式和教学观念向“知识与技能的统一”和“教会学生学习”的转变．

图2 仿真实验方法流程框图

这样使学生在轻松的氛围中不知不觉接受知识，在探究知识的过程中激发学习兴趣，建构知识体系，培养分析、解释实际问题的能力．教师引导学生真正体验学习的三个阶段:发现问题—学生说:“老师，我不懂．”;解决问题—学生说:“老师，我懂了．”;独立思考，提出问题—学生说:“老师，让我说!”，积极参与到学习的诸多环节中，使学生由原来的“要我学”转变为“我要学”，激活了学生的内在动力．

采用SystemView动态仿真的优势，可以满足学生的个别化需求，通过模拟仿真学生获得丰富的感知体验，激发学习兴趣，支持和促进学习者的自主性、反思性、创造性和个性化学习，培养学生学习的主体意识．

在实验教学过程中，SystemView弥补了硬件实验固定、资源有限的缺陷，给学生提供了更多实践的机会，使实验教学变得更加形象生动、富有活力，使学生更深刻地理解通信原理课程的概念、规律，有利于培养学生的实践能力，提高学生分析问题、解决问题和创造性思维能力．

4 SystemView在通信原理实验中的仿真设计应用

以同相正交(Costas)环解调2PSK频带传输系统［13，14］实验设计为实例，过程如下．

4．1 实验目的

设计出实现同相正交环解调功能的2PSK数字频带通信系统;根据通信原理，设计出各个模块的参数;观察仿真并进行波形分析;系统的性能评价;提高设计能力．

4．2 实验基本任务

利用SystemView的资源，选取相关的信号源、功能块、算子图符、函数库和信号接收端等［15］．

4．3 实验设计

分析实验要求，确定设计方案，设计电路原理图．如图3所示，根据原理图从SystemView的资源中选取相应的图符器件构建仿真电路模型，设置各图符器件参数．

图3 2PSK频带传输系统仿真电路

4．4 实验调试、仿真

依据系统性能指标要求，在SystemView交互视窗，设置系统的“时间窗”参数:Stop Time:1．540 5 s;No．of samples:102 8;Sample Rate:667 Hz．调整模块和设置其参数．运行仿真系统模型，如图4～图7所示，在分析窗口中直观地观察到该频带传输系统的调制信号、2PSK信号、解调后恢复的信号及控制Costas环鉴相电压信号等的时域波形图．由图4～图6可直观地观察到该系统无失真地恢复了调制信号，但解调后的波形和调制波形有一定的时延;由图7观察到控制VCO的电压波形在初步建立时有一个稳定的过程，调整压控振荡器输出信号的相位，可最大程度的减小稳定相位的误差．从而学生可以深刻地理解2PSK信号相干解调的过程，实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程及Costas环在相干解调中的作用等物理知识．

图4 调制信号波形

图5 2PSK信号波形

图6 解调后信号波形

图7 控制VCO的电压信号波形

4．5 实验拓展与思考

1)改变高斯噪声强度，观察其输出信号的变化情况，体会噪声对通信的影响;

2)修改频率调制器的频率，体会同相正交环相干解调的基理;

3)修改逻辑比较器的比较方式，观察其结果，体会其功能．

5 结束语

本文研究了SystemView仿真软件在通信原理课程实验教学实践中的应用，实践证明，在通信原理实验教学中，充分利用SystemView平台，弥补了实验器材的不足，有利于加强学生的学习动机，培养学生的学习兴趣，加深了学生对调制、解调电路的理解，拓展了实验，从而使教和学都取得更好的成效．

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