“通信原理”課程教學(xué)研究

摘 要：“通信原理”是電信類專業(yè)的核心課程，在學(xué)生畢業(yè)之后從事電信行業(yè)工作中具有極其重要的作用。然而，不同類型的工作崗位對通信原理知識的要求不同。本課題組教學(xué)聯(lián)系實(shí)際，從不同工作崗位對通信原理基礎(chǔ)知識的不同要求出發(fā)，深入思考通信原理教學(xué)過程中存在的問題，提出教學(xué)過程中的關(guān)鍵點(diǎn)，并在課堂上有效運(yùn)用，取得理想的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：通信原理；教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合；教學(xué)研究

“通信原理”是電信專業(yè)的核心課程之一，其內(nèi)容是整個通信系統(tǒng)的基本框架，對學(xué)生以后成為電信工程師進(jìn)行算法研究和技術(shù)開發(fā)實(shí)踐具有極其重要的作用。但是其體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，概念抽象，數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜，學(xué)生難以在短時(shí)間內(nèi)消化課程知識，很多教師在教授該課程的時(shí)候存在“不知深淺”的問題，即不知道各個部分應(yīng)該講授到什么程度，對單個知識點(diǎn)都同樣程度地進(jìn)行講授，并且在課堂上推導(dǎo)數(shù)學(xué)公式，但是沒有講清楚通信過程到底是什么；學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在“不明所以”的問題，即對各種知識點(diǎn)似懂非懂，對各個知識點(diǎn)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可能明白，但是宏觀上不能清晰準(zhǔn)確地描述通信過程和所用到的技術(shù)。筆者結(jié)合博士階段的理論研究和在公司中的應(yīng)用實(shí)踐，對“通信原理”課程的教學(xué)進(jìn)行深入思考，總結(jié)出一套卓有成效的教學(xué)手段和方法，并且在課堂中有針對性地調(diào)整教學(xué)方式，取得很好的教學(xué)效果。

一、通信原理課程特點(diǎn)分析

在這一部分中，筆者首先分析“通信原理”課程的特點(diǎn)，思考講授“通信原理”課程過程中出現(xiàn)問題的根源。

1.通信的本質(zhì)。通信的本質(zhì)是人們對于電磁波傳播的有效利用，電磁波的傳播因?yàn)榭床灰娒恢?，所以對學(xué)生來說是抽象的概念。如果不能將抽象的概念具體化，就無法使學(xué)生理解通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完整個課程之后，雖然可能理解單個知識點(diǎn)，但是無法說清楚通信過程到底是怎么實(shí)現(xiàn)的。

2.數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁多。創(chuàng)建通信理論的科學(xué)家通過完整的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，為通信系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供理論指導(dǎo)，但是初期學(xué)習(xí)通信原理的學(xué)生往往被各種數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚇到，前期“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”和“線性代數(shù)”課程基礎(chǔ)較差的學(xué)生甚至?xí)a(chǎn)生通信原理根本不可能學(xué)好的想法。

3.知識點(diǎn)眾多，且體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在課程講授過程中，如果學(xué)生沒有建立對系統(tǒng)框架的理解，而教師單純按照教材照本宣科，學(xué)生很可能根本抓不住重點(diǎn)，即使前期課程基礎(chǔ)好的學(xué)生也可能產(chǎn)生這樣的疑問：通信基礎(chǔ)就是推導(dǎo)數(shù)學(xué)公式嗎？

4.通信原理對電信行業(yè)從業(yè)者的基礎(chǔ)性價(jià)值。筆者在公司工作期間，主要從事算法設(shè)計(jì)，算法開發(fā)工作大多由通信、計(jì)算機(jī)、自控等專業(yè)的研究生完成。筆者發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象：學(xué)過通信原理的通信專業(yè)學(xué)生，很容易理解筆者的算法設(shè)計(jì)思路，而沒有學(xué)習(xí)過該課程的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生則較難理解算法思路，影響算法在產(chǎn)品中的軟件實(shí)現(xiàn)。

二、不同崗位的電信工程師對通信原理的能力要求

根據(jù)教育部對高校教育工作的要求，筆者所在的安陽師范學(xué)院可以轉(zhuǎn)型探索，把過去培養(yǎng)研究型學(xué)生的目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)實(shí)踐型學(xué)生?；谶@一目標(biāo)，我們結(jié)合通信設(shè)備公司的實(shí)際情況，分析學(xué)生作為電信行業(yè)的算法設(shè)計(jì)工程師和開發(fā)工程師對通信原理的不同需要。

大型的通信設(shè)備公司，如華為、愛立信、中興等，其研發(fā)投入巨大，有清晰的產(chǎn)品研發(fā)流程。在產(chǎn)品研發(fā)的最前端是面向未來3到5年之內(nèi)可能實(shí)現(xiàn)技術(shù)的預(yù)研，預(yù)研的成果經(jīng)業(yè)內(nèi)多家公司激烈討論，達(dá)成一致之后在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，如3GPP，形成通信行業(yè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。參與前沿理論和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究的工程師，對通信原理知識要求極高，不僅對通信系統(tǒng)有清晰完整的框架基礎(chǔ)，還應(yīng)該清楚信道、信源編碼、信道編碼中的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，對各種性能指標(biāo)印象深刻。

在中小型的通信設(shè)備或者技術(shù)開發(fā)公司，對中長期的技術(shù)積累投入較少，或者在大型通信設(shè)備公司的產(chǎn)品開發(fā)部門中，基本上都著眼于當(dāng)前市場上認(rèn)可產(chǎn)品的開發(fā)和維護(hù)，而且大多數(shù)開發(fā)由于大公司開發(fā)的核心芯片，因此這些崗位上的工作者對通信原理的要求并不高，只要大致清楚通信的基本過程，了解通信系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，了解各代通信系統(tǒng)的核心技術(shù)原理，能夠在工作中了解算法原理，并相應(yīng)地進(jìn)行軟件或者硬件開發(fā)工作即可。

不論是在大型還是在中小型通信設(shè)備或技術(shù)公司，有相當(dāng)一部分員工從事售前技術(shù)交流或者售后維護(hù)工作，例如：華為公司近一半的員工從事產(chǎn)品研發(fā)（包括中長期技術(shù)積累），近一半的員工從事售前與售后工作。所以，對于電信專業(yè)畢業(yè)之后從事銷售工作的學(xué)生，對通信原理的要求相對于產(chǎn)品研發(fā)者有所降低。從事售前技術(shù)交流的人員要求能夠?qū)Ξa(chǎn)品性能非常了解，能夠解決客戶的具體實(shí)際問題，售后維護(hù)人員要求能夠解決產(chǎn)品使用過程中出現(xiàn)的問題。所以從事這兩部分工作的人員對通信原理的要求是有通信系統(tǒng)的背景知識，了解通信系統(tǒng)框架，更重要的是參加工作之后學(xué)習(xí)與實(shí)際產(chǎn)品有關(guān)的知識。

三、通信原理課程教學(xué)思考

針對第二部分分析的不同崗位對電信工程師要求的不同，課題組積極思考，從課程內(nèi)容教學(xué)、課外實(shí)踐應(yīng)用等環(huán)節(jié)分析總結(jié)出了以下教學(xué)要點(diǎn)。因?yàn)椴煌ぷ鲘徫粚νㄐ旁碇R能力有不同的要求，所以課堂內(nèi)容教學(xué)的宗旨是分層次傳授知識。不同學(xué)習(xí)程度、面向不同崗位的學(xué)生按照自己的需求掌握對應(yīng)的內(nèi)容。課外實(shí)踐的宗旨是加深對基礎(chǔ)知識理解的同時(shí)，盡可能編寫相關(guān)代碼，或者實(shí)現(xiàn)某個小的通信系統(tǒng)，這部分內(nèi)容依據(jù)不同學(xué)生的不同基礎(chǔ)，有選擇性地進(jìn)行引導(dǎo)。

在教材選擇上，以國家統(tǒng)一規(guī)定的通信原理教材為主，同時(shí)推薦學(xué)生閱讀更加偏重應(yīng)用實(shí)踐的《LTE/LTE-Advanced關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)性能》和偏重于概念講解的《大話無線通信》等書籍。

在教學(xué)過程中，在課程開始的時(shí)候，教師首先講解通信系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生知道通信系統(tǒng)與生活息息相關(guān)，不是抽象的概念，然后再按教材上的順序，分步驟講解信道、編碼、調(diào)制、2/3/4G關(guān)鍵技術(shù)等知識點(diǎn)，這樣避免了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中摸不著頭腦，產(chǎn)生“通信就是數(shù)學(xué)推導(dǎo)”的錯誤觀念；對于信道、編碼等基礎(chǔ)知識，首先講解概念，讓所有學(xué)生都有清楚的認(rèn)識；在概念清晰的基礎(chǔ)上，講解數(shù)學(xué)公式表達(dá)的各種結(jié)論和性能指標(biāo)，以及簡單的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，讓大部分學(xué)生了解通信系統(tǒng)的基本結(jié)論，如信道容量表達(dá)式等；在課后作業(yè)中，布置較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，讓前期“概率論”和“線性代數(shù)”等基礎(chǔ)較好的學(xué)生試著推導(dǎo)，教師在學(xué)生推導(dǎo)過程中遇到困難的時(shí)候，指導(dǎo)學(xué)生解決問題。通過這樣的方式，不同基礎(chǔ)的學(xué)生在對通信框架和基礎(chǔ)原理有清晰了解的基礎(chǔ)上對這門課有不同程度的收獲。教師在教學(xué)過程中應(yīng)注意結(jié)合實(shí)際場景。在當(dāng)今社會手機(jī)非常普及的情況下，講授通信原理課程不應(yīng)該只重理論，在講授過程中，應(yīng)適時(shí)結(jié)合學(xué)生對手機(jī)和其他無線通信實(shí)現(xiàn)過程的好奇心，加以適當(dāng)引導(dǎo)。

在課外實(shí)踐方面，對于編程基礎(chǔ)較好的學(xué)生，引導(dǎo)其通過Matlab等仿真工具編寫代碼，加深對通信知識的了解；對于硬件基礎(chǔ)較好的學(xué)生，引導(dǎo)其積極參與“挑戰(zhàn)杯”等競賽，在核心新盤的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)外圍電路，實(shí)現(xiàn)某個通信系統(tǒng)，這樣可以在鞏固知識積累的同時(shí)，為未來工作打下良好的基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

本課題組針對不同的電信從業(yè)者對通信原理知識掌握能力的不同要求，從課程內(nèi)容教學(xué)和實(shí)踐應(yīng)用兩個角度對“通信原理”課程的教學(xué)方法進(jìn)行了研究，以達(dá)到最好的教學(xué)效果，培養(yǎng)適應(yīng)不同崗位的電信工程師。

參考文獻(xiàn)：

[1]許曉麗，趙明濤.無線通信原理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2014.

[2]樊昌信，曹麗娜.通信原理（第6版）[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.