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現代社會通信技術迅速發展，對于通信技術人才的需求也日益增加。因此通信專業人才的培養被提上日程。而通信原理課是通信專業的核心課，通信實驗在通信原理課中起著舉足輕重的作用。傳統教學以實驗箱類硬件教學為主。而硬件教學一般為驗證性實驗，學生無法從中理解和掌握具體的模塊組成和系統原理。通信課程概念多、系統的模型多不易于理解，加之抽象的特點，使得學生喪失學習興趣，對于問題的認知處于一種表面狀態。因此一些虛擬實驗受到越來越多的關注。Madab及一些編程軟件都可以實現通信系統的仿真，但都需要有復雜的編程，這又給學生的學習提出了一個新的難題，而SystemView軟件則簡便的多。 1 SystemVieW軟件介紹 SystemView是美國Elanix公司推出的基于Windows環境下運行的用于系統仿真分析的可視化工具。利用該軟件可以進行通信系統的仿真，也可以構建一些復雜的模擬、數字和多速率系統。SystemView的圖符資源十分豐富，包括基本庫和專業庫。基本庫中有加法器、乘法器、多種信號源、接收器、各種函數運算器等；專業庫有通信、邏輯、數字信號處理、射頻／模擬等特別適合于現代通信系統設計、仿真和方案論證。 SystemView軟件自推出以來，己經有包括清華大學、北京大學等近100所高校成為SystemView的用戶。SystemView是信號級的系統仿真軟件，提供一種可視化、動態的系統模式，主要用于電路與通信系統的設計、仿真，是一個強有力的動態系統分析工具，能滿足不同層次的設計、仿真要求。SystemView以圖符庫為主，不需要寫任何代碼便可以實現各種系統的仿真。并且最終以波形、眼圖及功率譜等形式給出具體的系統仿真波形，也可以給出系統的頻域及時域分析。非常形象的表現系統的具體特征。 2 具體應用舉例 在通信原理中涉及的基礎理論主要有調制解調、編碼、模擬信號的數字傳輸、差錯控制編碼等，基本涵蓋了通信的所有基本原理。systemView有通信的專業庫，可以建立各類通信系統模型，在這里不一一介紹，以MQAM為例介紹其建立模型及仿真效果。 2．1 基本原理 (1)調制原理 正交振幅調制是用兩個獨立的基帶數字信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調制。利用這種已調信號在同一帶寬內頻譜正交的性質來實現兩路并行的數字信息傳輸。正交振幅調制信號的一般表示式為 式中，An是基帶信號幅度，g(t一nTs)是寬度為Ts的單個基帶信號波形。上式還可以變換為正交表示形式為 MQAM信號調制原理圖，如圖1所示。圖中，輸入的二進制序列經過串／并變換器輸出兩路并行序列，再分別經過2電平到L電平的變換，形成￡電平的基帶信號。為了抑制已調信號的帶外輻射，該L電平的基帶信號還要經過預調制低通濾波器，形成X(t)和Y(t)，再分別對同相載波和正交載波相乘。最后將兩路信號相加即可得到MQAM信號。 信號矢量端點的分布圖稱為星座圖。通常，可以用星座圖來描述QAM信號的信號空間分布狀態。對于M=16的16QAM來說，有多種分布形式的信號星座圖。兩種具有代表意義的信號星座圖，如圖2所示。在圖2(a)中，信號點的分布成方型，故稱為方型16QAM星座，也稱為標準型16QAM。在圖2(b)中，信號點的分布成星型，故稱為星型16QAM星座。 (2)解調原理 MQAM信號采用正交相干解調方法，其解調器原理圖，如圖3所示。解調器輸入信號與本地恢復的兩個正交載波相乘后，經過低通濾波輸出兩路基帶信號X(t)和Y(t)。多電平判決器對多電平基帶信號進行判決和檢測，再經L電平到2電平轉換和并／串變換器最終輸出二進制數據。 2．2 仿真模型 使用Systemview軟件仿真系統進行仿真一般分以下幾步： (1)建立系統模型； (2)根據系統理論只是建立系統模型。根據系統理論模型及其具體功能，使用相應的模塊建立仿真模型； (3)根據需要設定系統各個模塊的參數； (4)進行系統的仿真，得到具體的仿真波形。 根據仿真具體步驟可以得到MQAM的具體仿真模型，如圖4所示。 模型中，調制端省略了串并轉換和電平轉換部分，直接使用PN圖符來模擬變換后得到的兩路多電平信號；接收端也省略了判決和并串轉換部分。系統的時間設置：采樣點數為1 024，采樣頻率為50 Hz。系統圖符的設置，如表1所示。 設置好系統各個圖符的參數后，運行系統仿真就可得到系統的星座圖及頻譜圖。通過修改系統中圖符10、11的電平數，可以得到各種進制的QAM的星座圖。 3 結束語 應用SystemView軟件建立可視化通信系統模型，既可以使學生更加深刻的認識和理解通信模型，又可以將具體波形仿真出來，使學生從感官上認識系統。不但提高了教學效率和質量，也使學生對這門課的學習更加感興趣。同時，又為學生提供了通信開發、分析的平臺，從而可以提高學生的動手能力。通過學生的使用，取得了良好的教學效果，學生反映良好。由于通信專業有許多與通信類似的課程，因此此類虛擬實驗平臺可以在許多課程教學中進行推廣。 |
