《扩频通信》课程教学实践初探

【摘要】扩频通信理论是当代通信系统设计的基础，也是通信工程专业的重要课程。作者结合多年的教学实践，针对扩频通信课程涉及知识面广、理论性强、实验设计难度较大等特点，探讨了相关的理论与实验教学方式方法，取得了一定效果。

【关键词】扩频通信教学实践实验教学Explore the Teaching Schemes of Direct Spreading Spectrum System Kun Yan

（Guangxi， Guilin， Guilin University of Electronic Technology）

Abstract： As the theoretical foundation of the most popular communication systems， Direct Spreading Spectrum System （DSSS） is one of the most important courses in Telecommunication. In this paper， we explore the novel ideas and the useful strategies for teaching based on the features of the DSSS. The development from traditional education to education through inspiration can be achieved thereupon.

Keywords： DSSS， Teaching Practice， Experiment Teaching

引言

扩频通信在军事和民用通信领域中占有重要地位，相关应用越来越广泛。作为通信原理的后续课程，通信与实际联系紧密，深入认识扩频通信的相关知识能为今后的工作打下坚实的基础，使学生更好的与社会接轨，提供其就业竞争力。作为一门多学科、专业交叉渗透的综合性课程，如何有效开展相关理论与实验教学，让学生更深入、更形象地理解所讲授的内容，提升学生的学习热情，最大化课堂教育效果是探讨的热点与难点。经过多年教学，作者总结了扩频通信的教学难点，提出了相关教学方式方法。

一、主要问题

扩频通信[1]的教学涵盖了通信工程教学中的大部分知识。通过长期的教学，笔者发现这门课的教学难点主要表现在以下方面：

1.1涉及其他课程知识较多

作为当代通信系统设计的重要理论，扩频通信系统的设计涉及了全部通信工程专业的主要课程。其中通信原理被应用于扩频通信的误码率分析中、信号与系统被应用于扩频信号的频谱分析中、编码与信息论被应用于扩频码的设计中。这种现状为教学工作带来了较大难度。

一般而言，扩频通信被安排在通信系统本科专业教学后段，学生已经完成了大多数课程学习。但是由于遗忘和僵化教学等原因，很难要求学生随时灵活运用各种知识。教师在课堂上常常要为学生复习各种课程的相关理论。但由于涉及面广、知识量大，复习的效果并不如人意。甚至会好心办坏事，将学生本就混乱的知识体系搅乱。

1.2实验设计的创新难度大

扩频通信系统实验一般在Matlab仿真平台上完成。由于系统理论已经成熟，现有实例程序较多，很难对其进行创新。曾有人探索用system view或simulink进行扩频通信系统仿真[2，3]，但受限于时间与设备等因素，如何跳出现有的框架，从新的角度更有效地教授学生仍没有一个完美的答案。

由于实验设计的老旧，很难调动学生的积极性。即使将程序设计作为考核内容，学生们也常常从网络或其他途径找到相关程序应付了事。这种现状更加大了教学的难度。

1.3扩频码设计教学难度高

扩频编码属于编码理论的一个分支。作为通信理论中的最抽象部分，编码理论的教学是整个通信工程专业教学中的“硬骨头”。虽然有信息理论与编码理论的基础，但由于大多数的学生并不能理解编码设计的原理，扩频编码的设计教学难度仍然很大。大多数的教师只能停留在教授学生几个移位寄存器的设计方法，更深层的编码理论无法引入教学过程中。清华大学的扩频通信教材试图将编码的基础知识（有限域）引入扩频码的教学中，但只是隔靴搔痒，并不能解决根本问题。

二、改进措施

多年来，我们不断探索扩频通信的教学方法，总结出一套行之有效的教学方案。实践证明这些方法能够提高学生的学习兴趣，改善教学效果。

2.1打好基础

针对扩频通信涉及知识面广的学科特点，我们采取先复习，后讲课的方式进行教学。在课程开始的前三次课依次为学生复习通信原理中误码率分析、信号与系统中频率分析、信息论中信息量计算等内容。重点是向学生介绍有限域的基础概念[4]，并将现有的编码设计方法向学生进行简单说明。虽然花费了教学时间，但这种教学方法能够在教学初期为学生复习所学知识，为之后的学习打下坚实基础。

由于涉及的相关知识较多，学生之间的基础也存在差异，我们不可能也没有必要在课程上复习所有相关知识。为此，我们总结了扩频通信涉及的知识框架（如图1所示）。借助于该框架，可以让学生清楚的认识到相关知识之间的联系，让学生较容易明白相关知识复习的必要性，认识扩频通信系统设计的重要性。同时，也能帮助学生进行自我对照，找出薄弱环节有针对的学习，以弥补教师在课程复习中的不足。并且能够为学生建立较好的学科体系。经过多年总结，我们总结出以下扩频通信相关的知识结构框图应用于教学中：

2.2实验教学

在扩频通信的授课过程中，完成相关的基础实验内容。这种将实验引入教学的方法已经被广泛应用于工科院校的各种课程中，其效果是显著而且良好的。学生的积极性被调动起来，抽象的理论被具象化。在我们的应用中主要强化以下两点：一是将课堂上的实验与课后的作业相结合。比如，我们将常见的简单扩频通信系统设计放在课堂上介绍，在课后作业中要求学生解释由教师提供的程序的物理意义。这种方法能够较好的训练和检测学生对所学内容的了解。二是将扩频通信的原理与实际的系统结合，考核学生设计满足某种条件的扩频系统能力。常见的CDMA系统设计就是基于扩频通信系统的，我们为学生指定某种国际标准下的信道模型，设定合理的通信系统参数，指导学生设计满足各项要求的扩频通信系统。这种教学和考核方法能够加强理论课程的实践性，并且将老旧的程序设计具体化、特殊化，培养学生的实际动手能力，满足工业界对通信专业毕业生的需要。

2.3寓教于乐

兴趣是最好的老师，所以如何在将教学变得有趣是教师的重大课题。扩频通信作为一门理论专业课，内容比较抽象枯燥，寓教于乐的难度较大。我们希望用下面的方法来达到这样的效果。

首先，在教学中引入课程的背景知识。作为二战时期发展出来的通信理论，扩频通信的发展历史具有一定传奇色彩，对这段历史的介绍能够激发学生对学科的兴趣。特别是扩频通信的发明人，海蒂·拉玛女士，作为好莱坞知名演员和通信专家，其人生经历就能够编成一部优秀的电影。无独有偶，编码理论的奠基人，伽罗华的人生经历更具特色，这些历史的引入很好地丰富了学科背景，调剂了紧张的教学过程，并将具体的人物投射在抽象的理论中，能够很有效的提高学生的学习兴趣。

其次，鼓励学生学习相关学科最先进的科研成果，为学生梳理理论发展的脉络。扩频通信的研究发展一直没有停止。虽然相关基础通信理论已有较好发展，但更优的编解码方法和扩频抗干扰的研究从来没有停止过。我们希望在教学中引入一两篇最新的扩频通信方面论文，指导学生阅读。加强课程与当下科研发展的联系。

总之，我们希望能将教学从课本的知识延伸开去，追溯学科历史，展望发展前景。这种谈古论今式的教学方法常出现在文科类的教学中，工科教学中使用较少。相信会给学生带来新鲜感。事实上，国外相关领域的授课常常采用这种方式，比如，数学课教授常常从数学史的发展入手，用时间线连起看似无关的各种学科知识，进而介绍本课程的内容，这样的教学能够较好的将知识趣味化，也能避免只见树叶不见树的教学盲区，为学生打开兴趣之门。

2.4编码教学

编码教学是扩频通信教学过程中的重点难点，为了将这一个部分与其他通信知识融会贯通，这里的教学重点应该放在扩频码的使用与效果上。但是这并不意味着编码设计不需要考虑。相反，编码设计才是能够引起学生兴趣和学习热情的部分。现有教材上的编码设计方法着重在查表法，常常有学生提出疑问：我们所用的编码表从何而来？为了解决学生的问题，我们在课上点出编码设计的几种方法，如，搜索法，椭圆曲线相关理论。由于这些知识本身的复杂性，这部分介绍的重点放在知识背景和理论框架的建立，目的在于为学生指出方向，是其未来能够通过学习按图索骥，如果有兴趣，也能继续在这个方面进行探索。

三、结语

以上的教学方法已经被初步应用于我们的教学过程中，教学成果有明显改善。学生对扩频通信的兴趣大大提高，课堂气氛更为轻松活泼，实践经验增加较多，这样的教学成果能够较好地服务于学生未来的工作。如何进一步改善教学手段，提高教学效率是我们未来的工作重点。

参考文献

[1]朱近康.扩展频谱通信及其应用[M].北京：中国科学技术大学出版社， 1993.

[2]李颖，朱伯立，张威. Simulink动态系统建模预防针基础[M].西安：西安电子科技大学出版社， 2004.

[3]张竞秋. Matlab/Simulink仿真实验在扩频通信课程教学中的应用[J].科技咨讯， 2009.

[4]邢伟.近世代数[M].科学出版社， 2009.