新移动通信技术背景下的信号处理课程群教学改革与探索

庄陵+曹建玲+李强

【摘要】当前信号处理课程群的授课与新移动通信系统发展存在着不同步的问题。针对该现状，结合电子信息工程专业培养要求和信号处理课程群教学要求，开展信号处理课程群改革探索。从课堂授课环节的教学内容、教学方法和模式，以及实验实训环节的训练内容和考核方式等全面展开，利用Flash和MATLAB软件开发作为手段，将新移动通信技术与信号处理课程群的重要概念有机融合在一起。实际实施结果表明课程改革提升了学生的学习兴趣和实践能力。

【关键词】信号处理 移动通信 教学改革

【基金项目】重庆邮电大学通信与信息工程学院教育教学改革项目。

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0236-02

基础课的教学改革与研究，在人才培养的系统工程中发挥着重要作用，直接影响高等教育人才的培养质量。信号处理课程群一般包括“信号与系统”和“数字信号处理”，都是电子信息类学生必修的重要专业基础课程，是其知识结构的重要组成部分，是学习“通信原理”、“自动控制”等后续课程所必备的基础。信号处理的概念广泛地涉及很多科学技术领域，例如在快速发展的移动通信领域，4G LTE/LTE-a和下一代移动通信系统即5G中的关键技术，涉及到大量信号处理的知识，包括DFT/FFT，信号上采样下采样，多速率等等，这些概念都来自信号处理课程群。随着时代信息化的进程不断加快，该课程群的作用日益彰显，同时一些新的问题也逐渐凸显。

一、信号处理课程群的现状及存在的问题

信号与系统和数字信号处理等相关课程对数学能力要求比较高，其内容涉及到“高等数学”、“线性代数”、“概论与随机过程”和“复变函数”课程的内容，课本上的通篇公式和概念，易令学生感觉抽象枯燥从而产生畏难情绪，不容易激发学生学习兴趣。

另一方面，低年级学生缺乏对实际系统的感性认识，教师直接按课本授课会有理论脱离实际的问题。

总结起来，在传统信号处理课程群教学中存在以下两方面问题：

1.课程乏味，缺乏对学生主动性和学习兴趣的激发

传统理论教学重视对课程内容的传授， 而忽视了对学生学习兴趣的引导。由于高等教育长期以来习惯于“讲解式教学”和“接受性学习”，教师往往把理论课教学理解为讲解知识技能、概念、原理；学生往往把理论学习理解为习诵、模仿和做题。加之课程理论性强，课程内容涉及复杂抽象的数学关系，学习起来比较晦涩难懂，从而造成相当部分学生的厌学情绪，不利于发挥学生学习的主动性，严重影响教学效果；进而造成学生思维模式的固化，创造性思维能力弱化。

在我校，由于对信号系统和数字信号处理理论课程学时的不断削减，及课堂形式的制约，没有时间详细讲述信号处理理论与移动通信系统等实际系统的联系和应用，造成学生认为所学知识都是旧知识，跟目前的新技术没有关系，从而无法激发学生主动学习信号处理理论的兴趣。

2.理论学习及实训环节与技术发展现状脱节

课程群配合理论教学内容开设了少量验证性实验和实训内容，但其内容与实际工程中如移动通信系统中的物理概念和工程术语没有联系，不利于培养学生的工程实践能力、创新意识及创新能力，难以提高学生主动参与的兴趣。学校有移动通信方面的专业实践平台，这种实验箱通常要么用于学生的认识实习，要么进行简单的调制解调信号分析，或者搭建简易的系统模型进行原理性描述，学生很难通过这样的实验实训，把所学信号处理知识联系起来建立起系统的概念。

因此，如何克服传统信号处理课程群教学中存在的不足，建立起信号处理理论与移动通信原理等相关内容的联系，将课程知识点跟实际系统融会贯通，进而改进教学模式是摆在教师面前的重要课题。

二、课程的改革探索

针对以上情况，我们从培养方案、实验教学及考核大纲、新实训实验开发及课程内容整合等方面进行创新与实践，将移动通信4G/5G系统关键技术与信号处理相关概念结合起来，摈弃传统的随课实验教学模式，为探讨开放式体系化的实验教学模式，构建分层次的实验教学体系，打造面向全校开放的极具特色和水准的专业实践平台作铺垫。

同时，充分利用本校现有硬件和软件资源，依托信号处理重庆市重点实验室和移动通信技术重庆市重点实验室，以科研课题为载体，以教师科研开发为手段，构建与教学内容体系互动的实训创新体系和创新平台，改变目前以课程带实验的孤立实验教学模式和脱离实际系统的实训模式，系统化课程教学模式，让学生从中获得有关移动通信技术方面的实践体验。

课程改革主要从以下两方面入手：

1.演示课件的开发及在理论课堂上的引入

为了更好地帮助学生快速理解4G中LTE-a上/下行链路系统、以及5G中的热门技术FBMC系统的工作原理，进而掌握信号处理相关原理和技术在移动通信中的方法和作用，开发相关多媒体模块化演示课件显得尤为必要。通过在理论课堂上对相关多媒体演示课件的观看和学习，使学生在较短时间内留下一个深刻系统的印象，由此对随后所做的实训实验的目的和步骤的理解能起到很好的铺垫作用。

2.整合以信号处理关键技术为核心的实验实训教学内容

开发面向4G及下一代移动通信网络的新MATLAB实训实验，演示及仿真真实移动通信系统的信号处理过程，针对DFT/FFT、信号上采样下采样、多速率等概念设计比较详细的模块演示和学生训练环节。并将现有的信号处理课程群实训相关实验加以整合，既要避免内容上的重复，同时也注意实验开展先后的衔接顺序，让学生有一个循序渐进的学习和适应过程。并充分挖掘软硬件设备的潜力，为面向新技术开发新的实验内容作铺垫。

通过以上的课程改革研究与实训设计，锻炼学生拥有对系统的整体概念以及信号处理的系列概念，并具备较强的动手能力。

三、改革的实施

近两年来，我们按照上述内容完善了信号处理课程群实验教学体系和课堂教学模式，收到了良好效果。

首先，利用多媒体技术，用Flash软件开发出生动的多媒体课件（包括LTE-a上/下行链路系统、FBMC系统的信号模块化处理流程的演示多媒体课件等）在课堂上随堂播放，并利用校园网络，使学生可以随时随地下载和演示这些课件，提高学生的学习兴趣。同时，利用工程案例教学法和基于溯源科学问题的研究性学习法，增长学生学习信号处理和通信其他专业课程的兴趣。

其次，开发出信号处理课程群新实训实验3个，对DFT/FFT，信号上采样下采样，多速率等重要概念给学生以直观体验和训练，同时整合移动通信新技术相关实验内容，制定出开放式多层次的实践教学体系。由于这几个实训实验是4G的LTE-a及5G移动通信的热点关键技术中的重要环节，实验中学生获得了与实际移动通信系统相联系的较直观体验，对相关重要概念得到深入和形象的理解。

四、结语

当前，第四代移动通信系统在我国商用规模不断扩大，第五代移动通信系统研发持续推进，在技术更新日新月异的大环境下，如何保持与时俱进，不断改善教学效果，形成具有特色的学生创新思维和能力的培养方法，向社会提供适应需求的通信技术人才，是每个专业课教师都应思考的问题。

本次课程改革的实施，在与实际移动通信系统联系的基础上，夯实了信号处理课程群的理论基础，为构建有效培养学生工程素质、工程能力和工程伦理的教学体系，提供了理论基础和实践参考。并且通过在实训课程中设计相关实验，改进了信号处理课程群的实验教学方法与手段， 启发本科学生的学习兴趣，促进其学习动力。另一方面，新的课程改革提高了信号处理课程群任课教师的工程教育素质，更好的适应新形势下高校的工程教育。对完善教师教学案例库，创新理论教学环节，改革实验、课程设计的教学内容与方式起到了推动作用。

参考文献：

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