嵌入式移動(dòng)通信實(shí)踐教學(xué)初探

陳衛(wèi)兵，鄧滿珍，楊偉豐，許中華

(湖南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院，湖南株洲412008)

嵌入式移動(dòng)通信實(shí)踐教學(xué)初探

陳衛(wèi)兵，鄧滿珍，楊偉豐，許中華

(湖南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院，湖南株洲412008)

隨著移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信設(shè)備已經(jīng)非常普及，移動(dòng)通信課程已經(jīng)在很多高校開設(shè)。針對(duì)用移動(dòng)通信試驗(yàn)箱開設(shè)移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)的不足，從創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，探索移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問題，提出了將嵌入式加入到移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，提高學(xué)生興趣。實(shí)踐證明，嵌入式移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，化解課程教學(xué)難點(diǎn)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

嵌入式技術(shù);移動(dòng)通信;創(chuàng)新能力

具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的大學(xué)生走上社會(huì)比較受歡迎，因此，很多理工科院校都把實(shí)踐教學(xué)作為大學(xué)教育中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)一般采用團(tuán)隊(duì)合作方式，能提高學(xué)生多方面的能力，比如:團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和搜集資料能力等［1，2］。但是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法一般采用“填鴨式”教學(xué)，老師在課堂上講解實(shí)驗(yàn)原理，然后再講實(shí)驗(yàn)方法并認(rèn)真示范，學(xué)生只需按照老師示范的步驟照做就行，學(xué)生很難真正理解實(shí)驗(yàn)所涉及知識(shí)和技術(shù)內(nèi)涵。同時(shí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)也稍顯落后，不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求，跟不上新技術(shù)發(fā)展的步伐。因此，本科院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革勢(shì)在必行。

一 傳統(tǒng)移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法的不足

傳統(tǒng)的移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)通常采用專用的實(shí)驗(yàn)箱來完成，一般都是一些規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的功能，如:移動(dòng)通信的工作方式，頻分多址，時(shí)分多址，空中接口信令，有線接口信令等。上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容雖然按照由易到難的順序安排，但功能單一，難以在學(xué)生腦海中形成移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念，跟不上現(xiàn)代移動(dòng)通信的發(fā)展，對(duì)學(xué)生繼續(xù)從事移動(dòng)通信工作幫助甚微。而且這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很難組合和設(shè)計(jì)一些綜合性和大型性的實(shí)驗(yàn)，僅僅能驗(yàn)證一些以前在理論課學(xué)習(xí)過的知識(shí)。顯然，這對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是非常不利的。沒有大型的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)就使學(xué)生失去了實(shí)際認(rèn)識(shí)移動(dòng)通信系統(tǒng)的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致移動(dòng)通信的理論和實(shí)踐脫節(jié)，不利于對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的深入理解和掌握。

教學(xué)方法是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中另一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)中，老師承擔(dān)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的大部分工作，如:在實(shí)驗(yàn)課堂上講解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法、試驗(yàn)示范等。學(xué)生只需按照老師示范的步驟照做就行，這樣導(dǎo)致學(xué)生根本不理解實(shí)驗(yàn)到底要達(dá)到一個(gè)什么目的，只是重復(fù)老師做過的方法，得到一個(gè)基本正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果就可以了。特別是接口信令的實(shí)驗(yàn)，只需要觀測(cè)一些測(cè)量點(diǎn)的波形，對(duì)過程的理解很不全面，更不用說培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力了。顯然，這不符合現(xiàn)代教育精神的精髓，不符合現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)具備較高綜合素質(zhì)人才的要求。

二 嵌入式技術(shù)和移動(dòng)通信

嵌入式系統(tǒng)是以微控制器為核心，將其嵌入到產(chǎn)品或設(shè)備中以實(shí)現(xiàn)其功能數(shù)字化和智能化的系統(tǒng)［3］。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，發(fā)展也非常迅猛，嵌入式設(shè)備已經(jīng)滲透到我們大家生活的很多方面，特別是移動(dòng)通信設(shè)備，如IPHONE、基于 Android操作系統(tǒng)的 HTC、Samsung手機(jī)［4］，因此嵌入式和移動(dòng)通信兩者具有天然的聯(lián)系，只是高校教學(xué)中人為的將兩者分開了。嵌入式系統(tǒng)是專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)也是一個(gè)專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，很多移動(dòng)通信系統(tǒng)都是采用嵌入式開發(fā)的，因此，選擇基于嵌入式技術(shù)來改革移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)有比較多的好處。首先，現(xiàn)在的嵌入式手機(jī)屬于移動(dòng)通信的一個(gè)主要發(fā)展方向，代表了移動(dòng)通信發(fā)展的方向—智能手機(jī)時(shí)代的來臨。另外，社會(huì)上對(duì)嵌入式移動(dòng)通信設(shè)備開發(fā)人才的需求急劇增加，好的就業(yè)前景可以提高學(xué)生實(shí)用的嵌入式通信技術(shù)的熱情和興趣。其次，通過對(duì)基于嵌入式移動(dòng)通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，學(xué)生可以實(shí)際了解和設(shè)計(jì)移動(dòng)通信系統(tǒng)，加深了對(duì)移動(dòng)通信專業(yè)知識(shí)和移動(dòng)通信系統(tǒng)的了解，傳統(tǒng)移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)環(huán)境明顯無法達(dá)到這些要求。

三 嵌入式移動(dòng)通信的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式技術(shù)改革移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選擇上有必要考慮有嵌入式開發(fā)功能的移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。經(jīng)過對(duì)眾多實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的對(duì)比分析，選擇了南京恒盾科技有限公司的含ARM、FPGA、GPRS/CDMA、交換接口、傳感器等可以自主進(jìn)行二次開發(fā)的HD－YDIV型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。采用ADS1．2作為開發(fā)軟件，操作系統(tǒng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別選擇uC/OSII和uCLinux。

由于移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)僅僅10個(gè)學(xué)時(shí)，基本上采用恒盾科技提供的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行，5個(gè)必做實(shí)驗(yàn)(頻分多址，時(shí)分多址，碼分多址，移動(dòng)信令實(shí)驗(yàn)，GSM組網(wǎng)實(shí)驗(yàn))。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的熱情并沒有提高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的改善不明顯，主要問題如下:

1．5個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容限定太死，學(xué)生沒有絲毫的選擇余地。有的學(xué)生對(duì)已開實(shí)驗(yàn)中的部分實(shí)驗(yàn)不感興趣，但對(duì)其他的未開的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容感興趣。還有的就是覺得實(shí)驗(yàn)脫離了實(shí)際，覺得組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)不應(yīng)該開GSM組網(wǎng)，而應(yīng)該開CDMA組網(wǎng)，這樣才能跟上時(shí)代潮流。同時(shí)，學(xué)生層次也有不同，有的學(xué)生不能按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)。

2．由于減少了老師講授的時(shí)間，所以學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的一知半解，造成了學(xué)生雖然按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成了實(shí)驗(yàn)，但是也僅僅是按照指導(dǎo)書一步步完成，對(duì)為什么要這樣做不能理解，實(shí)驗(yàn)失去了它本來的意義。

針對(duì)這些問題，接下來的教學(xué)實(shí)踐中，移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)老師對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，增加了學(xué)生課堂下討論，開設(shè)有一定限度的自由選擇實(shí)驗(yàn):

3．上實(shí)驗(yàn)課之前，以小組為單位組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的討論(小組人數(shù)一般2人，多的3－5人)，了解這個(gè)實(shí)驗(yàn)使用了哪些課堂上講述的原理，然后讓學(xué)生對(duì)照原理進(jìn)行針對(duì)性的復(fù)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)移動(dòng)通信原理的理解。同時(shí)，在已有實(shí)驗(yàn)器材的基礎(chǔ)上，針對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的要求，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理做好書面的實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)，也就是實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。

4．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到學(xué)生層次的不同，將每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為基礎(chǔ)部分和附加部分?；A(chǔ)部分比較簡(jiǎn)單，要求每位同學(xué)完成。附加部分是基礎(chǔ)部分實(shí)驗(yàn)的延伸，基礎(chǔ)比較好的同學(xué)可以考慮完成這部分實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)也考慮到同學(xué)們的不同喜好，每次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，同學(xué)可以在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中選擇一個(gè)，確定以后就認(rèn)真預(yù)習(xí)，吃透實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)步驟，爭(zhēng)取更好的完成實(shí)驗(yàn)。這樣不同層次、喜好不同的同學(xué)都享受到了實(shí)驗(yàn)的樂趣。

5．把好實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收關(guān)。實(shí)驗(yàn)老師在教授實(shí)驗(yàn)前應(yīng)該熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、目的、步驟和注意事項(xiàng)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)。在對(duì)每一小組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收時(shí)，不僅僅要查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還必須就實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)每一名學(xué)生提出不同側(cè)面的問題，如果該學(xué)生能回答出來，說明對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和?nèi)容已經(jīng)基本掌握和理解，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)課的預(yù)期目的。同時(shí)，也可以要求學(xué)生把實(shí)驗(yàn)中的某一步在指導(dǎo)老師面前重現(xiàn)出來。如果學(xué)生對(duì)原理比較熟悉、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容了然如心，則應(yīng)該很快可以重復(fù)出來。由于每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置了附加部分，對(duì)這部分的考評(píng)作為附加的獎(jiǎng)勵(lì)分。為了鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，老師應(yīng)對(duì)學(xué)生在這方面的工作進(jìn)行鼓勵(lì)和加分。經(jīng)過驗(yàn)證確實(shí)很有意義的，應(yīng)該在以后的實(shí)驗(yàn)中推廣并對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室老師的共同討論和后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)驗(yàn)證，系統(tǒng)化的嵌入式移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表1所示。

表1 嵌入式移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

表1中，前面1－3號(hào)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，第4個(gè)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)小綜合，需要用到前面1－3號(hào)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，可以算作是對(duì)前面實(shí)驗(yàn)的一個(gè)小總結(jié)，最后的第5個(gè)實(shí)驗(yàn)需要用到前面1－4號(hào)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，綜合了前面所有的實(shí)驗(yàn)，既可以鞏固前面實(shí)踐所學(xué)的知識(shí)，又可以形成一個(gè)實(shí)際的完整移動(dòng)通信系統(tǒng)。由于每個(gè)實(shí)驗(yàn)有附加部分，所有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)部分總分只有85分，學(xué)生如果想要得到更好的成績(jī)，可以完成附加的部分，這樣可以增加5分。如果想要取得更加優(yōu)秀的成績(jī)，可以進(jìn)行自主創(chuàng)新，自主擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，充分展開自己的奇思妙想來獲得加分，這樣可以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

四 教學(xué)方法改革

實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)是“夯實(shí)理論基礎(chǔ)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力”。圍繞這一目標(biāo)，教學(xué)方法上，任課老師應(yīng)選擇切合嵌入式移動(dòng)通信課程特點(diǎn)、學(xué)生特點(diǎn)和自身特點(diǎn)的教學(xué)方法，體現(xiàn)“學(xué)生為主”的創(chuàng)新型教育、教學(xué)理念。在教學(xué)手段上，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)組織討論為學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

(一)教師引導(dǎo)與學(xué)生自主相結(jié)合

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以教師為主，輔導(dǎo)學(xué)生在給定實(shí)驗(yàn)器材上進(jìn)行少量連接進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，學(xué)生動(dòng)手少。這種教學(xué)模式明顯不符合現(xiàn)代化人才培養(yǎng)模式中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展要求，特別是不適應(yīng)近幾年國(guó)家大力提倡培育創(chuàng)新性領(lǐng)軍人才的需要。隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的不斷深入，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)將逐漸減少，綜合型和設(shè)計(jì)型將占主導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)難度也將逐步提高，但是實(shí)驗(yàn)的趣味性和可見、可視性將增強(qiáng)。學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)將遇到越來越多的挑戰(zhàn)，比如有的知識(shí)沒有學(xué)，有的原理不清楚，對(duì)某些接口的參數(shù)不了解等等。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代科技的發(fā)展可以為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供巨大的幫助。比如學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)時(shí)遇到問題，老師可以通過網(wǎng)絡(luò)和學(xué)生交流，提出自己的意見引導(dǎo)學(xué)生自主查找資料解決問題。也就是說，科技的進(jìn)步和時(shí)代的要求需要更多的具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的大學(xué)生，這就要求改變“以教師為主，輔導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)模式，采取“以老師引指導(dǎo)為主”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生去查資料，相互交流、討論來獲取相關(guān)的知識(shí)。同時(shí)，加強(qiáng)老師與學(xué)生之間的交流和溝通，引導(dǎo)學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，教學(xué)相長(zhǎng)，增加趣味性，使得學(xué)生在一個(gè)相對(duì)輕松的氛圍中進(jìn)行相關(guān)理論及實(shí)驗(yàn)技能的學(xué)習(xí)，這樣對(duì)知識(shí)的掌握將更加牢固，實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平也自然得到了提高。

前面已經(jīng)提到“把好實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收關(guān)”，其中，原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和實(shí)驗(yàn)操作非常關(guān)鍵，這部分占總成績(jī)的50%，不參加此環(huán)節(jié)的學(xué)生，此次實(shí)驗(yàn)課沒有成績(jī)。在實(shí)驗(yàn)操作中，學(xué)生要親自動(dòng)手，記錄的數(shù)據(jù)要真實(shí)可靠，要培養(yǎng)學(xué)生誠(chéng)實(shí)守信的實(shí)驗(yàn)風(fēng)格。由于多人一起實(shí)驗(yàn)，合理分工和團(tuán)隊(duì)合作是實(shí)驗(yàn)完成的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)過程中，老師要隨時(shí)巡視了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)度并給予過程評(píng)分。學(xué)生可以自由組合，小實(shí)驗(yàn)2人一組，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)多人一組，分工協(xié)作共同完成。驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)時(shí)，小組成員各自介紹自己的工作，包括工作內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)記錄，同學(xué)之間相互打分，最后是老師查看實(shí)驗(yàn)原始記錄、提問和評(píng)分，如果發(fā)現(xiàn)亂評(píng)分現(xiàn)象則對(duì)評(píng)分同學(xué)的實(shí)驗(yàn)要適當(dāng)扣分，以便培育一種同學(xué)之間公平競(jìng)爭(zhēng)的學(xué)習(xí)氛圍。

(二)加強(qiáng)創(chuàng)新能力培養(yǎng)

創(chuàng)新能力培養(yǎng)是每一個(gè)高校對(duì)學(xué)生培養(yǎng)的最高目標(biāo)。但創(chuàng)新能力不是憑空得來，需要有牢實(shí)基礎(chǔ)，也要有天馬行空的思維。因此，在嵌入式移動(dòng)通信試驗(yàn)中，針對(duì)某些對(duì)移動(dòng)通信和嵌入式特別感興趣的同學(xué)，成立興趣小組，以興趣小組為單位，以“實(shí)例教學(xué)——項(xiàng)目的形式”來指導(dǎo)學(xué)生。每成立一個(gè)興趣小組設(shè)一名組長(zhǎng)，日常管理由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)，老師定時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，在遇到問題時(shí)，負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生查資料，自行解決遇到的疑難問題。這樣，對(duì)學(xué)生起到很好的鍛煉作用。如果學(xué)生有一些新的創(chuàng)意，可以自行組織一個(gè)小組進(jìn)行研究，這時(shí)老師僅僅在學(xué)生的研究過程中遇到問題時(shí)出來提點(diǎn)一下，提高學(xué)生的自主性和團(tuán)隊(duì)管理能力和協(xié)作能力，為以后適用社會(huì)做準(zhǔn)備。我們的一個(gè)興趣小組現(xiàn)在正在做“自己的月球車”研究，“月球車”技術(shù)涉及到與機(jī)器人相關(guān)的輕型機(jī)械、機(jī)構(gòu)、遙控操作、自主導(dǎo)航、通信和機(jī)械臂等方面，盡管現(xiàn)在還沒有成功，但我們要鼓勵(lì)學(xué)生這種探索精神，因?yàn)椋@是創(chuàng)新性的源頭。

五 結(jié)語

為了適用時(shí)代發(fā)展以及國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的需要，開展高校教學(xué)改革是非常必要的。嵌入式移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革已經(jīng)開始在我校實(shí)施并已取得初步成果。已經(jīng)進(jìn)行的教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)加強(qiáng)，創(chuàng)新能力明顯提升，實(shí)驗(yàn)積極性和實(shí)踐能力得以大大提高。很多創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室興趣小組的學(xué)生到了華為、中興和阿爾卡特－朗訊工作。

［1］劉書勇，武俊鵬，張國(guó)?。谇度胧郊夹g(shù)的計(jì)算機(jī)接口實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革［J］．計(jì)算機(jī)教育，2009(8)．

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G642．4

A

1674－5884(2012)01－0117－03

2011－11－02

湖南工業(yè)大學(xué)2011校級(jí)教改課題資助項(xiàng)目(2011D57)

陳衛(wèi)兵(1966－)，男，湖南湘潭人，副教授，博士，主要從事微電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和移動(dòng)通信技術(shù)研究。

(責(zé)任編校 許中堅(jiān))