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。