《现代通信技术实验》教学改革方法探索

夏文龙+李智+赵琛

摘要：《现代通信技术实验》是电子类相关专业中非常重要的一门专业课程，本文讲解了该课程的基本内容和课程特色，讨论了传统教学模式的局限性，并根据该课程的内涵和知识体系，对其教学模式的改革进行了探索，主要提出了多样化的考核方式与软硬件结合的教学改革方法，并以基于GNU Radio和USRP的调制解调实验为例，对其进行了讲解。

关键词：现代通信；教学模式；改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）03-0110-02

一、前言

《现代通信技术实验》是一门综合性与实践性很强的实验课程，该课程以建设覆盖现代通信的信源技术、信道技术、有线通信与无线通信技术多领域的实验系统为目标，通过让学生从实践入手，对现代通信中遇到的常见问题以及关键技术有大致的了解，提高学生对通信系统的了解。

二、传统教学模式的局限性

1.实验手段相对单一。《现代通信技术实验》是配合《现代通信技术》课程而开设的，虽然它是一门单独的课程，但实质上大部分实验是使用教学仪器厂家的通信原理实验箱进行的，并且就实验内容（包括信源编码实验（PAM、PCM、CVSD）、码型变换实验、时分码分复用解复用实验等）上看，大部分实验是验证性的，这导致了学生的积极性不高，在课程的学习上处于被动地位，实验效果不理想。

2.考核形式单一。大部分课程实验的考核形式是实验结果是否达到相应指标或者是否呈现相同波形，现代通信技术实验也是如此。这导致学生注重于实验结果，对实验过程并不是十分在乎，急于快速完成实验，对其真正掌握实验原理的帮助性不大，也不利于其独立思考能力的培养。

3.课程革新慢，技术更新快。现代通信技术是当前更新和进步最快的技术之一，现代通信技术的变化日新月异，而现代通信技术实验正是学生从实践中理解课本知识的重要手段。部分学校已经注意到了对现代通信技术这门课程进行教学改革，引入相对较新的技术，而忽视了课程实验部分，导致学生依旧重复着单元性强但是关联不大的相对老旧的实验，不利于学生将教学内容应用于实际。

三、现代通信技术实验课程的教学改革思路

1.考核方式改革。现有的考核制度主要以实验结果是否符合标准为主，不太强调实验过程中问题的发现与解决。针对这个现象，可以考虑将考核方式多样化，比如从实验的创新性、解决问题的能力、实验结果等多方面入手，综合考量实验效果。

2.教学方法改革。下面简单的讲解一个基于GNU Radio和USRP的调制解调实验。这个实验的主要思想是基于软件无线电的，软件无线电的实质是宽带A/D 变换尽可能地靠近射频天线 ，即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化 ，最大程度地通过软件来实现电台的各种功能。通过运行不同的算法，软件无线电可以实时地配置信号波形，使其能够提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务。

下面我们先来大致的了解一下GNU Radio和USRP平台。

（1）GNU Radio。GNU Radio是一个无线电信号处理方案，它遵循GNU的GPL的条款分发。它的目的是给普通的软件编制者提供探索电磁波的机会，并激发他们利用射频电波的能力。GNU Radio通过以软件定义无线电的方式来实现数字信号的调制与解调、编码解码、常用的FFT变换等通常必须采用硬件实现的通信模块的功能，这给信号的处理者提供了极大的便利。其编程是基于C++和python的，其中，C++具有较高的执行效率，用于编写信号处理模块，Python是一种新型的脚本语言，无需编译、语法简单以及完全面向对象是它的特性，它将作为模块与模块之间的粘合剂，实现多个模块的连接，即流向图的搭建。

GNU Radio主要应用于Linux操作系统，但目前已经被成功的移植到包括windows和Mac OS X在内的多种平台上。GNU Radio为用户提供了超过100个常见的信号处理模块，并且使用者也可以很容易的扩展新的模块。同时，GNU Radio为用户提供了良好的图形界面GRC—GNU Radio Companion，即使不熟悉python语言的人也可以利用该界面做基本的信号处理。

（2）USRP硬件架构。USRP（Universal Software Radio Peripheral，通用软件无线电外设）旨在使普通计算机能像高带宽的软件无线电设备一样工作。从本质上讲，它充当了一个无线电通讯系统的数字基带和中频部分。

USRP的基本设计理念在于：在主机 CPU 上使用诸如 GNU Radio完成所有波形相关方面的处理，比如调制和解调。所有诸如数字上下变频、抽样和内插等高速通用操作都在FPGA上。USRP的真正价值是它能使工程师和设计师以低预算和最少的精力进行创造。同时，也有为数不少的开发者和用户贡献了大量的代码库，并为软件和硬件提供了许多实际应用。

USRP由USRP母板、连同各种子板以及相应的天线组成。一个典型的USRP产品系列包括两部分：一个带有高速信号处理的FPGA母板和一个或者多个覆盖不同频率范围的可调换的子板。它们共同实现把比特流数据从天线传到主机电脑（即接收），或者从主机电脑传送到天线（即发送）。在各种子板中，USRP系列涵盖从直流到5.9GHz的整个范围，这包括了从调幅广播到超过WiFi的所有频率。

（3）信号调制过程。在终端中输入“gnuradio-companion”打开GRC用户界面，在GRC我们按图1搭建信号的调制流图。该例子的目的是对播音号信号进行频率调制，并将调制结果保存到文件中。

（4）信号的解调过程。解调过程用gr：：blocks：：file_source读取“dummy.dat”文件（由上面的调制过程产生），对其中存储的FM信号进行处理。

通过该实验，可以让学生对信号的调制解调有更清晰的了解，运行上述流图，可以看到相应的波形，并通过调节各模块的参数，直观的感受各参数的意义。此外，利用上述的软硬件平台，还可以实现多种现代通信实验，灵活性非常高。考虑到USRP系列版的价格一般偏高，在对硬件要求不高的情况下，可以使用RTL-SDR来代替。

四、结语

现代通信技术课程实验是一门覆盖面广、动手性极强的课程，同时也需要扎实的理论基础，因此在教学过程中，要强调学生对相应的理论基础的回顾，同时可以丰富教学方式，综合多样化的考核指标，提高学生的积极性，从而提高教学质量。只有这样，学生的实践能力才会不断提高，从而达到满足信息社会对通信技术人才的高要求。

参考文献：

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