(一) 案例之一: 我国无线通信技术发展史

通过介绍我国在无线通信技术发展过程中的成就, 提倡家国情怀. 通过分析举国体制、负责任的政府在取得上述成就过程中的作用, 建立制度自信、文化自信.

我国在移动通信技术方面, 经历了从1G/2G完全零基础, 到3G跟随、4G并肩、5G超越的过程. 完成了从无到有, 从落后到领先的跨越式发展. 中国在短短30年内成为无线通信技术的领跑者, 有几个因素起到了关键性作用: a) 广大的用户群; b) 有胆识、有眼光的一批高技术企业(华为、中兴、大唐等); c) 中国政府的积极态度和战略扶持.

事后回头来看, TD-SCDMA的提出及其后续发展是整个逆袭过程中最为关键的一步. 可以说, 没有当初上马TD-SCDMA的决策, 如今我国很可能仍然只能跟随别人的技术路线, 使用别人的设备, 在国际标准上也不会有现在的发言权.

我国移动无线通信行业所取得的跨越式发展成就, 很大程度上应归功于举国体制. 我们要有制度自信. 将我们个人的发展与国家的发展结合起来, 在你从事的专业上勇于创新, 锐意进取, 那么你将收获一种“为国家做出了贡献”的自豪感和使命感, 这是单纯的个人幸福难以比拟的.我们该有“家国情怀”.

具体讲稿、PPT和视频参见附件.

(二) 案例之二: 通过多信道调度技术探讨勇于探索的科研精神

本课程第四部分是关于OFDM系统关键技术的. 其中多信道调度技术是实现吞吐最大化和延迟最小化的关键, 是5G及后续无线网络中与用户体验密切相关的网络资源分配技术.

我们先给出简单的问题模型(多队列、多服务员、随机连接), 然后引入经典的MaxWeight调度策略, 通过举例说明其工作原理, 并揭示其主要缺陷. 由这个缺陷可以直觉性地给出改进思路, 得到SSG策略.并通过仿真结果验证了改进方案的优越性.

至此, 可以引出“接下来该干嘛”的追问.

许多学生满足于给出“解决方案”, 没有追问“怎样才能更好”的习惯. 在本案例中, 通过直觉性改进得到SSG策略是容易想到的, 基于该方案的仿真验证也是不困难的. 此时容易限于一个常见的误区, 那就是满足于SSG的性能提升, 不再追问“怎样更好”, 甚至连“什么是最好”都不知道.

事实上, 多信道调度的困难恰恰在于定义“最好”, 本部分后续的主要内容就是定义最佳延迟、最佳吞吐, 这都需要大偏差分析作为主要手段. 如果满足于“比现有方案性能更好”, 则无法真正洞察最佳方案的性质, 也难以做到真正的“解决问题”.

通过该案例, 我们希望强调追求极致的重要性, 提倡用于探索的精神, 并指出这种持续追问的具体逻辑和方向, 帮助学生掌握其中的关键思路.

(三) 案例之三: 从ALOHA协议的适用范围看严谨的工匠精神

本课程第五部分讨论的是随机访问控制策略. 这是无线网络中进行无中心的资源管控的关键技术, 在无线局域网中具有核心地位.

作为最早出现的随机访问控制协议, ALOHA通常被作为首先讨论的内容. 然后, 针对其完全不监听信道的缺陷, 引入后续的CSMA(载波监听多路访问)和CSMA/CD(CD指冲突检测). 这一讲解逻辑已有多年的历史, 在许多经典教材中都采用这样的讲法. (例如坦尼伯姆的《计算机网络》第4版). 但是, 这样的讲解容易产生一个错误的印象, 那就是ALOHA的设计者是个傻瓜: 载波监听的明显好处被忽略了.

但事实并非如此. 监听信道只在局域网里才有效, 而通过信号强度来检测冲突在无线网络环境中非常困难. 所以, ALOHA其实有其特定的适用场景.

本课程中, 我们通过卫星信道的例子来展示基于CSMA进行MAC的荒谬之处, 从而凸显该案例的主旨: 对于技术沿革要采用严谨审视的态度, 而不应仅仅根据局部的证据做简单外推. 从某种角度看, 工匠精神的内核就是严谨, 对任何技术性定量结论的严谨.

仅就本案例而言, 严谨地理解各类不同技术之间的区别, 而不是简单地迷信“技术进化”的错觉, 有助于帮助学生养成严谨对比技术选项的适用范围的习惯, 从而在未来的科研工作中做出正确的选择.