“通信原理”是通信工程、信息工程、信息安全等信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課，涉及《模擬電路》、《數(shù)字電路》、《高頻電子線路》等多門(mén)先修課程。在課程實(shí)驗(yàn)中構(gòu)建仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過(guò)不同的參數(shù)設(shè)置和方案模型，加深學(xué)生對(duì)本課程基本理論知識(shí)及基本概念的理解，建立起完整的通信系統(tǒng)的概念。是實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力、綜合設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力等課程教學(xué)目標(biāo)的重要載體。

一、傳統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)特點(diǎn)

通信原理課程實(shí)驗(yàn)主要是圍繞現(xiàn)有的通信原理實(shí)驗(yàn)箱開(kāi)設(shè)模塊化的驗(yàn)證型或綜合型實(shí)驗(yàn)，硬件線路已經(jīng)固定。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)員通常只是對(duì)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置以及波形測(cè)試，動(dòng)手動(dòng)腦范圍受到限制。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)箱自身存在的不穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)時(shí)影響了預(yù)期結(jié)果。而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中又往往需要對(duì)模塊的性能進(jìn)行檢測(cè)，以保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，這樣繁瑣的工作難免使得學(xué)員對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣有所減少，阻礙了對(duì)學(xué)員創(chuàng)新性思維的訓(xùn)練。將軟件設(shè)計(jì)仿真與硬件實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證相結(jié)合，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，循序漸進(jìn)，從基礎(chǔ)到綜合，再到設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，符合普遍認(rèn)識(shí)規(guī)律和實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)律。

二、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì)

各高校用于通信原理仿真實(shí)驗(yàn)的軟件主要有兩款：Systemview和Matlab/Simulink。這兩款軟件都可進(jìn)行通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與分析，有助于學(xué)員構(gòu)建系統(tǒng)的整體概念，可讓學(xué)生對(duì)常用的模塊自己編寫(xiě)文件，從具體模塊的實(shí)現(xiàn)到整體系統(tǒng)的架構(gòu)。將仿真軟件應(yīng)用在通信原理課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，充分利用了學(xué)校現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)境，在現(xiàn)有的條件下為學(xué)員提供了更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，而且增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的多樣性，擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)范圍。不但將通信原理課程中較難理解的內(nèi)容，通過(guò)軟件仿真形象生動(dòng)的展現(xiàn)出來(lái)，使學(xué)員對(duì)知識(shí)的理解更加透徹，而且有效地提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，以及分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

三、以Systemview為例的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建

1、 Systemview簡(jiǎn)介

SystemView是美國(guó)ELANIX公司的一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真和分析的可視化設(shè)計(jì)環(huán)境，是一個(gè)功能強(qiáng)大、用途多樣的工具平臺(tái)，提供開(kāi)發(fā)各種系統(tǒng)的模擬和數(shù)字工具，包括數(shù)字信號(hào)處理、通信、控制以及構(gòu)造通用數(shù)學(xué)模型。

2、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本步驟

2.1明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須清楚、準(zhǔn)確地提出仿真實(shí)驗(yàn)所要解決的問(wèn)題，需要用到的基本模塊，以及參數(shù)設(shè)置的主要指標(biāo)。

2.2分析系統(tǒng)方案。

明確實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)構(gòu)成、模塊之間的相互關(guān)系，系統(tǒng)的輸入輸出、邊界條件以及系統(tǒng)的約束條件，并確定仿真所要達(dá)到的目標(biāo)。

2.3構(gòu)建仿真模型。

建模是系統(tǒng)仿真中最關(guān)鍵的一步，所建立的模型要盡可能準(zhǔn)確地反映真實(shí)系統(tǒng)的特性，又不能過(guò)于復(fù)雜，以免降低模型效率。

2.4設(shè)置仿真參數(shù)。

利用功能元件庫(kù)中的Token來(lái)代表某一處理過(guò)程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置每一個(gè)Token參數(shù)，控制系統(tǒng)的起始時(shí)間、終止時(shí)間、采樣頻率等。

2.5分析仿真結(jié)果。

在完成系統(tǒng)搭建的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，調(diào)整各模塊的仿真參數(shù)，在分析窗中觀察信號(hào)的波形、功率譜、眼圖等信息，進(jìn)行分析對(duì)比，得到滿意結(jié)果。

3、仿真實(shí)例與結(jié)果分析

采樣定理在通信系統(tǒng)、信息傳輸理論方面占有十分重要的地位。采樣過(guò)程是模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步，采樣性能的優(yōu)劣關(guān)系到通信設(shè)備整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。下面以低通信號(hào)的采樣與恢復(fù)為例，利用Systemview軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真，并給出仿真參數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c系統(tǒng)方案

均勻采樣定理指出：對(duì)一個(gè)帶限在內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)，如果以的時(shí)間間隔對(duì)其進(jìn)行等間隔采樣，則將被所得到的采樣值完全確定。即抽樣速率大于等于信號(hào)帶寬的兩倍就可保證不失真的恢復(fù)出原始信號(hào)。是采樣間隔，也稱(chēng)為奈奎斯特間隔。本文對(duì)一幅度為1V，頻率為50Hz的正弦波進(jìn)行抽樣與恢復(fù)，進(jìn)而驗(yàn)證采樣定理，觀察不同抽樣頻率對(duì)恢復(fù)波形的影響。

如圖3-1所示，是低通信號(hào)采樣與恢復(fù)的原理圖。其中的抽樣電路通過(guò)設(shè)計(jì)乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)，抽樣脈沖的頻率應(yīng)滿足采樣定理的要求，抽樣信號(hào)再通過(guò)低通濾波器來(lái)恢復(fù)出原始的正弦信號(hào)。通過(guò)改變抽樣脈沖的頻率就可以觀察到不同的響應(yīng)波形。

3.2仿真模型與參數(shù)設(shè)置

仿真分析系統(tǒng)如圖3-2所示，系統(tǒng)中各圖符塊的參數(shù)設(shè)置如下：

Token6： Source， Sinusoid， Amplitud=1V， Frequency=50Hz， Phase=0

Token2： Pulse Train， Amplitud=1V， Frequency=80，100，200，400Hz，

Pulse Width=0.000001sec， Offset=0V， Phase=0

Token9： Multipliers

Token10： Butterworth Filter， Low Cuttoff=50V， No.of Poles=3，

Filter input sample rate=1000Hz

Token0、3、4、11： SystemView Sink

分別用不同的采樣頻率80、400Hz對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行抽樣，再通過(guò)設(shè)置巴特沃茲濾波器來(lái)恢復(fù)原始信號(hào)。

3.3波形與結(jié)果分析

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以觀察到，當(dāng)采樣頻率小于奈奎斯特頻率時(shí)，在接收端恢復(fù)的信號(hào)失真比較大，這是因?yàn)楫a(chǎn)生了信號(hào)混迭；當(dāng)采樣頻率大于或等于奈奎斯特頻率時(shí)，恢復(fù)信號(hào)與原信號(hào)基本一致。理論上，理想的抽樣頻率為2倍的奈奎斯特帶寬，但實(shí)際工程應(yīng)用中，帶限信號(hào)絕不會(huì)嚴(yán)格限帶，且實(shí)際濾波器特性并不理想，通常抽樣頻率為5～7倍的以避免失真。

四、結(jié)束語(yǔ)

《通信原理》作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，其課程特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，通過(guò)多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法可以使學(xué)員更好地掌握通信的基礎(chǔ)理論，并增強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力。本文從仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建闡述了對(duì)“通信原理”課程實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革的一些研究和探索，突出強(qiáng)調(diào)軟件仿真技術(shù)在信息化條件下對(duì)學(xué)員能力素質(zhì)培養(yǎng)的重要性，提高學(xué)員的工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和部隊(duì)崗位任職能力。

（作者單位：火箭軍工程大學(xué)）