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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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