SystemView软件在“通信原理”辅助教学中的应用

摘要：针对“通信原理”课程理论性强、内容抽象的特点以及目前的教学现状，将可视化较强的SystemView仿真软件引入通信原理课程辅助教学。通过SystemView教学实例说明该教学方法能够加深学生对所学知识的理解，激发学生学习的兴趣和热情，有效提高课堂教学质量。实践证明这种教学方法取得了良好的教学效果。

关键词：通信原理；SystemView；仿真

作者简介：胡琳娜（1980-），女，河北东光人，南京理工大学紫金学院电光系，讲师。（江苏 南京 210046）

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0100-02

“通信原理”是通信工程专业的主干课程，该课程要求学生掌握通信系统的基本理论、性能分析方法和设计思想。这门课在整个通信工程专业课程体系中起着承上启下的作用，同时也是学习现代通信系统和技术的必备理论基础。“教”和“学”是教学过程中相辅相成的两个方面，教师在进行教学研究的过程中不能仅仅停留在“教”上，还应当考虑学生“学”的问题。[1]在“通信原理”这样理论性较强的课程中如何有效提高课堂教学效果和教学质量，提高学生学习积极性和主动性是值得研究和探讨的。

一、“通信原理”教学现状

“通信原理”课程的特点是理论性和系统性较强，概念抽象，不易理解。学生在学习时常常感到难、多、乱，学习兴趣不浓厚。“通信原理”课程的教学过程常常是从定义出发，讲述原理，给出数学描述，然后进行性能分析，在这一过程中还要进行定理证明和公式推导，学生学习时会觉得比较枯燥。涉及通信系统实现的部分，教学中一般只是给出系统实现的思路或框图，对实现的具体过程没有详细介绍，这样学生并不能够很好地理解和掌握。[2]针对目前“通信原理”课程教学的现状，有必要在教学过程引入可视化较强的计算机仿真工具进行辅助教学，通过计算机仿真可以使抽象的概念变得形象、生动，使复杂的理论变得易于理解，加深学生对所学知识的理解，激发学生学习的兴趣和热情。

二、SystemView仿真软件

SystemView是美国ELANIX公司推出的用于系统仿真分析的可视化软件工具，可用于通信系统设计及仿真的动态系统分析平台。SystemView仿真软件可以构造各种复杂的模拟、数字和数模混合系统，也可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。[3]SystemView的基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、各种函数运算器等，可以从不同角度满足设计要求；同时自带的通信、逻辑、数字信号处理、射频等专业库，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。在系统设计仿真时，只要通过鼠标从SystemView库中选择图符并将其拖拽到设计窗口中，就可以方便各种通信系统。[4]SystemView还具有完善的自我诊断功能，能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息提示，并在编译时给出系统运行时间，方便设计人员进行调试。[5]

三、SystemView仿真软件在教学中的应用

SystemView仿真软件具有直观、简单、灵活、功能强大的优点。在“通信原理”课堂教学过程中，可以将一些枯燥乏味的理论和原理通过搭建SystemView仿真电路直观地展示给学生，增加课堂教学的生动性和趣味性，帮助学生掌握各种通信系统的原理。同时还可以通过动态修改系统参数，得到实时仿真结果，便于进行系统性能比较和分析，使学生在听视结合中加深理解。比如在讲解数字基带信号的功率谱时，教材上是通过一系列复杂的数学公式推导得出结论，推导过程相当繁琐。对于这些结论学生通常是死记硬背，并不一定能够真正理解和掌握。如果在授课时，通过SystemView仿真软件搭建数字基带传输系统仿真模型，在SystemView的分析窗中对信号做快速傅立叶变换就可得到数字基带信号的功率谱图。从功率谱图上，信号功率集中在什么区域、基带信号功率谱的形状、信号速率与带宽之间的关系等就一目了然，此外还可以通过改变数字基带系统某些参数来观察通信系统的性能。这样不仅可以帮助学生理解和掌握课程中的基本原理和分析方法，使抽象的内容更为生动具体，有效提高课堂效率，还可以提高学生的学习兴趣和感性认知，激发学生学习的积极性和主动性。

四、SystemView教学实例

“通信原理”课程的教学过程主要围绕模拟通信系统和数字通信系统两方面展开，由于现代通信技术的发展方向是数字通信，因此数字通信系统是教学的重点。下面就以数字基带传输系统为例，介绍SystemView在辅助教学过程中的应用。

数字基带信号用矩形脉冲表示“0”和“1”，且具有无限频率分量的频谱。矩形波信号在频域内是无穷延伸的，而实际信道总是频带受限的，因此数字信号经过基带系统传输后会产生波形失真，造成前面码元对后面的若干码元产生影响，这种影响被称为码间串扰。码间串扰概念比较抽象，学生不易理解，为了加深学生对码间串扰和系统性能的理解，根据教材中给出的数字基带传输系统的组成框图，利用SystemView软件搭建了数字基带传输系统仿真模型，如图1所示。

在仿真模型中将数字基带系统的发送、接收和信道等效为低通滤波器，其后增加抽样和判决输出就构成了完整的数字基带系统。其中图符0是伪随机序列，图符2模拟信道中的高斯白噪声，方差可根据情况自行设定。图符5是理想低通滤波器，图符7和图符8是采样和保持，其中采样器的采样率与码元速率一致。为了更好地比较输入信号和输出信号的波形，在输入信号接收器前加上了一个延迟图符。通过运行系统，可以得到在无噪声干扰情况下输入信号和输出信号波形的叠加图，如图2所示。从图中可以明显看出数字基带系统使码元信号产生拖尾失真，造成对其他码元的干扰，即码间串扰。通过对输入和输出信号的观察，学生能够对码间串扰有一个直观的印象，加深对码间串扰原因的理解。

在实际的传输系统中，完全消除码间串扰是十分困难的。为了衡量基带传输系统的码间串扰和噪声的大小，评价基带传输系统的性能，可以通过实验的方法利用示波器进行估计，这就是眼图分析法。但在课堂理论教学中无法利用示波器给学生演示眼图，这时就可以利用SystemView软件来实现教学演示。

为了研究噪声和码间串扰的影响，可利用图1所示的System-View仿真电模型来观察和分析眼图。在SystemView的分析窗口中，可以利用接受接收器的时间片功能来绘制眼图。为满足时间切片周期和码元同步并且能完整地观察到一个眼图的要求，一般将时间切片的长度设置为当前采样频率下采样周期的2倍时长。[6]在图1所示的仿真模型中，设高斯噪声为0，通过改变理想低通滤波器的截止频率使其满足奈奎斯特第一准则，便可得到图3（a）所示的无噪声无码间串扰时系统的眼图。若在信道中加入噪声可观察到在有噪声无码间串扰时眼图“眼睛”张开的幅度变小，线条变粗，如图3（b）所示。当进一步增大噪声幅度同时改变信道的带宽，使传输系统不满足无码间串扰条件，此时可观察到有噪声有码间串扰时眼图变得模糊不清，眼图部分“闭合”，线条不端正，如图3（c）所示。

通过对不同条件下系统眼图的观察，学生能够直观地看出码间串扰和信道噪声对系统性能的影响，从而加深对系统性能和眼图之间关系的理解。

五、结束语

“通信原理”课程理论性和系统性较强，内容抽象，在课堂教学过程中引入可视化较强的SystemView仿真工具进行辅助教学，通过计算机仿真可以使抽象的概念变得形象生动，使复杂的理论变得易于理解，加深学生对所学知识的理解，激发学生学习的兴趣和热情。实践证明这种教学方法取得了较好的教学效果。

参考文献：

[1]黄葆华，魏以民，蔡锭波.SystemView 仿真在“通信原理” 课堂教学中的应用[J].中国电力教育，2012，（35）：50-51.

[2]徐伯庆，叶海霞.用SystemView 辅助《通信原理》教学[J].电气电子教学学报，2007，（S1）：91-93.

[3]冯育涛.通信系统仿真[M].北京：国防工业出版社，2009.

[4]张培玲，仝兆景，王泰华.SystemView 在信号系统实验教学中的应用[J].电气电子教学学报，2009，31（4）：85-86.

[5]谢慧，张志刚，聂峰.基于 SystemView 的通信原理实验教学体系[J].实验技术与管理，2012，29（2）：134-137.

[6]邹丹.SystemView 在现代通信原理课程中的应用[J].华东交通大学学报，2007，24（B12）：51-53.

（责任编辑：王意琴）