《通信原理A》教学探索

李保国 文磊 黄英 雷菁

摘要：针对《通信原理A》的课程标准以及授课对象的特点，提出了几点教学理念和方法，包括注重内容承接、物理意义阐述、创设问题引导激发兴趣以及结合装备实例提高工程素养等，希望能对从事《通信原理》教学的老师有点启发。

关键词：通信原理A；教学；探索

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）09-0161-03

一、前言

《通信原理A》是我校指挥类信息与通信工程、电子科学与技术，指挥信息系统工程、计算机科学与技术、信息安全、系统工程、管理科学与工程等专业的大类技术基础课程。通过本课程的学习，使学生能够掌握通信系统的基本概念、基本分析方法，熟悉通信系统的构成和基本框架。前修课程为同样属于大类技术基础课程的模拟电子技术基础A、数字电子技术基础A、信号处理与系统A。学时安排为46学时，其中讲授38学时，实验8学时。

《通信原理B》则是针对技术类学员的，学时安排为54学时，讲授46学时，实验8学时。两者的主要区别在于：《通信原理B》对于理论知识的掌握程度要求比《通信原理A》高，前者要求学生具备独立从事通信技术科研工作的能力，而后者则要求学员掌握熟练的基础理论知识，并且会结合实际装备进行知识的应用。通过《通信原理A》的学习，激发学生独立思考和创新的意识，培养学生收集处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及团结协作的能力。使学生掌握通信系统的基本概念、基本原理和系统分析方法，培养学生对通信专业知识浓厚的兴趣，进而使学生树立为国防通信事业献身的精神。

本文针对《通信原理A》的课程标准以及授课对象的特点，提出了几点教学理念和方法，并对课程建设情况作了说明，希望能对从事《通信原理》教学的老师有点启发。

二、教学理念和教学方法

我校指挥类学员培养的定位是“懂技术的指挥人才”，期望学生学完本课程后，到部队遇到通信有关问题：懂原理、会应用。往届学员反映这门课较难，主要难在通信理论对数学基础有一定要求，另外知识点繁多。如何在学时有限的情况下，尽量让学生扎实地、有重点地掌握关键的通信基础知识，争取将来到部队可以用到这些知识，在授课过程中注重系统性，并且重点突出，是我重点考虑的问题。主要有以下几点教学理念和实际做法。

（一）注重內容承接关系，讲清来龙去脉

1.章节内容的承接。

除绪论外，《通信原理》主要讲授模拟调制技术、模拟信源数字化与编码、数字基带传输系统、数字频带传输系统和同步这几章内容。

信源和调制、解调和信宿构成模拟通信系统，而所有环节加起来，构成一个完整的数字通信系统，如图1所示。模拟调制的技术可以指导数字调制，同样是用载波的某一个参数来体现基带信号的变化。

不考虑调制，或者把调制和传输信道合成为一个广义信道，即为基带传输系统。基带传输系统的若干理论，如无码间干扰的设计、最佳的基带传输系统等，可直接用于加了调制的频带传输系统。

同步技术中的载波同步可适用于模拟或数字通信系统中需要采用相干解调的场合。其他的位同步、帧同步和网同步属于数字通信系统特有，但其原理也与载波同步相互关联。

所以通信原理各章节之间本身就是有关联的，在授课过程中注重章节之间的承接关系，可以帮助学生建立系统完整的知识体系。

2.技术演变承接。通信技术发展至今，高速、便捷已经成为标配，但技术的发展不是一蹴而就的，而是逐步承接演化过来的，教学过程中梳理这些承接关系可以帮助学生建立一种大局观，对其将来从事通信有关的工作或其他任何工作都有帮助。

例如在讲述脉冲编码调制（PCM）讲述的过程中，PCM标准的演进始终是围绕语音信号高质量数字化而进行的，在授课中，我着重跟学生梳理如图2所示的承接关系。首先模拟信号数字化的目的是将时间连续、幅度连续的模拟信号变为时间离散、幅度取值有限的数字信号，经过抽样以后时间离散了，但幅度仍然无限，需要对幅度进行量化。均匀量化即量化等间隔的量化方式，这种方式的缺陷在于量化噪声的功率只取决于量化间隔的大小，即量化的精细程度，而与被量化信号本身的特性无关，所以造成大信号的量化信噪比大、小信号的量化信噪比小。而语音信号服从拉普拉斯分布，大信号概率小，小信号概率大，所以均匀量化不适合语音信号，必须采用非均匀量化，提高小信号的量化信噪比。对信号采用一定函数压缩，再进行均匀量化等效于直接进行非均匀量化。对数压缩特性可以实现在较大的动态范围内，量化信噪比对于大小信号都比较均匀，但对数特性在接近0的位置无法实现，所以引入A律和u律修正对数特性，使之物理可实现，对于我国的A律标准，又引入13折线近似逼近A律对数压缩特性，从而关联到PCM编码。这样一环扣一环，过程比较清晰，学生也容易接受。

3.注重物理意义阐述，让通信理论“接地气”。《通信原理A》教材中多个知识点都存在较为复杂的数学推导，这些往往是指挥类学员的弱项，因此在授课中尽量做到简化数学推导过程，让学生重点掌握结论的物理意义及其应用。

图3中数字基带传输系统模型中信道的传输函数为C（ω），而理想信道的数学描述为C（ω）=1，其物理意义为一个全通网络，允许所有频率分量无失真通过，强调物理意义让学生更容易接受。

让通信理论接地气的一种重要方法就是用通俗易懂的语言，多跟实际生活作类比。例如在PCM编码中的逐次比较型编码器的工作过程非常类似于天平称重的过程，如图4。

天平称重过程如下：

·估计物理质量，放入1个重量相当的砝码；

·若砝码轻了，继续增加砝码；若重了，则以轻一个量级的砝码替换原有砝码；

·再根据轻重关系决定是继续增加砝码还是替换上一砝码；

·如此下去，直至平衡；

·若砝码放完仍不能平衡，合理调整砝码使得物体比砝码总重量略重；

·再来调整游码，直至保持平衡；

逐次比较的过程与天平称重过程可以进行如下类比：

·8个段落——8组砝码。△——重量单位

·段内的5个电平（起始电平+4个段内码权值电平）

·——每组5个砝码（1个主砝码和4个小砝码）；

·主砝码重量——段落起始电平，确定3位（C2-C4）

·4个小砝码的重量——段内4位码的权值电平

·段内码编码“1”或“0”——4个小砝码的“放”或“未放”两种状态。

比较结果中：标准电平如果小于样值电平，则类比于天平砝码轻了，需要增加砝码。反之，则意味着天平砝码重了，需要更换原有砝码为轻一点的。

通过这样一种关系，学生就更容易理解逐次比较的原理，印象也比较深刻。

（二）激发兴趣，问题引导，结合装备实例提高工程素养

1.通过创设问题激发兴趣。通信原理这门课由于和实际的生活比较贴近，学生的学习积极性应该说还可以，但是如果一味地讲理论，而不结合实际应用，时间长了学生也会失去学习的兴趣。针对这一情况，我在上课时有意识地提出一些通信有关的问题。例如，在第一次课绪论时，我一开始就提出一个问题，现在社会上通信技术已经发展到一个相当的高度了，比如计算机网络、现代的移动通信系统等等，那么通信问题是不是已经彻底解决了，还有没有必要继续研究新的通信技术呢？带着这一问题，学生听课的积极性比较高了。学生们大都观看过飞船发射的电视直播，我问学生一个问题，为什么飞船舱内的照片有时候有，有时候又没有呢？从而引出了美国的跟踪与数据中继卫星系统TDRSS，该系统通过发射三颗同步轨道卫星作为中继卫星可以完成对航天器的无间断测控的功能，这就是一个典型的卫星通信系统的问题；然后我又说到网络上的视频点播为什么画面质量不高，而且时断时续？最后解释原因，由于视频压缩比率太高和传输误码的原因造成画面失真，网络带宽不够造成时断时续，从而引入了信源编码和信道带宽的概念，学生的学习兴趣被调动了起来。比如在引入纠错编码的概念时我就首先举了从光盘拷文件到硬盘的例子，由于光盘质量和光驱纠错能力的原因，经常会出现CRC校验错误的消息，这些问题对于学生们来说都是相当熟悉的，从而自然而然引入了纠错编码的概念。比如在讲到GSM移动通信系统时，讲述移动设备识别码IMEI时，现场让学生把手机拿出来看一下里面的IMEI。

创设问题之后，激发学生思考，引出课程知识点讲述，最后再完成问题的闭环，这样整个流程比较完备，学生知识学习也较为系统。

2.引入大量装备实例、提升教学效果。在本门课程教学过程中，通过引入大量的通信系统实例，讲述基本的通信原理在实际系统中的应用，结合广播电视、手机、电台等学生现在和今后接触到的通信系统和终端进行讲解，可以极大地激发学生的学习兴趣。将军事通信领域的新进展和新技术嵌入到课程内容的讲授中，增强学员在军事实践中应用课程知识的能力。

例如美军有一种话音带宽的短波电台，军标为MIL-STD-188-110A，其中关键的一些参数为波特率2400B，滚降系数0.25，QPSK调制，副载波1800Hz，产生的基带信号位于300-3300Hz。基带信号的形成过程如图6所示，其中涉及无码间干扰的基带传输特性设计，升余弦滚降信号是一种较好的满足奈奎斯特准则的基带波形，引入上述军标，并进行相應的计算，增强了学生的感性认识。

在本课程的课程设计环节，发布关于美话音带宽短波电台信号的通信侦察课题，学生只拿到符合标准的数据，他们必须自己查阅相关英文资料，并且消化，提炼出其中的体制，才有可能将数据中的信息准确解调出来，通过这样一个过程，锻炼了其查阅资料、阅读文献和分析问题的能力。这种以问题牵引的方法，可充分激发学员的学习热情，督促学员积极地思考讨论，充分调动学员的学习积极性，变被动学习为主动学习。同时也促使其养成善于思考，勤于思考的习惯。

总结

《通信原理A》是我校的一门核心课程，对于部队信息化建设有着较为关键的作用，作者在多年的教学过程中形成了一套独特的教学方法，教学效果良好，得到了学生较高的评价，充分激发了学生的兴趣。在此拿出来与读者共享，希望能起到抛砖引玉的作用。

参考文献：

[1]宋群，基于Moodle平台的课程考核和评价方法研究——以高职“数据通信与网络基础”课程为例[J].中国信息技术教育，2015，（10）：95-97.