盧曉軒　李莉

【摘要】針對(duì)通信工程專(zhuān)業(yè)本科《通信原理》實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，提出一個(gè)以學(xué)生自主設(shè)計(jì)，注重綜合性為指導(dǎo)思想的基于SystemView仿真的模數(shù)信號(hào)混合傳輸綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并且完成了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其SystemView實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的示例及仿真結(jié)果分析。

【關(guān)鍵詞】通信原理 實(shí)驗(yàn)方案 模數(shù)混合 自主設(shè)計(jì)

【基金項(xiàng)目】中國(guó)石油大學(xué)（華東）精品實(shí)驗(yàn)建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JS20141）：基于真實(shí)體驗(yàn)的模、數(shù)信號(hào)混合傳輸綜合實(shí)驗(yàn)。

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP393.09 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）01-0226-02

《通信原理》是通信工程專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，也是電子信息專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生對(duì)于該課程中概念和通信理論的掌握程度直接影響后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)效果。該課程的主要特點(diǎn)是數(shù)學(xué)推導(dǎo)多、理論分析多，通信原理實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生透徹理解復(fù)雜的通信理論并學(xué)以致用的有效手段，因此通信原理實(shí)驗(yàn)在通信原理教學(xué)環(huán)節(jié)中起著舉足輕重的作用。

本課程主要講述模擬通信理論和數(shù)字通信理論，而兩塊理論的結(jié)合是學(xué)生最難理解接受的難點(diǎn)，也是本課程的重點(diǎn)之一，目前國(guó)內(nèi)高校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)有的僅僅圍繞模擬通信理論進(jìn)行設(shè)置，如AM實(shí)驗(yàn)[1]、DSB實(shí)驗(yàn)[2]，有的僅僅圍繞數(shù)字通信理論進(jìn)行設(shè)置，如PSK實(shí)驗(yàn)[3]，F(xiàn)SK實(shí)驗(yàn)[4]，16QAM實(shí)驗(yàn)[5]，有的圍繞模擬信號(hào)數(shù)字化進(jìn)行設(shè)置，比如PCM實(shí)驗(yàn)[6-7]，而對(duì)于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)混合傳輸卻少有實(shí)驗(yàn)涉及。模數(shù)信號(hào)混合傳輸是指一個(gè)模擬信源和一個(gè)數(shù)字信源所發(fā)出的信號(hào)復(fù)用同一信道傳輸后，分別到達(dá)相對(duì)應(yīng)的信宿，這是現(xiàn)實(shí)世界中經(jīng)常用到的通信場(chǎng)景，相關(guān)理論對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)也是一個(gè)難點(diǎn)。

因此本文提出在《通信原理》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要求學(xué)生設(shè)計(jì)并仿真實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有綜合性、設(shè)計(jì)性的模數(shù)信號(hào)混合傳輸系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路。由于該實(shí)驗(yàn)方案涵蓋模擬通信理論和數(shù)字通信理論的絕大多數(shù)內(nèi)容，還涉及信道復(fù)用技術(shù)及信道編碼技術(shù)，主要目的是在幫助學(xué)生理解以上難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)學(xué)生建立起通信系統(tǒng)的概念、深入理解并綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的通信相關(guān)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力。

1.模數(shù)信號(hào)混合傳輸綜合實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中啟發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基本的模數(shù)信號(hào)混合傳輸綜合實(shí)驗(yàn)方案的示例，其原理框圖如圖1所示。

由模擬信號(hào)源輸出的模擬信號(hào)輸入PCM編碼模塊，完成PCM編碼后變成數(shù)字信號(hào)輸出后和數(shù)字信號(hào)源的輸入一起輸入到數(shù)字復(fù)接模塊完成數(shù)字信號(hào)的復(fù)接，復(fù)接后的混合信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字調(diào)制后送入信道。到達(dá)接收端后，經(jīng)過(guò)數(shù)字解調(diào)模塊完成解調(diào)后的復(fù)合信號(hào)經(jīng)過(guò)解復(fù)用模塊，完成信號(hào)分離，分別送到數(shù)字信宿和PCM解碼模塊，由PCM解碼模塊完成D/A轉(zhuǎn)化后還原成原來(lái)的模擬信號(hào)送給模擬信宿，因此在同一信道中實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的混合傳輸。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，每個(gè)學(xué)生都可以在以上實(shí)驗(yàn)方案示例的啟發(fā)下，根據(jù)自己的設(shè)想，任意設(shè)計(jì)一個(gè)模數(shù)信號(hào)混合傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如可以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的復(fù)用和混合傳輸，根據(jù)需要選擇不同調(diào)制方式和復(fù)用方式等。

2.基于SystemView的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析

systemView 是ELANIX公司推出的信號(hào)級(jí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模擬和分析軟件，其特點(diǎn)是功能強(qiáng)大、用途廣泛[6]。SystemView提供了大量的功能塊、信號(hào)源、接收端、算子圖符和函數(shù)庫(kù)，使用者往往只需要通過(guò)功能模塊的連接以及參數(shù)設(shè)置，就可以完成通信系統(tǒng)的搭建，這樣就把使用者的精力從編程和電路設(shè)計(jì)上解放出來(lái)，而專(zhuān)注于項(xiàng)目思想的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。學(xué)生應(yīng)用該仿真工具可以較快上手、較方便地驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)性能，教學(xué)實(shí)踐也證明，SystemView是很受學(xué)生歡迎的仿真實(shí)驗(yàn)工具。因此，本實(shí)驗(yàn)也要求學(xué)生采用SystemView進(jìn)行模數(shù)混合傳輸實(shí)驗(yàn)的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

2.1仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2所示的是根據(jù)圖1所示的實(shí)驗(yàn)方案，采用SystemView搭建的仿真系統(tǒng)?；竟δ苣K如下：

噪聲源2的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器2后的得到模擬信號(hào)，作為模擬信號(hào)源的輸出。該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊3后完成PCM編碼。得到的數(shù)字信號(hào)輸入到數(shù)字復(fù)用器6的輸入端，與數(shù)字信號(hào)源4發(fā)出的數(shù)字信號(hào)一起由數(shù)字復(fù)用器6實(shí)現(xiàn)同步的數(shù)字復(fù)接。復(fù)用后的信號(hào)由數(shù)字調(diào)制模塊8實(shí)現(xiàn)2DPSK的數(shù)字調(diào)制后送到信道中，在信道中加載上高斯白噪聲。到接收端到通過(guò)帶通濾波器后在數(shù)字解調(diào)模塊11完成2DPSK的數(shù)字解調(diào)，通過(guò)延遲器12后，送入到數(shù)字解復(fù)用器13。完成數(shù)字解復(fù)用的信號(hào)，一路直接送給數(shù)字信宿；一路通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊14完成PCM編碼解調(diào)后恢復(fù)為原來(lái)的模擬信號(hào)，送給模擬信宿。

在該仿真系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換模塊3、D/A轉(zhuǎn)換模塊14、2DPSK調(diào)制模塊、2DPSK解調(diào)模塊都需要自行設(shè)計(jì)，具體細(xì)節(jié)不再一一贅述。

本示例中的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)如下：低通濾波器2的截止頻率為15Hz，PCM編碼是抽樣頻率為50 Hz，每個(gè)抽樣脈沖編為4位二進(jìn)制碼元，因此A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)字碼元的速率為200bit/s，數(shù)字信源發(fā)送速率也是200bit/s。復(fù)用后速率為400bit/s。2DPSK調(diào)制時(shí)，載波頻率為4000 Hz。延遲器（模塊12）的延遲時(shí)間為2.5ms，即復(fù)用的一個(gè)碼元時(shí)間長(zhǎng)度。

2.2仿真結(jié)果分析

在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可在搭建的仿真系統(tǒng)中觀察傳輸?shù)哪M信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的波形，考查信號(hào)的傳輸質(zhì)量，從而評(píng)估設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的性能。

圖3所示的是圖2所示的仿真系統(tǒng)中的部分收發(fā)信號(hào)的波形圖。

由仿真結(jié)果可見(jiàn)，模擬信號(hào)傳輸后波形幾乎無(wú)失真，表明設(shè)計(jì)的模數(shù)混合系統(tǒng)的可靠性較高。

3.總結(jié)

本文針對(duì)《通信原理》課程的難點(diǎn)和目前實(shí)驗(yàn)課設(shè)置存在的問(wèn)題，提出一個(gè)以學(xué)生自主設(shè)計(jì)，注重綜合性為指導(dǎo)思想的基于SystemView仿真的模數(shù)信號(hào)混合傳輸綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并且給出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、SystemView實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的示例及仿真結(jié)果分析。該方案能在實(shí)現(xiàn)幫助學(xué)生深入理解和運(yùn)用模擬通信和數(shù)字通信理論的基礎(chǔ)上理解和實(shí)現(xiàn)模數(shù)混合傳輸?shù)幕灸繕?biāo)的前提下，有效的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和自主學(xué)習(xí)的意識(shí)；也體現(xiàn)了差異化、層次化的教學(xué)理念，對(duì)促進(jìn)學(xué)生完成知識(shí)的內(nèi)化和追求個(gè)人發(fā)展的最大化是極為有利的。

參考文獻(xiàn)：

[1]李杏.基于SystemView的AM超外差收音機(jī)的仿真設(shè)計(jì)與分析[J].電子設(shè)計(jì)工程.2015（10）：18-19.

[2]沈超，田偉，等.基于多實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的通信原理實(shí)驗(yàn)課程的改革與探索[J].科技文匯.2014（291）：69-70.

[3]陳軍.SystemView在通信原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀器儀表. 2015（2）：207-208.

[4]任峻，張紅燕，等.運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)改革通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué) [J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2014（31）：96-67.

[5]謝慧，張志剛，聶峰，等.基于SystemView的通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2012（2）：136-137.

[6]陳木生，林順達(dá)，朱志攀，等.SystemView在《通信原理》實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù).2011（6）：41-42.

[7]劉開(kāi)健，張海波，吳光敏，等.基于SystemView的PCM通信系統(tǒng)仿真[J].石油儀器.2007（5）：72-74.

作者簡(jiǎn)介：

盧曉軒（1971-），男，副教授，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)、下一代網(wǎng)絡(luò)。

李莉（1976-），女，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、低壓電力線載波通信技術(shù)。