劉亞娟

摘 要 結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)，在分析現(xiàn)代通信原理課程原有理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題的基礎(chǔ)上，針對(duì)存在問題，對(duì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)箱；仿真技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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(gè)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(gè)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(shí)際的能力？如何利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和分析解決通信工程中的實(shí)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(qiáng)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(gè)培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)理工科的教學(xué)提出新的挑戰(zhàn)。下面將結(jié)合這個(gè)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(shí)驗(yàn)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(hào)與系統(tǒng)”和“概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”[1-2]。多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：學(xué)生對(duì)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(gè)特點(diǎn)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(shí)點(diǎn)。

同時(shí)，通信系統(tǒng)是個(gè)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(shí)教學(xué)，需要教師結(jié)合實(shí)際情況（課時(shí)數(shù)、實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)和基本理論，與現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用技術(shù)具有很大差距。學(xué)生會(huì)對(duì)本門課程的教學(xué)內(nèi)容是否有用產(chǎn)生懷疑。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題 目前學(xué)校針對(duì)“現(xiàn)代通信原理”課程配備有通信原理實(shí)驗(yàn)箱（湖北眾友科技公司的通信原理實(shí)驗(yàn)箱），該實(shí)驗(yàn)箱采用模塊化結(jié)構(gòu)，模塊可獨(dú)立也可組合，綜合實(shí)施多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。但是正是由于實(shí)驗(yàn)電路已經(jīng)模塊化，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)往往是依照實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)，造成在實(shí)驗(yàn)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(duì)上面存在的問題認(rèn)真思考、積極探索，結(jié)合教學(xué)實(shí)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(shí)間越長、知識(shí)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(shí)，無論對(duì)個(gè)人還是企業(yè)，經(jīng)濟(jì)回報(bào)都比較高[3]。因此，關(guān)于通信技術(shù)理論基礎(chǔ)知識(shí)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(shí)，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(shí)的講解過程中采取弱化理論推理部分，重點(diǎn)講解推理結(jié)論，并側(cè)重結(jié)合應(yīng)用點(diǎn)（例題）和應(yīng)用實(shí)例（現(xiàn)代通信技術(shù)）加強(qiáng)學(xué)生對(duì)該結(jié)論的理解和掌握。

軟件仿真+硬件實(shí)驗(yàn) 注重理論分析與實(shí)際動(dòng)手相結(jié)合，以理論指導(dǎo)實(shí)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(duì)所學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在此過程中，有助于學(xué)生理解通信基本知識(shí)和理論。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用軟件仿真加模塊化電路實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑耗K化的實(shí)驗(yàn)?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(shí)掌握基本實(shí)驗(yàn)儀器（如數(shù)字示波器）的使用；仿真實(shí)驗(yàn)可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器的不足，觀察到信號(hào)頻譜變化或者是高速信號(hào)的變化。

知識(shí)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(jī)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(shí)完成通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，比如利用單片機(jī)或者FPGA等可編程芯片完成某種通信技術(shù)的電路設(shè)計(jì)。這樣既可以加深學(xué)生對(duì)通信學(xué)知識(shí)的掌握，也可以提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)水平和動(dòng)手實(shí)踐能力，并能夠?qū)⒅R(shí)的碎片進(jìn)行有機(jī)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(duì)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(hào)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(gè)結(jié)論：在設(shè)計(jì)2ASK通信系統(tǒng)時(shí)，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(hào)調(diào)制后頻譜被復(fù)制搬移，2ASK信號(hào)的第一零點(diǎn)帶寬變?yōu)樵袛?shù)字信號(hào)第一零點(diǎn)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(shí)驗(yàn)教學(xué) 利用實(shí)驗(yàn)箱和MATLAB分別完成2ASK信號(hào)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(hào)源的信息速率為Bitrate=1 Mpbs，速率為

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

實(shí)驗(yàn)箱參數(shù)：理想信道，載波頻率fC=32 kHz，信號(hào)源信息速率Bitrate=2000 kpbs。

在解調(diào)電路中，該實(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)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(hào)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(diǎn)看不到任何輸出數(shù)據(jù)。而在仿真中不存在這個(gè)問題。從圖6中可以濾波器輸出波形，相對(duì)于圖3中Wave of LPF輸出波形而言，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（波形）的對(duì)比分析發(fā)

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

課外拓展 要求學(xué)生利用課余時(shí)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(jì)與制作。

5 總結(jié)

筆者根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)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(duì)該方案總結(jié)如下：

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

2）在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用仿真+實(shí)驗(yàn)箱的教學(xué)模式；

3）通過知識(shí)延伸拓展，讓學(xué)生對(duì)整個(gè)專業(yè)知識(shí)有機(jī)結(jié)合，提高綜合應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)

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