《移動通信》課程案例教學(xué)法的研究與實踐

劉佳 王宇飛 張明宇 安曉峰

【摘要】隨著5G業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)的快速推廣，各高校通信工程專業(yè)的學(xué)生既應(yīng)掌握扎實的理論知識，又應(yīng)具備豐富的實踐經(jīng)驗。本文提出了“前中后”式案例教學(xué)法。理論講解前、中、后，分別巧妙地設(shè)計了驗證性案例，訓(xùn)練性案例，設(shè)計性案例，通過案例使學(xué)生能夠積極主動思考問題和分析問題，從而達(dá)到解決問題的能力。

【關(guān)鍵詞】驗證性案例 ?訓(xùn)練性案例 ?設(shè)計性案例 ?移動通信

【基金項目】2018年度校級教育教學(xué)研究課題（XJ20181002）：通信工程專業(yè)案例教學(xué)法的探索與實踐。

【中圖分類號】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）08-0255-02

1.前言

2019年1月25日，工信部發(fā)布2018年通信業(yè)統(tǒng)計公報[1]，其統(tǒng)計顯示，2018年，在移動通信業(yè)務(wù)中移動數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)收入6057億元，比上年增長10.2%。如何滿足人們對于超大容量以及可靠傳輸?shù)囊蟪蔀檠芯空邆兯媾R的新的挑戰(zhàn)。旨在解決這些問題的第五代移動通信系統(tǒng)（5G）在全球范圍內(nèi)的快速推廣，其主要面向三大場景：增強(qiáng)移動寬帶（Enhance Mobile Broadband， eMBB），大規(guī)模機(jī)器類通信（Massive Machine Type Communication， mMTC）以及低時延高可靠通信（Ultra Reliable & Low Latency Communication， uRLLC）。為了滿足移動通信業(yè)的快速發(fā)展，社會需要高校“輸送”一批又一批的高質(zhì)量人才。因此，各高校通信工程專業(yè)的學(xué)生既應(yīng)掌握扎實的理論知識，又應(yīng)具備豐富的實踐經(jīng)驗?！兑苿油ㄐ拧氛n程將為通信工程專業(yè)的學(xué)生進(jìn)入社會提供了理論保障，然而在多年的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生“死學(xué)”理論知識，無法深入理解相關(guān)理論，以至于在實踐環(huán)節(jié)中表現(xiàn)出動手能力差等缺點。2016年，孫會楠等人[2]提出了通信工程專業(yè)柔性化人才培養(yǎng)模式的教學(xué)方法，符合應(yīng)用型本科院校學(xué)生的實踐教學(xué)的學(xué)習(xí)。2018年，何海浪等人[3]也提出了通信工程專業(yè)產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式。上述兩篇論文強(qiáng)調(diào)了應(yīng)用性人才的培養(yǎng)，認(rèn)為加強(qiáng)實踐性案例教學(xué)環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力十分重要。本文認(rèn)為在教學(xué)過程中既不能采取從頭到尾地講授理論知識的教學(xué)方法，也不能在整個課程中全部使用案例教學(xué)的教學(xué)方法，應(yīng)該在理論教學(xué)過程中插入案例教學(xué)，將兩者有效地融合在一起。本文將在第2部分中提出“前中后”案例教學(xué)法，并在第3部分中將此方法應(yīng)用在《移動通信》課程的實踐中，第4部分對全文進(jìn)行了總結(jié)。

2.案例教學(xué)法

2.1案例教學(xué)與理論教學(xué)的關(guān)系

案例教學(xué)有利于加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解。理論教學(xué)為案例教學(xué)提供了分析問題的原理，而案例教學(xué)有利于加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解，這兩者存在著相互補充和相互促進(jìn)的關(guān)系。在教學(xué)過程中，既不能采取從頭到尾地講授理論知識的教學(xué)方法，也不能在整個課程中全部使用案例教學(xué)的教學(xué)方法，應(yīng)該在理論教學(xué)過程中插入案例教學(xué)，將兩者有效地融合在一起。

2.2“前中后”式案例教學(xué)法

本文提出的案例教學(xué)法分為：課前案例，課中案例，課后案例。課前案例多為驗證性案例，是生活中的例子模塊，是學(xué)生平時接觸到的例子，使學(xué)生感興趣;課中案例多為訓(xùn)練性案例，是新技術(shù)、新方法實驗?zāi)K，使學(xué)生及時學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)和方法;課后案例多為設(shè)計性案例，是綜合性、設(shè)計性實驗?zāi)K，培養(yǎng)學(xué)生的綜合研究能力和創(chuàng)新能力。

3.案例教學(xué)在《移動通信》課程中的實踐

3.1 課前案例

首先用提問的方式將《移動通信》這門課程的內(nèi)容描述清楚，擬在系統(tǒng)的理論講解前，給出簡單的引導(dǎo)案例，系統(tǒng)地讓學(xué)生更加形象地理解要講授的理論知識，明確所講授知識在本門課程中的地位。例如，

（1）基站如何區(qū)分手機(jī)？

（2）手機(jī)如何找到基站？

（3）基站如何找到手機(jī)？

3.2 課中案例

理論講解中，給出討論案例，讓學(xué)生參與，調(diào)動學(xué)生的積極性。針對課前案例中所提出的問題，將本課程涉及的理論知識拋出來，同時橫向?qū)Ρ绕渌麑W(xué)科中類似的例子。

3.2.1基站如何區(qū)分手機(jī)？

（1）講授的知識點為：頻分多址（frequency division multiple access， FDMA）和時分多址（time division multiple access， TDMA）。

（2）給出如下課中案例：

1）頻分多址（FDMA）：可以讓手機(jī)工作在不同的頻率上用以區(qū)分它們，這好比廣播電臺，通過信號的不同頻率來區(qū)分不同的電臺。

2）時分多址（TDMA）：可以讓手機(jī)工作在不同的時間里以區(qū)分它們，這好比《北京歡迎你》，很多明星每個人唱一句，通過不同的音色來區(qū)分每個明星。

3.2.2手機(jī)如何找到基站？

（1）講授的知識點為：小區(qū)選擇。

（2）給出如下課中案例：

1）對于GSM（Global System for Mobile Communications，GSM）手機(jī)，則會掃描整個頻段，按信號的強(qiáng)度從最強(qiáng)信號開始逐一檢查，直到找到合適的基站的廣播信息，這類似于我們收聽學(xué)校的英語廣播;GSM系統(tǒng)中相鄰的基站采取不同頻率，由于工作頻率不同，自然不會產(chǎn)生干擾，這類似于高音和低音唱歌。

2）碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）系統(tǒng)基站固定使用一個頻率廣播信息，手機(jī)只要調(diào)諧到這個頻率就可以找到基站的指引信息，找到基站，就像110。CDMA系統(tǒng)中相鄰的基站采用的是一個固定頻率，但是擴(kuò)頻碼不一樣，也不會產(chǎn)生干擾，這類似于各個國家說話的語言不同。

3.2.3基站如何找到手機(jī)？

（1）講授的知識點為：尋呼與位置更新。

（2）給出如下課中案例：

為了找到手機(jī)，移動網(wǎng)絡(luò)可以對所有的基站下發(fā)“尋人啟事”來尋呼手機(jī)。

3.3 課后案例

完成理論講解后，給出實踐案例，讓學(xué)生課后主動完成，以學(xué)生自我研究為主，重在應(yīng)用，發(fā)揮鞏固、提高能力之功能。

課后案例往往是綜合性，設(shè)計性的模塊，培養(yǎng)學(xué)生的綜合研究能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生之間可以相互交流，說出自己設(shè)計方案的優(yōu)點，加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)理論知識的深入理解。

課后案例舉例：如何利用FDMA實現(xiàn)3個移動用戶的語音通信。

基帶語音信號的頻譜為300 Hz至3400Hz，為了使各個用戶之間互不干擾，每個用戶采用不同的載波進(jìn)行調(diào)制，同時為了節(jié)省頻帶，我們將采用單邊帶調(diào)制技術(shù)進(jìn)行搬移頻譜。假設(shè)用戶1，用戶2和用戶3調(diào)制所用的載波分別為5kHz， 10kHz，15kHz。

我們所設(shè)計的發(fā)送端將做如下步驟：

（1）用戶1，用戶2和用戶3的語音信號將通過低通濾波器，該低通濾波器的截止頻率為3400 Hz。

（2）通過低通濾波器的信號在經(jīng)過相乘器與各自的載波相乘，進(jìn)行單邊帶調(diào)制。調(diào)制后，用戶1所占用的頻帶為5.3kHz至8.4kHz，用戶2所占用的頻帶為10.3kHz至13.4kHz，用戶3所占用的頻帶為15.3kHz至18.4kHz。從而每個用戶占用不同的頻帶，及時同時發(fā)送到信道中，也不會相互干擾。

（3）用戶1，用戶2和用戶3將調(diào)制后的信號輸入到帶通濾波器，用戶1的帶通濾波器的頻帶范圍為5.3kHz至8.4kHz，用戶2的帶通濾波器的頻帶范圍為10.3kHz至13.4kHz，用戶3的帶通濾波器的頻帶范圍為15.3kHz至18.4kHz，使得濾除信道噪聲。

（4）最后將3個用戶的信號疊加起來，同時發(fā)送到信道中。

我們所設(shè)計的接收端將做如下步驟：

（1）接收信道發(fā)送過來的多路信號，將該信號發(fā)送給用戶1，用戶2和用戶3的接收端，該多路信號包含3個用戶的語音信息。

（2）將該多路信號輸入到帶通濾波器中，用戶1的帶通濾波器的頻帶范圍為5.3kHz至8.4kHz，用戶2的帶通濾波器的頻帶范圍為10.3kHz至13.4kHz，用戶3的帶通濾波器的頻帶范圍為15.3kHz至18.4kHz。

（3）通過帶通濾波器的信號在經(jīng)過相乘器與各自的載波相乘，進(jìn)行相干解調(diào)。解調(diào)后，每個用戶得到了各自的語音信息。從而實現(xiàn)了FDMA。

上述案例還可以深入進(jìn)行分析，例如，如何做才能達(dá)到最大程度的節(jié)省帶寬？可以使學(xué)生相互討論來得出結(jié)論，從而使學(xué)生更加深入地理解所學(xué)習(xí)的理論知識。

4.總結(jié)

本文提出了“前中后”式案例教學(xué)法，并應(yīng)用在《移動通信》課程的實踐中。通過多年實際教學(xué)驗證，在理論講解前，給出驗證性案例，可以使學(xué)生更加形象地理解要講授的理論知識;在理論講解中，給出訓(xùn)練性案例，可以有效地調(diào)動學(xué)生的積極性;在理論講解后，給出設(shè)計性案例，可以使學(xué)生鍛煉獨立的思考能力和創(chuàng)新能力。通過“前中后”式案例教學(xué)方式，真正達(dá)到了使學(xué)生及時學(xué)習(xí)了先進(jìn)的科學(xué)理論的目的，夯實了學(xué)生的實踐操作技能，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國工信部，2018 年通信業(yè)統(tǒng)計通[EB/OL].http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057511/n3057518 /c6618525/content.html， 2019-01-25.

[2]孫會楠，禹永植，趙建新. 應(yīng)用型本科院校通信工程專業(yè)柔性化人才培養(yǎng)模式的研究[J].太原學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2016（1）：41-44.

[3]何海浪，周曉燕，黃乘順.應(yīng)用型本科院校通信工程專業(yè)產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式研究[J].教育教學(xué)論壇，2018（27）：153-154.

作者簡介：

劉佳（1983.1.20-），吉林梅河口市人，吉林工程技術(shù)師范學(xué)院副教授，研究方向為信道編碼和密碼學(xué)。