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【摘 要】本文以物联网专业中《现代通信技术》课程为分析对象，阐述了在高职教育中，《现代通信技术》的教学存在的问题，提出来以System view来实现物联网专业《现代通信技术》课程的辅助教学的教学设计改革观念，并以直序扩频系统为教学实例叙述了System view的教学辅助作用。
【关键词】物联网；通信；System view ；直序扩频
文章编号：ISSN1006—656X（2014）06-0165-02
一、引言
物联网作为新兴专业，近年来受到国家越来越多的重视。围绕着物联网应用所产生的智慧城市、智能旅游、智能家居、智能安防、智能农业等等概念和应用，也逐渐普及于社会大众。与此同时孕育而生的问题，则是物联网高层次人才的紧缺。因此，许多高等院校开设或是增设了物联网专业课程。物联网专业是集通信、软件、嵌入式、电子于一体的专业，尤其针对其物物相连的本质，《现代通信技术》是物联网专业所必需具备的基础专业课之一。对于高职院校，《现代通信技术》课程教学必须体现其特点，突出“学做合一”的侧重点。与本科高等院校侧重于理论学习的教学不同，职业院校更注重与学生的实践能力，追求“实境耦合”。
二、《现代通信技术》课程教学存在问题
通过多年的教学经验，让我们深深体会到，《现代通信技术》这门课程知识体系完整严密、囊括了所有通信技术的基本内容和架构，但是其理论性过高、内容高度抽象、交叉渗透各个基础学科的理论知识。针对于高职院校的学生来说，是非常难于理解，乃至掌握和灵活应用的。所以，在教学过程当中老师需要重点考虑的问题就是，如何使用各种教学手段使得教学过程丰富、不乏味，符合学生的认知规律，让学生在课堂90分钟的时间内快速掌握课程的重点、难点，并将知识点拓展到实际应用当中，最大程度提高课堂教学质量。
在尝试了多样的教学方法之后，比如对比法、讨论法、案例法、实验法、练习法等等，发现对于《现代通信技术》这门课程，实验法最能激发学生的兴趣，引导其思考和应用。现在大部分高校均使用实验箱来进行实验法的教学，但是实验箱的模块化程度比较严重，集成度高，实验项目有限，对于理论简单的知识点，例如振幅键控（ASK），频移键控（FSK），双极性码（AMI）等，其实验效果明显，因为这些实验对于示波器等测量仪器的要求都比较低，学生比较容易的观察到客观形象的实验效果，对于知识点的理解大有帮助。但是对于较复杂的通信系统，例如PCM编码、数字信号载波调制系统、直序扩频系统等等，其仿真效果却大大不如预期，不能达到实验法教学的目的。再者，由于高校实验经费有限，利用实验箱教学，多数为小组教学，即5～6人使用一个实验箱，这就产生在在实验过程中的良莠不齐，无法确保每个学生对知识点的掌握，而且 实验箱结构密封集成，一旦实验产生问题，学生无法进行排查，实验操作受到了极大的限制。针对以上几点不足，我们引入了功能强大的智能化软件——System view进行辅助教学，老师通过仿真即可将教材中抽象的理论知识转变成学生容易认知的实际现象，激发学生兴趣，开拓学生视野。学生通过软件可以设计任意的动态通信系统，通过改变系统参数分析和仿真系统的各项性能，以验证自己的设计思路，从而培养了学生的科研能力和创新精神。
三、关于systemview
Systemview是一个信号级的系统仿真软件，由美国Elanix公司研发出品，是一个集动态系统设计、仿真、分析和处理于一体的综合性可视化智能软件。运行环境为Windows，界面简单已操作。
Systemview元件库健全丰富，包括上百种信号源、功能块、接收端、测量仪和操作符，提供了信号处理、自动控制、线性通信乃至通用数字模型构造等应用。学生只需要用鼠标拖拽、点击即可创建任意动态通信系统。其能够实现各种系统时域和频谱分析，可以添加射频模拟功能模块，实时输入输出系统模型的仿真数据，扩展性极强，具有完善的自我诊断功能。
四、基于Systemview的《现代通信技术》课程的教学实例
扩频通信是现代通信技术的重要发展方向。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。其具有抗干扰能力强、保密性好、易于实现等优点，愈来愈受到学科的重视。本文以直序扩频系统为例，简述Systemview在《现代通信技术》课程教学中的辅助应用。
（一）直序扩频原理
直接序列（DS）扩频是一种应用较多的扩频技术，简称直扩，它直接用具有高码元速率的PN码序列在发送端扩展基带信号的频谱，在接收端用相同的PN码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。直序扩频系统原理图如图1所示。
（二）直序扩频系统的Systemview实现
图2是直序扩频系统的仿真模型。本系统采用了比较简单而直接的方式来建模，重在说明直序扩频优越的抗干扰性。系统中，使用低频率（1KHz）的随机序列通过1KHz的低通滤波器实现数据信号源。扩频用的PN码频率设为10KHz。合成后的扩频复合信号同样也是直接用更高的载波（100KHz）调制发射。为了观察扩频系统的抗干扰性能，需要在信道添加干扰信号源，干扰信号可以是单频窄带信号、宽带扫频信号，或者高斯噪声等等，本仿真采用的是高斯噪声。在接收端，通过本地载波解调后的复合信号直接与原扩频PN码相乘后解扩，这样可以实现收发两端完全同步。随后通过滤波整形得到输出信号。
（三）实验结果
图3是原始输入信号波形，图4是10倍扩频后的输入信号波形，图5是未加干扰信号前的己调信号波形，图6是加入干扰信号后的己调信号波形，图7是10倍解扩后的输出信号波形，图8是滤波整形后的输出信号波形。
由以上仿真实验所得的波形图可以看出，syetemview可以正确仿真出直序扩频系统的效果，通过图3和图8比较可得，调制解调后的输出信号波形与原始的输入信号波形基本一致，只是相位略微有些延迟而已。学生可以通过改变信号源参数、设置滤波器、转换干扰信号源类型等方法，举一反三，充分理解直序扩频的原理，出现错误时也可以通过系统分解逐一排查。以这种形式进行的《现代通信技术》课堂教学，改善了用实验箱实验所产生的高成本，以及实验的单一性等等缺陷；同时也避免了课堂上只讲解抽象原理所带来的枯燥乏味，真正可以让每一位同学通过仿真客观形象的感受到知识点的本质与精髓。
五、小结
使用System view对物联网专业《现代通信技术》课程的教学设计进行改革，符合了高职院校“学做合一”的教学方针政策。基于System view的仿真实验，形象客观、操作简易、步骤多样、结果丰富、成本低廉。不会产生实验箱等硬件设备老化损坏等问题。由System view建立的通信系统仿真模型能很好的反应各系统的动态工作过程，其结果直观、明了，非常适用于学生对抽象知识点的理解。通过近几年的教学实践，这种教学设计改革充分激发了学生学习通信课程的能动性，学生可以通过仿真实验将自己的创新观点证明应用，对增强学生的科研和实践能力大有帮助。同时，对于新开设物联网和通信类课程的学校，解决了其实验设备短缺、实验资金缺乏等实际问题，可谓两全其美。
参考文献：
[1] 樊昌信，张莆翔.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2006.
[2] 于宝明，王钧铭. 通信技术基础 [M].辽宁：大连理工大学出版社，2011.
[3] 冯育涛.通信系统仿真[M].北京：国防工业出版社，2009.
[4] 曹志刚. 现代通信原理[M].北京：国防工业出版社，1992.
【关键词】物联网；通信；System view ；直序扩频
文章编号：ISSN1006—656X（2014）06-0165-02
一、引言
物联网作为新兴专业，近年来受到国家越来越多的重视。围绕着物联网应用所产生的智慧城市、智能旅游、智能家居、智能安防、智能农业等等概念和应用，也逐渐普及于社会大众。与此同时孕育而生的问题，则是物联网高层次人才的紧缺。因此，许多高等院校开设或是增设了物联网专业课程。物联网专业是集通信、软件、嵌入式、电子于一体的专业，尤其针对其物物相连的本质，《现代通信技术》是物联网专业所必需具备的基础专业课之一。对于高职院校，《现代通信技术》课程教学必须体现其特点，突出“学做合一”的侧重点。与本科高等院校侧重于理论学习的教学不同，职业院校更注重与学生的实践能力，追求“实境耦合”。
二、《现代通信技术》课程教学存在问题
通过多年的教学经验，让我们深深体会到，《现代通信技术》这门课程知识体系完整严密、囊括了所有通信技术的基本内容和架构，但是其理论性过高、内容高度抽象、交叉渗透各个基础学科的理论知识。针对于高职院校的学生来说，是非常难于理解，乃至掌握和灵活应用的。所以，在教学过程当中老师需要重点考虑的问题就是，如何使用各种教学手段使得教学过程丰富、不乏味，符合学生的认知规律，让学生在课堂90分钟的时间内快速掌握课程的重点、难点，并将知识点拓展到实际应用当中，最大程度提高课堂教学质量。
在尝试了多样的教学方法之后，比如对比法、讨论法、案例法、实验法、练习法等等，发现对于《现代通信技术》这门课程，实验法最能激发学生的兴趣，引导其思考和应用。现在大部分高校均使用实验箱来进行实验法的教学，但是实验箱的模块化程度比较严重，集成度高，实验项目有限，对于理论简单的知识点，例如振幅键控（ASK），频移键控（FSK），双极性码（AMI）等，其实验效果明显，因为这些实验对于示波器等测量仪器的要求都比较低，学生比较容易的观察到客观形象的实验效果，对于知识点的理解大有帮助。但是对于较复杂的通信系统，例如PCM编码、数字信号载波调制系统、直序扩频系统等等，其仿真效果却大大不如预期，不能达到实验法教学的目的。再者，由于高校实验经费有限，利用实验箱教学，多数为小组教学，即5～6人使用一个实验箱，这就产生在在实验过程中的良莠不齐，无法确保每个学生对知识点的掌握，而且 实验箱结构密封集成，一旦实验产生问题，学生无法进行排查，实验操作受到了极大的限制。针对以上几点不足，我们引入了功能强大的智能化软件——System view进行辅助教学，老师通过仿真即可将教材中抽象的理论知识转变成学生容易认知的实际现象，激发学生兴趣，开拓学生视野。学生通过软件可以设计任意的动态通信系统，通过改变系统参数分析和仿真系统的各项性能，以验证自己的设计思路，从而培养了学生的科研能力和创新精神。
三、关于systemview
Systemview是一个信号级的系统仿真软件，由美国Elanix公司研发出品，是一个集动态系统设计、仿真、分析和处理于一体的综合性可视化智能软件。运行环境为Windows，界面简单已操作。
Systemview元件库健全丰富，包括上百种信号源、功能块、接收端、测量仪和操作符，提供了信号处理、自动控制、线性通信乃至通用数字模型构造等应用。学生只需要用鼠标拖拽、点击即可创建任意动态通信系统。其能够实现各种系统时域和频谱分析，可以添加射频模拟功能模块，实时输入输出系统模型的仿真数据，扩展性极强，具有完善的自我诊断功能。
四、基于Systemview的《现代通信技术》课程的教学实例
扩频通信是现代通信技术的重要发展方向。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。其具有抗干扰能力强、保密性好、易于实现等优点，愈来愈受到学科的重视。本文以直序扩频系统为例，简述Systemview在《现代通信技术》课程教学中的辅助应用。
（一）直序扩频原理
直接序列（DS）扩频是一种应用较多的扩频技术，简称直扩，它直接用具有高码元速率的PN码序列在发送端扩展基带信号的频谱，在接收端用相同的PN码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。直序扩频系统原理图如图1所示。
（二）直序扩频系统的Systemview实现
图2是直序扩频系统的仿真模型。本系统采用了比较简单而直接的方式来建模，重在说明直序扩频优越的抗干扰性。系统中，使用低频率（1KHz）的随机序列通过1KHz的低通滤波器实现数据信号源。扩频用的PN码频率设为10KHz。合成后的扩频复合信号同样也是直接用更高的载波（100KHz）调制发射。为了观察扩频系统的抗干扰性能，需要在信道添加干扰信号源，干扰信号可以是单频窄带信号、宽带扫频信号，或者高斯噪声等等，本仿真采用的是高斯噪声。在接收端，通过本地载波解调后的复合信号直接与原扩频PN码相乘后解扩，这样可以实现收发两端完全同步。随后通过滤波整形得到输出信号。
（三）实验结果
图3是原始输入信号波形，图4是10倍扩频后的输入信号波形，图5是未加干扰信号前的己调信号波形，图6是加入干扰信号后的己调信号波形，图7是10倍解扩后的输出信号波形，图8是滤波整形后的输出信号波形。
由以上仿真实验所得的波形图可以看出，syetemview可以正确仿真出直序扩频系统的效果，通过图3和图8比较可得，调制解调后的输出信号波形与原始的输入信号波形基本一致，只是相位略微有些延迟而已。学生可以通过改变信号源参数、设置滤波器、转换干扰信号源类型等方法，举一反三，充分理解直序扩频的原理，出现错误时也可以通过系统分解逐一排查。以这种形式进行的《现代通信技术》课堂教学，改善了用实验箱实验所产生的高成本，以及实验的单一性等等缺陷；同时也避免了课堂上只讲解抽象原理所带来的枯燥乏味，真正可以让每一位同学通过仿真客观形象的感受到知识点的本质与精髓。
五、小结
使用System view对物联网专业《现代通信技术》课程的教学设计进行改革，符合了高职院校“学做合一”的教学方针政策。基于System view的仿真实验，形象客观、操作简易、步骤多样、结果丰富、成本低廉。不会产生实验箱等硬件设备老化损坏等问题。由System view建立的通信系统仿真模型能很好的反应各系统的动态工作过程，其结果直观、明了，非常适用于学生对抽象知识点的理解。通过近几年的教学实践，这种教学设计改革充分激发了学生学习通信课程的能动性，学生可以通过仿真实验将自己的创新观点证明应用，对增强学生的科研和实践能力大有帮助。同时，对于新开设物联网和通信类课程的学校，解决了其实验设备短缺、实验资金缺乏等实际问题，可谓两全其美。
参考文献：
[1] 樊昌信，张莆翔.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2006.
[2] 于宝明，王钧铭. 通信技术基础 [M].辽宁：大连理工大学出版社，2011.
[3] 冯育涛.通信系统仿真[M].北京：国防工业出版社，2009.
[4] 曹志刚. 现代通信原理[M].北京：国防工业出版社，1992.