通信原理 教学大纲.doc

通信原理课程教学大纲课程英文名称：Principle of communications课程代码： F0101140 学 时 数 ：64 学 分 数： 4课程类型： 学科拓展课程等适用学科专业：通信工程、网络工程、物联网工程等电子信息类专业先修课程： 信号与系统、随机信号分析执 笔 者： 李晓峰 编写日期：2013-11-18 审 核 人： 一、课程简介通信原理是信息与通信工程学科的核心课程。讲授模拟与数字通信系统的基本理论、主要技术与分析方法，说明典型实际系统与应用。内容包括：基本知识、模拟传输、数字基带传输、数字频带传输、模拟信号数字化与PCM、信号空间与最佳传输理论、现代数字传输技术等。本课程讨论典型系统并包含实验与仿真学时，培养学生运用理论、分析问题与解决问题的能力，促进创新素质的提升。Principle of communications is a core course in information and communication engineering, introducing the basic theories, main technologies and analysis methods of communication system. The course content includes basic knowledge, analog transmission, digital baseband transmission, digital passband transmission, digitization of analog signals and PCM, signal space and optimum transmission theory, modern digital transmission techniques, and etc. Through typical systems and simulations in the course, students will learn how to use theories , analyze and solve problems and improve their innovative quality.二、课程目标（一）课程目标本课程讲授通信系统的基本理论、主要技术与分析方法，说明典型实际系统与应用。通过学习，学生能够系统地掌握和理解相关基础知识，具备常规模拟与数字通信系统的理论知识、初步分析能力与基础设计技能，养成一定的工程与系统分析素质，并对通信工程专业的基本内容有更好的认识。This course is on the fundamental theories, techniques and methods of communication systems, and their typical systems and applications. Through this course, students will grasp the basic knowledge, preliminary analytical and design skills of conventional analog and digital communication systems, and develop engineering and system analysis qualities. 本课程强调理论与实践的有机结合，旨在通过实验与仿真增进学生领悟所学内容，进而培养学生运用数学、自然科学与专业理论知识、分析问题与解决问题的能力，促进创新素质提升。The course emphasizes the combination of theory and practice. Students through experiments and simulations will have an enhancement of learning; develop the capabilities to use theory of mathematics and sciences, analyze and solve problems; improve innovative quality. （二）对毕业要求的支撑指标点基本教学点（环节）毕业要求2（指标点2.5）理解工程活动中涉及的重要经济与管理因素l 结合常规AM无线广播系统，阐述实际应用中如何综合考虑经济、成本等因素；l 结合非相干与相干接收系统特点，阐述技术应用中，需要综合考虑经济、成本与其他条件的问题；l 结合MSK恒包络特性与非线性功放，阐述实际应用中如何综合考虑经济、成本等因素；毕业要求3（指标点3.4）理解通信系统的基本理论与分析方法课程的全部基本教学内容与知识点毕业要求5（指标点5.1）了解信息与通信技术基本发展，关注与分析经典创新案例要求学生关注与了解通信发展中的一些重要进展及其背景，体会技术的创新与发展过程毕业要求7（指标点7.1）了解与通信技术相关的职业和行业方法、政策和法律、法规要求学生学习无线电频谱管理，明白通信行业的生产、设计、研究与开发中需要遵循一些技术管理与规定毕业要求9（指标点9.2）在基础知识上具备扩展学习的能力，具有技术知识与课程内容的自学经历l 数字基带信号功率谱、2FSK等小节建议授课中作为自学要求，培养学生自学能力。l 第7章第13节内容安排自学，促进学生自学能力提高。课程考核将涉及上述部分的基本内容。三、课程内容安排和要求（一）教学内容、要求及教学方法第1章 绪论（4学时）本章讲授通信的基本概念、术语和入门知识。使学生对通信的研究方向、应用环境、基本模型及系统有一个初步的了解。讲解中应注意学生的知识背景，由浅入深，为学生引入专业与系统知识。主要学习内容有：掌握：基本术语、模拟与数字消息、信息概念及其度量、信道模型与噪声问题。理解：数字与模拟通信系统特点、框图及基本指标、无线电波传播，山农公式与信道容量。了解：典型通信系统、常见消息、常用信道、频带其他教学要求：要求学生关注与了解通信发展中的一些重要进展及其背景，体会技术的创新与发展过程；要求学生学习无线电频谱管理，明白通信行业的生产、设计、研究与开发中需要遵循一些技术管理与规定。第2章 基础知识（4学时）本章节复习、梳理与扩充相关基础知识。教师应根据学生的情况与后续教学设计，灵活处理各内容的具体安排。主要内容有：掌握：信号的基本参数、频谱与功率谱、带宽、高斯白噪声、信号无失真传输条件，带通信号的基本特点、带通信号的复包络表示与带通噪声的同相与正交分量。复习：信号的频谱、随机信号的基本特征与性质、信号与线性系统，高斯信号、带通信号。其他教学要求：结合AWGN信道与各型白噪声模型等案例，引导学生利用简单数学模型描述物理问题；结合瑞利与莱斯分布等案例，说明运用数学知识分析物理现象的方法。第3章 模拟传输（8-10学时）本章讲授传统的模拟通信理论与调制/解调技术。讲授时应注意理论与实际关联，充实实例，帮助初学者体会实际环境与工程背景，理解理论与技术思想。主要内容有：掌握：常规幅度调制（AM）、抑制载波双边带调制（DSB-SC）及单边带调制（SSB）的信号特点、频带与带宽、解调方法、基本参数；AM、DSB和SSB系统的噪声性能指标及其相干解调系统的分析方法。模拟角度调制中调相（PM）和调频（FM）的基本概念、信号特征、带宽计算、调制指数；频分复用（FDM）技术。理解：非相干解调的门限效应；典型系统的性能与应用特点、系统对比、典型系统（如立体声FM）、PM和FM的频谱特性（正弦调制下）、PM和FM的接收方法与噪性能指标。了解：残留边带调制（VSB），AM非相干解调的性能分析方法、PM与FM性能分析方法、预加重/去加重问题；典型应用系统。其他教学要求：结合常规AM无线广播系统，阐述实际应用中如何综合考虑经济、成本等因素；结合各种抗噪声性能分析，阐述运用数学知识定量分析通信过程，改进与优化系统的思想。第4章 数字基带传输（10-12学时 ）本章讲授数字通信的基带传输方法。讲授时应注重数字消息序列与传输波形联系与区别，数字信号的特点、理论与实际的关联。主要内容有：掌握：二元与多元信号的波形形成、比特率与Baud率计算、基本波形形式、功率谱与带宽计算；二元信号接收方法、噪声中误码分析方法、匹配滤波器原理与最佳接收性能；码间串扰问题及Nyquist准则、最大频带利用率、升余弦滤波器及其无ISI设计；基本线路码型。理解：眼图、误码曲线、多元信号的接收方法与格雷编码、数字均衡的原理与迫零本算法、符号同步的基本概念、根升余弦滤波器设计。了解：基本的部分响应系统、预编码技术、符号同步的典型处理方法。其他教学要求：结合基带信号及其功率谱分析，阐述运用数学知识表述工程问题的方法；结合二元传输分析，阐述运用数学知识定量分析通信过程，优化系统的思想。第5章 基本的数字频带传输（8-10学时）本章讲授数字通信的基本频带传输方法。讲授时应注意利用数字调制与模拟调制的异同、几种数字调制之间的异同，有效的提高对于新内容的理解。掌握：2ASK，2FSK，2PSK，2DPSK、QPSK信号的调制/解调原理和技术方法，已调信号的波形特点、频谱与带宽。理解：基本系统的误码性能分析，各系统基本带宽、频带利用率与误码指标、系统特点对比，无ISI频带传输设计方法，基本多进制调制与QAM原理。了解：DQPSK、OQPSK与/4-DQPSK信号，载波同步其他教学要求：结合非相干与相干接收系统特点，阐述技术应用中，需要综合考虑经济、成本与其他条件的问题；结合各种系统的误码性能分析，阐述运用数学知识分析通信过程，改进与优化系统的思想。第6章 模拟信号数字化与PCM（6-8学时）本章主要讲授模拟信号数字化的基本方法。并以PCM系统为核心，讲解对数量化原理、编码与典型实现技术，数字通信系统中的时分复用技术与典型系统。讲解中应注意结合实际系统与应用背景，阐述设计思想。掌握：低通采样理论、带通采样原理、量化原理及均匀量器，均匀量化的典型信噪比公式、PCM传输系统的基本参数。理解：对数量化的特点与A律对数量化器、十三折线对数编码原理、PCM传输系统的信噪比公式、时分复用原理、帧同步技术。了解：最佳量化器概念、DPCM和增量调制、E1结构、同步与准同步数字传输体系、码率调整技术。其他教学要求：通过对数量化、十三折线法等具体案例，说明工程应用中问题。第7章 信号空间分析与多元数字传输（0-2学时）本章讲授数字通信的最佳传输理论。作为理论扩展，可以根据教学情况讲授一部分内容，并根据学生的具体情况，安排自学与讨论。也可以部分或全部安排自学与选修。主要内容有：信号星座图概念、MAP与ML准则、典型最佳接收接收机结构。第8章 现代数字传输技术（4-6学时） 本章主要讲授几种先进的数字频带传输方法，包括MSK、正交频分复用（OFDM）技术与扩频技术。讲授时应该注重每一种技术所关注的问题、系统思想与特点，引导学生开阔思路，了解几种重要的通信系统及发展方向。掌握：掌握MSK信号及其相位特点、信号带宽。理解：CPFSK基本原理、GMSK信号与频谱特点、MSK信号提高频带利用率的思想；OFDM的基本原理、应对信道ISI的策略；扩频系统基础、CDMA。了解：典型GMSK、OFDM与扩频系统实例，伪随机序列基础、直接扩频与跳频的抗截获/抗窄带干扰的原理与系统的特点。其他教学要求：结合MSK恒包络特性与非线性功放，阐述实际应用中如何综合考虑经济、成本等因素。（二）自学内容和要求各上述章节中的部分内容，可根据教学情况适当安排自学。其中，第7章信号空间分析与多元数字传输作为理论扩展，可以全部安排自学与选修。（三）实践性教学环节和要求课程实验总计8学时，共5个实验项目（选择完成8个学时），或教师根据教学情况安排类似规模的实验题目。要求学生灵活运用理论原理,使用Matlab（或必要的实验仪器）实现实验项目要求，并按照实验指导书的要求独立撰写实验报告。项目1：模拟线性调制系统实验.(2学时)实验项目的目的和任务：研究模拟信号在(AM,DSB,SSB,VSB,QAM)几种线性调制中的信号波形与频谱.研究同步误差在相干解调中的影响.学习MATLAB软件的应用.实验内容：观测AM,DSB,SSB,VSB,QAM几种信号波形及频谱,改变系统原设计参数,分析并记录不同的实验结果.研究噪声对信号的影响.分析同步误差在相干解调中的影响。 项目2：数字信号载波调制实验. (3学时)实验项目的目的和任务：运用MATLAB软件工具仿真数字信号的载波传输,研究数字信号载波调制在不同参数下的信号变化及频谱.了解高斯白噪声对系统的影响。实验内容:观测数字信号载波调制的时域及频域波形,改变系统参数,分析实验结果，了解伪随机码的产生,扰码及解扰的工作原理.让学生自行设计一个数字信号载波调制系统。项目3：最佳接收机（匹配滤波器）(3学时)实验项目的目的和任务：1）运用MATLAB软件工具，仿真随机数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复的方法；2）熟悉匹配滤波器的工作原理；3）研究相关解调的原理与过程；4）理解高斯白噪声对系统的影响；5）了解如何衡量接收机的性能及匹配滤波器参数设置方法。实验内容：1）安装好MATLAB6.5.1版本；2）双击文件“test_integrator_rst.mdl”；3）修改加性高斯白噪声信道参数，即修改输入信号信噪比；4）单击”start simulation”按钮，仿真开始；5）仿真进行一段时间后（以发送1000个比特为例），单击暂停按钮。分别记录匹配滤波器输出模块和直接采样判决输出模块中的数字，并填于表1中；6）观察比特误码计数器情况，并分析两种比特误码计算器中，在输入信号信噪声比相同的情况下的误码率；7）双击示波器Scope模块，观察、分析各路数据信号的波形；8）重复步骤3至6。观察在不同信噪比条件下，匹配滤波及采样判决器和直接采样判决器的误码性能。同时记录相关数据。项目4：FM立体声信号接收(4学时)实验项目的目的和任务：1）运用MATLAB软件工具，独立思考实验方法；2）FM立体声调频基本原理；3）频分复用原理；4）DSB相关解调的原理与过程；5）声音信号格式与基本操作。实验内容：考虑一段约3秒的FM立体声合成信号（参见教材p118图3.5.4的x(t) (忽略预加重单元)，采样率为132.3kHz。要求：还原左右声道信号，保存为wav文件。相关文件说明：1）s_t_matlab.mat：Matlab格式的立体声合成信号；2）Ex_1_steroFM_Sample.m：供参考的Matlab例子程序；3）SleepAway.mp3（optional）：一段参考音乐。项目5：仿真数字通信信号产生与接收(4学时)实验项目的目的和任务：1）运用MATLAB软件工具，独立思考实验方法；2）熟练运用数字频带调制原理；3）仿真基本的单机数字通信过程；4）（optional）仿真分离的数字通信过程。实验内容：1）考虑某种数字频带调制，设计参数，并仿真传输过程，进行分析。（例如DPSK，基本参数：fc=1800Hz；Rb=1200bps；信息序列自定义。）；2）绘出主要信号波形、必要PSD；3）（optinal）将仿真分为收发两个部分，分别运行于两台电脑，采用音频线收发，完成整个实际收发及数据测试。四、考核方式本课程考核方式及评分比例由以下部分组成：方案一：1、 平时成绩（由作业完成情况、课堂提问、讨论发言等综合评定）152、 期中考试成绩（开卷）103、 实验成绩54、 期末考试成绩（一页开卷或开卷）70方案二：1、 平时成绩（由作业完成情况、课堂提问、讨论发言等综合评定）102、 设计作业与实验成绩203、 期末考试成绩（一页开卷或开卷）70五、建议教材及参考资料（一）教材： 李晓峰. 周宁. 周亮等编著. 通信原理（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）第2版.清华大学出版社, 2014.7（二）参考资料： 1. B. P. Lathi. Modern Digital and analog communication systems, 4th ed. 电子工业出版社，20112. J. G. Proakis, M. Salehi. Communication systems engineering, 2nd ed. ，高等教育出版社，20063. 樊昌信. 张甫. 徐炳祥. 吴成柯. 通信原理（第5版）. 北京：国防工业出版社，2001 4. 曹志刚，钱亚生. 现代通信原理. 北京：清华大学版社，1992 5. 周炯槃. 庞沁华. 续大我. 吴伟陵. 通信原理(第三版). 北京：北京邮电大学出版社，20086. L. W. Couch II. Digital and analog communication systems, 6th ed. 科学出版社，2003 7. S. Haykin著. 沈连丰等译. 通信系统（第4版）. 电子工业出版社，2003 本课程为国家精品课程，其网站可从电子科技大学主页精品课程栏目进入，也可从国家精品课程资源网进入。1. http:/222.197.183.243/wlxt/ncourse/dacs/web/3/index.html2. http:/125.71.228.222/wlxt/ncourse/dacs/web/3/index.html