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      《移動通信》課程案例教學(xué)法的研究與實踐

      2020-07-04 02:09:29劉佳王宇飛張明宇安曉峰
      課程教育研究 2020年8期
      關(guān)鍵詞:移動通信

      劉佳 王宇飛 張明宇 安曉峰

      【摘要】隨著5G業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)的快速推廣,各高校通信工程專業(yè)的學(xué)生既應(yīng)掌握扎實的理論知識,又應(yīng)具備豐富的實踐經(jīng)驗。本文提出了“前中后”式案例教學(xué)法。理論講解前、中、后,分別巧妙地設(shè)計了驗證性案例,訓(xùn)練性案例,設(shè)計性案例,通過案例使學(xué)生能夠積極主動思考問題和分析問題,從而達(dá)到解決問題的能力。

      【關(guān)鍵詞】驗證性案例 ?訓(xùn)練性案例 ?設(shè)計性案例 ?移動通信

      【基金項目】2018年度校級教育教學(xué)研究課題(XJ20181002):通信工程專業(yè)案例教學(xué)法的探索與實踐。

      【中圖分類號】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089(2020)08-0255-02

      1.前言

      2019年1月25日,工信部發(fā)布2018年通信業(yè)統(tǒng)計公報[1],其統(tǒng)計顯示,2018年,在移動通信業(yè)務(wù)中移動數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)收入6057億元,比上年增長10.2%。如何滿足人們對于超大容量以及可靠傳輸?shù)囊蟪蔀檠芯空邆兯媾R的新的挑戰(zhàn)。旨在解決這些問題的第五代移動通信系統(tǒng)(5G)在全球范圍內(nèi)的快速推廣,其主要面向三大場景:增強(qiáng)移動寬帶(Enhance Mobile Broadband, eMBB),大規(guī)模機(jī)器類通信(Massive Machine Type Communication, mMTC)以及低時延高可靠通信(Ultra Reliable & Low Latency Communication, uRLLC)。為了滿足移動通信業(yè)的快速發(fā)展,社會需要高校“輸送”一批又一批的高質(zhì)量人才。因此,各高校通信工程專業(yè)的學(xué)生既應(yīng)掌握扎實的理論知識,又應(yīng)具備豐富的實踐經(jīng)驗?!兑苿油ㄐ拧氛n程將為通信工程專業(yè)的學(xué)生進(jìn)入社會提供了理論保障,然而在多年的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn),很多學(xué)生“死學(xué)”理論知識,無法深入理解相關(guān)理論,以至于在實踐環(huán)節(jié)中表現(xiàn)出動手能力差等缺點。2016年,孫會楠等人[2]提出了通信工程專業(yè)柔性化人才培養(yǎng)模式的教學(xué)方法,符合應(yīng)用型本科院校學(xué)生的實踐教學(xué)的學(xué)習(xí)。2018年,何海浪等人[3]也提出了通信工程專業(yè)產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式。上述兩篇論文強(qiáng)調(diào)了應(yīng)用性人才的培養(yǎng),認(rèn)為加強(qiáng)實踐性案例教學(xué)環(huán)節(jié),注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力十分重要。本文認(rèn)為在教學(xué)過程中既不能采取從頭到尾地講授理論知識的教學(xué)方法,也不能在整個課程中全部使用案例教學(xué)的教學(xué)方法,應(yīng)該在理論教學(xué)過程中插入案例教學(xué),將兩者有效地融合在一起。本文將在第2部分中提出“前中后”案例教學(xué)法,并在第3部分中將此方法應(yīng)用在《移動通信》課程的實踐中,第4部分對全文進(jìn)行了總結(jié)。

      2.案例教學(xué)法

      2.1案例教學(xué)與理論教學(xué)的關(guān)系

      案例教學(xué)有利于加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解。理論教學(xué)為案例教學(xué)提供了分析問題的原理,而案例教學(xué)有利于加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解,這兩者存在著相互補充和相互促進(jìn)的關(guān)系。在教學(xué)過程中,既不能采取從頭到尾地講授理論知識的教學(xué)方法,也不能在整個課程中全部使用案例教學(xué)的教學(xué)方法,應(yīng)該在理論教學(xué)過程中插入案例教學(xué),將兩者有效地融合在一起。

      2.2“前中后”式案例教學(xué)法

      本文提出的案例教學(xué)法分為:課前案例,課中案例,課后案例。課前案例多為驗證性案例,是生活中的例子模塊,是學(xué)生平時接觸到的例子,使學(xué)生感興趣;課中案例多為訓(xùn)練性案例,是新技術(shù)、新方法實驗?zāi)K,使學(xué)生及時學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)和方法;課后案例多為設(shè)計性案例,是綜合性、設(shè)計性實驗?zāi)K,培養(yǎng)學(xué)生的綜合研究能力和創(chuàng)新能力。

      3.案例教學(xué)在《移動通信》課程中的實踐

      3.1 課前案例

      首先用提問的方式將《移動通信》這門課程的內(nèi)容描述清楚,擬在系統(tǒng)的理論講解前,給出簡單的引導(dǎo)案例,系統(tǒng)地讓學(xué)生更加形象地理解要講授的理論知識,明確所講授知識在本門課程中的地位。例如,

      (1)基站如何區(qū)分手機(jī)?

      (2)手機(jī)如何找到基站?

      (3)基站如何找到手機(jī)?

      3.2 課中案例

      理論講解中,給出討論案例,讓學(xué)生參與,調(diào)動學(xué)生的積極性。針對課前案例中所提出的問題,將本課程涉及的理論知識拋出來,同時橫向?qū)Ρ绕渌麑W(xué)科中類似的例子。

      3.2.1基站如何區(qū)分手機(jī)?

      (1)講授的知識點為:頻分多址(frequency division multiple access, FDMA)和時分多址(time division multiple access, TDMA)。

      (2)給出如下課中案例:

      1)頻分多址(FDMA):可以讓手機(jī)工作在不同的頻率上用以區(qū)分它們,這好比廣播電臺,通過信號的不同頻率來區(qū)分不同的電臺。

      2)時分多址(TDMA):可以讓手機(jī)工作在不同的時間里以區(qū)分它們,這好比《北京歡迎你》,很多明星每個人唱一句,通過不同的音色來區(qū)分每個明星。

      3.2.2手機(jī)如何找到基站?

      (1)講授的知識點為:小區(qū)選擇。

      (2)給出如下課中案例:

      1)對于GSM(Global System for Mobile Communications,GSM)手機(jī),則會掃描整個頻段,按信號的強(qiáng)度從最強(qiáng)信號開始逐一檢查,直到找到合適的基站的廣播信息,這類似于我們收聽學(xué)校的英語廣播;GSM系統(tǒng)中相鄰的基站采取不同頻率,由于工作頻率不同,自然不會產(chǎn)生干擾,這類似于高音和低音唱歌。

      2)碼分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)系統(tǒng)基站固定使用一個頻率廣播信息,手機(jī)只要調(diào)諧到這個頻率就可以找到基站的指引信息,找到基站,就像110。CDMA系統(tǒng)中相鄰的基站采用的是一個固定頻率,但是擴(kuò)頻碼不一樣,也不會產(chǎn)生干擾,這類似于各個國家說話的語言不同。

      3.2.3基站如何找到手機(jī)?

      (1)講授的知識點為:尋呼與位置更新。

      (2)給出如下課中案例:

      為了找到手機(jī),移動網(wǎng)絡(luò)可以對所有的基站下發(fā)“尋人啟事”來尋呼手機(jī)。

      3.3 課后案例

      完成理論講解后,給出實踐案例,讓學(xué)生課后主動完成,以學(xué)生自我研究為主,重在應(yīng)用,發(fā)揮鞏固、提高能力之功能。

      課后案例往往是綜合性,設(shè)計性的模塊,培養(yǎng)學(xué)生的綜合研究能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生之間可以相互交流,說出自己設(shè)計方案的優(yōu)點,加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)理論知識的深入理解。

      課后案例舉例:如何利用FDMA實現(xiàn)3個移動用戶的語音通信。

      基帶語音信號的頻譜為300 Hz至3400Hz,為了使各個用戶之間互不干擾,每個用戶采用不同的載波進(jìn)行調(diào)制,同時為了節(jié)省頻帶,我們將采用單邊帶調(diào)制技術(shù)進(jìn)行搬移頻譜。假設(shè)用戶1,用戶2和用戶3調(diào)制所用的載波分別為5kHz, 10kHz,15kHz。

      我們所設(shè)計的發(fā)送端將做如下步驟:

      (1)用戶1,用戶2和用戶3的語音信號將通過低通濾波器,該低通濾波器的截止頻率為3400 Hz。

      (2)通過低通濾波器的信號在經(jīng)過相乘器與各自的載波相乘,進(jìn)行單邊帶調(diào)制。調(diào)制后,用戶1所占用的頻帶為5.3kHz至8.4kHz,用戶2所占用的頻帶為10.3kHz至13.4kHz,用戶3所占用的頻帶為15.3kHz至18.4kHz。從而每個用戶占用不同的頻帶,及時同時發(fā)送到信道中,也不會相互干擾。

      (3)用戶1,用戶2和用戶3將調(diào)制后的信號輸入到帶通濾波器,用戶1的帶通濾波器的頻帶范圍為5.3kHz至8.4kHz,用戶2的帶通濾波器的頻帶范圍為10.3kHz至13.4kHz,用戶3的帶通濾波器的頻帶范圍為15.3kHz至18.4kHz,使得濾除信道噪聲。

      (4)最后將3個用戶的信號疊加起來,同時發(fā)送到信道中。

      我們所設(shè)計的接收端將做如下步驟:

      (1)接收信道發(fā)送過來的多路信號,將該信號發(fā)送給用戶1,用戶2和用戶3的接收端,該多路信號包含3個用戶的語音信息。

      (2)將該多路信號輸入到帶通濾波器中,用戶1的帶通濾波器的頻帶范圍為5.3kHz至8.4kHz,用戶2的帶通濾波器的頻帶范圍為10.3kHz至13.4kHz,用戶3的帶通濾波器的頻帶范圍為15.3kHz至18.4kHz。

      (3)通過帶通濾波器的信號在經(jīng)過相乘器與各自的載波相乘,進(jìn)行相干解調(diào)。解調(diào)后,每個用戶得到了各自的語音信息。從而實現(xiàn)了FDMA。

      上述案例還可以深入進(jìn)行分析,例如,如何做才能達(dá)到最大程度的節(jié)省帶寬?可以使學(xué)生相互討論來得出結(jié)論,從而使學(xué)生更加深入地理解所學(xué)習(xí)的理論知識。

      4.總結(jié)

      本文提出了“前中后”式案例教學(xué)法,并應(yīng)用在《移動通信》課程的實踐中。通過多年實際教學(xué)驗證,在理論講解前,給出驗證性案例,可以使學(xué)生更加形象地理解要講授的理論知識;在理論講解中,給出訓(xùn)練性案例,可以有效地調(diào)動學(xué)生的積極性;在理論講解后,給出設(shè)計性案例,可以使學(xué)生鍛煉獨立的思考能力和創(chuàng)新能力。通過“前中后”式案例教學(xué)方式,真正達(dá)到了使學(xué)生及時學(xué)習(xí)了先進(jìn)的科學(xué)理論的目的,夯實了學(xué)生的實踐操作技能,培養(yǎng)了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

      參考文獻(xiàn):

      [1]中國工信部,2018 年通信業(yè)統(tǒng)計通[EB/OL].http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057511/n3057518 /c6618525/content.html, 2019-01-25.

      [2]孫會楠,禹永植,趙建新. 應(yīng)用型本科院校通信工程專業(yè)柔性化人才培養(yǎng)模式的研究[J].太原學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版), 2016(1):41-44.

      [3]何海浪,周曉燕,黃乘順.應(yīng)用型本科院校通信工程專業(yè)產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式研究[J].教育教學(xué)論壇,2018(27):153-154.

      作者簡介:

      劉佳(1983.1.20-),吉林梅河口市人,吉林工程技術(shù)師范學(xué)院副教授,研究方向為信道編碼和密碼學(xué)。

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