“信息論與編碼”和“通信原理”課程內容的整合探討

摘要： “信息論與編碼”與“通信原理”課程的內容出現了許多融合。如何處理這兩個課程之間的關系，是一個重要的問題。本文從兩門課程的相互關系、講課學時的分配、實驗安排等方面進行了闡述。

關鍵詞：信息論與編碼 通信原理 課程 內容

一、課程的地位及相互關系

“信息論與編碼”課程對數學理論要求較高，最初該課程僅被設置為研究生相關專業的必修課。隨著信息技術的發展，編碼技術已經得到廣泛應用，這就要求電子信息類等專業的本科生應該具備一定的信息論基本理論及信源、信道編碼理論和技術等方面的基本知識，為從事信息科學的研究和應用打下一個堅實的基礎，因此，許多高校在本科教學中開設了“信息論與編碼”課程。它是一門運用概率論與數理統計的方法研究信息、信息熵、通信系統、數據傳輸、數據壓縮等問題的應用數學學科，同時也是一門專業基礎課程。

“通信原理”課程為通信與信息系統的專業基礎課。該課程以現代通信系統為背景，系統、深入地介紹現代通信技術的基本原理，內容涵蓋信號與隨機信號分析、各種模擬調制和數字調制原理、多路復用原理、同步原理和通信網及交換技術等方面。通過本課程的學習，要求學生熟練掌握各種通信方法的基本原理、時/頻譜分析及各種通信系統的性能衡量計算，為學生在后續的學習和科研實踐中使用和研究通信領域的理論和方法打下基礎。

河北農業大學信息學院的電子信息科學與技術專業的“信息論與編碼”和“通信原理”兩門課程分別開設在本科生的二年級下學期和三年級上學期，把這兩門課前后銜接起來安排的主要原因是考慮到這兩門課程之間的內在聯系。

二、“信息論與編碼”課程融合了許多“通信原理”的內容

首先，我們列出2007年電子工業出版社出版的由陳運編寫的“信息論與編碼”［2］的各章內容。該書為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，具體內容如下：第1章、概論；第2章、信源熵；第3章、信道容量；第4章、信息率失真函數；第5章、信源編碼（5.2連續信源編碼）；第6章、信道編碼（6.2線性分組碼；6.3循環碼；6.4卷積碼）；第7章、密碼體制的安全性測度。

為了比較，下面再列出2001年國防工業出版社出版的由樊昌信主編的“通信原理”［1］各章的內容，該教材是全國高等學校通信和信息工程教學指導委員會編審、推薦出版的一本國家級重點教材，曾獲電子工業部優秀教材特等獎、國家教委優秀教材獎。具體內容如下：第1章、緒論（1.4信息及其度量）；第2章、隨機信號分析；第3章、信道（3.10信道容量的概念）；第4章、模擬調制系統；第5章、數字基帶傳輸系統；第6章、正弦載波數字調制系統；第7章、模擬信號的數字傳輸；第8章、數字信號的最佳接受；第9章、差錯控制編碼；第10章、正交編碼與偽隨機序列；第11章、同步原理；第12章、通信網。

三、“信息論與編碼”和“通信原理”講授課時的分配

從上面的對比中，可以看到“信息論與編碼”和“通信原理”兩門課程的內容有很多重疊的部分。從直觀上來說，雖然在課程安排的順序上考慮到了兩門課程內容的內在聯系，但是由于學生對“信息論與編碼”掌握得不扎實，另外是因為兩個學期間間隔一個暑假，學生會忘記“信息論與編碼”中的很多內容，從而給“通信原理”的學習帶來困難，所以，在講述“通信原理”前，對前期課程進行復習是必要的。比如熵的計算，“信息論與編碼”課程中整個第2章的內容都是在講信源熵，重點闡述離散無記憶信源的信息量、熵等概念及計算方法和熵之間的相互關系，再由離散無記憶信源推廣到有記憶信源，最后引入到連續信源理論，從而減小對隨機過程等知識的依賴。在“通信原理”課程中，只是在第1章第4小節中介紹了離散信源熵這部分內容，講授時作簡單重復性介紹即可，只需半個學時。對于信道容量這部分內容，“信息論與編碼”課程放在第3章講解，側重講離散信道的信道容量，分別從單符號和多符號兩方面描述離散信道的信道容量。“通信原理”課程在第3章的最后一小節中涉及了信道容量的概念，分別討論了離散信道和連續信道的信道容量，由于在前期課程“信息論與編碼”已經提到了離散信道的信道容量，所以重點講解連續信道的信道容量，也就是著名的香農公式，需用1個學時。“信息論與編碼”課程中第5章講解的是信源編碼的內容，5.2小節是連續信源編碼，主要討論的是脈沖編碼調制，即PCM。“通信原理”課程是在第7章的第5小節涉及了PCM，所以只做簡單回顧即可。“信息論與編碼”中第6章信道編碼與“通信原理”第9章差錯控制編碼內容基本一致，因為分組碼和卷積碼是兩種基本而又重要的碼，不僅在工程上具有廣泛用途，也是學習理解其他編碼技術的基礎。因此對該課的復習不能只是機械地重復一下學過的概念和理論，還要做相當的練習，這也需要花費一定的時間。按以往的做法，一般采用6學時左右的時間來復習。由于兩者在很多概念上是類似的，所以，并行地處理可以做到在概念和觀點上兩者互相分享，而又能更好地把注意力放在它們之間的相似點和不同點上。這樣做提高了學生的學習興趣，受到了學生的好評。

四、實驗環節

實驗教學環節中，同樣要根據“信息論與編碼”和“通信原理”這兩個課程相互融合的特點，對實驗的內容進行統一的合理安排。我院對“信息論與編碼”這門課沒有安排實驗，“通信原理”安排的是16學時的實驗。其中實驗5（抽樣定理與PAM通信系統實驗）和實驗6（PCM脈沖編譯碼實驗）涉及兩門課程的重疊部分，所以在實驗過程中可以把兩個實驗安排在一起重點講解，原來的實驗是屬于驗證性實驗，由于經過前期課程的學習使學生有了理論的基礎，我們可以把實驗改為設計性實驗，內容為PAM實驗教學系統與抽樣定理的小課題設計，這樣既加深了學生對于理論知識的理解和運用，又培養了學生分析問題和解決問題的能力。

五、結語

本文討論了信息類本科生開設“信息論與編碼”和“通信原理”課程的必要性，分析了本科生學習該兩門課程面臨的問題，并探討了兩門課程教學內容整合的安排。通過對“信息論與編碼”和“通信原理”兩門課程內容講授的整合，一方面使學習者了解到兩門課程的內在聯系和關系，另一方面也為具有存在相似性質的課程講授提供了有益的探索思路。

參考文獻：

［1］樊昌信，張甫翊，徐炳祥等.通信原理（第五版）［M］.北京：國防工業出社，2001.

［2］陳運.信息論與編碼（第2版）［M］.北京：電子工業出版社，2007.