基于LabVIEW的通信原理实验教学改革与探索

【摘 要】针对传统通信原理实验覆盖面的不足，以LabVIEW通信系统仿真工具为手段，在实验教学中采用设计性实验，使学生加深对该课程的理解，有利于培养学生的实验操作能力和创新思维能力。

【关键词】通信原理 实验教学 LabVIEW

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）04-0069-02

一 引言

通信原理是高等院校通信及电子信息类专业的一门重要的专业基础课，以信号与系统、概率论与数理统计和通信电子线路等课程为基础，具有抽象概念多、理论性和系统性较强的特点，对移动通信、光纤通信、微波通信等后续专业课程的学习有很大的帮助。

根据江苏省教育厅对独立学院努力培养适应经济社会发展需要、具有创新精神和实践能力的高素质应用型人才培养目标的要求，针对通信原理课程的特点，开设基于LabVIEW的通信原理实验，改进传统的实验教学方法，开设好通信原理实验课程是实现培养目标的重要保证。

二 LabVIEW简介

LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW功能强大，丰富的库函数专门为信号处理、通信等功能而设计，非常适合通信系统的设计、分析与应用。LabVIEW程序特点是程序框图化，通过前面板的输入控件和显示控件可观察输入条件及输出结果，通过后面板的框图化程序可以看到前面板运行结果是如何具体实现的。采用模块化程序设计语言，软件形式灵活，易于理解，能充分反映通信系统的每一步实现，各点波形和参数生动形象，特别适合通信系统的设计、项目开发与应用。

目前LabVIEW在江苏省独立学院信息与通信工程学科相关专业中使用的较少，为了加强独立学院学生工程实践的能力，为今后的就业拓宽知识面，提高竞争力，特在通信原理实验中开设此类软件的应用。

三 实验教学

1.现状分析

目前学院通信原理实验课采用的是捷辉科技有限公司生产的JH5005A移动通信系统实验箱，学生在其中通过相关实验项目亲自动手操作相关仪器设备并掌握其使用方法、通过观察实验现象学会分析问题并培养解决问题的能力，从而实现将理论知识运用于解决实际问题。

在实验中，学生在教师的要求和指导下进行实验操作，通过示波器得到良好的结果是学生实验成功的标志。如在PCM编译码实验中，PCM编译码模块将来自用户接口模块的模拟信号进行PCM编译码，该模块采用MC145540集成电路完成PCM编译码功能。该器件具有多种工作模式和功能，工作前通过显示控制模块将其配置成PCM模式。

在通信原理实验平台中，两个电话用户接口分别有一个PCM编译码模块。PCM模块电路组成框图，见图1。

在该模块中，一共有TP501-TP506测试点，实验内容和要求是通过这六个测试点观测PCM编码信号输出时钟和帧同步时隙信号、抽样时钟信号以及PCM编译码数据的测

量，通过数据结果分析PCM编译码的信噪比。

在这个验证性实验中，学生通过测量观测点的波形数据分析PCM原理，但对于通信实验平台的内部电路结构并不清楚，同时本实验平台与通信电子线路紧密相关，而与通信原理教材讲解的原理框图有些脱节，学生很难将理论与实验联系到一起，通信系统的整体概念并未真正形成。另外，PCM信号的形成是模拟信号经过抽样、量化、编码三个步骤实现的，本实验平台的构建也很难让学生理解。学生只能通过示波器的测试结果形成直观的印象，这种定量的分析不能使学生掌握PCM的基本原理。

这种传统的实验教学的设计多以验证性实验为主，不利于培养学生独立思考的能力和创新性思维。其次，部分实验内容陈旧，实验手段落后。另外，每个基础性实验相对独立，学生对整个通信系统的概念及组成仍不清楚。

2.实验改革

可将上述实验采用设计性实验的方式，通过LabVIEW通信系统仿真的方式使学生对PCM的具体过程有更深入的理解。

设计性实验涉及的知识面较广，学生需要对理论知识熟练掌握，教师在设计实验内容时要紧扣教材，又不拘泥于教材，让学生有的放矢。以PCM编译码实验为例，作为设计性实验的内容，结合LabVIEW软件实现该通信系统。

依据通信原理教材关于PCM的基本理论和分析方法，PCM通信系统框图，见图2。

按照上述框图的思路，将PCM脉冲编码调制模块化设计，包括采样、量化、编码、译码几个部分。使用LabVIEW软件将这几个部分模拟仿真。

在PCM脉冲编码调制模块中，抽样和量化（见图3）这两部分较简单，最重要的PCM编解码系统，学生根据教材中的A律13折线原理，编码部分（见图4）将量化后的信号电平值变换成8位二进制码组，对于输入的量化值，分成极性码、段落码和段内码三部分分别处理，分别通过三个功能子模块实现。解码部分（见图5）根据8位编码值分别判断即可实现。而在传统的实验中，电路中直接使用U502PCM芯片完成编解码过程，学生本身对通信电子线路理解就很困难，PCM编解码过程更无从掌握，理论和实际就脱节了。

在PCM编解码实验的基础上，可以引导学生进行其他模拟信号数字传输系统的设计，如DPCM、ADPCM、DM等。在课程设计时，还可以让学生进行复杂系统的设计，对于其他通信系统的教学仍然可采用这种软件实验的方式。通过这些设计性实验的训练，巩固了理论知识，加深了对通信系统仿真和技术的了解，有利于培养学生的实验操作能力和创新思维能力。

四 总结

LabVIEW仿真工具在通信原理实验中的应用，能够使学生对该课程有更深入的理解，补充传统电路实验覆盖面的不足，编程实现各种通信系统，包括各种通信系统是如何构成的，系统的详细实现、系统框图、内部构成、内部各点的波形和频谱，可以实现模拟、数字基带、频带通信等系统。生动形象地解析通信系统，使枯燥的理论变得鲜活，通信系统软件仿真和硬件实现真正统一，并且让学生接触到“软件无线电”的思想，为后续的工程设计打下基础。

参考文献

[1]杨乐平等.LabVIEW程序设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2001

[2]樊昌信等.通信原理（第五版）[M].北京：国防工业出版社，2006