“軟件無線電技術”技術教學方法的探索與實踐

王峰

摘要：“軟件無線電技術”課程開設于電子與通信工程專業。本文分析了該門課程的特點及開設過程中存在的問題。根據該課程知識覆蓋面廣、系統性及實踐性強的特點，提出了以系統架構為主線，以知識原理為節點，以Matlab仿真為實踐的系統的教學方法。該方法在實際教學活動中取得了良好的效果，可作為該課程教學實踐的有益參考。

關鍵詞：教學方法；軟件無線電；教學實踐

引言：

隨著通信等電子系統的快速發展，軟件無線電技術得到了廣泛的研究與應用。掌握軟件無線電技術是電子信息工程與通信工程等專業本科教學的重要任務[1]。由于涉及到高頻電子線路、信號與系統、數字信號處理、通信原理等多門課程的基礎知識，軟件無線電技術往往被設置為該類專業高年級學生的專業課程[2-4]。為了適應我國電子與通信領域對人才的需求，我校自2015年開始在電子與信息工程與通信工程兩個本科專業開設軟件無線電技術課程。

1.面臨的難題

由于軟件無線技術是一門系統性很強的專業課程，其教學面臨較多困難，主要表現如下：

（1）知識點的廣泛性

軟件無線電技術涉及到軟件無線電系統的天線、接收機、發射鏈路、信號處理前端等多個方面的知識。要求學生應先修的課程眾多。學生應修過天線原理、高頻電子線路、信號與系統、數字信號處理、通信原理等多門課程，否則對其中的諸多原理的理解將存在較多困難。比如，對接收機中下變頻與前端模擬濾波器Q值的關系的理解需要高頻電子線路的知識；而對數字濾波器與下變頻過程中數據抽取的關系的理解需要具有數字信號處理的專業知識；而對軟件無線電的陣列數字波束形成的理解需要天線原理與數字信號處理兩個方面的知識。

（2）知識點抽象性突出

軟件無線電技術中的原理往往具有抽象性，這一點類似于數字信號處理中的算法原理。在看似簡單的處理背后是深層次的抽象原理。知識的抽象性給課堂教學造成了較大的困難。比如數字波束形成技術的原理即具有較強的抽象性。天線在沒有轉動的情況下，通過數字加權即可實現天線轉動，其原理的講解涉及到數字信號的瞬時相位、天線陣元信號的同步相干處理等多方面的抽象性很強的專業知識點。

（3）知識點的實踐性強

由于軟件無線電技術是一門應用技術，面向的是通信系統的設計，因此具有很強的實踐性。與常規的信號處理不同，軟件無線電需要明確數字化接收前端的模擬處理過程，具體的參數設計對系統性能的理解，以及具體的濾波器設計方法對處理性能的影響等，這些知識必須結合應用才能完成講解，因而具有實踐性。

（4）知識點的系統性強

知識點的系統性主要體現在針對軟件無線電系統設計，從前端天線設計、發射鏈路設計、接收鏈路設計等其設計是一體的。某一參數的設計需要統一考慮對整個系統的性能的影響，因此設計具有系統性。但是，知識的講解具有分散性，必須將知識點從前向后進行講解，該過程使得系統性設計方法很難體現。

2.采取的教學措施

針對上節所述的軟件無線電技術面臨的教學難題，采用了多種教學方法進行實踐，具體包括如下幾個方面：

（1）注重與以往專業基礎課知識的對接

針對軟件無線電技術涉及的知識面廣泛的特點，在教學過程中注重對以往所學知識的提示與對接。如在講授前端模擬濾波器設計中的Q值選取問題時，首先回顧了高頻電子線路中的關于濾波器Q值的定義與性質的講解。通過該知識點的回顧，在進行后續分析時可以有效提高學習效果。

（2）采用Matlab仿真輔助抽象知識的理解

針對該課程學習過程中的知識點的抽象性難題，采用利用Matlab進行仿真設計的輔助教學方法。Matlab作為算法與理論研究的利器，廣泛的應用在科學研究之中。在多個具有抽象性的知識點的講解中，利用Matlab進行仿真說明，取得了良好的效果。比如在對于帶通采樣定理的講解過程中，采用低于信號頻率的采樣率實現了對單頻信號的采樣，分析了參數變化對仿真結果的影響，并給出了仿真圖形。在講解該定理的公式推導與概念的同時，給出具體的仿真例子，取得了良好的教學效果。

（3）采用Matlab仿真實現系統參數性能分析

具體的系統設計方法的效果具有很強的實踐性，很難再教學中予以說明。為了達到好的教學效果，在講授系統設計時同樣結合Matlab仿真給出生動具體的例子，對學生理解起到了良好的效果。在講解中頻采樣的采樣率選取的過程中，通過仿真計算給出某一中頻信號頻率與帶寬條件下的采樣率，將采樣后的信號以圖形的形式呈現，直觀簡潔，便于學生理解。

（4）教學過程中采用多種反饋方法實現知識的系統性教學

由于知識點具有系統性，在講解課程知識的開始，不涉及后續的知識，針對單點知識分別進行講解。而在課程進展到后期，則在知識講解的過程中，注重對前面知識點的應用，以及對其他課程所學知識點的應用。比如，針對數字波束形成的講解過程中，串聯講解了數字下變頻與中頻采樣的相關知識。而后者是前面章節的相關內容，而在之前的講解中僅講解了基本概念，學生對其應用的理解并不全面。結合數字波束形成技術的講解，則使得學生可以全面理解數字下變頻的概念，并真正理解中頻采樣的基本原理與設計方法。

3.結束語

全面分析了軟件無線電技術課程在教學過程中的諸多難題。針對該類難題，詳細討論了所采用的應對措施。對相關課程知識點的回顧、采用Matlab輔助教學以及系統反饋教學方法的使用，有效地克服了軟件無線電技術課程講授中面臨的知識面廣、概念抽象、實踐性與系統性強等諸多難點。通過在教學時間中的實際應用，表明所給出的方法取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1] 陳祝明，《軟件無線電技術基礎》第一版，高等教育出版社，2007.4

[2] 胡學友，王穎，胡云龍.“數字信號處理”教學改革與實踐[J]. 高教論壇，2007，3：67-69.

[3] 郭建濤.“數字信號處理”課程的Matlab教學研究[J]. 電氣電子教學學報，2010，32（3）：117-119.

[4] 劉大年，史旺旺，孫貴根，吳桂峰.“數字信號處理”課程的形象化教學方法探索[J]. 電氣電子教學學報，2006，28（4）：104-108.