通信原理实验改革探究

第一篇：通信原理实验改革探究

通信原理实验改革探究

摘要本文在教学改革实践的基础上,对通信原理实验进行了教学改革探究。旨在更好地配合理论教学,加强学生对通信原理基本理论知识的掌握,培养学生的再学习能力、创新意识和动手能力。本文从通信原理实验课的特点出发,在实验内容、实验平台、实验教学和实验管理四个方面制定了系统的教学改革方案并进行了尝试,取得了良好的教学效果。

中图分类号:G420文献标识码:A

创新能力社会经济的飞速发展要求当代大学生具备更高的知识掌握和运用能力,为更好的适应社会和工作需求,他们必须练就自学习能力、创新能力、实践动手能力和科研开发能力,对知识做到学以致用,会学会用。实验是对学生的再学习能力和实践动手能力培养的最有效手段之一,在辅助教学中起着至关重要的作用,因此对实验进行教学改革是各高校教学改革的当务之急。本人凭借多年的理论和实验教学经验,结合本校理论和实验教学现状,不断探索研究,提出了一系列的实验教学改革方案并将之应用于实际教学过程中取得了良好的教学效果。现将改革重点总结如下,希望能对同行有所帮助。实验内容改革

以前我们的通信原理实验主要是验证性实验,验证性实验能加深学生对理论知识的理解,但对动手开发能力的培养却远远不够。因此我们将实验课程内容调整为验证性、综合性和设计性实验三部分。并逐渐增加综合性、设计性实验的比重。

验证性实验是实验教学中不可缺少的部分, 是学生理解、巩固、掌握理论知识的必要手段,我们挑选有代表性的实验去做,一方面强化了理论知识,另一方面为后续的综合性、设计性实验做出铺垫,打下基础。同时必须保证验证性实验与理论课教学的同步性。

综合性实验旨在培养学生系统的概念,必须按实验内容的内在联系进行设计,培养学生的综合实践能力。我们的方案是由教师提供综合性实验涉及的相关资料,然后由学生根据资料写出完整的实验方案,由教师提供相应实验模块的电路原理图,学生在读懂电路图的基础上,画出相应的电路方框图,并标出具体的测试点,完成整个实验内容的设计。这样有助于学生系统理解整个实验,还可以通过改变系统参数,测试其对系统性能的影响。实验平台改革

以前我们的实验平台主要是通信原理实验箱,实验箱比较适合于验证性实验,有利于学生深入理解通信原理的基本理论知识。但用来操作设计性和综合性实验却有捉襟见肘之感,灵活性和可操作性不强。随着实验内容的改革我们又增加了System View平台、MATLAB仿真平台和EDA设计平台。

System View是美国ELANIX公司推出的,基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具,它使用功能模块描述程序。利用System View可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统并以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。对学生深入了解硬件系统的具体实现很有帮助。EDA技术是以计算机为工具,借助EDA软件平台,用硬件描述语言完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真。

EDA实验平台一方面可以简化电路,学生用硬件描述语言代替实际连线,可以在一个可编程逻辑器件上实现多种不同的实验内容,做到举一反三;另一方面学生要充分学习实验理论以便能够自己编写程序,这大大改变了以前实验中学生只知按照实验步骤连线来完成测试内容,而根本不追求理解掌握实验原理的误区。这一平台能够大大调动学生的主观能动性,提高学生的实验兴趣和实验态度。

MATLAB是美国Math Works公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。MATLAB用于通信原理实验中,通过数学函数实现实验内容,可使学生从数学的角度深入了解通信原理的具体实现,与课堂上理论知识的数学推导直接挂钩,强化记忆。还可以通过改变参数多角度分析实验结果进行仿真,对学生综合能力提高很有帮助。其难点在于学生要充分学习MATLAB的应用,自己动手编写模块文件,这对初学者提出了更高的要求。

综上所述,我们的实验策略是验证性实验采用传统实验箱结合MATLAB仿真,MATLAB具有出色的图形处理功能,比较直观,而实验箱可以把通信原理知识的理论和实际应用很好结合;设计性实验采用EDA技术结合MATLAB工具,MATLAB平台侧重通信模块功能的数学实现,而EDA平台强调通信模块功能的硬件和软件实现,二者结合可以使学生对实验内容有全方位的把握;综合性实验采用多种平台相结合,由学生根据自身状况自行取舍,因材施教,充分发挥学生的主观能动性。实验教学方法改革

为了融多种实验平台于实验教学中,我们对传统的实验教学方法也进行了相应的改革。

验证性实验的教学方法是实验箱操作与软件仿真相结合,验证性实验较为简单,主要依靠实验箱上已给模块连线操作,借助数字示波器观测分析实验波形。已有固定实验模块主要是模拟现实应用,测得波形大多存在延时和失真,对于理论学习不够扎实的学生,往往不能观测和识别正确的波形,更谈不上做出详细准确的实验分析结果。因此,可以借助MATLAB绘制波形,有利于学生把握实验结果,从而提高实验的整体效果。

设计性实验的教学方法是模块仿真和EDA技术相结合。DSP技术和EDA技术是目前实际通信产品开发的两种主要技术,前者对普通大学生来说要求较高、难度较大,因此建议采用EDA平台。这种教学方法,可以使学生了解掌握实际工程的设计方法,为今后更好的学习和工作奠定基础。综合性实验的教学方法是学生自选平台,灵活施教。对于大型通信系统的模拟仿真和设计建议学生采用System View软件实现,对较简单的通信系统,建议学生采取MATLAB仿真结合EDA设计。具体实施由学生根据自己对平台的熟练程度自己选择。综合性实验大多费时费力,为此我们对实验室实行开放式管理,以方便学生自由安排时间完成实验。实验管理方式改革

为了更好的对通信原理实验进行数字化、网络化管理,我们一改传统的实验管理方式,尝试采用由我们实验教学小组自己开发的通信原理实验信息管理系统。

学生可以通过实验信息管理系统进行实验预习、预约,还可根据实验要求和自己的兴趣来选择实验项目,使学生在实验进行之前,对实验有了较全面的了解,掌握了主动权。完成实验后,学生可以通过网络上交电子实验报告,查询实验成绩。

实验室管理人员可以对实验教学进行宏观调控,更合理地安排实验时间、实验场地、实验设备及辅导教师,提高了实验中心的运行效率。实验辅导教师能够及时获得学生实验预习和预约结果,据此安排必要的实验准备工作并能更有针对性地进行实验指导和成绩管理。学生和老师之间的有机互动,使实验的运行机制更科学合理,使学生更了解自己的操作对象,更好地发挥主观能动性。结束语

经过一段时间的尝试,我们的通信原理实验教学改革已经初见成果,我们一改以往以教为主、以验证性实验为主的教学模式为以学为主、以设计性实验为主的教学模式,一方面使学生能够更加充分的理解和掌握通信原理的基本概念、理论、方法,另一方面也能够对学生的实践动手能力、科研开发能力和常用硬软件的熟练运用能力进行充分的锻炼。这种改革使学生的学习兴趣明显增强,动手能力明显提高,得到了学生的一致好评。

参考文献

[1]金小萍.通信原理实验教学方法的改革[J].技术监督教育学刊,2008(1).[2]孔令红.基于EDA的通信原理实验课程教学研究[J].电气电子教学学报,2007.10.[3]贾雅琼,俞斌.“通信原理”实验教学的改革与探索[J].中国现代教育装备,2006(12).[4]田克纯,覃远年.《通信原理实验》的教学内容和方法的改革与实践[J].实验技术与管理,2005(8).

第二篇：通信原理实验二

通信原理实验二

数字锁相环

一实验目的

1、了解数字锁相环的基本概念

2、熟悉数字锁相环与模拟锁相环的指标

3、掌握全数字锁相环的设计

二 实验仪器

1、JH5001 通信原理综合实验系统 2、20MHz 双踪示波器

3、函数信号发生器

三 实验原理和电路说明

数字锁相环的结构如图2.2.1 所示，其主要由四大部分组成：参考时钟、多模分频器（一般为三种模式：超前分频、正常分频、滞后分频）、相位比较（双路相位比较）、高倍时钟振荡器（一般为参考时钟的整数倍，此倍数大于20）等。数字锁相环均在FPGA 内部实现，其工作过程如图2.2.2 所示。

在图2.2.1，采样器1、2 构成一个数字鉴相器，时钟信号E、F 对D 信号进行采样，如果采样值为01，则数字锁相环不进行调整（÷64）；如果采样值为00，则下一个分频系数为（1/63）；如果采样值为11，则下一分频系数为（÷65）。数字锁相环调整的最终结果使本地分频时钟锁在输入的信道时钟上。

在图2.2.2 中也给出了数字锁相环的基本锁相过程与数字锁相环的基本特征。在锁相环开始工作之前的T1 时该，图2.2.2 中D 点的时钟与输入参考时钟C 没有确定的相关系，鉴相输出为00，则下一时刻分频器为÷63 模式，这样使D 点信号前沿提前。在T2 时刻，鉴相输出为01，则下一时刻分频器为÷64 模式。由于振荡器为自由方式，因而在T3 时刻，鉴相输出为11，则下一时刻分频器为÷65 模式，这样使D 点信号前沿滞后。这样，可变分频器不断在三种模式之间进行切换，其最终目的使D 点时钟信号的时钟沿在E、F 时钟上升沿之间，从而使D点信号与外部参考信号达到同步。在该模块中，各测试点定义如下：

1、TPMZ01：本地经数字锁相环之后输出时钟（56KHz）

2、TPMZ02：本地经数字锁相环之后输出时钟（16KHz）

3、TPMZ03：外部输入时钟÷4 分频后信号（16KHz）

4、TPMZ04：外部输入时钟÷4 分频后延时信号（16KHz）

5、TPMZ05：数字锁相环调整信号

四 实验内容以及观测结果

准备工作：用函数信号发生器产生一个64KHz 的TTL 信号送入数字数字信号测试端口J007（实验箱左端）。1.锁定状态测量

用示波器同时测量TPMZ03、TPMZ02 的相位关系，测量时用TPMZ03 同步；

由上图可看出，将64KHz 的TTL 信号送入端口J007时，TPMZ03、TPMZ02上升沿对齐，环路锁定。

2.数字锁相环的相位抖动特性测量 数字锁相环在锁定时，输出信号存在相位抖动是数字锁相环的固有特征。测量时，以TPMZ03 为示波器的同步信号，用示波器测量TPMZ02，仔细调整示波器时基，使示波器刚好容纳TPMZ02 的一个半周期，观察其上升沿。可以观察到其上升较粗（抖动），其宽度与TPMZ02 周期的比值的一半即为数字锁相环的时钟抖动。

由上图可看出上升较粗（抖动）宽度约为0.45格，整个周期约是6.2格，因而数字锁相环的时钟抖动为0.45/(6.2*2)=0.0363。

3.锁定过程观测

用示波器同时观测TPMZ03、TPMZ02 的相位关系，测量时用TPMZ03 同步； 复位通信原理综合实验系统，则FPGA 进行初始化，数字锁相环进行重锁状态。此时，观察它们的变化过程（锁相过程）。

在第一项实验内容锁相状态测量时，观测TPMZ03、TPMZ02 的波形上升沿对齐，环路锁定。复位通信原理综合实验系统，波形随即变为两直线，如上图，然后几秒后又重新恢复锁定状态。4.同步带测量

（1）用函数信号发生器产生一个64KHz 的TTL 信号送入数字信号测试端口J007。用示波器同时测量TPMZ03、TPMZ02 的相位关系，测量时用TPMZ03 同步；正常时环路锁定，该两信号应为上升沿对齐。

（2）缓慢增加函数信号发生器输出频率，直至TPMZ03、TPMZ02 两点波形失步，记录下失步前的频率。

（3）调整函数信号发生器频率，使环路锁定。缓慢降低函数信号发生器输出频率，直至TPMZ03、TPMZ02 两点波形失步，记录下失步前的频率。

（4）计算同步带。

同步带=66.12KHz-61.88 KHz=4.24 KHz。

5.捕捉带测量

（1）用函数信号发生器产生一个64KHz 的TTL 信号送入数字信号测试端口J0007。用示波器同时测量TPMZ03、TPMZ02 的相位关系，测量时用TPMZ03同步；在理论上，环路锁定时该两信号应为上升沿对齐。

（2）增加函数信号发生器输出频率，使TPMZ03、TPMZ02 两点波形失步；然后缓慢降低函数信号发生器输出频率，直至TPMZ03、TPMZ02 两点波形同步。记录下同步一刻的频率。

上图同步一刻的频率是66.03KHz。

（3）降低函数信号发生器输出频率，使TPMZ03、TPMZ02 两点波形失步；然后缓慢增加函数信号发生器输出频率，直至TPMZ03、TPMZ02 两点波形同步。记录下同步一刻的频率。

（4）计算捕捉带。

捕捉带=66.03-62.07=3.96KHz。

六 实验总结

（1）分析总结数字锁相环与模拟锁相环同步带和捕捉带的大致关系。

对于这次数字锁相环实验，由实验内容2，还有查阅相关资料，可以了解到数字锁相环在锁定时，输出信号存在相位抖动是数字锁相环的固有特征。也正是由于这个相位抖动特性，使得数字锁相环的同步带和捕捉带的带宽相对较窄，有实验内容4、5加以验证，而且同步带与捕捉带大致相等。

第一次实验模拟锁相环，同步带，捕捉带的宽度都很大，而且我测得的同步带带宽要比捕捉带带宽大了约5KHz，数字锁相环的同步带捕捉带还没有5KHz。（2）实验心得体会

这次实验是紧承着上一次实验的，我觉得自己做实验过程中没有遇到太大障碍，就是在实验原理方面掌握的不是太好,自己觉得对双踪示波器和函数信号发生器的操作还是挺熟练的，没有在波形显示上遇到问题。

第三篇：通信原理实验二

实验二：PCM系统仿真

班级： 学号： 姓名： 实验室： 实验时间： 指导老师：

实验目的：

1、掌握脉冲编码调制原理；

2、理解量化级数、量化方法与量化信噪比的关系。

3、理解非均匀量化的优点。

实验内容：

对模拟信号进行抽样和均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化误差和量化信噪比。

实验步骤：

1)产生一个周期的正弦波x(t)cos 2 pi t ，以1000Hz频率进行采样，并进行8级均匀量化，用plot函数在同一张图上绘出原信号和量化后的信号。代码及图见附录。

2)以32Hz的抽样频率对x(t)进行抽样，并进行8级均匀量化。绘出正弦波波形(用plot函数)、样值图，量化后的样值图、量化误差图(后三个用stem函数)。代码及图见附录。

3)以2000Hz对x(t)进行采样，改变量化级数，分别仿真得到编码位数为2～8位时的量化信噪比，绘出量化信噪比随编码位数变化的曲线。另外绘出理论的量化信噪比曲线进行比较。代码及图见附录。

4)在编码位数为8和12时采用均匀量化，在输入信号衰减为0～50 dB时，以均匀间隔5 dB仿真得到均匀量化的量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。注意，输入信号减小时，量化范围不变；抽样频率为2000 Hz。代码及图见附录。

实验思考题：

1.图2-3表明均匀量化信噪比与量化级数(或编码位数)的关系是怎样的？

答：量化信噪比随着量化级数的增加而提高，当量化级数较小是不能满足通信质量的要求。

2.分析图2-5，A律压缩量化相比均匀量化的优势是什么？

答：量化信噪比随着量化级数的增加而提高，当量化级数较小是不能满足通信质量的要求

心得体会：

附录：

ＰＣＭ代码：

输入信号和量化信号代码及波形：

采样样值和8级均匀量化后的样值，量化误差代码及波形

均匀量化信噪比随编码位数变化

量化信噪比随信号衰减的变化情况

第四篇：通信原理实验感想

通信原理实验感想

郝昆 1243064

首先对这学期做的通信原理实验做一个总结。这学期我们做了模拟锁相环实验、CMI码型变换实验、验证抽样定理实验、2ASK系统调制与解调实验、2PSK系统解调实验等，通过实验，我们在理论和实际应用方面都有了一定的提高，我们了解了单极性码、双极性码、归零码等波形特点并掌握AMI、HDB3码的编码规则，我们掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系，掌握了相对波形与2PSK信号波形之间的关系、绝对码波形与2DPSK信号波形之间的关系，并对2ASK、2FSK、2DPSK信号有了进一步了解。通过模拟锁相环的实验，我们熟悉了模拟锁相环的基本工作原理，掌握模拟字锁相环的基本参数及设计。

在通信原理实验的学习中，我们也收获了很多。实验之前要做好预习工作，只有在课前充分了解了实验原理，才能在课上更好的学习，收获的更多、掌握的更多。实验培养了我们的动手能力。实验的每个步骤都必须亲自去做，亲自去调试，动手能力得到了很大提高。实验是检验理论正确与否的试金石，通过实验我们懂得了探索出真知，为了要使你的理论被人接受，你必须用实验来证明。虽然我们的通信原理实验基本上都是验证性实验，但是对于我们这些知识能力还不够的学生来说，这些探索也是很有价值的。对于这些实验，我们在探索中学习、在模仿中理解、在实践中掌握。通信原理实验让我在探索、自我学习中获得知识。

当然，经过一学期通信原理实验课的学习，也发现了自身存在的很多不足。自己的理论知识并不是很强，有些实验结果无法得到透彻的解释；我的思维、思考方式还需要提高，一些复杂的实验时我还不能很快很好的完成，每个实验后相关的思考题也不能得到很好的解决。

最后，我觉得我们做的实验都是验证性试验，虽然对知识的理解会有很大帮助，但缺乏自主创新性，希望以后能在通信原理实验课上适当增加一点微创新性实验。总之，通信原理的实验让我收获很多，希望自己在以后的学习中可以灵活使用这些知识，得到更大提升！

第五篇：通信原理 实验四BPSK

实验四

BPSK(DBPSK)调制+汉明码系统测试

一．实验目的

1.加深信道调制解调器在通信系统中的地位及作用； 2.熟悉信道误码对话音通信业务的影响； 3.加深认识纠错编码在通信系统中的作用及性能。

二．实验器材

1.JH5001通信原理综合实验系统 2.20MHz双踪示波器 3.电话机二部

三．实验内容

1.准备工作

(1).将通信原理综合实验系统上电话1 模块内发、收增益选择跳线开关K101、K102设置在N 位置（左端），电话2 模块内发、收增益选择跳线开关K201、K202 设置在N 位置（左端）；DTMF1 模块内增益选择跳线开关K301 设置在N 位置（左端），DTMF2 模块内增益选择跳线开关K401 设置在N 位置（左端）；ADPCM1模块内输入信号选择跳线开关K501 设置在N 位置（左端），发、收增益选择跳线开关K502、K503 设置在N 位置（1_2：左端），输入数据选择跳线开关K504设置在ADPCM2 位置（中间）；ADPCM2 模块内输入信号选择跳线开关K601设置在N 位置（左端），发、收增益选择跳线开关K602、K603 设置在N 位置（1_2：左端），输入数据选择跳线开关K604 设置在CH 位置（左端）；

(2).DTMF1 模块内增益选择跳线开关K301 设置在N 位置（左端），DTMF2 模块内增益选择跳线开关K401 设置在N 位置（左端）；

(3).将汉明编码模块工作方式选择开关SWC01 设置在和汉明编码器工作（H_EN），开关位置00010000；将汉明译码模块输入数据和时钟选择开关KW01、KW02设置在CH 位置（左边），汉明译码使能开关KW03 设置在工作ON 位置（左端）；将输入数据选择开关KC01 设置在DT_SYS(左端：同步数据输入)；(4).将解调器模块载波提取环路开关KL01 设置在1_2 位置（左端：闭环），输入信号选择开关KL02 设置在1_2 位置（左端），加入噪声；

(5).将噪声模块输出电平选择开关SW01 设置最小噪声电平位置（10000001），此时信噪比较高；

(6).用中频电缆连接K002 和JL02，建立中频自环；(7).将2 部电话机分别接入PHONE1 和PHONE2 插座；

(8).加电后，用示波器测量测试点TPMZ07 有脉冲则系统运行正常；(9).通过菜单选择调制方式为“BPSK 传输系统”，调制器输入信号为“外部数据信号”工作方式设定“ADPCM 编码”方。

2.加噪环境的ADPCM话音通信质量测试

(1).将汉明编码模块工作方式选择开关SWC01中ADPCM数据接入，开关位置00011000；通过电话拨号接通电话，使两端电话处于正常通话状态。如不能通话请检查各跳线器设置是否正确。通过电话机1 讲话，听ADPCM1至ADPCM2方向经过调制、加噪、纠错信道传输的话音信号质量；

(2).通过噪声模块噪声电平选择开关SWO01将噪声增加一档（10000010），降低信噪比。重复上述测量步骤。定性测量话音质量和观测解调器眼图信号波形；(3).重复上述操作逐渐降低信噪比，直至最小。

结果分析：SWO01将噪声每增加一档，电话机听到的噪声分量越多，通话质量越差。

3.不同噪声环境下的眼图

调节噪声模块噪声电平选择开关SWO01，改变噪声得到不同噪声环境下的眼图。

(1).SWO01设置在10000001，解调器眼图信号波形如图6.1所示；(2).SWO01设置在10000010，解调器眼图信号波形如图6.2所示；(3).SWO01设置在10000100，解调器眼图信号波形如图6.3所示；(4).SWO01设置在10001000，解调器眼图信号波形如图6.4所示；(5).SWO01设置在10010000，解调器眼图信号波形如图6.5所示；(6).SWO01设置在10100000，解调器眼图信号波形如图6.6所示；(7).SWO01设置在11000000，解调器眼图信号波形如图6.7所示。

图6.1 SWO01设置在10000001 图6.2 SWO01设置在10000010

图6.3 SWO01设置在10000100 图6.4 SWO01设置在10001000

图6.5 SWO01设置在10010000 图6.6 SWO01设置在10100000

图6.7 SWO01设置在11000000

分析：SWO01将噪声每增加一档，噪声越大，眼图逐渐变粗，且越来越模糊，睁眼越来越小，且有些杂乱。

四．心得体会

本次实验让我们亲自体会到了加噪环境的ADPCM话音通信质量测量以及观察到不同噪声环境下眼图的变化。此外，在实验室看到小时候家里用的电话机的挂机感觉很亲切，觉得自己所学的知识，越来越靠近人们的生活，内心对当初选择的通信专业更多了些热情以及对自己最初选择的肯定。当做最后一个实验的时候，我和同组的同学像其他同学一样在实验室拨打电话，对方拿起电话接听，试通话质量时的场景，现在还记忆犹新。实验带给我们的不只是动手能力的锻炼，知识的深刻理解，也是一种接触新鲜事物而有的收获的喜悦，激励我们在专业知识的学习上走得更远更好。

综上，本次通信原理实验为期虽然只有一天，但是不仅让我们对专业知识有了更深刻形象的认识，培养了同学们的耐心，信心以及实际动手操作能力。虽然我们这组的仪器不理想，实验整体不是很顺利，但是我们觉得我们的收获很多，学会了要有更多的耐心。在此，真心感谢实验指导老师程风雷老师在实验前给我们的四个实验的认真讲解，以及实验过程中我们遇到问题时的帮助。今天老师又给我们讲解了他用周末的时间给我们做的实验总结的PPT。我们深刻体会到了老师对我们的良苦用心，谢谢老师！