“移动通信原理”实验课程的多元化教学实践

“移动通信原理”实验课程的多元化教学实践
赵庆平;姜恩华;李德川
【摘要】Mobile communication fundamental is a theoretical course with much knowledge and complex math-ematical deduction;accordingly , the experiment of this course is particularly important .Traditionally, the
experi-ments of this course are all verification experiments conducted with hardware .In this study , software such as Sys-tem View is introduced in the teaching , by which the theoretical principles and equations are visualized .Some ex-amples and the guarantee mechanism are also given
in this paper .%移动通信原理课程具有很强的理论性，课程内容及知识点都很多，数学推导过程既抽象又复杂多变。

正是由于这些特点才使得实验环节在教学中尤为重要。

针对传统实验教学中采用单一的硬件验证型实验所存在的弊病，引入多元实践教学手段，如System View 软件仿真，将理论性强的原理和公式直观化。

给出了实际的教学实验实例，并对实验教学多元化的保障机制进行了研究，有效地调动了学生的学习积极性，具有很强的实际意义和可操作性，提高了教学质量。

【期刊名称】《辽东学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(000)002
【总页数】5页(P149-153)
【关键词】移动通信原理;多元教学;硬件实验;System View 仿真;实验教学手段【作者】赵庆平;姜恩华;李德川
【作者单位】淮北师范大学物理与电子信息学院，安徽淮北 235000;淮北师范大学物理与电子信息学院，安徽淮北 235000;淮北师范大学物理与电子信息学院，安徽淮北 235000
【正文语种】中文
【中图分类】G642
移动通信原理以信息论与编码、数字信号处理、现代通信原理等课程为基础，主要研究现代移动通信的基本理论、关键技术及体系结构。

涉及到移动通信基本理论：包括移动通信系统无线传播特性和移动通信系统组网方式；移动通信关键技术：包括编码、调制、干扰及抑制等技术；移动通信应用系统：包括TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、WiMax移动通信系统。

课程内容结构如图1所示。

课程的难点:(1)移动通信系统无线传播特性，该内容涉及多个无线传播模型和无线传播场景，公式推导繁琐，图表也较多，理解和把握有难度。

(2)第三代移动通信系统的关键技术，该内容随着移动通信发展更新快，并且该部分内容需要较深厚的理论知识作为铺垫，涉及较多的新概念和新方法，推导过程复杂。

针对这门课程的难点笔者提出通过软硬件相结合的多元化实验教学手段，克服传统实验箱单一教学平台存在的弊病[1-4]，实验内容不仅以实验箱为基础平台的验证性实验，还引入System View 软件仿真，搭建了系统联合仿真实验平台。

通过软硬件相结合的实验，使理论教学内容真实的显现在学生面前，达到了良好的教学效果，在夯实学生理论基础的同时提高创新能力和实际动手能力。

1 实验教学多元化设计思想及实验教学内容
1.1 实验教学多元化设计思想
多元教学(Multi-Instruction)是在多个元素(即多个主体、多种媒体、多种途径)参
与下的综合方法[5]。

其目的是利用多种教学资源，激发学生的学习兴趣和创新思维。

《移动通信原理》是一门实践性非常强的课程，实验教学在整个课程的教学中占据了非常重要的地位。

在学生学习了现代通信原理、数字信号处理(DSP技术)等课程后，学生已经具有了一定的理论基础和实验技能，在此基础上，该实验课程开设的主要作用和目的在于：
(1) 帮助学生更好地理解和掌握移动通信系统基本原理；
(2) 帮助学生更好地理解和掌握现代移动通信系统，掌握各种移动通信系统的模型；
(3) 帮助学生熟悉移动通信系统仿真平台，掌握移动通信系统的仿真方法，学会利用仿真软件对系统性能进行评价；
(4) 掌握移动通信系统操作和维护及基本动手能力。

针对移动通信课程的特点，在实验教学过程中笔者采用了多元化的实施方式，以提高教学质量，实现课程的教学目标。

1.2 实验教学内容的多元化
移动通信实验大部分院校安排12到18学时，笔者提供的实验课程项目远远超过18学时，基于实验平台所具备的远程实验功能，有兴趣和能力的学生可在课外和
实验室外通过网络在线选做其他实验项目，为优秀的学生提供了提升的空间，在实验内容设计上重点突出。

移动通信实验内容及项目如表1移动通信基本原理实验，表2第二代移动通信系统实验，表3第三代移动通信联合仿真实验。

分别对应移
动通信试验箱平台，第二代移动通信系统平台，第三代移动通信联合仿真平台。

表1 移动通信基本原理实验内容移动通信基本原理实验内容一数字调制与解调技
术四相移相键控(QPSK)调制及解调实验交错四相移相键控(OQPSK)调制及解调实
验基带信号预成形技术实验MSK调制及相干解调实验GMSK调制及相干解调实
验MSK、GMSK非相干数字解调实验矢量调制星座图实验二同步技术PSK信号载波恢复NRZ码位同步提取实验三扩展频谱技术m序列产生及其特性实验Gold序列产生及其特性实验直接序列扩频实验解扩实验四移动信道传播特性(选做)白噪声信道模拟实验多径衰落信道模拟实验慢衰落信道模拟实验五抗衰落技术卷积码编码及译码实验块交织及解交织实验
表2 第二代移动通信系统实验内容一移动通信系统实验二移动通信网络实验GSM通信系统实验GSM/GPRS移动台主呼及被呼叫过程实验GSM/GPRS移动台短消息发送及接收实验CDMA扩频通信系统实验无线数据传输实验AT命令控制功能实验跳频通信实验系统CDMA移动台主呼及被呼叫过程实验TDMA移动通信CDMA移动台短消息发送及接收实验FH-CDMA移动通信TD/FH混合多址移动通信TD/DS混合多址移动通信
表3 第三代移动通信联合仿真实验内容第三代移动通信联合仿真实验内容3G无线网络优化无线网络优化工具开发无线传播模型校正无线业务开发3G业务流程接口信令监测和分析无线应用程序开发
2 实验实例分析
实验箱进行实验，学生亲手在实验箱电路板连线测试，增强动手能力，但受硬件条件的限制，可进行的实验有限，有的实验的结果不够理想。

软件仿真实验参数修改操作灵活方便，结果形象直观，准确度较高，弥补了实验箱实验一些缺陷。

2.1 以CDMA扩频与解扩实验为例进行硬件实验
用ZY12MCOM12BC1移动通信实验箱实验。

扩展频谱通信系统是指将待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输。

在接收端利用相应手段将信号解压缩，从而获取传输信息的通信系统[6]。

基本原理如图2。

直接序列扩频方式(DSSS)是将传送的信息数据利用伪随机码(m序列、M序列和Gold序列)调制，实现频谱扩展后再传输，接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据[7]。

结果与分析如下。

(1)扩频序列为15 m序列，解扩码相位为15，实验结果如图3。

(2)扩频序列为31 gold序列，解扩码相位为31，实验结果如图4。

实验分析：原始信号用红色曲线表示，扩频信号用绿色曲线表示，解扩信号用蓝色曲线表示。

可以发现，扩频后，频谱展宽。

2.2 交织编码的仿真实现
System View 是一个用于系统设计及仿真的动态系统分析平台，能够完成滤波器、信号处理、移动通信系统的设计与仿真等，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果[7,8]。

熟悉并掌握交织码纠错的工作原理，利用system view仿真软件设计并建立交织
编码纠错的系统图,了解利用仿真模拟软件进行系统分析的基本方法，能够利用仿
真软件分析交织编码系统是如何纠正突发错误的。

实验原理如图5。

实验步骤及结果分析
在SystemView系统窗下，创建的仿真分析系统如图6。

创建完仿真系统后，单击运行按钮，在分析窗口观察并记录输入输出波形。

输出输入波形如图7。

在仿真系统中加入突发干扰源电路，加入干扰源后观察并记录输入输出波形图。

加入突发干扰源电路如图8。

输出输入波形如图9。

分析：加入突发干扰源后输出波形较之输入波形有变化。

教学过程中，通过仿真可以给学生增加很多直观的图形，使学生通过仿真能进一步加深对原理的理解，同时也激发学生的创新能力。

3 多元化实验教学效果
学生对实验产生浓厚兴趣，由“要我做”变为“我要做”，显著提高了学生的学习热情、操作效率和实验效果，激发了学生的创新潜能。

通过上述三个实验平台，实现GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、无线传播、扩频等实验，学生普遍感觉实验内容生动、真实、实用、可懂，加强了对课程理论知识的把握和理解，培养学生的动手能力，培养学生在实际工作中所需要的专业知识和技能及其对系统把握能力。

后续课程的老师对学生课程学习和实践能力评价良好，增加了学生在行业内的就业竞争力，缩短了毕业生工作岗位适应期，达到了课程教学目标。

4 移动通信实验课程保障机制的多元化
大力推进实验教学技术、方法与手段的改革与实践，逐步形成多样化实验教学方法。

4.1 多媒体教学手段
合理地利用模拟演示、电子教案、多媒体网络课件、视频录像等多种现代化的教学手段，结合仪器操作、校外实习、大学生科研训练和高新企业实训基地认知实习等辅助实验教学手段，引导学生独立地完成实验设计，提高实验技能。

具体做法有：
(A)编制和引进优秀课件用于实验教学；(B)实验室配备多媒体教学系统；(C)设有
专用的多媒体教室，用于设计实验的论证、实验总结讨论和学术报告活动等。

4.2 开放实验室制度
通过设立综合开放实验室，面向学校所有学生，实行全天候开放制度。

专门为一些对实验感兴趣的学生提供进一步提高的机会，既是课堂教学的向前延伸，同时也为实验基础较为薄弱的学生，提供了一个填平补齐的机会。

4.3 建立本科生校内实践创新基地
按照“突出创新、注重特色、开放共享”的原则，通过整合现有学生创新实践资源，重点建设本科生校内实践创新基地，为广大学生开展创新性实验、科学研究、发明创造、学科竞赛、社会实践等活动提供平台和环境。

实现人才培养模式创新，增强大学生实践能力、创新精神和团队协作意识。

4.4 建立科研平台面向本科生开放的机制
本科生利用专业科研平台的方式包括：参加教师的科研课题；大学生创新实验项目、教学实验室开放基金、学生自立科研课题的实验、学生参加有关竞赛的实验等。

积极创造条件，采取多种形式面向本科生开放，充分发挥实验室的使用效益。

4.5 鼓励本科生参加科研项目
制定相关措施鼓励各专业教授结合自身科研工作，提出一定量的适合本科生的科研题目或者学生根据自己的兴趣、特长与能力提出自选题目，通过双向选择，将一部分学生吸收到导师的实验室或课题组参与科学研究活动，鼓励学生出高水平研究成果。

5 结语
移动通信不仅理论性较强，而且实践性要求也高。

笔者在实验教学中引入多元化的教学方法，通过软件仿真与硬件实验相结合，完成验证性和综合性实验内容，加深了对移动通信理论知识、关键技术的理解，还锻炼了动手实践能力，增强了学习积
极性。

取得了较好的教学效果。

本文多元教学在其他课程中也提供一些实用的思路和可借鉴的尝试。

【相关文献】
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