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    SystemView在“通信原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用

    2014-04-16 11:52:36周桃云梁平元伍鐵斌
    科技視界 2014年13期
    關(guān)鍵詞:圖符通信原理信號源

    周桃云 梁平元 伍鐵斌

    (湖南人文科技學(xué)院,湖南 婁底 417000)

    0 引言

    “通信原理”課程是通信工程專業(yè)本科生一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,是學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ),同時(shí)很多信息類專業(yè)研究生入學(xué)考試選擇的是“通信原理”這門課程。該課程理論性強(qiáng),概念比較抽象,并涉及到很多的數(shù)學(xué)知識,對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高,所以學(xué)生普遍認(rèn)為這門課程很難,從而失去了學(xué)習(xí)的興趣。目前該課程面臨的一個(gè)難題是如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。本文從實(shí)際出發(fā),舉例分析了SystemView仿真軟件在“通信原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用,以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)輔助課堂教學(xué),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

    SystemView是美國ELANIX公司推出的一個(gè)信號級的動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件,主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。SystemView以模塊化和交互式的界面,為用戶提供一個(gè)嵌入式的分析引擎,用戶只需使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測試[2-4]。

    1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

    當(dāng)前,湖南人文科技學(xué)院通信工程專業(yè)的“通信原理”課程的教學(xué)總課時(shí)為64學(xué)時(shí),其中包括16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課時(shí),剩下的理論課時(shí)就只有48學(xué)時(shí),但該課程的教學(xué)內(nèi)容多、理論性強(qiáng)、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多、概念抽象,這一方面使學(xué)生學(xué)習(xí)壓力大,很難掌握教學(xué)內(nèi)容,另一方面很難將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來,無法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?,F(xiàn)階段湖南人文科技學(xué)院“通信原理”課程采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是由南京某科技有限公司生產(chǎn)的通信原理實(shí)驗(yàn)箱,使用時(shí)簡單接幾根線就可以直接用示波器觀測系統(tǒng)中各接點(diǎn)的信號波形,目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下幾方面問題:

    (1)實(shí)驗(yàn)箱上模塊中系統(tǒng)的已被固化,信號源產(chǎn)生的信號參數(shù)不可調(diào)節(jié),比如說數(shù)字信號源,很多時(shí)候觀測的波形并不是理想的矩形波,但無法調(diào)節(jié);

    (2)實(shí)驗(yàn)流程已被提前設(shè)定好,學(xué)生只能按部就班地完成,限制了教師授課的方式;

    (3)實(shí)驗(yàn)箱雖然提供了二次開發(fā)的工作模式,但需額外搭配其他的硬件設(shè)備,在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下難以獨(dú)立完成;

    (4)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較簡單,屬于驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)方式,比如說實(shí)驗(yàn)一是模擬信號源,實(shí)驗(yàn)二是數(shù)字信號源,這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容基本上就是用示波器觀測各接點(diǎn)波形,這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)不用一個(gè)學(xué)時(shí)就能完成,這不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性,不利于開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;

    (5)設(shè)備易受損壞,尤其是實(shí)驗(yàn)箱中的產(chǎn)生CPLD數(shù)字信號源的芯片,只要實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生用示波器觀測波形時(shí)沒有接地,芯片就會燒壞,一旦這個(gè)核心芯片被燒壞,這個(gè)實(shí)驗(yàn)箱基本上沒有應(yīng)用的價(jià)值,維修不方便,當(dāng)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)箱出現(xiàn)問題時(shí)公司才會派專人來校進(jìn)行維修。

    可見,單純采用通信原理實(shí)驗(yàn)箱作為實(shí)驗(yàn)課的授課手段已不符合目前的教學(xué)要求,不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力,必須改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案,加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐。

    2 SystemView軟件在通信原理中的應(yīng)用

    為了更加透徹地講解“通信原理”課程中抽象的內(nèi)容,可以使用SystemView仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué),不但可以豐富授課內(nèi)容,使抽象的內(nèi)容生動、具體化。下來以相移鍵控為例,建立SystemView仿真模型并進(jìn)行波形仿真。

    根據(jù)載波相位表示數(shù)字信息的方式不同,數(shù)字調(diào)相分為絕對相移鍵控(PSK)和相對相移鍵控(DPSK)兩種[1],這里以二進(jìn)制為例進(jìn)行分析。

    2.1 絕對相移鍵控(2PSK)

    2PSK調(diào)制的原理是將數(shù)字調(diào)制信號與本地載波直接相乘得到,即有:

    s2PSK(t)=s(t)cosωct(1)

    其中:

    2PSK調(diào)制可以采用模擬法和鍵控法這兩種方法來實(shí)現(xiàn)。

    2.2 相對相移鍵控(2DPSK)

    2DPSK調(diào)制的基本原理是先將數(shù)字信息序列(絕對碼)變換成相對碼,然后再對相對碼進(jìn)行絕對調(diào)相而形成。相對相移本質(zhì)上就是對差分碼信號的絕對相移。

    絕對碼an可以轉(zhuǎn)換成相對碼bn,其轉(zhuǎn)換關(guān)系為:bn=an⊕bn-1(2)

    2.3 System View仿真過程

    設(shè)計(jì)窗口中提供了用于構(gòu)建系統(tǒng)的基本模塊,這些基本模塊以圖符的形式,按功能分置于圖符庫中,從圖符庫中選取滿足系統(tǒng)所需要的圖符,組建系統(tǒng)模型。

    圖符0是幅度為±1V,速率為20bps是PN隨機(jī)序列,作為相移鍵控的數(shù)字信息序列,圖符5和圖符8是相位為0,頻率為100Hz,幅度為1V的正弦信號源,作為本地載波,圖符3和圖符4實(shí)現(xiàn)絕對碼與相對碼的轉(zhuǎn)化,絕對碼與相對碼與本地載波相乘后分別得到2PSK和2DPSK的波形。

    利用SystemView可以很容易得到2DPSK、2DPSK調(diào)制信號的波形,通過波形圖可以看到2DPSK信號波形是通過對相對碼的2PSK調(diào)制而得到,可以說絕對碼的差分相移鍵控實(shí)質(zhì)上是相對碼的絕對相移鍵控。通過建立SystemView仿真模型得到仿真波形,使得學(xué)生進(jìn)一步理解數(shù)字相移鍵控調(diào)制的基本原理及2DPSK與2PSK之間的關(guān)系。

    3 結(jié)束語

    本文通過實(shí)例分析闡述了SystemView在“通信原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用。該軟件使用方便,學(xué)生可以在自己電腦上安裝SystemView仿真軟件,可以自己根據(jù)課堂上所學(xué)內(nèi)容建立SystemView仿真模型,學(xué)生也可以自行提出課題,利用該軟件設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的系統(tǒng),在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中,學(xué)生能夠更好的用理論知識來指導(dǎo)實(shí)踐,提高動手能力。

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