“通信原理”大作业教学的探索与实践

蒋铃鸽，苏胤杰

(上海交通大学电子工程系，上海200240)

“通信原理”是通信工程专业(包括信息工程、电子工程和无线电技术等专业)的一门主干专业课［1]。本系在“通信原理”课程教学改革的过程中，对作业环节进行了精心的设计，在安排了传统的习题形式的作业的基础上，针对课程的重点和难点内容，又特别安排了以软件仿真形式为主的大作业。

1 大作业的内容设置

“通信原理”，主要分为模拟通信和数字通信两部分。由于数字通信发展迅速，并且已成为当前通信发展的主流，因此它成为本课程越来越重要的内容。本文主要围绕数字通信的相关知识点，设计本课程大作业的内容，具体包括以下五个分项。

1)数字调制是现代数字通信技术的重要组成部分，除了数字幅度调制、数字频率调制和数字相位调制这三种基本的调制方式以外，近年来又陆续出现了一些新的数字调制技术，如QAM和MSK等，这些内容都是本课程教学的重点。大作业首先要求学生编程产生一组随机的0、1二进制比特序列，分别用2ASK，2FSK，2PSK和2DPSK四种调制方式进行调制，调制参数自定，并要求给出前16个比特所对应的时域波形;在此基础上，大作业进一步要求对QAM和MSK这两种调制技术进行仿真和验证，观察和记录实验得到的时域信号。

2)为了加深学生对通信中随机信号和噪声的基本概念以及与之相关的随机过程和概率分布的数学知识的理解，课内大作业要求学生通过查找相关资料，编写高斯白噪声的产生函数，通过仿真实验，观察和记录叠加高斯白噪声后的已调信号波形，直观地体验实际通信中噪声对传输信号的影响。

3)数字带通传输系统的解调分为相干和非相干两种方式，并且不同的数字调制方式所对应的接收机解调模型也有所区别。为了强化学生对各种解调模型的记忆，加深其对解调原理的理解，大作业首先要求学生分别给出2ASK，2FSK，2PSK和2DPSK四种已调信号通过高斯白噪声信道后的相干解调和(或)非相干解调的原理框图，给出判决前观测值的数学表达式;随后通过编程，仿真实现各模型的解调过程。对于无法进行非相干解调的某些调制方式，要求学生在作业报告中阐述原因，以此帮助其理解相干和非相干这两种解调方式的区别，从而能正确地掌握它们的应用。

4)为了使学生掌握数字通信中接收机的判决原理和方法，加深对抗噪声性能的理解，大作业要求学生根据接收机的数学表达式，通过编程，仿真实现各接收模型的判决过程，并且从判决结果统计出各自在不同比特信噪比(Eb/N0)下的误比特率(Pb)，从而给出Pb与Eb/N0(dB)的曲线。

5)大作业要求学生将4)中仿真得到的误比特率曲线与各自的理论值曲线进行比较和分析;还要求比较和讨论1)和3)中各调制与解调方式的差错性能差异。

作为辅助“通信原理”课程教学的一种作业形式，该大作业的优点之一在于其内容的安排可以具有一定的灵活性。因此，针对本课程教学中反映出的新情况以及对学生能力培养的新要求，我们还在不断丰富和完善大作业的内容。例如，作为当前流行的图形化开发环境，LabVIEW实现了创建程序模块化，易于调试、理解和维护，而且程序编程简单、直观［4]。在我们的课堂教学中，基于LabVIEW的教学演示已收到良好的效果。有此基础，我们准备围绕课程的重点和难点，并结合当前通信发展的新技术，在今后的大作业内容设置上增加基于LabVIEW平台的仿真设计，进一步丰富课内大作业的内容。

2 大作业的开展形式

大作业以软件仿真实验为主要形式，是对传统的书面习题型作业的一种补充。大作业不同于常规的专业实验课程，其具有更加灵活新颖的开展形式，充分赋予了学生学习的自主性。作业开展采用如下形式。

1)本课程的大作业由学生以小组为单位，两人一组，自行组合。课内布置后利用课外时间完成。在完成作业的过程中，鼓励小组之间进行交流与讨论，提出问题，拓展思路。

2)在大作业进行的过程中，教师与学生之间通过电子邮件进行交流，我们鼓励学生利用计算机网络展开讨论和学习。我系的信息传输与处理实验室的服务器上开设了专门的ftp空间，向学生发布有关大作业的说明资料，并且针对作业进行过程中学生提出的共性问题，及时地反馈指导意见。

3)为了提高学生独立思考能力，我们鼓励学生用所掌握的C、C++、Matlab及Java等不同编程语言进行尝试，以期达到实验方法的多样化［3]。

4)我们还鼓励学生在完成大作业安排的限定任务以外，对本课程内其他一些感兴趣的内容自主地进行编程仿真、验证和研究。

5)学生在完成大作业后应提交一份报告，作为大作业成绩评定的依据。该成绩最终作为平时成绩的一部分计入“通信原理”课程的总成绩。在作业报告中，学生可以将大作业过程中的心得和体会向教师反馈。我们也会根据学生的建议，进一步调整和完善大作业设计。

3 大作业的积极作用

1)目的明确，形式新颖，我们利用了当前学生热衷于借助计算机网络进行学习的特点，充分地调动了学生对“通信原理”课程的学习积极性。学生通过校园网，在我校的电子布告栏系统上就大作业的相关内容展开了热烈的讨论，其中涌现出不少好的观点和方法。

2)仿真实验与理论结果对比分析

对比分析可以加深学生对书本上理论知识的理解。例如，在2ASK非相干解调时，学生将仿真得到的误码率曲线与理论值曲线进行对比，发现在小信噪比时有所偏差。学生明确了课本上给出的理论公式是在大信噪比条件下的近似公式。部分学生还通过查阅资料和数学推导，获得了精确表达式，并通过编程实验进行了验证。

3)用数学方法解决具体问题

例如，数字带通系统可以采用不同的调制和解调方式来实现，然而在不同的方式下推导判决门限与差错概率所使用的基本的数学方法是相同的。

4)引导学生钻研专业知识，扩大知识面

例如，本课程教材没有涉及高斯白噪声的产生方法，在大作业开展过程中，学生在老师的提示下通过查阅相关的资料，根据瑞利变量与高斯变量之间的联系，编程实现了高斯白噪声的产生函数。

5)提高分析和解决综合性问题的能力

例如，学生通过仿真实验，对比不同调制和解调方式的误比特率曲线，对各种方式的实现复杂度以及差错性能进行总结。在实验中，学生将调制、AWGN信道和接收解调综合成完整的数字带通系统，通过编程予以实现。

6)对课程的理论和实验教学起到了辅助作用

该作业形式使得学生可以利用相对充裕的课外时间，加深对课程重点和难点内容的理解。在培养了学生独立思考和研究性学习能力的同时，又在课堂教学之外开辟了师生教学交流的新平台

4 结语

我系“通信原理”课程大作业的内容安排目的明确和规范，形式新颖，优点突出，对课程教学起到了重要的辅助作用。教学实践的效果表明，该新颖的作业形式提高了学生的学习积极性，帮助学生更好地理解和掌握了课程的重点和难点，理清了众多知识点之间的联系，有效地提高了教学的质量。同时还促进了学生的独立思考，培养和增强了学生研究性学习以及分析、解决综合性问题的能力。学生在受益的同时也积极献策，提出了许多有益的建议。我们将在增强大作业内容的丰富性、新颖性等方面继续努力，使这一新颖的作业形式得到进一步的完善。

［1] 韩声栋，蒋铃鸽，刘伟.通信原理［M] .北京:机械工业出版社，2008

［2] 姚远，董世龙，凌毓涛，吴彦文，姜玲云.“通信原理”网络教学系统设计［J] .南京:电气电子教学学报，2007，29(3)

［3] 蒋铃鸽，黄继翔.“通信原理”多元化教学的探索实践［J] .南京:电气电子教学学报，2009，3(31)

［4] 刘翠响，王宝珠，贾志成.LabVIEW在“高频电子线路”实验教学中的应用［J] .南京:电气电子教学学报，2006，28(6)