《通信原理A》教學探索

李保國 文磊 黃英 雷菁

摘要：針對《通信原理A》的課程標準以及授課對象的特點，提出了幾點教學理念和方法，包括注重內容承接、物理意義闡述、創設問題引導激發興趣以及結合裝備實例提高工程素養等，希望能對從事《通信原理》教學的老師有點啟發。

關鍵詞：通信原理A；教學；探索

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）09-0161-03

一、前言

《通信原理A》是我校指揮類信息與通信工程、電子科學與技術，指揮信息系統工程、計算機科學與技術、信息安全、系統工程、管理科學與工程等專業的大類技術基礎課程。通過本課程的學習，使學生能夠掌握通信系統的基本概念、基本分析方法，熟悉通信系統的構成和基本框架。前修課程為同樣屬于大類技術基礎課程的模擬電子技術基礎A、數字電子技術基礎A、信號處理與系統A。學時安排為46學時，其中講授38學時，實驗8學時。

《通信原理B》則是針對技術類學員的，學時安排為54學時，講授46學時，實驗8學時。兩者的主要區別在于：《通信原理B》對于理論知識的掌握程度要求比《通信原理A》高，前者要求學生具備獨立從事通信技術科研工作的能力，而后者則要求學員掌握熟練的基礎理論知識，并且會結合實際裝備進行知識的應用。通過《通信原理A》的學習，激發學生獨立思考和創新的意識，培養學生收集處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達能力以及團結協作的能力。使學生掌握通信系統的基本概念、基本原理和系統分析方法，培養學生對通信專業知識濃厚的興趣，進而使學生樹立為國防通信事業獻身的精神。

本文針對《通信原理A》的課程標準以及授課對象的特點，提出了幾點教學理念和方法，并對課程建設情況作了說明，希望能對從事《通信原理》教學的老師有點啟發。

二、教學理念和教學方法

我校指揮類學員培養的定位是“懂技術的指揮人才”，期望學生學完本課程后，到部隊遇到通信有關問題：懂原理、會應用。往屆學員反映這門課較難，主要難在通信理論對數學基礎有一定要求，另外知識點繁多。如何在學時有限的情況下，盡量讓學生扎實地、有重點地掌握關鍵的通信基礎知識，爭取將來到部隊可以用到這些知識，在授課過程中注重系統性，并且重點突出，是我重點考慮的問題。主要有以下幾點教學理念和實際做法。

（一）注重內容承接關系，講清來龍去脈

1.章節內容的承接。

除緒論外，《通信原理》主要講授模擬調制技術、模擬信源數字化與編碼、數字基帶傳輸系統、數字頻帶傳輸系統和同步這幾章內容。

信源和調制、解調和信宿構成模擬通信系統，而所有環節加起來，構成一個完整的數字通信系統，如圖1所示。模擬調制的技術可以指導數字調制，同樣是用載波的某一個參數來體現基帶信號的變化。

不考慮調制，或者把調制和傳輸信道合成為一個廣義信道，即為基帶傳輸系統。基帶傳輸系統的若干理論，如無碼間干擾的設計、最佳的基帶傳輸系統等，可直接用于加了調制的頻帶傳輸系統。

同步技術中的載波同步可適用于模擬或數字通信系統中需要采用相干解調的場合。其他的位同步、幀同步和網同步屬于數字通信系統特有，但其原理也與載波同步相互關聯。

所以通信原理各章節之間本身就是有關聯的，在授課過程中注重章節之間的承接關系，可以幫助學生建立系統完整的知識體系。

2.技術演變承接。通信技術發展至今，高速、便捷已經成為標配，但技術的發展不是一蹴而就的，而是逐步承接演化過來的，教學過程中梳理這些承接關系可以幫助學生建立一種大局觀，對其將來從事通信有關的工作或其他任何工作都有幫助。

例如在講述脈沖編碼調制（PCM）講述的過程中，PCM標準的演進始終是圍繞語音信號高質量數字化而進行的，在授課中，我著重跟學生梳理如圖2所示的承接關系。首先模擬信號數字化的目的是將時間連續、幅度連續的模擬信號變為時間離散、幅度取值有限的數字信號，經過抽樣以后時間離散了，但幅度仍然無限，需要對幅度進行量化。均勻量化即量化等間隔的量化方式，這種方式的缺陷在于量化噪聲的功率只取決于量化間隔的大小，即量化的精細程度，而與被量化信號本身的特性無關，所以造成大信號的量化信噪比大、小信號的量化信噪比小。而語音信號服從拉普拉斯分布，大信號概率小，小信號概率大，所以均勻量化不適合語音信號，必須采用非均勻量化，提高小信號的量化信噪比。對信號采用一定函數壓縮，再進行均勻量化等效于直接進行非均勻量化。對數壓縮特性可以實現在較大的動態范圍內，量化信噪比對于大小信號都比較均勻，但對數特性在接近0的位置無法實現，所以引入A律和u律修正對數特性，使之物理可實現，對于我國的A律標準，又引入13折線近似逼近A律對數壓縮特性，從而關聯到PCM編碼。這樣一環扣一環，過程比較清晰，學生也容易接受。

3.注重物理意義闡述，讓通信理論“接地氣”。《通信原理A》教材中多個知識點都存在較為復雜的數學推導，這些往往是指揮類學員的弱項，因此在授課中盡量做到簡化數學推導過程，讓學生重點掌握結論的物理意義及其應用。

圖3中數字基帶傳輸系統模型中信道的傳輸函數為C（ω），而理想信道的數學描述為C（ω）=1，其物理意義為一個全通網絡，允許所有頻率分量無失真通過，強調物理意義讓學生更容易接受。

讓通信理論接地氣的一種重要方法就是用通俗易懂的語言，多跟實際生活作類比。例如在PCM編碼中的逐次比較型編碼器的工作過程非常類似于天平稱重的過程，如圖4。

天平稱重過程如下：

·估計物理質量，放入1個重量相當的砝碼；

·若砝碼輕了，繼續增加砝碼；若重了，則以輕一個量級的砝碼替換原有砝碼；

·再根據輕重關系決定是繼續增加砝碼還是替換上一砝碼；

·如此下去，直至平衡；

·若砝碼放完仍不能平衡，合理調整砝碼使得物體比砝碼總重量略重；

·再來調整游碼，直至保持平衡；

逐次比較的過程與天平稱重過程可以進行如下類比：

·8個段落——8組砝碼。△——重量單位

·段內的5個電平（起始電平+4個段內碼權值電平）

·——每組5個砝碼（1個主砝碼和4個小砝碼）；

·主砝碼重量——段落起始電平，確定3位（C2-C4）

·4個小砝碼的重量——段內4位碼的權值電平

·段內碼編碼“1”或“0”——4個小砝碼的“放”或“未放”兩種狀態。

比較結果中：標準電平如果小于樣值電平，則類比于天平砝碼輕了，需要增加砝碼。反之，則意味著天平砝碼重了，需要更換原有砝碼為輕一點的。

通過這樣一種關系，學生就更容易理解逐次比較的原理，印象也比較深刻。

（二）激發興趣，問題引導，結合裝備實例提高工程素養

1.通過創設問題激發興趣。通信原理這門課由于和實際的生活比較貼近，學生的學習積極性應該說還可以，但是如果一味地講理論，而不結合實際應用，時間長了學生也會失去學習的興趣。針對這一情況，我在上課時有意識地提出一些通信有關的問題。例如，在第一次課緒論時，我一開始就提出一個問題，現在社會上通信技術已經發展到一個相當的高度了，比如計算機網絡、現代的移動通信系統等等，那么通信問題是不是已經徹底解決了，還有沒有必要繼續研究新的通信技術呢？帶著這一問題，學生聽課的積極性比較高了。學生們大都觀看過飛船發射的電視直播，我問學生一個問題，為什么飛船艙內的照片有時候有，有時候又沒有呢？從而引出了美國的跟蹤與數據中繼衛星系統TDRSS，該系統通過發射三顆同步軌道衛星作為中繼衛星可以完成對航天器的無間斷測控的功能，這就是一個典型的衛星通信系統的問題；然后我又說到網絡上的視頻點播為什么畫面質量不高，而且時斷時續？最后解釋原因，由于視頻壓縮比率太高和傳輸誤碼的原因造成畫面失真，網絡帶寬不夠造成時斷時續，從而引入了信源編碼和信道帶寬的概念，學生的學習興趣被調動了起來。比如在引入糾錯編碼的概念時我就首先舉了從光盤拷文件到硬盤的例子，由于光盤質量和光驅糾錯能力的原因，經常會出現CRC校驗錯誤的消息，這些問題對于學生們來說都是相當熟悉的，從而自然而然引入了糾錯編碼的概念。比如在講到GSM移動通信系統時，講述移動設備識別碼IMEI時，現場讓學生把手機拿出來看一下里面的IMEI。

創設問題之后，激發學生思考，引出課程知識點講述，最后再完成問題的閉環，這樣整個流程比較完備，學生知識學習也較為系統。

2.引入大量裝備實例、提升教學效果。在本門課程教學過程中，通過引入大量的通信系統實例，講述基本的通信原理在實際系統中的應用，結合廣播電視、手機、電臺等學生現在和今后接觸到的通信系統和終端進行講解，可以極大地激發學生的學習興趣。將軍事通信領域的新進展和新技術嵌入到課程內容的講授中，增強學員在軍事實踐中應用課程知識的能力。

例如美軍有一種話音帶寬的短波電臺，軍標為MIL-STD-188-110A，其中關鍵的一些參數為波特率2400B，滾降系數0.25，QPSK調制，副載波1800Hz，產生的基帶信號位于300-3300Hz。基帶信號的形成過程如圖6所示，其中涉及無碼間干擾的基帶傳輸特性設計，升余弦滾降信號是一種較好的滿足奈奎斯特準則的基帶波形，引入上述軍標，并進行相應的計算，增強了學生的感性認識。

在本課程的課程設計環節，發布關于美話音帶寬短波電臺信號的通信偵察課題，學生只拿到符合標準的數據，他們必須自己查閱相關英文資料，并且消化，提煉出其中的體制，才有可能將數據中的信息準確解調出來，通過這樣一個過程，鍛煉了其查閱資料、閱讀文獻和分析問題的能力。這種以問題牽引的方法，可充分激發學員的學習熱情，督促學員積極地思考討論，充分調動學員的學習積極性，變被動學習為主動學習。同時也促使其養成善于思考，勤于思考的習慣。

總結

《通信原理A》是我校的一門核心課程，對于部隊信息化建設有著較為關鍵的作用，作者在多年的教學過程中形成了一套獨特的教學方法，教學效果良好，得到了學生較高的評價，充分激發了學生的興趣。在此拿出來與讀者共享，希望能起到拋磚引玉的作用。

參考文獻：

[1]宋群，基于Moodle平臺的課程考核和評價方法研究——以高職“數據通信與網絡基礎”課程為例[J].中國信息技術教育，2015，（10）：95-97.