通信原理 教學(xué)大綱

1、通信原理課程教學(xué)大綱課程英文名稱：principle of communications課程代碼： f0101140 學(xué) 時(shí) 數(shù) ：64 學(xué) 分 數(shù)： 4課程類型： 學(xué)科拓展課程等適用學(xué)科專業(yè)：通信工程、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等電子信息類專業(yè)先修課程： 信號與系統(tǒng)、隨機(jī)信號分析執(zhí) 筆 者： 李曉峰 編寫日期：2013-11-18 審 核 人： 一、課程簡介通信原理是信息與通信工程學(xué)科的核心課程。講授模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)的基本理論、主要技術(shù)與分析方法，說明典型實(shí)際系統(tǒng)與應(yīng)用。內(nèi)容包括：基本知識、模擬傳輸、數(shù)字基帶傳輸、數(shù)字頻帶傳輸、模擬信號數(shù)字化與pcm、信號空間與最佳傳輸理論、現(xiàn)代數(shù)字傳輸技術(shù)等。

2、本課程討論典型系統(tǒng)并包含實(shí)驗(yàn)與仿真學(xué)時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論、分析問題與解決問題的能力，促進(jìn)創(chuàng)新素質(zhì)的提升。principle of communications is a core course in information and communication engineering, introducing the basic theories, main technologies and analysis methods of communication system. the course content includes basic knowledge, analog transmiss

3、ion, digital baseband transmission, digital passband transmission, digitization of analog signals and pcm, signal space and optimum transmission theory, modern digital transmission techniques, and etc. through typical systems and simulations in the course, students will learn how to use theories , a

4、nalyze and solve problems and improve their innovative quality.二、課程目標(biāo)（一）課程目標(biāo)本課程講授通信系統(tǒng)的基本理論、主要技術(shù)與分析方法，說明典型實(shí)際系統(tǒng)與應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握和理解相關(guān)基礎(chǔ)知識，具備常規(guī)模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)的理論知識、初步分析能力與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技能，養(yǎng)成一定的工程與系統(tǒng)分析素質(zhì)，并對通信工程專業(yè)的基本內(nèi)容有更好的認(rèn)識。this course is on the fundamental theories, techniques and methods of communication systems, an

5、d their typical systems and applications. through this course, students will grasp the basic knowledge, preliminary analytical and design skills of conventional analog and digital communication systems, and develop engineering and system analysis qualities. 本課程強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，旨在通過實(shí)驗(yàn)與仿真增進(jìn)學(xué)生領(lǐng)悟所學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生

6、運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)與專業(yè)理論知識、分析問題與解決問題的能力，促進(jìn)創(chuàng)新素質(zhì)提升。the course emphasizes the combination of theory and practice. students through experiments and simulations will have an enhancement of learning; develop the capabilities to use theory of mathematics and sciences, analyze and solve problems; improve innovative q

7、uality. （二）對畢業(yè)要求的支撐指標(biāo)點(diǎn)基本教學(xué)點(diǎn)（環(huán)節(jié)）畢業(yè)要求2（指標(biāo)點(diǎn)2.5）理解工程活動中涉及的重要經(jīng)濟(jì)與管理因素l 結(jié)合常規(guī)am無線廣播系統(tǒng)，闡述實(shí)際應(yīng)用中如何綜合考慮經(jīng)濟(jì)、成本等因素；l 結(jié)合非相干與相干接收系統(tǒng)特點(diǎn)，闡述技術(shù)應(yīng)用中，需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)、成本與其他條件的問題；l 結(jié)合msk恒包絡(luò)特性與非線性功放，闡述實(shí)際應(yīng)用中如何綜合考慮經(jīng)濟(jì)、成本等因素；畢業(yè)要求3（指標(biāo)點(diǎn)3.4）理解通信系統(tǒng)的基本理論與分析方法課程的全部基本教學(xué)內(nèi)容與知識點(diǎn)畢業(yè)要求5（指標(biāo)點(diǎn)5.1）了解信息與通信技術(shù)基本發(fā)展，關(guān)注與分析經(jīng)典創(chuàng)新案例要求學(xué)生關(guān)注與了解通信發(fā)展中的一些重要進(jìn)展及其背景，體會技術(shù)的創(chuàng)

8、新與發(fā)展過程畢業(yè)要求7（指標(biāo)點(diǎn)7.1）了解與通信技術(shù)相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)方法、政策和法律、法規(guī)要求學(xué)生學(xué)習(xí)無線電頻譜管理，明白通信行業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、研究與開發(fā)中需要遵循一些技術(shù)管理與規(guī)定畢業(yè)要求9（指標(biāo)點(diǎn)9.2）在基礎(chǔ)知識上具備擴(kuò)展學(xué)習(xí)的能力，具有技術(shù)知識與課程內(nèi)容的自學(xué)經(jīng)歷l 數(shù)字基帶信號功率譜、2fsk等小節(jié)建議授課中作為自學(xué)要求，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力。l 第7章第13節(jié)內(nèi)容安排自學(xué)，促進(jìn)學(xué)生自學(xué)能力提高。課程考核將涉及上述部分的基本內(nèi)容。三、課程內(nèi)容安排和要求（一）教學(xué)內(nèi)容、要求及教學(xué)方法第1章 緒論（4學(xué)時(shí)）本章講授通信的基本概念、術(shù)語和入門知識。使學(xué)生對通信的研究方向、應(yīng)用環(huán)境、基本模型及系

9、統(tǒng)有一個(gè)初步的了解。講解中應(yīng)注意學(xué)生的知識背景，由淺入深，為學(xué)生引入專業(yè)與系統(tǒng)知識。主要學(xué)習(xí)內(nèi)容有：掌握：基本術(shù)語、模擬與數(shù)字消息、信息概念及其度量、信道模型與噪聲問題。理解：數(shù)字與模擬通信系統(tǒng)特點(diǎn)、框圖及基本指標(biāo)、無線電波傳播，山農(nóng)公式與信道容量。了解：典型通信系統(tǒng)、常見消息、常用信道、頻帶其他教學(xué)要求：要求學(xué)生關(guān)注與了解通信發(fā)展中的一些重要進(jìn)展及其背景，體會技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展過程；要求學(xué)生學(xué)習(xí)無線電頻譜管理，明白通信行業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、研究與開發(fā)中需要遵循一些技術(shù)管理與規(guī)定。第2章 基礎(chǔ)知識（4學(xué)時(shí)）本章節(jié)復(fù)習(xí)、梳理與擴(kuò)充相關(guān)基礎(chǔ)知識。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的情況與后續(xù)教學(xué)設(shè)計(jì)，靈活處理各內(nèi)容的具體安

10、排。主要內(nèi)容有：掌握：信號的基本參數(shù)、頻譜與功率譜、帶寬、高斯白噪聲、信號無失真?zhèn)鬏敆l件，帶通信號的基本特點(diǎn)、帶通信號的復(fù)包絡(luò)表示與帶通噪聲的同相與正交分量。復(fù)習(xí)：信號的頻譜、隨機(jī)信號的基本特征與性質(zhì)、信號與線性系統(tǒng)，高斯信號、帶通信號。其他教學(xué)要求：結(jié)合awgn信道與各型白噪聲模型等案例，引導(dǎo)學(xué)生利用簡單數(shù)學(xué)模型描述物理問題；結(jié)合瑞利與萊斯分布等案例，說明運(yùn)用數(shù)學(xué)知識分析物理現(xiàn)象的方法。第3章 模擬傳輸（8-10學(xué)時(shí)）本章講授傳統(tǒng)的模擬通信理論與調(diào)制/解調(diào)技術(shù)。講授時(shí)應(yīng)注意理論與實(shí)際關(guān)聯(lián)，充實(shí)實(shí)例，幫助初學(xué)者體會實(shí)際環(huán)境與工程背景，理解理論與技術(shù)思想。主要內(nèi)容有：掌握：常規(guī)幅度調(diào)制（am）、

11、抑制載波雙邊帶調(diào)制（dsb-sc）及單邊帶調(diào)制（ssb）的信號特點(diǎn)、頻帶與帶寬、解調(diào)方法、基本參數(shù)；am、dsb和ssb系統(tǒng)的噪聲性能指標(biāo)及其相干解調(diào)系統(tǒng)的分析方法。模擬角度調(diào)制中調(diào)相（pm）和調(diào)頻（fm）的基本概念、信號特征、帶寬計(jì)算、調(diào)制指數(shù)；頻分復(fù)用（fdm）技術(shù)。理解：非相干解調(diào)的門限效應(yīng)；典型系統(tǒng)的性能與應(yīng)用特點(diǎn)、系統(tǒng)對比、典型系統(tǒng)（如立體聲fm）、pm和fm的頻譜特性（正弦調(diào)制下）、pm和fm的接收方法與噪性能指標(biāo)。了解：殘留邊帶調(diào)制（vsb），am非相干解調(diào)的性能分析方法、pm與fm性能分析方法、預(yù)加重/去加重問題；典型應(yīng)用系統(tǒng)。其他教學(xué)要求：結(jié)合常規(guī)am無線廣播系統(tǒng)，闡述實(shí)際應(yīng)

12、用中如何綜合考慮經(jīng)濟(jì)、成本等因素；結(jié)合各種抗噪聲性能分析，闡述運(yùn)用數(shù)學(xué)知識定量分析通信過程，改進(jìn)與優(yōu)化系統(tǒng)的思想。第4章 數(shù)字基帶傳輸（10-12學(xué)時(shí) ）本章講授數(shù)字通信的基帶傳輸方法。講授時(shí)應(yīng)注重?cái)?shù)字消息序列與傳輸波形聯(lián)系與區(qū)別，數(shù)字信號的特點(diǎn)、理論與實(shí)際的關(guān)聯(lián)。主要內(nèi)容有：掌握：二元與多元信號的波形形成、比特率與baud率計(jì)算、基本波形形式、功率譜與帶寬計(jì)算；二元信號接收方法、噪聲中誤碼分析方法、匹配濾波器原理與最佳接收性能；碼間串?dāng)_問題及nyquist準(zhǔn)則、最大頻帶利用率、升余弦濾波器及其無isi設(shè)計(jì)；基本線路碼型。理解：眼圖、誤碼曲線、多元信號的接收方法與格雷編碼、數(shù)字均衡的原理與迫零

13、本算法、符號同步的基本概念、根升余弦濾波器設(shè)計(jì)。了解：基本的部分響應(yīng)系統(tǒng)、預(yù)編碼技術(shù)、符號同步的典型處理方法。其他教學(xué)要求：結(jié)合基帶信號及其功率譜分析，闡述運(yùn)用數(shù)學(xué)知識表述工程問題的方法；結(jié)合二元傳輸分析，闡述運(yùn)用數(shù)學(xué)知識定量分析通信過程，優(yōu)化系統(tǒng)的思想。第5章 基本的數(shù)字頻帶傳輸（8-10學(xué)時(shí)）本章講授數(shù)字通信的基本頻帶傳輸方法。講授時(shí)應(yīng)注意利用數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制的異同、幾種數(shù)字調(diào)制之間的異同，有效的提高對于新內(nèi)容的理解。掌握：2ask，2fsk，2psk，2dpsk、qpsk信號的調(diào)制/解調(diào)原理和技術(shù)方法，已調(diào)信號的波形特點(diǎn)、頻譜與帶寬。理解：基本系統(tǒng)的誤碼性能分析，各系統(tǒng)基本帶寬、頻帶利

14、用率與誤碼指標(biāo)、系統(tǒng)特點(diǎn)對比，無isi頻帶傳輸設(shè)計(jì)方法，基本多進(jìn)制調(diào)制與qam原理。了解：dqpsk、oqpsk與/4-dqpsk信號，載波同步其他教學(xué)要求：結(jié)合非相干與相干接收系統(tǒng)特點(diǎn)，闡述技術(shù)應(yīng)用中，需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)、成本與其他條件的問題；結(jié)合各種系統(tǒng)的誤碼性能分析，闡述運(yùn)用數(shù)學(xué)知識分析通信過程，改進(jìn)與優(yōu)化系統(tǒng)的思想。第6章 模擬信號數(shù)字化與pcm（6-8學(xué)時(shí)）本章主要講授模擬信號數(shù)字化的基本方法。并以pcm系統(tǒng)為核心，講解對數(shù)量化原理、編碼與典型實(shí)現(xiàn)技術(shù)，數(shù)字通信系統(tǒng)中的時(shí)分復(fù)用技術(shù)與典型系統(tǒng)。講解中應(yīng)注意結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)與應(yīng)用背景，闡述設(shè)計(jì)思想。掌握：低通采樣理論、帶通采樣原理、量化原理及

15、均勻量器，均勻量化的典型信噪比公式、pcm傳輸系統(tǒng)的基本參數(shù)。理解：對數(shù)量化的特點(diǎn)與a律對數(shù)量化器、十三折線對數(shù)編碼原理、pcm傳輸系統(tǒng)的信噪比公式、時(shí)分復(fù)用原理、幀同步技術(shù)。了解：最佳量化器概念、dpcm和增量調(diào)制、e1結(jié)構(gòu)、同步與準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸體系、碼率調(diào)整技術(shù)。其他教學(xué)要求：通過對數(shù)量化、十三折線法等具體案例，說明工程應(yīng)用中問題。第7章 信號空間分析與多元數(shù)字傳輸（0-2學(xué)時(shí)）本章講授數(shù)字通信的最佳傳輸理論。作為理論擴(kuò)展，可以根據(jù)教學(xué)情況講授一部分內(nèi)容，并根據(jù)學(xué)生的具體情況，安排自學(xué)與討論。也可以部分或全部安排自學(xué)與選修。主要內(nèi)容有：信號星座圖概念、map與ml準(zhǔn)則、典型最佳接收接收機(jī)結(jié)

16、構(gòu)。第8章 現(xiàn)代數(shù)字傳輸技術(shù)（4-6學(xué)時(shí)） 本章主要講授幾種先進(jìn)的數(shù)字頻帶傳輸方法，包括msk、正交頻分復(fù)用（ofdm）技術(shù)與擴(kuò)頻技術(shù)。講授時(shí)應(yīng)該注重每一種技術(shù)所關(guān)注的問題、系統(tǒng)思想與特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生開闊思路，了解幾種重要的通信系統(tǒng)及發(fā)展方向。掌握：掌握msk信號及其相位特點(diǎn)、信號帶寬。理解：cpfsk基本原理、gmsk信號與頻譜特點(diǎn)、msk信號提高頻帶利用率的思想；ofdm的基本原理、應(yīng)對信道isi的策略；擴(kuò)頻系統(tǒng)基礎(chǔ)、cdma。了解：典型gmsk、ofdm與擴(kuò)頻系統(tǒng)實(shí)例，偽隨機(jī)序列基礎(chǔ)、直接擴(kuò)頻與跳頻的抗截獲/抗窄帶干擾的原理與系統(tǒng)的特點(diǎn)。其他教學(xué)要求：結(jié)合msk恒包絡(luò)特性與非線性功放，闡述

17、實(shí)際應(yīng)用中如何綜合考慮經(jīng)濟(jì)、成本等因素。（二）自學(xué)內(nèi)容和要求各上述章節(jié)中的部分內(nèi)容，可根據(jù)教學(xué)情況適當(dāng)安排自學(xué)。其中，第7章信號空間分析與多元數(shù)字傳輸作為理論擴(kuò)展，可以全部安排自學(xué)與選修。（三）實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和要求課程實(shí)驗(yàn)總計(jì)8學(xué)時(shí)，共5個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（選擇完成8個(gè)學(xué)時(shí)），或教師根據(jù)教學(xué)情況安排類似規(guī)模的實(shí)驗(yàn)題目。要求學(xué)生靈活運(yùn)用理論原理,使用matlab（或必要的實(shí)驗(yàn)儀器）實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求，并按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。項(xiàng)目1：模擬線性調(diào)制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn).(2學(xué)時(shí))實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的和任務(wù)：研究模擬信號在(am,dsb,ssb,vsb,qam)幾種線性調(diào)制中的信號波形與頻譜.研究同步誤差在相干解

18、調(diào)中的影響.學(xué)習(xí)matlab軟件的應(yīng)用.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：觀測am,dsb,ssb,vsb,qam幾種信號波形及頻譜,改變系統(tǒng)原設(shè)計(jì)參數(shù),分析并記錄不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.研究噪聲對信號的影響.分析同步誤差在相干解調(diào)中的影響。 項(xiàng)目2：數(shù)字信號載波調(diào)制實(shí)驗(yàn). (3學(xué)時(shí))實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的和任務(wù)：運(yùn)用matlab軟件工具仿真數(shù)字信號的載波傳輸,研究數(shù)字信號載波調(diào)制在不同參數(shù)下的信號變化及頻譜.了解高斯白噪聲對系統(tǒng)的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:觀測數(shù)字信號載波調(diào)制的時(shí)域及頻域波形,改變系統(tǒng)參數(shù),分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，了解偽隨機(jī)碼的產(chǎn)生,擾碼及解擾的工作原理.讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字信號載波調(diào)制系統(tǒng)。項(xiàng)目3：最佳接收機(jī)（匹配濾波器）(3學(xué)時(shí)

19、)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的和任務(wù)：1）運(yùn)用matlab軟件工具，仿真隨機(jī)數(shù)字信號在經(jīng)過高斯白噪聲污染后最佳的恢復(fù)的方法；2）熟悉匹配濾波器的工作原理；3）研究相關(guān)解調(diào)的原理與過程；4）理解高斯白噪聲對系統(tǒng)的影響；5）了解如何衡量接收機(jī)的性能及匹配濾波器參數(shù)設(shè)置方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1）安裝好matlab6.5.1版本；2）雙擊文件“test_integrator_rst.mdl”；3）修改加性高斯白噪聲信道參數(shù)，即修改輸入信號信噪比；4）單擊”start simulation”按鈕，仿真開始；5）仿真進(jìn)行一段時(shí)間后（以發(fā)送1000個(gè)比特為例），單擊暫停按鈕。分別記錄匹配濾波器輸出模塊和直接采樣判決輸出模塊中的

20、數(shù)字，并填于表1中；6）觀察比特誤碼計(jì)數(shù)器情況，并分析兩種比特誤碼計(jì)算器中，在輸入信號信噪聲比相同的情況下的誤碼率；7）雙擊示波器scope模塊，觀察、分析各路數(shù)據(jù)信號的波形；8）重復(fù)步驟3至6。觀察在不同信噪比條件下，匹配濾波及采樣判決器和直接采樣判決器的誤碼性能。同時(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。項(xiàng)目4：fm立體聲信號接收(4學(xué)時(shí))實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的和任務(wù)：1）運(yùn)用matlab軟件工具，獨(dú)立思考實(shí)驗(yàn)方法；2）fm立體聲調(diào)頻基本原理；3）頻分復(fù)用原理；4）dsb相關(guān)解調(diào)的原理與過程；5）聲音信號格式與基本操作。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：考慮一段約3秒的fm立體聲合成信號（參見教材p118圖3.5.4的x(t) (忽略預(yù)加重單元

21、)，采樣率為132.3khz。要求：還原左右聲道信號，保存為wav文件。相關(guān)文件說明：1）s_t_matlab.mat：matlab格式的立體聲合成信號；2）ex_1_sterofm_sample.m：供參考的matlab例子程序；3）sleepaway.mp3（optional）：一段參考音樂。項(xiàng)目5：仿真數(shù)字通信信號產(chǎn)生與接收(4學(xué)時(shí))實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的和任務(wù)：1）運(yùn)用matlab軟件工具，獨(dú)立思考實(shí)驗(yàn)方法；2）熟練運(yùn)用數(shù)字頻帶調(diào)制原理；3）仿真基本的單機(jī)數(shù)字通信過程；4）（optional）仿真分離的數(shù)字通信過程。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1）考慮某種數(shù)字頻帶調(diào)制，設(shè)計(jì)參數(shù)，并仿真?zhèn)鬏斶^程，進(jìn)行分析。（例如dpsk，基本參數(shù)：fc=1800hz；rb=1200bps；信息序列自定義。）；2）繪出主要信號波形、必要psd；3）（optinal）將仿真分為收發(fā)兩個(gè)部分，分別運(yùn)行于兩臺電腦，采用音頻線收發(fā)，完成整個(gè)實(shí)際收發(fā)及數(shù)據(jù)測試。四、考核方式本課程考核方式及評分比例由以下部分組成：方案一：1、 平時(shí)成績（由作業(yè)完成情況、課堂提問、討論發(fā)言等綜合評定）152、 期中考試成績（開卷）103、 實(shí)驗(yàn)成績54、 期末考試成績（一頁開卷或開卷）70方案二：1、 平時(shí)成績（由作業(yè)完成情況、課堂提問、討