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通信设备课程教学方法分析论文
摘要：本文基于大规模集成电路和软件无线电技术的发展，以及航空通信装备更新和任职教育教学方法的改革，在对部队任职岗位需求和院校课程教学内容变化深入研究的基础上，通过课堂教学实践探索、提炼总结，提出了“层层剥离法”“信号跟踪法”等新的教学方法，并结合“航空通信设备”课程给出应用实例。
关键词：大规模集成电路；任职教育；课程；教学方法改革
教学改革是院校发展的永恒动力，部队装备发展和训练模式更新是院校教学改革的源泉，军队岗位任职院校新装备课程内容和教学方法改革是改革的重中之重。海军航空工程学院青岛校区“航空通信设备课程教学改革”课题组，近年来始终把部队新装备尽快形成战斗力作为重要议题来研究、实践，并取得了初步成效。本文针对航空通信装备采用超大规模集成电路和软件无线电技术实际，重点探讨教学方法的改革。
一、部队装备发展现状
部队装备更新换代，既是科学技术发展的必然，又是现代战争的急需，更是大势所趋。院校是为部队培养各类人才的主阵地，针对部队装备的发展变化，院校应主动跟踪，及时采取措施，以确保人才培养质量。在部队现役主战机种中，航空通信装备更新换代的速度居飞机及其机载设备发展前列，已经成为飞机战斗力不可或缺的重要组成部分。纵观信息技术及其产品的发展历程，航空通信装备更新换代在本质上也是微电子技术和软件无线电技术应用所带来的结果。微电子技术的发展使大规模集成电路集成度更高、通信装备体积更小，它是软件无线电技术发展的物质基础。软件无线电技术是在通用化、标准化、模块化硬件平台基础上，采用可编程体系结构，尽可能减少硬件电路和模拟环节，将A/D、D/A变换向天线端靠近，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。也就是说，软件无线电技术是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”无线通信，其重要价值在于，将传统的硬件无线电通信设备作为无线电通信的基本平台，而许多通信功能则是由软件来实现，打破了有史以来设备的通信功能实现，仅仅依赖于硬件发展的格局。软件无线电技术的出现，是现代通信领域继固定通信到移动通信、模拟通信到数字通信之后的第三次革命。软件无线电技术基本思想是建立一个具有通用、开放的“模数变换器—数字信号处理器—数模变换器”模型硬件平台，在这个平台上，通过软件编程实现各种通信频段的选择（如高频、甚高频、特高频）；实现传送信息抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换；实现不同的信道调制方式的选择（如调幅、调频、单边带、跳频、扩频以及跳扩结合）；等等。由此可见，在航空通信装备中运用软件无线电技术后，通信装备的大部分信号处理电路已被“软件化”，并集成到信号处理芯片（大规模集成电路）中，使经典的、基于硬件电路的设备课程教学方法不再适用，必须进行改革。
二、教学内容更新变化
在军事航空通信领域，“航空通信设备”课程是超大规模集成电路应用的典型代表，与地面其他同类型装备相比，由于航空通信设备是机载装备，对体积、重量和环境适应性等指标有更高的要求，其特色鲜明。伴随着信息、电子、计算机等技术的发展，“航空通信设备”课程内容更替，也经历了从电子管、晶体管、集成电路各个阶段，一直发展到今天的超大规模集成电路时代，但从装备维护、保养的角度看，部队岗位需求变化并不大。航空通信装备是部队无线电师岗位主要工作内容之一，其维护、保障的基本要求是理解装备技术性能产生的机理并会解读、掌握装备的工作原理和信号处理变换流程，能够依据“法规”和“操作规程”对装备实施通电检查、性能测试、故障排除等维护、保养工作。与以往教学内容相比，如今“航空通信设备”课程内容已发生较大变化，尤其是信号变换、处理过程已明显不同，独立的接收机、发射机的概念已被逐步淡化，取而代之的是收发一体的“收通道”和“发通道”。如图1所示的现役飞机某型短波单边带电台收发信机原理简化框，从中可以看出，电台工作在“数据”和“话音”两种状态，且两种状态下信号变换、处理过程基本相同，现以数据“发”为例，介绍其工作过程。当“数据设备”通过接口向电台发出传输数据命令后，调制解调器根据此数据流，由软件采用一定的算法，产生音频数据信号，这一过程叫调制（信号仍为数据信号）；然后，将音频数据信号传输到主控制器单元，经调制、上变频、D/A转换后，形成中频信号，送到射频通道作进一步处理，这样，电台便将“数据设备”的数据以射频信号形式通过天线发送出去。接收则是发射的逆过程。由上述电台信号处理过程可见，第一，信号的处理为“收通道”和“发通道”共用，采用超大规模集成电路和单片机技术，使体积更小、速度更快、可靠性更高、性能更优越；第二，信号的调制与解调采用软件无线电技术，并进行数字化处理，使原本“形象”“可见”的信号处理过程变成“隐性”或“暗箱操作”。显然，课程教学内容的变化，必将给课堂教学实施带来了挑战。
三、教学方法改革举措
当然，课程内容变化是缓慢的，教学方法改革是逐步深入的。随着部队装备发展，课程组对教学方法的研究、探索、尝试也在不断进行，部分方法改革经过几期教学实践已经逐渐成形。
（一）层层剥离法
航空通信装备一般由收信机、发信机、天线和控制盒等组成（通常称外场可更换单元LRU），收信机、发信机内再由8—10块插板构成（称内场可更换单元SRU），LRU或SRU相互间由电缆或总线连接，构成一部完整电台，与此相对应，电台详细技术资料通常将其分为整机、分机（对应LRU）和单元（对应SRU）电路结构及原理框图，当然，一部分装备还有以电子元器件为单元的详细线路图。层层剥离法一般是指将电子装备技术资料结合技术理论转换成教学内容的常用方法，即由装备整机电路结构和原理框图开始组织教学内容，这是第一层；再将整机框图中的每一个单元框依据其实现的功能进一步细化展开，这是第二层，以此类推，逐步深入，层层剥离，直至可以剥离到起重要作用的关键电子元器件上。仅定性地反映了各种频率的变与不变以及变换过程，而且定量地表达出频率值的高和低，便于学员对电台工作原理的深入理解（注：x、y、z为具体的频率数值）。如图3所示的是第一本振器原理框图，对比图2中“第一本振器”方框，从图3中可以进一步阐明f一本产生的机理、采用的频率合成技术和频率数值计算的依据。层层剥离法与传统通信设备课程“总—分—总”教学法相比，区别是其关注的重点不同，“总—分—总”侧重于装备整机组成框图到分机电路的转换，建立设备的总体概念，以及分机电路在整机框图中的位置（地位），适合以分立电子元器件为主的通信设备教学。层层剥离法其核心思想是由表及里，层层深入，以信号的处理变换为研究对象，逐步揭示通信设备内部工作机理，为学员逻辑思维奠定物质基础，这种方法适合大规模集成电路为主的通信设备教学。
（二）信号跟踪法
在飞机外场维护中，维护人员通常是通过对电台的内外部检查及通电检查，来判断电台的工作是否正常，判断的依据是电台的信号处理变换流程，它是电台工作的本质所在。信号跟踪法是基于航空通信设备内部信号时序路径，并借助信号对应的时域、频域变换方式和原理框图，以各级电路单元完成的信号处理、变换为线索，进行逐级分析、研究，建立起对通信设备工作机理的理性认识。进一步讲，信号跟踪法对通信设备构成的电路或电子元器件关注较少，对设备信号的产生、处理变换、传输和再现研究较多，它更适用于本科后任职、“直通车”类型（即三年本科基础加一年岗位任职）教育，以及大规模集成电路构成的电子装备类课程（如软件无线电设备）教学。例如，图1中数字业务和主控器单元的主要功用是实现电台的信息加载（调制）和卸载（解调），完成单边带变换和逆变换，其电路结构是基于大规模集成电路的软件无线电体制。电台发射时，主控器对音频信号fΩ经A/D转换、调制、上变频、D/A转换等处理后形成含有调制信息的zkHz中频信号，再送往信道单元，接收时，信号处理过程与发射时相反，这就是电台信号处理变换的主要时序流程，如图4所示。由此可见，在实施图1数字业务和主控器单元教学时，首先，应该清楚该单元要实现的功能，并由功能推断出要实现信号处理变换方式，以及信号时序流程；其次，依据功能框定出电路基本结构（框图）；最后，画出信号处理变换时序流程图，数字业务单元的主要工作机理便一目了然了。综上所述，随着部队装备发展、战法训法改革，军队任职院校对任职教育规律、教学模式的探索正积极有效地进行着，新的教学模式方法不断涌现，呈现出良好的发展态势。课程组经过多年摸索，在以往教学方法的基础上，推陈出新，提出的“层层剥离法”“信号跟踪法”教学方法，已取得了满意效果；“瓦片式排列法”“问题解析法”教学方法正在实践、研究、修正之中，相信也一定能够取得佳绩。
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