移动通信实验教学开放体系的构建

摘要：近年来移动及无线通信领域的迅猛发展，对高校移动通信实验教学产生了巨大的挑战，探索能适应当前信息技术发展的移动通信新型教学体系，具有重要的现实意义。移动通信实验教学开放体系涵盖工业实习、专业实验、工程实训、毕业设计等多个教学环节。通过该实验教学体系的构建，有效提高了移动通信实验课程的教学效果，逐步提升了学生的工程实践技能，为通信类专业实验课程的教学改革提供了有益探索。

关键词：移动通信；实验教学体系；扩频通信

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0132-03

随着3G时代的到来，“移动通信”教学内容面临重大变革，对相应的实验教学也提出了更高的要求。首先，移动通信实验教学要注重所讲授内容的基础性。实验教学中应将移动通信领域基础知识的讲授和基本技能的培养作为教学工作的首要任务。其次，移动通信实验教学要注重所讲授内容的应用性[1，2]。通过实验教学能使学生对当前正在采用的技术产品以及标准规范有明确的认知；最后，移动通信实验教学要注意所讲授内容的前瞻性。实验教学中应该通过合理引导使学生对很有发展前景但尚处于研究阶段的新技术、新成果给予关注[3-5]。但与理论课程教学相比，移动通信实验往往学时有限，实践环节简单。这就使得移动通信实验教学成为通信类专业课实验教学矛盾的突出体现者[5-7]。在立足高校教学的实际情况的基础之上，我们结合多个不同的教学环节，建立了一种开放式的移动通信实验教学新体系。该体系以关键技术和系统教学为基础，融合基本理论学习、关键（新型）技术仿真、通信系统实验、实用技术实训，逐步强化学生对移动通信系统的工程意识和实际操作的工程技能。通过几年的探索与实践，达到了良好的教学效果。

一、移动通信实验教学内容及现状

当前阶段移动通信实验教学内容主要应该围绕以下几方面开展：①移动通信信道特性：主要涉及到无线电波传播特性、移动信道的多径及衰落特征、移动信道的传播损耗及传播模型、抗衰落技术。②移动通信中的基本调制技术：例如，数字频率调制、数字相位调制、正交振幅调制等。③移动通信组网技术：主要有多址技术、区域覆盖和信道配置、网络结构、信令、越区切换和位置管理等问题。④现行的移动通信网络标准：时分多址数字蜂窝系统、码分多址移动通信系统、3G技术标准等；⑤移动及无线通信中的新技术[8，9]。由于高校实际情况限制，所开设的移动通信实验课很难全面涵盖这些内容，尤其是涉及到移动通信网络的内容时，更显得力不从心。这样在有限学时内就导致实验内容只能侧重于基本调制技术、信道特性等基础简单实验，即便是开设GSM/CDMA的相关实验，也只是停留在相应模块的功能应用上，很难有深层次的提高[11-13]。这就使得学生反映移动通信理论课程很精彩，实验课程很乏味。为了改变这一现状，必须探索新的实验教学思路，创立新的实验教学体系。

二、移动通信实验教学开放体系

新的移动通信实验教学体系，将先修课学习、工业实习、理论课学习、实验课开展、毕业论文等多个教学环节进行整合，形成从基础理论仿真到专业实验操作、工程技术实训、创新实验等一个开放的实验教学体系。

通过通信类先修课程的学习，使学生准备好相关的基础知识，同时也对移动通信在课程体系中的地位有明确的定位[14，15]。相应编程语言类课程的学习更为实验仿真提供了良好的基础。移动通信理论课程的讲授为实验课程的开设提供了直接的理论平台。工业实习安排在移动通信实验课开设前一学期开展，实习内容是到各通信运营商公司和设备厂家进行跟岗实习，涉及到的内容有：移动通信系统基站的建设与维护；交换与传输系统管理和维护；光纤传输设施维护；移动终端制造与维修；3G应用等多个方面。通过工业实习使学生对当前移动通信所涉及到具体问题有了充分的感性认识，这对之后实验教学的开展，特别是移动网络方面实训的进行有很好的促进作用。移动通信实验教学的开展涵盖以下几个方面：基础理论仿真、专业实验操作、工程技术实训、创新实验、毕业设计。基础理论仿真是利用MATLAB软件实现：QPSK调制及解调；MSK、GMSK调制及相干解调；QAM调制及解调；OFDM调制解调；m序列产生及特性分析；Gold序列产生及特性分析；数字锁相环载波恢复；Rake接收机仿真实验。例如，OFDM调制解调实验，按照图2OFDM仿真结构图，利用MATLAB程序实现图2中不同测试点处的信号波形。

专业实验操作则是在南京润众RZ6001实验平台基础之上，利用TMS320和GSM模块实现：直接序列扩频编解码；跳频通信；DS/CDMA码分多址；利用AT命令实现GSM/GPRS移动台短信收发、语音呼叫；CDMA数据传输实验。例如，直接序列扩频实验，利用DSP编程实现图3结构功能，并用示波器测量比较各测试点的信号波形。

工程技术实训阶段则是利用3G天线获取实际信号，利用频谱分析仪等仪器实现CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA信号的分析。同时实现基站放大器、塔顶放大器性能指标的测试。例如，图4中给出利用频谱分析仪所测得实际CDMA2000和WCDMA信号的频谱特性。

创新实验阶段主要是针对有兴趣参加各类设计竞赛的学生开展，将全国及各省、校级电子设计大赛题目进行改造，从中选取与移动或无线通信有关，且具有创新性、前瞻性、实用性的方案，经过适当修改作为创新实验阶段的实验案例。学生可以通过这样的实验案例了解各级大赛的要求及特点，教师则也可以在实验教学过程中，选拔优秀学生参加各级大赛，进而提高学生的能力和水平。毕业设计阶段主要是利用实验室实验条件，从学院承担的科研项目中，将某些项目进行简化、修改、重组，转化成通信专业类论文题目，或从本专业最新的科技论文中选择其中合适的内容进行改进，作为通信专业类综合性毕业设计案例，从而将先进的科研成果打造为优质教学资源，实现基础与前沿、经典与现代的结合。为通信类专业学生提供了广阔的选择空间和开放的培养环境。总之，移动通信实验教学体系中基础理论仿真、专业实验操作和工程技术实训是必修课程教学内容，是实验教学的基础与根本[16]。创新实验、毕业设计则是移动通信实验向之后教学、实践环节的扩展与延伸。这样由必修和扩展环节共同构建起移动通信实验教学开放体系。