任 峻,張紅燕
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410128)
通信原理課程的內(nèi)容主要是各種通信系統(tǒng)的組成原理,包括通信系統(tǒng)的組成、信號(hào)在傳輸過(guò)程中波形和頻譜的變化以及通信系統(tǒng)性能的評(píng)估[1]。通信原理課程通常分為理論課程和實(shí)驗(yàn)課程兩部分,其中實(shí)驗(yàn)課程的主要教學(xué)目標(biāo)是:通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)的組成和通信原理有直觀(guān)的感受,輔助理論課程教學(xué),提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)分析能力[2-3]。
傳統(tǒng)的通信原理實(shí)驗(yàn)通常是利用硬件實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行的。在實(shí)際教學(xué)中,這種硬件實(shí)驗(yàn)箱存在以下不足:(1)分析工具僅有示波器,只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的信號(hào)波形觀(guān)察,無(wú)法進(jìn)行信號(hào)頻譜分析;(2)設(shè)備固定在實(shí)驗(yàn)箱上,學(xué)生僅僅是通過(guò)在實(shí)驗(yàn)箱上連線(xiàn)來(lái)構(gòu)建系統(tǒng),難以培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力;(3)學(xué)生無(wú)法修改設(shè)備參數(shù),造成很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀(guān)察不到;(4)設(shè)備容易損壞;(5)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目固定且難以更新;(6)實(shí)驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)固定,學(xué)生不能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間。這些問(wèn)題極大地限制了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[4-5]。
SystemView是一款強(qiáng)大的電路與通信系統(tǒng)仿真軟件。它具有豐富的虛擬設(shè)備和強(qiáng)大的分析工具,并且用戶(hù)界面友好,易于學(xué)習(xí)和使用[6]。學(xué)生能很快地學(xué)會(huì)利用SystemView設(shè)計(jì)各種通信仿真系統(tǒng),對(duì)信號(hào)和噪聲進(jìn)行波形和頻譜分析。與傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)相比,這種虛擬實(shí)驗(yàn)靈活多變,能更好地培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、分析能力和創(chuàng)新能力。虛擬實(shí)驗(yàn)不受硬件設(shè)備的限制,不存在實(shí)驗(yàn)設(shè)備損壞的問(wèn)題,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能及時(shí)根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行更新;不受實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間和空間限制,只要在計(jì)算機(jī)上安裝了SystemView軟件,學(xué)生就能在任何時(shí)間和地點(diǎn)完成虛擬實(shí)驗(yàn)。
可見(jiàn),使用SystemView仿真軟件進(jìn)行通信原理虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行浹a(bǔ)硬件實(shí)驗(yàn)的不足,用虛擬實(shí)驗(yàn)改革通信原理實(shí)驗(yàn)課程已成為一個(gè)必然趨勢(shì)。例如,吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)、渭南師范學(xué)院等學(xué)校已逐漸將虛擬實(shí)驗(yàn)引入通信原理實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)中[7-9]。我校結(jié)合通信原理課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)安排,也對(duì)通信原理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了改革,將傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)室改造為硬件實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的“虛實(shí)結(jié)合”的綜合實(shí)驗(yàn)室。
我校通信原理實(shí)驗(yàn)課程的改革主要是建立“虛實(shí)結(jié)合”的通信原理綜合實(shí)驗(yàn)室,包括實(shí)驗(yàn)室改建和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。
實(shí)驗(yàn)室改建是通信原理實(shí)驗(yàn)課程改革的硬件基礎(chǔ)。原來(lái)的通信原理實(shí)驗(yàn)室是單純的硬件實(shí)驗(yàn)室,包含18個(gè)通信原理實(shí)驗(yàn)箱和18臺(tái)示波器,可供18組學(xué)生完成多種通信實(shí)驗(yàn)。改建后的實(shí)驗(yàn)室增加了18臺(tái)計(jì)算機(jī),每臺(tái)計(jì)算機(jī)均安裝相應(yīng)的SystemView等仿真軟件,可供學(xué)生構(gòu)建多種通信仿真系統(tǒng)、完成多種通信原理的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是我校通信原理實(shí)驗(yàn)課程改革的核心。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)目標(biāo),圍繞通信原理教學(xué)內(nèi)容,重新設(shè)置了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。改革后的通信原理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目被分為基礎(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)兩大類(lèi)[10-11]。
六是交易量下降及履約季價(jià)格上揚(yáng)。八區(qū)域碳市場(chǎng)在2017履約年度配額現(xiàn)貨二級(jí)市場(chǎng)交易總量約為71832. 數(shù)據(jù)整理自各區(qū)域碳市場(chǎng)的交易所。萬(wàn)噸,較2016履約年度(7542萬(wàn)噸)有所減少,主要原因是部分金融機(jī)構(gòu)離場(chǎng)。交易時(shí)間分布方面,2018年5-8月的交易量占整個(gè)履約年交易總量的57%,突顯出履約需求仍是市場(chǎng)交易的主要?jiǎng)恿?。另一面,上海、湖北、北京碳市?chǎng)在履約期交易價(jià)格大幅上揚(yáng),打破/逼近各自的歷史最高價(jià)格,分別達(dá)到44元/噸、31元/噸、71元/噸;且這些市場(chǎng)的交易價(jià)格在履約截止日前的1-2個(gè)月持續(xù)維持在高位,這反應(yīng)出上述市場(chǎng)收緊配額分配的作用。
以2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)為例,說(shuō)明我校采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行通信原理實(shí)驗(yàn)課程改革的情況。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程分為設(shè)計(jì)、構(gòu)建和分析3個(gè)階段[12-13]。
構(gòu)建通信系統(tǒng)應(yīng)包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選擇、連線(xiàn)和調(diào)試4個(gè)步驟;對(duì)系統(tǒng)的分析應(yīng)包含信號(hào)波形和頻譜的分析。在基于實(shí)驗(yàn)箱的通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,構(gòu)建通信系統(tǒng)基本上只有連線(xiàn)這一步驟,分析工具也只有示波器,不能進(jìn)行頻譜的分析,很難達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。SystemView豐富的虛擬設(shè)備庫(kù)和強(qiáng)大的分析工具彌補(bǔ)了硬件實(shí)驗(yàn)的不足,因此,我校對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn),在SystemView仿真平臺(tái)上構(gòu)建和分析通信系統(tǒng)。
綜合性實(shí)驗(yàn)包括模擬調(diào)制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、ASK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)、FSK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)、PSK與DPSK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)、單工通信實(shí)驗(yàn)、雙工通信實(shí)驗(yàn)。這類(lèi)綜合性實(shí)驗(yàn)均為構(gòu)建和分析通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)構(gòu)建完整的通信系統(tǒng),分析信號(hào)在傳輸過(guò)程中波形和頻譜的變化,對(duì)通信系統(tǒng)的組成和通信原理形成直觀(guān)的認(rèn)識(shí),通過(guò)獨(dú)立自主完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試分析。因此,這類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能有效實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo),也是通信原理實(shí)驗(yàn)課程的主體。
對(duì)于已經(jīng)發(fā)生功血的患者,更要加強(qiáng)護(hù)理。本研究通過(guò)回顧性分析50例功能失調(diào)性子宮出血患者的臨床資料,得出結(jié)論:全面有效的護(hù)理干預(yù)能夠提高功能失調(diào)性子宮出血的臨床治療效果,提高患者對(duì)護(hù)理的滿(mǎn)意度,值得臨床推廣應(yīng)用。
例如,將二進(jìn)制基帶信號(hào)的帶寬設(shè)置為100 Hz,2個(gè)載波頻率分別設(shè)置為500 Hz和700 Hz,其頻率差大于基帶信號(hào)的帶寬,則通過(guò)分析窗口可以直觀(guān)地看到2FSK信號(hào)的頻譜形成雙峰。圖3給出了此時(shí)分析窗口中所顯示的2FSK的頻譜。若將2個(gè)載波頻率分別設(shè)置為500 Hz和550 Hz,其頻率差小于基帶信號(hào)的帶寬,則2FSK信號(hào)的頻譜形成單峰(見(jiàn)圖4)。
式(12)中:α為顯著性水平;Dmin為某方向上目標(biāo)船到周?chē)暗淖钚【嚯x;f(x)為某方向上周?chē)暗侥繕?biāo)船最近距離的概率密度分布函數(shù);D為某方向上顯著性水平為α?xí)r距目標(biāo)船的距離。
圖1 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的組成框圖
根據(jù)系統(tǒng)組成框圖,學(xué)生在SystemView模塊庫(kù)中自行選擇合適的虛擬設(shè)備并設(shè)置設(shè)備參數(shù),然后通過(guò)連線(xiàn)構(gòu)建仿真系統(tǒng),設(shè)置觀(guān)察點(diǎn)并進(jìn)行調(diào)試,直到構(gòu)建成功,最終形成如圖2所示的2FSK調(diào)制解調(diào)仿真系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)備選擇和參數(shù)設(shè)置,學(xué)生能進(jìn)一步加深對(duì)通信原理的理解。
實(shí)驗(yàn)教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng),并畫(huà)出系統(tǒng)的組成框圖[1]。由于SystemView具有豐富的虛擬設(shè)備,學(xué)生可以選擇不同的方法建立2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。例如調(diào)制可以采用鍵控法,也可以采用模擬調(diào)頻法;解調(diào)可以采用包絡(luò)解調(diào)法、相干解調(diào)法、過(guò)零檢測(cè)法等。這種實(shí)驗(yàn)的靈活性不僅極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,加深了學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)組成的理解,而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。
目前開(kāi)挖邊坡下方主要為二期廠(chǎng)房,邊坡開(kāi)挖將嚴(yán)重威脅二期廠(chǎng)房人員安全及正常運(yùn)營(yíng)及安全。破壞邊坡上方停車(chē)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)及安全,進(jìn)步一步發(fā)展會(huì)破整個(gè)坡體,直接經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)不小于9000萬(wàn)元。
圖2 2FSK調(diào)制解調(diào)仿真系統(tǒng)
SystemView具有強(qiáng)大的分析工具,通過(guò)設(shè)定觀(guān)察點(diǎn)和使用分析窗口,可以對(duì)通信系統(tǒng)中任意點(diǎn)的信號(hào)波形和頻譜進(jìn)行分析、比較,從而加深對(duì)系統(tǒng)組成和傳輸過(guò)程的理解。特別是通過(guò)修改參數(shù)可以觀(guān)察到不同的現(xiàn)象,而這些用實(shí)驗(yàn)箱做實(shí)驗(yàn)很難觀(guān)察到。
2FSK信號(hào)頻譜的一個(gè)顯著的特點(diǎn)是隨著2個(gè)載波頻率的不斷接近,2FSK信號(hào)的頻譜將由“雙峰”變?yōu)椤皢畏濉?。在硬件?shí)驗(yàn)室中,由于經(jīng)費(fèi)原因,很少為學(xué)生配置頻譜儀,因此學(xué)生不能分析信號(hào)的頻譜。即使為教師配置了頻譜儀,但由于實(shí)驗(yàn)箱中的基帶信號(hào)和載波信號(hào)的頻率都是固定的,因此也只能觀(guān)察到2FSK信號(hào)頻譜的“單峰”或者“雙峰”。在SystemView仿真平臺(tái)上,可以很方便地修改任何設(shè)備的參數(shù),使用分析工具進(jìn)行信號(hào)的頻譜比較,因此學(xué)生能輕易調(diào)試出2FSK信號(hào)頻譜的“單峰”和“雙峰”。
圖1給出一個(gè)2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的組成框圖,其中調(diào)制采用鍵控法,解調(diào)采用包絡(luò)解調(diào)法。
復(fù)用方式包括64Kbit/s復(fù)用保護(hù)和2Mbit/s復(fù)用保護(hù)。其中一些電網(wǎng)公司2Mbit/s復(fù)用保護(hù)越來(lái)越成為主流。所以本文將闡述 2Mbit/s復(fù)用為主。2Mbit/s復(fù)用方式是保護(hù)裝置的光收、發(fā)接口利用數(shù)字復(fù)用技術(shù)通過(guò)2Mbit/s數(shù)據(jù)復(fù)用接口與SDH 設(shè)備及復(fù)用通道和對(duì)側(cè)保護(hù)裝置相連。
圖3 2個(gè)載波頻率差大于基帶信號(hào)帶寬時(shí)的2FSK頻譜
圖4 2個(gè)載波頻率差小于基帶信號(hào)帶寬時(shí)的2FSK頻譜
通過(guò)對(duì)2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的虛擬實(shí)驗(yàn)可以看到,基于SystemView的虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)芡暾貙?shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選擇、連線(xiàn)和調(diào)試等4個(gè)步驟的系統(tǒng)構(gòu)建,能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行波形和頻譜兩方面的分析,同時(shí)能通過(guò)調(diào)整參數(shù)觀(guān)察到很多硬件實(shí)驗(yàn)所觀(guān)察不到的現(xiàn)象。因此,通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)不但能加深學(xué)生對(duì)通信系統(tǒng)的理解,還能有效地培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和設(shè)計(jì)能力。
我校在10級(jí)信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的通信原理課程教學(xué)中引入虛擬實(shí)驗(yàn),教師和學(xué)生普遍反映教學(xué)效果良好。通過(guò)對(duì)教師和學(xué)生的教學(xué)調(diào)查可以看出,將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于通信原理教學(xué)中有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。
例如,當(dāng)圖2中的虛擬設(shè)備11(產(chǎn)生二進(jìn)制基帶信號(hào))設(shè)置頻率為100 Hz,虛擬設(shè)備2(二進(jìn)制信號(hào)1所對(duì)應(yīng)的載波f1)設(shè)置頻率為700 Hz時(shí)、虛擬設(shè)備4(帶通濾波器1)的頻率被設(shè)置為截止低頻650 Hz、截止高頻750 Hz。這是因?yàn)?FSK信號(hào)被看成是1和0所對(duì)應(yīng)的2路2ASK信號(hào)的疊加,因此將帶通濾波器1的中心頻率設(shè)置為載波f1的頻率,帶寬設(shè)置為二進(jìn)制基帶信號(hào)的帶寬時(shí),才能使得二進(jìn)制信號(hào)1所對(duì)應(yīng)的那一路2ASK信號(hào)通過(guò),而二進(jìn)制信號(hào)0所對(duì)應(yīng)的那一路2ASK信號(hào)被屏蔽。顯然,通過(guò)這些參數(shù)設(shè)置,學(xué)生能進(jìn)一步加深對(duì)通信系統(tǒng)組成的理解和各種設(shè)備功能的理解。
(1) 彌補(bǔ)硬件實(shí)驗(yàn)的不足。SystemView能提供豐富的虛擬設(shè)備和強(qiáng)大的分析工具,彌補(bǔ)了硬件實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行設(shè)備選擇、參數(shù)設(shè)置和頻譜分析的不足,也解決了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)法觀(guān)察、設(shè)備易損壞等很多問(wèn)題。
基礎(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)包括信號(hào)源實(shí)驗(yàn)、碼型變換實(shí)驗(yàn)、抽樣定理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)主要是讓學(xué)生掌握硬件設(shè)備(如實(shí)驗(yàn)箱、示波器)的使用,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀(guān)察和實(shí)驗(yàn)原理的驗(yàn)證?;A(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)均可以在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn),且操作過(guò)程簡(jiǎn)單,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,主要是對(duì)示波器顯示的波形及其變化進(jìn)行分析。因此,基礎(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)仍然采用實(shí)驗(yàn)箱而不采用虛擬實(shí)驗(yàn)。
(2) 降低學(xué)生對(duì)硬件實(shí)驗(yàn)的畏難情緒。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生不必?fù)?dān)心損壞儀器,不受硬件設(shè)備的限制,可以獨(dú)立自主地快速構(gòu)建仿真系統(tǒng);在強(qiáng)大的分析工具的幫助下,波形和頻譜分析都非常簡(jiǎn)單直觀(guān),不像硬件實(shí)驗(yàn)中存在示波器難調(diào)等問(wèn)題。SystemView操作簡(jiǎn)單、直觀(guān)等特點(diǎn)能有效降低學(xué)生對(duì)硬件實(shí)驗(yàn)的畏難情緒,增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性,提高了學(xué)生的自信心。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們生活的水平逐步提高,肥胖及三高的人數(shù)日益增多,癌癥患者低齡化的趨勢(shì)明顯,但是人們的體育意識(shí)在一定程度上沒(méi)有跟上時(shí)代發(fā)展的需要。提高全民素質(zhì)勢(shì)在必行,特別要提高學(xué)生的身體素質(zhì)。每周上一兩節(jié)體育課,課時(shí)少不能充分鍛煉學(xué)生的身體素質(zhì),不能充分培養(yǎng)學(xué)生積極參與體育活動(dòng)的意識(shí),因此課外體育輔導(dǎo)是改善體育教學(xué)現(xiàn)狀的有效手段。
(3) 激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情,提高學(xué)生的設(shè)計(jì)分析能力。SystemView豐富的虛擬設(shè)備和強(qiáng)大的分析工具能讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)通信系統(tǒng),并進(jìn)行信號(hào)頻譜等分析,能更好地激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情,有效地提高學(xué)生的設(shè)計(jì)分析能力。
2013年,大連市水務(wù)工作認(rèn)真貫徹黨的十八大精神,按照水利部的統(tǒng)一部署,圍繞大連市委、市政府提出的全域城市化發(fā)展要求,以水務(wù)現(xiàn)代化建設(shè)為統(tǒng)攬,扎實(shí)推進(jìn)水務(wù)重點(diǎn)工作落實(shí),積極開(kāi)創(chuàng)水務(wù)工作新局面。
(4) 及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由于虛擬實(shí)驗(yàn)不受硬件設(shè)備的限制,教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容隨時(shí)更新虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,從而使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)結(jié)合得更緊密。
(5) 輔助課堂教學(xué)。只需在計(jì)算機(jī)上安裝SystemView軟件,教師就能很方便地在多媒體課堂完成通信系統(tǒng)的構(gòu)建,并直觀(guān)、形象地演示各個(gè)設(shè)備的功能以及信號(hào)在傳輸過(guò)程中的波形和頻譜變化。這種授課方式直觀(guān)、生動(dòng),從而極大地提高了教學(xué)效果。
(6) 實(shí)驗(yàn)安排更靈活。只需在計(jì)算機(jī)上安裝SystemView軟件,學(xué)生就能完成虛擬實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和空間的限制,學(xué)生可以根據(jù)需要自主選擇時(shí)間和地點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)引入通信原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,能有效彌補(bǔ)硬件實(shí)驗(yàn)的不足,并且有助于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)、分析和創(chuàng)新能力。為了進(jìn)一步擴(kuò)大虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的使用范圍,我校將建立通信原理虛擬實(shí)驗(yàn)室,并將其放入網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)中。虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立將進(jìn)一步提高通信原理理論課和實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。
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