《移动通信》课程案例教学法的研究与实践
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作者:刘佳 王宇飞 张明宇 安晓峰
【摘要】随着5G业务在全球范围内的快速推广，各高校通信工程专业的学生既应掌握扎实的理论知识，又应具备丰富的实践经验。本文提出了“前中后”式案例教学法。理论讲解前、中、后，分别巧妙地设计了验证性案例，训练性案例，设计性案例，通过案例使学生能够积极主动思考问题和分析问题，从而达到解决问题的能力。
【关键词】验证性案例 训练性案例 设计性案例 移动通信
【基金项目】2018年度校级教育教学研究课题（XJ20181002）：通信工程专业案例教学法的探索与实践。
【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）08-0255-02
1.前言
2019年1月25日，工信部发布2018年通信业统计公报[1]，其统计显示，2018年，在移动通信业务中移动数据及互联网业务收入6057亿元，比上年增长10.2%。如何满足人们对于超大容量以及可靠传输的要求成为研究者们所面临的新的挑战。旨在解决这些问题的第五代移动通信系统（5G）在全球范围内的快速推广，其主要面向三大场景：增强移动宽带（Enhance Mobile Broadband， eMBB），大规模机器类通信（Massive Machine Type Communication， mMTC）以及低时延高可靠通信（Ultra Reliable & Low Latency Communication， uRLLC）。为了满足移动通信业的快速发展，社会需要高校“输送”一批又一批的高质量人才。因此，各高校通信工程专业的学生既应掌握扎实的理论知识，又应具备豐富的实践经验。《移动通信》课程将为通信工程专业的学生进入社会提供了理论保障，然而在多年的教学过程中发现，很多学生“死学”理论知识，无法深入理解相关理论，以至于在实践环节中表现出动手能力差等缺点。2016年，孙会楠等人[2]提出了通信工程专业柔性化人才培养模式的教学方法，符合应用型本科院校学生的实践教学的学习。2018年，何海浪等人[3]也提出了通信工程专业产教融合人才培养模式。上述两篇论文强调了应用性人才的培养，认为加强实践性案例教学环节，注重培养学生创新能力十分重要。本文认为在教学过程中既不能采取从头到尾地讲授理论知识的教学方法，也不能在整个课程中全部使用案例教学的教学方法，应该在理论教学过程中插入案例教学，将两者有效地融合在一起。本文将在第2部分中提出“前中后”案例教学法，并在第3部分中将此方法应用在《移动通信》课程的实践中，第4部分对全文进行了总结。
2.案例教学法
2.1案例教学与理论教学的关系
案例教学有利于加深对理论教学内容的理解。理论教学为案例教学提供了分析问题的原理，而案例教学有利于加深对理论教学内容的理解，这两者存在着相互补充和相互促进的关系。在教学过程中，既不能采取从头到尾地讲授理论知识的教学方法，也不能在整个课程中全部使用案例教学的教学方法，应该在理论教学过程中插入案例教学，将两者有效地融合在一起。
2.2“前中后”式案例教学法
本文提出的案例教学法分为：课前案例，课中案例，课后案例。课前案例多为验证性案例，是生活中的例子模块，是学生平时接触到的例子，使学生感兴趣;课中案例多为训练性案例，是新技术、新方法实验模块，使学生及时学习先进的技术和方法;课后案例多为设计性案例，是综合性、设计性实验模块，培养学生的综合研究能力和创新能力。
3.案例教学在《移动通信》课程中的实践
3.1 课前案例
首先用提问的方式将《移动通信》这门课程的内容描述清楚，拟在系统的理论讲解前，给出简单的引导案例，系统地让学生更加形象地理解要讲授的理论知识，明确所讲授知识在本门课程中的地位。例如，
（1）基站如何区分手机？
（2）手机如何找到基站？
（3）基站如何找到手机？
3.2 课中案例
理论讲解中，给出讨论案例，让学生参与，调动学生的积极性。针对课前案例中所提出的问题，将本课程涉及的理论知识抛出来，同时横向对比其他学科中类似的例子。
3.2.1基站如何区分手机？
（1）讲授的知识点为：频分多址（frequency division multiple access， FDMA）和时分多址（time division multiple access， TDMA）。
（2）给出如下课中案例：
1）频分多址（FDMA）：可以让手机工作在不同的频率上用以区分它们，这好比广播电台，通过信号的不同频率来区分不同的电台。
2）时分多址（TDMA）：可以让手机工作在不同的时间里以区分它们，这好比《北京欢迎你》，很多明星每个人唱一句，通过不同的音色来区分每个明星。
3.2.2手机如何找到基站？
（1）讲授的知识点为：小区选择。
（2）给出如下课中案例：
1）对于GSM（Global System for Mobile Communications，GSM）手机，则会扫描整个频段，按信号的强度从最强信号开始逐一检查，直到找到合适的基站的广播信息，这类似于我们收听学校的英语广播;GSM系统中相邻的基站采取不同频率，由于工作频率不同，自然不会产生干扰，这类似于高音和低音唱歌。
2）码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）系统基站固定使用一个频率广播信息，手机只要调谐到这个频率就可以找到基站的指引信息，找到基站，就像110。CDMA系统中相邻的基站采用的是一个固定频率，但是扩频码不一样，也不会产生干扰，这类似于各个国家说话的语言不同。 3.2.3基站如何找到手机？
（1）讲授的知识点为：寻呼与位置更新。
（2）给出如下课中案例：
为了找到手机，移动网络可以对所有的基站下发“寻人启事”来寻呼手机。
3.3 课后案例
完成理论讲解后，给出实践案例，让学生课后主动完成，以学生自我研究为主，重在应用，发挥巩固、提高能力之功能。
课后案例往往是综合性，设计性的模块，培养学生的综合研究能力和创新能力。学生之间可以相互交流，说出自己设计方案的优点，加强学生对所学理论知识的深入理解。
课后案例举例：如何利用FDMA实现3个移动用户的语音通信。
基带语音信号的频谱为300 Hz至3400Hz，为了使各个用户之间互不干扰，每个用户采用不同的载波进行调制，同时为了节省频带，我们将采用单边带调制技术进行搬移频谱。假设用户1，用户2和用户3调制所用的载波分别为5kHz， 10kHz，15kHz。
我们所设计的发送端将做如下步骤：
（1）用户1，用户2和用户3的语音信号将通过低通滤波器，该低通滤波器的截止频率为3400 Hz。
（2）通過低通滤波器的信号在经过相乘器与各自的载波相乘，进行单边带调制。调制后，用户1所占用的频带为5.3kHz至8.4kHz，用户2所占用的频带为10.3kHz至13.4kHz，用户3所占用的频带为15.3kHz至18.4kHz。从而每个用户占用不同的频带，及时同时发送到信道中，也不会相互干扰。
（3）用户1，用户2和用户3将调制后的信号输入到带通滤波器，用户1的带通滤波器的频带范围为5.3kHz至8.4kHz，用户2的带通滤波器的频带范围为10.3kHz至13.4kHz，用户3的带通滤波器的频带范围为15.3kHz至18.4kHz，使得滤除信道噪声。
（4）最后将3个用户的信号叠加起来，同时发送到信道中。
我们所设计的接收端将做如下步骤：
（1）接收信道发送过来的多路信号，将该信号发送给用户1，用户2和用户3的接收端，该多路信号包含3个用户的语音信息。
（2）将该多路信号输入到带通滤波器中，用户1的带通滤波器的频带范围为5.3kHz至8.4kHz，用户2的带通滤波器的频带范围为10.3kHz至13.4kHz，用户3的带通滤波器的频带范围为15.3kHz至18.4kHz。
（3）通过带通滤波器的信号在经过相乘器与各自的载波相乘，进行相干解调。解调后，每个用户得到了各自的语音信息。从而实现了FDMA。
上述案例还可以深入进行分析，例如，如何做才能达到最大程度的节省带宽？可以使学生相互讨论来得出结论，从而使学生更加深入地理解所学习的理论知识。
4.总结
本文提出了“前中后”式案例教学法，并应用在《移动通信》课程的实践中。通过多年实际教学验证，在理论讲解前，给出验证性案例，可以使学生更加形象地理解要讲授的理论知识;在理论讲解中，给出训练性案例，可以有效地调动学生的积极性;在理论讲解后，给出设计性案例，可以使学生锻炼独立的思考能力和创新能力。通过“前中后”式案例教学方式，真正达到了使学生及时学习了先进的科学理论的目的，夯实了学生的实践操作技能，培养了学生的综合应用能力。
参考文献：
[1]中国工信部，2018 年通信业统计通[EB/OL].http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057511/n3057518 /c6618525/content.html， 2019-01-25.
[2]孙会楠，禹永植，赵建新. 应用型本科院校通信工程专业柔性化人才培养模式的研究[J].太原学院学报（自然科学版）， 2016（1）：41-44.
[3]何海浪，周晓燕，黄乘顺.应用型本科院校通信工程专业产教融合人才培养模式研究[J].教育教学论坛，2018（27）：153-154.
作者简介：
刘佳（1983.1.20-），吉林梅河口市人，吉林工程技术师范学院副教授，研究方向为信道编码和密码学。
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