通信的基本原理范文

【关键词】LabVIEW；通信原理；虚拟实验；远程教育

1.引言

《通信原理》课程是我校通信工程专业、电子信息工程专业的一门专业基础课，学生对本门课程的掌握程度直接影响到后续专业课程的学习。在实际教学中认识到由于其理论性比较强，学生容易产生厌烦心理。因此，需要大量相关的实验操作实现对理论知识进行理解、消化。实际的通信系统实验又很难都在实验室中完成，通过进行虚拟实验平台的建设可以很好的解决这样的问题。虚拟实验除了具有在时间上和空间上的应用都非常灵活的特点，还可以减少实验室中实验设备的损坏维修费用。现已被越来越多的高等院校校所认可，并逐步实现采用虚拟实验室对传统的实验室进行补充和替代[1-3]。

2.通信原理虚拟实验平台总体结构

建设通信原理虚拟实验室平台的目标就是在结合理论教学的基础上，构造适合本校学生学习、运用及研究该课程的实验环境[4]。为了尽可能多的包括通信原理课程的实验，该平台设计了几乎涵盖了通信原理课程的所有重点理论内容。实验平台设计的总体结构如图1所示。

3.通信原理虚拟实验平台设计及实现

3.1设计目标

通信原理虚拟实验整体平台设计不能太复杂，以免使得学生望而生畏，应能较好的运用虚实结合的特点，给出参考范例，学生可以自行搭建设计。

具体的设计目标如下：努力使系统的内容将通信原理课程大多数实验内容都包含进去。整个实验平台应该保证每个子模块是相对独立的，以便进行后续的扩展；系统应具有较强的健壮性，提供的实验环境应该是非常稳定的，避免由于学生的不正确操作而出现系统崩溃的情况；系统的用户界面要比较友好，具有较好的交互性，包含完整的帮助文档，操作简单，能够及时响应操作。

3.2设计实例

LabVIEW程序主要包括前面板和方框图程序两部分。前者主要是模拟真实仪器的面板操作，可进行输入数值设置、文本显示等操作。方框图程序主要是应用图形编程语言进行编写，类似于传统程序（如C语言）的源代码，可以传送前面板输入的命令参数到具体仪器，然后进行相应的操作。LabVIEW的特点之一就是流程图程序设计语言，这与传统程序语言线性结构不同。下面以实验平台中模拟通信系统的非线性调制的仿真平台为例进行叙述。频率调制（FM）是一种载波频率随基带信号的变化而改变的一种调制方式，是参考教材第五章第三节的内容[5]。虚拟实验平台的进入界面如图2所示。

点击入口按钮后进入实验系统选择模块，如图3所示。选择模拟通信系统非线性调制进入非线性调制（FM）实验平台，对应的前面板及程序框图如图4、图5所示。

在给学生频率调制实验的讲解时，需要从更实用的角度进行介绍，应该考察载波频率和FM偏移对于调制所得的FM信号产生的影响。

在这里需要对基带频率、载波频率和FM偏移三个基本参数进行调整。基带频率可以调整信息信号的频率。

载波频率则是用来传输信息信号的频率。而FM偏移则确定了载波信号和调制信号的最大瞬时频率差。首先对基带频率进行调整，观察由此对FM调制波形图所产生的影响。然后改变载波频率，观察对FM调制信号的影响，频率偏移可以自动进行调整，以免超过载波频率。载波频率等于基带频率情况下的波形图如图6所示。由于这些频率是完全一致的，因此FM调制信号不再是纯粹的正弦信号。

从图6中可以看出，调制后的信号已经不能清晰地表示基带信号。在理想情况下，载波频率应该远高于基带信号的频率。在图7中，能看到载波频率提升之后的结果。这里每个频率的整周期信号都已经被表示出来了。

下面考察调制指数对与FM信号的影响。将载波频率调整到最大值1MHz。注意到FM偏移的最大值已经自动调整为500kHz。然后拖动滑动条将FM偏移设定为1MHz，并观察结果。所得到的时域信号的频率波动非常明显。如图8所示，基带信号的最低电平是由0Hz频率所表示的，而基带信号的最高电平则是由2MHz频率所表示。

较大的FM偏移值从视觉上而言比较直观，而较小的FM偏移值则不然。为了证明这点，把FM偏移值设定为200kHz，在这种情况下，基带信号的不同电平将由800kHz至1.2MHz的频率表示。调制后的时域波形如图9所示。此时，频率偏移的变化在时域上不再那么明显。但是，这种影响对于通信系统而言则是至关重要的。理想情况下，一个通信系统应该采用最大的频率偏移，以便更精确地表示基带信号，但增加频率偏移的代价则是提高信号发生的功率以及所占用的频带宽度。

可以通过点击“频域”标签，观察调制后信号的FFT功率谱。同时逐渐调整频率偏移变量，观察对信道宽度的影响。注意到频率偏移较高的情况下，信道将占据较宽的频带。图10中是一个载波频率为1MHz，频率偏移为500kHz的FM信号。可以从图10中看出，调制信号占据了超过1MHz的带宽。

实践证明通过这样的讲解，学生可以很轻松的掌握频率调制的原理，收到了实验辅助理论教学的作用。

4.虚拟实验室在远程教育中的应用

LABVIEW还具有非常强大的网络功能[6-7]，本实验平台利用LabVIEW虚拟仪器技术与Web技术，将实验平台放在实验室服务器中，远程客户端可以通过网络访问服务器进行虚拟实验。实现了学生在宿舍也可以进行实验的目的。LabVIEW中集成了Remotepanel技术，在实验室的服务器程序设计完成之后，可以通过LabVIEW程序中的网络工具将程序嵌入到HTML文件中，然后通过LabVIEW提供的网络服务器向网上进行，可以实现浏览器访问.此时，当用户在浏览器环境下键入产生的HTML文件网络路径后便可在自己的PC机上使用Web上的虚拟仪器进行通信原理的相关实验了。

5.结束语

通信原理虚拟实验平台涵盖了通信原理课程中的主要内容，提供了所有仿真实验的源代码，学生可以自己进行程序的修改，可以充分调动学生的学习积极性，提高学生对通信原理课程的学习兴趣。一方面可以弥补实验箱覆盖面有限的问题，另一方面又可以加深学生对通信原理理论的理解。使学生从被动应付实验变为主动设计实验，使学生脱离了固定实验室时间和地点的限制，有利于充分发挥学生的主观能动性和创造性。

参考文献

[1]魏芸.基于《微机原理与接口技术》的虚拟实验研究[J].自动化与仪器仪表，2013（2）：32-33.

[2]杨勇，杨艳丽，罗海燕.基于LabView信号的处理网络虚拟实验室设计方法[J].沈阳农业大学学报，2009，40（5）：627-629.

[3]王秀芳，魏宇恒，张昆，等.通信原理网络虚拟实验室的开发[J].实验室科学，2010，13（5）：133-134.

[4]刘亚荣，谢晓兰，杨晓斐，等.通信原理虚拟实验平台开发[J].桂林理工大学学报，2013，33（2）：345-348.

[5]樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2006.

[6]刘君华.基于LABVIEW的虚拟仪器设计[M].北京：电子工业出版社，2003.

[7]岂兴明.LabView8.2虚拟仪器设计入门和开发[M].北京：人民邮电出版社，2008.

作者简介：

唐万伟，硕士，唐山学院讲师。

通信的基本原理范文篇2

关键词通信原理；学时；先修课程；课程群建设；仿真教学

中图分类号：G642文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）14-0076-04

通信原理是信息类学科重要的专业基础课程，本课程的主要特点是理论深、应用广、难度大、变化快，并且知识体系繁杂，前后概念与内容相互交错，教和学都存在相当大的难度。关于该课程的教学改革论文比比皆是，大多涉及教学观念的转变、教学方法和手段的改革、教材的选取等[1-3]。作为系统知识的传授者，教师在教学的过程中仍然发挥着主导作用，教师如何在有限的学时内很好地完成教学任务是不容忽视的问题。在当前教学学时数不断受到压缩而教学内容却因通信技术的发展增加了许多的情况下，教学内容多和学时数偏少之间的矛盾更加突出。笔者根据多年的通信原理及其相关课程的教学实践，对学时紧张与教学内容繁多的矛盾做了较多的摸索与实践，在中原工学院（以下简称“我校”）的相关课程教学中取得良好的成效，总结起来主要有以下三个方面。

1注重与先修课程的紧密衔接和渗透

在本科的教学计划中，专业的课程设置大多分为技术基础课、专业基础课和专业课，在教学时间安排上是技术基础课在先，接着是专业基础课，最后是专业课。当然各课程的教学内容既存在前后的连贯性，又存在相互的渗透性，若能将多门课程综合研究，在教学过程中承前启后，尽量减少重叠部分，使教学内容安排紧凑合理，更加连贯和系统化，将能有效节省学时，提高教学效率。

通信原理作为信息类学科的专业基础课，与其先修课程信号与系统及随机信号分析就有着紧密的联系：通信原理课程很多的知识点都建立在信号或系统的概念之上；随机信号的理论知识作为现代信号处理的重要理论基础和有效方法，在通信与信息系统、信号与信息处理、电子信息科学技术等专业的知识结构中起着承上启下的作用。二者是信息类专业重要的学科基础课程，这两门课程对学生的数学基础要求很高，教师教学时大多只注重数学层面上的理论分析，理论与实际脱节，原理方法与应用联系不多，往往会让学生感觉课程内容繁杂，理解不透，更不知道该如何去应用。也就是说学生在未接触到专业基础课之前，不知道这些技术基础课的学习有什么用？用在哪里？

因此，在讲授这两门课程之初就应该从专业的角度让学生明白通信的本质是信息的有效和可靠的传递和交换，而信号是传输信息的手段，即信息的物质载体是信号，所以学习专业基础课通信原理之前首先要对信号（包括确知信号和随机信号）有全面的分析和特性了解，信号的理论基础是很多后续专业课程（比如通信原理）的数学工具，而后续的通信原理课程就是从信号通过实际通信系统进行传输的角度，讨论如何在噪声背景下提取有用信号，更多地侧重于调制技术的介绍。这样在技术基础课的学习时，授课教师就从专业的角度讨论其授课内容在后续课程通信原理及其实际应用中的作用，将事半功倍。

笔者在讲授信号与系统和随机信号分析这两门课程时，不单要求掌握确知信号与随机信号分析与处理的基本概念、理论和方法，更重要的是让学生明白对信号（时域和频域）的分析描述和对系统（线性和非线性）的分析所需的一整套理论是理解和分析一切通信系统的基础；以实际的通信工程系统作为主要应用背景，把频谱分析和信号带宽结合起来，把系统分析和信道传输特性及信道带宽结合起来，让学生明白信号和系统分析的目的是为了更好地分析和设计通信系统。这样有的放矢（“启后”），在后续通信原理的相关内容讲解时水到渠成，过渡自然。

以我校所选用的樊昌信编著的《通信原理》（第6版）[4]为例，在教学实践中，学习第2章“确知信号”和第3章“随机过程”时，由于先修专业技术基础课程信号与系统和随机信号分析这两门课程学习时“有什么用，用在哪里”的问题已提前解决，学生都已掌握得较好，只需提纲挈领地回顾，提出学习重点和要求，至少可以节省四个学时的教学时间。这样既让学生对专业知识的理解和掌握形成一体化结构，又有效地提高了教与学的效率。

2加强课程群建设和教师队伍建设

为了将“与先修课程紧密衔接和渗透”很好地落到实处，必须加强课程群建设和相关课程教师队伍建设。在教学上关联程度大或者成体系的若干门课程的集合称之为“课程群”，通信原理课程内容丰富、理论深、应用广的特点决定了其在信息类专业基础课中的核心地位。为此，我校成立信息类专业平台课课程群，该群内课程主要有信号与系统、随机信号分析、通信原理、数字信号处理这几门关键的技术基础和专业基础课。课程群内的课程密切相关，互相渗透，群内课程统一规划建设，构造完整的课程体系。

以前的授课模式是某位教师一直负责某一两门课，这样做的优点在于能从持续反复的教学中摸索经验，增强单门课程的教学效果。但各课程由不同的教师独立讲授，不利于把多门关联密切的课程相互衔接，建立完整的知识结构体系。某一门课的授课教师对其他相关课程的教师具体都讲了什么、怎么讲并不是特别了解。通过课程群建设，课程组组织教师就群内课程进行探讨学习交流，在授课教材和内容的选取方面统一协调，梳理群内课程各知识点之间的先后衔接，交流授课技巧，将多门课程融合为一个有机的整体，同时也促进教师知识结构的完善和水平的提高。

通过实践摸索后尝试让同一位教师连续跟踪同一个教学班级，循环讲授专业平台课程群内的各门课。例如，笔者在大二下学期给信息类10级学生讲授随机信号分析课程，对于其中平稳随机过程的均值、方差、自相关函数的定义及对应的物理意义直流功率、交流功率、平均功率已进行详细讲解，信号的特征估计也进行重点讲授。对用统计的方法研究随机过程的功率谱密度，已经详细分析推导得出相应的表示式，并分析了表示式的物理意义及分析随机信号频谱特性的目的。此时就特别强调在通信原理课程中数字通信部分，分析数字基带信号（随机脉冲序列）的频谱特性时将采用这种方法，所以笔者在接下来大三上学期给10级学生讲授通信原理该部分内容时，提前预习时就和学生提到了先修课程随机信号分析的这部分内容（“承前”）。因为是同一位教师讲授，上课时又特别强调过，所以大多数学生还有印象，经过课下的回顾和复习，上课时直接过渡到使用这样一个推导结果即可。

这样做在先期的技术基础课程随机信号分析中分析推导公式、阐述物理意义，奠定专业理论素养；在通信原理的学习中对于复杂的公式推导和定理证明在课堂教学中弱化，侧重于引导学生对于物理意义的理解和专业上的应用，前后课程的教学安排更加合理化的同时也相应减少了教学学时，有利于把更多的时间用于通信技术的学习和实际应用上。

3仿真软件的辅助教学与学习

多媒体教学的广泛应用增大了课堂容量和信息量，大大提高了教学效率，通信仿真软件（MATLAB/Simulink、SystemView等）[5-7]在课程学习中的应用更是如虎添翼。用易学易懂的计算机仿真分析代替枯燥繁琐的理论分析和推导，学生可以迅速进入系统设计的研究环境，这又主要包括课堂教师的仿真教学准备和课下学生的仿真实践锻炼两个方面。

课堂教师的仿真教学准备通信原理课程教学过程中需要构建各种通信系统，分析系统的工作过程以及系统的有效性、可靠性，整个分析过程若用仿真过程表示则直观生动形象，易于被学生接受。以笔者讲授2PSK调制解调原理为例，在进行相干解调时得到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波至关重要，可是解调时恢复的本地载波存在180°的相位模糊，从而会导致“倒π现象”[4]，大家普遍对这个“倒π现象”比较困惑。为此，笔者根据原理构建了基于SystemView的简单的2PSK调制解调系统的仿真模型，如图1所示。

在系统的仿真模型各关键点处设置观察窗，实时观测信号波形及系统运行情况，以便对系统信号的流程和变换有一个直观、动态的理解。图1中在图符模块1、3、6、26、27处设置观察点，分别用于观测仿真模型中的源码（绝对码）、相干载波、已调2PSK信号、解调时相乘器输出、抽样判决输出（恢复的绝对码），仿真过程按信号流向各波形用瀑布图表示，如图2所示。由图可见，除略有时间延迟外，解调还原的数字基带信号（图2中的第五行波形）与发送端的基带信号（图2中的第一行波形）完全相同。这种正确的解调建立在接收端解调时所用的本地载波（图符3）与发送端调制时所用载波同频同相的前提条件下，若改变仿真模型中的本地载波相位，使本地载波与发送端调制时所用载波反相，则仿真过程瀑布图如图3所示，解调还原出的基带信号（图3中的第五行波形）与发送端的数字基带信号（图3中的第一行波形）完全相反。

图2和图3的实时观测结果直观地显示了整个系统各环节的工作情况，每个环节对应的功能模块是否正常工作一目了然。通过仿真，使原本枯燥的静态理论知识变得“动”起来，极大地激发了学生的研究兴趣。对课本中的其他调制解调系统，学生都学着采用仿真方法建立模型设置参数，仿真分析其中的“奥秘”，很快就掌握了相关原理，避免了以前反复的理论讲解学生仍不明白的情况，极大地提高了课堂教学质量和学习效率。

课下学生的仿真实践锻炼有了课堂仿真教学的引导运用，学生被吸引进入到通信系统的设计研究环境中，大大增强了自主学习的积极性。学生课下自己构建通信系统，通过仿真进行求证与讨论更有利于课堂知识的吸收消化，同时又容易与工程实践建立起紧密联系，利于创新能力的培养。利用SystemView持续不断更新推出的各种库资源，而这些库资源与最新研究应用密切相关，可方便地完成许多完整的新型通信系统的设计和仿真，对于不满足既定教材和教学内容的学生可以紧跟专业学科发展的步伐，留有足够的学习和发展空间。

4结语

结合通信原理课程其他方面的教学改革，笔者通过将摸索总结的以上几点在实际教学中对多届学生进行实践使用，取得良好的教学效果，很好地解决了教学内容多和学时数偏少之间的矛盾。学生普遍反映前后课程联系密切了，知道所学的知识怎么用了，系统性增强了；教师也不用每堂课都“满堂灌”赶教学进度了，而可以更多地把工程实践问题引入课堂教学，加强学生工程素质的培养，达到学以致用的目的。

参考文献

[1]蒋铃鸽，黄继翔.“通信原理”多元化教学的探索实践[J].电气电子教学学报，2009，31（3）：95-97.

[2]张鸣，李白萍，等.《通信原理》多维教学的探索实践[J].武汉大学学报：理学版，2012，58（S2）：92-94.

[3]黄葆华，等.SystemView仿真“通信原理”课堂教学中的应用[J].中国电力教育，2012（35）：50-51.

[4]樊昌信.通信原理[M].6版.北京：国防工业出版社，2006：188-189.

[5]邵玉斌.MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京：清华大学出版社，2008.

通信的基本原理范文

关键词：通信原理网络教学多课程融合教学

通信信息业属于知识密集型行业，伴随着通信产业规模的快速扩张，新通信服务观念的更新、技术的进步、客户需求的多样性，必然引发新通信人才整体和多样性需求的持续增加。而通信原理课程是通信专业的重要专业基础课，教学效果直接影响到通信专业学生培养质量，如何改革通信原理教学，使其适应市场需求的变化是亟待研究的问题。本文拟从确定通信原理课程定位、开展网络教学和加强实践教学等方面对我校如何立足学校定位和现有资源开展通信原理课程教学加以分析。

一、近年来通信产业对人才的需求情况

今年来我国的通信事业迅猛发展，固定、移动电话用户数和宽带用户数位居世界第一。在国家政策导向下，电信的市场化程度进一步提高，在基础电信领域形成了中国电信、中国移动、中国联通三强竞争的格局，以通信运营商为主导的通信产业链不断扩大，一跃成为国民经济的基础产业、先导产业和战略产业[1]。

面对技术、市场和竞争环境的变化，各运营商不断探索新的赢利模式，推进企业的战略转型，实现企业的健康可持续发展，电信企业人才需求由此引起新的变化：

（1）在通信网络由传统的电路交换网络向基于全IP化的网络演进过程中，需要更多的既熟悉通信技术又精通计算机技术的复合型人才。随着电信BOSS系统、综合营帐系统和其他一系列信息支撑系统的建设，急需切合电信业务管理需要的专业计算机应用人才。

（2）固定、移动网络与业务的融合对熟悉移动和固定通信技术的复合型人才需求将更加旺盛。

（3）运营商的通信网络的维护体制将由单一分散的模式转向集中监控和集中维护的模式，网络维护人员从量上来讲会大大减少，且要求具有更加丰富的全网知识和技能，专业分工的界限进一步淡化；而随着主体运营商对行业价值链整合力度的加强和业务外包政策的实施，在主体运营商周围将出现一大批电信服务商和虚拟运营商，以专业分工为特征的传统通信人才将主要服务于主体运营商以外的通信服务商。

（4）以数据业务为代表的增值业务将成为运营商未来业务发展的重点，因此需要更多的增值业务开发和管理人才。

二、我校通信原理课程教学现状

我校是定位于服务于地方经济的教学研究型地方本科院校，培养目标是培养具备一定理论知识和较强实践动手能力的应用型人才。

目前我校在电子信息工程和通信工程两个本科专业开设了通信原理课程，都为必修课，共有76个学时，其中理论教学60学时，实践教学16学时。理论课采用多媒体教学，实验课采用实验箱做八个实验，基本都是验证性项目。经过几年教学发现了几点不理想的地方，主要体现有：

（1）部分基本理论仅是记忆而没有真正理解，我认为有几方面原因，首先是学生还没有建立系统的概念，知识点支离破碎，其次是部分繁琐的数学推导和深奥理论不易于理解。

（2）理论联系实际能力不强，创新性训练不够，首先是教师大都没有工程背景，其次是实验设备较落后，与实际系统有很大的差距，最后由于科研实力和教学资源有限，无法给学生提供足够的创新性训练。

三、确定通信原理课程定位，统筹协调与前期和后续课程关系

通信原理是通信工程专业的重要专业基础课，它为学生以后分析通信问题提供基本原理和基本方法的支持，是学生建立通信全程全网概念的重要基石，是通信专业应用型人才必须具备的理论基础。但单单靠通信原理课程分配的学识是很难让学生完全地掌握，这就需要通信原理课程的前期和后续课程为其提供一定通信原理问题的训练，例如在单片机、DSP、MATLAB、EDA等课程或课程设计中加入一些通信原理的应用，在移动通信、光纤通信、卫星通信等课程中加强运用通信原理分析实际系统的训练。我校教学资源相对紧张，无力大范围培养研究型和复合型人才，只有确立通信原理课程的定位，明确目标，多门课程为之服务，集中资源有效利用，才能在有限师资条件下实现应用型人才的培养目标。

四、多课程融合加强实践性教学

加强实践教学，突出学生实际动手能力培养，是培养应用型人才的需要。在实践教学过程中，通过建立实践教学质量标准体系和质量控制体系来

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提高实践教学的效果。认真做好学生平时实践和模拟实习管理，建立平时实验、实践、实训的量化考核标准。对有条件的专业课程，采用理实一体化教学。

受学校办学条件影响，我校通信原理实验设备资源相对较少，现有实验箱可开项目较少，而且多为验证性实验，综合性实验和自主创新试验极少。对于帮助学生理解原理、培养学生应用理论和理论结合实际的能力非常不利。因此不能局限于通信原理实验箱开展实践性教学，应充分利用其他相关课程的软硬件资源。例如可以利用单片机、FPGA、DSP等实验室进行通信系统某个模块的设计实验；利用MATLAB实验室进行仿真试验，让学生有直观认识，加深理论理解，避免繁琐的算法，让学生掌握结论的应用；利用移动通信、光纤通信、网络原理实验室和课程设计进行综合性的实验，加强学生对原理的应用能力。

五、充分利用网络实现建构主义教学

通信原理课程教学安排很难与学生不同的情况完全匹配，这就需要某种途径延伸课堂教学，而互联网就是一个非常适合的平台。

首先建设通信原理教学网站，让学生不受空间和时间的限制随时随地利用网站教学资源进行学习，利用习题资源进行自我训练，利用教学文件确定个人学习目标；

其次建立网上交流平台，利用论坛或QQ群等方式让师生互动，构建学习情境，促进学生自主学习能力，通过交流调整教学方法和教学计划更好匹配学生个性需求，增加学生学习热情；

最后通过网络平台让学生了解通信专业的最新动态，了解通信原理在工程中的应用，增强理论联系实际能力。

六、总结

要较好地开展通信原理教学应该注重两方面：一是要尊重通信原理课程教学规律，对于工科专业来说通信原理不仅仅是讲出来的还要使做出来的，理论教学和实践教学一定要相辅相成互相配合；二是一定要切合学校校情，制定合理的培养目标和相匹配的教学大纲，有利于学生对所学知识融会贯通，形成整体的知识结构。