《无线通信》课程教学设计与实践

曾张帆　周艳玲　刘文超　邢赛楠

摘 要：4G/5G通信技术是当前和未来无线通信技术的发展方向，有着广阔的应用前景和研究价值。在人才市场上，企业对熟练掌握4G/5G技术的大学毕业生求贤若渴。因此，如何在本科教育中培养高素质4G/5G通信人才是高校教师需要思考的问题。针对4G/5G中的协议栈技术，对高校《无线通信》课程的教学内容和教学方法进行了改进并实施在课堂中，大大促进了学生的积极性，提高了学生学习效果。

关键词：4G/5G；无线通信；协议栈；课程改革

中图分类号：G4

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.02.078

1 前言

近年来，4G/5G通信技术成为了无线通信领域的研究热点，各个国家都在紧密部署4G/5G的无线网络，以提供更稳定，更高效的用户体验。在人才市场上，各大通信企业如华为、中兴、爱立信等均对熟练掌握4G/5G技术的大学毕业生伸出橄榄枝，且待遇丰厚。4G/5G技术从技术特点上大致可以分为物理层技术和协议栈技术。物理层技术包括《通信原理》课程所学的各项技术，如编码，调制等。协议栈技术包括资源调度、移动管理、数据加密等技术。长期以来，我国各大高校均开设了《通信原理》、《无线通信》等，涵盖了物理层技术的课程，培养了大批具有物理层知识技能的毕业生。然而，上述的通信课程对协议栈的知识涉及较少，因此在学生的协议栈技术知识培养方面一直是一个薄弱环节。

本文结合笔者以往的工作经历和所掌握的4G/5G协议栈知识，针对目前国内外通信企业的实际用人需求，对电子信息类专业的本科课程中《无线通信》课程内容和教学方法进行探讨，以弥补当前本科毕业生面临的技术短板，扩充学生的就业广度。

2 教学改革内容

2.1 课程目标

4G/5G无线通信技术内容多、覆盖广、技术难度大。传统电子信息类专业课程主要关注某一方面，如物理层技术和算法，而对通信系统的整体架构和协议栈等技术涵盖较少，因此学生在课程学习后仍然缺乏对通信系统的整体理解和对协议栈知识的掌握。其次，传统的《通信原理》等专业基础课在教学方法上主要以概念介绍与公式推导为主，数学性较强，而逻辑化解释不够，导致学生缺乏学习这门课的兴趣。

因此，该课程的目标主要有两方面：

（1）培养学生通信技术的整体架构知识和协议栈知识。通过在《无线通信》课程中添加通信架构知识和协议栈知识，帮助学生对无线通信系统和技术更加全面的理解。

（2）提高学生对通信知识的学习兴趣，培养学生的自学方法和能力。通过调整《无线通信》课程的教学方法和教授学生学习通信知识的途径和方法，提高通信知识的趣味性，调动学生学习的积极性，带领学生迈向通信领域的大门。

2.2 课程内容

对传统的《无线通信》课程内容进行全面调整，添加通信系统概述和协议栈知识。具体来说，遵循3GPP协议中关于系统架构和协议栈的相关文件，添加了如下内容：

（1）4G/5G通信系统架构和典型业务流程。

（2）MAC层技术，包括复用/解复用、传输模块调度策略、逻辑信道优先级策略、混合重传策略等。

（3）RLC层技术，包括连接控制、分段/重组、错误纠正等。

（4）PDCP层技术，包括安全性功能、数据和信令的加密/解密和完整性保护、数据包头的压缩与解压缩等。

（5）RRC层技术，包括无线资源调度策略、无线承载管理、信令连接管理等。

（6）NAS层技术，包括移动管理、接入控制，回话管理等。

2.3 教学方法

4G/5G无线通信领域产业链较长，包括下游基带芯片设计、中游终端设备集成和网络设备制造，以及上游网络规划。其次，通信技术更新演进速度快、应用场景多，单纯的理论学习难以满足日益迅速的技术更新和市场变化。因此，该课程在强调专业知识培养的同时，还应该扩宽学生的知识面，培养学生的自学能力，以适应社会对通信人才的需求。由于针对协议栈的教学方法没有现成经验可遵循，笔者结合以往的学习经验设计了一套教学思路，具体包括：

（1）结合3GPP协议对4G/5G通信架构和协议栈知识进行课堂讲授。

（2）结合通信企业白皮书以及世界顶级专业技术期刊如IEEE Communication Magazine就4G/5G前沿技术和典型的应用场景进行课堂分析。

（3）结合通信行业资讯网站如EE Times就行业动态和学生进行课堂分享。

（4）培养学生的课外阅读习惯。

（5）就讲授的知识和学生提出的问题进行两周一次的课堂讨论会。讨论会先由学生进行问题的展示，然后大家进行讨论，最后由老师进行总结。

2.4 考核方式

传统的试卷形式的考核方式旨在考核学生对基础知识的掌握程度，主要适合基础理论课程如数学或者专业基础课程如信号与系统。本课程属于应用型课程，知识覆盖广、涉及行业多，传统的考核方式难以达到评估学生学习效果的要求。因此，该课程的考核采取了评估学生提交的三类报告：（1）4G/5G新技术论文评论，（2）4G/5G科技新闻评论，（3）结合4G/5G的应用场景对协议栈中典型信令流程进行分析。报告（1）旨在帮助学生紧跟最前沿的技术，培养学生的学习方法和总结归纳能力。报告（2）有利于拓宽学生的知识面和知识结构。报告（3）用于考核学生对通信系统和协议栈的学习效果。

2.5 教学效果

通过对湖北大学2013级电子信息工程和通信工程两个专业总计20名同学按照上述设计的《无线通信》课程进行教学，发现了同学们在以往通信知识学习方面存在片面性，并且及时的进行了协议栈知识的补充。同学们纷纷表示通过《无线通信》课程的学习，对通信系统和典型信令流程有了深入的理解，对通信知识有了更加宏觀和全面的掌握。

3 结束语

本文对《无线通信》课程的教学内容、教学方法和考核方法提出了一系列新的思路。通过添加通信系统知识和协议栈知识，扩充了同学们的知识面。通过教学方法和考核方法的改革，培养了学生的学习能力。实验证明，该教学改革对电子信息类本科生有着较好的效果。

参考文献

[1]钱大昕.浅析5G无线通信技术发展及其相关应用[J].科技展望，2016，（10）.

[2]曹志刚.通信原理与应用-基础理论部分[M].北京：高等教育出版社，2015，（8）.