通信系统原理综合性实验的教学改革与探索

李丽　余群

摘要：目前，通信技术发展日新月异，通信技术领域对技术人才的要求越来越高。为了在教学中培养学生的动手能力和创新能力，以满足当前社会对信息科学技术人才的要求及社会经济发展需要，在教学实践中对通信系统原理实验课程中的综合性实验的教学方法和教学手段做出一些改革。综合性实验不再采用实验箱来完成，而是采用软件仿真来实现，这不仅可以使学生实现所学理论知识的融会贯通，而且通过实验操作，提高他们解决问题的能力和创新能力。

关键词：计算机仿真；教学改革；通信系统原理；创新能力；综合性实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）31-0087-02

一、引言

现代通信技术与传统通信技术有很大的不同，它不再以邮政、电报、电话技术为支柱，而是以微电子技术、计算机技术、光纤通信技术和通信卫星技术为支柱。其中，微电子技术是现代通信的基础，计算机技术是现代通信的核心，光纤通信和卫星通信是现代通信的主要手段。随着这些技术的快速变化，通信系统的复杂程度也在快速地增长，这就大量地需求具备高级通信理论知识和技术的科技人才。在大学期间如何让通信专业的学生更好地掌握现代数字通信中的现代通信理论，尤其是以调制解调技术和通信信道的性能分析为代表的新技术及其应用能力，使他们毕业后能成为通信技术领域中的中流砥柱，这是通信专业实践教学所面临的紧迫任务。根据学校实际教学，我们发现实验设备的购买速度往入跟不上通信技术的发展和更新速度，如果仍然采取实验箱这种硬件实验设备来做通信系统综合实验，一方面实验室实验箱数量不够，很难保证每人一台，购买新的实验箱需要申报，申报时间相对较长；另一方面，实验箱损坏严重，维修跟不上损坏的速度，学生无法完成实验内容。因此，为了解决以上两个问题，行之有效的一个方法就是，采用计算机仿真来做综合实验。学生首先要通过仿真软件来建立通信系统的实验模型，并将实验模型在计算机上进行仿真实验，利用计算机的快速运算处理功能和软件的交互功能，完成对通信系统综合实验的分析、设计，还可以根据教师需求任意修改参数以及性能优化与评估测试。采用计算机软件技术仿真来做实验项目，实验项目的更新更容易。

计算机仿真实验技术的简便和交互特性，使其成为今后人们重视和大力发展的技术。

二、教学中存在的问题

以前，综合性实验项目采用实验箱来完成，需要用到各种模块，而实验箱配备的实验模块有些没有，有的不够，无法给学生提供更大的实验平台。而且，由于各个模块间要用导线来连接，信号源由信号源模块产生信号，每个工作结点用示波器观察波形，能否得出实验数据和图形要依靠实验箱的性能。实验箱由于使用的学生较多，损坏情况比较严重，实验操作过程中会导致无法得出正确的结果，有时学生做了半天得不出结果，最后发现是实验箱的原因，极大地影响了实验项目的完成。另外，由于实验箱模块提供的是固定参数，学生无法对实验系统原理框图进行逐点的波形分析和参数的修改，实验效果不是很理想。而且，学生面对复杂的电路模块难以从系统的观点去分析每一点波形关系，更谈不上如何创新。采用计算机仿真实验方法，学生可以自由选择自己熟悉的仿真软件，建立操作性强的人机交互界面，通过灵活调节各个实验参数，控制实验进程，更好地理解通信系统的调制解调原理和过程，降低实验设备成本，节省经费。

三、教学改革探索

（一）教学内容的改革

通信系统原理综合性实验项目的学时数是4学时，它要求学生完成建立一个完整的频带传输系统，目的是帮助学生对通信系统有一个比较完整的框架体系结构认识，有利于对所学知识进行综合和提高。该实验包含的内容很多，里面涉及模拟通信系统和数字通信系统知识。如何在学时有限的情况下，全面掌握通信系统，这是学生所面临的一个重要问题。

以前采用传统的实验箱来做，有些学生连续两节课也做不完，调试过程中线太多，找不到问题。而且，由于实验箱的台数限制，两位同学一组，有些同学会有依赖心理，自己不动手，而是依赖同组同学来完成，达不到我们要求的教学效果。现在，采用计算机仿真来做该实验项目，就有充足的时间来完成，如果上课时间完成不了，可以回家继续完成。而且，要求每个学生的数据不一样，这使学生掌握的理论知识有了强有力的实验支持。

在仿真软件选择方面，学生可以选择MATLAB编程语言，但不能只有简单的编程，还要有人机交互界面和数据修改界面。学生也可选择实验室新进的软件无线电设备NI-USRP，它采用的是LabVIEW编程语言，实现LabVIEW软件与无线电设备硬件的配合使用，程序上利用NI-USRP驱动程序打开会话通道，发送和接收正确数据。

在仿真设计的主界面中，用户需要输入USRP配置参数，发射器中的示波器将显示源信号波形，而接收器中的示波器将显示接收信号波形。

（二）教学手段的改革

通信系统原理的综合性实验项目，主要采用计算机软件仿真实验来完成，改变采用实验箱的实验教学模式。采用软件仿真做综合性实验的过程中，不仅提高了学生计算机的应用能力，也提高了学生的编程能力、分析和解决问题的能力以及创新能力，使学生能更好地掌握通信系统原理的组成。

1.教学方式的改革：教学实验过程中，教师在上课前指导学生先进行理论知识的复习，将综合性实验所采用的理论知识做一下梳理，然后要求学生选择实验内容和仿真工具；学生根据自己所选的实验内容和仿真工具进行通信系统原理框图的搭建，从系统的观点分析原理框图中每一点的波形及各个点间的关系，同时要求可以灵活设置不同的实验参数，分析不同参数为何会有不同的结果，最后进行分析总结，写出实验报告。

2.仿真软件的选择：学生可以选择自己熟悉的仿真软件，如MATLAB或LABVIEW等，适应现代计算机技术的发展，满足社会对这方面人才的需求。

3.虚拟实验室的优势：采用计算机仿真来做实验，可以实现实验项目的远程操作。它克服了实验场地和实验时间的不足，使学生可以在任何地方上实验课，从而更主动地去做实验，而不是简单照抄，提高了教师教学效果。

4.考核方式：采用提问、实验内容参数修改和实验分析报告来综合评定成绩，不只是采用实验报告的方式，这样可以避免学生的抄袭行为，从而做到真正的公平公正，促进学生认真地做实验。

四、结束语

当今，信息通信技术应用在不同领域，尤其是机器与机器通信、数据管理、数字服务平台以及数据和通信安全等，毕业生要想在这些行业有一席之地，我们的教学总目标就应该设定为让学生能够真正学到知识，成为这些行业所需的高级工程技术人才。因此，教师在实际教学过程中要不断地根据实际情况对教学内容和教学方法做一些修改，这样才能提高学生的问题分析能力、问题解决的能力、综合应用能力和创新能力。通过教学实践，对通信系统原理实验课程中的实验内容进行一些修改和探索，可以发现学生的反馈也比较好，取得了一定成效。但是，课程教学改革需要长期不懈的坚持，所做的探索正处在实践阶段，还有不完善的地方，需要在今后的教学实践中不断地加以学习、总结和完善。

参考文献：

[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].第7版.北京：国防工业出版社，2012.

[2]杨宇红，袁焱，田砾.通信原理实验教程[M].北京：清华大学出版社，2015.

[3]崔建双.现代通信技术概论[M].第2版.北京：機械工业出版社，2015.

[4]沈连丰，等.通信新技术及其实验[M].北京：科学出版社，2008.