单位文秘网 2021-10-06 08:12:47 点击: 次
[摘 要] 《数字通信原理》是电子通信类专业一门重要的专业基础课程。课程的主要特点是理论性强、内容广泛,学生普遍感觉学习困难。本文作者尝试使用SystemView系统仿真软件辅助《数字通信原理》课程教学,实践证明,SystemView辅助教学可以使抽象的通信理论变得形象化,有利于学生的理解,提高课程的教学效果。
[关键词] SystemView 数字通信 仿真
一、《数字通信原理》课程特点
《数字通信原理》是通信技术、电子技术专业的一门专业必修课,也是通信技术和电子技术专业的主干课程,其内容包含了通信系统构建、模拟信号数字化和基本的数字传输技术的实现等方面。其前导课程为《模拟电子电路》和《数字电子电路》,后续课程包括《移动通信原理》、《手机测试与维修》等。可见《数字通信原理》课程具有承上启下之作用,它能够使学生理解有关数字通信的基本概念,掌握基本的数字通信技术的特点和实现的方法,为了进一步学习通信信息类其它课程打下一个良好的基础。但是,对于目前的高职学生而言,《数字通信原理》偏重理论知识的介绍,使他们觉得理解掌握起来有一定的难度。所以就针对目前高职学生的学习状况,为取得更好的教学效果,作者尝试使用SystemView系统仿真软件辅助《数字通信原理》课程教学,SystemView具有很好的仿真效果,可以使抽象的通信理论变得形象化,从而有利于学生的理解,提高课程的教学效果。
二、动态系统仿真设计软件——SystemView简介
美国ELANIX公司的SystemView是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化设计环境。它运行于微软的Windows,并提供开发各种系统的模拟和数字工具,包括数字信号处理、通信、控制以及构造通用数学模型。
SystemView在信号处理、通信和控制系统的应用。包括模拟、数字和混合模式的系统,相位和频率锁相环,调制、解调和通道建模,完整的DSP 系统设计和测试,模拟到数字变换系统、量化和采样系统(包括D-R数据转换)、同相和正交系统,线性和非线性系统设计和测试,线性和非线性微分方程的解 (包括模糊理论),控制系统设计和测试等。
三、SystemView软件在《数字通信原理》课程中的应用实例
由于数字通信系统具有抗噪声性能好,传输质量高,便于保密等特点,得到了迅速发展。 本课程讲述以数字通信系统为主,数字通信系统分为基带传输系统和频带传输系统。直接传输基带信号的系统称为数字基带传输系统。包括调制与解调过程的传输系统称为数字频带传输系统。虽然在实际使用中数字基带传输不如频带传输广泛,但如果把调制与解调过程看作是广义信道的一部分,则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统,因此掌握数字信号的基带传输原理和频带传输原理都是十分重要的。
(一)数字基带传输系统
数字通信系统的可靠性通过误码率来衡量。从数字基带信号传输的物理过程来看,误码是接收端抽样判决器的错误判决,而造成错误判决的原因是由于码间干扰和噪声的影响。奈奎斯特第一准则指明了无码间干扰的条件,系统无码间干扰时的最高码元速率为系统带宽的2倍。
为了加深学生对奈奎斯特第一准则的理解,构建如图1所示的数字基带传输系统SystemView仿真模型。
图1数字基带传输系统
系统中伪随机序列的码元传输速率为100B,高斯白噪声的均值为零,标准差为011v, 用截止频率为50Hz的低通滤波器来模拟信道,即系统带宽为50 Hz。抽样器的抽样频率与码元的传输速率一致,设为100Hz。为了比较发送端和接收端的波形,在发送端接收器前加入一个延迟图符。图2为输入信号波形与接收信号波形的叠加,由于系统条件满足奈奎斯特第一准则,系统无码间干扰,可观察到收发波形基本一致。
图2无码间干扰时输入信号与输出信号的叠加图
3有码间干扰时输入信号与输出信号的叠加
上述系统中,伪随机序列的码元传输速率保持100B不变,系统带宽改为40Hz,此时的条件已不再满足奈奎斯特第一准则,重新运行系统,可观察到输出信号中的错误脉冲,如图3 所示。
通过观察仿真图形,学生们可以很清楚地看到由于码间干扰所引起的信号混叠,从而对误码产生的原因有一个直观的印象。
(二)数字频带传输系统
在频带传输系统中,根据数字信号对载波的不同参数的控制,可分为三种主要的频带调制方法: 振幅键控、移频键控、移相键控。这里以移相键控为例介绍频带传输的SystemView系统仿真。相对调相是利用前后码元的相对载波相位值表示数字信息。根据原理,构建如图4所示的2DPSK调制与解调SystemView仿真模型。
图 42DPSK调制与解调
系统中的逻辑图符1 和延迟图符2构成差分编码电路,对输入的二进制信号进行差分编码,然后用乘法器完成绝对调相。在接收端解调采用差分相干解调,解调不需要本地载波,将已调信号延迟一个码元后再与它自身相乘,经过低通滤波,抽样判决便可恢复出原始的数字信息。调制与解调信号的波形如图5 所示,从左到右,从上到下,依次为调制信号(绝对码)、 相对码、 解调信号和已调信号。
图 52DPSK调制与解调波形
利用SystemView,可以很容易得到2DPSK 调制与解调过程的波形,通过波形图可以看到解调信号与输入信号相比只是略有延迟,而且绝对码的2DPSK信号波形与相对码的2PSK信号波形相同,也就是说绝对码的相对调相实质上是相对码的绝对调相。
四、结束语
以实例阐述了SystemView在现代通信原理课程教学中的应用。 基于System View的仿真模型,能够反映数字通信系统的动态工作过程,其可视化界面具有很好的演示效果。实践证明这种教学方式能激发学生的学习兴趣,加深学生对课堂教学内容的理解,从而获得良好的教学效果。
参考文献:
[1]孙屹。 System View通信仿真开发手册[M]1 北京: 国防工业出版社, 2004 1
[2] 樊昌信。通信原理(第 5版) [M]1 北京:国防工业出版社,2001 1
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