我校物聯網專業通信原理課程的探討

1.引言

物聯網即物物相連，是互聯網的延伸和擴展。而物聯網工程專業作為2010年國家教育部公佈的新增的專業，旨在培養能夠系統地掌握物聯網的相關理論、方法和技能，具備通信技術、網絡技術、傳感技術等信息領域寬廣的專業知識的高級工程技術人才[1]。

物聯網的體系結構主要分為三層：底層為感知層，主要由大量的感知設備組成，物聯網通過感知層便能延伸到萬物；中間層為網絡層，最關鍵核心的位置，其作用是“傳送”消息，為傳感層和應用層搭建了橋樑；最高層為應用層，作用是實現處理，用於對下層的數據進行融合處理，實現對物體的'實時性控制和管理。

2.課程開設的必要性及課程安排

2.1課程開設

從物聯網的架構體系中可以看出，物聯網技術也是交叉於電子、通信、網絡、計算機學科的綜合技術。而物聯網工程作為新增專業，任何學校的專業課程體系都處在探索研究階段，然而把通信原理作為物聯網工程專業的核心課程是獲得一致肯定的。

通信原理課程作為物聯網工程專業的通信類核心課程，是為讓學生對信號產生、傳輸、調製和解調有基本的認識，能夠熟知整個通信系統的工作過程。一方面該課程理論性強，概念繁多，知識抽象，公式複雜，知識體系交叉於高數、電路等課程，難度大，課程枯燥，難以調動學生積極性。另一方面物聯網工程專業學生由於需要學習電子、網絡、計算機、通信相關課程，因此很難有足夠的學時學習通信相關的所有課程，對於大多數學生的要求也不能如通信工程專業學生一樣。因此如何把通信原理課程合理的講解，讓學生能夠深入淺出的明白通信理論是需要物聯網專業老師不斷探討改進。

2.2課程建設

2.2.1理論課程

結合我校物聯網工程的教學計劃，通信原理的課時為：52理論學時+34實驗學時，該課程前期並未開設信號與系統課程。在通信原理課程前期，如何讓學生理解信號、理解通信系統成為了主要問題。針對學生這一特點，筆者主要將通信原理課程的學習分為四個階段：

一階段：讓學生認識信號，熟悉基本信號函數，瞭解通信系統的整個原理過程，知道學習重點所在。學時安排為8學時。

二階段：通過電路引入通信系統的數學模型，讓學生能夠理解信號在時域與頻域的不同特性，能看懂信號的波形與頻譜。學時安排在12學時。

三階段：前兩階段都是為了學生能夠入門通信系統，本階段是課程的核心所在，該階段的學習任務是調製系統、模擬數字信號轉換、信號在信道的傳輸特性以及信號的解調。安排學時在24學時。

四階段：這一階段主要是為學生介紹通信相關的技術，由於涉及的內容複雜，對大多數學生只要求瞭解，讓有興趣的學生可以深入研究，主要內容包括同步技術、複用和多址技術等。安排學時為8學時。

2.2.2實驗課程

在傳統的通信原理實驗中，常常是使用示波器，函數發生器，頻譜儀進行信號的波形及頻譜的觀察和分析，然而硬件設備也存在着不足，首先硬件設備費用高、使用壽命短，其次硬件設備侷限性大，只能完成指定的實驗範圍；另外，由於實驗設備在使用過程容易受外界干擾，如電磁干擾、無線干擾等，常常致使信號容易發生失真，不易準確觀察等缺陷。因此，實驗課程不再使用傳統的示波器和頻譜儀進行實驗，而是採用MATLAB軟件進行實驗。

MATLAB是由美國Mathworks研發的軟件，主要用於算法開發、數據分析以及數據的可視化，主要由Simulink和MATLAB兩部分組成。MATLAB是當下使用最為廣泛的數學仿真軟件之一，而在通信原理中，可以利用MATLAB的函數庫、模塊庫功能，在可視化環境中觀察信號處理的過程，將抽象的波形變換、頻譜搬移在可視化環境表現出來，讓學生能真實理解通信過程，加強學生的學習熱情，提高教學質量。MATLAB能對所有的數字信號和模擬信號進行仿真。

實驗學時共34學時，採用MATLAB軟件進行實驗，編程語言採用c語言。由於學生具備c言語編程基礎，因此對軟件的使用可以很快掌握。具體的實驗課程安排見表1。

3.小結

通信原理作為物聯網工程的專業必修課，在教學過程中存在着學生基礎知識薄弱，教學難度大特點。因此，學校在安排課程時應結合學生的特點，因地制宜的安排學習內容，可適當降低理論難度，重點是讓學生理解通信系統的過程，對通信有整體認識。由於我校物聯網工程專業依附於計算機學院下，物聯網工程專業偏向於軟件應用的特點，可在課程中結合MATLAB軟件，讓學生可以通過軟件仿真實驗去理解通信過程，並在學習過程引入合適的項目作為嚮導，讓學生知道通信技術在物聯網中的重要性，因此更好的激發學生的學習熱情。