《移動(dòng)通信》課程案例教學(xué)法的研究與實(shí)踐

劉佳 王宇飛 張明宇 安曉峰

【摘要】隨著5G業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)的快速推廣，各高校通信工程專業(yè)的學(xué)生既應(yīng)掌握扎實(shí)的理論知識(shí)，又應(yīng)具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文提出了“前中后”式案例教學(xué)法。理論講解前、中、后，分別巧妙地設(shè)計(jì)了驗(yàn)證性案例，訓(xùn)練性案例，設(shè)計(jì)性案例，通過(guò)案例使學(xué)生能夠積極主動(dòng)思考問(wèn)題和分析問(wèn)題，從而達(dá)到解決問(wèn)題的能力。

【關(guān)鍵詞】驗(yàn)證性案例 ?訓(xùn)練性案例 ?設(shè)計(jì)性案例 ?移動(dòng)通信

【基金項(xiàng)目】2018年度校級(jí)教育教學(xué)研究課題（XJ20181002）：通信工程專業(yè)案例教學(xué)法的探索與實(shí)踐。

【中圖分類號(hào)】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）08-0255-02

1.前言

2019年1月25日，工信部發(fā)布2018年通信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)[1]，其統(tǒng)計(jì)顯示，2018年，在移動(dòng)通信業(yè)務(wù)中移動(dòng)數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)收入6057億元，比上年增長(zhǎng)10.2%。如何滿足人們對(duì)于超大容量以及可靠傳輸?shù)囊蟪蔀檠芯空邆兯媾R的新的挑戰(zhàn)。旨在解決這些問(wèn)題的第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）在全球范圍內(nèi)的快速推廣，其主要面向三大場(chǎng)景：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（Enhance Mobile Broadband， eMBB），大規(guī)模機(jī)器類通信（Massive Machine Type Communication， mMTC）以及低時(shí)延高可靠通信（Ultra Reliable & Low Latency Communication， uRLLC）。為了滿足移動(dòng)通信業(yè)的快速發(fā)展，社會(huì)需要高?！拜斔汀币慌忠慌母哔|(zhì)量人才。因此，各高校通信工程專業(yè)的學(xué)生既應(yīng)掌握扎實(shí)的理論知識(shí)，又應(yīng)具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。《移動(dòng)通信》課程將為通信工程專業(yè)的學(xué)生進(jìn)入社會(huì)提供了理論保障，然而在多年的教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生“死學(xué)”理論知識(shí)，無(wú)法深入理解相關(guān)理論，以至于在實(shí)踐環(huán)節(jié)中表現(xiàn)出動(dòng)手能力差等缺點(diǎn)。2016年，孫會(huì)楠等人[2]提出了通信工程專業(yè)柔性化人才培養(yǎng)模式的教學(xué)方法，符合應(yīng)用型本科院校學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)的學(xué)習(xí)。2018年，何海浪等人[3]也提出了通信工程專業(yè)產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式。上述兩篇論文強(qiáng)調(diào)了應(yīng)用性人才的培養(yǎng)，認(rèn)為加強(qiáng)實(shí)踐性案例教學(xué)環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力十分重要。本文認(rèn)為在教學(xué)過(guò)程中既不能采取從頭到尾地講授理論知識(shí)的教學(xué)方法，也不能在整個(gè)課程中全部使用案例教學(xué)的教學(xué)方法，應(yīng)該在理論教學(xué)過(guò)程中插入案例教學(xué)，將兩者有效地融合在一起。本文將在第2部分中提出“前中后”案例教學(xué)法，并在第3部分中將此方法應(yīng)用在《移動(dòng)通信》課程的實(shí)踐中，第4部分對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。

2.案例教學(xué)法

2.1案例教學(xué)與理論教學(xué)的關(guān)系

案例教學(xué)有利于加深對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的理解。理論教學(xué)為案例教學(xué)提供了分析問(wèn)題的原理，而案例教學(xué)有利于加深對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的理解，這兩者存在著相互補(bǔ)充和相互促進(jìn)的關(guān)系。在教學(xué)過(guò)程中，既不能采取從頭到尾地講授理論知識(shí)的教學(xué)方法，也不能在整個(gè)課程中全部使用案例教學(xué)的教學(xué)方法，應(yīng)該在理論教學(xué)過(guò)程中插入案例教學(xué)，將兩者有效地融合在一起。

2.2“前中后”式案例教學(xué)法

本文提出的案例教學(xué)法分為：課前案例，課中案例，課后案例。課前案例多為驗(yàn)證性案例，是生活中的例子模塊，是學(xué)生平時(shí)接觸到的例子，使學(xué)生感興趣;課中案例多為訓(xùn)練性案例，是新技術(shù)、新方法實(shí)驗(yàn)?zāi)K，使學(xué)生及時(shí)學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)和方法;課后案例多為設(shè)計(jì)性案例，是綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K，培養(yǎng)學(xué)生的綜合研究能力和創(chuàng)新能力。

3.案例教學(xué)在《移動(dòng)通信》課程中的實(shí)踐

3.1 課前案例

首先用提問(wèn)的方式將《移動(dòng)通信》這門課程的內(nèi)容描述清楚，擬在系統(tǒng)的理論講解前，給出簡(jiǎn)單的引導(dǎo)案例，系統(tǒng)地讓學(xué)生更加形象地理解要講授的理論知識(shí)，明確所講授知識(shí)在本門課程中的地位。例如，

（1）基站如何區(qū)分手機(jī)？

（2）手機(jī)如何找到基站？

（3）基站如何找到手機(jī)？

3.2 課中案例

理論講解中，給出討論案例，讓學(xué)生參與，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。針對(duì)課前案例中所提出的問(wèn)題，將本課程涉及的理論知識(shí)拋出來(lái)，同時(shí)橫向?qū)Ρ绕渌麑W(xué)科中類似的例子。

3.2.1基站如何區(qū)分手機(jī)？

（1）講授的知識(shí)點(diǎn)為：頻分多址（frequency division multiple access， FDMA）和時(shí)分多址（time division multiple access， TDMA）。

（2）給出如下課中案例：

1）頻分多址（FDMA）：可以讓手機(jī)工作在不同的頻率上用以區(qū)分它們，這好比廣播電臺(tái)，通過(guò)信號(hào)的不同頻率來(lái)區(qū)分不同的電臺(tái)。

2）時(shí)分多址（TDMA）：可以讓手機(jī)工作在不同的時(shí)間里以區(qū)分它們，這好比《北京歡迎你》，很多明星每個(gè)人唱一句，通過(guò)不同的音色來(lái)區(qū)分每個(gè)明星。

3.2.2手機(jī)如何找到基站？

（1）講授的知識(shí)點(diǎn)為：小區(qū)選擇。

（2）給出如下課中案例：

1）對(duì)于GSM（Global System for Mobile Communications，GSM）手機(jī)，則會(huì)掃描整個(gè)頻段，按信號(hào)的強(qiáng)度從最強(qiáng)信號(hào)開始逐一檢查，直到找到合適的基站的廣播信息，這類似于我們收聽學(xué)校的英語(yǔ)廣播;GSM系統(tǒng)中相鄰的基站采取不同頻率，由于工作頻率不同，自然不會(huì)產(chǎn)生干擾，這類似于高音和低音唱歌。

2）碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）系統(tǒng)基站固定使用一個(gè)頻率廣播信息，手機(jī)只要調(diào)諧到這個(gè)頻率就可以找到基站的指引信息，找到基站，就像110。CDMA系統(tǒng)中相鄰的基站采用的是一個(gè)固定頻率，但是擴(kuò)頻碼不一樣，也不會(huì)產(chǎn)生干擾，這類似于各個(gè)國(guó)家說(shuō)話的語(yǔ)言不同。

3.2.3基站如何找到手機(jī)？

（1）講授的知識(shí)點(diǎn)為：尋呼與位置更新。

（2）給出如下課中案例：

為了找到手機(jī)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)所有的基站下發(fā)“尋人啟事”來(lái)尋呼手機(jī)。

3.3 課后案例

完成理論講解后，給出實(shí)踐案例，讓學(xué)生課后主動(dòng)完成，以學(xué)生自我研究為主，重在應(yīng)用，發(fā)揮鞏固、提高能力之功能。

課后案例往往是綜合性，設(shè)計(jì)性的模塊，培養(yǎng)學(xué)生的綜合研究能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生之間可以相互交流，說(shuō)出自己設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的深入理解。

課后案例舉例：如何利用FDMA實(shí)現(xiàn)3個(gè)移動(dòng)用戶的語(yǔ)音通信。

基帶語(yǔ)音信號(hào)的頻譜為300 Hz至3400Hz，為了使各個(gè)用戶之間互不干擾，每個(gè)用戶采用不同的載波進(jìn)行調(diào)制，同時(shí)為了節(jié)省頻帶，我們將采用單邊帶調(diào)制技術(shù)進(jìn)行搬移頻譜。假設(shè)用戶1，用戶2和用戶3調(diào)制所用的載波分別為5kHz， 10kHz，15kHz。

我們所設(shè)計(jì)的發(fā)送端將做如下步驟：

（1）用戶1，用戶2和用戶3的語(yǔ)音信號(hào)將通過(guò)低通濾波器，該低通濾波器的截止頻率為3400 Hz。

（2）通過(guò)低通濾波器的信號(hào)在經(jīng)過(guò)相乘器與各自的載波相乘，進(jìn)行單邊帶調(diào)制。調(diào)制后，用戶1所占用的頻帶為5.3kHz至8.4kHz，用戶2所占用的頻帶為10.3kHz至13.4kHz，用戶3所占用的頻帶為15.3kHz至18.4kHz。從而每個(gè)用戶占用不同的頻帶，及時(shí)同時(shí)發(fā)送到信道中，也不會(huì)相互干擾。

（3）用戶1，用戶2和用戶3將調(diào)制后的信號(hào)輸入到帶通濾波器，用戶1的帶通濾波器的頻帶范圍為5.3kHz至8.4kHz，用戶2的帶通濾波器的頻帶范圍為10.3kHz至13.4kHz，用戶3的帶通濾波器的頻帶范圍為15.3kHz至18.4kHz，使得濾除信道噪聲。

（4）最后將3個(gè)用戶的信號(hào)疊加起來(lái)，同時(shí)發(fā)送到信道中。

我們所設(shè)計(jì)的接收端將做如下步驟：

（1）接收信道發(fā)送過(guò)來(lái)的多路信號(hào)，將該信號(hào)發(fā)送給用戶1，用戶2和用戶3的接收端，該多路信號(hào)包含3個(gè)用戶的語(yǔ)音信息。

（2）將該多路信號(hào)輸入到帶通濾波器中，用戶1的帶通濾波器的頻帶范圍為5.3kHz至8.4kHz，用戶2的帶通濾波器的頻帶范圍為10.3kHz至13.4kHz，用戶3的帶通濾波器的頻帶范圍為15.3kHz至18.4kHz。

（3）通過(guò)帶通濾波器的信號(hào)在經(jīng)過(guò)相乘器與各自的載波相乘，進(jìn)行相干解調(diào)。解調(diào)后，每個(gè)用戶得到了各自的語(yǔ)音信息。從而實(shí)現(xiàn)了FDMA。

上述案例還可以深入進(jìn)行分析，例如，如何做才能達(dá)到最大程度的節(jié)省帶寬？可以使學(xué)生相互討論來(lái)得出結(jié)論，從而使學(xué)生更加深入地理解所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)。

4.總結(jié)

本文提出了“前中后”式案例教學(xué)法，并應(yīng)用在《移動(dòng)通信》課程的實(shí)踐中。通過(guò)多年實(shí)際教學(xué)驗(yàn)證，在理論講解前，給出驗(yàn)證性案例，可以使學(xué)生更加形象地理解要講授的理論知識(shí);在理論講解中，給出訓(xùn)練性案例，可以有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性;在理論講解后，給出設(shè)計(jì)性案例，可以使學(xué)生鍛煉獨(dú)立的思考能力和創(chuàng)新能力。通過(guò)“前中后”式案例教學(xué)方式，真正達(dá)到了使學(xué)生及時(shí)學(xué)習(xí)了先進(jìn)的科學(xué)理論的目的，夯實(shí)了學(xué)生的實(shí)踐操作技能，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)工信部，2018 年通信業(yè)統(tǒng)計(jì)通[EB/OL].http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057511/n3057518 /c6618525/content.html， 2019-01-25.

[2]孫會(huì)楠，禹永植，趙建新. 應(yīng)用型本科院校通信工程專業(yè)柔性化人才培養(yǎng)模式的研究[J].太原學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2016（1）：41-44.

[3]何海浪，周曉燕，黃乘順.應(yīng)用型本科院校通信工程專業(yè)產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式研究[J].教育教學(xué)論壇，2018（27）：153-154.

作者簡(jiǎn)介：

劉佳（1983.1.20-），吉林梅河口市人，吉林工程技術(shù)師范學(xué)院副教授，研究方向?yàn)樾诺谰幋a和密碼學(xué)。