“信息论与编码”和“通信原理”课程内容的整合探讨

来源:用户上传      作者: 肖　珂　张晓茹　贾宇琛

　　摘要： “信息论与编码”与“通信原理”课程的内容出现了许多融合。如何处理这两个课程之间的关系，是一个重要的问题。本文从两门课程的相互关系、讲课学时的分配、实验安排等方面进行了阐述。
　　关键词：信息论与编码 通信原理 课程 内容
　　
　　一、课程的地位及相互关系
　　
　　“信息论与编码”课程对数学理论要求较高，最初该课程仅被设置为研究生相关专业的必修课。随着信息技术的发展，编码技术已经得到广泛应用，这就要求电子信息类等专业的本科生应该具备一定的信息论基本理论及信源、信道编码理论和技术等方面的基本知识，为从事信息科学的研究和应用打下一个坚实的基础，因此，许多高校在本科教学中开设了“信息论与编码”课程。它是一门运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、数据压缩等问题的应用数学学科，同时也是一门专业基础课程。
　　“通信原理”课程为通信与信息系统的专业基础课。该课程以现代通信系统为背景，系统、深入地介绍现代通信技术的基本原理，内容涵盖信号与随机信号分析、各种模拟调制和数字调制原理、多路复用原理、同步原理和通信网及交换技术等方面。通过本课程的学习，要求学生熟练掌握各种通信方法的基本原理、时/频谱分析及各种通信系统的性能衡量计算，为学生在后续的学习和科研实践中使用和研究通信领域的理论和方法打下基础。
　　河北农业大学信息学院的电子信息科学与技术专业的“信息论与编码”和“通信原理”两门课程分别开设在本科生的二年级下学期和三年级上学期，把这两门课前后衔接起来安排的主要原因是考虑到这两门课程之间的内在联系。
　　
　　二、“信息论与编码”课程融合了许多“通信原理”的内容
　　
　　首先，我们列出2007年电子工业出版社出版的由陈运编写的“信息论与编码”［2］的各章内容。该书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，具体内容如下：第1章、概论；第2章、信源熵；第3章、信道容量；第4章、信息率失真函数；第5章、信源编码（5.2连续信源编码）；第6章、信道编码（6.2线性分组码；6.3循环码；6.4卷积码）；第7章、密码体制的安全性测度。
　　为了比较，下面再列出2001年国防工业出版社出版的由樊昌信主编的“通信原理”［1］各章的内容，该教材是全国高等学校通信和信息工程教学指导委员会编审、推荐出版的一本国家级重点教材，曾获电子工业部优秀教材特等奖、国家教委优秀教材奖。具体内容如下：第1章、绪论（1.4信息及其度量）；第2章、随机信号分析；第3章、信道（3.10信道容量的概念）；第4章、模拟调制系统；第5章、数字基带传输系统；第6章、正弦载波数字调制系统；第7章、模拟信号的数字传输；第8章、数字信号的最佳接受；第9章、差错控制编码；第10章、正交编码与伪随机序列；第11章、同步原理；第12章、通信网。
　　
　　三、“信息论与编码”和“通信原理”讲授课时的分配
　　
　　从上面的对比中，可以看到“信息论与编码”和“通信原理”两门课程的内容有很多重叠的部分。从直观上来说，虽然在课程安排的顺序上考虑到了两门课程内容的内在联系，但是由于学生对“信息论与编码”掌握得不扎实，另外是因为两个学期间间隔一个暑假，学生会忘记“信息论与编码”中的很多内容，从而给“通信原理”的学习带来困难，所以，在讲述“通信原理”前，对前期课程进行复习是必要的。比如熵的计算，“信息论与编码”课程中整个第2章的内容都是在讲信源熵，重点阐述离散无记忆信源的信息量、熵等概念及计算方法和熵之间的相互关系，再由离散无记忆信源推广到有记忆信源，最后引入到连续信源理论，从而减小对随机过程等知识的依赖。在“通信原理”课程中，只是在第1章第4小节中介绍了离散信源熵这部分内容，讲授时作简单重复性介绍即可，只需半个学时。对于信道容量这部分内容，“信息论与编码”课程放在第3章讲解，侧重讲离散信道的信道容量，分别从单符号和多符号两方面描述离散信道的信道容量。“通信原理”课程在第3章的最后一小节中涉及了信道容量的概念，分别讨论了离散信道和连续信道的信道容量，由于在前期课程“信息论与编码”已经提到了离散信道的信道容量，所以重点讲解连续信道的信道容量，也就是著名的香农公式，需用1个学时。“信息论与编码”课程中第5章讲解的是信源编码的内容，5.2小节是连续信源编码，主要讨论的是脉冲编码调制，即PCM。“通信原理”课程是在第7章的第5小节涉及了PCM，所以只做简单回顾即可。“信息论与编码”中第6章信道编码与“通信原理”第9章差错控制编码内容基本一致，因为分组码和卷积码是两种基本而又重要的码，不仅在工程上具有广泛用途，也是学习理解其他编码技术的基础。因此对该课的复习不能只是机械地重复一下学过的概念和理论，还要做相当的练习，这也需要花费一定的时间。按以往的做法，一般采用6学时左右的时间来复习。由于两者在很多概念上是类似的，所以，并行地处理可以做到在概念和观点上两者互相分享，而又能更好地把注意力放在它们之间的相似点和不同点上。这样做提高了学生的学习兴趣，受到了学生的好评。
　　
　　四、实验环节
　　
　　实验教学环节中，同样要根据“信息论与编码”和“通信原理”这两个课程相互融合的特点，对实验的内容进行统一的合理安排。我院对“信息论与编码”这门课没有安排实验，“通信原理”安排的是16学时的实验。其中实验5（抽样定理与PAM通信系统实验）和实验6（PCM脉冲编译码实验）涉及两门课程的重叠部分，所以在实验过程中可以把两个实验安排在一起重点讲解，原来的实验是属于验证性实验，由于经过前期课程的学习使学生有了理论的基础，我们可以把实验改为设计性实验，内容为PAM实验教学系统与抽样定理的小课题设计，这样既加深了学生对于理论知识的理解和运用，又培养了学生分析问题和解决问题的能力。
　　
　　五、结语
　　
　　本文讨论了信息类本科生开设“信息论与编码”和“通信原理”课程的必要性，分析了本科生学习该两门课程面临的问题，并探讨了两门课程教学内容整合的安排。通过对“信息论与编码”和“通信原理”两门课程内容讲授的整合，一方面使学习者了解到两门课程的内在联系和关系，另一方面也为具有存在相似性质的课程讲授提供了有益的探索思路。
　　
　　参考文献：
　　［1］樊昌信，张甫翊，徐炳祥等.通信原理（第五版）［M］.北京：国防工业出社，2001.
　　［2］陈运.信息论与编码（第2版）［M］.北京：电子工业出版社，2007.

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