将学科前沿研究贯穿于基础理论教学过程中

[摘 要] 《通信原理》课程是通信、信息、电子等信息大类专业本科生的一门重要专业基础课程，其特点是理论性强、概念抽象、知识点多，且多是建立在数学模型之上。文章针对《通信原理》课程传统教学方法存在的问题，探讨将学科前沿研究贯穿于基础理论教学过程的教学方法。实践证明，在基础理论教学的同时引入科研前沿研究的教学方法，不仅能使学生掌握扎实的基础理论知识，而且丰富学生的学科前沿知识，对提高学生的学习兴趣、主动性和积极性，培养学生的科研创新思维和能力，都具有重要意义。

[关键词] 前沿研究；基础理论；《通信原理》课程

[作者简介] 万海斌，广西大学物理科学与工程技术学院讲师，研究方向：无线通信，广西 南宁，530004

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2013）03-0036-0003

一、引 言

《通信原理》课程是通信、信息、电子等信息大类专业本科生的一门重要专业基础课程，其在信息大类专业课程体系结构中起着非常重要的作用，是学习后续专业课程诸如移动通信、光纤通信等课程的基础，同时也是诸多高校的电子信息类专业硕士研究生招生入学考试的必选科目之一。由于该课程教学效果的好坏不仅直接影响到后续相关专业课程教学的质量，还会间接影响到参加研究生入学考试学生的成绩，因此，各个高校一直把该课程视作重点建设课程之一。《通信原理》的基本知识主要是围绕“香农三大定理”进行扩展拓宽，该课程的特点是理论性强、概念抽象、知识点多，并且多是建立在数学模型之上，这就要求学生的数学基础扎实、抽象思维好。因此，学生学起来感觉到很困难并且会觉得理论与实际结合不紧密从而产生厌学情绪。因此，如何提高《通信原理》课程的教学质量，改善教学效果，提高学生对该课程的信心和兴趣，培养学生分析问题和解决实际问题的思维与能力，以及创新思想的培育等成为广大教师关心的问题。本文首先从分析《通信原理》课程教学存在的问题出发，然后就如何将学科前沿研究贯穿于基础理论教学过程方面进行一些改革和探索。

二、《通信原理》课程教学中存在的问题

《通信原理》课程的基本理论知识主要是围绕“香农三大定理”进行扩展拓宽，主要讲授的内容有：信道模型，信号调制与频谱分析，数字基带和带通传输，差错控制编码、正交编码以及同步技术等[1]；并且讲授方式多是采用教师讲、学生听记的传统的单向信息传输教学方式。因此，《通信原理》课程传统教学中存在以下问题：（1）教学内容陈旧，新知识稀缺；（2）教学方式和手段单一；（3）实验教学内容陈旧，设备单一、落后；（4）学生的学习兴趣和积极性不高。针对以上问题，笔者通过将学科前沿研究热点结合到基础理论教学当中，以提高学生的学习兴趣与积极性，培育学生的科研兴趣与创新能力，从而提高教学质量。

三、前沿研究与基础理论相结合

虽然说通信原理最基本的出发点和归宿还是“香农三大定理”，但是，当今通信技术的发展可以说一日千里，《通信原理》课程教学内容确实已经跟不上时代的步伐。要想提高学生的学习兴趣和积极性，必须借助先进的手段，引入最新的学科前沿研究热点内容，开阔学生的视野，拓展学生的发散性思维。笔者从以下几个不同的知识点，论述如何从教材的基本知识点出发，不断引入最新的学科前沿研究热点和问题，从而激发、培育学生的学习兴趣与创新思维。

（一）信道容量

在教材中对连续信道容量的表述为：对于带宽为B（单位：Hz）、平均功率为S（单位：W）的高斯白噪声（噪声功率为N）连续信道的信道容量为：

（二）差错控制编码

在教材中对于差错控制编码的介绍有20世纪50年代到80年代之间的简单实用的奇偶监督码，线性分组码（如：汉明码），循环码（如：BCH码和RS码等），级联码和卷积码等，以及80年代中出现的网格编码调制技术；并且简单介绍了1993年出现的Turbo码以及1996年发明的低密度奇偶校验码（LDPC）。由于Turbo码和二进制的LDPC的性能都接近信息理论能够达到的最好性能，所以，这两种码的发明在编码理论上是带有革命性的进步，但是，现在对其的研究也已经很成熟了，那么当前差错控制编码研究的热点又是什么呢？由此，在课程教学中要介绍当前研究的热点：（1）多进制LDPC码；（2）Polar 码。多进制LDPC码是将二进制LDPC码推广到有限域GF（q），其校验矩阵的元素不再局限于（0，1），而是集合（0，1，...，q-1），并且其译码仍然采用高效的基于BP的迭代译码算法。其优点为：由于码元符号内部比特之间的固有联系，相对于同样长度的二进制LDCP码，多进制LDPC码不仅具有良好的随机纠错性能，还具有更好的纠正突发错误的能力。不管是Turbo码还是LDPC码，其性能都是接近信息理论能达到的最好性能（接近香农限）。那么有没有可以达到香农限的编码方式呢？Erdal Arikan 在 2007年提出了一种基于信道极化理论的新的信道编码方法——Polar码[2]。Polar码是一种线性分组码，其是第一个被理论证明了的可以达到信道容量（香农限）并且有较低复杂度的编译码算法，而且当码长N 增大时，其优势更加明显。把多进制LDPC码和Polar 码融入教学中，可以让学生了解最新的研究成果，开阔他们的学术视野。

（三）通信网

在教材中对通信网的介绍有有线网络，如：电话网、数据通信网、综合业务数据网，以及无线通信网络。由于有线通信网络已经发展得很完善了，现在前沿研究的重点都在无线通信网络上，而教材中对无线移动通信网络的介绍却仅仅局限于第二、第三代移动蜂窝网络。在第二、第三代蜂窝移动蜂窝网络中采用的4组频率复用和7组频率复用等频率规划方法已过时。在下一代移动蜂窝通信网络中已采用全频复用方法，也就是所有蜂窝小区都采用相同的全部可用频率，从而提高整体的频率利用率，但由此产生不同小区之间的同频干扰问题。为了处理由于全频复用所产生的不同小区之间的干扰问题，由此产生的研究热点方向为：多小区协作通信研究[3]。其特点为多个基站通过有线链路连接在一起以便协作处理以消除或者缓解同频干扰造成的影响，从而提高系统吞吐量。另外，无线通信网络发展的方向为：无线异构网络（Wireless Heterogeneous Network），[4]顾名思义，就是在一个网络中同时允许多种不同无线接入技术之间的互操作，比如：无线局域网（WLAN）和3G网络的融合、Ad hoc网络与蜂窝网络的融合都是无线异构网络融合的重要模式。网络融合技术可极大地提升蜂窝网络的性能，其在支持传统业务的同时也为引入新的服务创造了条件，成为支持异构互连和协同应用的新一代无线移动网络的热点技术。把这些学术前沿研究问题引入到教学中，学生不光可以掌握通信网络的基本知识，还可以了解整个网络发展的趋势。

四、结 语

《通信原理》课程是信息类专业本科阶段的一门重要课程，同时也是一门比较难教、难学的课程。为了激发学生的学习兴趣和积极性，培养学生的科研思维与创新能力，有必要把学科前沿研究贯穿于基础理论教学过程中。因为随着科学技术日新月异的发展，教学的内容不应当仅仅局限于教材中基本的理论知识点，而是应当不断地将学科前沿研究和热点问题及时反映到课堂教学和实验教学中来。这样才能够让学生更好地理解和掌握该课程的基础知识，提高学生学习的主动性，培养学生的学术思维和创新能力，以适应当前社会要求的“宽口径多出口”科技创新人才的培养。

[参考文献]

[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2007.

[2]E. Arikan. Channel polarization： A method for constructing capacity-achieving codes for symmetry binary-input memoryless channels [J].IEEE Trans. Inf. Theory， 2009， 55， no. 7 ：3051-3073.

[3]万海斌，韦以明.多小区协作通信研究综述[J].沿海企业与科技，2012，（10）.

[4]A. Damnjanovic， J. Montojo. A Survey On 3GPP Heterogeneous Networks[J].IEEE Wireless Communications. June 2011.