现代通信原理教学方法探讨

摘 要 结合学生特点，在分析现代通信原理课程原有理论与实验教学中存在的问题的基础上，针对存在问题，对课程教学方式方法进行探讨，并给出自己的解决方案。最后，以数字调制技术2ASK为案例，分析新的教学方案在教学中的优势。

关键词 现代通信原理；2ASK；MATLAB；实验教学；实验箱；仿真技术

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）12-0101-03

1 引言

现代通信原理是宜宾学院电子信息工程和电子信息科学与技术两个专业的核心课。本门课程开设在学生大三的上期，在整个专业课程体系中处于承上启下的位置。如何有效地完成本门课程的理论教学，提高学生理论联系实际的能力？如何利用实验教学培养学生实践动手能力和分析解决通信工程中的实际问题？如何结合学校应用型创新人才的培养目标，增强本门课程的教学效果？这些问题值得一线教师进行深入探讨。

2 目前教学中存在问题

随着我国高等教育由精英化向大众化阶段的稳步发展，人才培养的多元化格局日益明显，很多普通本科院校将培养目标定位为应用型人才的培养，这个培养目标对理工科的教学提出新的挑战。下面将结合这个培养目标，认真分析“现代通信原理”这门课程的理论教学和实验教学中存在的问题。

与前期基础课程关联较大 “现代通信原理”这门课在很大程度上依赖于以前所学的专业基础课程，尤其是“信号与系统”和“概率与数理统计”[1-2]。多年的教学经验发现：学生对这两门课程的理解深度远远不够完成现代通信原理教学的需求。

数学公式多 “现代通信原理”这门课的另一个特点就是数学推理过程特别多，虽然目前的教材在原有的版本基础上不断修改，减少数学推理过程，但是总体来说，该课程中涉及的数学公式较多，学生往往不能够理解和掌握这部分的知识点。

同时，通信系统是个复杂的系统，在一门课程中不可能完成所有通信技术的理论知识教学，需要教师结合实际情况（课时数、实验环境等资源）选择适当的教学内容，让学生能够对通信系统有一个比较全面和系统的认知。

通信技术更新速度快 通信技术的发展可以说日新月异，而该课程的理论教学内容往往是通信技术的基础知识和基本理论，与现实的应用技术具有很大差距。学生会对本门课程的教学内容是否有用产生怀疑。

实验教学存在的问题 目前学校针对“现代通信原理”课程配备有通信原理实验箱（湖北众友科技公司的通信原理实验箱），该实验箱采用模块化结构，模块可独立也可组合，综合实施多项实验教学内容。但是正是由于实验电路已经模块化，学生在做实验时往往是依照实验讲义进行连线，观测输出数据波形和参数。因此，传统的实验箱教学，学生不能掌握电路的工作过程，也就不能掌握如何完成通信系统的电路设计，造成在实验操作能力的培养上存在很多缺陷。

3 解决方案

在教学过程中，笔者针对上面存在的问题认真思考、积极探索，结合教学实践给出教学方案，希望能够更加全面地提高学生的综合应用能力。

引入仿真技术 有调查证明，接受普通教育时间越长、知识基础越牢的人，更能有效地学习和掌握新技术、新知识，无论对个人还是企业，经济回报都比较高[3]。因此，关于通信技术理论基础知识的教学不容忽视，这是学生今后从事本专业的基石，只有深入理解掌握通信的基本知识，才能在不断发展的通信信息领域从事专业性工作。

理论知识的讲解过程中采取弱化理论推理部分，重点讲解推理结论，并侧重结合应用点（例题）和应用实例（现代通信技术）加强学生对该结论的理解和掌握。

软件仿真+硬件实验 注重理论分析与实际动手相结合，以理论指导实践，在理论教学中适当引入通信仿真软件，引导学生利用仿真软件对所学习的基础知识进行仿真验证。在此过程中，有助于学生理解通信基本知识和理论。

实验教学中采用软件仿真加模块化电路实验模式：模块化的实验能够帮助学生掌握电路结构、数据采集与处理等技术，同时掌握基本实验仪器（如数字示波器）的使用；仿真实验可以弥补实验仪器的不足，观察到信号频谱变化或者是高速信号的变化。

知识延伸拓展 在本课程之前，本专业学生已经掌握单片机或者FPGA等芯片的使用，可以在教学过程中让他们利用前期的专业知识完成通信技术的实现，比如利用单片机或者FPGA等可编程芯片完成某种通信技术的电路设计。这样既可以加深学生对通信学知识的掌握，也可以提高学生的综合设计水平和动手实践能力，并能够将知识的碎片进行有机串联，培养学生自我学习、自我提高的能力。

4 方案应用案例

下面以通信原理中最简单的调制技术2ASK为案例，对上面方案在教学中的应用给出使用案例。

理论教学处理 理论部分见文献[4]中关于2ASK基本原理与数据信号频谱分析部分。其中关于2ASK频谱变化的数学推理非常复杂，不容易理解，在教学过程可适当忽略此部分的教学，只让学生掌握频谱分析的结论，并告诉学生为什么要知道这个结论：在设计2ASK通信系统时，需要利用此结论为该系统分配足够带宽。

并且通过MATLAB仿真技术，很容易观察到2ASK频谱变化过程（如图1所示）。通过观察频谱图可以直观地发现：数字信号调制后频谱被复制搬移，2ASK信号的第一零点带宽变为原有数字信号第一零点带宽的二倍。

2ASK作为基础调制技术，在现代通信技术中依然被使用，如QAM技术中就融合了2ASK技术。在教学中引入现代调制技术QAM技术的讲解，让学生了解基本技术在日益发展的通信技术中作为理论基石，具有很重要的作用。

實验教学 利用实验箱和MATLAB分别完成2ASK信号的调制和解调。其中解调部分采用非相干解调，其模型如图2所示。

MATLAB仿真参数：信道为理想信道，载波的频率为fc=4 MHz，信号源的信息速率为Bitrate=1 Mpbs，速率为

25 000波特，发送信号幅度为0.2 V。对应解调数据波形如图3所示。

实验箱参数：理想信道，载波频率fC=32 kHz，信号源信息速率Bitrate=2000 kpbs。

在解调电路中，该实验箱上非相干解调采用二极管包络检波电路，如图4所示。

整流电路是通过二极管D02完成的半波整流，对应的数据波形如图5所示。低通滤波器是利用TL084组合RC完成的，对应的滤波输出数据如图6所示。

这里必须注意的是：输入信号的幅度不能过低，至少应该大于二极管的导通电压，否则输出点看不到任何输出数据。而在仿真中不存在这个问题。从图6中可以滤波器输出波形，相对于图3中Wave of LPF输出波形而言，实验电路数据更好地体现了电路的工作过程：滤波器由RC电路构成，利用电容C的充放电完成滤波。

通过两组参数设置和实验数据（波形）的对比分析发

现，传统实验箱式的实验教学和软件仿真实验教学各有优缺点：软件仿真实验可观测高速信号的调制与解调过程和频谱变化关系；实验箱可以更好理解电路工作过程和提高学生动手能力。

课外拓展 要求学生利用课余时间，结合已掌握的VHDL语言，利用FPGA芯片完成2ASK调制与解调系统设计与制作。

5 总结

笔者根据教学经验和学校的培养目标，分析传统“现代通信原理”课程教学中存在的问题，在此基础上给出自己的教学方案，对该方案总结如下：

1）在课堂理论教学和实验教学中分别引入仿真技术；

2）在实验教学中采用仿真+实验箱的教学模式；

3）通过知识延伸拓展，让学生对整个专业知识有机结合，提高综合应用能力。

参考文献

[1]李旭杰.《通信原理》在通信工程专业课程体系中的角色分析[J].江苏教育学院学报：自然科学版，2010（4）：34-36，91.

[2]张鸣，李白萍，殷晓虎.《通信原理》多维教学的探索实践[J].武汉大学学报：理学版，2012（S2）：92-94.

[3]邵波.论应用型本科人才[J].中国大学教学，2014（5）：30-33.

[4]南利平.通信原理简明教程[M].3版.北京：清华大学出版社，2014.

[5]张水英，徐伟强.通信原理及MATLAB/Simulink仿真[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[6]夏江涛，孫冬娇.Matlab在现代通信原理课程中的应用[J].实验技术与管理，2014（1）：110-113，119.

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