5G通信發(fā)展背景下《通信原理》課程教學的改革與探索

辛以利 李云 譚智誠 姚钘

摘要：《通信原理》是高等院校通信類專業(yè)的一門重要理論基礎課，是進一步學習和掌握各類通信信息系統(tǒng)的基礎。在5G通信發(fā)展的背景下，《通信原理》理論教學和當前新技術嚴重脫節(jié)。針對此問題，本文提出三種教學改革方法：重點內(nèi)容結構調整、課下技術拓展調研、與Matlab軟件相結合。本文旨在提高理論教學與實際應用的銜接性，從而提高我校《通信原理》的教學質量。

關鍵詞：5G通信；通信原理；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0129-02

一、引言

隨著現(xiàn)代通信信息技術的高速發(fā)展，現(xiàn)代社會對通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高，促進了現(xiàn)代通信業(yè)務和服務的迅猛發(fā)展。現(xiàn)代通信業(yè)務要求通信技術服務端能夠提供大帶寬、高質量、智能化的通信服務，這一需求加快了現(xiàn)代通信技術更新?lián)Q代的步伐，從1G、2G、3G一直到當前的4G通信技術。但是當前的4G技術已經(jīng)無法滿足當前社會對通信速率和質量的要求，這就催生了下一代通信技術，即5G通信技術的到來。5G通信技術是通信技術上一次大的變革，在通信的眾多理論領域中有了新的突破和創(chuàng)新[1]。

然而，當前高等院校《通信原理》的理論教學仍然滯留在3G和4G通信技術上，當前社會普遍使用的4G技術也僅僅是略有涉及，課程的主要內(nèi)容仍然是六年前的3G技術。通信理論教學內(nèi)容過于陳舊，導致理論教學和當前新技術脫節(jié)嚴重。雖然通信原理教學內(nèi)容是當前通信傳輸技術的基本理論，但是作為高等院校的一門專業(yè)課程，應該明確當前理論教學實際應用價值，引導學生理論聯(lián)系實際，這樣才能提高學生對本課程的學習興趣。

二、課程特點及教學現(xiàn)狀

1.課程特點。《通信原理》是高等院校電子、信息、通信類專業(yè)的一門重要理論基礎課，是進一步學習和掌握各類通信信息系統(tǒng)的基礎[2]。本課程作為我校通信工程專業(yè)和與信息處理相關專業(yè)最重要的專業(yè)基礎課，將系統(tǒng)闡述通信理論的基本原理、基本方法以及通信系統(tǒng)的基本性能指標。本課程為進一步深入學習和掌握空間通信、移動通信、語音通信、水聲通信、光纖通信、衛(wèi)星通信等現(xiàn)代通信技術打下堅實的基礎。《通信原理》課程內(nèi)容具有理論公式多、系統(tǒng)框圖設計復雜等特點，課程理論知識體系貫穿了高等數(shù)學、電子電路、信號處理、網(wǎng)絡技術等理論知識，在整個本科教學階段起到了承前啟后的作用。

2.教學現(xiàn)狀。通信理論教材的審核和出版周期很長，而當前通信原理教學內(nèi)容過于陳舊，教材的出版嚴重滯后于當前主流技術的發(fā)展，當前通信原理的教學內(nèi)容仍然延留在2G和3G的通信理論框架，對于當前社會主流的4G技術和即將商用的5G技術，本課程涉及的面很小且不夠深入，這就導致當前教學無法做到理論聯(lián)系實際，使得本課程的教學目的不是很明確。另外，學生普遍認為學習本課程沒有用途，從而失去對本課程的學習興趣，致使課堂教學氣氛不夠活躍，難以提高授課質量。

三、課程教學的改革與探索

在當前通信技術更新?lián)Q代的背景下，通信原理的理論教學與實際應用嚴重脫節(jié)。為了彌補這種不足，實際教學應該調整本課程的內(nèi)容結構，拓展調研新技術的發(fā)展，并利用軟件輔助教學。

1.重點內(nèi)容結構調整。當前通信原理教學中的模擬通信已經(jīng)是20世紀70年代第一代通信的技術了，應該降低模擬通信部分的學時。隨著現(xiàn)代通信技術的發(fā)展，噪聲已經(jīng)不是抑制系統(tǒng)性能的最主要因素。在當前的實際應用場景中干擾才是抑制系統(tǒng)性能的主要因素，所以本課程應該增加通信干擾分析的內(nèi)容。與此同時，通信原理主要講解的編碼方式仍然是3G的編碼方式，對于當前主流的4G編碼方式相關的理論內(nèi)容篇幅很少，所以應該增加4G編碼方式的篇幅，并補充即將商用的5G編碼方式相關的內(nèi)容。經(jīng)過重點內(nèi)容的結構調整，本課程的教學更能貼近當前通信技術的發(fā)展，進而提高學生理論聯(lián)系實際的認知水平。

2.課下技術拓展調研。5G通信的核心技術主要分為：大規(guī)模MIMO、毫米波通信、密集異構組網(wǎng)、Polar編碼等。將授課課堂的學生分為多個小組，每個小組分配一個5G新的通信技術為課下技術拓展調研的題目。要求每個小組分析該調研的技術原理，找出通信原理中與其相關聯(lián)的原理內(nèi)容，總結該通信技術從當前4G通信技術到未來5G通信技術的演變路線，最后形成一個完整的調研報告。每個小組的報告以視頻或者PPT的形式在課堂上做講解，課堂的其他學生對于報告的內(nèi)容進行提問，報告人要做相應的回答與講解，最后由課堂的其他學生給本次報告的小組進行打分。這種課下技術拓展調研的學習方式有助于加深學生對本課程理論應用價值的理解，并提高學生自主學習的熱情。

3.與Matlab軟件相結合。由于5G通信中部分新出現(xiàn)的算法晦澀難懂，需要結合Matlab仿真軟件才能更好地把握5G通信技術的核心內(nèi)容。分配學生利用Matlab仿真軟件設計4G通信系統(tǒng)和5G通信系統(tǒng)，設計要求此系統(tǒng)包含通信的基本環(huán)節(jié)和關鍵技術。將此通信仿真系統(tǒng)分解為多個函數(shù)接口，每兩個學生為一組負責一個接口，最后要求此仿真系統(tǒng)可以輸出通信的基本性能指標，例如誤碼率、頻譜利用率、能量效率等。由于搭建一個綜合的通信系統(tǒng)需要的時間較多，應該將此仿真系統(tǒng)作為通信原理的課程設計。通過Matlab仿真軟件可以模擬現(xiàn)實中復雜多變的通信環(huán)境，對比分析新舊通信技術的差異，從而將抽象的通信理論知識以形象的方式展現(xiàn)出來，更有利于學生的學習與理解。

四、結語

本文在分析5G通信發(fā)展背景和《通信原理》課程特點的基礎上，提出了三種教學改革方法：重點內(nèi)容結構調整、課下技術拓展調研、與Matlab軟件相結合。本文旨在提高當前通信理論教學與實際應用的銜接性。通過本文提出的三種改革方法，有利于引導學生理論聯(lián)系實際，增強學生對本課程的學習興趣以及對本課程知識的理解水平，從而為學生的后續(xù)發(fā)展方向做有效的引導，最終提高我校《通信原理》的理論教學的水平與質量。

參考文獻：

[1]尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關鍵技術[J].中國科學：信息科學，2012.

[2]樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].第7版本.國防工業(yè)出版社，2013.