《通信原理》第3版教案.docx

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《通信原理》第3版教案

陆军工程大学教案

　　课程名称：

通信原理

　　课程编号：

XXXXXXX

　　英文名称：

PrinciplesofCommunications

　　课程性质：

必修、考试

　　总学时数：

80（理论学时：

70实验学时：

10）

　　折算学分：

4

先修课程：

《高等数学》、《概率论》、《信号与系统》、《高频电路》

选用教材：

《通信原理》（第3版）高媛媛、魏以民、郭明喜、沈越泓编著，2020年

适用专业：

通信工程、电子工程、系统工程等本科专业

第一章

绪论

主要知识点及教学用时安排

1.掌握通信系统的组成，理解数字通信系统各部分的作用；

2.了解信源的分类，掌握信息量、熵的概念与定义，熟练掌握通信系统主要性能指标的定义；

3.了解本课程研究对象、研究目的及主要研究方法，了解本课程的内容及实施方法。

4课时

备注（实验、上机、课外学习等安排）

无

本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：

通过这部分内容的教学，使学员对数字通信系统的整体框架有基本的了解，对这种抽象化的系统结构的重要性及其与实际通信系统的关系有一定的认识。

通过课后思考题及习题，考察学生对数字通信系统基本构成的认知程度，以及对通信系统主要性能指标的掌握程度。

本章教学内容摘要：

1.通信系统一般模型

2.模拟信号与数字信号

3.模拟通信系统

4.数字通信系统

5.数字通信的优缺点

6.通信系统分类

7.信息及其度量

8.通信系统的性能指标

9.通信发简史

本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：

重点：

通信系统的组成、主要性能指标

难点：

通信系统各部分的作用、信息量的概念与计算

采用课堂多媒体教学手段进行理论教学；通过课后思考题及习题，考察学员对数字通信系统基本构成的认知程度，以及对通信系统主要性能指标的掌握程度。

教学反馈（作用、测试、答疑、交流等情况）

通过作业、章节测试等环节观察学生的学习情况和反应。

课程教学小结：

本次课讲解了衡量模拟与数字通信系统性能优劣的指标，并由此引出了码元速率、信息速率、频带利用率、误码率及误信率等概念。

最后对通信的发展与现状进行了简单的介绍。

课程考核及教学目标达成情况：

通过课堂提问、作业、章节测试来观察学生的教学目标学习情况

教学反思（存在的主要问题）：

可以加强课堂的互动环节设计

改进方案：

在PPT中增加动画，另外配合仿真软件来展示授课内容

第二章

随机过程与数理统计

主要知识点及教学用时安排

1.了解随机过程的概念，掌握随机过程统计描述的方法，理解平稳随机过程的概念和各态历经性，熟练掌握高斯平稳过程的定义、特点及对它的描述方法。

2.理解平稳随机过程功率谱和自相关函数的定义，熟练掌握随机信号的功率谱、相关函数的特点及两者的关系；掌握平稳随机过程通过线性系统的分析方法。

3.了解通信系统中的噪声，熟练掌握白噪声和高斯白噪声的定义及特点，理解窄带高斯噪声的定义，掌握它们的特点；掌握正弦信号加窄带高斯噪声的统计特性。

4.了解周期平稳随机过程概念，了解信号检测基本准则。

12课时

备注（实验、上机、课外学习等安排）

实验1个，2课时

本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：

通过对确知信号和随机信号分析等内容的学习，培养学员思维的灵活性，能运用有关数学知识分析通信系统中的信号与噪声。

采用课堂多媒体教学和软件工具演示等手段进行理论教学。

通过随机过程等内容的学习，培养学生思维的灵活性，能运用有关数学知识分析通信系统中的噪声，提高他们的综合素质。

同时，通过上机实验使学生建立计算机辅助分析能力。

本章教学内容摘要：

1.引言

2.确知信号分析

3.随机变量及其数字特征

4.随机过程及其统计特性

5.平稳随机过程

6.高斯随机过程

7.平稳随机过程通过线性系统

8.窄带随机过程

9.通信系统中的噪声

本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：

重点：

傅立叶变换，随机变量的常见概率分布，平稳随机过程，高斯平稳过程，白噪声，随机信号的功率谱与相关函数

难点：

随机过程的概念与统计描述方法，平稳随机过程的定义与数字特征的计算，平稳随机过程通过线性系统

本章采用课堂多媒体教学和软件工具演示等手段进行理论教学；通过课堂演示实验使学员建立计算机辅助分析能力。

教学反馈（作业、测试、答疑、交流等情况）

通过作业、章节测试等环节观察学生的学习情况和反应。

课程教学小结：

本章主要复习了信号系统和概率论相关知识，学习了随机过程及随机过程通过线性系统，要求重点掌握高斯随机过程的特性和一些结论，如平稳随机过程通过线性系统时，其输出过程也是平稳的；如果输入过程是高斯分布的，则输出随机过程也是高斯分布的。

另外掌握输出过程的数学期望、功率谱密度与输入过程的关系

课程考核及教学目标达成情况：

通过课堂提问、作业、章节测试来观察学生的教学目标学习情况

教学反思（存在的主要问题）：

可以加强课堂的互动环节设计

改进方案：

在PPT中增加动画，另外配合仿真软件来展示授课内容

第三章

信道

主要知识点及教学用时安排

1.了解常用的恒参信道和随参信道；

2.掌握理想恒参信道的特点，掌握恒参线性信道的常见失真和数学模型；

3.了解随参信道的数学模型，了解信道衰落特点和多径时延等基本概念；

4.掌握信道容量的概念，了解香农公式的应用。

4课时

备注（实验、上机、课外学习等安排）

实验1个，2课时

本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：

通过这部分内容的教学，使学员了解各种实际信道的特点，培养学员把复杂问题抽象化的能力，掌握分析加性高斯信道的方法。

本章教学内容摘要：

1.信道的定义、分类和模型

2.恒参信道及其传输特性

3.随参信道及其传输特性

4.随参信道特性及其对信号传输的影响

5.随参信道特性的改善—分集接收

6.信道容量的概念

本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：

重点：

各种实际信道的特点

难点：

随参信道的特点和数学模型

本章采用课堂多媒体教学和软件工具演示等手段进行理论教学；通过课堂演示实验使学员建立计算机辅助分析能力。

教学反馈（作用、测试、答疑、交流等情况）

通过作业、章节测试等环节观察学生的学习情况和反应。

课程教学小结：

本章讲解了各种常见信道及其特性，恒参信道的基本特性，随参信道的基本特性、频率选择性衰落原理、相关带宽等概念；介绍了分集接收的概念与方法及连续信道容量的含义及计算方法。

重点掌握频率选择性衰落原理及相关带宽等概念；连续信道容量的含义及计算方法。

课程考核及教学目标达成情况：

通过课堂提问、作业、章节测试来观察学生的教学目标学习情况

教学反思（存在的主要问题）：

可以加强课堂的互动环节设计

改进方案：

在PPT中增加动画，另外配合仿真软件来展示授课内容

第五章

数字基带信号传输

主要知识点及教学用时安排

1.熟练掌握数字基带信号传输系统的方框图，掌握基带信号常用码型及其编译码方法；

2.掌握常用随机二进制波形序列的功率谱的特点及运用；

3.熟练掌握无码间串扰的传输特性，并会判断系统是否为无码间串扰传输系统；掌握无码间串扰传输条件下码元速率、信道带宽和频带利用率之间的关系；

4.掌握二元确知信号最佳接收的概念。

熟练掌握匹配滤波器的特点及传输特性；

5.掌握在加性高斯白噪声信道下基带传输系统的最佳接收机结构，了解其抗噪性能分析方法并掌握其结论；

6.了解最佳基带传输系统的概念；

7.理解眼图的意义、功用；

8.了解均衡技术和评价指标。

12课时

备注（实验、上机、课外学习等安排）

实验1个，2课时

本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：

通过这部分内容的教学，使学员全面认识一个基本的通信系统的结构，了解信息在系统内的传输过程，对噪声和码间串扰给信息传输带来的不利影响有深刻的理解，从而掌握解决问题的相关原理、技术和方法，培养辨证的思维方法和理解能力。

通过对基带信号波形和功率谱、码间串扰和最佳接收等内容的讲解，巩固前面章节的随机过程和信号系统等基础知识，培养学员缜密的数学思维能力和基础理论的综合应用能力。

本章教学内容摘要：

1.数字基带信号的码型和波形

2.数字基带信号的功率谱分析

3.数字基带信号的传输及码间干扰

4.基带系统的无码间干扰传输特性

5.无码间干扰时噪声对传输性能的影响

6.多进制数字基带信号的传输

7.眼图

8.部分响应系统

9.时域均衡技术

本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：

重点：

数字基带信号传输系统框图，码型与功率谱，无码间串扰系统传输特性，匹配滤波器

难点：

功率谱分析，码间串扰，无码间串扰系统传输特性，二元确知信号的最佳接收

采用课堂多媒体教学手段进行理论教学；

采用可视化仿真软件SystemView进行相关内容的仿真实验

教学反馈（作用、测试、答疑、交流等情况）

通过作业、章节测试等环节观察学生的学习情况和反应。

课程教学小结：

本章讲解了数字基带信号中常用的码型和波形；对数字基带信号的功率谱进行了分析，并介绍了分析结果的运用；讲解了数字基带信号的传输及码间干扰形成的原理以及码间干扰的影响；介绍了基带系统的无码间干扰传输特性及应用；讲解了无码间干扰时噪声对传输性能的影响及误码率公式推导；讲解了多进制数字基带信号的传输，眼图以及均衡。

课程考核及教学目标达成情况：

通过课堂提问、作业、章节测试来观察学生的教学目标学习情况

教学反思（存在的主要问题）：

可以加强课堂的互动环节设计

改进方案：

在PPT中增加动画，另外配合仿真软件来展示授课内容

第六章

正弦载波数字调制（包括课本的第六章和第七章内容）

主要知识点及教学用时安排

1.熟练掌握2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的调制解调方框图；

2.了解对它们性能的分析方法，掌握误码率分析结论和已调信号的频谱结构；

3.掌握QPSK和QDPSK的调制解调原理；

4.了解其它多进制调制和恒包络调制的原理及已调信号功率谱的特点。

14课时

备注（实验、上机、课外学习等安排）

实验2个，4课时

本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：

通过这部分内容的教学，使学员首先掌握2ASK、2FSK和2PSK/2DPSK这三种最基本的调制技术，进而掌握其它重要的调制原理，学会综合评价一个通信系统，领会技术发展无止境的道理，从而培养学员主动掌握新知识的意识和能力。

通过对多种改进型调制方式的讲解，培养学员举一反三、演绎推理的能力，使学员能根据实际使用的要求，正确选择合适的调制方法。

本章教学内容摘要：

1.二进制数字调制原理

2.二进制数字调制系统的抗噪声性能

3.二进制数字调制系统的性能比较

4.多进制数字调制系统

5.恒包络调制

本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：

重点：

2ASK、2FSK、2PSK（2DPSK）三种基本调制的调制解调原理

难点：

基本调制的实现方法，多进制调制解调原理

采用课堂多媒体教学手段进行理论教学；

通过计算机仿真实验，考察学员对调制理论的掌握程度和对频带传输各要素的理解。

教学反馈（作用、测试、答疑、交流等情况）

通过作业、章节测试等环节观察学生的学习情况和反应。

课程教学小结：

本章讲解了二进制调制和解调的方法，有效性和可靠性分析及结果，讨论了QPSK、OQPSK、DQPSK及QAM等多进制调制技术的调制及解调原理，讲解了DQPSK和QAM信号波形特点、带宽及抗噪声性能，介绍了恒包络调制的基本原理。

课程考核及教学目标达成情况：

通过课堂提问、作业、章节测试来观察学生的教学目标学习情况

教学反思（存在的主要问题）：

可以加强课堂的互动环节设计

改进方案：

在PPT中增加动画，另外配合仿真软件来展示授课内容

第八章

模拟信号的数字传输

主要知识点及教学用时安排

1.理解抽样的作用，熟练掌握低通信号的抽样定理，了解带通信号抽样定理；

2.掌握均匀量化和非均匀量化的定义、特点，理解它们的联系与区别，理解量化信噪比的概念；

3.掌握脉冲编码调制（PCM）原理、系统组成框图，掌握PCM系统的特点，了解系统抗噪声性能，了解ADPCM；

4.掌握增量调制（M）原理、系统框图，掌握M系统的特点，了解系统抗噪声性能；

5.理解时分复用的概念，掌握时分复用系统带宽估算方法。

8课时

备注（实验、上机、课外学习等安排）

无

本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：

通过对这部分内容的教学，使学员充分认识到通信系统数字化的发展趋势，掌握模拟信号数字化的理论基础和两种基本的实现手段，了解日常生活中使用的电话等实际通信系统，提高学员学习通信原理的积极性，培养学员应用理论知识分析解决实际问题的能力，为今后学习更深的内容如语音编码、图像编码打好基础。

本章教学内容摘要：

1.抽样定理

2.PCM原理

3.增量调制

4.时分复用及多路电话系统

本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：

重点：

抽样定理，均匀量化和非均匀量化的定义与特点，常见编码方法，PCM原理与系统框图，M原理与系统框图，时分复用原理

难点：

抽样定理，非均匀量化编码，M系统特点，时分复用系统带宽估算方法

采用课堂多媒体教学手段进行理论教学；

通过阅读专业文献和撰写阅读笔记的形式，扩大学员的视野，加强学员对当前通信专业发展状况的了解。

教学反馈（作用、测试、答疑、交流等情况）

通过作业、章节测试等环节观察学生的学习情况和反应。

课程教学小结：

本章讲解了抽样定理，脉冲编码调制（PCM）的抗噪声性能；讲解了增量编码调制技术（ΔM）的特性及其抗噪声性能分析，并与前面学习过的PCM系统进行了全面对比，分析了各自的应用场合。

最后对基于PCM的时分复用多路数字电话系统进行了简要介绍，重点讲解了复用和分接的一些基本概念。

课程考核及教学目标达成情况：

通过课堂提问、作业、章节测试来观察学生的教学目标学习情况

教学反思（存在的主要问题）：

可以加强课堂的互动环节设计

改进方案：

在PPT中增加动画，另外配合仿真软件来展示授课内容

第九章

差错控制编码

主要知识点及教学用时安排

1.掌握纠错码的基本概念，如：

码的分类、码长、码距、码重及码距与纠错能力的关系等；

2.理解检错码检错的原理；

3.掌握线性分组码的定义和编译码原理，掌握汉明码的特点；

4.掌握循环码的定义、特点及其编译码原理，了解循环码编译码电路；

5.理解m序列的特点，了解其产生方法和用途；

6.了解卷积码的概念和编码与译码原理。

8课时

备注（实验、上机、课外学习等安排）

无

本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：

通过这部分内容的教学，使学员学会运用代数和数字电路等基础知识分析各种编码方法，掌握纠错编码的基本原理和常用技术，理解在通信系统中有所得与有所失的辩证关系，拓宽学员的知识面，为今后进一步学习打下基础。

本章教学内容摘要：

1.检错、纠错的基本原理

2.常用的简单编码

3.线性分组码

4.循环码

5.卷积码

6.伪随机序列

本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：

重点：

差错控制编码的基本概念，线性分组码的编译码原理，汉明码，循环码

难点：

差错控制与差错控制编码的区别与联系，线性分组码的编译码原理，循环码编译码电路，卷积码的概念和编码与译码原理

采用课堂板书和多媒体教学相结合的方式进行理论教学；

通过课后作业的形式，考察学员对纠错编码理论中各概念的掌握，考察学员运用代数知识分析线性分组码的能力。

教学反馈（作用、测试、答疑、交流等情况）

通过作业、章节测试等环节观察学生的学习情况和反应。

课程教学小结：

本章讲解了检错、纠错的基本原理，最小码距的原理和应用；介绍了常用的简单编码；讲解了线性分组码的常用编译码方法；讲解了循环码的编译码方法；讲解了卷积码的三种表示方式和维特比译码方法；介绍了伪随机序列的生成方法和基本特性。

课程考核及教学目标达成情况：

通过课堂提问、作业、章节测试来观察学生的教学目标学习情况

教学反思（存在的主要问题）：

可以加强课堂的互动环节设计

改进方案：

在PPT中增加动画，另外配合仿真软件来展示授课内容

第十章

同步原理

主要知识点及教学用时安排

1.掌握通信系统中同步的概念、分类及评价同步系统性能的主要指标；

2.掌握载波同步方法中的直接法、插入导频法的典型框图，了解其性能；

3.了解位同步的常用方法，掌握数字锁相环提取位同步信号的原理、框图及其性能估算；

4.了解群同步的常用方法，掌握巴克码提取群同步信号的原理、框图及其性能估算，了解改善群同步性能的方法。

8课时

备注（实验、上机、课外学习等安排）

无

本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：

同步技术是通信系统中的一个重要的实际问题。

通过这部分内容的教学，使学员认识同步在整个系统中的重要性，掌握载波同步、位同步和群同步的工作原理和技术，掌握对同步电路性能指标的分析，培养学员掌握设计、分析通信系统中各种同步的能力，提高学员科学思维的系统性和全面性。

本章教学内容摘要：

1.同步概述

2.载波同步

3.位同步

4.帧同步

本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：

重点：

同步的概念，载波同步、位同步与群同步的工作原理、典型框图、性能评价指标。

难点：

载波同步、位同步与群同步的性能估算。

采用课堂多媒体教学手段进行理论教学；

通过课后讨论的形式，考察学员对电路知识和同步理论的掌握情况，并通过课后作业考察学员对评价同步电路的主要指标的理解程度。

教学反馈（作用、测试、答疑、交流等情况）

通过作业、章节测试等环节观察学生的学习情况和反应。

课程教学小结：

本章介绍了同步的作用和分类；讲解了载波同步的方法，包括插入导频、直接法（锁相环、Costas环法）以及载波同步的性能指标；讲解了位同步的方法，包括插入导频、直接法（滤波法、数字锁相环法）以及位同步性能指标；讲解了群同步的方法（起止式同步、连贯插入、间歇插入），巴克码及其特性与识别方法，以及群同步的性能和群同步的保护。

课程考核及教学目标达成情况：

通过课堂提问、作业、章节测试来观察学生的教学目标学习情况

教学反思（存在的主要问题）：

可以加强课堂的互动环节设计

改进方案：

在PPT中增加动画，另外配合仿真软件来展示授课内容

实验

主要知识点及教学用时安排

1.仿真软件使用入门；

2.滤波器的作用；

3.数字基带信号的功率谱分析；

4.二进制数字相位调制与解调器；

5.二进制数字相位调制系统误码性能研究

10课时

备注（实验、上机、课外学习等安排）

10课时

本章教学目标及对学生毕业要求的支撑性：

通过实验课程的教学，培养学生理论联系实际、独立思考、分析解决实际问题的能力，同时培养基本的实验技能和动手能力。

对学有余力的学生着重培养设计、综合和创新能力。

本章教学内容摘要：

1.仿真软件使用入门；

2.滤波器的作用；

3.数字基带信号的功率谱分析；

4.二进制数字相位调制与解调器；

5.二进制数字相位调制系统误码性能研究

本章教学重点、难点及相应的教学方法、手段：

重点：

功率谱分析、数字相位调制解调、误码性能分析。

难点：

误码性能分析。

采用课堂多媒体和上机实验教学手段进行实验教学学；

通过上机操作和讨论的形式，考察学员对仿真实验理解程度和操作能力。

教学反馈（作用、测试、答疑、交流等情况）

通过实验等环节观察学生的学习情况和反应。

课程教学小结：

本章对仿真软件使用入门、滤波器的作用、数字基带信号的功率谱分析、二进制数字相位调制与解调器、二进制数字相位调制系统误码性能研究等五个实验进行了上机实验，考察学生理论结合实际的能力。

课程考核及教学目标达成情况：

通过课堂提问和实验数据检查来观察学生的教学目标学习情况

教学反思（存在的主要问题）：

可以加强课堂的互动环节设计

改进方案：

可开发多进制调制解调仿真实验题目，作为学生的课后作用