基于SyStemView虛擬通信實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

現(xiàn)代社會(huì)通信技術(shù)迅速發(fā)展，對(duì)于通信技術(shù)人才的需求也日益增加。因此通信專業(yè)人才的培養(yǎng)被提上日程。而通信原理課是通信專業(yè)的核心課，通信實(shí)驗(yàn)在通信原理課中起著舉足輕重的作用。傳統(tǒng)教學(xué)以實(shí)驗(yàn)箱類硬件教學(xué)為主。而硬件教學(xué)一般為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無法從中理解和掌握具體的模塊組成和系統(tǒng)原理。通信課程概念多、系統(tǒng)的模型多不易于理解，加之抽象的特點(diǎn)，使得學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣，對(duì)于問題的認(rèn)知處于一種表面狀態(tài)。因此一些虛擬實(shí)驗(yàn)受到越來越多的關(guān)注。Madab及一些編程軟件都可以實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的仿真，但都需要有復(fù)雜的編程，這又給學(xué)生的學(xué)習(xí)提出了一個(gè)新的難題，而SystemView軟件則簡便的多。

1 SystemVieW軟件介紹
    SystemView是美國Elanix公司推出的基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化工具。利用該軟件可以進(jìn)行通信系統(tǒng)的仿真，也可以構(gòu)建一些復(fù)雜的模擬、數(shù)字和多速率系統(tǒng)。SystemView的圖符資源十分豐富，包括基本庫和專業(yè)庫?；編熘杏屑臃ㄆ鳌⒊朔ㄆ?、多種信號(hào)源、接收器、各種函數(shù)運(yùn)算器等；專業(yè)庫有通信、邏輯、數(shù)字信號(hào)處理、射頻／模擬等特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真和方案論證。
    SystemView軟件自推出以來，己經(jīng)有包括清華大學(xué)、北京大學(xué)等近100所高校成為SystemView的用戶。SystemView是信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，提供一種可視化、動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)模式，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足不同層次的設(shè)計(jì)、仿真要求。SystemView以圖符庫為主，不需要寫任何代碼便可以實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。并且最終以波形、眼圖及功率譜等形式給出具體的系統(tǒng)仿真波形，也可以給出系統(tǒng)的頻域及時(shí)域分析。非常形象的表現(xiàn)系統(tǒng)的具體特征。

2 具體應(yīng)用舉例
    在通信原理中涉及的基礎(chǔ)理論主要有調(diào)制解調(diào)、編碼、模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸、差錯(cuò)控制編碼等，基本涵蓋了通信的所有基本原理。systemView有通信的專業(yè)庫，可以建立各類通信系統(tǒng)模型，在這里不一一介紹，以MQAM為例介紹其建立模型及仿真效果。
2．1 基本原理
    (1)調(diào)制原理
    正交振幅調(diào)制是用兩個(gè)獨(dú)立的基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制。利用這種已調(diào)信號(hào)在同一帶寬內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸。正交振幅調(diào)制信號(hào)的一般表示式為

   
    式中，An是基帶信號(hào)幅度，g(t一nTs)是寬度為Ts的單個(gè)基帶信號(hào)波形。上式還可以變換為正交表示形式為

   
    MQAM信號(hào)調(diào)制原理圖，如圖1所示。圖中，輸入的二進(jìn)制序列經(jīng)過串／并變換器輸出兩路并行序列，再分別經(jīng)過2電平到L電平的變換，形成￡電平的基帶信號(hào)。為了抑制已調(diào)信號(hào)的帶外輻射，該L電平的基帶信號(hào)還要經(jīng)過預(yù)調(diào)制低通濾波器，形成X(t)和Y(t)，再分別對(duì)同相載波和正交載波相乘。最后將兩路信號(hào)相加即可得到MQAM信號(hào)。

    信號(hào)矢量端點(diǎn)的分布圖稱為星座圖。通常，可以用星座圖來描述QAM信號(hào)的信號(hào)空間分布狀態(tài)。對(duì)于M=16的16QAM來說，有多種分布形式的信號(hào)星座圖。兩種具有代表意義的信號(hào)星座圖，如圖2所示。在圖2(a)中，信號(hào)點(diǎn)的分布成方型，故稱為方型16QAM星座，也稱為標(biāo)準(zhǔn)型16QAM。在圖2(b)中，信號(hào)點(diǎn)的分布成星型，故稱為星型16QAM星座。

    (2)解調(diào)原理
    MQAM信號(hào)采用正交相干解調(diào)方法，其解調(diào)器原理圖，如圖3所示。解調(diào)器輸入信號(hào)與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波相乘后，經(jīng)過低通濾波輸出兩路基帶信號(hào)X(t)和Y(t)。多電平判決器對(duì)多電平基帶信號(hào)進(jìn)行判決和檢測，再經(jīng)L電平到2電平轉(zhuǎn)換和并／串變換器最終輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

2．2 仿真模型
    使用Systemview軟件仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真一般分以下幾步：
    (1)建立系統(tǒng)模型；
    (2)根據(jù)系統(tǒng)理論只是建立系統(tǒng)模型。根據(jù)系統(tǒng)理論模型及其具體功能，使用相應(yīng)的模塊建立仿真模型；
    (3)根據(jù)需要設(shè)定系統(tǒng)各個(gè)模塊的參數(shù)；
    (4)進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，得到具體的仿真波形。
    根據(jù)仿真具體步驟可以得到MQAM的具體仿真模型，如圖4所示。

    模型中，調(diào)制端省略了串并轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換部分，直接使用PN圖符來模擬變換后得到的兩路多電平信號(hào)；接收端也省略了判決和并串轉(zhuǎn)換部分。系統(tǒng)的時(shí)間設(shè)置：采樣點(diǎn)數(shù)為1 024，采樣頻率為50 Hz。系統(tǒng)圖符的設(shè)置，如表1所示。

    設(shè)置好系統(tǒng)各個(gè)圖符的參數(shù)后，運(yùn)行系統(tǒng)仿真就可得到系統(tǒng)的星座圖及頻譜圖。通過修改系統(tǒng)中圖符10、11的電平數(shù)，可以得到各種進(jìn)制的QAM的星座圖。

3 結(jié)束語
    應(yīng)用SystemView軟件建立可視化通信系統(tǒng)模型，既可以使學(xué)生更加深刻的認(rèn)識(shí)和理解通信模型，又可以將具體波形仿真出來，使學(xué)生從感官上認(rèn)識(shí)系統(tǒng)。不但提高了教學(xué)效率和質(zhì)量，也使學(xué)生對(duì)這門課的學(xué)習(xí)更加感興趣。同時(shí)，又為學(xué)生提供了通信開發(fā)、分析的平臺(tái)，從而可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力。通過學(xué)生的使用，取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生反映良好。由于通信專業(yè)有許多與通信類似的課程，因此此類虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以在許多課程教學(xué)中進(jìn)行推廣。