通信原理实验教学论文

（大连工业大学集成测控技术研究所，辽宁大连116034）摘要：通信原理课程理论性强，公式繁多，难于理解。为了有效提高通信原理的教学质量，对通信原理实验教学进行了改革。通过硬件实验与仿真实验结合等教学改革措施，提高了学生的实践能力，同时也提高了通信原理实验的教学质量。今天小编为大家推荐《通信原理实验教学论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

通信原理实验教学论文 篇1：

基于虚拟仿真技术的通信原理实验教学改革研究

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

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.

作者：莫丹雷

通信原理实验教学论文 篇2：

通信原理实验教学改革与探索

（大连工业大学 集成测控技术研究所，辽宁 大连 116034）

摘 要：通信原理课程理论性强，公式繁多，难于理解。为了有效提高通信原理的教学质量，对通信原理实验教学进行了改革。通过硬件实验与仿真实验结合等教学改革措施，提高了学生的实践能力，同时也提高了通信原理实验的教学质量。

关键词：通信原理；实验教学改革；实践；教学质量

一、概述

通信原理是通信工程专业重要的专业基础课，涉及的专业知识广泛、理论性强，同工程实践结合密切，因此通信原理课程都设有实验课。通过实验，帮助学生理解理论知识，提高實践能力和分析问题、解决问题的能力。目前的通信原理实验存在实验内容固定，验证性实验过多等问题，为了提高通信原理实验的教学质量，切实提高学生的实践能力以及创新应用能力，需要改变传统的实验教学方法，对通信原理实验进行改革。

二、实验教学存在的问题

1. 目前的实验多为验证性实验，实验内容固定，学生仅在固定端口测试波形即可，甚至不需要理解通信的原理，学生们少了思考的机会，实验仅仅流于形式，而不能真正有效的完成实验，达到提高实践能力，促进知识理解的效果。

2. 实验时间固定，学生只能在上课时间做实验，没有额外做实验的机会和时间。现在网络发达，学生们在课余时间多用于上网，荒废了很多课余时间，无法提高自身的实践能力。

3. 实验多采用实验箱的形式，实验内容不能随时更新，不能及时反映现代新型通信技术的发展。由于经费的有限，这些实验设备往往多年都不能及时更换，所以相应的实验内容不能及时更新。

4. 实验资源闲置和浪费，无法物尽其用。部分实验设备仅在上实验课时使用，大部分处于闲置状态，无形中形成了固定资产的浪费。

三、实验教学改革的方法

（一）构建全方位实验体系，硬件实验与仿真实验相结合

通过实验改革，改变了实验的设置方式，丰富了实验类型和实验内容。实验按照验证型、综合型、研究开放型三个层次来设置，分别有硬件试验和仿真实验。验证层实验主要培养学生的基本技能，以硬件实验为主，在固定的实验箱上实现固定的功能，通过此种方式锻炼学生的基本操作能力。综合层实验培养学生的综合应用能力，在研究室的学生学习小组，以小组为单位，根据兴趣选定课题或者老师指定课题，进行综合应用能力培养，此时学生购买一些开发板开发，或者自己开发，全面锻炼学生的动手能力。研究开放性实验培养学生的创新应用能力，根据学生感兴趣的内容设计试验，老师指导，此时以仿真实验为主，比如通过Matlab仿真无线信道或者通过Systemview设计一个通信系统等内容。通过三层实验模式的培养，软硬件结合的实验方法很好的提高了学生的设计能力和动手能力，理解和掌握了通信原理的知识，避免了为考试而学习，学完就忘的问题。

（二）基于现代教育技术的实验方式

为方便学生随时随地都能进行实验，充分利用课余时间，通过NI系统来构建一个适合通信工程专业学生进行综合实验的集成化实验教学平台，使学生通过互联网可以随时随地进行通信原理实验。

基于现代教育技术的实验教学平台的使用方法如下，学生进入实验系统后，进入登录界面，注册后可登录系统（如图1所示），并可以自主选择通信原理实验内容。

集成实验教学平台的实验内容可以根据信息技术的发展随时更新，避免了传统实验箱实验内容固定无法更改的问题，并且学生可以灵活选择做实验的时间，不必局限于时间地点的限制。

（三）开放通信原理实验室

实验室开放是指各类实验室在完成计划内教学任务的前提下，利用现有的师资、设备等资源，面向学生开放，为学生提供更多的实验学习的方式。传统的通信原理实验室只在上课时间开放，浪费了实验资源，无法为想学习的学生提供场所。实验室开放后，通信原理实验室留有专门的教师值班，方便解答实验中遇到问题的学生。这样既充分利用了实验室资源，也为学生们进行实验学习提供了方便，学生可以根据兴趣开发、设计一个通信系统，进行理论验证，切实提高实践能力，分析问题、解决问题的能力。

（四）改革实验室配置，更换新的实验设备

原来的通信原理实验单独在一个实验室，无法和其他实验联动，并且实验设备老化，很多实验调试困难，浪费了大量的时间。经过一系列改革，把通信原理实验和移动通信、光纤通信等课程的实验放在一个实验室，更换了新的实验设备，这样很多实验可以联动，帮助学生实现了专业知识的融合，提高了学习的兴趣。

（五）改变实验教学方法

将通信原理实验引进课堂，部分实验内容利用仿真软件在课堂中演示，及时把理论和实践相结合，使学生们更容易理解通信的理论知识；理论教学引进实验室，一些能用硬件完成的实验，把相应理论知识的讲解放在实验室，讲完理论后即刻用实验验证，融理论教学与实践教学为一体，使通信原理中的理论知识在实际中得到应用和体现，解决由于通信原理的知识抽象而造成的难理解、难接受的问题，加深学生对知识的深刻理解，并能创新、灵活应用，同时诱发学生的学习兴趣，提高学生的动手和实践能力。

（六）成立通信原理实验学习兴趣小组

在通信原理实验课程的改革建设过程中，发现学生们的实践能力仅仅在课堂上锻炼显然是不行，因此如何高效利用学生们的业余时间，提高其实践能力，成为在课程建设中考虑的问题。学生除了传统的课堂学习之外，根据通信原理课程的内容和特点，依据学生兴趣、特长等多个方面，组建学习小组，参与项目实践、学术讨论等活动。研究小组采取教师协助为辅、学生自治为主的管理制度。每个小组都推选一名学生作为组长，负责吸纳选择小组成员、组织本组的科技创新活动、召集小组成员讨论和向指导教师汇报等工作，这样同学们可以根据兴趣确定学习方向，有针对性的进行学习。

四、结束语

通信原理这门课程理论性强，很多理论知识和技能必须在实践中理解和掌握，达到学以致用的目的，因此构建合理的实验体系，改革目前的实验教学模式是培养具有创新能力的高素质人才的途径之一。通信原理课题组的老师依托集成测控技术研究所进行的通信原理实验教学方法的改革与探索，必将全面提高学生的实践能力以及创新能力，提高通信原理的教學质量，为后续课程的学习提供保证。

参考文献

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[6]周乃新，姚郁，杨桅.深化实验教学改革，创建特色实验体系[J].实验技术与管理，2009，26（4）：138-140.

[7]蔡建秋，金清理，李士本.构建实验项目评价机制，推动实验教学改革[J].实验技术与管理，2013，30（7）：138-140.

[8]董欣.创新型人才培养与实验教学改革的探索[J].实验技术与管理，2011，28（9）：142-144.

[9]杨达亮，卢子广，杭乃善.电力电子技术实验改革与实践创新平台建设[J].实验技术与管理，2013，30（8）：171-174.

[10]王香婷，李明，石超.深化实验教学改革，培养创新型人才[J].实验室研究与探索，2011，30（9）：124-126

[11]沈雄威，仇润鹤，孙培德，等.电气信息专业实验教学改革研究与实践[J].实验室研究与探索，2013，32（6）：145-147.

[12]许晓荣，李光球，章坚武.无线信道仿真在通信原理实验中的研究[J].实验室研究与探索，2012，31（4）：250-254.

[13]孙爱晶，刘毓，等.基于软件仿真的通信原理实验教学[J].实验室研究与探索，2010，29（1）：135-137.

基金项目：2014年辽宁省普通高等学校本科教育教学改革研究项目（编号：UPRP20140207）；2014大连工业大学校级教学改革项目（编号：JGLX14090）

作者简介：袁爱霞（1980-），女，汉族，山东德州，硕士，大连工业大学讲师，研究方向为无线通信、现代教育技术。

赵昕（1968-），男，汉族，辽宁北镇，硕士，大连工业大学教授，研究方向为数字信号处理、教学管理。

里红杰（1979-），女，汉族，辽宁营口，硕士，大连工业大学讲师，研究方向为数字图像处理、现代教育技术。

兰振平（1978-），女，汉族，辽宁丹东，硕士，大连工业大学副教授，研究方向为无线通信、现代教育技术。

作者：袁爱霞 赵昕 里红杰 兰振平

通信原理实验教学论文 篇3：

GNU Radio在通信原理实验教学中的应用

【摘要】GNU Radio是一个开源的无线电信号处理平台，可以与配套硬件实现各种无线电通信实验内容。本文针对现有通信原理实验教学内容单一、创新性不够的情况，将GNU Radio引入到通信原理实验教学中，使实验内容与日常生活紧密相连，提高学生对通信原理实验课程的兴趣，加深学生对抽象知识的理解，达到良好的教学效果。

【关键词】无线电信号;通信原理;GNU Radio

一、引言

在电子信息工程、通信工程等专业中，《通信原理》是一门非常重要的主干课程。但是通信原理涉及的内容很多，概念非常抽象，而且里面使用的数学公式多、公式复杂，是一门教学难度很大的课程。现有的教学手段，主要利用通信原理实验，辅助学生对书本上抽象的概念和原理有进一步的感性认识，加深他们对基本原理的理解。但是通信原理实验设备昂贵，实验内容固定，实验过程千篇一律。此外，有些实验与实际生活联系不够紧密，对学生的吸引力不够。而采用开源的GNU Radio无线电信号处理平台，可以将通信原理实验内容深入生活，不仅可以加深学生们对抽象知识的理解，而且提高学生对通信原理这门课程的兴趣，达到非常好的教学效果。

二、GNU Radio简介

GNU Radio是一个开源的、以通用软件无线电硬件平台为依托的无线电信号处理平台。它可以通过软件编程实现无线电通信的各种功能。得益于其源代码开放和配套硬件外设价格低廉的特点，GNU Radio给普通的软件编程者提供了探索无线电波的机会，激发他们的聪明才智，探索无线通信的各种技术。GNU Radio在无线电开发社区和教育机构得到了广泛的应用。

GNU Radio的软件架构如图1所示。GNU Radio是在Linux操作系统上开发的，一般运行在Linux系统上，也有移植到Windows等其他操作系统的版本。它的开发语言包括C++和Python，其中C++主要用于开发底层的数字信号处理模块，而Python则用于连接各功能子模块，以及上层应用代码。GNU Radio提供了常用的信号处理模块库以及图形化的编辑和仿真界面，可用于通信原理仿真，也可以连接到各种软件无线电硬件设备实现实际通信系统的通信，这些硬件设备包括USRP、RTL-SDR、HACKRF等。GNU Radio非常适合通信原理初学者做通信原理实验。

三、GNU Radio各模块与通信原理教学内容的对应关系

GNU Radio的信号处理模块包括信号源、信号处理模块以及一些常用的文件处理、网络通信模块和硬件平台处理模块。这里重点介绍与通信原理相关的一些模块。通信原理教学内容主要包括信源编码与译码、信道、调制解调、差错控制、同步、新型数字调制解调等。这些内容在GNU Radio中大部分都有对应的信号处理模块，即便没有相应的模块，也非常容易利用其它模块搭建出所需要的功能。表1中给出了通信原理教学内容与GNU Radio相关模块的对应关系。利用这些模块，就可以通过Python编程或采用GNU Radio的图形化软件仿真实现通信原理基本实验内容。

四、GNU Radio在通信原理教学中的应用举例

GNU Radio的图形化仿真软件名称是GNU Radio Companion （GRC），可以通过拖曳各种图形化的信号处理模块来实现通信系统的设计。这里简单介绍两个典型的通信仿真实验，方便大家理解如何使用GRC。

4.1 ASK数字调制与解调举例

ASK、PSK和FSK是经典的数字调制方式，使用GRC非常容易就能实现数字调制与解调。如果有相应的SDR硬件平台，可以很快的配置出数字调制解调的收发系统。如果没有SDR硬件平台，也可以直接用音频接口实现数字调制解调。

图2是ASK的调制解调的GRC仿真框图。该图中有两个信号源，一个是ASK的载波信号Signal Source，信号的采样频率是32kHz，这是设置输出1kHz的余弦信号;另一个是Random Source产生随机的0、1数字信号。为了保证数字信号的码率低于载波信号频率，这里采用了Repeat模块降低数字信源的码率。这里的频率和幅度都可以双击模块框，通过对话框修改设置。类型转化模块Char to Float是为了与后面的数字信号模块的数据类型一致，将字节类型转化为浮点类型。数字信源和载波信号通过Multiply乘法器实现ASK调制。调制之后的信号可以通过GRC的信宿模块显示结果。这里将输出信号连接到虚拟示波器Scope Sink和虚拟频谱仪FFT Sink这两个信宿模块，可以分别查看ASK调制波形和ASK的频谱，如图3所示。图3上部分是示波器波形，其中红色部分是數字基带信号，蓝色是ASK调制信号。图3下面部分是频谱分析，其中绿色线表示峰值频谱，蓝色线表示实时频谱。可以看到ASK主要频率是在载波的频率1kHz附近。

ASK的解调是从调制信号中解调出信源信息。按照包络检波方法，只需要对ASK进行全波整流，再经过低通滤波和采样判别，即可恢复信源信息，因此解码模块中用到了取绝对值的模块Abs、低通滤波器模块Low Filter和阈值判断模块Threshold。完整的ASK调制与解调仿真如图4所示。

4.2 FM调频语音收发实验举例

FM调频语音的收发实验除了需要用到GNU Radio平台外，还需要用到配套的硬件设备。这里选择无线麦克风作为FM调频的发送端，而廉价的数字电视接收棒RTL-SDR作为无线电接收端。本实验也可选择两块USRP硬件板分别作为收发器实现语音收发实验。

实验的原理图如图5所示。无线麦克风采集声音后调频至92MHz发射出去，而RTL-SDR则通过GRC被设置在调频92MHz处，并下变频到2MHz。RTL-SDR内部包含高速ADC，其采样的数据通过USB传输到GNU Radio的图形仿真软件GRC中。这个过程由GRC调用信源模块RTL-SDR Source实现。RTL-SDR接收的数据通过低通滤波和重采样后变成44.1kHz的音频数据，并通过信宿模块Audio Sink从电脑的音频接口输出。这样就实现了语音的无线收发实验。图6给出了GRC的各模块连接图和参数设置。

五、结论

本文对GNU Radio做了简单介绍，并将GNU Radio应用到《通信原理》课程的实验教学中。由于GNU Radio有丰富的信号处理模块，可以设计各种验证通信原理的仿真实验，而且可以跟实际生活中的广播、电视、GPS定位以及移动通信等场景紧密结合。大大地提高了学生对通信原理学习的热情和兴趣，达到了非常好的实验教学效果。

参考文献

[1] GNU Radio Home Page. https：//www.gnuradio.org/

[2] 金伟正，赵小月，肖云等. 基于GNU Radio的频谱分析仪设计[J].实验室研究与探索， 2019， 38（01）： 86-90.

[3] 蒋相. 基于GNU Radio和USRP X310的多带Chirp信号检测[J].电子科学技术， 2016， 03（03）： 243-248.

[4] 林广荣，林新荣，高时汉等. 基于GNU Radio的窄带卫星收发信机研究与实现[J].移动通信， 2016， 40（08）： 70-74.

作者：谭平 撒卫平 刘冠群 刘军华