莫丹雷

摘  要：《通信原理》是通信工程、电子信息等信息类专业设置的一门较抽象的主干课程，为了使学生更容易、更深刻地理解通信原理中一些重要理论和实验现象，本文基于虚拟仿真技术搭建了通信原理实验平台，从实验平台的搭建、调试方法和效果、实验结果等方面介绍了该实验仿真平台的整体构思和具体功能，将相关实验步骤通过动画的形式进行演示，使学生在课程与实验的学习中获得更直观的教学感受，旨在在《通信原理》实验教学中进行相应的教学改革。

关键词：通信原理  虛拟仿真  实验平台  教学改革

中图分类号：O4-33                           文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）12（c）-0200-03

Abstract： Communication Principle is an abstract main course for communication engineering， electronic information and other information majors. In order to make students understand some important theories and experimental phenomena in communication principles more easily and deeply， this paper builds a communication principle experimental platform based on virtual simulation technology， and introduces the construction of the experimental platform， debugging methods and effects， and experimental results The overall concept and specific functions of the experimental simulation platform are presented. The related experimental steps are demonstrated in the form of animation， so that students can get more intuitive teaching experience in the course and experiment learning， aiming at the corresponding teaching reform in the experimental teaching of Communication Principle.

Key Words： Communication Principle; Virtual simulation; Experiment platform; Teaching reform

通信原理相关实验主要包括了信源编码技术、基带传输编译码技术、基本数字调制技术、信道编译码技术、同步技术等重要的内容，具有比较强的理论应用性。随着现代通信技术的不断发展，许多高等工科院校的通信工程、电子信息科学与技术、电子信息工程等专业已将通信原理及实验课程列入必修专业课程，甚至一些高等院校更是将通信原理及实验作为重点课程开展相关建设[1-4]。

通信原理主要是分析了信号在数字通信系统中的信道编码技术、调制、解调以及信号在信道传输方式等关键技术。通信原理实验课是将抽象的原理实际化，将信号在通信原理实验箱中经过信道编码、信号调制、信号解调等过程，进而直观地感受到信号波形变化的过程，进一步地掌握通信原理中的关键技         术[5]。作为一项面向实际测量与通信的学科，其应用性极强，但是实际教学经验中，一些现实问题表现十分凸出，主要集中在以下两个方面：

（1）由于通信原理的实验对信号质量要求比较高，故对实验箱所用到的信号处理芯片要求高，而电路中的各种电子元器件、模数和数模转换模块等，这些信号处理芯片以及电子元器件不仅容易因实验失误造成损坏，而且更换器件也较为麻烦，更重要的是相关实验箱价钱昂贵，无法满足学生单独操作实验的需求。并且即使实验指导老师都会一再强调实验操作的规范性与安全性，但是学生数量众多、实验箱使用频繁，终归还是免不了有实验系统芯片和电子元器件的损坏，造成不必要的财务损失[6]。

（2）通信原理实验系统复杂且抽象，使实验教学面临困难。由于通信原理实验需要掌握一定的理论，但其理论多且抽象，要求学生在实验箱设备连线准确后方可上电，最后通过示波器观测信号波形。能否观测到正确的信号波形需要一个复杂的调试过程：一方面需要在设置正确的实验参数下，确保在实验箱连线的无误;另一方面由于信号较为抽象，需要借助示波器对信号进行观测。这就导致在调试某一个实验时，需要花更多的时间在参数设置、设备连线及示波器调试上才能更准确观测到实验效果，而实验课堂的时间又较为有限。

因此，希望建立一个通信原理实验虚拟仿真实验平台，能够对现有的通信原理实验教学，如信源编码技术、基带传输编码技术、基本数字调制技术、信道编码技术等实验教学进行一次较大的教学改革，使得相关课程实验内容能更好更有效地开展，提高学生的实际操作和创新能力[7]。

2  通信原理实验仿真平台结构及功能

通信原理实验仿真平台的建立将可为通信原理、移动通信、高频电子线路、光纤通信等多门通信类实验课程的多个实验提供虚拟仿真的实验平台，如HDB3码型变换实验、卷积码编译码实验、ASK调制及解调实验等。根据通信原理实验教学的具体要求，本文初步设计的通信原理实验仿真平台总体界面如图1所示。可见，界面上可以完成模拟信号源功能、数字信号源功能、通信原理实验菜单功能、模块设置功能、系统升级五种功能的设置。下面以模拟信号源共设置为例进行说明。

模拟信号源菜单由“信号源”按键进入，该菜单下按“选择/确定”键可以依次设置：“输出波形”→“ 输出频率”→“ 调节步进”→“音乐输出”→“占空比”（只有在输出方波模式下才出现）。在设置状态下，选择“选择/确定”就可以设置参数了。

（1）“输出波形”设置。

一共有6种波形可以选择：正弦波：输出频率 10Hz～2MHz;方波：输出频率 10Hz～200kHz;三角波：输出频率 10Hz～200kHz;DSBFC（全载波双边带调幅）：由正弦波作为载波，音乐信号作为调制信号，输出全载波双边带调幅;DSBSC（抑制载波双边带调幅）：由正弦波作为载波，音乐信号作为调制信号，输出抑制载波双边带调幅;FM：载波固定为20kHz，音乐信号作为调制信号。

（2）“输出频率”设置。

“选择/确定”顺时针旋转可以增大频率，逆时针旋转减小频率。频率增大或减小的步进值根据“调节步进”参数来。在“输出波形”DSBFC和DSBSC时，设置的是调幅信号载波的频率;在“输出波形”FM时，设置频率对输出信号无影响。

（3）“调节步进”设置。

“选择/确定”顺时针旋转可以增大步进，逆时针旋转减小步进。步进分为：10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、100kHz五档。

（4）“音乐输出”设置。

设置“MUSIC”端口输出信号的类型。有三种信号输出“音乐1”、“音乐2”、“3K+1K正弦波”三种。

（5）占空比”设置。

“选择/确定”顺时针旋转可以增大占空比，逆时针旋转减小占空比。占空比调节范围10%～90%，以10%为步进调节。

以信道编译码技术中的卷积码编译码实验为例进行介绍，首先，根据实验步骤启动通信原理实验仿真平台总体界面;其次，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【卷积码编译码及交织】;接着在信道编译码模块中调节编码类型为：卷积码编码，编码模式为：无差错模式，使得系统的初始状态为：编码输入8K数据的无差错卷积编码模式;最后添加示波器用于观测信道编译码模块中的编码输入数据，卷积编码输出，卷积译码输出等数据。

当以正确的方法设置好参数，以及正确地将信号源模块跟信道编译码模块连接后，最终可以观测到正确的实验结果，由此来虚拟仿真整个实验过程。学生经过了虚拟仿真平台的操作后，更好地理解和掌握了实验原理、操作方法后，再到实际操作平台中选择实际的实验模块，完成卷积码编译码实验步骤并调试出实验结果。

此虚拟平台的建立，能很好地解决在这个实验中的2个问题：（1）避免了设计方法、方案抽象。因通信原理实验原理抽象，教师在实验课堂上对相关实验内容进行讲解时，学生对复杂的理论过程难以快速接受，造成实验进展速度缓慢。而虚拟仿真平台的搭建，给学生自主实验设计提供了条件，动画式的实验步骤和相应结果令学生更容易理解知识点;（2）避免不必要的材料损耗。因设计信道编码技术的步骤抽象且复杂，一旦出现步骤出错，连线错误，轻则不能调试出实验结果，重则烧毁通信原理实验箱，造成财务损失。

3  结语

本文搭建的通信原理实验仿真平台功能虽还未十分完善，但其使用灵活、调试简单、调试结果稳定性好，整体上具有较好的鲁棒性，具有较大的发展和开发潜力。该实验仿真平台的搭建对通信原理实验教学及相关的课程实验教学具有一定的推动性，在实际教学应用中，该平台的使用不仅可以激发学生学习的主动性、创新性，提高学生的思考和实际操作能力，还能在一定程度上减轻教师的工作量，对通信原理实验的教学改革有一定的促进及参考作用。

参考文献

[1] 杨小凤.通信原理课程教学改革与实践[J].高师理科学刊，2017，37（1）：95-97.

[2] 展慧，李志敏.基于LabVIEW虚实结合的通信原理实验仿真系统的设计[J].科学技术创新，2020（8）：78-79.

[3] 王冬梅，王秀芳，阚玲玲.基于虚拟仿真平台的通信原理实验教学改革研究[J].科技经济导刊，2019，27（31）：133-134.

[4] 杨正.基于LabVIEW的通信原理实验仿真软件设计[D].北京：北京化工大学，2015.

[5] 刘毓，邹星.应用型人才培养模式下通信原理实验教学改革研究[J].科技資讯，2016，14（33）：100-101.

[6] 甘永进.虚拟仿真技术在光电测量实验教学中的应用[J].广西物理，2017，38（Z1）：48-50.

[7] 蒋曲博，秦祖军，张丽娟，等.基于虚拟仿真技术的光电测量实验教学改革研究[J].科技创新导报，2017，14（15）：98-100.