无线通信原理课程的本科教学实践与探索

来源:用户上传      作者:李娜娜

　　【摘 要】现在的无线通信技术进步很快，论文先是分析了教学课程与教育经验，总结了这门课的优势和特征，在这个的前提下给出能够提升教学水平的解决措施，希望能给该行业带来一些借鉴价值。
　　【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.
　　【关键词】无线通信原理;本科教学;实践探索
　　【Keywords】 wireless communication principle; undergraduate teaching; practical exploration
　　【中图分类号】G642                                          【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）09-0079-03
　　1 引言
　　无线通信在目前的信息行业中属于进步最大、应用最广泛的课程内容，所以高等学校，特别是通信院校，需要持续推出和这个范围匹配的专业型人才，才能有效解决无线通信技术改革创新问题。《无线通信原理》该门学科内容已经在我国高等院校的众多通信和信息工程相关学院中安排上了，其中包括无线通信技术与组网等基础性的含义与理念。通过双语教学，学生可以全方位了解无线通信系统的相关基础理论知识，还能让自己更加理解相关的英文专门单词，提高学生阅读与自己学习文献资料的水平能力。课程的本质在于表述教材中的课程内容与内在涵义与思维方式。通过对比和国外比较成熟优秀的教材内容，可以选择性价比最高的教材，需要全面的内容、讲解循序渐进、内容深入浅出。因为每门课的课时都有限制，因此授课时，建议精简与适当取舍教材内容[1]。自从开课来，相关教学人员需要密切追随技术进步，适当修订教学大纲及其内容。现在该门课程主要包含的内容有以下五个部分：无线通信的进步与技术规范、蜂窝的概念，即系统的设计基础、无线电传播的发展历程与无线通信的相关接入技術。
　　2 课程的特色和难点
　　经过多次的教学尝试，还有和学生保持沟通交流，教师应该逐步形成自己独有的教学风格，同时总结该门学科特色和难点如下。
　　2.1 专业性强
　　无线通信在通信行业中十分重要，要求学生要有很扎实的专业知识功底。全面了解信号和系统、通信概念的基础性理论，结合无线通信都是比较特殊的，即通过电磁波这样的媒介，空间里面信息传输，所以要求学生具备较强的电磁波传播知识基础。
　　2.2 理论性强
　　与有线通信比较而言，无线通信的传输信号因素更加不确定，构建的数学模型用到的分析与变换手段十分烦琐，所以学习时经常发生不少很复杂的数学推导公式。从另外的角度来看，经常需要根据不同的时间和空间分析与掌握信道与信号的特点。所以学生自己一定要有比较扎实的数学知识理论基础。
　　2.3 物理性强
　　无线通信系统中的原理与物理量价值都很显著，学习时需要用心品味、认真理解。特别是工科学生学习时，不光光只完成代公式的计算，这是远远不足的[2]。学习是为了解决现实问题，根据解题思路。就像网络设计与规划蜂窝系统，怎样才能降低相同频率造成的干扰因素、设计中继规模等，大多数都离不开现实的工程状态。因此，结合现实中的应用环境、事情与项目成果，是很必要的教育过程。
　　2.4 双语教学
　　教学内容不仅难，双语教学的方式更是增加了这门课程的难度。不过想到无线通信这门课程的知识内容本来就很前卫，所以仍需要坚守内心，同时每学期新开课时，需要向学生完美地补充说明，让学生可以发自心底接受这一现实。教学时，需要由点及面、综合学生已经知悉的知识理论，尽可能通过通俗明了的英语解释专业词汇，不排斥通过双语的详细解释。同时选择英语课件，作业和考试都可以是英语的，加强互动沟通，让学生喜欢上双语教学。
　　3 教学组织活动及改革
　　在无线通信原理这样的双语教学中，也需要考虑英文原版教材的选择。如果教材选择得好，内容丰富，可以由浅入深地讲述无线通信的知识基础，尽可能通过通俗的英文表达与公式解释清楚，因此，非常匹配初学者的自学要求。同时，对上这门课的老师来说，这门课的教材主要面向对象是研究生阶段的学生，所以也需要思考怎样精选章节内容，同时还能展现课程的整体性。另外，快半数的中英文混杂表达还是很难。对相关专业的学生来说，如果直接在大三就通过原版教材来学习，还是会感到很大的压力。学生应该在一个学期的短暂时间里掌握更多的相关专业知识。所以，每门专业课的上课时间需要保证有四个课时。那么，相关学院需要在这样的课程里面引进教学活动相关理念，从而推动改革教育活动。这门课程在教学中提出了一些基础性要求。如学习英语原版教材内容，全方位了解无线电传播、信道建模与关键技术，清楚无线通信的工作原理与大致构造，还有相关工程设计，更加了解以后无线通信的接口规范及无线通信的进步方向。 　　3.1 实验内容的选取
　　实验内容和课堂教学彼此成就，互为表里。该门课程接触到的内容大致包含以下几个方面：一是无线通信的进步及技术规范;二是蜂窝的涵义，也就是系统设计的基础;三是无线电传播的路径损耗;四是无线电传播的小尺度衰落模型;五是无线通信的多种接入技术。上述部分彼此看似是不想干的，其实又离不开彼此。该门课程紧扣干扰与衰落，将其作为教学内容的关键词。无线信道是很随机的，因此，建立传播模型涉及的问题很复杂，而且要求很高的数学与信号系统相关知识[3]。课程中会出现不少公式，这是大多数学生最头疼的，教学效果不是很好。首选的实验内容为建立无线电传播模型，通过该实验，将抽象变形象，设计目标也会更加生动。
　　3.2 实验的设计
　　3.2.1 选择实验项目
　　课程老师为帮助学生理解信道的分类和特征，觉得即便信道建模已经足够完善，就像比较普遍的Clark模型与Jakes模型，却并不适合直接用在实验教学上，因为太过理论化。
　　3.2.2 选择实验设计工具
　　考虑到授课对象是通信工程专业的大三学生，已经比较了解相关软件如何应用。设计实验时考虑到相关软件的特质，积极鼓励学生参与其中，通过自己实践，编写程序、调整参数，及时提出解决措施。通过软件设计数组、处理信号，语句简单高效，程序框架明确，还保障了程序的延续与扩展。
　　3.2.3 设计实验内容
　　第一步，路径损耗。即建立地面反射模型，变为发射信号，观察信号幅度的波动因为时间与距离变化而变化。第二步，多径效应。设计发射信号波形，确定参数，清楚信号失真和多径延扩展有什么联系。第三步，多普勒效应。变更移动快慢，观察信号变化规律，因为多径效应，造成随机频率。第四步，分类信道[4]。变换参数，总结信号衰落的因素与分类信道。
　　4 综合应用教学方法
　　4.1 借助软件仿真进行课堂演示
　　无线通信原理知识有不少概念，有的很形象，学生有时候无法理解完全。所以，利用相关软件演示问题，让学生更有共鸣，可以更加直观清晰地理解概念。学生勇于提出自己的困惑，教师根据学生的困惑，通过相关软件开始仿真。在蜂窝通信系统的固定频段中，模拟四种完全不一样的无线电波传播信道。平均时延扩展分别是，t1=0.2μs，t2=1μs，t3=5μs，t4=20μs，才有了对应的无线信道特质。利用对比仿真的实验结果，数据显示：信道特性和平均时延扩展息息相关，后者越大，前者波动越剧烈、越不稳定。信道带宽与平均时延扩展呈反比关系。数据显示：当t1=0.2μs时，可达到一定的数量级，在这个范围里面信道幅频都很好，波动不明显，同样，t2=1μs时，范围只有1Mhz[5]。不难看出，學生能够更加直观地掌握多径时延扩展与信道特性波动的联系，同时理解相关概念。教材上原本是枯燥无味的文字，此刻生动形象，学生可以很好地理解，教学活动也更加轻松有趣。另外，相同的情况，介绍多普勒效应等比较抽象的含义时，也可以通过上述编程方式得到仿真结果，再演示与对比。尽管这样扩张了备课任务，但该方法可以让人不再困惑，可以更方便解决问题，非常有利于提升教学水平。
　　4.2 结合实际案例帮助理解
　　工科学生的专业课，不能只看重课本知识，这样会和社会脱节，知识浮于表面，学生会感到印象不深刻。授课时需要将工程经验与项目成果加入教材内容中。学生勇于提出自己的困惑，我们根据学生的困惑，通过相关软件开始仿真。对于如何开展鼓励学生自主学习，让学生真正学到知识。通过不停地探讨分析，总结教学经验，完善教学方法[6]。不仅要有机结合教学手段，多启发互动、提出问题与加强协作，还需要及时更换新方法。把学习和亲身事情结合在一起，不仅可以使学生对该方面的知识印象深刻，还能激发学生勇于探索、积极主动要求创新。
　　5 结语
　　无线通信原理课程和现实中的应用息息相关，开设了该门课程之后，学生普遍觉得受益匪浅。不管以后要继续学习，还是决心走入社会，对学生都有着重大意义作用。未来教学时，需要继续深入提升教学质量，扩张更多的实验与实践内容，加进更合适的教学手段与方法，达到教学目标，让学生自己解决问题，为无线通信行业培养出可塑之才。
　　【参考文献】
　　【1】卢敏，孟庆民.《无线通信原理》课程教学方法的研究与实践[J].南宁：高教论坛，2018（2）：59-61.
　　【2】夏平，覃琴，万均力.“通信原理”实验教学体系构建与实践[J].南京：电气电子教学学报，2018（4）：114-116.
　　【3】陈朝.MATLAB实验仿真在通信原理课程教学中的应用[J].北京：实验技术与管理，2017（5）：92-95.
　　【4】宋铁成.“通信原理”课程双语教学的探索与实践[J].北京：北京大学学报（哲学社会科学版） ，2017（5）：95-96.
　　【5】Theodore S.Rappaport. Wireless Communications Principles and Practice[M].北京：电子工业出版社，2016.
　　【6】张辉.通信原理教学改革探讨[J].科海故事博览（科教论坛），2019（12）：75-79.
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