5G通信發(fā)展背景下《通信原理》課程教學(xué)的改革與探索

辛以利 李云 譚智誠(chéng) 姚钘

摘要：《通信原理》是高等院校通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要理論基礎(chǔ)課，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握各類(lèi)通信信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在5G通信發(fā)展的背景下，《通信原理》理論教學(xué)和當(dāng)前新技術(shù)嚴(yán)重脫節(jié)。針對(duì)此問(wèn)題，本文提出三種教學(xué)改革方法：重點(diǎn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)調(diào)整、課下技術(shù)拓展調(diào)研、與Matlab軟件相結(jié)合。本文旨在提高理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用的銜接性，從而提高我?！锻ㄐ旁怼返慕虒W(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：5G通信；通信原理；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）06-0129-02

一、引言

隨著現(xiàn)代通信信息技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來(lái)越高，促進(jìn)了現(xiàn)代通信業(yè)務(wù)和服務(wù)的迅猛發(fā)展。現(xiàn)代通信業(yè)務(wù)要求通信技術(shù)服務(wù)端能夠提供大帶寬、高質(zhì)量、智能化的通信服務(wù)，這一需求加快了現(xiàn)代通信技術(shù)更新?lián)Q代的步伐，從1G、2G、3G一直到當(dāng)前的4G通信技術(shù)。但是當(dāng)前的4G技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前社會(huì)對(duì)通信速率和質(zhì)量的要求，這就催生了下一代通信技術(shù)，即5G通信技術(shù)的到來(lái)。5G通信技術(shù)是通信技術(shù)上一次大的變革，在通信的眾多理論領(lǐng)域中有了新的突破和創(chuàng)新[1]。

然而，當(dāng)前高等院?！锻ㄐ旁怼返睦碚摻虒W(xué)仍然滯留在3G和4G通信技術(shù)上，當(dāng)前社會(huì)普遍使用的4G技術(shù)也僅僅是略有涉及，課程的主要內(nèi)容仍然是六年前的3G技術(shù)。通信理論教學(xué)內(nèi)容過(guò)于陳舊，導(dǎo)致理論教學(xué)和當(dāng)前新技術(shù)脫節(jié)嚴(yán)重。雖然通信原理教學(xué)內(nèi)容是當(dāng)前通信傳輸技術(shù)的基本理論，但是作為高等院校的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，應(yīng)該明確當(dāng)前理論教學(xué)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，這樣才能提高學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。

二、課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

1.課程特點(diǎn)?！锻ㄐ旁怼肥歉叩仍盒ｋ娮印⑿畔?、通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要理論基礎(chǔ)課，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握各類(lèi)通信信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)[2]。本課程作為我校通信工程專(zhuān)業(yè)和與信息處理相關(guān)專(zhuān)業(yè)最重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，將系統(tǒng)闡述通信理論的基本原理、基本方法以及通信系統(tǒng)的基本性能指標(biāo)。本課程為進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和掌握空間通信、移動(dòng)通信、語(yǔ)音通信、水聲通信、光纖通信、衛(wèi)星通信等現(xiàn)代通信技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！锻ㄐ旁怼氛n程內(nèi)容具有理論公式多、系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)復(fù)雜等特點(diǎn)，課程理論知識(shí)體系貫穿了高等數(shù)學(xué)、電子電路、信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等理論知識(shí)，在整個(gè)本科教學(xué)階段起到了承前啟后的作用。

2.教學(xué)現(xiàn)狀。通信理論教材的審核和出版周期很長(zhǎng)，而當(dāng)前通信原理教學(xué)內(nèi)容過(guò)于陳舊，教材的出版嚴(yán)重滯后于當(dāng)前主流技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前通信原理的教學(xué)內(nèi)容仍然延留在2G和3G的通信理論框架，對(duì)于當(dāng)前社會(huì)主流的4G技術(shù)和即將商用的5G技術(shù)，本課程涉及的面很小且不夠深入，這就導(dǎo)致當(dāng)前教學(xué)無(wú)法做到理論聯(lián)系實(shí)際，使得本課程的教學(xué)目的不是很明確。另外，學(xué)生普遍認(rèn)為學(xué)習(xí)本課程沒(méi)有用途，從而失去對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣，致使課堂教學(xué)氣氛不夠活躍，難以提高授課質(zhì)量。

三、課程教學(xué)的改革與探索

在當(dāng)前通信技術(shù)更新?lián)Q代的背景下，通信原理的理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)。為了彌補(bǔ)這種不足，實(shí)際教學(xué)應(yīng)該調(diào)整本課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，拓展調(diào)研新技術(shù)的發(fā)展，并利用軟件輔助教學(xué)。

1.重點(diǎn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)調(diào)整。當(dāng)前通信原理教學(xué)中的模擬通信已經(jīng)是20世紀(jì)70年代第一代通信的技術(shù)了，應(yīng)該降低模擬通信部分的學(xué)時(shí)。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，噪聲已經(jīng)不是抑制系統(tǒng)性能的最主要因素。在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中干擾才是抑制系統(tǒng)性能的主要因素，所以本課程應(yīng)該增加通信干擾分析的內(nèi)容。與此同時(shí)，通信原理主要講解的編碼方式仍然是3G的編碼方式，對(duì)于當(dāng)前主流的4G編碼方式相關(guān)的理論內(nèi)容篇幅很少，所以應(yīng)該增加4G編碼方式的篇幅，并補(bǔ)充即將商用的5G編碼方式相關(guān)的內(nèi)容。經(jīng)過(guò)重點(diǎn)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)調(diào)整，本課程的教學(xué)更能貼近當(dāng)前通信技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的認(rèn)知水平。

2.課下技術(shù)拓展調(diào)研。5G通信的核心技術(shù)主要分為：大規(guī)模MIMO、毫米波通信、密集異構(gòu)組網(wǎng)、Polar編碼等。將授課課堂的學(xué)生分為多個(gè)小組，每個(gè)小組分配一個(gè)5G新的通信技術(shù)為課下技術(shù)拓展調(diào)研的題目。要求每個(gè)小組分析該調(diào)研的技術(shù)原理，找出通信原理中與其相關(guān)聯(lián)的原理內(nèi)容，總結(jié)該通信技術(shù)從當(dāng)前4G通信技術(shù)到未來(lái)5G通信技術(shù)的演變路線(xiàn)，最后形成一個(gè)完整的調(diào)研報(bào)告。每個(gè)小組的報(bào)告以視頻或者PPT的形式在課堂上做講解，課堂的其他學(xué)生對(duì)于報(bào)告的內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)，報(bào)告人要做相應(yīng)的回答與講解，最后由課堂的其他學(xué)生給本次報(bào)告的小組進(jìn)行打分。這種課下技術(shù)拓展調(diào)研的學(xué)習(xí)方式有助于加深學(xué)生對(duì)本課程理論應(yīng)用價(jià)值的理解，并提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情。

3.與Matlab軟件相結(jié)合。由于5G通信中部分新出現(xiàn)的算法晦澀難懂，需要結(jié)合Matlab仿真軟件才能更好地把握5G通信技術(shù)的核心內(nèi)容。分配學(xué)生利用Matlab仿真軟件設(shè)計(jì)4G通信系統(tǒng)和5G通信系統(tǒng)，設(shè)計(jì)要求此系統(tǒng)包含通信的基本環(huán)節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)。將此通信仿真系統(tǒng)分解為多個(gè)函數(shù)接口，每?jī)蓚€(gè)學(xué)生為一組負(fù)責(zé)一個(gè)接口，最后要求此仿真系統(tǒng)可以輸出通信的基本性能指標(biāo)，例如誤碼率、頻譜利用率、能量效率等。由于搭建一個(gè)綜合的通信系統(tǒng)需要的時(shí)間較多，應(yīng)該將此仿真系統(tǒng)作為通信原理的課程設(shè)計(jì)。通過(guò)Matlab仿真軟件可以模擬現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜多變的通信環(huán)境，對(duì)比分析新舊通信技術(shù)的差異，從而將抽象的通信理論知識(shí)以形象的方式展現(xiàn)出來(lái)，更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)與理解。

四、結(jié)語(yǔ)

本文在分析5G通信發(fā)展背景和《通信原理》課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了三種教學(xué)改革方法：重點(diǎn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)調(diào)整、課下技術(shù)拓展調(diào)研、與Matlab軟件相結(jié)合。本文旨在提高當(dāng)前通信理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用的銜接性。通過(guò)本文提出的三種改革方法，有利于引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣以及對(duì)本課程知識(shí)的理解水平，從而為學(xué)生的后續(xù)發(fā)展方向做有效的引導(dǎo)，最終提高我?！锻ㄐ旁怼返睦碚摻虒W(xué)的水平與質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)，2012.

[2]樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].第7版本.國(guó)防工業(yè)出版社，2013.