[摘 要] 《通信原理》課程是通信、信息、電子等信息大類專業(yè)本科生的一門重要專業(yè)基礎課程，其特點是理論性強、概念抽象、知識點多，且多是建立在數(shù)學模型之上。文章針對《通信原理》課程傳統(tǒng)教學方法存在的問題，探討將學科前沿研究貫穿于基礎理論教學過程的教學方法。實踐證明，在基礎理論教學的同時引入科研前沿研究的教學方法，不僅能使學生掌握扎實的基礎理論知識，而且豐富學生的學科前沿知識，對提高學生的學習興趣、主動性和積極性，培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新思維和能力，都具有重要意義。

[關(guān)鍵詞] 前沿研究；基礎理論；《通信原理》課程

[作者簡介] 萬海斌，廣西大學物理科學與工程技術(shù)學院講師，研究方向：無線通信，廣西 南寧，530004

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）03-0036-0003

一、引 言

《通信原理》課程是通信、信息、電子等信息大類專業(yè)本科生的一門重要專業(yè)基礎課程，其在信息大類專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)中起著非常重要的作用，是學習后續(xù)專業(yè)課程諸如移動通信、光纖通信等課程的基礎，同時也是諸多高校的電子信息類專業(yè)碩士研究生招生入學考試的必選科目之一。由于該課程教學效果的好壞不僅直接影響到后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程教學的質(zhì)量，還會間接影響到參加研究生入學考試學生的成績，因此，各個高校一直把該課程視作重點建設課程之一?！锻ㄐ旁怼返幕局R主要是圍繞“香農(nóng)三大定理”進行擴展拓寬，該課程的特點是理論性強、概念抽象、知識點多，并且多是建立在數(shù)學模型之上，這就要求學生的數(shù)學基礎扎實、抽象思維好。因此，學生學起來感覺到很困難并且會覺得理論與實際結(jié)合不緊密從而產(chǎn)生厭學情緒。因此，如何提高《通信原理》課程的教學質(zhì)量，改善教學效果，提高學生對該課程的信心和興趣，培養(yǎng)學生分析問題和解決實際問題的思維與能力，以及創(chuàng)新思想的培育等成為廣大教師關(guān)心的問題。本文首先從分析《通信原理》課程教學存在的問題出發(fā)，然后就如何將學科前沿研究貫穿于基礎理論教學過程方面進行一些改革和探索。

二、《通信原理》課程教學中存在的問題

《通信原理》課程的基本理論知識主要是圍繞“香農(nóng)三大定理”進行擴展拓寬，主要講授的內(nèi)容有：信道模型，信號調(diào)制與頻譜分析，數(shù)字基帶和帶通傳輸，差錯控制編碼、正交編碼以及同步技術(shù)等[1]；并且講授方式多是采用教師講、學生聽記的傳統(tǒng)的單向信息傳輸教學方式。因此，《通信原理》課程傳統(tǒng)教學中存在以下問題：（1）教學內(nèi)容陳舊，新知識稀缺；（2）教學方式和手段單一；（3）實驗教學內(nèi)容陳舊，設備單一、落后；（4）學生的學習興趣和積極性不高。針對以上問題，筆者通過將學科前沿研究熱點結(jié)合到基礎理論教學當中，以提高學生的學習興趣與積極性，培育學生的科研興趣與創(chuàng)新能力，從而提高教學質(zhì)量。

三、前沿研究與基礎理論相結(jié)合

雖然說通信原理最基本的出發(fā)點和歸宿還是“香農(nóng)三大定理”，但是，當今通信技術(shù)的發(fā)展可以說一日千里，《通信原理》課程教學內(nèi)容確實已經(jīng)跟不上時代的步伐。要想提高學生的學習興趣和積極性，必須借助先進的手段，引入最新的學科前沿研究熱點內(nèi)容，開闊學生的視野，拓展學生的發(fā)散性思維。筆者從以下幾個不同的知識點，論述如何從教材的基本知識點出發(fā)，不斷引入最新的學科前沿研究熱點和問題，從而激發(fā)、培育學生的學習興趣與創(chuàng)新思維。

（一）信道容量

在教材中對連續(xù)信道容量的表述為：對于帶寬為B（單位：Hz）、平均功率為S（單位：W）的高斯白噪聲（噪聲功率為N）連續(xù)信道的信道容量為：

（二）差錯控制編碼

在教材中對于差錯控制編碼的介紹有20世紀50年代到80年代之間的簡單實用的奇偶監(jiān)督碼，線性分組碼（如：漢明碼），循環(huán)碼（如：BCH碼和RS碼等），級聯(lián)碼和卷積碼等，以及80年代中出現(xiàn)的網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)；并且簡單介紹了1993年出現(xiàn)的Turbo碼以及1996年發(fā)明的低密度奇偶校驗碼（LDPC）。由于Turbo碼和二進制的LDPC的性能都接近信息理論能夠達到的最好性能，所以，這兩種碼的發(fā)明在編碼理論上是帶有革命性的進步，但是，現(xiàn)在對其的研究也已經(jīng)很成熟了，那么當前差錯控制編碼研究的熱點又是什么呢？由此，在課程教學中要介紹當前研究的熱點：（1）多進制LDPC碼；（2）Polar 碼。多進制LDPC碼是將二進制LDPC碼推廣到有限域GF（q），其校驗矩陣的元素不再局限于（0，1），而是集合（0，1，...，q-1），并且其譯碼仍然采用高效的基于BP的迭代譯碼算法。其優(yōu)點為：由于碼元符號內(nèi)部比特之間的固有聯(lián)系，相對于同樣長度的二進制LDCP碼，多進制LDPC碼不僅具有良好的隨機糾錯性能，還具有更好的糾正突發(fā)錯誤的能力。不管是Turbo碼還是LDPC碼，其性能都是接近信息理論能達到的最好性能（接近香農(nóng)限）。那么有沒有可以達到香農(nóng)限的編碼方式呢？Erdal Arikan 在 2007年提出了一種基于信道極化理論的新的信道編碼方法——Polar碼[2]。Polar碼是一種線性分組碼，其是第一個被理論證明了的可以達到信道容量（香農(nóng)限）并且有較低復雜度的編譯碼算法，而且當碼長N 增大時，其優(yōu)勢更加明顯。把多進制LDPC碼和Polar 碼融入教學中，可以讓學生了解最新的研究成果，開闊他們的學術(shù)視野。

（三）通信網(wǎng)

在教材中對通信網(wǎng)的介紹有有線網(wǎng)絡，如：電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)，以及無線通信網(wǎng)絡。由于有線通信網(wǎng)絡已經(jīng)發(fā)展得很完善了，現(xiàn)在前沿研究的重點都在無線通信網(wǎng)絡上，而教材中對無線移動通信網(wǎng)絡的介紹卻僅僅局限于第二、第三代移動蜂窩網(wǎng)絡。在第二、第三代蜂窩移動蜂窩網(wǎng)絡中采用的4組頻率復用和7組頻率復用等頻率規(guī)劃方法已過時。在下一代移動蜂窩通信網(wǎng)絡中已采用全頻復用方法，也就是所有蜂窩小區(qū)都采用相同的全部可用頻率，從而提高整體的頻率利用率，但由此產(chǎn)生不同小區(qū)之間的同頻干擾問題。為了處理由于全頻復用所產(chǎn)生的不同小區(qū)之間的干擾問題，由此產(chǎn)生的研究熱點方向為：多小區(qū)協(xié)作通信研究[3]。其特點為多個基站通過有線鏈路連接在一起以便協(xié)作處理以消除或者緩解同頻干擾造成的影響，從而提高系統(tǒng)吞吐量。另外，無線通信網(wǎng)絡發(fā)展的方向為：無線異構(gòu)網(wǎng)絡（Wireless Heterogeneous Network），[4]顧名思義，就是在一個網(wǎng)絡中同時允許多種不同無線接入技術(shù)之間的互操作，比如：無線局域網(wǎng)（WLAN）和3G網(wǎng)絡的融合、Ad hoc網(wǎng)絡與蜂窩網(wǎng)絡的融合都是無線異構(gòu)網(wǎng)絡融合的重要模式。網(wǎng)絡融合技術(shù)可極大地提升蜂窩網(wǎng)絡的性能，其在支持傳統(tǒng)業(yè)務的同時也為引入新的服務創(chuàng)造了條件，成為支持異構(gòu)互連和協(xié)同應用的新一代無線移動網(wǎng)絡的熱點技術(shù)。把這些學術(shù)前沿研究問題引入到教學中，學生不光可以掌握通信網(wǎng)絡的基本知識，還可以了解整個網(wǎng)絡發(fā)展的趨勢。

四、結(jié) 語

《通信原理》課程是信息類專業(yè)本科階段的一門重要課程，同時也是一門比較難教、難學的課程。為了激發(fā)學生的學習興趣和積極性，培養(yǎng)學生的科研思維與創(chuàng)新能力，有必要把學科前沿研究貫穿于基礎理論教學過程中。因為隨著科學技術(shù)日新月異的發(fā)展，教學的內(nèi)容不應當僅僅局限于教材中基本的理論知識點，而是應當不斷地將學科前沿研究和熱點問題及時反映到課堂教學和實驗教學中來。這樣才能夠讓學生更好地理解和掌握該課程的基礎知識，提高學生學習的主動性，培養(yǎng)學生的學術(shù)思維和創(chuàng)新能力，以適應當前社會要求的“寬口徑多出口”科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

[參考文獻]

[1]樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].北京：國防工業(yè)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]萬海斌，韋以明.多小區(qū)協(xié)作通信研究綜述[J].沿海企業(yè)與科技，2012，（10）.

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