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授课教案

教师教案

（20—20学年第学期）

课程名称：

通信原理

授课学时：

64

授课班级：

任课教师：

教师职称：

教师所在学院：

电子科技大学教务处

课程名称

通信原理

授课专业

网络选课

班级

课程编号

01083009

修课人数

课程类型

必修

公共基础课（）；学科基础课（）；专业核心课（√）

选修

专业选修（）；任选课（）；公选课（）；

理论课（√）；实践课（√）

授课方式

课堂讲授为主（√）；实验为主（）；

自学为主（）；专题讨论为主（）；

其他：

是否采用

多媒体授课

是

考核方式及成绩构成

考试（√）考查（）成绩构成及比例：

平时15%，期中10%，实验5%，期末70%

是否采用

双语教学

否

学时分配

讲授56学时；实验8学时；上机学时；习题学时；课程设计学时

教材

名称

作者

出版社及出版时间

《通信原理》

李晓峰等

清华大学出版社

2008年11月

参考书目

《现代通信原理》

《通信原理》

《通信原理》

《通信系统》

曹志刚等

樊昌信等

周炯磐等

西蒙-赫金

清华大学出版社

1992年8月

国防工业出版社

2001年5月

北京邮电大学出版社

2002年8月

电子工业出版社

2003年10月

授课时间

第1周——第17周

第一章绪论

授课时数：

4学时

一、教学内容及要求

内容：

通信的历史回顾、数字和模拟信源与系统的概念（1学时）

通信系统框图详解（1学时）

信息的度量概念和信道容量与理想的通信系统定义（2学时）

要求：

了解课程教学大纲的要求和相应的授课进度安排

理解通信原理课程概论、通信的重要发展历史及其与其它学科的关系

理解通信系统的目的、设计、分类、性能指标和结构等内容

掌握信息论基础知识，信息的度量和香农定理

二、教学重点与难点及解决方法

重点：

对通信系统建立初步系统的概念

信息的概念和度量方法

香农定理的应用

难点：

设计通信系统的四大基本原则的实现方法

通信系统包括的发射端、信道和接收端三部分的具体电路

香农公式如何将通信系统的有效性和可靠性统一进行体现

解决办法：

引入通信系统的实例，生动具体的阐述基本概念和原理。

强调后续课程的内容都是围绕设计通信系统的四大基本原则来实现的。

三、教学设计

1、引入通信系统的概念，介绍通信系统的目的、设计、分类、性能指标和结构等内容，说明通信系统与电力系统的区别。

2、说明本书章节的分析方法，用确定波形的方法来分析通信系统的一般指标，用统计的方法分析通信系统重要的噪声性能。

3、介绍信息的概念，与消息的本质联系，给出信息的度量原则，定义消息中包含的信息量计算公式。

4、给出信道容量的定义，讨论香农信道容量公式，可知香农公式将通信系统的有效性与可靠性统一在一起进行考虑，找到二者间的互换关系，并给寻找新的编码和调制方法指出了方向。

四、作业

习题2、4、6、10、11

五、参考资料

曹志刚等著《现代通信原理》、樊昌信等著《通信原理》、周炯磐等著《通信

原理》、西蒙-赫金著《通信系统》。

六、教学后记

由于本课程学习难度较大，因此第一次课应着重于引发学生的兴趣，才能在

今后枯燥的学习过程中化兴趣为动力，提升教和学的效果。

首先通过典型通信系统框图，以大家熟悉的收音机为例，说明包含的发射端、

信道和接收端三部分的信号特性，对其结构和性能指标建立初步的概念，分解教材章节部分具体对应通信系统的哪部分，使学生对整本教材的内容有系统的感觉，而非一盘散沙不知所云。

从具体消息引出抽象的信息，用大量生动直观的例子，说明信息的概念和度量方法。

从一条消息包含的信息量，到包含很多消息的信源平均信息量，由浅入深定义了信息量、信源熵、信息速率等概念，说明了其物理含义，最后用现实中的例子来强化概念。

由前面定义的信息速率，提出了信道容量的概念，引申出香农信道容量公式。

对此作了四方面的讨论，可知香农公式将通信系统的有效性和可靠性统一在一起进行考虑，找到二者间的互换关系。

有效性和可靠性是一个通信系统的两大基本度量指标，因此香农公式为寻找新的编码和调制方法提供了理论依据。

教师可告诉学生：

现有通信系统，与香农公式对应的理想通信系统还有很大差距，这就是大家今后需要为之奋斗的方向。

力求培养学生对科学的探究学习乐趣。

本章布置的习题答案将在教师社区上发布，再通过课堂上画龙点睛式的点评，可让学生们进一步强化对概念和公式的理解。

按计划完成了教学内容，效果良好。

通过征求学生意见，得知大部分学生认为进度合适，讲课总体思路清晰，语速适中，和同学们的交流与互动效果也比较好，希望教师可以保持这样的教学风格。

第二章基础知识

授课时数：

4学时

一、教学内容及要求

内容：

信号及其基本参数（1学时）

信号通过线性时不变系统的无失真传输条件（1学时）

噪声中的信号处理方法：

平滑滤波与匹配滤波器（1学时）

带通信号及其分量信号（1学时）

要求：

理解信号的时域频域表示方法，介绍工程应用中信号带宽的几种常用定义

理解信号通过线性时不变系统时，对应的频域无失真传输条件

掌握在各种通信系统中，采用平滑滤波与匹配滤波接收噪声中的信号及其工作原理

掌握带通信号及其分量信号，特别是复包络信号的物理意义和实用性

二、教学重点与难点及解决方法

重点：

信号的时域表示方法

工程应用中带宽的常用定义

如何应用平滑滤波与匹配滤波接收噪声中的信号

带通信号中复包络信号的定义和物理意义

难点：

频域中信号的频率及其物理意义

匹配滤波接收噪声中的信号及其工作原理

工程应用中带宽的定义与先修课程中的定义不同

解决办法：

引入复包络的概念，详细阐述基本概念的重要性，强调工程带宽和先修课程《信号与系统》中的带宽含义不同

三、教学设计

1、首先介绍描述信号的主要物理参数：

直流分量、平均功率、分贝表示、频谱等，作为后续课程的基础。

给出信号带宽的工程定义，区别其与先修课程中定义的不同，并用图形描述带宽的几种常用定义。

2、介绍信号通过线性时不变系统的时频域特性，推导无失真传输在时频域应满足的条件。

3、介绍在各种通信系统中，采用平滑滤波接收信号的工作原理，及在数字通信系统中，采用匹配滤波接收信号的工作原理。

4、分析带通信号及其分量信号的表达式与频谱特性，重点理解复包络信号的物理意义和实用性。

四、作业

本章以复习为主，未布置作业

五、参考资料

曹志刚等著《现代通信原理》、樊昌信等著《通信原理》、周炯磐等著《通信

原理》、西蒙-赫金著《通信系统》。

六、教学后记

首先介绍物理可实现波形的定义和条件，给出研究波形的基本特性，如时域上的直流分量、均方根值、归一化功率值、分贝表示法等；频域上的频谱、功率谱、带宽等，以作为后续课程的基础。

其中，工程应用中带宽的常用定义与先修课程《信号与系统》中的定义有所不同，讲授过程中需要特别强调这一点。

复习信号通过线性时不变系统时，输入和输出的时频域特性。

对一系统或滤波器，定义了包络时延，说明其物理意义，接着分一般信号（包括基带与带通）和带通信号两种情况，分别展开讨论振幅和相位不失真的条件，即线性失真的基本原理。

给学生留一道课后思考题：

图像中的“马赛克”是否属于线性失真？

如果是，属于哪一种？

如果不是，那又是什么原因造成的？

介绍信号在传输中受到噪声的影响，并根据传送的信号类型（模拟或数字），用不同的滤波器接受被噪声干扰的信号。

推导在各种通信系统中，采用平滑滤波接收信号的工作原理，及在数字通信系统中，采用匹配滤波接收信号的工作原理。

复习《随机信号与系统》中讲述过的带通信号，分析其分量信号的表达式和频谱特性，重点阐述复包络信号的物理意义和工程概念。

从带通信号可以等效为基带信号，即复包络的方法。

引申出带通系统对带通信号的响应也同样可进行等效，即低通系统对低通信号的响应。

推导出等效后，输入、输出的复包络与系统复脉冲响应的时频域关系。

讲授过程中，需要细致阐述，让学生真正学懂，为后续内容奠定良好的基础。

本章内容不多，新知识较少，未布置课后习题。

按计划完成了教学内容，效果较好。

第三章模拟传输

授课时数：

8学时

一、教学内容及要求

内容：

幅度调制AM、DSB-SC、SSB和VSB信号的调制解调原理（2学时）

模拟角度调制FM和PM信号的调制解调原理（3.5学时）

幅度调制系统的抗噪声性能（2学时）

各类通信系统的比较与应用（0.5学时）

要求：

掌握各种模拟信号（AM、DSB-SC、SSB、FM、PM）的产生和解调、频谱和带宽

掌握模拟线性调制系统（AM、DSB-SC和SSB等）的输出信噪比及其相关概念

了解各类通信系统的区别与应用

了解频分复用的基本原理

二、教学重点与难点及解决方法

重点：

AM、DSB-SC、SSB信号的调制解调原理

FM和PM信号的调制解调原理

模拟线性调制系统的输出信噪比的讨论，包括AM、DSB-SC和SSB等系统及其相关概念

难点：

FM和PM信号的频谱分析

讨论模拟线性调制系统的输出信噪比时，所涉及到的多种信噪比概念和定义

解决办法：

引入通信系统的实例，生动具体的阐述模拟调制的基本原理。

通过信噪比来区分各种模拟调制系统的性能。

三、教学设计

1、讲述AM、DSB-SC、SSB和VSB等模拟信号的产生和解调、频谱和带宽，引出线性与非线性调制的概念，同时讲述这几种调制方法时，需注意说明每种新方法采用的原因，是为了克服旧方法中存在的缺陷。

2、讨论FM和PM的基本概念及信号的频谱，窄带和宽带角度调制信号的性质，解释两种方法间的内在联系，说明其抗噪性能的增加是牺牲带宽的原理。

3、为比较各种不同带通系统的输出信噪比，需要一个通用的对接收机输入的测量准则，即都与基带系统相比较。

在此基础上，讨论模拟线性调制系统的输出信噪比，主要包括AM、DSB-SC和SSB系统及其相关概念。

4、介绍频分复用的基本原理及其在通信系统中的应用，与时分复用、码分复用的区别和联系。

四、作业

习题2、3、4、11、12、13、15、17、19、21、26

五、参考资料

曹志刚等著《现代通信原理》、樊昌信等著《通信原理》、周炯磐等著《通信

原理》、西蒙-赫金著《通信系统》。

六、教学后记

首先，讲述本章研究的目的，即调制的作用，然后引入AM调制方式的产生和解调、频谱和带宽，引出线性与非线性调制的概念，通过例题讨论计算AM信号的频谱、功率等参数，考虑到传送AM信号时，浪费了传载波的功率，引入DSB-SC调制方式，来解决这一问题。

但DSB-SC调制方式也有自身的缺陷，由于两个边带信息完全相同，因此又在DSB-SC调制方式的基础上，引入SSB调制方式。

而SSB调制方式在面对调制信号存在丰富的低频信号时，又显得束手无策，所以引入VSB调制方式。

讲述以上几种调制方法时，注意说明采用每种新方法的原因，是为了克服旧方法中存在的缺陷。

给学生留一道课后思考题：

AM、DSB-SC、SSB和VSB调制方式的特点及应用情况都有哪些？

以上四种调制都属于幅度调制，而FM和PM是正弦信号作为载波时的另外两种调制方式，它们以牺牲带宽为代价换取信噪比的提高。

讲述FM和PM的基本概念与二者之间的内在联系，定义调频指数和调相指数等重要概念。

讨论信号的频谱，用卡森公式讨论其带宽。

介绍窄带和宽带角度调制信号的性质，解释两种方法之间的内在联系，说明其抗噪性能的增加是牺牲带宽的原理。

给学生留一道课后思考题：

窄带角度调制方式与AM调制的异同是什么？

回顾第一章中设计通信系统的四个要素，明确系统抗噪性能的重要性。

给出模拟系统的抗噪性能的度量指标，即输出信噪比。

为比较各种不同带通系统的输出信噪比，需要一个通用的接收机输入的测量准则。

可选择与基带系统进行比较，此时还需有同一带宽和功率的基带信号，经过同样的噪声信道。

在此基础上，讨论模拟线性调制系统的输出信噪比，如AM、DSB-SC和SSB系统及其相关概念，从而比较不用系统的优劣。

由于本章内容多且较为重要，因此课后布置了大量的习题。

按计划完成了教学内容，效果较好。

通过征求学生意见，得知大部分学生认为基本听懂了本章所讲授的基本原理和方法，还需通过课后认真阅读教材，进一步强化对知识的理解和掌握。

习题课2学时：

1、3两章

第四章数字基带传输

授课时数：

10学时

一、教学内容及要求

内容：

二元与多元数字基带信号及其传输速率（2学时）

数字基带信号的功率谱与带宽（1学时）

二元信号的接收方法与误码分析（2学时）

码间串扰与Nyquist准则（2学时）

信道均衡原理和算法（0.5学时）

部分响应系统的原理（1学时）

符号同步的基本概念（0.5学时）

线路码的概念及其频谱表示（1学时）

要求：

了解二元与多元数字基带信号的相关概念，多元数字基带信号的产生原理

掌握数字基带信号的传输速率的定义和计算方法

会计算任意二进制和多进制线路码的功率谱

理解接收机采用LPF或MF进行滤波后解调时的误码率一般表达式

掌握基带线路码传输时，系统经过LPF和MF接收的两类情况下的性能

掌握Nyquist第一准则的基本原理和物理意义

掌握升余弦滤波器的基本原理和应用

理解信道均衡器的工作原理，数字均衡器的结构及抽头系数的迫零算法

理解部分响应技术的基本思想，掌握双二进制的原理和计算方法

理解符号同步的基本概念

掌握线路码的概念及其频谱表示

二、教学重点与难点及解决方法

重点：

数字基带信号的传输速率的计算方法

二进制和多进制线路码得功率谱计算

接收机采用LPF或MF进行滤波后解调时的误码率一般表达式的推导

基带线路码传输时系统经过LPF和MF情况下的性能研究

码间干扰的原理和消除方法

双二进制系统的原理和计算方法

符号同步的基本概念

线路码的概念及其频谱表示

难点：

双二进制系统的原理

推导接收机采用LPF或MF进行滤波后解调时的误码率一般表达式

码间干扰的产生原因

解决办法：

引入通信系统的实例，生动具体的阐述数字基带信号的基本原理。

通过误码率来比较各种基带传输系统的性能。

三、教学设计

1、讨论数字信号的表示方法，二进制与多进制信号之间的关系，数字基带信号的传输速率的计算方法。

2、说明二进制与多进制线路码的基本特点以及功率谱的计算方法。

3、首先阐述最优检测的基本原理，给出最佳接收机解调后的误码率一般表达式，进一步推导接收机采用LPF或BPF进行滤波后解调时其误码率的一般表达式，并与最优接收的误码率一般表达式进行比较。

4、利用3中的结论研究基带线路码传输时，系统经过LPF和MF两种接收情况下的性能，并作出比较分析。

5、讲授码间串扰产生的原因，从而阐述Nyquist第一准则的基本原理和物理意义，升余弦滤波器的基本原理和特点，及其在通信系统中的应用。

6、介绍信道均衡器是消除或降低码间串扰的实用方法，讲授广泛应用的数字均衡器的构成，及抽头系数的计算。

7、说明部分响应技术的基本思想，以及双二进制的基本原理。

8、说明在数字通信系统中，同步的概念和重要作用。

9、讨论几种常用线路码的概念、波形及其频谱表示。

四、作业

习题1、2、3、4、5、6、11、13、15、16、17、19、22

五、参考资料

曹志刚等著《现代通信原理》、樊昌信等著《通信原理》、周炯磐等著《通信

原理》、西蒙-赫金著《通信系统》。

六、教学后记

由数据传输过程，引出几个基础概念：

二进制序列和二元PAM信号，单极性与双极性，归零和不归零，差分码等。

分析如何由二进制得到对应的多进制信号，及数字信号的一般表达式。

讨论了数字基带信号传输速率的几种定义及其计算方法。

说明了二进制和多进制线路码的基本特点，讨论了其功率谱的计算方法。

回顾第一章中设计通信系统的四个要素，明确系统抗噪性能的重要性。

给出数字系统的抗噪性能的度量指标，即误码率。

由最优检测的基本原理，得到最佳接收机解调后的误码率一般表达式，推导接收机采用LPF或BPF进行滤波解调时的误码率一般表达式，并与最优接收的误码率一般表达式进行比较。

研究基带线路码传输时，以单极性和双极性信号为例，由之前结论判断系统经过LPF和MF接收时的性能，并作比较与分析。

讲授码间串扰的产生原因，得到Nyquist第一准则的基本原理和物理意义，由于理想滤波器无法实现，演变出升余弦滤波器。

讨论升余弦滤波器的基本原理和特点，比较不同滚降因子对应时频域特性的不同，并由此引申出一般Nyquist滤波器的结构与特性，及其在通信系统中的应用。

给学生留一道课后思考题：

码间串扰是加性干扰还是乘性干扰？

为消除或降低码间串扰，信道均衡器是一种实用的方法，讨论了广泛应用的数字均衡器的构成，及抽头系数的计算。

说明了引入部分响应系统的基本思想，着重讨论了双二进制系统的基本原理。

对数字信号的传送和接收，讨论了同步的基本概念和重要作用。

给出二进制线路编码的几种方式，通过波形和功率谱分布，比较其异同，

各自的优缺点。

其中差分编码和解码也是一种线路编码方式。

由于本章内容多，知识点都非常重要，且较为繁杂，因此课后布置了大量的习题。

按计划完成了教学内容，效果较好。

通过征求学生意见，得知大部分学生认为基本听懂了本章所讲授的基本原理和方法，还需通过课后认真阅读教材，进一步强化对知识的理解和掌握。

中期考试2学时

第五章基本的数字频带传输

授课时数：

10学时

一、教学内容及要求

内容：

二进制带通信号（OOK、FSK、BPSK、DPSK）的调制解调原理（6学时）

多进制带通调制信号（QPSK、DQPSK、OQPSK、π/4QPSK）的调制解调原理（4学时）

要求：

掌握各种二进制带通信号（OOK、FSK、BPSK、DPSK）的产生和解调、频谱和带宽

掌握多进制带通调制信号（QPSK、DQPSK、OQPSK、π/4QPSK）的产生和解调方法、原理以及带宽

二、教学重点与难点及解决方法

重点：

星座图的原理

二进制带通信号（OOK、FSK、BPSK、DPSK）的调制解调原理

多进制带通调制信号（QPSK、DQPSK、OQPSK、π/4QPSK）的调制解调原理

难点：

FSK信号的产生及表示、频谱、带宽和解调

QPSK信号的几种实现方式

解决办法：

引入通信系统的实例，生动具体的阐述数字带通信号的基本原理，引入星座图，通过误码率来比较各种二进制和多进制带通传输系统的性能。

三、教学设计

1、讲述二进制带通信号（OOK、FSK、BPSK、DPSK）的时频域和复包络的基本特点、带宽，时域波形和基带线路码波形之间的区别和联系，及产生和解调方法。

引入星座图的概念，说明分析数字调制方法时使用星座图的好处。

2、讲述FSK信号的产生及表示，频谱、带宽和解调。

3、讲述多进制带通调制信号（MPSK、QPSK）的产生与解调方法，原理和带宽。

讨论QPSK、DQPSK、OQPSK、π/4QPSK的区别和联系，及其产生与解调过程中所存在的差异。

四、作业

习题1、2、3、4、7、8、9、10、11、19、21、22

五、参考资料

曹志刚等著《现代通信原理》、樊昌信等著《通信原理》、周炯磐等著《通信

原理》、西蒙-赫金著《通信系统》。

六、教学后记

数字调制与模拟调制的原理类似，所不同的仅仅是调制信号的不同。

阐明这一点对理解数字调制方式大有裨益。

在正弦信号作为载波时，同样对应三种数字调制方式：

幅移键控、频移键控和相移键控。

讲述二进制带通信号（OOK、FSK、BPSK、DPSK）的时频域和复包络的基本特点、带宽，时域波形和基带线路码型波形之间的区别和联系，以及产生和解调的方法。

给学生留一道课后思考题：

对不同二进制数字调制方式的性能进行比较。

引入星座图的概念，说明分析多进制数字调制方法时使用星座图的好处。

讨论QPSK、DQPSK、OQPSK、π/4QPSK的区别和联系，及其产生与解调过程中所存在的差异。

QPSK与π/4QPSK两种调制方式的提出是解决QPSK方式在对调制信号预滤波时带来的AM分量问题。

给学生留一道课后思考题：

QPSK类是属于线性或非线性调制？

由于本章内容多，且知识点都比较重要，因此课后布置了大量的习题。

按计划完成了教学内容，效果较好。

通过征求学生意见，得知大部分学生认为基本听懂了本章所讲授的基本原理和方法，还需通过课后认真阅读教材，进一步强化对知识的理解和掌握。

习题课2学时：

4、5两章

第六章模拟信号数字化与PCM

授课时数：

6学时

一、教学内容及要求

内容：

模拟信号的抽样定理（1学时）

均匀量化与最佳量化的原理（1学时）

量化信噪比与对数量化的原理（1学时）

脉冲编码调制PCM的原理（2学时）

时分复用的含义和原理（1学时）

要求：

掌握对模拟信号的抽样（包括自然抽样与瞬时抽样）过程

掌握均匀量化与最佳量化的原理，及量化信噪比与对数量化的定义

掌握脉冲编码调制PCM信号的原理

理解时分复用的基本原理和方法

二、教学重点与难点及解决方法

重点：

脉冲编码调制PCM信号的原理

均匀量化与最佳量化的原理，及量化信噪比与对数量化的定义

时分复用的基本原理

难点：

脉冲编码调制中量化和编码每一步骤的具体过程

量化信噪比与对数量化的定义

时分复用的具体体现

解决办法：

引入通信系统的实例，生动具体的阐述由模拟信号得到数字信号的步骤和原理，介绍实用PCM系统的数字化过程。

三、教学设计

1、讲述自然抽样PAM信号和瞬时抽样PAM信号的实现方法，明确其为PCM理论的基础。

2、讲解对模拟信号的抽样、量化和编码的过程，PCM信号的带宽、噪声的影响，研究了PCM信号的μ律、A律压缩，即工程实现方法。

3、说明时分复用的基本原理和方法，帧同步的基本原理和TDM的协议体系结构。

四、作业

习题1、2、6、8、11、12、13、14、15、16、20

五、参考资料

曹志刚等著《现代通信原理》、樊昌信等著《通信原理》、周炯磐等著《通信

原理》、西蒙-赫金著《通信系统》。

六、教学后记

第二章中介绍的脉冲抽样级数，是一种理想脉冲抽样。

考虑在现实中如何易于实现，因此引出了对模拟信号的两种窄脉冲抽样方法，包括自然抽样和瞬时抽样过程。

对这两种抽样方法进行时频域分析，比较其实现方法、波形、频谱和带宽等的不同，学生容易混淆，需从本质上讲述清楚。

脉冲幅度调制PAM同样需要满足抽样定理中对抽样速率的要求，即实际抽样定理，这是PCM的基础。

抽样过程只是模拟信号数字化的第一步，还需进行量化和编码过程，才能得到二进制数码流，这就是PCM理论研究的内容。

详细分析量化的定义、分类、量化误差及噪声，重点研究非均匀量化的μ律、A律压缩，即工程实现方法。

根据量化过程对量化后信号实施编码，给出每个码字的编写方式。

明确了PCM信号的实现步骤后，估算其带宽，计算噪声对恢复的模拟信号信噪比的影响，即6dB原则。

给出时分复用的理论基础，即抽样定理。

以一个3通道的TDM系统为例，说明每一步骤信号的波形和特性，如何实现时间顺序上各路模拟信号的交织。

讨论TDM基群帧结构，包括PCM30/32和PCM24，帧同步的基本原理；除了对模拟信号的复接，还研究了数字信号如何复接，讨论了PDH和SDH方式的不同；另外用一个例子，解释了复接模拟和数字信号的过程。

最后阐述了现存的TDM两种协议体系结构。

由于本章内容多，且知识点比较重要，因此课后布置了大量的习题。

按