通信工程數(shù)字信號(hào)處理現(xiàn)況分析論文

　　摘要：數(shù)字信號(hào)處理作為通信工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，隨著數(shù)字化和信息化的迅速發(fā)展，其地位越益重要。通過該課程改革和建設(shè)，擺脫以往課堂教學(xué)紙上談兵和課外作業(yè)僅局限于數(shù)學(xué)推導(dǎo)的局面，讓學(xué)生明確課程學(xué)習(xí)目的和知識(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識(shí)解決工程實(shí)踐問題的能力。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；課程改革和建設(shè)；通信工程；能力培養(yǎng)

　　一、工科院校的數(shù)字信號(hào)處理課程面臨的現(xiàn)狀

　　1.《數(shù)字信號(hào)處理》與先修課程《信號(hào)與系統(tǒng)》內(nèi)容銜接脫節(jié)。信號(hào)與系統(tǒng)是大二第一學(xué)期開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是數(shù)字信號(hào)處理的先修課程，學(xué)生對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)知識(shí)的熟練程度直接決定了是否能夠快速理解數(shù)字信號(hào)處理課程中的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。而數(shù)字信號(hào)處理課程的開設(shè)時(shí)間是在大三第一學(xué)期，通常學(xué)生們對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)陌生，造成了對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程學(xué)習(xí)的困難。2.數(shù)字信號(hào)處理課程理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多。該課程要求數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較高，內(nèi)容比較抽象，需要使用數(shù)學(xué)語言對(duì)問題進(jìn)行描述，缺少直觀性。但因聯(lián)系工程實(shí)踐緊密，這些特點(diǎn)向教學(xué)工作提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，很容易出現(xiàn)“講不清，學(xué)不明，用不上”的情況。3.學(xué)生語言編程能力弱。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)有很強(qiáng)的實(shí)踐性，學(xué)生缺乏扎實(shí)的工程實(shí)踐背景，對(duì)Mat-lab，HDL等編程語言基礎(chǔ)知識(shí)缺乏，導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程和實(shí)踐環(huán)節(jié)非常被動(dòng)。4.課程內(nèi)容豐富與課時(shí)較少矛盾突出。數(shù)字信號(hào)處理課程內(nèi)容十分豐富且涉及面廣，學(xué)習(xí)過程難度增加，但分配的學(xué)時(shí)有限，內(nèi)容豐富和學(xué)時(shí)較少的矛盾突出，不但給掌握知識(shí)帶來障礙，而且給教學(xué)過程帶來不便。5.科學(xué)研究需求給課程教學(xué)內(nèi)容選擇帶來挑戰(zhàn)。由于通信專業(yè)學(xué)生科學(xué)研究側(cè)重于通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此需要對(duì)通信信號(hào)在處理算法的理論和實(shí)踐上進(jìn)行拓展，以滿足通信專業(yè)學(xué)生的課題需求，現(xiàn)有的教材這方面內(nèi)容包羅萬象，如何合理選擇教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容，直接關(guān)系到教學(xué)內(nèi)容的完整性、系統(tǒng)性和實(shí)用性。6.軟件無線電平臺(tái)的出現(xiàn)給數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)帶來新機(jī)�，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)均是在Matlab平臺(tái)上去實(shí)現(xiàn)算法。Matlab是個(gè)虛擬的軟件平臺(tái)，跟實(shí)際的工程實(shí)踐還有距離，軟件無線電平臺(tái)可為工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供原型驗(yàn)證，讓學(xué)生們能真正接觸到實(shí)際的工程應(yīng)用。

　　二、針對(duì)以上現(xiàn)狀，我們進(jìn)行的課程改革和建設(shè)

　　1.教學(xué)內(nèi)容改革。結(jié)合教學(xué)計(jì)劃的修訂工作，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行修訂。增加該課程與先修課程《信號(hào)與系統(tǒng)》的銜接內(nèi)容；增加與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)的多抽樣率數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)；設(shè)計(jì)側(cè)重工程應(yīng)用的多個(gè)課程實(shí)驗(yàn)和綜合性的課程設(shè)計(jì)。數(shù)字信號(hào)處理課程基本上可以分為以下兩大塊內(nèi)容：信號(hào)分析（圖1）和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)（圖2）。其中虛線框部分表示課程改革中新增加的內(nèi)容。由于數(shù)字信號(hào)處理課程與信號(hào)與系統(tǒng)課程開設(shè)時(shí)間相差一個(gè)學(xué)期，大部分學(xué)生對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)中傅里葉級(jí)數(shù)、傅里葉變換、拉普拉斯變換的知識(shí)已經(jīng)生疏，因此在數(shù)字信號(hào)處理課程中，首先增加了對(duì)這些基本概念的回顧，也將所有的變換串聯(lián)起來。在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，新增加的多抽樣速率信號(hào)處理、有效字長(zhǎng)效應(yīng)和軟件無線電平臺(tái)實(shí)現(xiàn)都是跟通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐聯(lián)系最為緊密的部分。2.教學(xué)方法和手段改革。開放教學(xué)手段，加快建設(shè)立體化教學(xué)資源。利用surface電腦授課，將課堂上所有手寫的數(shù)學(xué)推導(dǎo)及教學(xué)錄音保存下來，以供學(xué)生課后隨時(shí)溫習(xí)；建立交互式的《數(shù)字信號(hào)處理》課程網(wǎng)站以及具有豐富課程資源的手機(jī)APP，以便學(xué)生利用手機(jī)、平板或個(gè)人電腦下載、查看課堂資源。課程調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生更喜歡傳統(tǒng)教學(xué)方式下的師生課堂交流。這是因?yàn)檎n堂教學(xué)從一定程度上講是教師的表演，是師生心靈、情感的交流，而一般多媒體教學(xué)形式下，教師的表情、神態(tài)對(duì)學(xué)生影響減弱，從而忽視了多媒體教學(xué)手段所應(yīng)遵循的輔助性原則，忽視了教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)———師生之間的情感交流。而如何實(shí)現(xiàn)多種教學(xué)手段的有機(jī)結(jié)合，達(dá)到最佳的課堂教學(xué)效果，還需要進(jìn)一步探索。3.課程實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)硬軟件平臺(tái)建設(shè)。利用Matlab中的信號(hào)處理工具箱來輔助設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，引入最新的軟件無線電平臺(tái)AES-ZSDR3-ADI-G來驗(yàn)證算法，讓原本枯燥、抽象的理論教學(xué)變得生動(dòng)、形象。同時(shí)，通過實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，也對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容有更深的理解。AES-ZSDR3-ADI-G平臺(tái)的射頻模塊是由ADI公司推出的AD-FMCOMMS3-EBZ-FMC，里面包含的AD9361射頻芯片支持從70MHz到6GHz的載頻。基帶芯片是Xilinx公司的ZC706SoC模塊。該平臺(tái)與Matlab的simulink連接，可驗(yàn)證學(xué)生設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的優(yōu)劣。4.考試方法改革。采用閉卷、課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，判斷學(xué)生掌握課堂內(nèi)容的程度，考試題目側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)概念的理解以及利用理論知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力，提高課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)诳偝煽?jī)中的比重，實(shí)現(xiàn)科學(xué)判定、教考分離。逐步過渡到閉卷考試（50%），課程設(shè)計(jì)（30%），課程實(shí)驗(yàn)（20%）的綜合評(píng)測(cè)模式，改變以往學(xué)生考前死背公式，臨時(shí)抱佛腳，混過考試的現(xiàn)象。通過這種綜合評(píng)價(jià)模式的考核，讓學(xué)生能夠真正理解數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本原理。綜上所述，本課程改革和建設(shè)教學(xué)內(nèi)容上增加與先修課程的銜接，增加與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的多抽樣速率信號(hào)處理知識(shí)，設(shè)計(jì)多個(gè)偏重工程實(shí)踐的課程實(shí)驗(yàn)及綜合性的課程設(shè)計(jì)。授課方式上與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，構(gòu)建立體化的教學(xué)資源。手寫電腦surface授課，代替了傳統(tǒng)的黑板，使課堂中所有的數(shù)學(xué)推導(dǎo)均可保存；適合手機(jī)、平板電腦瀏覽的課程網(wǎng)站的完善以及手機(jī)APP的開發(fā)讓學(xué)生們可以隨時(shí)隨地訪問教學(xué)資源，瀏覽課件，鞏固學(xué)習(xí)。課程設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)上與最新的軟件無線電平臺(tái)結(jié)合，將Matlab設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)在平臺(tái)上調(diào)試、驗(yàn)證，有助于學(xué)生了解工程實(shí)際需求，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力。

　　參考文獻(xiàn)：

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