通信原理实验内容与培养高质量综合性通信专业技术人才关系的探索

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摘要：本文对通信原理实验内容的配置进行了比较深入的分析。对目前国内各重点和知名大学在通信原理实验内容配置上的情况进行了分析和研究，对目前的通信原理实验箱、自行研制的通信原理实验设备、Matlab仿真实验、Labview软件仿真实验、NI的USRP设备以及基于FPGA的通信原理电路设计实验等问题进行了探讨，从而对通信原理实验内容的设置及实验环节进行了研究与探索。提出了实验内容的配置要考虑的基本问题，实验环节要使验证型、设计型和综合型多种类型的实验融合[1]；要考虑不同层次的学生，不仅考虑一般学生，还要考虑拔尖学生；实验内容不仅有软件编程调试，还要有硬件设计和测试；要使不同层次的学生都有发挥自己优势和特长的机会，从而达到培养和造就高质量综合性通信专业技术人才的目的。

关键词：通信原理；实验内容；人才培养

中图分类号：G40-057 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）52-0117-02

通信原理实验是电子信息类本科专业的必修课程，大学电子与信息类理科专业几乎都设置了该课并作为必修课程列入教学计划。在当今通信技术飞速发展的时代浪潮中，通信理论与相关的实验必然要跟上时代的发展步伐，对该课程的内容设置及实验环节要求必然要进行教学改革[2]。本文对通信原理实验内容的设置及实验环节进行了研究与探索。目的是为了培养和造就高质量的综合性通信技术人才。为了合理地设计通信原理实验内容，制定切实可行的教学计划和教学大纲，我们对国内十几所知名重点大学进行了调研，归纳起来，目前通信原理实验使用的设备有以下几种，下面将对其进行分析，并对通信原理实验内容配置与培养高质量综合型通信专业技术人才的关系进行探讨。

一、通信原理实验箱在通信原理实验中所起的作用

通信原理实验箱是近十几年来根据市场需求发展起来的一种供通信原理实验用的一种实验设备，不同的厂家所研究的设备也有差异，主要以验证型实验为主，由于设备的研发是针对通信原理实验进行的，因此，可以反映通信原理的主要知识点[3]，并且能够直观方便地让学生通过测试观察到各点的波形，虽然这些实验仅仅是验证性的实验，但对于建立基本概念、对通信原理基本知识点的理解无疑是必不可少的。有些厂家研制的实验设备也可以体现出设计型，但是主要以模块为单元，利用不同的模块组合进行设计型实验，设计过程主要体现出不同模块的组合与分解，在一定程度上能够体现出通信原理实验的设计知识点，能够让学生完成一定的设计型实验环节。但也有一定的局限性，它不能充分发挥学生的主观能动性，设计内容也受到已有模块的约束。

二、自行研制的通信原理设备有其独特之处

有些学校根据实验环节的需求自行研制了一些实验设备，不同学校研制的设备都有自己的特点，有些学校体现在模块设计型，与上述通信原理实验设备厂家研制的有些类似，主要利用模块之间的连接或组合进行设计型实验。有些学校利用FPGA芯片作为硬件基础，全部实验内容都反映在软件的设计内容上，对应基础性实验，教师已经做好了软件，实验过程就是让学生进行波形的测试，从而完成验证型基础性实验。对于设计型实验，主要体现在让学生利用已有的硬件平台进行软件设计，这些软件包括VHDL、Verilog等硬件描述语言，学生从编程调试到仿真分析以及下载实现，都充分体现了软件和硬件设计过程。设计型实验环节是否能够充分体现，对于提高学生的综合设计、软件编程、波形测试、调试分析及硬件设计能力，有着非常重要的促进作用。

三、Matlab仿真软件在通信原理实验中的应用

利用Matlab进行通信原理的仿真实验，也是一种对实验数据处理及分析行之有效的方法[4]，通信原理中的很多知识点可以利用该软件进行分析和仿真。模拟、数字调制和解调、波形成形、信噪比与误码率曲线、噪声特性等知识点都可以通过软件进行仿真分析，通过选择不同的参数可以对系统设计提供依据和参考。

四、利用Labview软件进行通信原理仿真实验

美国NI公司Labview软件仿真实验，由于软件设计相对比较灵活，利用该软件进行仿真实验，几乎可以完成通信原理中的所有知识点的实验，利用该软件进行编程实验，可以体现出方便、灵活的优点，电路设计可进行不同参数的设定，从而得到不同的设计结果。其难点主要体现在软件的编程和调试方面。其缺点是编程模块的参数选择对设计结果有较大的影响，选择不同的参数输出信号或波形有较大的变化，当在未知输出情况下，直接希望得到正确的输出会有些困难，往往是已知输出情况下可以通过调整设计参数从而得到正确的输出信号或波形。

五、NI公司的USRP无线传输设备在通信原理实验中的应用

有些高校配置了美国NI公司研制的USRP无线通信传输设备，利用该设备进行通信原理实验，需要安装USRP驱动软件，同时也需要Labview软件工作环境，能够完成比纯Labview更多功能的实验内容，USRP设备的应用需要进行初始化参数的配置，带有FPGA下载芯片功能，软件设计过程的多种电路可以应用下载功能完成硬件电路的过程实现。其主要优点是能够实现无线通信，学生在做实验过程中，能够体会到通信的过程，如果设计程序有问题，则不能完成通信过程。对于具有通信功能的实验或接收电路，如果软件编程有问题、硬件设置或硬件连接有问题，则无法实现数据通信过程。必须设法找到软件编程问题的所在，排除故障才能完成实验中的数据传输过程。在这些实验中，程序调试过程不仅需要寻找软件编程错误，还要排除硬件配置错误等故障。这对于提高学生的编程、调试、测试和综合能力，将会有很大的作用。另一方面，也有其局限性，该类实验局限于一种编程语言，对于提高学生硬件设计及硬件调试能力还需要其他验证型、设计型或综合型实验环节支撑。

六、基于FPGA硬件电路的设计型实验

基于FPGA的通信原理电路设计性实验，是目前大部分学校配置的实践性环节，FPGA是目前硬件电路设计最常用的一种方法，与通信原理电路结合则构成通信原理关键知识点的掌握与硬件设计过程。这将会提高学生硬件电路的设计、调试、测试、故障分析与故障排除的综合能力。虽然FPGA不属于通信原理的内容，早期的电路设计是利用分离元件或集成电路芯片设计，目前大部分电路设计较少使用，要想引入通信原理的硬件电路设计与调试实验环节，无疑应该加入基于FPGA的通信原理电路设计实验环节。需要指出的是，通信原理实验是专业基础课程，应该体现出其关键的知识点，而不应该无止境地扩展或引深其设计内容，比如FPGA通信原理电路设计，应体现出通信原理中的关键知识点，这些知识点主要是信源编码与译码、信道编码与译码、模拟调制与解调、数字调制与解调、数字复用与分用、帧同步、波形成型等。

七、结论

综上所述，对于通信原理实验内容的配置，需要考虑多方面的因素。对于大学本科学生来说，实验内容不能过于简单，它不是毕业设计，不能太简单，也不宜安排题目过大的设计型实验。否则，将会适得其反，达不到预期的目的。验证型实验要注意到通信原理的基础关键知识点，这些知识点是通信原理中需要掌握的基本概念，制定设计型和综合型实验要注意到难度适当和工作量合理。实验内容的配置，遵循的原则是既要安排基础知识点，又要注意高端难度知识点，既要有验证型又要有设计型，既要配置软件编程又要考虑硬件设计，做到普通学生能够掌握一般知识点，拔尖学生不仅能够掌握一般知识点，还要利用设计型和综合型实验发挥其设计与研发的优势。实验内容的配置，要考虑不同层次的学生[5]，使学生在做实验过程中能够体会到通信的过程，如果设计程序有问题，则不能完成通信过程。对于具有通信功能的实验或接收电路，如果软件编程有问题，硬件设置或硬件连接有问题，则无法实现数据通信过程。必须设法找到软件编程问题的所在，排除故障才能完成实验中的数据传输过程。在这些实验中，程序调试过程不仅需要寻找软件编程错误，还要排除硬件配置错误等故障。这对于提高学生的编程、调试、测试和综合能力，将会有很大的作用。无论是一般学生还是拔尖学生，要使不同层次的学生都有发挥自己优势和特长的机会，从而达到培养和造就高质量综合性通信专业技术人才的目的。

总之，使学生在做实验过程中能够体会到通信的过程，如果设计程序有问题，则不能完成通信过程。对于具有通信功能的实验或接收电路，如果软件编程有问题，硬件设置或硬件连接有问题，则无法实现数据通信过程。必须设法找到软件编程问题的所在，排除故障才能完成实验中的数据传输过程。在这些实验中，程序调试过程不仅需要寻找软件编程错误，还要排除硬件配置错误等故障。这对于提高学生的编程、调试、测试和综合能力，将会有很大的作用。实验内容的配置要考虑的基本问题，实验环节要使验证型、设计型和综合型多种类型的实验融合[1]；要考虑不同层次的学生，不仅考虑一般学生，还要考虑拔尖学生；实验内容不仅有软件编程调试，还要有硬件设计和测试；要使不同层次的学生都有发挥自己优势和特长的机会。

参考文献：

[1]闫艳霞，姜利英.通信原理实验体系的改革与探索[J].中国电力教育，2014，（2）.

[2]陈芳妮.面向应用型人才培养的通信原理课程改革探讨[J].浙江科技学院学报，2014，（2）.

[3]沈文丽，余燕平，贾波.通信原理课程的课堂与实验教学改革[J].实验科学与技术，2014，（2）.

[4]夏江涛，孙冬娇.Matlab在现代通信原理课程中的应用[J].实验技术与管理，2014，（1）.

[5]张驰，陶杰，王欣，霍晓磊，王文娟.通信原理实验内容的设计与改革[J].课程教育研究，2013，（8）.