“软件无线电技术”技术教学方法的探索与实践

王峰

摘要：“软件无线电技术”课程开设于电子与通信工程专业。本文分析了该门课程的特点及开设过程中存在的问题。根据该课程知识覆盖面广、系统性及实践性强的特点，提出了以系统架构为主线，以知识原理为节点，以Matlab仿真为实践的系统的教学方法。该方法在实际教学活动中取得了良好的效果，可作为该课程教学实践的有益参考。

关键词：教学方法；软件无线电；教学实践

引言：

随着通信等电子系统的快速发展，软件无线电技术得到了广泛的研究与应用。掌握软件无线电技术是电子信息工程与通信工程等专业本科教学的重要任务[1]。由于涉及到高频电子线路、信号与系统、数字信号处理、通信原理等多门课程的基础知识，软件无线电技术往往被设置为该类专业高年级学生的专业课程[2-4]。为了适应我国电子与通信领域对人才的需求，我校自2015年开始在电子与信息工程与通信工程两个本科专业开设软件无线电技术课程。

1.面临的难题

由于软件无线技术是一门系统性很强的专业课程，其教学面临较多困难，主要表现如下：

（1）知识点的广泛性

软件无线电技术涉及到软件无线电系统的天线、接收机、发射链路、信号处理前端等多个方面的知识。要求学生应先修的课程众多。学生应修过天线原理、高频电子线路、信号与系统、数字信号处理、通信原理等多门课程，否则对其中的诸多原理的理解将存在较多困难。比如，对接收机中下变频与前端模拟滤波器Q值的关系的理解需要高频电子线路的知识；而对数字滤波器与下变频过程中数据抽取的关系的理解需要具有数字信号处理的专业知识；而对软件无线电的阵列数字波束形成的理解需要天线原理与数字信号处理两个方面的知识。

（2）知识点抽象性突出

软件无线电技术中的原理往往具有抽象性，这一点类似于数字信号处理中的算法原理。在看似简单的处理背后是深层次的抽象原理。知识的抽象性给课堂教学造成了较大的困难。比如数字波束形成技术的原理即具有较强的抽象性。天线在没有转动的情况下，通过数字加权即可实现天线转动，其原理的讲解涉及到数字信号的瞬时相位、天线阵元信号的同步相干处理等多方面的抽象性很强的专业知识点。

（3）知识点的实践性强

由于软件无线电技术是一门应用技术，面向的是通信系统的设计，因此具有很强的实践性。与常规的信号处理不同，软件无线电需要明确数字化接收前端的模拟处理过程，具体的参数设计对系统性能的理解，以及具体的滤波器设计方法对处理性能的影响等，这些知识必须结合应用才能完成讲解，因而具有实践性。

（4）知识点的系统性强

知识点的系统性主要体现在针对软件无线电系统设计，从前端天线设计、发射链路设计、接收链路设计等其设计是一体的。某一参数的设计需要统一考虑对整个系统的性能的影响，因此设计具有系统性。但是，知识的讲解具有分散性，必须将知识点从前向后进行讲解，该过程使得系统性设计方法很难体现。

2.采取的教学措施

针对上节所述的软件无线电技术面临的教学难题，采用了多种教学方法进行实践，具体包括如下几个方面：

（1）注重与以往专业基础课知识的对接

针对软件无线电技术涉及的知识面广泛的特点，在教学过程中注重对以往所学知识的提示与对接。如在讲授前端模拟滤波器设计中的Q值选取问题时，首先回顾了高频电子线路中的关于滤波器Q值的定义与性质的讲解。通过该知识点的回顾，在进行后续分析时可以有效提高学习效果。

（2）采用Matlab仿真辅助抽象知识的理解

针对该课程学习过程中的知识点的抽象性难题，采用利用Matlab进行仿真设计的辅助教学方法。Matlab作为算法与理论研究的利器，广泛的应用在科学研究之中。在多个具有抽象性的知识点的讲解中，利用Matlab进行仿真说明，取得了良好的效果。比如在对于带通采样定理的讲解过程中，采用低于信号频率的采样率实现了对单频信号的采样，分析了参数变化对仿真结果的影响，并给出了仿真图形。在讲解该定理的公式推导与概念的同时，给出具体的仿真例子，取得了良好的教学效果。

（3）采用Matlab仿真实现系统参数性能分析

具体的系统设计方法的效果具有很强的实践性，很难再教学中予以说明。为了达到好的教学效果，在讲授系统设计时同样结合Matlab仿真给出生动具体的例子，对学生理解起到了良好的效果。在讲解中频采样的采样率选取的过程中，通过仿真计算给出某一中频信号频率与带宽条件下的采样率，将采样后的信号以图形的形式呈现，直观简洁，便于学生理解。

（4）教学过程中采用多种反馈方法实现知识的系统性教学

由于知识点具有系统性，在讲解课程知识的开始，不涉及后续的知识，针对单点知识分别进行讲解。而在课程进展到后期，则在知识讲解的过程中，注重对前面知识点的应用，以及对其他课程所学知识点的应用。比如，针对数字波束形成的讲解过程中，串联讲解了数字下变频与中频采样的相关知识。而后者是前面章节的相关内容，而在之前的讲解中仅讲解了基本概念，学生对其应用的理解并不全面。结合数字波束形成技术的讲解，则使得学生可以全面理解数字下变频的概念，并真正理解中频采样的基本原理与设计方法。

3.结束语

全面分析了软件无线电技术课程在教学过程中的诸多难题。针对该类难题，详细讨论了所采用的应对措施。对相关课程知识点的回顾、采用Matlab辅助教学以及系统反馈教学方法的使用，有效地克服了软件无线电技术课程讲授中面临的知识面广、概念抽象、实践性与系统性强等诸多难点。通过在教学时间中的实际应用，表明所给出的方法取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1] 陈祝明，《软件无线电技术基础》第一版，高等教育出版社，2007.4

[2] 胡学友，王颖，胡云龙.“数字信号处理”教学改革与实践[J]. 高教论坛，2007，3：67-69.

[3] 郭建涛.“数字信号处理”课程的Matlab教学研究[J]. 电气电子教学学报，2010，32（3）：117-119.

[4] 刘大年，史旺旺，孙贵根，吴桂峰.“数字信号处理”课程的形象化教学方法探索[J]. 电气电子教学学报，2006，28（4）：104-108.