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基于e―Labsim平台的通信原理实验教学研究

出处:论文网
时间:2017-10-08

基于e―Labsim平台的通信原理实验教学研究

  中图分类号:G642.0;TN 911 文献标识码:A 文章编号: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 students’innovation consciousness.

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

  “通信原理”是高校通信电子信息类专业的专业基础课,理论性强且概念抽象[1]。如何让学生将课本上学到的理论知识点与实际通信系统应用相结合,不但掌握抽象的概念,而且理解相关知识点在通信系统里发挥的作用,通信原理实验教学将起到关键性作用。

  为了让学生了解通信系统各环节的具体实现,传统的通信原理实验教学往往围绕各大厂家提供的通信原理实验箱开设的硬件实验教学模式[2]。依据多年通信原理实验教学经验,此硬件实验模式主要存在以下问题:(1)在有限的实验课时内,无法充分完成实验内容,导致实验效果差;(2)实验设备故障频频,严重影响实验效果;(3)实验设备升级扩展不方便,维护成本高等。因此,通信原理实验教学迫切需要引入新的教学平台,与硬件实验教学平台相结合,改善实验效果。

  针对上述问题,对通信原理实验教学平台进行了研究探索,将e-Labsim仿真平台引入到硬件实验教学中,相辅相成,相互补充。

  1 实验平台的改革

  常用的通信原理实验教学平台主要是以实验箱为主的硬件平台,优点是学生可以接触到实际的硬件电路模块,实验过程中学习使用各种通信仪器设备,提高学生的动手操作能力[3]。缺点是由于实验时间和实验设备的限制,学生较难自行设计实验,不利于创新意识的培养。

  如何在兼顾实验箱硬件实验平台优点的同时,克服缺点,改善通信原理实验教学效果,是一个值得思考的问题。e-Labsim仿真平台是一种模块级仿真平台[4],主要包括两个特点。首先,e-Labsim是一种虚拟实验教学平台,它是在个人计算机(Personal Computer, PC)上实现与硬件实验设备相同功能及操作方式的仿真系统。因此,e-Labsim仿真平台可以弥补以实验箱为主的硬件实验教学课时不足以及实验设备有限的缺点,拓展了实验教学的时间和空间。其次,e-Labsim仿真平台内置完整的二次开发模块,学生可以进行创新设计,搭建功能各异的通信系统框架,培养学生的创新能力。

  因此,在通信原理实验教学中,将e-Labsim仿真平台引入到以实验箱为主的硬件实验教学中,不但锻炼了学生的动手操作能力,而且培养了学生的创新意识,激发了学生的学习兴趣。

  2 实验

  该文以眼图为例,说明e-Labsim仿真平台和以实验箱为主的硬件实验教学平台的结合应用

  2.1 眼图的实验箱实验

  在通信原理实验教学课堂上,利用通信原理综合实验箱LTE-TX-03A,观测振幅键控(Amplitude Shift Keying, ASK)调制解调系统中的眼图。此时,只需要利用信源模块、3模块和4模块。具体连线,如表1所示。

  实验箱硬件实验中眼图的观测步骤为:以信号源模块时钟“CLK1”的信号触发,用示波器观察实验箱中信号输出点“TH2”处的波形,即为眼图的观测点,结果如图1所示。

  由眼图原理可知,眼图是由示波器的余晖效应产生的,观察眼图时需要点击示波器的DISPLAY,选择“持续”时间为2 s。依据眼图结果判可以判断出最佳判决电平和最佳抽样时刻,定性分析码间干扰和信道噪声对该通信系统差错性能的影响。由图1可知,该ASK调制解调系统中存在明显的码间干扰和信道噪声现象。   2.2 眼图的e-Labsim仿真实验

  上述2.1中的以实验箱为主的硬件实验教学中,学生在有限的实验教学课时内由于实验设备使用不熟练等问题,往往不能顺利完成实验,导致实验效果不理想。此时,e-Labsim仿真平台不但可以解决此问题,而且还可以对实验内容进行扩充,通过不同的通信系统观测眼图。例如,在二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying, BPSK)调制解调系统中观测眼图。

  该实验需要利用e-Labsim仿真平台的信源模块、9模块和13模块,如图2所示。具体连线,如表2所示。

  利用e-Labsim仿真平台观测BPSK调制解调系统中的眼图,具体步骤为:设置主控菜单,选择[主菜单]→[通信原理]→[BPSK/DBPSK数字调制解调]。用示波器的CH1通道接信号源CLK,CH2通道接9号模块LPF-BPSK,点击示波器TRIG MENU,选择信源为CH1,观测结果如图2所示。由e-Labsim仿真结果可知,与图1中硬件实验箱示波器结果一致。因此,e-Labsim仿真平台解决了实验箱硬件实验平台由于时间空间限制实验效果不理想的问题。

  通过此实验,学生不但对眼图的具体实现有了亲身体会,而且还对眼图在通信系统设计中对码间干扰和信道噪声的定性分析有了更深层次的理解,为后续减弱码间干扰的均衡技术的学习奠定基础。

  3 结语

  该文将e-Labsim仿真平台引入到以实验箱为主的硬件实验教学中,使它们相互补充,相辅相成。不但解决了硬件实验教学由于课时和设备的限制实验效果不理想的问题,而且将实验内容进行了拓展,提高了学生的学习兴趣,培养了学生的创新意识,为学生今后该专业的工作和继续深造打下良好的基础。

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