淮南师范学院电子工程学院 葛先雷

中国移动通信集团吉林有限公司 王盼盼

淮南师范学院电子工程学院 高 强

针对在信号与系统实验教学过程中遇到的各种问题，本文基于SystemView通信仿真平台，以信号的分解与合成实验为例，探讨了信号与系统实验项目的设计。实验表明：SystemView仿真平台操作简单，各模块间的关系清晰，仿真结果能可视化地展示出来，有助于学生对理论课程的理解与掌握。

1 引言

信号与系统（郑君里,谷源涛.信号与系统课程历史变革与进展[J].电气电子教学学报,2012,34(2):1-6）是后续很多其他专业课程（如通信原理，微波技术等）的先修课，而且很多高校把信号与系统作为研究生入学考试的初试科目。但由于其理论性强、内容抽象、对数学知识要求高，学生学起来较为枯燥，难以引起学习兴趣，导致每年该科目的考试通过率较低，难以取得良好的教学效果。

目前信号与系统实验主要采用的硬件实验设备或软件主要有定制实验箱（尚丽,张培,黄艳.基于MATLAB和RZ8664的矩形信号分解与合成的实验分析[J].苏州市职业大学学报,2016,27(1):13-19）和Matlab/Simulink软件（杜世民,杨润萍.基于Matlab GUI的“信号与系统”教学仿真平台开发[J].实验技术与管理,2012,29(3):87-90），但其缺点都比较明显，如实验箱成本投入较大，且易损坏，同时学生硬件实现和软件设计能力有限，只能按部就班的完成实验内容，难以综合灵活利用并完成相关设计性实验。

2 SystemView通信仿真平台简介

SystemView是Elanix公司开发的一款实时通信仿真软件（罗卫兵,孙桦,张捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M].西安电子科技大学出版社,2001），主要用于通信的设计、仿真，是一款功能强大的通信仿真工具，能满足从射频电路设计、信号调制解调、编码与解码、甚至复杂的应用系统（如WLAN、CDMA、IS-95）等不同层次的设计和仿真需求。在使用SystemView进行仿真时，用户可根据通信仿真框图，通过添加、删除或修改可视化的图符即可完成，而不必花费大量的精力去编程实现和调试。用户只需要根据各模块间的关系创建图符并设置合适参数即可完成复杂通信系统的建模、设计和测试。

3 基于SystemView实验项目设计—以信号的分解与合成为例

法国数学家傅立叶于1822年在其经典之作《Analytical theory of heat》一书提出了傅立叶分析法（傅立叶.热的解析理论[M].北京大学出版社,2008）（即高等数学中的傅立叶级数），即任何一个周期性函数都可以由三角函数构成的无穷级数来表示，故方波信号通过傅立叶展开式为：

可以看出方波实际上是由无数次奇次谐波累加得到的。

根据上述推导，其SystemView仿真实现如图1所示，其中图符0为频率为10Hz的方波信号，图符1至6分别是以10、30、50、70、90、110Hz为中心频点的带通滤波器，图符7为加法器，图符8、9为

图1 仿真实现

SystemView分析窗口，图符10为延迟器（75毫秒），延迟器主要是为使方波及合成波在时间上进行对齐以便于分析。

图2显示了合成波和方波信号的时域波形图，从图中可以看出，合成波波形比较接近方波波形，但由傅立叶级数展开式可知，方波实际上是有无数次奇次谐波组成，而合成波仅为方波的傅立叶展开式前6项之和。

图3显示了合成波和方波信号的功率谱，从图中可以直观地观察到方波的功率分布在所有的奇次谐波上，而合成波的功率主要分布在方波的1、3、5、7、9、11次谐波上。

图2 合成波与方波的时域分析

图3 合成波与方波的功率谱

4 结论

为提高“信号与系统”理论课的教学效果，与其配套的实验课程教学显得尤为重要，可以通过实验使理论课程中抽象的概念和理论形象化、具体化。SystemView作为一款功能强大的通信仿真软件，本文以信号的分解与合成实验为例，仿真了方波信号的分解与合成，并分别比较了它们的波形和功率谱。可以看出：SystemView仿真平台操作简单，各模块间的关系以图形的方式呈显，仿真结果能可视化地展示出来，有助于学生对理论课程的理解与掌握。