王麗麗， 謝艷輝， 劉姝延， 臧睦君

(魯東大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院， 山東 煙臺 264025)

“通信原理”精品課程建設(shè)的探索與思考

王麗麗， 謝艷輝， 劉姝延， 臧睦君

(魯東大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院， 山東 煙臺 264025)

高?！巴ㄐ旁怼闭n程教學(xué)中主要存在理論教學(xué)偏重、實驗課時較少以及實驗內(nèi)容相對獨立等問題。精品課程網(wǎng)站的建設(shè)、課程設(shè)計環(huán)節(jié)的引入以及全程全網(wǎng)的實訓(xùn)平臺的建設(shè)可在一定程度上解決這些問題，同時以行業(yè)需求為背景深化課程應(yīng)用以及雙語授課可以更好地提升學(xué)科競爭力。

精品課程；通信原理；課程網(wǎng)站

0 引言

“通信原理”是通信工程專業(yè)的一門必修課程。該課程具有理論性強、內(nèi)容豐富、概念抽象以及對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用能力要求較高等特點。

目前已經(jīng)出版了不少有關(guān)“通信原理”的教材，各個教材對同一問題的分析角度和方法都有所不同，國內(nèi)使用較多的有西安電子科技大學(xué)樊昌信編著的《通信原理( 第六版) 》、清華大學(xué)曹志剛等編著的《現(xiàn)代通信原理》、北京郵電大學(xué)周炯磐院士等出版的《通信原理》，英文版的教材多采用Simon Haykin的《Communication System》和John G.Proakis的《Digital Communications》(5th Edition)[1-5]。我們結(jié)合樊昌信教授等編寫的《通信原理》(第六版)教材中的知識結(jié)構(gòu)，就目前“通信原理”教學(xué)中存在的問題綜述如下。

1 “通信原理”教學(xué)存在的問題

1.1 理論教學(xué)問題

樊昌信版《通信原理》前面幾個章節(jié)分別是對之前開設(shè)的“信號與系統(tǒng)”、“隨機信號分析”等課程內(nèi)容的回顧，從第5章開始才進入到模擬調(diào)制部分，本部分內(nèi)容學(xué)生在“通信電子電路”課程中已經(jīng)接觸到，只是那時更多的是關(guān)注電路的實現(xiàn)，如調(diào)幅和調(diào)頻系統(tǒng)的調(diào)制電路和解調(diào)電路的構(gòu)造，而在“通信原理”課程中則更多的是關(guān)注不同調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的性能。

由于不同教材對問題的分析角度不同，課堂上教師須積極引導(dǎo)學(xué)生開展求異思維，對同一個問題從不同方向、不同角度去探索，以資加深對問題的理解。比如對于數(shù)字通信系統(tǒng)部分，我們首先關(guān)注的是數(shù)字信號的功率譜密度的計算，從樊昌信版的推導(dǎo)過程過程可以看出，其功率譜密度的計算公式適用于二進制、前后碼元相互獨立的條件，北郵版《通信原理》對于數(shù)字信號功率譜密度的計算適用于多進制系統(tǒng)，但是前后碼元相互獨立這個前提條件仍然沒變，而清華版“通信原理”通過引入穩(wěn)態(tài)概率和轉(zhuǎn)移概率得到一般情況下的隨機序列功率譜密度，從而計算出雙相碼和密勒碼的功率譜密度。對于數(shù)字基帶系統(tǒng)中的奈奎斯特第一準(zhǔn)則，筆者認為Simon Haykin的《Communication System》教材的推導(dǎo)過程更為簡單明了，清華版《通信原理》則包含了奈奎斯特第一準(zhǔn)則、第二準(zhǔn)則、第三準(zhǔn)則，對碼間干擾問題的分析則更為透徹。

1.2 實驗課時問題

通過調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)目前大多數(shù)高校的“通信原理”實驗課程的設(shè)置為16～18個課時，就單門課程來講，實驗課時的設(shè)置并不多，但是由于通信類學(xué)生的培養(yǎng)計劃中實踐類課程所占的比例逐年提高，以我校2012年的本科人才培養(yǎng)方案為例，工科類專業(yè)的實踐課程比例要求不低于35%，學(xué)生大部分的課余時間和周末時間用來做實驗，并且每次實驗都要求有實驗報告，學(xué)生疲于應(yīng)付實驗報告。

由于“通信原理”課程的抽象性，對一個問題的理解學(xué)生需要付出更多的精力，所以筆者認為實驗教學(xué)可以將軟件硬件結(jié)合起來進行，比如對于模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制部分，軟件仿真(可以利用Systemview)可以分別安排4個課時和6個課時的時間，硬件部分則分別安排2個課時，這樣模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制分別需要6個課時和8個課時完成實驗課，學(xué)生通過軟件實驗可以加深對原理性內(nèi)容的理解，通過硬件實驗可以更好地了解電路的構(gòu)造以及芯片的工作流程。

以樊昌信版的《通信原理》知識結(jié)構(gòu)為例，第4章信道部分內(nèi)容，主要包括理想恒參信號和隨參信道兩方面的知識點，學(xué)生需要掌握恒參信道對傳輸信號的影響、幅頻失真及相頻失真情況下數(shù)字信號的畸變；掌握隨參信道情況下信號產(chǎn)生的頻率彌散及頻率選擇性衰落。如果以Matlab軟件實現(xiàn)上述過程，在不給學(xué)生提供任何源代碼的幫助下，以我校通信工程專業(yè)學(xué)生為例，大約需要10課時左右的時間可以實現(xiàn)上述全部內(nèi)容的仿真。

對于數(shù)字基帶系統(tǒng)部分內(nèi)容，主要利用軟件仿真計算數(shù)字信號的功率譜密度，以實現(xiàn)最簡單的二元雙極性、單極性碼元的功率譜密度計算為例，大約需要10個課時左右的時間；對于抽樣過程和脈沖編碼調(diào)制(PCM)部分，軟件實驗和硬件實驗分別需要兩個課時；如果將信道編碼部分的硬件和軟件實驗再考慮進去的話，“通信原理”課程的實驗部分至少需要48課時。

1.3 實驗內(nèi)容問題

目前我校通信工程系的實驗內(nèi)容主要以基礎(chǔ)實驗箱為主，實驗箱的實驗教學(xué)只能滿足學(xué)生驗證性實驗，學(xué)生按照傳統(tǒng)的實驗指導(dǎo)書，按部就班地完成了驗證，結(jié)果只能使學(xué)生簡單觀測預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)和波形，掌握通信的基本原理，模擬效果非常有限，無法從網(wǎng)絡(luò)層有效地鍛煉學(xué)生對通信網(wǎng)絡(luò)的實際運用能力，難以調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性和創(chuàng)造性。而目前在信息行業(yè)的人才需求方面，復(fù)合型人才更受用人企業(yè)的歡迎，掌握多種主流技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)生更具有競爭力；其次除了具備扎實的理論基礎(chǔ)，具備較強動手能力和豐富實踐經(jīng)驗的學(xué)生更具競爭力?，F(xiàn)有的實驗箱雖然能夠滿足基本的專業(yè)實驗課程，但是卻已經(jīng)不符合行業(yè)主流技術(shù)及人才需求情況，因此從專業(yè)發(fā)展和學(xué)生培養(yǎng)的長遠角度考慮，需要建設(shè)一些符合行業(yè)技術(shù)發(fā)展和人才需求的實訓(xùn)平臺，并且要考慮到該實訓(xùn)平臺所承載的技術(shù)和業(yè)務(wù)環(huán)境至少在幾年內(nèi)不會落后及淘汰。

2 解決方案

2.1 利用好精品課程網(wǎng)站

通過聽取學(xué)生對“通信原理”課堂效果的反饋，我們了解到部分學(xué)生感覺到課堂內(nèi)容較多，完全掌握理解課堂內(nèi)容有一定難度。作為解決辦法之一，我們建議學(xué)生在課后通過精品課程網(wǎng)站重溫課堂內(nèi)容，并將疑問和困惑在課程網(wǎng)站上進行在線提問，任課教師將在課后即時更新教學(xué)錄像并對學(xué)生進行答疑，通過這種互動式學(xué)習(xí)方式，及時幫助學(xué)生解決實際學(xué)習(xí)問題。精品課程網(wǎng)絡(luò)上還設(shè)置了作業(yè)、論壇、網(wǎng)絡(luò)考試等互動模塊，并在網(wǎng)站主頁上設(shè)置了互動信息提醒，便于教師及時查看學(xué)生的留言。我?！巴ㄐ旁怼本氛n程網(wǎng)站為：http://www.coursecenter.ldu.edu.cn/G2S/Template/View.aspx?action=view&courseType=1&courseId=150&ZZWLOOKINGFOR=G，設(shè)有課程簡介、教學(xué)大綱、教師簡介、教學(xué)日歷、教學(xué)錄像、實驗教學(xué)大綱、教學(xué)資料以及互動等欄目，其中的教學(xué)資料和教學(xué)錄像主要包括樊昌信版《通信原理》第1章～第10章的內(nèi)容。除此之外，“通信原理”精品課程網(wǎng)站還推薦了美國MIT 公開課程：“Principles of Digital Communications”，這門課程不涉及通信用軟件和硬件，只介紹數(shù)字通信最基本的原理，課程內(nèi)容包含9個章節(jié)，依次為Introduction to digital communication、Coding for discrete sources、Quantization Source and channel waveforms、Vector spaces and signal space、Channels, modulation, and demodulation、Random processes and noise、Detection, coding, and decoding、Wireless digital communication，第一部分首先介紹了數(shù)字通信中接口標(biāo)準(zhǔn)化和分層的思想，對理解通信系統(tǒng)是很有幫助的，主講人Robert G. Gallager為美國工程院院士，網(wǎng)址：http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-450- principles-of-digital-communications-i-fall-2006/index.htm；

我們還向?qū)W生推薦了北京郵電大學(xué)的“通信原理”國家級精品課程網(wǎng)站，該網(wǎng)絡(luò)是以北郵版的《通信原理》知識結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)，涵蓋第1章～第7張各個章節(jié)的教學(xué)課件以及與之對應(yīng)的例題習(xí)題和答案，網(wǎng)址：http://course.jingpinke.com/details?uuid=8a833996-18ac928d-0118-ac928dd1-0040&courseID=A060022。

2.2 引入課程設(shè)計環(huán)節(jié)

考慮到實驗課時的限制，可以在教學(xué)中引入課程設(shè)計環(huán)節(jié)，借以彌補實驗課時的不足并培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。例如上學(xué)期我們在2012級的通信工程專業(yè)中開設(shè)了為期一周的“通信系統(tǒng)綜合設(shè)計”，通過Matlab仿真，學(xué)生不僅能更好地理解理論課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，而且學(xué)會仿真的方法后他們還經(jīng)常自己動手仿真剛剛學(xué)過的新知識。樊昌信版的《通信原理》課本中，每個章節(jié)里都有大量的以圖片形式呈現(xiàn)的針對通信系統(tǒng)性能分析的結(jié)果，如第2章的功率信號和能量信號的頻譜和頻譜密度，第4章的信道特性對傳輸信號的影響，第5章各種調(diào)幅調(diào)頻波的波形及其頻譜，第6章各種基帶信號的功率譜，第7章各種數(shù)字頻帶信號的功率譜及其誤碼率曲線，第9章關(guān)于三種抽樣過程及其抽樣信號頻譜的計算，脈沖編碼調(diào)制的計算，第10章關(guān)于數(shù)字信號最佳接收的誤碼率曲線等等，依據(jù)這些以曲線形式呈現(xiàn)的結(jié)果，我們鼓勵學(xué)生自己動手編寫源代碼取得仿真結(jié)果以此對照。這樣一方面可以提高他們的編程能力，另一方面仿真結(jié)果的直觀性可以幫助學(xué)生更好地課本知識，可謂一舉兩得。

2.3 建設(shè)全程全網(wǎng)實訓(xùn)平臺

借助全程全網(wǎng)的實訓(xùn)平臺，讓學(xué)生感受到教師在課堂上講的那些知識原來能如此真實地呈現(xiàn)在眼前。如利用LTE移動通信實訓(xùn)平臺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的移動通信實驗箱，EPON光接入系統(tǒng)、MSTP光傳輸系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光纖通信實驗箱，NGN軟交換平臺可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的程控交換實驗箱。這些平臺的建設(shè)能調(diào)整原有實驗教學(xué)項目與內(nèi)容，建立按基礎(chǔ)性實驗-設(shè)計性實驗-綜合性實驗實訓(xùn)-創(chuàng)新性實驗的金字塔型多層次模塊化實驗教學(xué)體系。徹底地改變了專業(yè)實驗課程過多附屬于理論課程的傳統(tǒng)模式。從注重培養(yǎng)學(xué)生實踐能力出發(fā)，開展多層次的實踐教學(xué)，縮短學(xué)生與社會崗位需求之間的差距。以EPON光接入系統(tǒng)為例，平臺上利用單根光纖可以提供多種接入方式，并支持多種組網(wǎng)方式，適應(yīng)電信用戶個性化需求，即在這個平臺上可開展的實驗包括ONT注冊流程及其配置、利用DHCP協(xié)議與PPPOE協(xié)議配置實現(xiàn)PON數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、BRAS數(shù)據(jù)配置、通過數(shù)據(jù)配置完成PON接入用戶組網(wǎng)、PON組播業(yè)務(wù)實驗、PON安全管理實驗、FTTX組網(wǎng)實驗等，而這些都是傳統(tǒng)實驗箱無法提供的。此外，MSTP光傳輸系統(tǒng)平臺利用跳纖搭建環(huán)相切網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過管理軟件配置MSP保護環(huán)和兩纖單向通道保護相切的2個環(huán)上的兩點之間的業(yè)務(wù)；NGN網(wǎng)絡(luò)采用分布式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，綜合統(tǒng)一承載業(yè)務(wù)流，配合軟交換+網(wǎng)關(guān)模式實現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的綜合接入；LTE移動通信實訓(xùn)平臺包含4G基站子系統(tǒng)(eNodeB)、4G核心網(wǎng)(EPC)、4G語音業(yè)務(wù)系統(tǒng)VoLTE、移動智能終端開發(fā)子系統(tǒng)、移動業(yè)務(wù)開發(fā)子系統(tǒng)、LTE仿真系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化系統(tǒng)等，可對學(xué)生進行4G網(wǎng)絡(luò)技能、智能終端和嵌入式開發(fā)、移動業(yè)務(wù)開發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃等全方位的實訓(xùn)和培養(yǎng)。

3 對精品課程建設(shè)的思考

3.1 以行業(yè)需求為背景，深化課程應(yīng)用

根據(jù)調(diào)研，目前ICT市場的人才需求主要集中在以下幾個方面：

(1)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動通信技術(shù)的融合型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才；

(2)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人才。LTE網(wǎng)絡(luò)海量數(shù)據(jù)流量對于無線網(wǎng)絡(luò)性能提出新的挑戰(zhàn)；

(3)物聯(lián)網(wǎng)人才。物聯(lián)網(wǎng)分為業(yè)務(wù)感知、網(wǎng)絡(luò)傳輸及業(yè)務(wù)應(yīng)用三大模塊，對應(yīng)不同的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)領(lǐng)域，電子、通信、自動化、嵌入式開發(fā)等知識點都有所涉及；

(4)計算機網(wǎng)絡(luò)人才。傳統(tǒng)計算機人才培養(yǎng)滿足不了技術(shù)發(fā)展需要，網(wǎng)絡(luò)交換機、路由器等知識已經(jīng)成為通用知識，基于云計算的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、HPC技術(shù)成為學(xué)習(xí)的亮點。

“通信原理”課程的學(xué)習(xí)應(yīng)緊密結(jié)合行業(yè)需求，在授課中加入新技術(shù)、新應(yīng)用的相關(guān)知識，讓學(xué)生理解課堂所學(xué)知識的應(yīng)用場合。如在信源編碼部分，講解MPEG-2、MPEG-4 、H.264/AVC等視頻編碼方式時，順便指出它們的應(yīng)用場合，如機頂盒、數(shù)字電視、攝像機、監(jiān)控器等，會取得超乎預(yù)期的效果；講解傳輸碼型時，除了講解它們的編碼規(guī)則外，還重點需要指出每種碼型的應(yīng)用場合，如AMI碼為美國24路一次群、二次群、三次群的接口碼型，其三次群的碼型有時也采用B3ZS碼型，HDB3碼為PCM系統(tǒng)歐洲系列一次群、二次群、三次群的接口碼型，其四次群的接口碼型為CMI碼型，雙相碼為計算機以太網(wǎng)的接口碼型等等；數(shù)字頻帶調(diào)制中PSK系統(tǒng)的抗噪性能最好，因此在移動通信中應(yīng)用最多，在數(shù)字調(diào)制技術(shù)章節(jié)中重點講解4G移動通信的核心技術(shù)OFDM技術(shù)，該技術(shù)用以解決無線信道中的多徑衰落和頻率選擇性衰落問題。通過這些內(nèi)容讓學(xué)生了解通信行業(yè)的需求以及通信工程師所需要具備的素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，加深他們對通信行業(yè)的了解。

3.2 雙語授課，讓學(xué)生具有國際視野

“通信原理”課程是通信工程專業(yè)學(xué)生構(gòu)建專業(yè)知識結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)，具有極其重要的地位。學(xué)生畢業(yè)后若進入跨國公司，公司希望他們能就市場開發(fā)、產(chǎn)品推介、市場調(diào)研等商務(wù)話題與客戶進行基本的交流，為客戶說明并解決設(shè)備問題；在書面表達方面，能看懂相關(guān)的通信產(chǎn)品說明書、市場調(diào)研報告等與業(yè)務(wù)相關(guān)的專業(yè)信息，能流利地撰寫通信工程的勘測、設(shè)計報告，畫出工程圖紙，因此我們嘗試在我校通信工程專業(yè)開展“通信原理”的雙語教學(xué)，選用Simon Haykin的《Communication System》影印版教材，電子課件及教案采用英文方式，學(xué)生的英文專業(yè)詞匯和英文閱讀水平明顯提高，學(xué)習(xí)和領(lǐng)會了英文原版教材中所隱含的作者的邏輯思維方式。

但是雙語教學(xué)也面臨新的問題，就我校通信工程專業(yè)學(xué)生的英語水平來看，兩極分化現(xiàn)象嚴(yán)重，加上“通信原理”理論課時的壓縮，在64課時的教學(xué)時間內(nèi)，讓學(xué)生讀懂英語原版教材、掌握課程內(nèi)容，同時高質(zhì)量地完成英文作業(yè)等，這對教師和學(xué)生來講都是巨大的挑戰(zhàn)，于是出現(xiàn)了雙語教學(xué)進度普遍較慢與學(xué)習(xí)內(nèi)容量大的突出矛盾，很多學(xué)生在課下不得不借用英文版教材的中譯版來解決這一矛盾，因此雙語教學(xué)的持續(xù)開展需要教師和學(xué)生的付出更多的努力。

4 結(jié)語

我校作為山東省首批應(yīng)用型特色名校建設(shè)單位，“通信原理”精品課程的建設(shè)的探索與思考有利于促進我校的教學(xué)立校，提升辦學(xué)質(zhì)量，同時也會在學(xué)校特色的形成過程中發(fā)揮示范作用。在目前地方本科高校向應(yīng)用型大學(xué)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，只有大力培養(yǎng)優(yōu)勢領(lǐng)域，形成特色專業(yè)和優(yōu)勢學(xué)科，才能使學(xué)校依托品牌專業(yè)拓展市場，提高學(xué)校的核心競爭力從而得到社會的認可。

[1] 樊昌信，曹麗娜．通信原理(第六版) [M]. 北京: 國防工業(yè)出版社，2007.

[2] 曹志剛，錢亞生．現(xiàn)代通信原理 [M]. 北京: 清華大學(xué)出版社，2012.

[3] 周炯盤，龐沁華．通信原理 [M]. 北京: 北京郵電大學(xué)出版社，2005.

[4] Simon Haykin. Communication System(fourth edition)[M].John Wiley &Sons,Inc,2001.

[5] John G.Proakis,Masoud Salehi,“Digital Communications”(Fifth Edition)[M]. McGraw-Hill ompanies,Inc,2001.

Exploration and Thinking About High-Quality Curriculum Construction of Communication Principle

WANG Li-li, XIE Yan-hui, LIU Shu-yan, ZANG Mu-jun

(Schoolofinformationandelectricalengineering,Ludonguniversity,Yantai264025，China)

There exist some problems in teaching of Communication Principle course： theory teaching is more, experiment class is less and exporiments conetant is relatively independent, et al. in univesities. The construction of high-quality curriculum website, the introduction of curriculum design and the construction of practical training platform will solve the above mentioned questions partly.Deepening the industry application of courses and bilingual teaching will enhance the core competitiveness of the curriculum.

high-quality curriculum;communication principle;curriculum website

2016-01-25;

2016-05-05

山東省教學(xué)改革面上項目(編號：2015M064)；魯東大學(xué)教學(xué)教改項目(編號：412-20140411)

王麗麗(1978-)，女，工學(xué)博士，教授，主要從事現(xiàn)代通信技術(shù)的教學(xué)和研究，E-mail:wanglili78@hotmail.com

G420

A

1008-0686(2017)01-0038-04