面向B3G/4G通信的《高速数据通信技术》课程教学设计与实践

摘要：随着计算机技术、网络技术及数字信号处理技术等关键技术的不断进步，移动通信技术飞速发展，已经迈入了第四代通信的新纪元。《高速数据通信技术》课程以无线通信理论为基础，以了解最先进的移动通信知识，掌握实现高速移动通信的关键技术为目标。本文基于该课程的教学实践，从课程目标、课程内容、教学方法和教学要求等方面论述了课程的教学设计。

关键词：高速数据通信技术；课程；教学设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）02-0266-02

近年来，全球通信技术的发展日新月异，特别是随着计算机技术、大规模集成电路技术、网络技术以及数字信号处理技术的不断进步，移动通信技术迅速发展并且成功用于商业，其发展速度与应用领域已经远远超过了固定通信技术。无线移动通信技术的研究与应用改变着人们的生活，使人们能够更加便捷地获得大量丰富的信息[1]，因此，社会需要大量的高素质通信专业人才，必须对高校中开设的相应课程进行实践改革，激发学生的兴趣，培养学生的专业能力，为社会输送专业人才的同时提高学生的就业竞争力。

《高速数据通信技术》是面向电子信息类专业高年级本科生开设的一门重要的专业选修课，主要讲授无线数据通信的基本理论，实现高速移动通信的关键技术原理，以及最先进的无线通信技术及其标准化进程[2]。该课程的预备课程是《通信原理》、《数字信号处理》、《信号与系统》等必修的通信基础课程，并与后续的《毕业设计与实践》紧密衔接，在通信及其相关专业课程体系中起着承上启下的作用。该课程覆盖的知识面广，涉及的新技术、新系统需要不断地补充，具有综合性、专业性、先进性和实时性等特点，需要使学生在学习基础知识的同时，掌握最先进的通信理论，了解通信前沿技术，扩展知识面，为后续深入研究通信技术、从事通信工作奠定坚实的基础。

一、课程目标

该课程在注重学生掌握最基本的高速通信理论知识的同时，更加突出了当前通信系统中的先进核心技术的讲解，帮助学生了解前沿热点技术及以其为核心的标准协议，注意扩展学生知识面，使学生通过对该课程的学习，具备学习能力和专业能力：

1.学习能力：具有发现问题并主动解决的能力；具备资料搜集和梳理的能力，从整理的资料中总结知识、掌握知识，通过对知识的提炼，提出自己的见解和创新点；培养学生对通信技术探索的热情，以及主动获取新知识、新技能的能力。

2.专业能力：具有通信尤其是无线通信的综合理论专业知识；具备通信系统整体设计的能力；能够使用Matlab等通信仿真软件对关键算法与技术进行仿真设计并分析系统性能；具有解读并应用通信协议的能力，并进一步为技术标准化提出建议。

二、课程内容

基于上述教学目标，该课程针对高年级大学生思想较为成熟、具有一定的专业知识积累和专业素养、对创新能力的开发有热情等特点，主要讲授在无线通信领域中的高速数据传输技术，重点讲述以OFDM为核心的无线通信技术及其标准[3]。主要内容有：第一部分，数据通信概述，其中包括数据通信工作方式、信号传输方式、无线通信系统特点及性能指标、无线信道的传播特征等内容。第二部分，无线移动通信中实现高速数据通信的关键技术，这是本课程的重点内容，包括OFDM调制技术、高性能的信道编码技术、同步技术、信道估计技术、多址接入技术等，分别讲授其原理和作用，以及在移动通信系统中的位置和地位。第三部分，先进的通信技术，这是本课程的关键部分，包括B3G/4G移动通信中的IMT和LTE技术、宽带无线接入技术、UWB-OFDM等，了解各种技术方案特点，以及标准化进程中遇到的关键问题和解决方案。

三、教学方法

本课程采用教师理论讲解和学生仿真实践相结合的教学模式，教师讲授基本理论知识，学生根据课堂所学的知识，利用通信仿真软件，在教师的指导下构建通信系统并研究性能，对有能力的学生，鼓励其参与科研项目和竞赛，培养创新能力和动手能力。主要教学方法如下：

1.采用板书与多媒体教学相结合的方式。根据不同的教学内容和教学阶段采用不同的教学手段，对于原理性较强的知识以及需要进行数学推导的内容，如各种同步偏差对信号的相位和幅度产生何种影响等，仍然采用课堂板书的形式，一步步推导过程，力求学生明白本质，抓住原因找方法。对于涉及到系统结构图、流程图、新技术的发展和标准化过程等内容，采用多媒体辅助教学方法，扩大教学信息量，提高教学效率，提升教学生动性和形象性。多媒体教学可以在形式上采用Flash等动画音效，吸引学生注意力，激发学生兴趣，便于学生更好地理解知识点。

2.注重结合生活中的实际例子。通信尤其是移动通信的许多技术都可以与实际生活中的某些具体实例相联系，在讲述原理性知识的同时，可以通过举例、类比等方式帮助学生更加形象地理解每个知识点，例如，将基带信号通过载波的调制形成射频信号以及射频信号解调成基带信号的过程类比成火车运载货物，将信道类比成公路，讨论信道带宽与信号速度的关系。

3.利用通信仿真软件配合教学。为了使学生对讲授的理论知识更好地理解和吸收，提升遇到实际问题的分析能力和解决能力，可以充分利用仿真软件，如Matlab、Labview等，通过程序的设计和参数的配置，依据理论知识，对某种算法甚至整个通信系统进行优化设计和性能仿真，直观地模拟信息在通信系统中的整个传输过程，通过观察信号时域和频域波形以及重要技术参数的变化曲线，帮助学生将理论知识更好地应用到实践中。同时，培养学生的思维能力、观察能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力，使学生的综合素质得到进一步的提高。

4.鼓励学生参与项目和竞赛。对有能力的同学，鼓励参与教师的科研项目，完成一部分工作，培养学生的科研能力和成就感，培养学生的团队合作精神，从而激发学生的科研热情[4]。从培养学生对通信技术的兴趣出发，鼓励并指导学生参加各类电子竞赛，通过完成电子作品或者设计小型通信系统等实践锻炼，加深对课程所学知识的理解，使掌握该课程的知识点更为准确化、系统化，做到了理论与实践的有机融合。

四、考核方式

本课程以培养学生能力为目标，采用平时成绩与综合考核相结合的方式，全面综合评价学生的学习态度和效果。具体考核要求为：

1.平时成绩：涵盖学生的出勤情况、学习态度，以培养学生的责任心为目标。

2.任务要求：布置两次仿真任务，学生可以自主选题，仿真某个关键技术或者通信系统，对仿真结果进行分析，并将结果在课堂上以ppt的形式汇报和讨论，以培养学生的专业技能和表达沟通能力为目标。

3.期末综合考试：采用闭卷考核方式对基本理论知识进行考察，并及时分析卷面情况，掌握学生汲取知识的情况，反馈到课堂教学任务中，以培养学生的理论素养为目标。

总之，通过对《高速数据通信技术》这门课程的实践教学，对所设计的教学内容、教学方式和考核方式的实施，课程取得了预期目标和良好的效果。学生们在掌握了最先进的通信理论的同时培养了专业实践能力，下一步还需要根据学生的实际情况和通信技术的更新与发展，改进与提高教学水平，不断提高学生的学习兴趣、激发学生的学习主动性，要紧跟通信技术的发展潮流，具备前沿的通信网络技术，掌握新知识、新技术、新工艺、新方法，才能达到培养高素质通信专业人才的目的。

参考文献：

[1]邓映峰.天津移动通信市场非线性预测及面向3G的发展策略研究[D].天津大学，2007.

[2]王文博，郑侃.宽带无线通信OFDM技术[M].北京：人民邮电出版社，2007：50-80.

[3]佟学俭，罗涛.OFDM移动通信技术原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2003：30-39.

[4]张文祥，郭继坤，陈丽娟.数据通信与网络课程实践教学改革探索[J].黑龙江教育学院学报，2012，31（5）：52-53.