SystemView仿真在通信原理教學中的應用

吳莉　劉麗

摘要：通信原理是通信工程、電子信息工程等專業重要的一門專業基礎課，理論性強、抽象概念較多，難以理解。本文基于SystemView系統仿真平臺，通過仿真實例，介紹了仿真技術在通信原理教學中的應用。在教學中引入SystemView仿真環節，可以很好地反映通信系統的動態工作過程，有助于學生直觀地了解通信系統，不僅加深了對理論知識的理解，而且培養了學生的分析能力和設計能力。

關鍵詞：SystemView，通信系統，仿真

1 引言

傳統的通信原理教學理論性強，涉及的抽象概念較多，主要研究對象是通信系統。包含了模擬調制系統、脈沖編碼調制系統、數字基帶傳輸系統、數字頻帶傳輸系統。學生在學習時僅從框圖中難以理解各個通信系統的工作原理。目前通信系統仿真在相關領域已得到廣泛應用，在教學中引入仿真技術，通過建立系統模型，設置仿真參數，動態分析通信系統，了解其工作過程，從而有助于學生理解抽象的內容。

SystemView仿真軟件是美國ELANIX公司設計和開發的動態系統分析平臺，主要用于電路與通信系統的設計、仿真，能滿足數字信號處理、濾波器設計、復雜通信系統的設計要求。具有開放友好的用戶界面，豐富的庫資源、動態分析和后臺處理等特點，尤其在通信系統分析和設計領域具有廣泛的應用前景。

SystemView軟件進行通信系統仿真步驟如下：

（1）設計通信系統原理框圖。

（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。

（3）設置仿真系統參數：包括運行系統參數設置和功能模塊運行參數。

（4）運行仿真系統：根據系統設計要求調試各個模塊的參數，觀察分析結果。

2 仿真實例

下面以FSK調制解調系統為例介紹仿真過程。主要分為三個步驟：系統框圖設計，仿真模型構建，仿真結果分析。

2.1 FSK調制解調系統的設計

FSK是用兩個不同頻率的載波來傳輸數字信號的“0”和“1”。其抗噪聲與抗衰減性能較好，所以在中低速數據傳輸（傳輸速率在1200bit/s以下）中得到了廣泛的應用。FSK調制方法有直接調頻法、鍵控法。FSK信號的解調方法有相干解調、非相干解調、鑒頻法、差分檢波法及過零檢測法。

其中鍵控法是由兩個獨立的載波發生器的輸出受控于輸入的PN碼，按照“1”或者“0”分別選擇一個載波作為輸出，利用兩個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字調頻波的過零點數隨不同的載頻而異，故檢測出過零點數，即可得到不同的頻率。

本例調制部分采用鍵控法來實現，如圖1所示；解調部分采用過零檢測法如圖2所示。

2.2 仿真系統構建

基于SystemView平臺建立FSK系統仿真模型，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實現過零檢測。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行抽樣判決，最后在Token30處觀察解調后的PN序列。

2.3 仿真結果及分析

本系統定時設置為：抽樣點數=1024，抽樣頻率=1000Hz。運行后結果如圖4，5，6所示。

從圖4看到“1”對應50Hz的載波，“0”對應10Hz的載波，符合FSK調制規則。從圖5觀察到解調后的波形與原始信號相同，只是在時間上有點延時，這與實際電路吻合。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，從圖上看出兩個尖峰處分別對應頻率為10 Hz 和50Hz的載波。

3 結束語

在通信原理教學中引入SystemView仿真技術， 利用其可視化結果，有助于學生理解通信系統的原理及工作過程。學生在仿真設計過程中，從建立模型，調試參數，到最后的結果分析。可以培養學生的分析能力和設計能力，從而達到良好的教學效果。

參考文獻

[1]羅衛兵，孫樺，張捷.SystemView動態分析及通信系統仿真設計[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001.

[2]青松，程岱松，武建華.數字通信系統的SystemView仿真與分析[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

[3]樊昌信.通信原理教程[M].北京：電子工業出版社，2004.

[4]孫屹.SystemView 通信仿真開發手冊[M].北京：國防工業出版社，2004.

[5]張力軍，錢學榮，張宗橙等.通信原理[M].北京：高等教育出版社，2008.

[6]江力.數字通信原理[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009.

作者簡介：吳莉，華中科技大學武昌分校，講師，碩士。