淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院 葛先雷

中國移動通信集團吉林有限公司 王盼盼

淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院 高 強

針對在信號與系統(tǒng)實驗教學(xué)過程中遇到的各種問題，本文基于SystemView通信仿真平臺，以信號的分解與合成實驗為例，探討了信號與系統(tǒng)實驗項目的設(shè)計。實驗表明：SystemView仿真平臺操作簡單，各模塊間的關(guān)系清晰，仿真結(jié)果能可視化地展示出來，有助于學(xué)生對理論課程的理解與掌握。

1 引言

信號與系統(tǒng)（鄭君里,谷源濤.信號與系統(tǒng)課程歷史變革與進展[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2012,34(2):1-6）是后續(xù)很多其他專業(yè)課程（如通信原理，微波技術(shù)等）的先修課，而且很多高校把信號與系統(tǒng)作為研究生入學(xué)考試的初試科目。但由于其理論性強、內(nèi)容抽象、對數(shù)學(xué)知識要求高，學(xué)生學(xué)起來較為枯燥，難以引起學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致每年該科目的考試通過率較低，難以取得良好的教學(xué)效果。

目前信號與系統(tǒng)實驗主要采用的硬件實驗設(shè)備或軟件主要有定制實驗箱（尚麗,張培,黃艷.基于MATLAB和RZ8664的矩形信號分解與合成的實驗分析[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報,2016,27(1):13-19）和Matlab/Simulink軟件（杜世民,楊潤萍.基于Matlab GUI的“信號與系統(tǒng)”教學(xué)仿真平臺開發(fā)[J].實驗技術(shù)與管理,2012,29(3):87-90），但其缺點都比較明顯，如實驗箱成本投入較大，且易損壞，同時學(xué)生硬件實現(xiàn)和軟件設(shè)計能力有限，只能按部就班的完成實驗內(nèi)容，難以綜合靈活利用并完成相關(guān)設(shè)計性實驗。

2 SystemView通信仿真平臺簡介

SystemView是Elanix公司開發(fā)的一款實時通信仿真軟件（羅衛(wèi)兵,孫樺,張捷.SystemView動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2001），主要用于通信的設(shè)計、仿真，是一款功能強大的通信仿真工具，能滿足從射頻電路設(shè)計、信號調(diào)制解調(diào)、編碼與解碼、甚至復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)（如WLAN、CDMA、IS-95）等不同層次的設(shè)計和仿真需求。在使用SystemView進行仿真時，用戶可根據(jù)通信仿真框圖，通過添加、刪除或修改可視化的圖符即可完成，而不必花費大量的精力去編程實現(xiàn)和調(diào)試。用戶只需要根據(jù)各模塊間的關(guān)系創(chuàng)建圖符并設(shè)置合適參數(shù)即可完成復(fù)雜通信系統(tǒng)的建模、設(shè)計和測試。

3 基于SystemView實驗項目設(shè)計—以信號的分解與合成為例

法國數(shù)學(xué)家傅立葉于1822年在其經(jīng)典之作《Analytical theory of heat》一書提出了傅立葉分析法（傅立葉.熱的解析理論[M].北京大學(xué)出版社,2008）（即高等數(shù)學(xué)中的傅立葉級數(shù)），即任何一個周期性函數(shù)都可以由三角函數(shù)構(gòu)成的無窮級數(shù)來表示，故方波信號通過傅立葉展開式為：

可以看出方波實際上是由無數(shù)次奇次諧波累加得到的。

根據(jù)上述推導(dǎo)，其SystemView仿真實現(xiàn)如圖1所示，其中圖符0為頻率為10Hz的方波信號，圖符1至6分別是以10、30、50、70、90、110Hz為中心頻點的帶通濾波器，圖符7為加法器，圖符8、9為

圖1 仿真實現(xiàn)

SystemView分析窗口，圖符10為延遲器（75毫秒），延遲器主要是為使方波及合成波在時間上進行對齊以便于分析。

圖2顯示了合成波和方波信號的時域波形圖，從圖中可以看出，合成波波形比較接近方波波形，但由傅立葉級數(shù)展開式可知，方波實際上是有無數(shù)次奇次諧波組成，而合成波僅為方波的傅立葉展開式前6項之和。

圖3顯示了合成波和方波信號的功率譜，從圖中可以直觀地觀察到方波的功率分布在所有的奇次諧波上，而合成波的功率主要分布在方波的1、3、5、7、9、11次諧波上。

圖2 合成波與方波的時域分析

圖3 合成波與方波的功率譜

4 結(jié)論

為提高“信號與系統(tǒng)”理論課的教學(xué)效果，與其配套的實驗課程教學(xué)顯得尤為重要，可以通過實驗使理論課程中抽象的概念和理論形象化、具體化。SystemView作為一款功能強大的通信仿真軟件，本文以信號的分解與合成實驗為例，仿真了方波信號的分解與合成，并分別比較了它們的波形和功率譜?？梢钥闯觯篠ystemView仿真平臺操作簡單，各模塊間的關(guān)系以圖形的方式呈顯，仿真結(jié)果能可視化地展示出來，有助于學(xué)生對理論課程的理解與掌握。