無線通信原理課程的本科教學(xué)實(shí)踐與探索

李娜娜

【摘 要】現(xiàn)在的無線通信技術(shù)進(jìn)步很快，論文先是分析了教學(xué)課程與教育經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了這門課的優(yōu)勢和特征，在這個的前提下給出能夠提升教學(xué)水平的解決措施，希望能給該行業(yè)帶來一些借鑒價值。

【Abstract】Nowadays， wireless communication technology is progressing very fast. This paper firstly analyzes the teaching courses and educational experience， summarizes the advantages and characteristics of this course， and on this premise gives the solutions to improve the teaching level， hoping to bring some reference value to the industry.

【關(guān)鍵詞】無線通信原理;本科教學(xué);實(shí)踐探索

【Keywords】 wireless communication principle; undergraduate teaching; practical exploration

【中圖分類號】G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）09-0079-03

1 引言

無線通信在目前的信息行業(yè)中屬于進(jìn)步最大、應(yīng)用最廣泛的課程內(nèi)容，所以高等學(xué)校，特別是通信院校，需要持續(xù)推出和這個范圍匹配的專業(yè)型人才，才能有效解決無線通信技術(shù)改革創(chuàng)新問題?！稛o線通信原理》該門學(xué)科內(nèi)容已經(jīng)在我國高等院校的眾多通信和信息工程相關(guān)學(xué)院中安排上了，其中包括無線通信技術(shù)與組網(wǎng)等基礎(chǔ)性的含義與理念。通過雙語教學(xué)，學(xué)生可以全方位了解無線通信系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)理論知識，還能讓自己更加理解相關(guān)的英文專門單詞，提高學(xué)生閱讀與自己學(xué)習(xí)文獻(xiàn)資料的水平能力。課程的本質(zhì)在于表述教材中的課程內(nèi)容與內(nèi)在涵義與思維方式。通過對比和國外比較成熟優(yōu)秀的教材內(nèi)容，可以選擇性價比最高的教材，需要全面的內(nèi)容、講解循序漸進(jìn)、內(nèi)容深入淺出。因?yàn)槊块T課的課時都有限制，因此授課時，建議精簡與適當(dāng)取舍教材內(nèi)容[1]。自從開課來，相關(guān)教學(xué)人員需要密切追隨技術(shù)進(jìn)步，適當(dāng)修訂教學(xué)大綱及其內(nèi)容?，F(xiàn)在該門課程主要包含的內(nèi)容有以下五個部分：無線通信的進(jìn)步與技術(shù)規(guī)范、蜂窩的概念，即系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)、無線電傳播的發(fā)展歷程與無線通信的相關(guān)接入技術(shù)。

2 課程的特色和難點(diǎn)

經(jīng)過多次的教學(xué)嘗試，還有和學(xué)生保持溝通交流，教師應(yīng)該逐步形成自己獨(dú)有的教學(xué)風(fēng)格，同時總結(jié)該門學(xué)科特色和難點(diǎn)如下。

2.1 專業(yè)性強(qiáng)

無線通信在通信行業(yè)中十分重要，要求學(xué)生要有很扎實(shí)的專業(yè)知識功底。全面了解信號和系統(tǒng)、通信概念的基礎(chǔ)性理論，結(jié)合無線通信都是比較特殊的，即通過電磁波這樣的媒介，空間里面信息傳輸，所以要求學(xué)生具備較強(qiáng)的電磁波傳播知識基礎(chǔ)。

2.2 理論性強(qiáng)

與有線通信比較而言，無線通信的傳輸信號因素更加不確定，構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型用到的分析與變換手段十分煩瑣，所以學(xué)習(xí)時經(jīng)常發(fā)生不少很復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式。從另外的角度來看，經(jīng)常需要根據(jù)不同的時間和空間分析與掌握信道與信號的特點(diǎn)。所以學(xué)生自己一定要有比較扎實(shí)的數(shù)學(xué)知識理論基礎(chǔ)。

2.3 物理性強(qiáng)

無線通信系統(tǒng)中的原理與物理量價值都很顯著，學(xué)習(xí)時需要用心品味、認(rèn)真理解。特別是工科學(xué)生學(xué)習(xí)時，不光光只完成代公式的計算，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的[2]。學(xué)習(xí)是為了解決現(xiàn)實(shí)問題，根據(jù)解題思路。就像網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與規(guī)劃蜂窩系統(tǒng)，怎樣才能降低相同頻率造成的干擾因素、設(shè)計中繼規(guī)模等，大多數(shù)都離不開現(xiàn)實(shí)的工程狀態(tài)。因此，結(jié)合現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用環(huán)境、事情與項(xiàng)目成果，是很必要的教育過程。

2.4 雙語教學(xué)

教學(xué)內(nèi)容不僅難，雙語教學(xué)的方式更是增加了這門課程的難度。不過想到無線通信這門課程的知識內(nèi)容本來就很前衛(wèi)，所以仍需要堅守內(nèi)心，同時每學(xué)期新開課時，需要向?qū)W生完美地補(bǔ)充說明，讓學(xué)生可以發(fā)自心底接受這一現(xiàn)實(shí)。教學(xué)時，需要由點(diǎn)及面、綜合學(xué)生已經(jīng)知悉的知識理論，盡可能通過通俗明了的英語解釋專業(yè)詞匯，不排斥通過雙語的詳細(xì)解釋。同時選擇英語課件，作業(yè)和考試都可以是英語的，加強(qiáng)互動溝通，讓學(xué)生喜歡上雙語教學(xué)。

3 教學(xué)組織活動及改革

在無線通信原理這樣的雙語教學(xué)中，也需要考慮英文原版教材的選擇。如果教材選擇得好，內(nèi)容豐富，可以由淺入深地講述無線通信的知識基礎(chǔ)，盡可能通過通俗的英文表達(dá)與公式解釋清楚，因此，非常匹配初學(xué)者的自學(xué)要求。同時，對上這門課的老師來說，這門課的教材主要面向?qū)ο笫茄芯可A段的學(xué)生，所以也需要思考怎樣精選章節(jié)內(nèi)容，同時還能展現(xiàn)課程的整體性。另外，快半數(shù)的中英文混雜表達(dá)還是很難。對相關(guān)專業(yè)的學(xué)生來說，如果直接在大三就通過原版教材來學(xué)習(xí)，還是會感到很大的壓力。學(xué)生應(yīng)該在一個學(xué)期的短暫時間里掌握更多的相關(guān)專業(yè)知識。所以，每門專業(yè)課的上課時間需要保證有四個課時。那么，相關(guān)學(xué)院需要在這樣的課程里面引進(jìn)教學(xué)活動相關(guān)理念，從而推動改革教育活動。這門課程在教學(xué)中提出了一些基礎(chǔ)性要求。如學(xué)習(xí)英語原版教材內(nèi)容，全方位了解無線電傳播、信道建模與關(guān)鍵技術(shù)，清楚無線通信的工作原理與大致構(gòu)造，還有相關(guān)工程設(shè)計，更加了解以后無線通信的接口規(guī)范及無線通信的進(jìn)步方向。

3.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課堂教學(xué)彼此成就，互為表里。該門課程接觸到的內(nèi)容大致包含以下幾個方面：一是無線通信的進(jìn)步及技術(shù)規(guī)范;二是蜂窩的涵義，也就是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ);三是無線電傳播的路徑損耗;四是無線電傳播的小尺度衰落模型;五是無線通信的多種接入技術(shù)。上述部分彼此看似是不想干的，其實(shí)又離不開彼此。該門課程緊扣干擾與衰落，將其作為教學(xué)內(nèi)容的關(guān)鍵詞。無線信道是很隨機(jī)的，因此，建立傳播模型涉及的問題很復(fù)雜，而且要求很高的數(shù)學(xué)與信號系統(tǒng)相關(guān)知識[3]。課程中會出現(xiàn)不少公式，這是大多數(shù)學(xué)生最頭疼的，教學(xué)效果不是很好。首選的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為建立無線電傳播模型，通過該實(shí)驗(yàn)，將抽象變形象，設(shè)計目標(biāo)也會更加生動。

3.2 實(shí)驗(yàn)的設(shè)計

3.2.1 選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

課程老師為幫助學(xué)生理解信道的分類和特征，覺得即便信道建模已經(jīng)足夠完善，就像比較普遍的Clark模型與Jakes模型，卻并不適合直接用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，因?yàn)樘^理論化。

3.2.2 選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計工具

考慮到授課對象是通信工程專業(yè)的大三學(xué)生，已經(jīng)比較了解相關(guān)軟件如何應(yīng)用。設(shè)計實(shí)驗(yàn)時考慮到相關(guān)軟件的特質(zhì)，積極鼓勵學(xué)生參與其中，通過自己實(shí)踐，編寫程序、調(diào)整參數(shù)，及時提出解決措施。通過軟件設(shè)計數(shù)組、處理信號，語句簡單高效，程序框架明確，還保障了程序的延續(xù)與擴(kuò)展。

3.2.3 設(shè)計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

第一步，路徑損耗。即建立地面反射模型，變?yōu)榘l(fā)射信號，觀察信號幅度的波動因?yàn)闀r間與距離變化而變化。第二步，多徑效應(yīng)。設(shè)計發(fā)射信號波形，確定參數(shù)，清楚信號失真和多徑延擴(kuò)展有什么聯(lián)系。第三步，多普勒效應(yīng)。變更移動快慢，觀察信號變化規(guī)律，因?yàn)槎鄰叫?yīng)，造成隨機(jī)頻率。第四步，分類信道[4]。變換參數(shù)，總結(jié)信號衰落的因素與分類信道。

4 綜合應(yīng)用教學(xué)方法

4.1 借助軟件仿真進(jìn)行課堂演示

無線通信原理知識有不少概念，有的很形象，學(xué)生有時候無法理解完全。所以，利用相關(guān)軟件演示問題，讓學(xué)生更有共鳴，可以更加直觀清晰地理解概念。學(xué)生勇于提出自己的困惑，教師根據(jù)學(xué)生的困惑，通過相關(guān)軟件開始仿真。在蜂窩通信系統(tǒng)的固定頻段中，模擬四種完全不一樣的無線電波傳播信道。平均時延擴(kuò)展分別是，t1=0.2μs，t2=1μs，t3=5μs，t4=20μs，才有了對應(yīng)的無線信道特質(zhì)。利用對比仿真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示：信道特性和平均時延擴(kuò)展息息相關(guān)，后者越大，前者波動越劇烈、越不穩(wěn)定。信道帶寬與平均時延擴(kuò)展呈反比關(guān)系。數(shù)據(jù)顯示：當(dāng)t1=0.2μs時，可達(dá)到一定的數(shù)量級，在這個范圍里面信道幅頻都很好，波動不明顯，同樣，t2=1μs時，范圍只有1Mhz[5]。不難看出，學(xué)生能夠更加直觀地掌握多徑時延擴(kuò)展與信道特性波動的聯(lián)系，同時理解相關(guān)概念。教材上原本是枯燥無味的文字，此刻生動形象，學(xué)生可以很好地理解，教學(xué)活動也更加輕松有趣。另外，相同的情況，介紹多普勒效應(yīng)等比較抽象的含義時，也可以通過上述編程方式得到仿真結(jié)果，再演示與對比。盡管這樣擴(kuò)張了備課任務(wù)，但該方法可以讓人不再困惑，可以更方便解決問題，非常有利于提升教學(xué)水平。

4.2 結(jié)合實(shí)際案例幫助理解

工科學(xué)生的專業(yè)課，不能只看重課本知識，這樣會和社會脫節(jié)，知識浮于表面，學(xué)生會感到印象不深刻。授課時需要將工程經(jīng)驗(yàn)與項(xiàng)目成果加入教材內(nèi)容中。學(xué)生勇于提出自己的困惑，我們根據(jù)學(xué)生的困惑，通過相關(guān)軟件開始仿真。對于如何開展鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生真正學(xué)到知識。通過不停地探討分析，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，完善教學(xué)方法[6]。不僅要有機(jī)結(jié)合教學(xué)手段，多啟發(fā)互動、提出問題與加強(qiáng)協(xié)作，還需要及時更換新方法。把學(xué)習(xí)和親身事情結(jié)合在一起，不僅可以使學(xué)生對該方面的知識印象深刻，還能激發(fā)學(xué)生勇于探索、積極主動要求創(chuàng)新。

5 結(jié)語

無線通信原理課程和現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用息息相關(guān)，開設(shè)了該門課程之后，學(xué)生普遍覺得受益匪淺。不管以后要繼續(xù)學(xué)習(xí)，還是決心走入社會，對學(xué)生都有著重大意義作用。未來教學(xué)時，需要繼續(xù)深入提升教學(xué)質(zhì)量，擴(kuò)張更多的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐內(nèi)容，加進(jìn)更合適的教學(xué)手段與方法，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生自己解決問題，為無線通信行業(yè)培養(yǎng)出可塑之才。

【參考文獻(xiàn)】

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【3】陳朝.MATLAB實(shí)驗(yàn)仿真在通信原理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].北京：實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017（5）：92-95.

【4】宋鐵成.“通信原理”課程雙語教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].北京：北京大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版） ，2017（5）：95-96.

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【6】張輝.通信原理教學(xué)改革探討[J].科海故事博覽（科教論壇），2019（12）：75-79.