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摘 要：通信原理课程是通信相关专业的基础课程、课程综合性强，学生在学习过程中编程能力弱，传统实验箱实践教学环节不足。为改善该现状，对通信原理课程设计进行改革，采用项目式案例教学、精心设计通信系统案例，利用SystemView的模块可视化提高学生学习的主动性。实践教学表明，所提出的改革取得了较好的成效。
关键词：SystemView;通信原理;项目式
1 高职院校通信原理课程现状
1.1 课程综合性强
通信原理课程在移动通信技术专业人才培养方案中属于专业基础课，同时也是一门承上启下的课程。课程有较强的理论性，课堂中需要大量的数学公式推导，同时为详细阐述原理需要在时域和频域同时进行理论分析。另外课程与数电、模电与差异，具体有较强的系统性，学生要在系统层面来学习和应用，先导课程是实现一个模块的功能，本课程是研究某一种完整的通信系统。
1.2 学生编程能力弱
传统课堂上除了理论讲解某种通信系统，往往采用Matlab、HDL等编程语言进行仿真演示。Matlab等软件的使用需要一定的编程基础，而学生对先导课程缺乏扎实的理论基础，加之缺乏编程语言基础知识，导致学习过程和实践环节较为被动，学生学习热情低下。
1.3 实践教学不足
传统实践教学环节采用通信原理实验箱进行实验，但存在以下问题：实验项目固定，无法更新项目调整实验，设备参数无法修改，造成很多实验现象观察不到;实验时间和地点固定，学生只能课堂完成实验，课后无法进行巩固实践;学生只需按操作步骤进行连线，使得学生的实践动手能力得不到充分锻炼[12]。单纯采用通信原理实验箱作为实践教学环节不利于培养学生的实践创新能力，需要改革课程设计，加强学生实践能力。
2 通信原理课程设计
硬件软件化软件一定程度上解决了传统通信原理实验室进行实验的弊端，学生能够在课堂课后巩固练习。SystemView是一款系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块去编写程序，无须输入复杂的程序语言，便可完成各种系统的设计与仿真，通过设计合适的项目，一定程度让学生们能接触到各种通信系统。针对上述通信原理课程面临的现状，结合本专业应用型人才培养的方案，采用基于SystemView的通信原理项目式教学模式。以项目的形式进行教学，同时采用企业真实案例作为项目载体，提高了课堂教学效果。SystemView是一款通信領域可视化仿真软件，拥有强大的分析功能，因其可以直观方便地搭建通信系统而受到广大电子通信工程师的青睐[34]。学生使用SystemView软件不需要编写程序代码，只需理解通信系统本身的原理及组成，便可通过图形化方式搭建所需系统，通过设定相关仿真参数，可得到目标的仿真结果。使用该软件，能让学生更好地理解和掌握通信系统中的基本概念及原理。
2.1 项目式案例教学
在以往教学过程中，往往是将每个章节知识点分开讲解，理论环节多于实践，学生实践机会少，对知识的理解困难，难以激发学生学习兴趣。针对上述情况，采用项目式案例教学法，增加综合性通信系统案例，结合理论讲解知识，模拟现网组网方案，使学生学会设计和开发现有通信系统。按照由简单到复杂原则，将通信原理课程分为四大模块，每个模块包含综合性项目，项目之间具有递进性和关联性，如图1所示。整个课程分为四大模块，分别为模拟调制通信系统、模拟信号的数字化传输、数字基带通信系统及数字调制通信系统，每个模块包含实例化项目，分别为：超外差收音机系统的设计、PCM时分复用多路系统的设计、局域网点对点通信系统的设计及GSM通信系统的设计。各项目包含课程内容的知识重点，能够较好地结合工程中所用到的知识，理论与实际相结合，引导学生向工程师方向发展。
2.2 利用SystemView进行课程设计
利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，而且SystemView提供图形化的用户界面，可以实现通信原理课程设计中的系统整体性原则。学生在实现具体通信系统过程中，首先倾听教师对相关项目理论的知识讲解，然后利用SystemView所提供的基本模块库画出系统总框架图，完成系统模型的搭建。接着按照系统指定的性能指标要求，调整各模块的相关参数即可。SystemView提供示波器、频谱仪等分析仪器可以便捷地观看系统各环节输出信号。与其他软件不同的是其结果实时呈现并可调整，可以及时优化系统。加强学生的实际动手能力、分析问题与解决问题能力，培养学生创新意识，为以后从事通信方面相关工作打下坚实基础。
2.3 课程设计步骤
2.3.1 设计目标
学生熟悉各种通信系统的信道模型，掌握各种模拟通信系统和数字通信系统的基本原理及抗噪声性能，能根据通信系统的设计指标进行需求分析，设计通信系统的框图结构、过程、环节和信号。通过一系列的项目实训，能对通信系统基本的编码和调制原理进行实验验证。
2.3.2 项目原理分析
下面以模拟通信系统超外差收音机项目为例，说明SystemView软件在通信原理课程教学中的设计与应用。超外差收音机接收对端发射电路的电磁波送至前端混频电路单元，混频单元通过本地振荡信号将高频已调信号变换成频率固定的中频信号，紧接着将混频后的中频信号就行滤波、放大。不同频率电台的信号都变换成固定的中频信号进行放大检波，从而得到相等的放大量，在广播等通信领域中被广泛采用。
2.3.3 系统模型设计
根据超外差收音机系统的原理分析，在SystemView中建立系统仿真框图，为简化系统模型，采用无噪声理想模型，系统模型依次由信号源、乘法器、加法器、检波器、滤波器等元器件构成。实验简化模拟两个电台的发射信号，广播发射端使用两个不同的声源，对其中的一路音频信号使用30kHz的载波进行AM调制;另外一路音频信号使用50kHz的载波进行AM调制。采用了20kHz作为中频，系统采样速率设置为200kHz。为了保证滤波器的性能，滤波器模型采用切比雪夫5阶模拟低通滤波器。 2.3.4 系统性能测试
根据上述超外差收音机系统的系统设计，进行信号源的参数设置，采样频率设置为200kHz，采样时长设置为1s。在系统原理图中的信号源、混频器、检波器、滤波器等模块设置分析窗口，检查系统波形是否与理论相符，从而判断系统是否正常运行。在仿真结果检测2个电台信号的频谱的心频率是否为分别为30kHz和50kHz，如符合则说明与设计的信号源频率中心值一致，前端系统正常。
检查系统最终输出信号与原始信号波形是否一致。如学生按照实验手册逐步完成，则可以对比发现，本设计系统很好地完成了幅度调制，解调后的信号波形和原始扫频信号波形一致，验证了仿真系统的正确性。
2.4 以成果为导向的考评方法
最终成绩以成果为导向进行通信原理课程评价，注重项目过程中知识、能力、素质的实际应用，侧重于检查学生利用理论知识来解决实际问题的能力。整体评分维度分为框图设计、工作流程、项目汇报、小组互评四个环节，每个环节比重为3∶3∶2∶2。由以往理论考试变为综合评测，可以有效减少学生机械化背公式的现象。通过以成果为导向综合评价模式，让学生能够真正理解通信原理各个系统的基本概念及基本原理。
3 结语
借助软件的模块化功能，可以减少課堂中复杂的数学推导，有效地提高了课程设计的效率。学生能直观体会系统的工作流程及各类信号的时频域波形，提高学生学习的兴趣。基于SystemView的通信原理项目式课程设计实施后，学生课程成绩较之前有明显的提升，为后续课程学习打下坚实基础。
参考文献：
[1]杨洁.通信原理课程实践教学体系的改革与探索[J].中国现代教育装备，2015（9）：67，70.
[2]谢文武，蔡红英，朱鹏.通信原理课程教学方法改革研究[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2018，31（3）：8689.
[3]胡之惠.基于SystemView的通信原理课程设计的改革与探索[J].实验室研究与探索，2019，38（4）：209211.
[4]张琳琳.数字通信技术及SystemView软件仿真[M].北京：北京理工大学出版社，2018.
作者简介：王科，工程师，研究方向：电磁材料、射频电路。
关键词：SystemView;通信原理;项目式
1 高职院校通信原理课程现状
1.1 课程综合性强
通信原理课程在移动通信技术专业人才培养方案中属于专业基础课，同时也是一门承上启下的课程。课程有较强的理论性，课堂中需要大量的数学公式推导，同时为详细阐述原理需要在时域和频域同时进行理论分析。另外课程与数电、模电与差异，具体有较强的系统性，学生要在系统层面来学习和应用，先导课程是实现一个模块的功能，本课程是研究某一种完整的通信系统。
1.2 学生编程能力弱
传统课堂上除了理论讲解某种通信系统，往往采用Matlab、HDL等编程语言进行仿真演示。Matlab等软件的使用需要一定的编程基础，而学生对先导课程缺乏扎实的理论基础，加之缺乏编程语言基础知识，导致学习过程和实践环节较为被动，学生学习热情低下。
1.3 实践教学不足
传统实践教学环节采用通信原理实验箱进行实验，但存在以下问题：实验项目固定，无法更新项目调整实验，设备参数无法修改，造成很多实验现象观察不到;实验时间和地点固定，学生只能课堂完成实验，课后无法进行巩固实践;学生只需按操作步骤进行连线，使得学生的实践动手能力得不到充分锻炼[12]。单纯采用通信原理实验箱作为实践教学环节不利于培养学生的实践创新能力，需要改革课程设计，加强学生实践能力。
2 通信原理课程设计
硬件软件化软件一定程度上解决了传统通信原理实验室进行实验的弊端，学生能够在课堂课后巩固练习。SystemView是一款系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块去编写程序，无须输入复杂的程序语言，便可完成各种系统的设计与仿真，通过设计合适的项目，一定程度让学生们能接触到各种通信系统。针对上述通信原理课程面临的现状，结合本专业应用型人才培养的方案，采用基于SystemView的通信原理项目式教学模式。以项目的形式进行教学，同时采用企业真实案例作为项目载体，提高了课堂教学效果。SystemView是一款通信領域可视化仿真软件，拥有强大的分析功能，因其可以直观方便地搭建通信系统而受到广大电子通信工程师的青睐[34]。学生使用SystemView软件不需要编写程序代码，只需理解通信系统本身的原理及组成，便可通过图形化方式搭建所需系统，通过设定相关仿真参数，可得到目标的仿真结果。使用该软件，能让学生更好地理解和掌握通信系统中的基本概念及原理。
2.1 项目式案例教学
在以往教学过程中，往往是将每个章节知识点分开讲解，理论环节多于实践，学生实践机会少，对知识的理解困难，难以激发学生学习兴趣。针对上述情况，采用项目式案例教学法，增加综合性通信系统案例，结合理论讲解知识，模拟现网组网方案，使学生学会设计和开发现有通信系统。按照由简单到复杂原则，将通信原理课程分为四大模块，每个模块包含综合性项目，项目之间具有递进性和关联性，如图1所示。整个课程分为四大模块，分别为模拟调制通信系统、模拟信号的数字化传输、数字基带通信系统及数字调制通信系统，每个模块包含实例化项目，分别为：超外差收音机系统的设计、PCM时分复用多路系统的设计、局域网点对点通信系统的设计及GSM通信系统的设计。各项目包含课程内容的知识重点，能够较好地结合工程中所用到的知识，理论与实际相结合，引导学生向工程师方向发展。
2.2 利用SystemView进行课程设计
利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，而且SystemView提供图形化的用户界面，可以实现通信原理课程设计中的系统整体性原则。学生在实现具体通信系统过程中，首先倾听教师对相关项目理论的知识讲解，然后利用SystemView所提供的基本模块库画出系统总框架图，完成系统模型的搭建。接着按照系统指定的性能指标要求，调整各模块的相关参数即可。SystemView提供示波器、频谱仪等分析仪器可以便捷地观看系统各环节输出信号。与其他软件不同的是其结果实时呈现并可调整，可以及时优化系统。加强学生的实际动手能力、分析问题与解决问题能力，培养学生创新意识，为以后从事通信方面相关工作打下坚实基础。
2.3 课程设计步骤
2.3.1 设计目标
学生熟悉各种通信系统的信道模型，掌握各种模拟通信系统和数字通信系统的基本原理及抗噪声性能，能根据通信系统的设计指标进行需求分析，设计通信系统的框图结构、过程、环节和信号。通过一系列的项目实训，能对通信系统基本的编码和调制原理进行实验验证。
2.3.2 项目原理分析
下面以模拟通信系统超外差收音机项目为例，说明SystemView软件在通信原理课程教学中的设计与应用。超外差收音机接收对端发射电路的电磁波送至前端混频电路单元，混频单元通过本地振荡信号将高频已调信号变换成频率固定的中频信号，紧接着将混频后的中频信号就行滤波、放大。不同频率电台的信号都变换成固定的中频信号进行放大检波，从而得到相等的放大量，在广播等通信领域中被广泛采用。
2.3.3 系统模型设计
根据超外差收音机系统的原理分析，在SystemView中建立系统仿真框图，为简化系统模型，采用无噪声理想模型，系统模型依次由信号源、乘法器、加法器、检波器、滤波器等元器件构成。实验简化模拟两个电台的发射信号，广播发射端使用两个不同的声源，对其中的一路音频信号使用30kHz的载波进行AM调制;另外一路音频信号使用50kHz的载波进行AM调制。采用了20kHz作为中频，系统采样速率设置为200kHz。为了保证滤波器的性能，滤波器模型采用切比雪夫5阶模拟低通滤波器。 2.3.4 系统性能测试
根据上述超外差收音机系统的系统设计，进行信号源的参数设置，采样频率设置为200kHz，采样时长设置为1s。在系统原理图中的信号源、混频器、检波器、滤波器等模块设置分析窗口，检查系统波形是否与理论相符，从而判断系统是否正常运行。在仿真结果检测2个电台信号的频谱的心频率是否为分别为30kHz和50kHz，如符合则说明与设计的信号源频率中心值一致，前端系统正常。
检查系统最终输出信号与原始信号波形是否一致。如学生按照实验手册逐步完成，则可以对比发现，本设计系统很好地完成了幅度调制，解调后的信号波形和原始扫频信号波形一致，验证了仿真系统的正确性。
2.4 以成果为导向的考评方法
最终成绩以成果为导向进行通信原理课程评价，注重项目过程中知识、能力、素质的实际应用，侧重于检查学生利用理论知识来解决实际问题的能力。整体评分维度分为框图设计、工作流程、项目汇报、小组互评四个环节，每个环节比重为3∶3∶2∶2。由以往理论考试变为综合评测，可以有效减少学生机械化背公式的现象。通过以成果为导向综合评价模式，让学生能够真正理解通信原理各个系统的基本概念及基本原理。
3 结语
借助软件的模块化功能，可以减少課堂中复杂的数学推导，有效地提高了课程设计的效率。学生能直观体会系统的工作流程及各类信号的时频域波形，提高学生学习的兴趣。基于SystemView的通信原理项目式课程设计实施后，学生课程成绩较之前有明显的提升，为后续课程学习打下坚实基础。
参考文献：
[1]杨洁.通信原理课程实践教学体系的改革与探索[J].中国现代教育装备，2015（9）：67，70.
[2]谢文武，蔡红英，朱鹏.通信原理课程教学方法改革研究[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2018，31（3）：8689.
[3]胡之惠.基于SystemView的通信原理课程设计的改革与探索[J].实验室研究与探索，2019，38（4）：209211.
[4]张琳琳.数字通信技术及SystemView软件仿真[M].北京：北京理工大学出版社，2018.
作者简介：王科，工程师，研究方向：电磁材料、射频电路。