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通信工程數字信號處理現況分析論文
摘要：數字信號處理作為通信工程專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課程，隨著(zhù)數字化和信息化的迅速發(fā)展，其地位越益重要。通過(guò)該課程改革和建設，擺脫以往課堂教學(xué)紙上談兵和課外作業(yè)僅局限于數學(xué)推導的局面，讓學(xué)生明確課程學(xué)習目的和知識的應用領(lǐng)域，調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性，培養學(xué)生利用理論知識解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力。
關(guān)鍵詞：數字信號處理；課程改革和建設；通信工程；能力培養
一、工科院校的數字信號處理課程面臨的現狀
1.《數字信號處理》與先修課程《信號與系統》內容銜接脫節。信號與系統是大二第一學(xué)期開(kāi)設的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎課，是數字信號處理的先修課程，學(xué)生對信號與系統知識的熟練程度直接決定了是否能夠快速理解數字信號處理課程中的數學(xué)推導。而數字信號處理課程的開(kāi)設時(shí)間是在大三第一學(xué)期，通常學(xué)生們對信號與系統的知識點(diǎn)已經(jīng)陌生，造成了對數字信號處理課程學(xué)習的困難。2.數字信號處理課程理論性強，數學(xué)公式推導多。該課程要求數學(xué)基礎較高，內容比較抽象，需要使用數學(xué)語(yǔ)言對問(wèn)題進(jìn)行描述，缺少直觀(guān)性。但因聯(lián)系工程實(shí)踐緊密，這些特點(diǎn)向教學(xué)工作提出了嚴峻的挑戰，很容易出現“講不清，學(xué)不明，用不上”的情況。3.學(xué)生語(yǔ)言編程能力弱。數字信號處理技術(shù)有很強的實(shí)踐性，學(xué)生缺乏扎實(shí)的工程實(shí)踐背景，對Mat-lab，HDL等編程語(yǔ)言基礎知識缺乏，導致學(xué)習過(guò)程和實(shí)踐環(huán)節非常被動(dòng)。4.課程內容豐富與課時(shí)較少矛盾突出。數字信號處理課程內容十分豐富且涉及面廣，學(xué)習過(guò)程難度增加，但分配的學(xué)時(shí)有限，內容豐富和學(xué)時(shí)較少的矛盾突出，不但給掌握知識帶來(lái)障礙，而且給教學(xué)過(guò)程帶來(lái)不便。5.科學(xué)研究需求給課程教學(xué)內容選擇帶來(lái)挑戰。由于通信專(zhuān)業(yè)學(xué)生科學(xué)研究側重于通信系統的設計，因此需要對通信信號在處理算法的理論和實(shí)踐上進(jìn)行拓展，以滿(mǎn)足通信專(zhuān)業(yè)學(xué)生的課題需求，現有的教材這方面內容包羅萬(wàn)象，如何合理選擇教學(xué)和實(shí)踐內容，直接關(guān)系到教學(xué)內容的完整性、系統性和實(shí)用性。6.軟件無(wú)線(xiàn)電平臺的出現給數字信號處理實(shí)驗和課程設計帶來(lái)新機�，F有實(shí)驗和課程設計均是在Matlab平臺上去實(shí)現算法。Matlab是個(gè)虛擬的軟件平臺，跟實(shí)際的工程實(shí)踐還有距離，軟件無(wú)線(xiàn)電平臺可為工程產(chǎn)品設計提供原型驗證，讓學(xué)生們能真正接觸到實(shí)際的工程應用。
二、針對以上現狀，我們進(jìn)行的課程改革和建設
1.教學(xué)內容改革。結合教學(xué)計劃的修訂工作，對數字信號處理課程的教學(xué)計劃和教學(xué)內容進(jìn)行修訂。增加該課程與先修課程《信號與系統》的銜接內容；增加與通信系統設計有關(guān)的多抽樣率數字信號處理知識點(diǎn)的教學(xué)；設計側重工程應用的多個(gè)課程實(shí)驗和綜合性的課程設計。數字信號處理課程基本上可以分為以下兩大塊內容：信號分析（圖1）和數字系統設計（圖2）。其中虛線(xiàn)框部分表示課程改革中新增加的內容。由于數字信號處理課程與信號與系統課程開(kāi)設時(shí)間相差一個(gè)學(xué)期，大部分學(xué)生對信號與系統中傅里葉級數、傅里葉變換、拉普拉斯變換的知識已經(jīng)生疏，因此在數字信號處理課程中，首先增加了對這些基本概念的回顧，也將所有的變換串聯(lián)起來(lái)。在數字系統設計部分，新增加的多抽樣速率信號處理、有效字長(cháng)效應和軟件無(wú)線(xiàn)電平臺實(shí)現都是跟通信系統設計和工程實(shí)踐聯(lián)系最為緊密的部分。2.教學(xué)方法和手段改革。開(kāi)放教學(xué)手段，加快建設立體化教學(xué)資源。利用surface電腦授課，將課堂上所有手寫(xiě)的數學(xué)推導及教學(xué)錄音保存下來(lái)，以供學(xué)生課后隨時(shí)溫習；建立交互式的《數字信號處理》課程網(wǎng)站以及具有豐富課程資源的手機APP，以便學(xué)生利用手機、平板或個(gè)人電腦下載、查看課堂資源。課程調查中發(fā)現，不少學(xué)生更喜歡傳統教學(xué)方式下的師生課堂交流。這是因為課堂教學(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)對學(xué)生影響減弱，從而忽視了多媒體教學(xué)手段所應遵循的輔助性原則，忽視了教學(xué)中的重要環(huán)節———師生之間的情感交流。而如何實(shí)現多種教學(xué)手段的有機結合，達到最佳的課堂教學(xué)效果，還需要進(jìn)一步探索。3.課程實(shí)驗及課程設計硬軟件平臺建設。利用Matlab中的信號處理工具箱來(lái)輔助設計數字濾波器，引入最新的軟件無(wú)線(xiàn)電平臺AES-ZSDR3-ADI-G來(lái)驗證算法，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(guò)實(shí)踐環(huán)節培養了學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，也對課堂教學(xué)內容有更深的理解。AES-ZSDR3-ADI-G平臺的射頻模塊是由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�；鶐酒荴ilinx公司的ZC706SoC模塊。該平臺與Matlab的simulink連接，可驗證學(xué)生設計的數字濾波器的優(yōu)劣。4.考試方法改革。采用閉卷、課程實(shí)驗、課程設計對學(xué)生進(jìn)行測試，判斷學(xué)生掌握課堂內容的程度，考試題目側重于考查學(xué)生對概念的理解以及利用理論知識來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高課程設計成績(jì)在總成績(jì)中的比重，實(shí)現科學(xué)判定、教考分離。逐步過(guò)渡到閉卷考試（50%），課程設計（30%），課程實(shí)驗（20%）的綜合評測模式，改變以往學(xué)生考前死背公式，臨時(shí)抱佛腳，混過(guò)考試的現象。通過(guò)這種綜合評價(jià)模式的考核，讓學(xué)生能夠真正理解數字信號處理的基本概念、基本原理。綜上所述，本課程改革和建設教學(xué)內容上增加與先修課程的銜接，增加與通信系統設計相關(guān)的多抽樣速率信號處理知識，設計多個(gè)偏重工程實(shí)踐的課程實(shí)驗及綜合性的課程設計。授課方式上與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)相結合，構建立體化的教學(xué)資源。手寫(xiě)電腦surface授課，代替了傳統的黑板，使課堂中所有的數學(xué)推導均可保存；適合手機、平板電腦瀏覽的課程網(wǎng)站的完善以及手機APP的開(kāi)發(fā)讓學(xué)生們可以隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)教學(xué)資源，瀏覽課件，鞏固學(xué)習。課程設計與實(shí)驗上與最新的軟件無(wú)線(xiàn)電平臺結合，將Matlab設計的數字系統在平臺上調試、驗證，有助于學(xué)生了解工程實(shí)際需求，培養學(xué)生運用理論知識解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。
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