《擴頻通信》課程教學實踐初探

閆坤

【摘要】擴頻通信理論是當代通信系統設計的基礎，也是通信工程專業的重要課程。作者結合多年的教學實踐，針對擴頻通信課程涉及知識面廣、理論性強、實驗設計難度較大等特點，探討了相關的理論與實驗教學方式方法，取得了一定效果。

【關鍵詞】擴頻通信教學實踐實驗教學Explore the Teaching Schemes of Direct Spreading Spectrum System Kun Yan

（Guangxi， Guilin， Guilin University of Electronic Technology）

Abstract： As the theoretical foundation of the most popular communication systems， Direct Spreading Spectrum System （DSSS） is one of the most important courses in Telecommunication. In this paper， we explore the novel ideas and the useful strategies for teaching based on the features of the DSSS. The development from traditional education to education through inspiration can be achieved thereupon.

Keywords： DSSS， Teaching Practice， Experiment Teaching

引言

擴頻通信在軍事和民用通信領域中占有重要地位，相關應用越來越廣泛。作為通信原理的后續課程，通信與實際聯系緊密，深入認識擴頻通信的相關知識能為今后的工作打下堅實的基礎，使學生更好的與社會接軌，提供其就業競爭力。作為一門多學科、專業交叉滲透的綜合性課程，如何有效開展相關理論與實驗教學，讓學生更深入、更形象地理解所講授的內容，提升學生的學習熱情，最大化課堂教育效果是探討的熱點與難點。經過多年教學，作者總結了擴頻通信的教學難點，提出了相關教學方式方法。

一、主要問題

擴頻通信[1]的教學涵蓋了通信工程教學中的大部分知識。通過長期的教學，筆者發現這門課的教學難點主要表現在以下方面：

1.1涉及其他課程知識較多

作為當代通信系統設計的重要理論，擴頻通信系統的設計涉及了全部通信工程專業的主要課程。其中通信原理被應用于擴頻通信的誤碼率分析中、信號與系統被應用于擴頻信號的頻譜分析中、編碼與信息論被應用于擴頻碼的設計中。這種現狀為教學工作帶來了較大難度。

一般而言，擴頻通信被安排在通信系統本科專業教學后段，學生已經完成了大多數課程學習。但是由于遺忘和僵化教學等原因，很難要求學生隨時靈活運用各種知識。教師在課堂上常常要為學生復習各種課程的相關理論。但由于涉及面廣、知識量大，復習的效果并不如人意。甚至會好心辦壞事，將學生本就混亂的知識體系攪亂。

1.2實驗設計的創新難度大

擴頻通信系統實驗一般在Matlab仿真平臺上完成。由于系統理論已經成熟，現有實例程序較多，很難對其進行創新。曾有人探索用system view或simulink進行擴頻通信系統仿真[2，3]，但受限于時間與設備等因素，如何跳出現有的框架，從新的角度更有效地教授學生仍沒有一個完美的答案。

由于實驗設計的老舊，很難調動學生的積極性。即使將程序設計作為考核內容，學生們也常常從網絡或其他途徑找到相關程序應付了事。這種現狀更加大了教學的難度。

1.3擴頻碼設計教學難度高

擴頻編碼屬于編碼理論的一個分支。作為通信理論中的最抽象部分，編碼理論的教學是整個通信工程專業教學中的“硬骨頭”。雖然有信息理論與編碼理論的基礎，但由于大多數的學生并不能理解編碼設計的原理，擴頻編碼的設計教學難度仍然很大。大多數的教師只能停留在教授學生幾個移位寄存器的設計方法，更深層的編碼理論無法引入教學過程中。清華大學的擴頻通信教材試圖將編碼的基礎知識（有限域）引入擴頻碼的教學中，但只是隔靴搔癢，并不能解決根本問題。

二、改進措施

多年來，我們不斷探索擴頻通信的教學方法，總結出一套行之有效的教學方案。實踐證明這些方法能夠提高學生的學習興趣，改善教學效果。

2.1打好基礎

針對擴頻通信涉及知識面廣的學科特點，我們采取先復習，后講課的方式進行教學。在課程開始的前三次課依次為學生復習通信原理中誤碼率分析、信號與系統中頻率分析、信息論中信息量計算等內容。重點是向學生介紹有限域的基礎概念[4]，并將現有的編碼設計方法向學生進行簡單說明。雖然花費了教學時間，但這種教學方法能夠在教學初期為學生復習所學知識，為之后的學習打下堅實基礎。

由于涉及的相關知識較多，學生之間的基礎也存在差異，我們不可能也沒有必要在課程上復習所有相關知識。為此，我們總結了擴頻通信涉及的知識框架（如圖1所示）。借助于該框架，可以讓學生清楚的認識到相關知識之間的聯系，讓學生較容易明白相關知識復習的必要性，認識擴頻通信系統設計的重要性。同時，也能幫助學生進行自我對照，找出薄弱環節有針對的學習，以彌補教師在課程復習中的不足。并且能夠為學生建立較好的學科體系。經過多年總結，我們總結出以下擴頻通信相關的知識結構框圖應用于教學中：

2.2實驗教學

在擴頻通信的授課過程中，完成相關的基礎實驗內容。這種將實驗引入教學的方法已經被廣泛應用于工科院校的各種課程中，其效果是顯著而且良好的。學生的積極性被調動起來，抽象的理論被具象化。在我們的應用中主要強化以下兩點：一是將課堂上的實驗與課后的作業相結合。比如，我們將常見的簡單擴頻通信系統設計放在課堂上介紹，在課后作業中要求學生解釋由教師提供的程序的物理意義。這種方法能夠較好的訓練和檢測學生對所學內容的了解。二是將擴頻通信的原理與實際的系統結合，考核學生設計滿足某種條件的擴頻系統能力。常見的CDMA系統設計就是基于擴頻通信系統的，我們為學生指定某種國際標準下的信道模型，設定合理的通信系統參數，指導學生設計滿足各項要求的擴頻通信系統。這種教學和考核方法能夠加強理論課程的實踐性，并且將老舊的程序設計具體化、特殊化，培養學生的實際動手能力，滿足工業界對通信專業畢業生的需要。

2.3寓教于樂

興趣是最好的老師，所以如何在將教學變得有趣是教師的重大課題。擴頻通信作為一門理論專業課，內容比較抽象枯燥，寓教于樂的難度較大。我們希望用下面的方法來達到這樣的效果。

首先，在教學中引入課程的背景知識。作為二戰時期發展出來的通信理論，擴頻通信的發展歷史具有一定傳奇色彩，對這段歷史的介紹能夠激發學生對學科的興趣。特別是擴頻通信的發明人，海蒂·拉瑪女士，作為好萊塢知名演員和通信專家，其人生經歷就能夠編成一部優秀的電影。無獨有偶，編碼理論的奠基人，伽羅華的人生經歷更具特色，這些歷史的引入很好地豐富了學科背景，調劑了緊張的教學過程，并將具體的人物投射在抽象的理論中，能夠很有效的提高學生的學習興趣。

其次，鼓勵學生學習相關學科最先進的科研成果，為學生梳理理論發展的脈絡。擴頻通信的研究發展一直沒有停止。雖然相關基礎通信理論已有較好發展，但更優的編解碼方法和擴頻抗干擾的研究從來沒有停止過。我們希望在教學中引入一兩篇最新的擴頻通信方面論文，指導學生閱讀。加強課程與當下科研發展的聯系。

總之，我們希望能將教學從課本的知識延伸開去，追溯學科歷史，展望發展前景。這種談古論今式的教學方法常出現在文科類的教學中，工科教學中使用較少。相信會給學生帶來新鮮感。事實上，國外相關領域的授課常常采用這種方式，比如，數學課教授常常從數學史的發展入手，用時間線連起看似無關的各種學科知識，進而介紹本課程的內容，這樣的教學能夠較好的將知識趣味化，也能避免只見樹葉不見樹的教學盲區，為學生打開興趣之門。

2.4編碼教學

編碼教學是擴頻通信教學過程中的重點難點，為了將這一個部分與其他通信知識融會貫通，這里的教學重點應該放在擴頻碼的使用與效果上。但是這并不意味著編碼設計不需要考慮。相反，編碼設計才是能夠引起學生興趣和學習熱情的部分。現有教材上的編碼設計方法著重在查表法，常常有學生提出疑問：我們所用的編碼表從何而來？為了解決學生的問題，我們在課上點出編碼設計的幾種方法，如，搜索法，橢圓曲線相關理論。由于這些知識本身的復雜性，這部分介紹的重點放在知識背景和理論框架的建立，目的在于為學生指出方向，是其未來能夠通過學習按圖索驥，如果有興趣，也能繼續在這個方面進行探索。

三、結語

以上的教學方法已經被初步應用于我們的教學過程中，教學成果有明顯改善。學生對擴頻通信的興趣大大提高，課堂氣氛更為輕松活潑，實踐經驗增加較多，這樣的教學成果能夠較好地服務于學生未來的工作。如何進一步改善教學手段，提高教學效率是我們未來的工作重點。

參考文獻

[1]朱近康.擴展頻譜通信及其應用[M].北京：中國科學技術大學出版社， 1993.

[2]李穎，朱伯立，張威. Simulink動態系統建模預防針基礎[M].西安：西安電子科技大學出版社， 2004.

[3]張競秋. Matlab/Simulink仿真實驗在擴頻通信課程教學中的應用[J].科技咨訊， 2009.

[4]邢偉.近世代數[M].科學出版社， 2009.