通信原理大纲.docx

1、通信原理大纲通信原理课程教学大纲英文名称：Communication Principles 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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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、SS

8、B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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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：1PSK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

14、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

15、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

16、化的量化信噪比；4十三折线A率特性编码5PCM基群帧结构本章难点：1量化信噪比的分析2PCM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

17、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、

18、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

19、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2002 第三章 随机过程7003 第四章 信道5004 第五章 模拟调制系统6005 第六章 数字基带传输系统10006 第七章 数字频带传输系统8207第八章 新型数字带通调制技术2008第九章 模拟信号的数字传输10409第十章 数字信号的最佳接收60010第十一章 差错控制编码80011机动200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

20、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TP501TP508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TP501TP508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

21、件下，用双踪示波器观察并记录TP20l207 、TP80l804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TP501TP508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TP20l207 、TP80l804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

22、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10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