对于通信原理实验教学方法改进的思考与体会

张　欣

[摘 要]通信原理实验是一门重要的实验课程，目的在于让学生对通信系统建立系统性概念，加深对通信基本理论的认知，加强动手实践能力的培养。当前的通信原理实验多为验证性实验，存在实验效果不理想的问题，本文结合工作实际就如何提高实验教学质量提出一些改进的思路与做法。

[关键词]通信原理实验 实验效果 改进

通信技术的快速发展，要求通信专业的学生和科技人员不但要掌握扎实的理论基础，还应具有较强的工程概念和动手能力及开拓创新和快速适应工作的综合能力。《通信原理》是通信工程专业的重要专业基础课，内容广、难度大，为保证课堂教学效果，让学生牢固掌握基础理论，扎实培养学生分析解决通信基本问题的能力和积累一定的方法，配有相应的实验课程。传统的本科通信原理实验课程多以实验箱进行验证性实验为主，只需学生在相应的接口中插入导线，按照实验指导书的步骤正确连接即可实现，使得学生的实践动手能力得不到充分的锻炼，也起不到通过实验加深理论的作用。针对这个问题，有部分高校进行了改革，如采用EDA平台进行通信系统仿真设计[1]和FPGA平台+单片机进行系统设计[2]，但由于学时、条件等方面的限制，往往不能在通信原理实验课程中实现，而只能在通信专业课程设计环节中完成这方面的教学工作，对实验课程的效果改进帮助不大。

通信原理实验教学改进的基本思路

通信原理实验的学时数多为16-20学时，实验时间是在课堂教的相关内容结束以后交叉进行，能够进行8个验证性实验和1个综合性实验，典型的实验内容为PAM调制与解调、PCM调制与解调、FSK调制等项目，由通信原理实验箱实现。

我们在通信原理实验课程中选用的实验箱是南京恒缔公司的HDB621B，该实验箱能够满足验证性实验的基本要求。为了进一步提高通信原理实验环节的教学效果，在现有的实验学时的条件下，需要挖掘原有的实验设备的潜力。HDB621B实验箱采用模块化的结构，单次实验中学生只能使用其中某一部分，还不能模拟设计一个接近真实的通信系统，学生的实验侧重在数字技术，对一些常用的模拟技术并不涉及，这跟现在的通信原理教学大纲不是很相符，也欠缺对学生的综合设计能力的训练。在实验过程中，学生按照该实验箱配套的实验指导书规定的步骤，可以完成一系列通信原理实验。由于众所周知的原因，验证性实验的主要缺点是扩展性、操作性不强，学生除了按照事先规定好的步骤完成实验外，并不能根据实验原理实现额外的操作，只能被动地实验，其结果是完成实验以后，学生可能记录了大量的实验数据和波形，但是对这些数据的产生原理和目的，却没有一个深入的理解，实验效果也就无从谈起。

针对上述问题，在不额外购置新实验设备的情况下，较好的作法是深入挖掘原有实验箱的潜力，结合通信原理课程的特色，对实验箱进行改进。例如，实验箱原有的各种载波信号都是固定不变的，而这些载波信号是由高频振荡电路生成并引入各个模块，于是可以将原有的高频振荡电路中的电容由固定电容替换成可变电容，以此来获取各种不同的载波信号，学生可以自己改变可变电容的值，获得各种欠调节或过调节信号，经过与理想调制信号相比较，能够有一个更加深入的实验效果。在每次实验之前，由实验指导教师，将改进之处的电路结构和原理解释清楚，并要求学生着重加强在改进步骤处的实验，同时，指导教师应该强调在实验报告中对这部分内容的总结，以达到更好的实验效果。

对PAM实验的改进

PAM(Pulse Amplitude Modulation脉冲幅度调制)实验是通信原理实验的第一个系统性实验，下面将以这个实验为例说明本文所提及的对实验电路改进的方法。该实验的原理是利用抽样脉冲去调制基带信号，将幅度连续的模拟信号转换成幅度离散的已调信号，奈奎斯特低通抽样规定当抽样频率大于等于两倍的信号最高频率时，可以实现无失真抽样。在实验箱中，由555定时器生成了16kHz的方波信号作为抽样脉冲，但由于振荡电容固定，此方波信号的频率不可变。学生在做这部分实验的时候，只能得到一个16kHz的已调信号，过程和结果比较单调，不会产生很大的实验兴趣。

为了加深实验效果，可以将电路进行如下改进，将图1中CA601处的电容焊下，引出两个触点，在做PAM实验的时候提供一个可变电容箱给学生，要求他们在实验中将电容箱接入CA601对应的触点，并调节电容箱输出电容的大小，因为CA601电容是555定时器的输入振荡电容，就可获取多个不同频率的抽样脉冲，例如小于信号频率、约等于2倍信号频率和远大于两倍信号频率这3种信号，以这些抽样脉冲去调制原始信号，会产生过调、欠调和正好匹配的三种情况。于是，学生可以从实验结果波形(图2)明显感受到低通抽样定理的作用，实验效果良好。

图1 555定时器生成抽样脉冲电路图

（1）欠调信号 （2）过调信号 （3）适调信号

图2 PAM实验结果波形

在上述改进方法中，电路的改进只是一个方面，更为重要的一个环节是对学生的实验指导，任课教师在每次开始实验之前，应将改进的原因结合实验对应的通信基本原理进行详细说明，并要求学生按照实验原理自己设计频率范围，做到在实验的时候心中有数，而不是老师说什么学生就做什么，只有这样，才能更好的将实验与课程内容相结合，提高做实验的效果。

总结

本文主要论述了对通信原理实验的一些改进思路，归纳起来主要有以下几点：(1)综合考虑实验学时和设备的限制，在不对原有系统进行大规模更新的条件之下，对已有实验箱进行简单改造，成本低、见效快。(2)在验证性实验中依托通信原理的基本内容引入部分设计性元素，增强实验的操作性。(3)起到了良好的互动作用，可以部分地解决实验教学中以老师为中心的传统教学方法的缺点，充分调动学生的主动能动性，激发学生在实验之后主动去理解实验原理的热情。实践证明，在对通信原理实验进行改进之后，学生对通信原理实验的积极性和兴趣性都很高，从实验环节反馈到课堂教学环节的收获也有所提高，实验效果显著改善。

项目基金：贵州省科技基金(黔科合J字[2007]2201号),贵州省精品课程项目（2007）。

参考文献:

[1]张秀丽,鲍程红.通信原理综合性实验项目的设计与实践[J].宁波工程学院学报，2007，(12):14-17.

[2]寇艳红.通信原理开放性实验项目设计[J].实验技术与管理，2005，22(11):105-107.

[3]樊昌信，等.通信原理(第6版) [M]. 北京:国防工业出版社,2008.

作者单位:贵州大学计算机科学与信息技术学院通信工程系