研究生课程“宽带无线通信”教学改革的研究与实践

薛小平，张 芳，郭爱煌，徐 娟

（同济大学 电子与信息工程学院，上海 201804）

研究生课程“宽带无线通信”教学改革的研究与实践

薛小平，张 芳，郭爱煌，徐 娟

（同济大学 电子与信息工程学院，上海 201804）

基于“宽带无线通信”研究生课程的教学实践，讨论了课程教学过程中的困惑与矛盾，并在此基础上，针对“宽带无线通信”课程的特点，对课程教学内容组织、授课方式、文献阅读和自学能力提高进行了研究与实践，取得了很好的教学效果，受到了研究生和教学督导的一致好评。

教学；课程；研究生；创新

一、引言

研究生的培养不同于本科生，按教育部的相关规定，研究生要求掌握专门的知识和具备独立从事科学研究工作的能力，具有分析问题和解决问题的能力。

从知识结构上看，研究生已经完成了本科的学习，并掌握了本专业的基础知识和方法，需要从更深和更专业的层次上，培养学生的独立研究的能力，包括提出问题、分析问题、解决问题的能力。本文针对“宽带无线通信”课程的教学实践过程中，就遇到的困惑、教学组织、学习能力的培养等方面进行分析，并在实际教学中进行实践。

二、课程教学中的矛盾与困惑

这里涉及到的问题，并非本教学团队独有的问题，很多课程教学团队也可能会遇到同样的问题和困惑。

1.教学内容繁多与课时数限制的矛盾。“宽带无线通信”是近年来兴起的通信领域的重要方向之一，宽带移动通信和移动宽带通信是该方向的重要研究内容，涉及的研究内容广泛，新的研究内容正在不断地丰富课程的内容。在移动宽带化领域，包括3G、4G核心关键问题，如载波聚合、多点协作（CoMP）、中继（Relay）、机会通信、无线资源管理与调度、异构网络等；在宽带移动化方向，包括802.11和802.16的全部内容以及移动性管理等。

研究生课程教学时数少，内容繁多，目前部分研究生课程仍然采用全讲课的方式授课。针对这样的问题，我们认为：研究生课程的教学应更侧重于讲清楚问题，讲清楚解决问题的思想方法，而不用再拘泥于具体的算法和内容上，对学生进行有重点的引导，对于具体的算法和内容留给学生课后实践中去完成。

2.研究生课程教学内容与其研究方向的矛盾。“宽带无线通信”作为通信与信息系统学科的研究生学位课程，与学科的发展密切相关。但不同的导师从事的科研存在较大的差异，部分导师的工作尽管属于通信与信息系统的范畴，但科研方向可能与宽带无线通信不完全相关。导致部分研究生在学习本课程时积极性不高，对布置深入的研究的课程项目，不会主动地去阅读相关的文献和资料，处于被动学习的情况。

事实上，作为通信与信息系统的研究生，应当具备和掌握本专业领域内的研究前沿技术和发展方向，课程的内容对学生仍然是非常有帮助的，关键是如何让学生掌握和理解正确的学习方法。

3.教学内容动态性突出与难以及时跟踪的问题。通信系统在近20多年的时间里，是一个创新不断涌现的时代，新的研究和技术引领本领域内的持续的创新，尤其是无线通信领域。在宽带移动化和移动宽带化的今天，培养具有国际视野的高水平研究生，不仅需要有高水平的科研，更需要在教学过程中，反映学术研究的前沿和关键问题。

全球每年在这一领域要发表大量的学术论文，此外还有很多专利、标准。对主讲教师来讲，要求主讲老师能及时跟踪国际学术前沿，变化教学内容，选择合适的主题，充实和丰富教学内容。尽管如此，主讲教师仍难以把握和体现本领域内的全部研究进展。

4.研究生自主学习意识和自学能力不足的问题。在实际的教学过程中发现，绝大部分研究生尽管具有了英语六级的水平，也初步掌握了本专业领域的基础知识。但在英文专业文献的阅读和理解方面，由于专业词汇量不足，无法很好地把握文献的本质；对关键问题的深入理解能力不足，英文水平结合专业知识的综合能力还有待于进一步提高。

三、“宽带无线通信”研究生课程的教学研究与实践

1.精心挑选和组织教学内容。研究生的教学内容不能拘泥于教材，一本教材从材料的整理、文献的翻译及出版过程等要经历很长的时间，原来新的知识和内容在等到教材用于教学时，可能已经过时了或者已经不再是研究热点。但教材较为系统地讨论了某一学科方向的经典工作，对强化研究生的基础知识、了解和掌握学科的方向有积极的作用。

研究生教学过程中，不能忽视文献和资料的引用，文献和资料可及时地反映本学科的研究动态。在研究生课程的教学实践中，除了要求研究生阅读教材内容外，还需要引入权威的文献和资料。从教材和文献两个方面组织好课程的教学内容。基于本课程的特点，在文献的选择方面，应选择高水平、高质量的近三年内的文献，包括IEEE Transaction，IEEE期刊以及国内权威期刊的文献。

基于本课程的特点，本课程的教学内容主要包括3个方面的内容：移动宽带化和宽带移动化，并充分关注移动的本质及其演化。移动宽带化实质上是指移动通信系统的宽带接入，需要解决两个方面的问题：一是宽带无线接入技术及其演化；二是核心网的演化。前者包括OFDM、MIMO及其组合的方法，以及由此衍生出来的关键理论和技术问题，如信道估计方法、中继、CoMP等；后者则包括WLAN和WiMAX技术，关注QoS和移动性问题的解决等；移动性则是宽带无线通信系统的关键内容，包含了移动通信系统中的移动性管理、移动IP以及异构网中的移动性管理问题等。

在教学过程中，为让研究生全面地了解和把握某个知识点的内容，在讲清基本原理和思想的基础上，适当地选择了部分国内外权威综述性的文献作为教学内容，并帮助学生阅读和理解。例如，在讲解LTE-A的CoMP时，采用了Ralf Irmer等于2011年发表的Coordinated Multipoint：Concepts，Performance，and Field Trial Results综述性文献[1]，并在教学过程中，突出文献中难点和关键点，以理解思路和方法为核心；再如，在讲述内容时，采用了Bruno Clerckx等学者2013年在IEEE Trans上发表的A Practical Cooperative Multicell MIMO-OFDMA Network Based on Rank Coordination论文[2]，对并对其中的关键点进行了深入的分析和剖析。这种教学模式，一方面可以保证学生掌握基础知识，另一方面也可以让研究生了解国内外的研究动态及研究的热点。

2.围绕课程所涉及的理论和方法的创新开展启发式教学。启发式教学一直受到人们的关注，并在实践中得到了充分的运用。在知识爆炸的时代，一门课不可能讨论本课程所涵盖的所有的问题，需要在课堂教学中，侧重基础、核心关键理论和方法论的教学，并结合国际学术研究的热点和前沿进行讲授，拓宽研究生的视野和思路，引导研究生思考问题，提出问题，并养成正确的思考习惯。

（1）借用式创新。所谓“借用式创新”，即借用以往的方法来解决新的问题。在讲解OFDM原理和概念时，侧重突出的是传统的无线通信调制方式的不足，无法提供足够的接入带宽，研究人员引入了正交性原理，将信道划分成多个正交的子信道，实现并行并输，为用户提供更大的接入带宽。其实这一想法并不新，在通信早期的研究中已经采用正交的概念。并在此基础上，不断地启发研究生思考，采用了OFDM后，还有什么问题需要解决呢？进而提出信道估计、同步等问题；类似这种创新的思想，在宽带无线通信中，有很多例子，如MIMO的引入，其实就是通信系统中的空间复用，但MIMO在实现的过程中，也经历了很多问题，如天线间的距离问题、信道估计等问题。

（2）用批判的眼光发现问题。培养研究生在阅读文献和听课时，学会用批判的眼光去看待事物，发现新问题。问题的深度、高度和水平越深入，则创新性就越强。但不能全盘否定他人的工作，大胆怀疑和挑战本身没有错，但需要尊重他人的成果，尤其是权威文献和经典的工作。

事实上，很多创新是建立在原有工作的基础上，作适当的改进以满足新的要求。例如，移动通信系统就是在原来的固定网基础上演化而来的，到目前为止，移动通信系统中的很多技术仍然沿用了固定网的技术，如交换技术、传输技术、信令等，只是对固定网中不支持移动的部分进行了改进和创新。例如，通过基站覆盖来解决与用户的连接问题；为进行移动性管理，增设了归属位置寄存器和访问位置寄存器，并由此提出切换的概念和方法等。

（3）把握对问题本质的理解和认识。理解问题的本质往往比仅论算法和理论更为有效。在讨论WLAN时，在讲清楚WLAN的概念后，突出WLAN的共享介质的问题，共享介质带来了帧的冲突。因此，在教学过程中，在课程教学时，将重点放在MAC的调度机制方面。通过收集各种文献和资料，包括IEEE 802.11的标准，专题讨论MAC层调度机制及其演化。为解决共享介质的冲突问题，传统的方法是CSMA/CA，但这种方法是一种尽力而为的方法，没有考虑业务的差异。为解决这一问题，人们提出了有QoS保证的MAC层调度机制。在IEEE 802.11标准中，提出了两种基本的机制，即分布协调功能（DCF）和点协调功能（PCF），提出了多种间隔的时间，如PIFS、IFS等参数。在此基础上，人们利用这些参数，对不同类别的业务进行分类管理，几乎所有的算法改进和创新均是基于参数的调整；通过实例算法的讨论，进一步突出MAC层调度机制的核心思想是有效的避免冲突，而非事后的检测。

3.通过文献阅读增强学生自我学习的能力。文献阅读能力是研究生学习阶段的重要内容之一，也掌握和了解国内外研究动态的有效方法，因此，积极引导研究生阅读并把握文献内容的把握也是课程教学的目的之一。

学术论文主要包括3部分的内容：①论文所要解决的问题；②具体的解决办法；③证实解决方案的有效性，包括证明、实验和仿真等。通常，这3部分通常分布在文献的不同部分。

论文所要解决的问题，通常在摘要、引言、相关工作、问题陈述和约束部分有详细的描述和讨论。在阅读文献时，首先要把握好作者的问题，尤其是摘要和引言部分，作者通常会指出问题研究的背景、现有的成果以及表明作者所作的工作理由等，并且通常不会用形式化的方式描述问题，一般可以理解清楚。因此，阅读摘要和引言十分重要，同样摘要和引言的清楚表达是关键。

把握解决问题采用的方法和学术思路十分重要，好的学术文献，通常会描述其采用的方法和学术思想。但研究生在阅读文献时，通常会陷入数学公式，如果再遇到数学基础不太好的话，就难以理解作者的核心思想了。

证实解决方案的有效性往往会被忽视，其实这部分工作对论文采用的方法和学术思想支撑，也是研究生提高动手能力的有效途径。本课程的文献大都采用了仿真和实验的方法来证实方法和学术思想的有效性，包括实验和仿真环境、建模方法、比较对象的选择、实验和仿真过程、数据处理方法以及仿真或实验结果等。

在本课程的教学实践中，指定了一些权威文献，让学生课后阅读，并在课堂上进行交流。要求研究生在讲解时，忠实对原文的理解。

结合英文文献让学生正确理解专业词汇也十分重要，很多专业词汇，理解不正确会影响对整篇论文的理解，如通信中经常用“Paging”一词，不能译成分页，在移动通信系统中这个词的正确理解为“寻呼”。诸如此类的词有很多，如“Cluster”，理解为“簇”等。

通过对文献的阅读，也可提高研究生学术论文的写作方法和技巧。

四、结论与展望

本文总结了在“宽带无线通信”课程中的教学实践中一些体会，包括教学内容的选择、结合创新思想的教学组织及研究生文献阅读能力的培养等方面。在教学过程中，从学生的反映和教学督导听课的评价来看，这样的教学实践，具有很好的教学效果。

[1]Ralf Irmer，Heinz Droste，Patrick Marsch at el.Coordinated Multipoint：Concepts，Performance，and Field Trial Results，IEEECommunicationsMagazine[J].2011，（2）：102-111.

[2]Bruno Clerckx，Heunchul Lee，Young-Jun Hong，and Gil Kim，A Practical Cooperative Multicell M IMO-OFDMA Network Based on Rank Coordination，IEEE TRANSACTIONS ON W IRELESS COMMUNICATIONS[J].2013，（4）：1481-1491.

G642.0

A

1674-9324（2014）45-0128-03

薛小平，同济大学，电子与信息工程学院，博士，教授，博士生导师；张芳，同济大学，电子与信息工程学院，博士，讲师；郭爱煌，同济大学，电子与信息工程学院，博士，教授，博士生导师；徐娟，同济大学，电子与信息工程学院，博士，副教授。