Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций

им. проф. М. А. Бонч-Бруевича»

А. П. Сальников

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СВЯЗИ

ВИРТУАЛЬНАЯ УЧЕБНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

УДК 621.391.1 (076.5)

ББК 388-01я73

Рецензенты:

доктор физико-математических наук, профессор

Военно-морского института радиоэлектроники им. А.С. Попова

Е.Ю. Бутырский,

Кандидат технических наук, доцент

Военной академии связи им. Проф. М.А. Буденного

А.С. Ефимов,

кандидат технических наук, профессор Санкт-Петербургского университета телекоммуникаций им. Проф. М.А. Бонч-Бруевича

С.А. Шпак

Печатается по решению редакционно-издательского совета

СПбГУТ им. Проф. М.А. Бонч-Бруевича

Сальников А.П. Общая теория связи. Виртуальная учебная лаборатория. – СПб.: ФГОБУ ВПО «СПбГУТ». – 2012 – 222 с.: ил.

ISBN

Виртуальная учебная лаборатория предназначена для организации и проведения лабораторных занятий по дисциплине «Общая теория связи» (далее – ОТС). Она позволяет обеспечить лабораторный практикум в объёме 29 типовых лабораторных работ по основным разделам ОТС, а также их защиту, приём экзаменов и теоретических зачётов в тестовом режиме. В процессе выполнения работ студенты изучают математические модели непрерывных и дискретных сигналов, а также преобразования этих сигналов в различных функциональных узлах цифровых и аналоговых систем связи. Приведены комментарии, выводы по всем темам работам. Может быть использована и при проведении лабораторных занятий по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы».

Для студентов и преподавателей вузов

© Сальников А.П., 2012

© Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича», 2012

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Виртуальная учебная лаборатория (в дальнейшем – ВЛ) по дисциплине «Общая теория связи» (в дальнейшем – ОТС) представляет собой программный продукт, создающий интегрированную среду для проведения экспериментальных исследований сигнальных и шумовых процессов, их прохождений через различные функциональные узлы, устройства и системы, для изучения работы различных телекоммуникационных систем, радиотехнических устройств и т.п. Она имеет следующие режимы работы:

РАБОТА – непосредственное проведение экспериментов, как в свободном режиме по плану пользователя, так и по выдаваемым заданиям при выполнении типовых лабораторных работ (их описания приводятся ниже). При выполнении последних включается функция «виртуальный преподаватель». Он осуществляет автоматический контроль над действиями пользователя по управлению объектами исследования и измерительными приборами, сопоставляет их с требованием заданий и выдаёт сообщения о допущенных ошибках или рекомендации по их исправлению. Тем самым реализуется принцип «обучение на собственных ошибках». Результаты полностью и правильно выполненных заданий в виде файлов экранных изображений (скриншотов) с фиксацией данных исполнителя записываются на жёсткий диск рабочей станции и используются в дальнейшем для составления документального отчёта по выполненной лабораторной работе. Ведётся автоматизированный учет номеров и объёма выполненных типовых лабораторных работ в групповой (в классе) или индивидуальной (в УК-ТЭС) базе данных. Предусмотрена возможность использования ВЛ в качестве конструктора для создания альтернативных лабораторных работ (см. приложения 1 и 2).

ЗАЩИТА – проведение защит выполненных лабораторных работ в тестовом режиме.

ЭКЗАМЕН – приём экзамена по 1 и 2 частям дисциплины ОТС в тестовом режиме с оцениванием результата в баллах и процентах, с ведением электронного протокола, содержащего сведения о заданных вопросах и ответов на них и регистрацией результатов в групповых базах данных.

ТРЕНИНГ – тренировочный экзамен, отличающийся от режима ЭКЗАМЕН только отсутствием регистрации результатов в групповой базе данных.

Предусмотрена возможность автоматического формирования документированного авторизованного отчёта по выполненной работе и вывода его на печать (на сетевом принтере компьютерного класса или домашнем принтере пользователя УК-ТЭС).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

П

Рис. 1. Заставка виртуальной лаборатории

ри запуске программы ВЛ формируется заставка, содержащая портрет, краткие биографические сведения и научные результаты одного из крупных учёных, фамилии которых встречаются в большинстве учебников по теории связи и радиотехнике (рис. 1). Содержание заставки еженедельно изменяется и служит для предоставления пользователям дополнительной информации в историко-биографической области, связанной с радиотехникой и телекоммуникациями

После нажатия кнопки «ВХОД» заставки осуществляется переход в титульную форму ВЛ (рис. 2). Возможны два варианта дальнейшего поведения программы в зависимости от содержимого полей ввода.

Вариант 1 (с регистрацией результатов работы)

Это основной вариант при выполнении студентами лабораторных работ. Для его реализации необходимо ввести в поле ввода «Состав бригады» фамилии и инициалы членов бригады, в поле ввода «Группа» имя учебной группы. Ввод данных в эти поля можно осуществл

Рис. 2. Титульная форма ВЛ для ввода исходных данных и выбора режима работы

ять как с помощью клавиатуры, так и из групповой базы данных (щелчком по фамилиям). Последняя автоматически образуется при первом сеансе работы в ВЛ и вызывается нажатием кнопки «База данных». После нажатия кнопки «ВВОД» производится орфографическая проверка, корректировка и унификация содержимого полей ввода. Возможные ошибки и отклонения от установленного стандарта в введённых данных частично автоматически исправляются (устраняются лишние пробелы, устанавливаются правильные регистры букв), частично обнаруживаются с выдачей соответствующих сообщений для их устранения пользователем. Если данные приняты, то цвет фона полей ввода изменяется с желтого на салатный, кнопка «ВВОД» меняет название на «ВХОД» и становится доступным для выбора список «Номера и темы лабораторных работ». Следует выбрать из этого списка тему работы и нажать кнопку «ВХОД». После нажатия кнопки «ВХОД» программа отправляет на пульт управления ВЛ запрос на вход, воспроизводит указание «Пригласите преподавателя для допуска к работе», блокирует поля ввода данных и переходит в режим ожидания разрешения на вход в ВЛ (рис. 3). Это сделано для исключения возможности несанкционированной работы в ВЛ.

Непосредственное выполнение выбранной темы работы в ВЛ возможно только с разрешения преподавателя по команде, поданной с пульта управления ВЛ, или при установке в дисковод рабочей станции ключевой дискеты или флешки преподавателя (КДП или КФП) . Аналогичным образом осуществляются регистрация результатов работы в групповой базе данных и выход из ВЛ.

В

Рис. 3. Титульная форма в режиме ожидания разрешения на вход в ВЛ

варианте 1 использования режима «РАБОТА» без выхода из программы ВЛ возможно выполнение только одной выбранной лабораторной работы.

Вариант 2 (без регистрации результатов работы)

Это вспомогательный вариант. Он удобен для ознакомления и изучения виртуальной лаборатории преподавателями. Для его реализации необходимо оставить пустыми поля ввода «Состав бригады», «Группа» и вставить КДП в дисковод рабочей станции (или КФП в USB-разъём). В этом варианте можно выполнять любое количество лабораторных работ из списка тем, не выходя из программы.

При завершении процедуры допуска ВЛ выводит форму лабораторного стола с объектами исследования и измерительными приборами, соответствующими выбранной теме лабораторной работы (рис. 3), и считывает файлы заданий по этой работе.

И

Рис. 4. Лабораторный стол при выполнения задания 1 работы №3

сполнитель получает возможность заказывать (через меню «Задания») и последовательно выполнять отдельные задания (от 4 до 6 в разных работах). Текст выбранного задания отображается в правом нижнем углу лабораторного стола. Его можно убрать (и вернуть) щелчком левой кнопкой мышки по месторасположению текста. Если файл обзора заданий по выбранной работе (ZadN_0.txt) начинается с символа «^», то в левой нижней части лабораторного стола выводится итоговый индикатор выполнения задания с его номером изначально красного цвета (рис. 4).

Наличие этого индикатора свидетельствует о включении «виртуального преподавателя» для контроля процесса выполнения задания с этим номером. Если задание выполнено правильно и в полном объёме, то цвет этого индикатора сменится на зелёный. При этом цвет фона лабораторного стола меняется с чёрного на белый а в заголовок формы вводятся данные исполнителя. В таком виде изображение со всеми результатами правильно выполненного задания записываются в файл скриншота на HD рабочей станции. Подобная операция выполняется раздельно для каждого исполнителя из списка «Состав бригады» титульной формы ВЛ (рис. 2). Аналогично «виртуальный преподаватель» использует частные индикаторы (в верхней части экранов четырёхканального осциллографа) для указания правильности выполнения отдельных пунктов задания (рис. 4). Частные индикаторы можно убрать с помощью меню «Режим / Индикация результатов / Полная (Итоговая)»

Выполнение задания после записи скриншота сопровождается выводом комментариев, поясняющих сущность полученных результатов. Эти комментарии также приведены ниже в заданиях к лабораторным работам.

Д

Рис. 5. Групповая база данных

ля завершения выполнения работы (в полном или сокращённом по указанию преподавателя объёме) следует использовать пункт меню «Выход». Будет осуществлён возврат в титульную форму ВЛ с указанием о необходимости регистрации путём нажатия появившейся на ней кнопки «Регистрация работы». Сама регистрация (запись в базу данных для каждого исполнителя номера и объёма выполненной работы) возможна по команде разрешения с пульта управления ВЛ или с помощью КДП (КФП) на рабочей станции. Объём работы записывается в виде десятичного числа, например, 63₁₀ = 111111₂ означает выполнение шести заданий, 13₁₀ = 1101₂ – четырёх заданий (рис. 5).

Кроме того, в архивную папку записываются файлы скриншотов выполненных заданий для всех исполнителей для сохранения возможности их восстановления в течение не менее года. На этом заканчивается стандартная часть работы, и ВЛ начинает предлагать дополнительные услуги по копированию скриншотов выполненных заданий и файлов с заданиями, комментариями и контрольными вопросами к защите выполненной работы.Для пользователей, имеющих права на печать отчётов, программа выводит форму с вкладками страниц отчетов, которые можно вывести на сетевой п

Рис. 6. Форма вывода отчета по ЛР на печать

ринтер (рис. 6).

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТОВ ПО ВЫПОЛНЕННЫМ РАБОТАМ

Отчёты следует оформлять на листах формата А4, отводя на каждое задание по одному листу. Отчёт должен содержать следующие разделы:

1. Заголовок со сведениями о номере и теме лабораторной работы, данные исполнителя, дата выполнения.

2. Краткая формулировка содержания задания.

3. Схема объекта исследования и результаты экспериментов (осциллограммы, спектрограммы, полученные функциональные и иные характеристики и др.) с исчерпывающими данными (масштаб, привязка с схеме объекта и т.п.)

4. Комментарии и выводы по результатам исследований.

Все страницы отчёта должны быть сшиты в единую тетрадь.

Составление отчёта существенно упрощается и ускоряется при использовании файлов скриншотов и комментариев с зарезервированными полями для вписывания выводов, которые формирует ВЛ в режиме оказания дополнительных услуг (см. приложение 3). Более того, ВЛ и УК-ТЭС обладают опцией вывода на печать сформированного документального и авторизированного отчёта, в который остаётся только вписать выводы в соответствующие пустые поля (рис. 7).