《通信原理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

楊光　黃力群

摘要：針對(duì)目前通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠靈活等不足問(wèn)題，通過(guò)引入System View軟件仿真，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅采用單一的硬件驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)所存在的弊端，使理論性強(qiáng)的原理和公式直觀化。教學(xué)實(shí)踐表明：該教學(xué)方法不僅能夠很好地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、提升了教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也大大提高了學(xué)生的動(dòng)手能力、激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和理論學(xué)習(xí)積極性。

關(guān)鍵詞：通信原理；System View；仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4；TN911-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2018）23-0227-01

一、前言

《通信原理》是通信工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的主干專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。由于課程理論性強(qiáng)，概念抽象，要求學(xué)生有扎實(shí)的《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》、《隨機(jī)過(guò)程》、《信號(hào)與系統(tǒng)分析》、《數(shù)字電路》等先修課基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生往往感到內(nèi)容抽象、難懂。另外，《通信原理》是通信工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電子信息工程等專(zhuān)業(yè)的必修課程。課程涉及到通信的理論概念、基本原理和通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)，為學(xué)生后續(xù)的《光纖通信》、《移動(dòng)通信》、《擴(kuò)頻通信》、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信》等專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

如何在深刻揭示通信領(lǐng)域最新發(fā)展的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和分析解決通信工程中實(shí)際問(wèn)題能力是《通信原理》課程的教學(xué)目標(biāo)，《通信原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。

二、System View仿真軟件介紹

美國(guó)ELANIX公司的SystemView軟件系統(tǒng)構(gòu)建方便、部件庫(kù)資源豐富、分析功能和開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)強(qiáng)大，表現(xiàn)在：

1.用戶(hù)可用任一種C語(yǔ)言生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（.DLL）建立自己的圖標(biāo)，擴(kuò)充系統(tǒng)部件，如Boland C++for windows、Mi-crosoft Visual C++、Symantec C++等編譯器均可用。

2.支持外部數(shù)據(jù)信號(hào)：輸入的信號(hào)源和輸出的接收端均與外部文件相聯(lián)：在信號(hào)源庫(kù)、函數(shù)庫(kù)、操作庫(kù)和信號(hào)處理庫(kù)中，提供自定義的功能：目前最新版本中，又增加了兼容Matlab庫(kù)、CDMA庫(kù)、自適應(yīng)濾波器（ADP）庫(kù)、數(shù)字視頻廣播（DVB）庫(kù)等技術(shù)上較為先進(jìn)的功能庫(kù)。

利用SystemView軟件在通信類(lèi)課程中進(jìn)行輔助教學(xué)，教師既可以在多媒體教室上課時(shí)演示，也可以由學(xué)生上機(jī)實(shí)習(xí)。一方面解決了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與驗(yàn)證，另一方它降低了對(duì)實(shí)際儀器的需求。

三、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足之處

目前各高校都開(kāi)設(shè)《通信原理》課程相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課，其實(shí)驗(yàn)過(guò)程基本相同，即：實(shí)驗(yàn)前教師對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理以及如何得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和如何驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性等問(wèn)題進(jìn)行分析說(shuō)明，然后讓學(xué)生在設(shè)備生產(chǎn)商提供的實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)示波器記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。這種教學(xué)方式并沒(méi)有獲得一個(gè)良好的教學(xué)效果，很多學(xué)生甚至在完成實(shí)驗(yàn)之后，都還不清楚這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確。而且這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式過(guò)于單一，缺乏對(duì)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)。為此，提出了一種行之有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，不僅能夠加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力。

四、通信原理課程的主要內(nèi)容

第一章緒論：通信系統(tǒng)的組成；通信系統(tǒng)的分類(lèi)及通信方式；信息及其度量；主要性能指標(biāo)。

第二章隨機(jī)信號(hào)分析：隨機(jī)過(guò)程的一般表述；平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程；平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的自相關(guān)函數(shù)與功率譜密度；高斯過(guò)程；窄帶隨機(jī)過(guò)程；正弦波加窄帶隨機(jī)過(guò)程：隨機(jī)過(guò)程通信過(guò)線性系統(tǒng)。

第三章信道與噪聲：信道定義及其數(shù)學(xué)模型；恒參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?；隨參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?；隨參信道特性的改善；信道的加性噪聲；信道容量的概念。

第四章模擬調(diào)制系統(tǒng)：幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能；非線性調(diào)制的原理及抗噪聲性能；各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較；頻分復(fù)用基本概念。

第五章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)：數(shù)字基帶信號(hào)及頻譜特性；基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型；基帶脈沖傳輸與碼間干擾；部分響應(yīng)系統(tǒng)；基帶傳輸?shù)目乖肼曅阅?；眼圖；時(shí)域均衡（簡(jiǎn)略）；

第六章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)：二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理；二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能；二進(jìn)制系統(tǒng)的性能比較；多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)；改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制方式；

第七章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸：抽樣定理；脈沖振幅調(diào)制；模擬信號(hào)的量化；脈沖編碼調(diào)制；差分脈沖編碼調(diào)制；增量調(diào)制。

為了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，重視學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際工作能力的培養(yǎng)，進(jìn)一步注重綜合能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。從而使學(xué)生可以比較深刻地理解教學(xué)內(nèi)容?，F(xiàn)將實(shí)驗(yàn)分為四部分來(lái)滿(mǎn)足不同層次學(xué)生的教學(xué)需求。

第一部分單元電路實(shí)驗(yàn)，該單元與課堂教學(xué)同步，主要將理論知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力，熟悉實(shí)驗(yàn)器材以及掌握實(shí)驗(yàn)技能。

第二部分系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)，該部分在完成相關(guān)系統(tǒng)講授后，進(jìn)行綜合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生深入了解系統(tǒng)的概念，提高綜合應(yīng)用能力。

第三部分創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，不僅為學(xué)生提供創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)，而且充分發(fā)揮學(xué)生自主開(kāi)發(fā)能力，同時(shí)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力、綜合分析能力都得到了提高。

第四部分為通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用System View仿真軟件對(duì)所學(xué)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行軟件仿真。