現(xiàn)代通信原理教學(xué)方法探討

劉亞娟

摘 要 結(jié)合學(xué)生特點，在分析現(xiàn)代通信原理課程原有理論與實驗教學(xué)中存在的問題的基礎(chǔ)上，針對存在問題，對課程教學(xué)方式方法進(jìn)行探討，并給出自己的解決方案。最后，以數(shù)字調(diào)制技術(shù)2ASK為案例，分析新的教學(xué)方案在教學(xué)中的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞 現(xiàn)代通信原理；2ASK；MATLAB；實驗教學(xué)；實驗箱；仿真技術(shù)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）12-0101-03

1 引言

現(xiàn)代通信原理是宜賓學(xué)院電子信息工程和電子信息科學(xué)與技術(shù)兩個專業(yè)的核心課。本門課程開設(shè)在學(xué)生大三的上期，在整個專業(yè)課程體系中處于承上啟下的位置。如何有效地完成本門課程的理論教學(xué)，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力？如何利用實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力和分析解決通信工程中的實際問題？如何結(jié)合學(xué)校應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標(biāo)，增強本門課程的教學(xué)效果？這些問題值得一線教師進(jìn)行深入探討。

2 目前教學(xué)中存在問題

隨著我國高等教育由精英化向大眾化階段的穩(wěn)步發(fā)展，人才培養(yǎng)的多元化格局日益明顯，很多普通本科院校將培養(yǎng)目標(biāo)定位為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，這個培養(yǎng)目標(biāo)對理工科的教學(xué)提出新的挑戰(zhàn)。下面將結(jié)合這個培養(yǎng)目標(biāo)，認(rèn)真分析“現(xiàn)代通信原理”這門課程的理論教學(xué)和實驗教學(xué)中存在的問題。

與前期基礎(chǔ)課程關(guān)聯(lián)較大 “現(xiàn)代通信原理”這門課在很大程度上依賴于以前所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，尤其是“信號與系統(tǒng)”和“概率與數(shù)理統(tǒng)計”[1-2]。多年的教學(xué)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)：學(xué)生對這兩門課程的理解深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完成現(xiàn)代通信原理教學(xué)的需求。

數(shù)學(xué)公式多 “現(xiàn)代通信原理”這門課的另一個特點就是數(shù)學(xué)推理過程特別多，雖然目前的教材在原有的版本基礎(chǔ)上不斷修改，減少數(shù)學(xué)推理過程，但是總體來說，該課程中涉及的數(shù)學(xué)公式較多，學(xué)生往往不能夠理解和掌握這部分的知識點。

同時，通信系統(tǒng)是個復(fù)雜的系統(tǒng)，在一門課程中不可能完成所有通信技術(shù)的理論知識教學(xué)，需要教師結(jié)合實際情況（課時數(shù)、實驗環(huán)境等資源）選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生能夠?qū)νㄐ畔到y(tǒng)有一個比較全面和系統(tǒng)的認(rèn)知。

通信技術(shù)更新速度快 通信技術(shù)的發(fā)展可以說日新月異，而該課程的理論教學(xué)內(nèi)容往往是通信技術(shù)的基礎(chǔ)知識和基本理論，與現(xiàn)實的應(yīng)用技術(shù)具有很大差距。學(xué)生會對本門課程的教學(xué)內(nèi)容是否有用產(chǎn)生懷疑。

實驗教學(xué)存在的問題 目前學(xué)校針對“現(xiàn)代通信原理”課程配備有通信原理實驗箱（湖北眾友科技公司的通信原理實驗箱），該實驗箱采用模塊化結(jié)構(gòu)，模塊可獨立也可組合，綜合實施多項實驗教學(xué)內(nèi)容。但是正是由于實驗電路已經(jīng)模塊化，學(xué)生在做實驗時往往是依照實驗講義進(jìn)行連線，觀測輸出數(shù)據(jù)波形和參數(shù)。因此，傳統(tǒng)的實驗箱教學(xué)，學(xué)生不能掌握電路的工作過程，也就不能掌握如何完成通信系統(tǒng)的電路設(shè)計，造成在實驗操作能力的培養(yǎng)上存在很多缺陷。

3 解決方案

在教學(xué)過程中，筆者針對上面存在的問題認(rèn)真思考、積極探索，結(jié)合教學(xué)實踐給出教學(xué)方案，希望能夠更加全面地提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

引入仿真技術(shù) 有調(diào)查證明，接受普通教育時間越長、知識基礎(chǔ)越牢的人，更能有效地學(xué)習(xí)和掌握新技術(shù)、新知識，無論對個人還是企業(yè)，經(jīng)濟回報都比較高[3]。因此，關(guān)于通信技術(shù)理論基礎(chǔ)知識的教學(xué)不容忽視，這是學(xué)生今后從事本專業(yè)的基石，只有深入理解掌握通信的基本知識，才能在不斷發(fā)展的通信信息領(lǐng)域從事專業(yè)性工作。

理論知識的講解過程中采取弱化理論推理部分，重點講解推理結(jié)論，并側(cè)重結(jié)合應(yīng)用點（例題）和應(yīng)用實例（現(xiàn)代通信技術(shù)）加強學(xué)生對該結(jié)論的理解和掌握。

軟件仿真+硬件實驗 注重理論分析與實際動手相結(jié)合，以理論指導(dǎo)實踐，在理論教學(xué)中適當(dāng)引入通信仿真軟件，引導(dǎo)學(xué)生利用仿真軟件對所學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識進(jìn)行仿真驗證。在此過程中，有助于學(xué)生理解通信基本知識和理論。

實驗教學(xué)中采用軟件仿真加模塊化電路實驗?zāi)Ｊ剑耗K化的實驗?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生掌握電路結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集與處理等技術(shù)，同時掌握基本實驗儀器（如數(shù)字示波器）的使用；仿真實驗可以彌補實驗儀器的不足，觀察到信號頻譜變化或者是高速信號的變化。

知識延伸拓展 在本課程之前，本專業(yè)學(xué)生已經(jīng)掌握單片機或者FPGA等芯片的使用，可以在教學(xué)過程中讓他們利用前期的專業(yè)知識完成通信技術(shù)的實現(xiàn)，比如利用單片機或者FPGA等可編程芯片完成某種通信技術(shù)的電路設(shè)計。這樣既可以加深學(xué)生對通信學(xué)知識的掌握，也可以提高學(xué)生的綜合設(shè)計水平和動手實踐能力，并能夠?qū)⒅R的碎片進(jìn)行有機串聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)、自我提高的能力。

4 方案應(yīng)用案例

下面以通信原理中最簡單的調(diào)制技術(shù)2ASK為案例，對上面方案在教學(xué)中的應(yīng)用給出使用案例。

理論教學(xué)處理 理論部分見文獻(xiàn)[4]中關(guān)于2ASK基本原理與數(shù)據(jù)信號頻譜分析部分。其中關(guān)于2ASK頻譜變化的數(shù)學(xué)推理非常復(fù)雜，不容易理解，在教學(xué)過程可適當(dāng)忽略此部分的教學(xué)，只讓學(xué)生掌握頻譜分析的結(jié)論，并告訴學(xué)生為什么要知道這個結(jié)論：在設(shè)計2ASK通信系統(tǒng)時，需要利用此結(jié)論為該系統(tǒng)分配足夠帶寬。

并且通過MATLAB仿真技術(shù)，很容易觀察到2ASK頻譜變化過程（如圖1所示）。通過觀察頻譜圖可以直觀地發(fā)現(xiàn)：數(shù)字信號調(diào)制后頻譜被復(fù)制搬移，2ASK信號的第一零點帶寬變?yōu)樵袛?shù)字信號第一零點帶寬的二倍。

2ASK作為基礎(chǔ)調(diào)制技術(shù)，在現(xiàn)代通信技術(shù)中依然被使用，如QAM技術(shù)中就融合了2ASK技術(shù)。在教學(xué)中引入現(xiàn)代調(diào)制技術(shù)QAM技術(shù)的講解，讓學(xué)生了解基本技術(shù)在日益發(fā)展的通信技術(shù)中作為理論基石，具有很重要的作用。

實驗教學(xué) 利用實驗箱和MATLAB分別完成2ASK信號的調(diào)制和解調(diào)。其中解調(diào)部分采用非相干解調(diào)，其模型如圖2所示。

MATLAB仿真參數(shù)：信道為理想信道，載波的頻率為fc=4 MHz，信號源的信息速率為Bitrate=1 Mpbs，速率為

25 000波特，發(fā)送信號幅度為0.2 V。對應(yīng)解調(diào)數(shù)據(jù)波形如圖3所示。

實驗箱參數(shù)：理想信道，載波頻率fC=32 kHz，信號源信息速率Bitrate=2000 kpbs。

在解調(diào)電路中，該實驗箱上非相干解調(diào)采用二極管包絡(luò)檢波電路，如圖4所示。

整流電路是通過二極管D02完成的半波整流，對應(yīng)的數(shù)據(jù)波形如圖5所示。低通濾波器是利用TL084組合RC完成的，對應(yīng)的濾波輸出數(shù)據(jù)如圖6所示。

這里必須注意的是：輸入信號的幅度不能過低，至少應(yīng)該大于二極管的導(dǎo)通電壓，否則輸出點看不到任何輸出數(shù)據(jù)。而在仿真中不存在這個問題。從圖6中可以濾波器輸出波形，相對于圖3中Wave of LPF輸出波形而言，實驗電路數(shù)據(jù)更好地體現(xiàn)了電路的工作過程：濾波器由RC電路構(gòu)成，利用電容C的充放電完成濾波。

通過兩組參數(shù)設(shè)置和實驗數(shù)據(jù)（波形）的對比分析發(fā)

現(xiàn)，傳統(tǒng)實驗箱式的實驗教學(xué)和軟件仿真實驗教學(xué)各有優(yōu)缺點：軟件仿真實驗可觀測高速信號的調(diào)制與解調(diào)過程和頻譜變化關(guān)系；實驗箱可以更好理解電路工作過程和提高學(xué)生動手能力。

課外拓展 要求學(xué)生利用課余時間，結(jié)合已掌握的VHDL語言，利用FPGA芯片完成2ASK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與制作。

5 總結(jié)

筆者根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗和學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)，分析傳統(tǒng)“現(xiàn)代通信原理”課程教學(xué)中存在的問題，在此基礎(chǔ)上給出自己的教學(xué)方案，對該方案總結(jié)如下：

1）在課堂理論教學(xué)和實驗教學(xué)中分別引入仿真技術(shù)；

2）在實驗教學(xué)中采用仿真+實驗箱的教學(xué)模式；

3）通過知識延伸拓展，讓學(xué)生對整個專業(yè)知識有機結(jié)合，提高綜合應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)

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