無線通信原理課程的本科教學(xué)實踐與探索

李娜娜

（河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院，鄭州450046）

1 引言

無線通信在目前的信息行業(yè)中屬于進步最大、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。《無線通信原理》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、內(nèi)容深入淺出。因為每門課的課時都有限制，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)進步，適當(dāng)修訂教學(xué)大綱及其內(nèi)容。現(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

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)該逐步形成自己獨有的教學(xué)風(fēng)格，同時總結(jié)該門學(xué)科特色和難點如下。

2.1 專業(yè)性強

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)生具備較強的電磁波傳播知識基礎(chǔ)。

2.2 理論性強

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。所以學(xué)生自己一定要有比較扎實的數(shù)學(xué)知識理論基礎(chǔ)。

2.3 物理性強

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，這是遠遠不足的[2]。學(xué)習(xí)是為了解決現(xiàn)實問題，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)實的工程狀態(tài)。因此，結(jié)合現(xiàn)實中的應(yīng)用環(huán)境、事情與項目成果，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生完美地補充說明，讓學(xué)生可以發(fā)自心底接受這一現(xiàn)實。教學(xué)時，需要由點及面、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)范及無線通信的進步方向。

3.1 實驗內(nèi)容的選取

實驗內(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。首選的實驗內(nèi)容為建立無線電傳播模型，通過該實驗，將抽象變形象，設(shè)計目標也會更加生動。

3.2 實驗的設(shè)計

3.2.1 選擇實驗項目

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驗教學(xué)上，因為太過理論化。

3.2.2 選擇實驗設(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)計實驗時考慮到相關(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)與擴展。

3.2.3 設(shè)計實驗內(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為時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，因為多徑效應(yīng)，造成隨機頻率。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)。利用對比仿真的實驗結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示：信道特性和平均時延擴展息息相關(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展呈反比關(guān)系。數(shù)據(jù)顯示：當(dāng)t1=0.2μs 時，可達到一定的數(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)驗與項目成果加入教材內(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，完善教學(xué)方法[6]。不僅要有機結(jié)合教學(xué)手段，多啟發(fā)互動、提出問題與加強協(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，擴張更多的實驗與實踐內(nèi)容，加進更合適的教學(xué)手段與方法，達到教學(xué)目標，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。