“通信原理”精品课程建设的探索与思考

王丽丽， 谢艳辉， 刘姝延， 臧睦君

(鲁东大学 信息与电气工程学院， 山东 烟台 264025)

“通信原理”精品课程建设的探索与思考

王丽丽， 谢艳辉， 刘姝延， 臧睦君

(鲁东大学 信息与电气工程学院， 山东 烟台 264025)

高校“通信原理”课程教学中主要存在理论教学偏重、实验课时较少以及实验内容相对独立等问题。精品课程网站的建设、课程设计环节的引入以及全程全网的实训平台的建设可在一定程度上解决这些问题，同时以行业需求为背景深化课程应用以及双语授课可以更好地提升学科竞争力。

精品课程；通信原理；课程网站

0 引言

“通信原理”是通信工程专业的一门必修课程。该课程具有理论性强、内容丰富、概念抽象以及对数学基础及其应用能力要求较高等特点。

目前已经出版了不少有关“通信原理”的教材，各个教材对同一问题的分析角度和方法都有所不同，国内使用较多的有西安电子科技大学樊昌信编著的《通信原理( 第六版) 》、清华大学曹志刚等编著的《现代通信原理》、北京邮电大学周炯磐院士等出版的《通信原理》，英文版的教材多采用Simon Haykin的《Communication System》和John G.Proakis的《Digital Communications》(5th Edition)[1-5]。我们结合樊昌信教授等编写的《通信原理》(第六版)教材中的知识结构，就目前“通信原理”教学中存在的问题综述如下。

1 “通信原理”教学存在的问题

1.1 理论教学问题

樊昌信版《通信原理》前面几个章节分别是对之前开设的“信号与系统”、“随机信号分析”等课程内容的回顾，从第5章开始才进入到模拟调制部分，本部分内容学生在“通信电子电路”课程中已经接触到，只是那时更多的是关注电路的实现，如调幅和调频系统的调制电路和解调电路的构造，而在“通信原理”课程中则更多的是关注不同调制解调系统的性能。

由于不同教材对问题的分析角度不同，课堂上教师须积极引导学生开展求异思维，对同一个问题从不同方向、不同角度去探索，以资加深对问题的理解。比如对于数字通信系统部分，我们首先关注的是数字信号的功率谱密度的计算，从樊昌信版的推导过程过程可以看出，其功率谱密度的计算公式适用于二进制、前后码元相互独立的条件，北邮版《通信原理》对于数字信号功率谱密度的计算适用于多进制系统，但是前后码元相互独立这个前提条件仍然没变，而清华版“通信原理”通过引入稳态概率和转移概率得到一般情况下的随机序列功率谱密度，从而计算出双相码和密勒码的功率谱密度。对于数字基带系统中的奈奎斯特第一准则，笔者认为Simon Haykin的《Communication System》教材的推导过程更为简单明了，清华版《通信原理》则包含了奈奎斯特第一准则、第二准则、第三准则，对码间干扰问题的分析则更为透彻。

1.2 实验课时问题

通过调研，笔者发现目前大多数高校的“通信原理”实验课程的设置为16～18个课时，就单门课程来讲，实验课时的设置并不多，但是由于通信类学生的培养计划中实践类课程所占的比例逐年提高，以我校2012年的本科人才培养方案为例，工科类专业的实践课程比例要求不低于35%，学生大部分的课余时间和周末时间用来做实验，并且每次实验都要求有实验报告，学生疲于应付实验报告。

由于“通信原理”课程的抽象性，对一个问题的理解学生需要付出更多的精力，所以笔者认为实验教学可以将软件硬件结合起来进行，比如对于模拟调制和数字调制部分，软件仿真(可以利用Systemview)可以分别安排4个课时和6个课时的时间，硬件部分则分别安排2个课时，这样模拟调制和数字调制分别需要6个课时和8个课时完成实验课，学生通过软件实验可以加深对原理性内容的理解，通过硬件实验可以更好地了解电路的构造以及芯片的工作流程。

以樊昌信版的《通信原理》知识结构为例，第4章信道部分内容，主要包括理想恒参信号和随参信道两方面的知识点，学生需要掌握恒参信道对传输信号的影响、幅频失真及相频失真情况下数字信号的畸变；掌握随参信道情况下信号产生的频率弥散及频率选择性衰落。如果以Matlab软件实现上述过程，在不给学生提供任何源代码的帮助下，以我校通信工程专业学生为例，大约需要10课时左右的时间可以实现上述全部内容的仿真。

对于数字基带系统部分内容，主要利用软件仿真计算数字信号的功率谱密度，以实现最简单的二元双极性、单极性码元的功率谱密度计算为例，大约需要10个课时左右的时间；对于抽样过程和脉冲编码调制(PCM)部分，软件实验和硬件实验分别需要两个课时；如果将信道编码部分的硬件和软件实验再考虑进去的话，“通信原理”课程的实验部分至少需要48课时。

1.3 实验内容问题

目前我校通信工程系的实验内容主要以基础实验箱为主，实验箱的实验教学只能满足学生验证性实验，学生按照传统的实验指导书，按部就班地完成了验证，结果只能使学生简单观测预设的数据和波形，掌握通信的基本原理，模拟效果非常有限，无法从网络层有效地锻炼学生对通信网络的实际运用能力，难以调动学生的积极性、主动性和创造性。而目前在信息行业的人才需求方面，复合型人才更受用人企业的欢迎，掌握多种主流技术领域的学生更具有竞争力；其次除了具备扎实的理论基础，具备较强动手能力和丰富实践经验的学生更具竞争力。现有的实验箱虽然能够满足基本的专业实验课程，但是却已经不符合行业主流技术及人才需求情况，因此从专业发展和学生培养的长远角度考虑，需要建设一些符合行业技术发展和人才需求的实训平台，并且要考虑到该实训平台所承载的技术和业务环境至少在几年内不会落后及淘汰。

2 解决方案

2.1 利用好精品课程网站

通过听取学生对“通信原理”课堂效果的反馈，我们了解到部分学生感觉到课堂内容较多，完全掌握理解课堂内容有一定难度。作为解决办法之一，我们建议学生在课后通过精品课程网站重温课堂内容，并将疑问和困惑在课程网站上进行在线提问，任课教师将在课后即时更新教学录像并对学生进行答疑，通过这种互动式学习方式，及时帮助学生解决实际学习问题。精品课程网络上还设置了作业、论坛、网络考试等互动模块，并在网站主页上设置了互动信息提醒，便于教师及时查看学生的留言。我校“通信原理”精品课程网站为：http://www.coursecenter.ldu.edu.cn/G2S/Template/View.aspx?action=view&courseType=1&courseId=150&ZZWLOOKINGFOR=G，设有课程简介、教学大纲、教师简介、教学日历、教学录像、实验教学大纲、教学资料以及互动等栏目，其中的教学资料和教学录像主要包括樊昌信版《通信原理》第1章～第10章的内容。除此之外，“通信原理”精品课程网站还推荐了美国MIT 公开课程：“Principles of Digital Communications”，这门课程不涉及通信用软件和硬件，只介绍数字通信最基本的原理，课程内容包含9个章节，依次为Introduction to digital communication、Coding for discrete sources、Quantization Source and channel waveforms、Vector spaces and signal space、Channels, modulation, and demodulation、Random processes and noise、Detection, coding, and decoding、Wireless digital communication，第一部分首先介绍了数字通信中接口标准化和分层的思想，对理解通信系统是很有帮助的，主讲人Robert G. Gallager为美国工程院院士，网址：http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-450- principles-of-digital-communications-i-fall-2006/index.htm；

我们还向学生推荐了北京邮电大学的“通信原理”国家级精品课程网站，该网络是以北邮版的《通信原理》知识结构为准，涵盖第1章～第7张各个章节的教学课件以及与之对应的例题习题和答案，网址：http://course.jingpinke.com/details?uuid=8a833996-18ac928d-0118-ac928dd1-0040&courseID=A060022。

2.2 引入课程设计环节

考虑到实验课时的限制，可以在教学中引入课程设计环节，借以弥补实验课时的不足并培养学生的动手能力和创新能力。例如上学期我们在2012级的通信工程专业中开设了为期一周的“通信系统综合设计”，通过Matlab仿真，学生不仅能更好地理解理论课学习的内容，而且学会仿真的方法后他们还经常自己动手仿真刚刚学过的新知识。樊昌信版的《通信原理》课本中，每个章节里都有大量的以图片形式呈现的针对通信系统性能分析的结果，如第2章的功率信号和能量信号的频谱和频谱密度，第4章的信道特性对传输信号的影响，第5章各种调幅调频波的波形及其频谱，第6章各种基带信号的功率谱，第7章各种数字频带信号的功率谱及其误码率曲线，第9章关于三种抽样过程及其抽样信号频谱的计算，脉冲编码调制的计算，第10章关于数字信号最佳接收的误码率曲线等等，依据这些以曲线形式呈现的结果，我们鼓励学生自己动手编写源代码取得仿真结果以此对照。这样一方面可以提高他们的编程能力，另一方面仿真结果的直观性可以帮助学生更好地课本知识，可谓一举两得。

2.3 建设全程全网实训平台

借助全程全网的实训平台，让学生感受到教师在课堂上讲的那些知识原来能如此真实地呈现在眼前。如利用LTE移动通信实训平台代替传统的移动通信实验箱，EPON光接入系统、MSTP光传输系统可以代替传统的光纤通信实验箱，NGN软交换平台可以代替传统的程控交换实验箱。这些平台的建设能调整原有实验教学项目与内容，建立按基础性实验-设计性实验-综合性实验实训-创新性实验的金字塔型多层次模块化实验教学体系。彻底地改变了专业实验课程过多附属于理论课程的传统模式。从注重培养学生实践能力出发，开展多层次的实践教学，缩短学生与社会岗位需求之间的差距。以EPON光接入系统为例，平台上利用单根光纤可以提供多种接入方式，并支持多种组网方式，适应电信用户个性化需求，即在这个平台上可开展的实验包括ONT注册流程及其配置、利用DHCP协议与PPPOE协议配置实现PON数据业务、BRAS数据配置、通过数据配置完成PON接入用户组网、PON组播业务实验、PON安全管理实验、FTTX组网实验等，而这些都是传统实验箱无法提供的。此外，MSTP光传输系统平台利用跳纤搭建环相切网络环境，通过管理软件配置MSP保护环和两纤单向通道保护相切的2个环上的两点之间的业务；NGN网络采用分布式的网络体系结构，综合统一承载业务流，配合软交换+网关模式实现现有网络的综合接入；LTE移动通信实训平台包含4G基站子系统(eNodeB)、4G核心网(EPC)、4G语音业务系统VoLTE、移动智能终端开发子系统、移动业务开发子系统、LTE仿真系统、网络优化系统等，可对学生进行4G网络技能、智能终端和嵌入式开发、移动业务开发以及网络优化规划等全方位的实训和培养。

3 对精品课程建设的思考

3.1 以行业需求为背景，深化课程应用

根据调研，目前ICT市场的人才需求主要集中在以下几个方面：

(1)互联网技术与移动通信技术的融合型网络技术人才；

(2)网络优化人才。LTE网络海量数据流量对于无线网络性能提出新的挑战；

(3)物联网人才。物联网分为业务感知、网络传输及业务应用三大模块，对应不同的传统学习领域，电子、通信、自动化、嵌入式开发等知识点都有所涉及；

(4)计算机网络人才。传统计算机人才培养满足不了技术发展需要，网络交换机、路由器等知识已经成为通用知识，基于云计算的网络安全技术、数据存储技术、HPC技术成为学习的亮点。

“通信原理”课程的学习应紧密结合行业需求，在授课中加入新技术、新应用的相关知识，让学生理解课堂所学知识的应用场合。如在信源编码部分，讲解MPEG-2、MPEG-4 、H.264/AVC等视频编码方式时，顺便指出它们的应用场合，如机顶盒、数字电视、摄像机、监控器等，会取得超乎预期的效果；讲解传输码型时，除了讲解它们的编码规则外，还重点需要指出每种码型的应用场合，如AMI码为美国24路一次群、二次群、三次群的接口码型，其三次群的码型有时也采用B3ZS码型，HDB3码为PCM系统欧洲系列一次群、二次群、三次群的接口码型，其四次群的接口码型为CMI码型，双相码为计算机以太网的接口码型等等；数字频带调制中PSK系统的抗噪性能最好，因此在移动通信中应用最多，在数字调制技术章节中重点讲解4G移动通信的核心技术OFDM技术，该技术用以解决无线信道中的多径衰落和频率选择性衰落问题。通过这些内容让学生了解通信行业的需求以及通信工程师所需要具备的素质，激发学生的专业学习兴趣，加深他们对通信行业的了解。

3.2 双语授课，让学生具有国际视野

“通信原理”课程是通信工程专业学生构建专业知识结构体系的基础，具有极其重要的地位。学生毕业后若进入跨国公司，公司希望他们能就市场开发、产品推介、市场调研等商务话题与客户进行基本的交流，为客户说明并解决设备问题；在书面表达方面，能看懂相关的通信产品说明书、市场调研报告等与业务相关的专业信息，能流利地撰写通信工程的勘测、设计报告，画出工程图纸，因此我们尝试在我校通信工程专业开展“通信原理”的双语教学，选用Simon Haykin的《Communication System》影印版教材，电子课件及教案采用英文方式，学生的英文专业词汇和英文阅读水平明显提高，学习和领会了英文原版教材中所隐含的作者的逻辑思维方式。

但是双语教学也面临新的问题，就我校通信工程专业学生的英语水平来看，两极分化现象严重，加上“通信原理”理论课时的压缩，在64课时的教学时间内，让学生读懂英语原版教材、掌握课程内容，同时高质量地完成英文作业等，这对教师和学生来讲都是巨大的挑战，于是出现了双语教学进度普遍较慢与学习内容量大的突出矛盾，很多学生在课下不得不借用英文版教材的中译版来解决这一矛盾，因此双语教学的持续开展需要教师和学生的付出更多的努力。

4 结语

我校作为山东省首批应用型特色名校建设单位，“通信原理”精品课程的建设的探索与思考有利于促进我校的教学立校，提升办学质量，同时也会在学校特色的形成过程中发挥示范作用。在目前地方本科高校向应用型大学转型的关键时期，只有大力培养优势领域，形成特色专业和优势学科，才能使学校依托品牌专业拓展市场，提高学校的核心竞争力从而得到社会的认可。

[1] 樊昌信，曹丽娜．通信原理(第六版) [M]. 北京: 国防工业出版社，2007.

[2] 曹志刚，钱亚生．现代通信原理 [M]. 北京: 清华大学出版社，2012.

[3] 周炯盘，庞沁华．通信原理 [M]. 北京: 北京邮电大学出版社，2005.

[4] Simon Haykin. Communication System(fourth edition)[M].John Wiley &Sons,Inc,2001.

[5] John G.Proakis,Masoud Salehi,“Digital Communications”(Fifth Edition)[M]. McGraw-Hill ompanies,Inc,2001.

Exploration and Thinking About High-Quality Curriculum Construction of Communication Principle

WANG Li-li, XIE Yan-hui, LIU Shu-yan, ZANG Mu-jun

(Schoolofinformationandelectricalengineering,Ludonguniversity,Yantai264025，China)

There exist some problems in teaching of Communication Principle course： theory teaching is more, experiment class is less and exporiments conetant is relatively independent, et al. in univesities. The construction of high-quality curriculum website, the introduction of curriculum design and the construction of practical training platform will solve the above mentioned questions partly.Deepening the industry application of courses and bilingual teaching will enhance the core competitiveness of the curriculum.

high-quality curriculum;communication principle;curriculum website

2016-01-25;

2016-05-05

山东省教学改革面上项目(编号：2015M064)；鲁东大学教学教改项目(编号：412-20140411)

王丽丽(1978-)，女，工学博士，教授，主要从事现代通信技术的教学和研究，E-mail:wanglili78@hotmail.com

G420

A

1008-0686(2017)01-0038-04