SystemView在通信系统设计实践教学中的应用

范 烨，徐柳娟

(浙江水利水电专科学校，浙江 杭州 310018)

0 引言

通信系统设计实践教学是通信工程专业、电子信息专业和光信息专业的专业实践课程，该课程对专业理论基础要求高，基础理论抽象性强，给教学带来很大的困难.在实践教学环节上，应从创新能力的培养高度出发，要求学生独立完成实验内容［1］;这里引入SystemView仿真软件来辅助通信系统设计实践教学，可以使抽象的理论形象化.对于学生而言，利用仿真软件可以给学生提供直观的形象思维，并能设计许多现有设备无法实现实验;对于高校教师而言，利用仿真软件进行备课、教学，可以更好地扩宽教学思路，使上课更加浅显易懂［2］.学生可以按照理论框图，自顶而下将系统设计出来，并且具有很大的灵活性;从而增强学生对专业理论知识的理解程度，培养学生对通信系统设计的兴趣以及积极性，培养学生的实践创新能力;为实践教学的创新改革做出贡献，提升实践教学的功效.

1 SystemView通信系统仿真软件介绍

SystemView仿真软件是美国ELANIX公司研制的一款动态系统设计、仿真和分析的可视化设计软件，可用于通信类、电子信息类专业中的仿真、设计和验证［3］.它由器件库、信号源、分析模块构成，软件含有丰富的库资源.基本库包括信号源库、加法器库、子系统I/O库、算子库、函数库、乘法器库、观察窗库共8个;此外还包括各种专业库，包括通信库、逻辑库、数字信号处理库、射频库共4个，特别适合通信系统的设计、仿真和验证［4－6］.利用 SystemView软件进行通信系统仿真设计，构建简单，不需要软件编程，也不需要焊接复杂的硬件电路，也不需要配置相应硬件电路的耗材以及实验设备.模块化的设计模式可以让使用者全面地了解系统组成和每个模块的功能，实际仿真出的波形跟实际的通信系统也有很好的一致性，使得设计结果更加可靠.

SystemView仿真软件的通信系统实践教学应用的优点:

(1)节约投资，全软件环境，不需要实验箱等相应设备的投资，也无需硬件焊接、元器件等耗材的开销.

(2)面向系统级的实践环境，避免学生将过多的精力放在硬件电路调试上.

(3)基于图符的仿真软件，无需复杂的编程语言的学习，不需要写一句代码，只需要添加相应模块以及设置相应模块的参数，就可以完成一个复杂通信系统的设计、仿真与验证，性价比高.

(4)灵活性大，可以动态修改相应模块的参数，从而验证相应的实践结果，培养学生的创新能力.

(5)有系统级设计和仿真的功能，可以使实践验证型教学模式向设计型教学模式过渡，可以作为毕业设计项目以及创新项目.

2 SystemView通信系统实践教学应用实例

2.1 通信系统实践教学应用实例

SystemView为一个操作简单、内容丰富的先进实践操作平台，这里结合实际教学情况，以项目化主导，设计了几个实践项目.

(1)双边带调幅项目

通过SystmeWiew所提供的示波器可以分别观察双边带调幅AM的调制信号波形、载波信号波形、以调信号的波形.

(2)通信系统信号抽样定理项目

抽样定理为模拟信号数字化的理论基础，采用样频率需要2倍以上的最高频率进行采样从而避免信号失真.项目以低通信号采样与恢复的实例来验证抽样定理.其中输入模拟信号源为1V、200 Hz的正弦波，分别采用200 Hz、400 Hz、600 Hz三种不同的采样频率，可以看出当采样频率为200 Hz时，恢复信号存在很大的失真.

(3)PCM脉冲编码调制项目

PCM是把模拟信号转换为数字信号的调制方式，通过采样、量化、编码三个步骤将模拟信号编码.其中量化方式采样非均匀量化，量化前将小信号放大、对大信号压缩，通常有13折线A律和μ律两种标准.采用SystemView可以实现PCM编码中的信号压缩与扩展过程仿真，可以明显看出System-View中压缩器模块将小信号放大、大信号压缩;扩张器模块将大信号压缩、小信号放大.扩张器模块还原后的波形和系统输入波形一致.

(4)数字滤波器设计项目

数字滤波器设计是通信系统设计中不可或缺的组成部分，SystemView算子库中带有一个“Linear Sys Filters”图标，让学生直接、直观地操作数字滤波器设计.设计实现IIR、FIR、通信滤波器，学生可以直接从图形界面设计所需要的幅频响应曲线，由SystemView自动计算各系数，省去理论计算部分，即可完成数字示波器的设计.

(5)伪随机序列产生项目

扩频码被广泛地应用于扩频系统中的信号频谱扩展，扩频码中应用最广的是伪随机序列(m序列)，SystemView在系统信号源图符中为用户提供了PN码信号源，学生只需要在输入端加入时钟信号，在“参数设置”中设置移位寄存器程度、起始种子，就可以通过示波器直观的看到m序列输出.

(6)数字传输系统仿真项目

SystemView可以实现 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK、MSK、QAM16、QPSK 等数字传输系统的仿真，可以让学生熟悉数字调制系统的基本结构、特点以及性能.后面会以2ASK、2FSK两种基础调制系统的仿真为例，详细介绍 SystemView的仿真过程.

2.2 2ASK调制系统仿真

二进制幅移键控2ASK调制信号为二进制数据，即利用二进制数据“0”或者“1”的基带信号来控制载波信号的通断.有载波输出时表示“1”，无载波输出时表示“0”.

2ASK调制器的产生方法有两种，一种是相乘电路法、另外一种是通断键控法［7］.这里采用的是相乘电路法，具体系统实现原理框图，见图1.

图1 2ASK调制原理框图

2ASK调制器具体在SystemView上仿真电路图，见图2.模块0为信号源，产生一路PN码脉冲信号，作为基带信号;模块1为示波器，可以观测基带信号源实际输出波形;模块为2为乘法器;模块为3为信号源，产生一路正弦波，作为载波信号;模块4为示波器，可以观察最后输出的2ASK调制信号.

图2 2ASK调制器SystemView仿真电路图

基带信号为“0”或者“1”PN码脉冲信号，基带信号和载波信号相乘，就可以实现2ASK调制波形的输出.具体仿真波形，见图3，其中左图为基带信号的波形，右图为2ASK调制器输出的波形.

图3 2ASK调制器SystemView仿真波形图

2.3 2FSK调制系统仿真

二进制频移键控2FSK调制信号为二进制数据，即利用二进制数据“0”或者“1”的基带信号来控制两路载波信号的选中.基带信号为“1”时输出一路载波信号f1，基带信号为“0”时输出另外一路载波信号f2.

2FSK调制器的产生方法有两种，一种是模拟调频电路法、另外一种是键控法［8］.这里采用的是键控法来实现，两个载波发生器分别产生f1或者f2的载波，调制器按照输入的二进制基带信号为“0”或者“1”，通过开关电路来选择两个载波信号输出，使其在一个码元周期内输出其中一路载波信号.具体系统实现原理框图，见图4.

图4 2FSK调制原理框图

2FSK调制器具体在SystemView上仿真电路图见图5.模块0为信号源，产生一路PN码脉冲信号，作为基带信号;模块3为示波器，可以观测基带信号源实际输出波形;模块1为信号源，产生一路正弦波，作为载波信号f1;模块2为信号源，产生另外一路正弦波，作为载波信号f2;模块为5为合路器，将两路载波信号合路;模块4为示波器，可以观察最后输出的2FSK调制信号.

图5 2FSK调制器SystemView仿真电路图

基带信号为“0”或者“1”PN码脉冲信号，基带信号和载波信号相乘，就可以实现2FSK调制波形的输出.具体仿真波形，见图6，其中左图为基带信号的波形，右图为2FSK调制器输出的波形.脉冲信号为“0”时，调制信号输出的为f1，频率较低、波形较宽信号;脉冲信号为“1”时，调制信号输出的为 f2，频率较高、波形较窄信号.

图6 2FSK调制器SystemView仿真波形图

3 结语

综上所述，通信系统实践教学中引入仿真技术，是现代教学技术在教学中的具体体现，能够直观形象地解决具体理论上的难点.SystemView是一个功能强大的EDA仿真软件，为通信系统实践教学提供了一个便捷、有效的实践教学平台，培养学生的实践创新能力，为通信专业自身水平提升做出贡献，从而适合应用型人才培养的需要.

［1］徐柳娟，赵玉玲.立足电子实践教学培养高素质人才［J］.浙江水利水电专科学校学报，2004，16(1):67－68.

［2］杨启尧.EWB仿真软件在电子技术教学中的应用［J］.浙江水利水电专科学校学报，2012，24(1):95－97.

［3］任 斌，王朝新，陈 洁.基于SystemView的新型数字带通调制系统的设计及仿真［J］.科学技术与工程，2011，11(31):7662－7666.

［4］李会勇，邓 娴，甘 露，等.利用SystemView平台加强《通信技术与系统》课程实践教学［J］.实验科学与技术，2005(S1):30－32.

［5］杨尚真，王建新，王 斌.数字通信原理的虚拟实验室系统的设计与实现［J］，计算机工程与科学，2004，26(9):97 －101.

［6］刘 俊.高职院校《数字通信原理》实验教学的改革与实践［J］.职业技术教育，2007(8):39 －40.

［7］樊昌信，曹丽娜.通信原理［M］.6版.北京:国防工业出版社，2008.

［8］杨旭峰.通信原理［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2010.