SystemView仿真在通信原理教學(xué)中的應(yīng)用

吳莉　劉麗

摘要：通信原理是通信工程、電子信息工程等專業(yè)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性強(qiáng)、抽象概念較多，難以理解。本文基于SystemView系統(tǒng)仿真平臺，通過仿真實(shí)例，介紹了仿真技術(shù)在通信原理教學(xué)中的應(yīng)用。在教學(xué)中引入SystemView仿真環(huán)節(jié)，可以很好地反映通信系統(tǒng)的動態(tài)工作過程，有助于學(xué)生直觀地了解通信系統(tǒng)，不僅加深了對理論知識的理解，而且培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力和設(shè)計(jì)能力。

關(guān)鍵詞：SystemView，通信系統(tǒng)，仿真

1 引言

傳統(tǒng)的通信原理教學(xué)理論性強(qiáng)，涉及的抽象概念較多，主要研究對象是通信系統(tǒng)。包含了模擬調(diào)制系統(tǒng)、脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)僅從框圖中難以理解各個(gè)通信系統(tǒng)的工作原理。目前通信系統(tǒng)仿真在相關(guān)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，在教學(xué)中引入仿真技術(shù)，通過建立系統(tǒng)模型，設(shè)置仿真參數(shù)，動態(tài)分析通信系統(tǒng)，了解其工作過程，從而有助于學(xué)生理解抽象的內(nèi)容。

SystemView仿真軟件是美國ELANIX公司設(shè)計(jì)和開發(fā)的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，能滿足數(shù)字信號處理、濾波器設(shè)計(jì)、復(fù)雜通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。具有開放友好的用戶界面，豐富的庫資源、動態(tài)分析和后臺處理等特點(diǎn)，尤其在通信系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

SystemView軟件進(jìn)行通信系統(tǒng)仿真步驟如下：

（1）設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)原理框圖。

（2）建立仿真模型：在信號源圖符庫、算子圖符庫、函數(shù)圖符庫、信號接收器圖符庫中選取需要的功能模塊，搭建通信系統(tǒng)。

（3）設(shè)置仿真系統(tǒng)參數(shù)：包括運(yùn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和功能模塊運(yùn)行參數(shù)。

（4）運(yùn)行仿真系統(tǒng)：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求調(diào)試各個(gè)模塊的參數(shù)，觀察分析結(jié)果。

2 仿真實(shí)例

下面以FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)為例介紹仿真過程。主要分為三個(gè)步驟：系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)，仿真模型構(gòu)建，仿真結(jié)果分析。

2.1 FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

FSK是用兩個(gè)不同頻率的載波來傳輸數(shù)字信號的“0”和“1”。其抗噪聲與抗衰減性能較好，所以在中低速數(shù)據(jù)傳輸（傳輸速率在1200bit/s以下）中得到了廣泛的應(yīng)用。FSK調(diào)制方法有直接調(diào)頻法、鍵控法。FSK信號的解調(diào)方法有相干解調(diào)、非相干解調(diào)、鑒頻法、差分檢波法及過零檢測法。

其中鍵控法是由兩個(gè)獨(dú)立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的PN碼，按照“1”或者“0”分別選擇一個(gè)載波作為輸出，利用兩個(gè)模擬乘法器和加法器即可得到FSK信號。過零檢測法是利用數(shù)字調(diào)頻波的過零點(diǎn)數(shù)隨不同的載頻而異，故檢測出過零點(diǎn)數(shù)，即可得到不同的頻率。

本例調(diào)制部分采用鍵控法來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示；解調(diào)部分采用過零檢測法如圖2所示。

2.2 仿真系統(tǒng)構(gòu)建

基于SystemView平臺建立FSK系統(tǒng)仿真模型，如圖3所示。

圖中圖符Token0是頻率為10Hz的PN序列，Token1是頻率為50Hz的載波，幅度為1V。Token9是頻率為10 Hz的載波，幅度為1V。圖符Token7是反相器，圖符Token3，8是乘法器，圖符Token10是加法器。Token17是觀察示波器，用來觀測FSK信號。

Token35是高斯噪聲源，用來模擬傳輸信道中的噪聲。

在仿真模型中Token15，19，21，23，25實(shí)現(xiàn)過零檢測。其中Token15是限幅器，Token19是微分器，Token21是全波整流器，Token23是脈沖發(fā)生器，Token25是Butterworth低通濾波器，其截止頻率為10Hz。Token31是緩沖器，對通過低通濾波器的信號進(jìn)行抽樣判決，最后在Token30處觀察解調(diào)后的PN序列。

2.3 仿真結(jié)果及分析

本系統(tǒng)定時(shí)設(shè)置為：抽樣點(diǎn)數(shù)=1024，抽樣頻率=1000Hz。運(yùn)行后結(jié)果如圖4，5，6所示。

從圖4看到“1”對應(yīng)50Hz的載波，“0”對應(yīng)10Hz的載波，符合FSK調(diào)制規(guī)則。從圖5觀察到解調(diào)后的波形與原始信號相同，只是在時(shí)間上有點(diǎn)延時(shí)，這與實(shí)際電路吻合。從而證明過零檢測法可以很好地還原出原始信號。圖6是 FSK信號的頻譜，從圖上看出兩個(gè)尖峰處分別對應(yīng)頻率為10 Hz 和50Hz的載波。

3 結(jié)束語

在通信原理教學(xué)中引入SystemView仿真技術(shù)， 利用其可視化結(jié)果，有助于學(xué)生理解通信系統(tǒng)的原理及工作過程。學(xué)生在仿真設(shè)計(jì)過程中，從建立模型，調(diào)試參數(shù)，到最后的結(jié)果分析?？梢耘囵B(yǎng)學(xué)生的分析能力和設(shè)計(jì)能力，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

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作者簡介：吳莉，華中科技大學(xué)武昌分校，講師，碩士。