基于e—Labsim平臺的通信原理實驗教學研究

楊靜

摘 要：針對通信原理課程理論性強且概念抽象，傳統以實驗箱為主的硬件實驗教學平臺在有限的實驗課時內無法充分完成實驗內容導致實驗效果差的缺點，我們將e-Labsim仿真平臺引入到以實驗箱為主的硬件實驗教學中，拓展了學生的實驗空間，激發了學生的學習興趣。該文設計的實驗思路是：從以實驗箱為主的硬件實驗平臺入手，了解電路設計及各環節的具體實現；再通過e-Labsim仿真平臺補充拓展實驗內容，培養了學生的創新意識。

關鍵詞：e-Labsim 硬件實驗 通信原理實驗

中圖分類號：G642.0；TN 911 文獻標識碼：A 文章編號：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 studentsinnovation consciousness.

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

“通信原理”是高校通信電子信息類專業的專業基礎課，理論性強且概念抽象[1]。如何讓學生將課本上學到的理論知識點與實際通信系統應用相結合，不但掌握抽象的概念，而且理解相關知識點在通信系統里發揮的作用，通信原理實驗教學將起到關鍵性作用。

為了讓學生了解通信系統各環節的具體實現，傳統的通信原理實驗教學往往圍繞各大廠家提供的通信原理實驗箱開設的硬件實驗教學模式[2]。依據多年通信原理實驗教學經驗，此硬件實驗模式主要存在以下問題：（1）在有限的實驗課時內，無法充分完成實驗內容，導致實驗效果差；（2）實驗設備故障頻頻，嚴重影響實驗效果；（3）實驗設備升級擴展不方便，維護成本高等。因此，通信原理實驗教學迫切需要引入新的教學平臺，與硬件實驗教學平臺相結合，改善實驗效果。

針對上述問題，對通信原理實驗教學平臺進行了研究探索，將e-Labsim仿真平臺引入到硬件實驗教學中，相輔相成，相互補充。

1 實驗平臺的改革

常用的通信原理實驗教學平臺主要是以實驗箱為主的硬件平臺，優點是學生可以接觸到實際的硬件電路模塊，實驗過程中學習使用各種通信儀器設備，提高學生的動手操作能力[3]。缺點是由于實驗時間和實驗設備的限制，學生較難自行設計實驗，不利于創新意識的培養。

如何在兼顧實驗箱硬件實驗平臺優點的同時，克服缺點，改善通信原理實驗教學效果，是一個值得思考的問題。e-Labsim仿真平臺是一種模塊級仿真平臺[4]，主要包括兩個特點。首先，e-Labsim是一種虛擬實驗教學平臺，它是在個人計算機（Personal Computer， PC）上實現與硬件實驗設備相同功能及操作方式的仿真系統。因此，e-Labsim仿真平臺可以彌補以實驗箱為主的硬件實驗教學課時不足以及實驗設備有限的缺點，拓展了實驗教學的時間和空間。其次，e-Labsim仿真平臺內置完整的二次開發模塊，學生可以進行創新設計，搭建功能各異的通信系統框架，培養學生的創新能力。

因此，在通信原理實驗教學中，將e-Labsim仿真平臺引入到以實驗箱為主的硬件實驗教學中，不但鍛煉了學生的動手操作能力，而且培養了學生的創新意識，激發了學生的學習興趣。

2 實驗

該文以眼圖為例，說明e-Labsim仿真平臺和以實驗箱為主的硬件實驗教學平臺的結合應用。

2.1 眼圖的實驗箱實驗

在通信原理實驗教學課堂上，利用通信原理綜合實驗箱LTE-TX-03A，觀測振幅鍵控（Amplitude Shift Keying， ASK）調制解調系統中的眼圖。此時，只需要利用信源模塊、3模塊和4模塊。具體連線，如表1所示。

實驗箱硬件實驗中眼圖的觀測步驟為：以信號源模塊時鐘“CLK1”的信號觸發，用示波器觀察實驗箱中信號輸出點“TH2”處的波形，即為眼圖的觀測點，結果如圖1所示。

由眼圖原理可知，眼圖是由示波器的余暉效應產生的，觀察眼圖時需要點擊示波器的DISPLAY，選擇“持續”時間為2 s。依據眼圖結果判可以判斷出最佳判決電平和最佳抽樣時刻，定性分析碼間干擾和信道噪聲對該通信系統差錯性能的影響。由圖1可知，該ASK調制解調系統中存在明顯的碼間干擾和信道噪聲現象。

2.2 眼圖的e-Labsim仿真實驗

上述2.1中的以實驗箱為主的硬件實驗教學中，學生在有限的實驗教學課時內由于實驗設備使用不熟練等問題，往往不能順利完成實驗，導致實驗效果不理想。此時，e-Labsim仿真平臺不但可以解決此問題，而且還可以對實驗內容進行擴充，通過不同的通信系統觀測眼圖。例如，在二進制相移鍵控（Binary Phase Shift Keying， BPSK）調制解調系統中觀測眼圖。

該實驗需要利用e-Labsim仿真平臺的信源模塊、9模塊和13模塊，如圖2所示。具體連線，如表2所示。

利用e-Labsim仿真平臺觀測BPSK調制解調系統中的眼圖，具體步驟為：設置主控菜單，選擇[主菜單]→[通信原理]→[BPSK/DBPSK數字調制解調]。用示波器的CH1通道接信號源CLK，CH2通道接9號模塊LPF-BPSK，點擊示波器TRIG MENU，選擇信源為CH1，觀測結果如圖2所示。由e-Labsim仿真結果可知，與圖1中硬件實驗箱示波器結果一致。因此，e-Labsim仿真平臺解決了實驗箱硬件實驗平臺由于時間空間限制實驗效果不理想的問題。

通過此實驗，學生不但對眼圖的具體實現有了親身體會，而且還對眼圖在通信系統設計中對碼間干擾和信道噪聲的定性分析有了更深層次的理解，為后續減弱碼間干擾的均衡技術的學習奠定基礎。

3 結語

該文將e-Labsim仿真平臺引入到以實驗箱為主的硬件實驗教學中，使它們相互補充，相輔相成。不但解決了硬件實驗教學由于課時和設備的限制實驗效果不理想的問題，而且將實驗內容進行了拓展，提高了學生的學習興趣，培養了學生的創新意識，為學生今后該專業的工作和繼續深造打下良好的基礎。

參考文獻

[1]徐彥凱，雙凱，姜珊.通信原理實驗教學的探索[J].實驗室研究與探索，2011，30（6）：316-318，335.

[2]孫愛晶，劉毓.基于軟件仿真的通信原理實驗教學[J].實驗室研究與探索，2010，29（1）：135-137.

[3]顧朝志，蔡麗萍，盧曉軒.“通信原理”精品實驗項目的建設[J].電氣電子教學學報，2015，37（5）：103-105.

[4]袁麗娜，黨瑩.基于e-Labsim平臺的GMSK調制與相干解調研究[J].無線互聯科技，2015（5）：1-3.