淺談基于SystemView的通信原理教學(xué)實(shí)踐
2015-04-29 00:00:00張凱宋銳
【摘 要】通過Systemview軟件仿真PCM脈沖編碼馬調(diào)制電路的功能為例，說明通信系統(tǒng)仿真軟件在通信專業(yè)教學(xué)中的重要性，突出理論與實(shí)踐、原理與應(yīng)用相結(jié)合，加深了學(xué)生對通信專業(yè)課程的理解。
【關(guān)鍵詞】仿真；PCM編碼；SystemView
0.引言
通信系統(tǒng)是一個(gè)十分復(fù)雜的工程系統(tǒng)，通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究也是一項(xiàng)十分復(fù)雜的技術(shù)。隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已成為當(dāng)今分析和設(shè)計(jì)通信的主要工具，在通信系統(tǒng)的研發(fā)和教學(xué)中具有越來越重要的意義。
在傳統(tǒng)的通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生用分立元件在實(shí)驗(yàn)板上搭接電路進(jìn)行測試，后來更多地趨向采用實(shí)驗(yàn)臺，學(xué)生只需要搭接積木一般將電路搭好進(jìn)行測試就算完成了實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)方式由于元件、試驗(yàn)臺本身等等問題，學(xué)生實(shí)驗(yàn)成功率往往不高，教師也疲于解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的低級故障如接觸不良、元件損壞等。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難達(dá)到提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中理解并掌握課堂上學(xué)過的理論知識、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力，很難讓學(xué)生有一個(gè)充分發(fā)揮其思維的空間。
另外在傳統(tǒng)的通信專業(yè)課程教學(xué)過程中，一般開設(shè)“高頻電子線路”、“通信原理”、“數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)”等多門課程的實(shí)驗(yàn)，每門實(shí)驗(yàn)課程都是獨(dú)立分散的教學(xué)，課程之間相互理解很少，各門課程交叉的實(shí)驗(yàn)更是少，在這樣的教學(xué)情境中，缺少對學(xué)生綜合系統(tǒng)的應(yīng)用能力的訓(xùn)練，學(xué)生綜合意識不強(qiáng)，很難把多種知識融合在一塊，分析問題解決問題的能力較弱。為此我們需要打破基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)的界限，建立很多相互關(guān)聯(lián)的多門學(xué)科的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
SystemView是一個(gè)用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計(jì)、信號處理、一般的數(shù)學(xué)模型的建立，直到完整通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真等各個(gè)領(lǐng)域，SystemView在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下為用戶提供了一個(gè)精密的嵌入式分析工具。SystemView自帶的通信、邏輯、數(shù)字信號處理、射頻/模擬等專業(yè)庫，為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證提供了充分的便利。
1.Systemview仿真軟件簡介
Systemview是美國ELANIX公司推出的一款功能強(qiáng)大的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析平臺，可進(jìn)行DSP系統(tǒng)、模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的仿真分析。具有用戶界面開放友好、庫資源豐富、硬件接口靈活等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與仿真。
1.1完整的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與分析的可視化軟件環(huán)境
Systemview包括多種信號源、接收器、加法器、乘法器、各種函數(shù)運(yùn)算器等；用戶很容易構(gòu)造出所需要的仿真系統(tǒng)，只要調(diào)出有關(guān)圖符塊并設(shè)置好參數(shù)，完成圖符間的連線后運(yùn)行仿真操作，系統(tǒng)便會(huì)以時(shí)域波形、眼圖、功率譜、星座圖等形式給出仿真分析結(jié)果。
1.2完善的自我診斷功能
Systemview能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯(cuò)誤提示，如尚懸空的待連接端信息，實(shí)時(shí)顯示并指出出錯(cuò)的圖符。這點(diǎn)對用戶系統(tǒng)診斷是非常有效的。
1.3靈活的用戶自定義和方便的與matlab接口功能
若Systemview圖符庫資源不能完全滿足需要，可通過Systemview提供的用戶代碼庫user code library功能設(shè)計(jì)新圖符，擴(kuò)展新的功能模塊，這對于有一定編程基礎(chǔ)的學(xué)生來說尤為有用。另外，Systemview中的M-link功能可以直接調(diào)用matlab的函數(shù)，或利用matlab的分析工具檢驗(yàn)仿真結(jié)果。
2.仿真實(shí)例
下面以脈沖編碼調(diào)制（Pulse-code modulation，PCM）為例，通過Systemview進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)通過模塊分層實(shí)現(xiàn)，模塊主要由PCM編碼模塊、PCM譯碼模塊、及邏輯時(shí)鐘控制信號構(gòu)成。通過仿真設(shè)計(jì)電路，分析電路仿真結(jié)果，為最終硬件實(shí)現(xiàn)提供理論依據(jù)。
2.1系統(tǒng)介紹
PCM即脈沖編碼調(diào)制，在通信系統(tǒng)中完成將語音信號數(shù)字化功能。PCM的實(shí)現(xiàn)主要包括三個(gè)步驟完成：抽樣、量化、編碼。分別完成時(shí)間上離散、幅度上離散、及量化信號的二進(jìn)制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號量化性能，采用壓擴(kuò)非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和μ律方式，我國采用了A律方式，由于A律壓縮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，常使用 13 折線法編碼，采用非均勻量化PCM編碼示意圖見圖1。
2.2系統(tǒng)仿真模型如下圖2：
2.3系統(tǒng)仿真模型參數(shù)如下表1
2.4 仿真波形如下：
注意事項(xiàng)：
由以上數(shù)據(jù)波形可以看出在PCM編碼的過程中，譯碼輸出的波形具有一定的延遲現(xiàn)象，其波形基本上不失真的在接收端得到恢復(fù)，傳輸?shù)倪^程中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的傳輸過程。
3.結(jié)束語
基于Systemview的通信原理教學(xué)實(shí)踐體系的構(gòu)建，改變了傳統(tǒng)以理論教學(xué)為主體，輔以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系更具有創(chuàng)新性，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極參與意識，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。學(xué)生一致反映，利用Systemview學(xué)習(xí)通信不再感到枯燥，同時(shí)對原理的理解也更加深刻，為下一步的畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]吳偉陵，續(xù)大我，龐沁華.通信原理.北京郵電大學(xué)出版社，2005.
[2]青松，程岱松，武建華.數(shù)字通信系統(tǒng)的SystemView仿真與分析.北京航空航天大學(xué)出版社，2001.
