基于e—Labsim平臺的通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

楊靜

摘 要：針對通信原理課程理論性強(qiáng)且概念抽象，傳統(tǒng)以實(shí)驗(yàn)箱為主的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)無法充分完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果差的缺點(diǎn)，我們將e-Labsim仿真平臺引入到以實(shí)驗(yàn)箱為主的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，拓展了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)空間，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)思路是：從以實(shí)驗(yàn)箱為主的硬件實(shí)驗(yàn)平臺入手，了解電路設(shè)計(jì)及各環(huán)節(jié)的具體實(shí)現(xiàn)；再通過e-Labsim仿真平臺補(bǔ)充拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：e-Labsim 硬件實(shí)驗(yàn) 通信原理實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G642.0；TN 911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（b）-0107-03

Abstract：According to the obscure theories and concepts of the communication principle， the experimental results are not always perfect due to the limited time and space when using only communication experimental boxes in teaching. This paper brings the e-Labsim platform into the experimental teaching， expands the experiment content， and enhances the students interest. These experiments are done on two platforms which are complementary to each other. Firstly， through the communication experimental boxes， the circuit design and the system implementation are understood. Secondly， through the e-Labsim， complemented communication experiments are achieved to improve the studentsinnovation consciousness.

Key Words：e-Labsim； Hardware experiment； Experiment of communication principle

“通信原理”是高校通信電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性強(qiáng)且概念抽象[1]。如何讓學(xué)生將課本上學(xué)到的理論知識點(diǎn)與實(shí)際通信系統(tǒng)應(yīng)用相結(jié)合，不但掌握抽象的概念，而且理解相關(guān)知識點(diǎn)在通信系統(tǒng)里發(fā)揮的作用，通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)將起到關(guān)鍵性作用。

為了讓學(xué)生了解通信系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的具體實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往圍繞各大廠家提供的通信原理實(shí)驗(yàn)箱開設(shè)的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[2]。依據(jù)多年通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，此硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街饕嬖谝韵聠栴}：（1）在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)，無法充分完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果差；（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備故障頻頻，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)效果；（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備升級擴(kuò)展不方便，維護(hù)成本高等。因此，通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)迫切需要引入新的教學(xué)平臺，與硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺相結(jié)合，改善實(shí)驗(yàn)效果。

針對上述問題，對通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺進(jìn)行了研究探索，將e-Labsim仿真平臺引入到硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，相輔相成，相互補(bǔ)充。

1 實(shí)驗(yàn)平臺的改革

常用的通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺主要是以實(shí)驗(yàn)箱為主的硬件平臺，優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生可以接觸到實(shí)際的硬件電路模塊，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)習(xí)使用各種通信儀器設(shè)備，提高學(xué)生的動手操作能力[3]。缺點(diǎn)是由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，學(xué)生較難自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，不利于創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

如何在兼顧實(shí)驗(yàn)箱硬件實(shí)驗(yàn)平臺優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服缺點(diǎn)，改善通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，是一個(gè)值得思考的問題。e-Labsim仿真平臺是一種模塊級仿真平臺[4]，主要包括兩個(gè)特點(diǎn)。首先，e-Labsim是一種虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，它是在個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer， PC）上實(shí)現(xiàn)與硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備相同功能及操作方式的仿真系統(tǒng)。因此，e-Labsim仿真平臺可以彌補(bǔ)以實(shí)驗(yàn)箱為主的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)不足以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限的缺點(diǎn)，拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間。其次，e-Labsim仿真平臺內(nèi)置完整的二次開發(fā)模塊，學(xué)生可以進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，搭建功能各異的通信系統(tǒng)框架，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

因此，在通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將e-Labsim仿真平臺引入到以實(shí)驗(yàn)箱為主的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不但鍛煉了學(xué)生的動手操作能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 實(shí)驗(yàn)

該文以眼圖為例，說明e-Labsim仿真平臺和以實(shí)驗(yàn)箱為主的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的結(jié)合應(yīng)用。

2.1 眼圖的實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)

在通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂上，利用通信原理綜合實(shí)驗(yàn)箱LTE-TX-03A，觀測振幅鍵控（Amplitude Shift Keying， ASK）調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中的眼圖。此時(shí)，只需要利用信源模塊、3模塊和4模塊。具體連線，如表1所示。

實(shí)驗(yàn)箱硬件實(shí)驗(yàn)中眼圖的觀測步驟為：以信號源模塊時(shí)鐘“CLK1”的信號觸發(fā)，用示波器觀察實(shí)驗(yàn)箱中信號輸出點(diǎn)“TH2”處的波形，即為眼圖的觀測點(diǎn)，結(jié)果如圖1所示。

由眼圖原理可知，眼圖是由示波器的余暉效應(yīng)產(chǎn)生的，觀察眼圖時(shí)需要點(diǎn)擊示波器的DISPLAY，選擇“持續(xù)”時(shí)間為2 s。依據(jù)眼圖結(jié)果判可以判斷出最佳判決電平和最佳抽樣時(shí)刻，定性分析碼間干擾和信道噪聲對該通信系統(tǒng)差錯(cuò)性能的影響。由圖1可知，該ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中存在明顯的碼間干擾和信道噪聲現(xiàn)象。

2.2 眼圖的e-Labsim仿真實(shí)驗(yàn)

上述2.1中的以實(shí)驗(yàn)箱為主的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)內(nèi)由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用不熟練等問題，往往不能順利完成實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不理想。此時(shí)，e-Labsim仿真平臺不但可以解決此問題，而且還可以對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充，通過不同的通信系統(tǒng)觀測眼圖。例如，在二進(jìn)制相移鍵控（Binary Phase Shift Keying， BPSK）調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中觀測眼圖。

該實(shí)驗(yàn)需要利用e-Labsim仿真平臺的信源模塊、9模塊和13模塊，如圖2所示。具體連線，如表2所示。

利用e-Labsim仿真平臺觀測BPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中的眼圖，具體步驟為：設(shè)置主控菜單，選擇[主菜單]→[通信原理]→[BPSK/DBPSK數(shù)字調(diào)制解調(diào)]。用示波器的CH1通道接信號源CLK，CH2通道接9號模塊LPF-BPSK，點(diǎn)擊示波器TRIG MENU，選擇信源為CH1，觀測結(jié)果如圖2所示。由e-Labsim仿真結(jié)果可知，與圖1中硬件實(shí)驗(yàn)箱示波器結(jié)果一致。因此，e-Labsim仿真平臺解決了實(shí)驗(yàn)箱硬件實(shí)驗(yàn)平臺由于時(shí)間空間限制實(shí)驗(yàn)效果不理想的問題。

通過此實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不但對眼圖的具體實(shí)現(xiàn)有了親身體會，而且還對眼圖在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對碼間干擾和信道噪聲的定性分析有了更深層次的理解，為后續(xù)減弱碼間干擾的均衡技術(shù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

該文將e-Labsim仿真平臺引入到以實(shí)驗(yàn)箱為主的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使它們相互補(bǔ)充，相輔相成。不但解決了硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于課時(shí)和設(shè)備的限制實(shí)驗(yàn)效果不理想的問題，而且將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了拓展，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，為學(xué)生今后該專業(yè)的工作和繼續(xù)深造打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]徐彥凱，雙凱，姜珊.通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30（6）：316-318，335.

[2]孫愛晶，劉毓.基于軟件仿真的通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（1）：135-137.

[3]顧朝志，蔡麗萍，盧曉軒.“通信原理”精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2015，37（5）：103-105.

[4]袁麗娜，黨瑩.基于e-Labsim平臺的GMSK調(diào)制與相干解調(diào)研究[J].無線互聯(lián)科技，2015（5）：1-3.