通信原理大纲.docx
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通信原理大纲
通信原理课程教学大纲
英文名称：
CommunicationPrinciples课程编码：
04100550
学时：
72学分：
4.5
课程性质：
学科基础课课程类别：
理论课
先修课程：
信号与系统
开课学期：
6
适用专业：
通信工程、电子信息工程、电子科学与技术
一、课程的性质与任务
通信原理是为电子信息类电子工程、通信工程专业学生开设的一门主干学科基础课。
本课程的主要任务是全面系统地讲述现代通信系统的基本原理、基本性能和基本分析方法，通过讲课、练习、实验，使学生掌握通信原理的基础知识和基本技能，掌握通信系统分析问题的一般方法,为研究设计各种通信系统奠定必要的基础。
通信原理是在掌握了基本的数学、物理、电路、信号分析的基础上，进一步学习移动通信、光纤通信、程控交换、计算机通信等几乎所有后续专业课程的基础,是进一步理解各种实际通信系统的理论基础，在电子与信息类学生的知识结构中占有重要的地位。
二、教学目标与要求
本课程的教学目标是：
1、掌握通信系统的基本组成与工作原理。
2、掌握评价各种系统的性能指标及其基本分析方法。
3、了解为改善各种通信系统性能所使用的技术。
三、课程的基本内容与教学要求
第一章绪论
[教学目的与要求]：
了解理解掌握
本章概括介绍通信的基本概念、通信系统的组成、通信系统的分类及通信方式、信息及其度量以及通信系统的主要性能指标。
通过本章的讲授，使学习者了解本课程要讲授的主要内容、各章节内容的关系，对通信和通信系统有一个初步的认识，掌握一些基本的概念。
[本章主要内容]：
1.2通信系统的组成
通信系统组成的一般模型—信源、发送设备、信道、接收设备、收信者；模拟通信系统的模型；数字通信系统的模型；数字通信系统的特点；
1.3通信系统的分类及通信方式
通信系统的分类—模拟与数字、有线与无线、基带与频带；
通信系统的通信方式—单工、半双工、双工、并行、串行。
1.4信息及其度量
信息的概念、离散消息的信息量计算公式、离散信源的平均信息量、总信息量。
1.5通信系统主要性能指标
有效性与可靠性
模拟通信系统有效性—传输带宽；
模拟通信系统可靠性—输出信噪比；
数字通信系统的有效性—传输速率、频带利用率；
数字通信系统的可靠性—误码率、误信率；
[本章重点]：
1．通信系统的基本组成模型、模拟通信系统的组成模型、数字通信系统的组成模型、了解数字通信系统的特点；
2．信息及其度量方法
3．模拟和数字通信系统的主要性能指标。
[本章难点]：
1．模拟通信系统与数字通信系统的区别；
2．基带信号、载波信号、已调信号的概念；
3．信息量和平均信息量的定义、统计平均信息量与样本平均信息量的差别；码元速率与信息速率、误码率与误信率的关系。
第三章随机过程
[教学目的与要求]：
本章是进一步分析通信系统性能所需的基本数学工具。
在了解随机过程的分布及其数字特征的基础上，重点介绍几种重要的随机过程的统计特性。
要求了解随机信号的基本描述分析方法、掌握几种主要的分析结论
[本章主要内容]：
3.1随机过程的基本概念
随机过程的定义、一维和多维概率分布、一维和多维概率密度、数字特征
3.2平稳随机过程
平稳随机过程的定义、平稳随机过程的各态历经性、平稳随机过程自相关函数的性质、功率谱密度的定义及其与自相关函数的关系。
3.3高斯随机过程
定义、重要性质、一维分布与一维概率密度函数、补误差函数。
3.4平稳随机过程随机过程通过线性系统
输出的均值、输出的自相关函数、输出的功率谱密度、输出的概率分布
3.5窄带随机过程
窄带条件、窄带随机过程的两种表达式、两个重要结论。
3.7正弦波加窄带高斯过程
包络幅值的概率密度函数
3.8高斯白噪声和带限高斯白噪声
白噪声的功率谱与自相关函数、低通带限白噪声的功率谱与自相关函数、带通带限白噪声的功率谱与自相关函数。
[本章重点]：
1．广义平稳随机过程的定义、性质、平稳随机过程的相关函数与功率谱密度；
2．高斯随机变量的概率密度函数、高斯随机变量的概率分布计算；
3．窄带高斯过程的表示及统计特性的结论。
[本章难点]：
1．平稳随机过程的定义、广义平稳随机过程的性质、描述；
2．窄带高斯过程的表示及统计特性。
第四章信道
[教学目的与要求]：
本章介绍有关信道的基本知识，包括信道特性对信号传输的影响，为后续各章奠定基础。
要求了解常见的有线和无线信道的特点，理解信道的数学模型、了解信道加性噪声的种类与模型，熟练掌握连续信道的容量计算公式——香农公式。
[本章主要内容]：
4.1无线信道
按电波传播方式划分无线信道—地波、天波、视线传播；
4.2有线信道
明线、对称电缆、同轴电缆、光纤。
4.3信道的数学模型
调制信道模型、编码信道模型
4.4信道特性对信号传输的影响
恒参信道对信号传输的影响—幅度失真、相位失真、码间串扰；
变参信道对信号传输的影响—多径衰落、频率选择性衰落。
4.5信道中的噪声
噪声的等效带宽。
4.6信道容量
信道容量的定义、离散信道容量的推导、二进制信源的熵；连续信道容量的香农公式及其讨论。
[本章重点]：
1．信道的数学模型；
2．信道对信号传输的影响
3．信道容量的概念与计算
[本章难点]：
1．离散信道的信道容量
第五章模拟调制系统
[教学目的与要求]：
理解调制的定义、功能与分类；理解线性调制（含AM、DSB、SSB与VSB）的原理（时域与频域表达式、频谱、带宽、产生与解调方法）；掌握线性调制的抗噪声性能的分析方法；理解角度调制原理、大信噪比情况下角度调制的噪声性能分析方法；了解频分复用、复合调制。
[本章主要内容]：
引言：
调制的定义、功能和分类
5.1线性调制的原理
AM、DSB、SSB与VSB的原理，包括时域表达式、频谱表达式、带宽、产生方法、解调方法等，线性调制的一般模型。
5.2线性调制的抗噪声性能
分析模型、信噪比指标、DSB相干解调的抗噪声性能、SSB相干解调的抗噪声性能、AM包络检波的抗噪声性能。
5.3角度调制的原理
窄带角度调制的频谱与向量表示、宽带调频的频谱特点、调频信号的产生与解调、直接调频与间接调频。
5.4角度调制的抗噪声性能
大信噪比情况下角度调制的噪声性能分析，门限效应的概念。
5.6频分复用和调频立体声
频分复用原理与计算、调频立体声系统组成。
[本章重点]：
1．调制的功能
2．线性调制的原理
3.DSB相干解调的抗噪声性能
[本章难点]：
1．单音频率调制的频谱特征分析
2．角度调制的噪声性能分析
第六章数字基带传输系统
[教学目的与要求]：
了解码型的概念和常用的几种码型；理解基带传输系统的模型、码间干扰的概念；掌握无码间干扰基带传输特性的分析方法以及奈奎斯特第一准则；掌握基带传输系统的理想低通特性、升余弦滚降特性；理解部分响应系统的原理、预编码与相关滤波的原理；掌握分析基带传输系统误码率的方法；了解眼图的物理意义、时域均衡的原理、自适应均衡器的实现方法。
[本章主要内容]：
6.1数字基带信号及其频谱特性
数字基带传输系统的组成框图、数字基带信号波形、数字基带信号数学表达式、数字基带信号频谱（功率谱）分析、
6.2基带传输常用的码型
传输码型的选择原则；AMI码、HDB3码、双向码、差分双向码、块编码的编码规则。
6.3数字基带信号传输与码间干扰
数字基带传输系统的模型、码间串扰的数学表示
6.4无码间串扰的基带传输特性
无码间串扰的时域与频域条件、基带传输无码间串扰的理想低通特性、基带传输无码间串扰的升余弦滚降特性。
6.5基带传输系统的抗噪声性能
二进制双极性基带传输系统的误码概率、二进制单极性基带传输系统的误码概率
6.6眼图
眼图的形成机理、由沿途可以观察到的信息。
6.7部分响应和时域均衡
第一类部分响应波形、频谱特点、码间串扰特点、相关编码与预编码；一般化的部分响应系统；适于均衡的原理（系统组成、均衡器的设计）、自适应均衡的准则。
[本章重点]：
1．数字基带信号传输系统组成框图，
2.码型，AMI码、HDB3码编译码规则
3.无码间干扰的时域频域条件、有无码间干扰的验证；
4.二进制单双极性码误码率的分析方法
[本章难点]：
1．无码间串扰的基带传输系统特性、无码间串扰的最高码元传输速率的计算、验证基带传输特性有无码间干扰；
2．部分响应波形、频谱特点、码间串扰特点。
第七章数字频带传输系统
[教学目的与要求]：
掌握二进制数字调制（ASK、FSK、PSK、DPSK）的原理，包括信号的时域表达式、频谱特征、会计算带宽；理解2ASK、2FSK、2PSK的抗噪声性能，会计算二进制数字调制系统的误码率；了解多进制数字振幅、频率、相位调制的原理，了解幅相联合调制、MSK、GMSK的特点。
[本章主要内容]：
7.1二进制数字调制原理
ASK、FSK、PSK、DPSK的原理，包括信号的时域表达式、频谱特征，调制与解调的方法。
7.2二进制数字调制的抗噪声性能
2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的相干解调误码率、非相干解调误码率
7.3二进制数字调制的比较
频谱特征的比较、抗噪声性能（误码率）的比较、对信道特性变化敏感性的比较。
7.4多进制数字调制的原理
多进制ASK、FSK、PSK、DPSK的基本原理
[本章重点]：
1．二进制数字调制原理
[本章难点]：
1．PSK与DKSK的关系
2．二进制数字调制的抗噪声性能
第八章新型数字带通调制技术
[教学目的与要求]：
了解正交幅度调制、最小频移键控MSK信号分析的基本原理，掌握主要的分析结论。
[本章主要内容]：
8.1正交幅度调制
星座图的概念、正交幅度调制信号的概念、多进制正交幅度调制信号与多进制相位调制信号的比较。
8.2最小频移键控和高斯最小频移键控
最小频移键控信号的频率特点、最小频移键控信号的相位特点、最小频移键控信号的产生与解调方法
[本章重点]：
1．最小频移键控信号的特点
[本章难点]：
1．最小频移键控信号的相位路径
2．最小频移键控信号的波形描绘
第九章模拟信号的数字传输
[教学目的与要求]：
掌握理想低通抽样定理推导与结论，了解带通抽样定理的结论；掌握量化、量化特性、均匀量化、非均匀量化的概念，会计算均匀量化情况下的量化信噪比；理解十三折线法实现非均匀量化特性的原理，并能够进行相应的计算。
掌握脉冲编码调制、差分脉冲编码调制和增量调制系统的原理，理解脉冲编码调制系统总的抗噪声性能的分析过程；了解时分复用和多路电话系统组成、帧结构、高次群结构。
[本章主要内容]：
9.1引言
模拟信号的数字化传输的过程
9.2模拟信号的抽样
理想低通抽样定理推导与结论、理想带通抽样定理结论
9.3模拟脉冲调制
三种模拟脉冲调制（PAM、PDM、PPM）的定义、PAM信号的频谱分析
9.4抽样信号的量化
量化原理、均匀量化的概念与均匀量化信噪比的计算；非均匀量化的概念，对数量化特性的推导、修正的对数量化特性、十三折线法实现非均匀量化特性的原理，
9.5脉冲编码调制
脉冲编码调制的基本原理、自然二进制码和折叠二进制码、十三折线A率特性编码、PCM系统的噪声性能分析。
9.6差分脉冲编码调制
预测编码原理、差分脉冲编码调制原理与性能。
9.7增量调制系统
增量调制原理、增量调制系统的量化噪声、
9.8时分复用和复接
时分复用的基本概念、准同步数字体系、同步数字体系。
[本章重点]：
1．模拟信号的数字化的过程；
2．理想低通抽样定理；
3．均匀量化的量化信噪比；
4．十三折线A率特性编码
5．PCM基群帧结构
[本章难点]：
1．量化信噪比的分析
2．PCM基群码速率与带宽计算
第十章数字信号的最佳接收
[教学目的与要求]：
理解数字信号接收的统计描述、最佳接收的准则；理解最佳接收机的性能、二进制确知信号的最佳形式、最佳接收机的结构；掌握匹配滤波器的原理（传递函数、冲击响应）、理解匹配滤波器的实现、匹配滤波器在最佳接收机中的应用。
[本章主要内容]：
10.1数字信号的统计特性
接收信号的统计特性；
10.2数字信号的最佳接收
最佳接收的准则——最大后验概率准则、最大似然准则
10.3确知信号的最佳接收
确知信号的概念、二进制确知信号的最佳接收机的结构
10.4确知信号最佳接收机的误码率
确知信号最佳接收机的误码率分析、二进制最佳信号
10.7实际接收机与最佳接收机的性能比较
实际接收机与最佳接收机的误码率比较
10.8数字信号的匹配滤波器接收
匹配滤波器的传递函数、匹配滤波器的冲击响应、匹配滤波器的输出信号、匹配滤波器的应用。
[本章重点]：
1．二进制确知信号的最佳接收机的结构
2．匹配滤波器的传递函数、冲击响应
[本章难点]：
1．接收信号的统计特性的描述；
2．确知信号的最佳接收机的结构的推导
3．确知信号最佳接收机的结构的误码率分析
第十一章差错控制编码
[教学目的与要求]：
掌握差错控制编码的基本原理；了解常用的简单编码；掌握线性分组码一般原理，掌握监督矩阵、生成矩阵、伴随式等概念；能够对给定的码组进行编码、译码；理解循环码原理与编译码方法；了解缩短循环码、BCH码、RS码的概念；掌握卷积码的描述、理解卷积码的维特比译码原理。
[本章主要内容]：
11.1概述
信道的分类、几种主要的差错控制技术、ARQ系统的工作原理与分类；
11.2纠错编码的基本原理
码重与码距、最小码距与纠检错能力；
11.3简单的实用编码
奇偶监督码、二维奇偶监督码、恒比码、正反码；
11.5线性分组码
线性分组码的特例、监督矩阵、生成矩阵、错误图样、校正子、线性分组码的封闭性与码重；
11.6循环码
循环码原理（码多项式的概念与运算、循环码的生成多项式、生成矩阵）、循环码的编码方法；
11.7卷积码
卷积码的基本原理、卷积码的几何描述、维特比译码的原理。
[本章重点]：
1．最小码距与纠检错能力
2．线性分组码的原理与编码方法
3．循环码的原理与编码方法
[本章难点]：
1．循环码的编码方法；
2．卷积码的维特比译码方法。
四、课程学时分配
讲课内容
学时
讲课
实验
上机
1
第一章绪论
2
0
0
2
第三章随机过程
7
0
0
3
第四章信道
5
0
0
4
第五章模拟调制系统
6
0
0
5
第六章数字基带传输系统
10
0
0
6
第七章数字频带传输系统
8
2
0
7
第八章新型数字带通调制技术
2
0
0
8
第九章模拟信号的数字传输
10
4
0
9
第十章数字信号的最佳接收
6
0
0
10
第十一章差错控制编码
8
0
0
11
机动
2
0
0
合计
总学时72/实验6
五、课程习题课（讨论课）的要求
（说明：
写明习题课（讨论课）的组织形式及课时比例等）
六、实验内容与要求
实验一脉冲编码调制（PCM）实验
实验内容：
使用通信原理实验箱，参照实验电路图，用双踪示波器观察TP501—TP508各点波形（包括脉冲形状、幅值、重复频率、相位关系，示波器的扫描速率、通道增益）。
从信号发生单元TP106引入单音频信号至S502中，再测量TP501—TP508各点波形并记录波形，分析相位关系。
实验目的：
1、通过观察PCM编、译码器各点信号波形，加深对PCM系统工作原理的理解；2、了解PCM编、译码专用集成电路原理。
实验二增量调制系统实验
实验内容：
基于通信原理实验箱，参照实验电路图，分别在无信号输入的条件下和多种测试信号输入的条件下，用双踪示波器观察并记录TP20l—207、TP80l—804各点波形（包括脉冲形状、幅值、重复频率、相位关系，示波器的扫描速率、通道增益）。
从信号发生单元TP106引入单音频信号至S502中，再测量TP501—TP508各点波形并记录波形，分析相位关系。
输入信号幅度、频率保持不变，改变输入时钟的速率，如64KHz、32KHz、16KHz分别逐点测TP20l—207、TP80l—804各点波形,并分析测试结果。
实验目的：
加深理解增量调制的基本原理；加深理解连续可变斜率增量调制系统的电路组成与基本工作原理；了解不同速率的编码时的输出波形；了解系统的过载持性、动态范围以及最大量化信噪比等三大指标的测试方法。
实验三FSK调制解调系统实验
实验内容：
基于通信原理实验箱，参照实验电路图，分别在无信号输入的条件下和多种测试信号输入的条件下，用双踪示波器观察并记录FSK调制电路TP9Ol一TP907各测量点波形，注意观察"1""0"码内所含载波的数目。
观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有失真。
实验目的：
加深理解FSK调制工作原理及电路组成；加深理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。
七、教学方法及手段（含现代化教学手段）
本课程教学活动采用课堂理论教学、多媒体课件演示、作业、实验与课程设计相结合的教学方法，主要教学方法为课堂理论教学包括使用多媒体课件进行教学。
辅之以实验、课程设计。
八、课程考核方式
本课程是考试课；采用闭卷考试的形式。
本课程成绩由期末考试确定。
在考试内容中，包含实验内容。
但是不包含平时作业和课程设计的成绩。
九、课程教材及主要参考书
[课程教材]：
《通信原理》（第6版），樊昌信等编著，国防工业出版社，2007年3月
[课程主要参考书]：
《现代通信原理》曹志刚主编清华大学出版社，1992年，北京
制定人：
吴长奇
肖丽萍
许成谦
刘洺辛
审定人：
（系主任）
批准人：
（教学院长）
2008年12月31日
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