《通信原理A》教學(xué)探索

李保國 文磊 黃英 雷菁

摘要：針對《通信原理A》的課程標準以及授課對象的特點，提出了幾點教學(xué)理念和方法，包括注重內(nèi)容承接、物理意義闡述、創(chuàng)設(shè)問題引導(dǎo)激發(fā)興趣以及結(jié)合裝備實例提高工程素養(yǎng)等，希望能對從事《通信原理》教學(xué)的老師有點啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：通信原理A；教學(xué)；探索

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）09-0161-03

一、前言

《通信原理A》是我校指揮類信息與通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)，指揮信息系統(tǒng)工程、計算機科學(xué)與技術(shù)、信息安全、系統(tǒng)工程、管理科學(xué)與工程等專業(yè)的大類技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握通信系統(tǒng)的基本概念、基本分析方法，熟悉通信系統(tǒng)的構(gòu)成和基本框架。前修課程為同樣屬于大類技術(shù)基礎(chǔ)課程的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)A、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)A、信號處理與系統(tǒng)A。學(xué)時安排為46學(xué)時，其中講授38學(xué)時，實驗8學(xué)時。

《通信原理B》則是針對技術(shù)類學(xué)員的，學(xué)時安排為54學(xué)時，講授46學(xué)時，實驗8學(xué)時。兩者的主要區(qū)別在于：《通信原理B》對于理論知識的掌握程度要求比《通信原理A》高，前者要求學(xué)生具備獨立從事通信技術(shù)科研工作的能力，而后者則要求學(xué)員掌握熟練的基礎(chǔ)理論知識，并且會結(jié)合實際裝備進行知識的應(yīng)用。通過《通信原理A》的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新的意識，培養(yǎng)學(xué)生收集處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達能力以及團結(jié)協(xié)作的能力。使學(xué)生掌握通信系統(tǒng)的基本概念、基本原理和系統(tǒng)分析方法，培養(yǎng)學(xué)生對通信專業(yè)知識濃厚的興趣，進而使學(xué)生樹立為國防通信事業(yè)獻身的精神。

本文針對《通信原理A》的課程標準以及授課對象的特點，提出了幾點教學(xué)理念和方法，并對課程建設(shè)情況作了說明，希望能對從事《通信原理》教學(xué)的老師有點啟發(fā)。

二、教學(xué)理念和教學(xué)方法

我校指揮類學(xué)員培養(yǎng)的定位是“懂技術(shù)的指揮人才”，期望學(xué)生學(xué)完本課程后，到部隊遇到通信有關(guān)問題：懂原理、會應(yīng)用。往屆學(xué)員反映這門課較難，主要難在通信理論對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有一定要求，另外知識點繁多。如何在學(xué)時有限的情況下，盡量讓學(xué)生扎實地、有重點地掌握關(guān)鍵的通信基礎(chǔ)知識，爭取將來到部隊可以用到這些知識，在授課過程中注重系統(tǒng)性，并且重點突出，是我重點考慮的問題。主要有以下幾點教學(xué)理念和實際做法。

（一）注重內(nèi)容承接關(guān)系，講清來龍去脈

1.章節(jié)內(nèi)容的承接。

除緒論外，《通信原理》主要講授模擬調(diào)制技術(shù)、模擬信源數(shù)字化與編碼、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)和同步這幾章內(nèi)容。

信源和調(diào)制、解調(diào)和信宿構(gòu)成模擬通信系統(tǒng)，而所有環(huán)節(jié)加起來，構(gòu)成一個完整的數(shù)字通信系統(tǒng)，如圖1所示。模擬調(diào)制的技術(shù)可以指導(dǎo)數(shù)字調(diào)制，同樣是用載波的某一個參數(shù)來體現(xiàn)基帶信號的變化。

不考慮調(diào)制，或者把調(diào)制和傳輸信道合成為一個廣義信道，即為基帶傳輸系統(tǒng)?；鶐鬏斚到y(tǒng)的若干理論，如無碼間干擾的設(shè)計、最佳的基帶傳輸系統(tǒng)等，可直接用于加了調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)。

同步技術(shù)中的載波同步可適用于模擬或數(shù)字通信系統(tǒng)中需要采用相干解調(diào)的場合。其他的位同步、幀同步和網(wǎng)同步屬于數(shù)字通信系統(tǒng)特有，但其原理也與載波同步相互關(guān)聯(lián)。

所以通信原理各章節(jié)之間本身就是有關(guān)聯(lián)的，在授課過程中注重章節(jié)之間的承接關(guān)系，可以幫助學(xué)生建立系統(tǒng)完整的知識體系。

2.技術(shù)演變承接。通信技術(shù)發(fā)展至今，高速、便捷已經(jīng)成為標配，但技術(shù)的發(fā)展不是一蹴而就的，而是逐步承接演化過來的，教學(xué)過程中梳理這些承接關(guān)系可以幫助學(xué)生建立一種大局觀，對其將來從事通信有關(guān)的工作或其他任何工作都有幫助。

例如在講述脈沖編碼調(diào)制（PCM）講述的過程中，PCM標準的演進始終是圍繞語音信號高質(zhì)量數(shù)字化而進行的，在授課中，我著重跟學(xué)生梳理如圖2所示的承接關(guān)系。首先模擬信號數(shù)字化的目的是將時間連續(xù)、幅度連續(xù)的模擬信號變?yōu)闀r間離散、幅度取值有限的數(shù)字信號，經(jīng)過抽樣以后時間離散了，但幅度仍然無限，需要對幅度進行量化。均勻量化即量化等間隔的量化方式，這種方式的缺陷在于量化噪聲的功率只取決于量化間隔的大小，即量化的精細程度，而與被量化信號本身的特性無關(guān)，所以造成大信號的量化信噪比大、小信號的量化信噪比小。而語音信號服從拉普拉斯分布，大信號概率小，小信號概率大，所以均勻量化不適合語音信號，必須采用非均勻量化，提高小信號的量化信噪比。對信號采用一定函數(shù)壓縮，再進行均勻量化等效于直接進行非均勻量化。對數(shù)壓縮特性可以實現(xiàn)在較大的動態(tài)范圍內(nèi)，量化信噪比對于大小信號都比較均勻，但對數(shù)特性在接近0的位置無法實現(xiàn)，所以引入A律和u律修正對數(shù)特性，使之物理可實現(xiàn)，對于我國的A律標準，又引入13折線近似逼近A律對數(shù)壓縮特性，從而關(guān)聯(lián)到PCM編碼。這樣一環(huán)扣一環(huán)，過程比較清晰，學(xué)生也容易接受。

3.注重物理意義闡述，讓通信理論“接地氣”。《通信原理A》教材中多個知識點都存在較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，這些往往是指揮類學(xué)員的弱項，因此在授課中盡量做到簡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，讓學(xué)生重點掌握結(jié)論的物理意義及其應(yīng)用。

圖3中數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型中信道的傳輸函數(shù)為C（ω），而理想信道的數(shù)學(xué)描述為C（ω）=1，其物理意義為一個全通網(wǎng)絡(luò)，允許所有頻率分量無失真通過，強調(diào)物理意義讓學(xué)生更容易接受。

讓通信理論接地氣的一種重要方法就是用通俗易懂的語言，多跟實際生活作類比。例如在PCM編碼中的逐次比較型編碼器的工作過程非常類似于天平稱重的過程，如圖4。

天平稱重過程如下：

·估計物理質(zhì)量，放入1個重量相當?shù)捻来a；

·若砝碼輕了，繼續(xù)增加砝碼；若重了，則以輕一個量級的砝碼替換原有砝碼；

·再根據(jù)輕重關(guān)系決定是繼續(xù)增加砝碼還是替換上一砝碼；

·如此下去，直至平衡；

·若砝碼放完仍不能平衡，合理調(diào)整砝碼使得物體比砝碼總重量略重；

·再來調(diào)整游碼，直至保持平衡；

逐次比較的過程與天平稱重過程可以進行如下類比：

·8個段落——8組砝碼?！鳌亓繂挝?/p>

·段內(nèi)的5個電平（起始電平+4個段內(nèi)碼權(quán)值電平）

·——每組5個砝碼（1個主砝碼和4個小砝碼）；

·主砝碼重量——段落起始電平，確定3位（C2-C4）

·4個小砝碼的重量——段內(nèi)4位碼的權(quán)值電平

·段內(nèi)碼編碼“1”或“0”——4個小砝碼的“放”或“未放”兩種狀態(tài)。

比較結(jié)果中：標準電平如果小于樣值電平，則類比于天平砝碼輕了，需要增加砝碼。反之，則意味著天平砝碼重了，需要更換原有砝碼為輕一點的。

通過這樣一種關(guān)系，學(xué)生就更容易理解逐次比較的原理，印象也比較深刻。

（二）激發(fā)興趣，問題引導(dǎo)，結(jié)合裝備實例提高工程素養(yǎng)

1.通過創(chuàng)設(shè)問題激發(fā)興趣。通信原理這門課由于和實際的生活比較貼近，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性應(yīng)該說還可以，但是如果一味地講理論，而不結(jié)合實際應(yīng)用，時間長了學(xué)生也會失去學(xué)習(xí)的興趣。針對這一情況，我在上課時有意識地提出一些通信有關(guān)的問題。例如，在第一次課緒論時，我一開始就提出一個問題，現(xiàn)在社會上通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個相當?shù)母叨攘?，比如計算機網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代的移動通信系統(tǒng)等等，那么通信問題是不是已經(jīng)徹底解決了，還有沒有必要繼續(xù)研究新的通信技術(shù)呢？帶著這一問題，學(xué)生聽課的積極性比較高了。學(xué)生們大都觀看過飛船發(fā)射的電視直播，我問學(xué)生一個問題，為什么飛船艙內(nèi)的照片有時候有，有時候又沒有呢？從而引出了美國的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)TDRSS，該系統(tǒng)通過發(fā)射三顆同步軌道衛(wèi)星作為中繼衛(wèi)星可以完成對航天器的無間斷測控的功能，這就是一個典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的問題；然后我又說到網(wǎng)絡(luò)上的視頻點播為什么畫面質(zhì)量不高，而且時斷時續(xù)？最后解釋原因，由于視頻壓縮比率太高和傳輸誤碼的原因造成畫面失真，網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠造成時斷時續(xù)，從而引入了信源編碼和信道帶寬的概念，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣被調(diào)動了起來。比如在引入糾錯編碼的概念時我就首先舉了從光盤拷文件到硬盤的例子，由于光盤質(zhì)量和光驅(qū)糾錯能力的原因，經(jīng)常會出現(xiàn)CRC校驗錯誤的消息，這些問題對于學(xué)生們來說都是相當熟悉的，從而自然而然引入了糾錯編碼的概念。比如在講到GSM移動通信系統(tǒng)時，講述移動設(shè)備識別碼IMEI時，現(xiàn)場讓學(xué)生把手機拿出來看一下里面的IMEI。

創(chuàng)設(shè)問題之后，激發(fā)學(xué)生思考，引出課程知識點講述，最后再完成問題的閉環(huán)，這樣整個流程比較完備，學(xué)生知識學(xué)習(xí)也較為系統(tǒng)。

2.引入大量裝備實例、提升教學(xué)效果。在本門課程教學(xué)過程中，通過引入大量的通信系統(tǒng)實例，講述基本的通信原理在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)合廣播電視、手機、電臺等學(xué)生現(xiàn)在和今后接觸到的通信系統(tǒng)和終端進行講解，可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。將軍事通信領(lǐng)域的新進展和新技術(shù)嵌入到課程內(nèi)容的講授中，增強學(xué)員在軍事實踐中應(yīng)用課程知識的能力。

例如美軍有一種話音帶寬的短波電臺，軍標為MIL-STD-188-110A，其中關(guān)鍵的一些參數(shù)為波特率2400B，滾降系數(shù)0.25，QPSK調(diào)制，副載波1800Hz，產(chǎn)生的基帶信號位于300-3300Hz?；鶐盘柕男纬蛇^程如圖6所示，其中涉及無碼間干擾的基帶傳輸特性設(shè)計，升余弦滾降信號是一種較好的滿足奈奎斯特準則的基帶波形，引入上述軍標，并進行相應(yīng)的計算，增強了學(xué)生的感性認識。

在本課程的課程設(shè)計環(huán)節(jié)，發(fā)布關(guān)于美話音帶寬短波電臺信號的通信偵察課題，學(xué)生只拿到符合標準的數(shù)據(jù)，他們必須自己查閱相關(guān)英文資料，并且消化，提煉出其中的體制，才有可能將數(shù)據(jù)中的信息準確解調(diào)出來，通過這樣一個過程，鍛煉了其查閱資料、閱讀文獻和分析問題的能力。這種以問題牽引的方法，可充分激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情，督促學(xué)員積極地思考討論，充分調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。同時也促使其養(yǎng)成善于思考，勤于思考的習(xí)慣。

總結(jié)

《通信原理A》是我校的一門核心課程，對于部隊信息化建設(shè)有著較為關(guān)鍵的作用，作者在多年的教學(xué)過程中形成了一套獨特的教學(xué)方法，教學(xué)效果良好，得到了學(xué)生較高的評價，充分激發(fā)了學(xué)生的興趣。在此拿出來與讀者共享，希望能起到拋磚引玉的作用。

參考文獻：

[1]宋群，基于Moodle平臺的課程考核和評價方法研究——以高職“數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”課程為例[J].中國信息技術(shù)教育，2015，（10）：95-97.