無(wú)線通信原理課程的本科教學(xué)實(shí)踐與探索

李娜娜

【摘 要】現(xiàn)在的無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)步很快，論文先是分析了教學(xué)課程與教育經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了這門課的優(yōu)勢(shì)和特征，在這個(gè)的前提下給出能夠提升教學(xué)水平的解決措施，希望能給該行業(yè)帶來(lái)一些借鑒價(jià)值。

【Abstract】Nowadays， wireless communication technology is progressing very fast. This paper firstly analyzes the teaching courses and educational experience， summarizes the advantages and characteristics of this course， and on this premise gives the solutions to improve the teaching level， hoping to bring some reference value to the industry.

【關(guān)鍵詞】無(wú)線通信原理;本科教學(xué);實(shí)踐探索

【Keywords】 wireless communication principle; undergraduate teaching; practical exploration

【中圖分類號(hào)】G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）09-0079-03

1 引言

無(wú)線通信在目前的信息行業(yè)中屬于進(jìn)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(gè)范圍匹配的專業(yè)型人才，才能有效解決無(wú)線通信技術(shù)改革創(chuàng)新問(wèn)題。《無(wú)線通信原理》該門學(xué)科內(nèi)容已經(jīng)在我國(guó)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(wú)線通信技術(shù)與組網(wǎng)等基礎(chǔ)性的含義與理念。通過(guò)雙語(yǔ)教學(xué)，學(xué)生可以全方位了解無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)，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(xiàn)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(guò)對(duì)比和國(guó)外比較成熟優(yōu)秀的教材內(nèi)容，可以選擇性價(jià)比最高的教材，需要全面的內(nèi)容、講解循序漸進(jìn)、內(nèi)容深入淺出。因?yàn)槊块T課的課時(shí)都有限制，因此授課時(shí)，建議精簡(jiǎn)與適當(dāng)取舍教材內(nèi)容[1]。自從開(kāi)課來(lái)，相關(guān)教學(xué)人員需要密切追隨技術(shù)進(jìn)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(gè)部分：無(wú)線通信的進(jìn)步與技術(shù)規(guī)范、蜂窩的概念，即系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、無(wú)線電傳播的發(fā)展歷程與無(wú)線通信的相關(guān)接入技術(shù)。

2 課程的特色和難點(diǎn)

經(jīng)過(guò)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(dú)有的教學(xué)風(fēng)格，同時(shí)總結(jié)該門學(xué)科特色和難點(diǎn)如下。

2.1 專業(yè)性強(qiáng)

無(wú)線通信在通信行業(yè)中十分重要，要求學(xué)生要有很扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)功底。全面了解信號(hào)和系統(tǒng)、通信概念的基礎(chǔ)性理論，結(jié)合無(wú)線通信都是比較特殊的，即通過(guò)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(qiáng)的電磁波傳播知識(shí)基礎(chǔ)。

2.2 理論性強(qiáng)

與有線通信比較而言，無(wú)線通信的傳輸信號(hào)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(shí)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(lái)看，經(jīng)常需要根據(jù)不同的時(shí)間和空間分析與掌握信道與信號(hào)的特點(diǎn)。所以學(xué)生自己一定要有比較扎實(shí)的數(shù)學(xué)知識(shí)理論基礎(chǔ)。

2.3 物理性強(qiáng)

無(wú)線通信系統(tǒng)中的原理與物理量?jī)r(jià)值都很顯著，學(xué)習(xí)時(shí)需要用心品味、認(rèn)真理解。特別是工科學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)，不光光只完成代公式的計(jì)算，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的[2]。學(xué)習(xí)是為了解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，根據(jù)解題思路。就像網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(jì)中繼規(guī)模等，大多數(shù)都離不開(kāi)現(xiàn)實(shí)的工程狀態(tài)。因此，結(jié)合現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用環(huán)境、事情與項(xiàng)目成果，是很必要的教育過(guò)程。

2.4 雙語(yǔ)教學(xué)

教學(xué)內(nèi)容不僅難，雙語(yǔ)教學(xué)的方式更是增加了這門課程的難度。不過(guò)想到無(wú)線通信這門課程的知識(shí)內(nèi)容本來(lái)就很前衛(wèi)，所以仍需要堅(jiān)守內(nèi)心，同時(shí)每學(xué)期新開(kāi)課時(shí)，需要向?qū)W生完美地補(bǔ)充說(shuō)明，讓學(xué)生可以發(fā)自心底接受這一現(xiàn)實(shí)。教學(xué)時(shí)，需要由點(diǎn)及面、綜合學(xué)生已經(jīng)知悉的知識(shí)理論，盡可能通過(guò)通俗明了的英語(yǔ)解釋專業(yè)詞匯，不排斥通過(guò)雙語(yǔ)的詳細(xì)解釋。同時(shí)選擇英語(yǔ)課件，作業(yè)和考試都可以是英語(yǔ)的，加強(qiáng)互動(dòng)溝通，讓學(xué)生喜歡上雙語(yǔ)教學(xué)。

3 教學(xué)組織活動(dòng)及改革

在無(wú)線通信原理這樣的雙語(yǔ)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(wú)線通信的知識(shí)基礎(chǔ)，盡可能通過(guò)通俗的英文表達(dá)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(shí)，對(duì)上這門課的老師來(lái)說(shuō)，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(shí)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(dá)還是很難。對(duì)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，如果直接在大三就通過(guò)原版教材來(lái)學(xué)習(xí)，還是會(huì)感到很大的壓力。學(xué)生應(yīng)該在一個(gè)學(xué)期的短暫時(shí)間里掌握更多的相關(guān)專業(yè)知識(shí)。所以，每門專業(yè)課的上課時(shí)間需要保證有四個(gè)課時(shí)。那么，相關(guān)學(xué)院需要在這樣的課程里面引進(jìn)教學(xué)活動(dòng)相關(guān)理念，從而推動(dòng)改革教育活動(dòng)。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(yǔ)原版教材內(nèi)容，全方位了解無(wú)線電傳播、信道建模與關(guān)鍵技術(shù)，清楚無(wú)線通信的工作原理與大致構(gòu)造，還有相關(guān)工程設(shè)計(jì)，更加了解以后無(wú)線通信的接口規(guī)范及無(wú)線通信的進(jìn)步方向。

3.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取

實(shí)驗(yàn)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(gè)方面：一是無(wú)線通信的進(jìn)步及技術(shù)規(guī)范;二是蜂窩的涵義，也就是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ);三是無(wú)線電傳播的路徑損耗;四是無(wú)線電傳播的小尺度衰落模型;五是無(wú)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(shí)又離不開(kāi)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(wú)線信道是很隨機(jī)的，因此，建立傳播模型涉及的問(wèn)題很復(fù)雜，而且要求很高的數(shù)學(xué)與信號(hào)系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)[3]。課程中會(huì)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容為建立無(wú)線電傳播模型，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，將抽象變形象，設(shè)計(jì)目標(biāo)也會(huì)更加生動(dòng)。

3.2 實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

3.2.1 選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

課程老師為幫助學(xué)生理解信道的分類和特征，覺(jué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)上，因?yàn)樘^(guò)理論化。

3.2.2 選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工具

考慮到授課對(duì)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(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)考慮到相關(guān)軟件的特質(zhì)，積極鼓勵(lì)學(xué)生參與其中，通過(guò)自己實(shí)踐，編寫程序、調(diào)整參數(shù)，及時(shí)提出解決措施。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)數(shù)組、處理信號(hào)，語(yǔ)句簡(jiǎn)單高效，程序框架明確，還保障了程序的延續(xù)與擴(kuò)展。

3.2.3 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(hào)，觀察信號(hào)幅度的波動(dòng)因?yàn)闀r(shí)間與距離變化而變化。第二步，多徑效應(yīng)。設(shè)計(jì)發(fā)射信號(hào)波形，確定參數(shù)，清楚信號(hào)失真和多徑延擴(kuò)展有什么聯(lián)系。第三步，多普勒效應(yīng)。變更移動(dòng)快慢，觀察信號(hào)變化規(guī)律，因?yàn)槎鄰叫?yīng)，造成隨機(jī)頻率。第四步，分類信道[4]。變換參數(shù)，總結(jié)信號(hào)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(jìn)行課堂演示

無(wú)線通信原理知識(shí)有不少概念，有的很形象，學(xué)生有時(shí)候無(wú)法理解完全。所以，利用相關(guān)軟件演示問(wèn)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(guò)相關(guān)軟件開(kāi)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(wú)線電波傳播信道。平均時(shí)延擴(kuò)展分別是，t1=0.2μs，t2=1μs，t3=5μs，t4=20μs，才有了對(duì)應(yīng)的無(wú)線信道特質(zhì)。利用對(duì)比仿真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示：信道特性和平均時(shí)延擴(kuò)展息息相關(guān)，后者越大，前者波動(dòng)越劇烈、越不穩(wěn)定。信道帶寬與平均時(shí)延擴(kuò)展呈反比關(guān)系。數(shù)據(jù)顯示：當(dāng)t1=0.2μs時(shí)，可達(dá)到一定的數(shù)量級(jí)，在這個(gè)范圍里面信道幅頻都很好，波動(dòng)不明顯，同樣，t2=1μs時(shí)，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(shí)延擴(kuò)展與信道特性波動(dòng)的聯(lián)系，同時(shí)理解相關(guān)概念。教材上原本是枯燥無(wú)味的文字，此刻生動(dòng)形象，學(xué)生可以很好地理解，教學(xué)活動(dòng)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(shí)，也可以通過(guò)上述編程方式得到仿真結(jié)果，再演示與對(duì)比。盡管這樣擴(kuò)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(wèn)題，非常有利于提升教學(xué)水平。

4.2 結(jié)合實(shí)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(shí)，這樣會(huì)和社會(huì)脫節(jié)，知識(shí)浮于表面，學(xué)生會(huì)感到印象不深刻。授課時(shí)需要將工程經(jīng)驗(yàn)與項(xiàng)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(guò)相關(guān)軟件開(kāi)始仿真。對(duì)于如何開(kāi)展鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生真正學(xué)到知識(shí)。通過(guò)不停地探討分析，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，完善教學(xué)方法[6]。不僅要有機(jī)結(jié)合教學(xué)手段，多啟發(fā)互動(dòng)、提出問(wèn)題與加強(qiáng)協(xié)作，還需要及時(shí)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(duì)該方面的知識(shí)印象深刻，還能激發(fā)學(xué)生勇于探索、積極主動(dòng)要求創(chuàng)新。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)線通信原理課程和現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用息息相關(guān)，開(kāi)設(shè)了該門課程之后，學(xué)生普遍覺(jué)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(huì)，對(duì)學(xué)生都有著重大意義作用。未來(lái)教學(xué)時(shí)，需要繼續(xù)深入提升教學(xué)質(zhì)量，擴(kuò)張更多的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐內(nèi)容，加進(jìn)更合適的教學(xué)手段與方法，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生自己解決問(wèn)題，為無(wú)線通信行業(yè)培養(yǎng)出可塑之才。

【參考文獻(xiàn)】

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