《通信原理》(第3版)教学大纲

《通信原理》教学大纲课程编号：XXXXXXX英文名称：PrinciplesofCommunications课程性质：必修、考试总学时数：80（理论学时：70实验学时：10）折算学分：4先修课程：《高等数学》、《概率论》、《信号与系统》、《高频电路》选用教材：《通信原理》（第3版）高媛媛、魏以民、郭明喜、沈越泓编著，2020适用专业：通信工程、电子工程、系统工程等本科专业一、课程概述（一）课程地位本课程是一门专业基础主干课程。通过本课程的教学，使学生从模块级、系统级的层次上，掌握数字通信系统的基本理论、对数字通信系统进行分析和设计的基本方法（包括运用通信理论和计算机进行分析和设计）。培养学生在模块级、系统级层次上分析问题和解决问题的能力，以及掌握数字通信方面不断涌现的新理论新技术的能力。（二）课程性质本课程是通信工程、电子工程、系统工程等本科专业的专业基础核心课程。（三）基本理念遵循实施素质教育、突出创新能力培养的指导思想，教学过程中要强调以素质教育和创新教育为主，使学生夯实基本知识、掌握基本技能、培养基本能力、提高基本素质。（四）设计思路以培养学生在模块级、系统级层次上分析问题和解决问题能力的要求来选择课程内容；以知识验证、综合和创新为原则设计实验内容；优化考核方式，建立以衡量综合素质为依据的评分标准，采用理论考试、平时成绩等综合测试评估的方法评定课程成绩；教学方法由传统的“注入式知识传授”转变为“交互式素质教育”；授课方式由“连续型细节式授课”转变为“启发式授课”；教学形式由“单一的课堂教学”转变为“形式灵活的互动交流”。建立“以学生为主体、以教师为主导”的教学模式，激发每个学生的特长和潜能，鼓励并引导他们的求知欲、想象力、创新欲和探索精神。二、课程目标（一）总体目标通过本课程的学习，使学生掌握数字通信系统的基本工作原理及相关分析结论，掌握在模块级、系统级层次上分析问题和解决问题的一般方法，培养分析问题和解决问题的能力、自学能力、总结归纳能力，为后续专业课奠定必要的理论和实践基础。（二）分类目标1．知识与技能理解数字通信的基本理论，学会分析数字通信问题的基本方法；具有初步的综合设计和工程应用能力；了解数字通信技术的最新发展。优等生应具有以下能力：借助计算机运用Matlab、SystemView等软件对各章问题进行仿真分析及解决的能力；初步设计一个完整通信系统（软、硬件）的能力。2．过程与方法课堂教学采用多媒体课件结合传统教学进行授课，形象直观，营造活跃的课堂气氛，提高学生学习积极性，积极开拓学生思维，培养分析问题和解决问题的能力。实验结合实际，理论和实践紧密结合。三、内容标准理论教学：（一）绪论内容与要求：1．掌握通信系统的组成，理解数字通信系统各部分的作用。2．了解信源的分类，掌握信息量、熵的概念与定义，熟练掌握通信系统主要性能指标的定义。3．了解本课程研究对象、研究目的及主要研究方法，了解本课程的内容及实施方法。采用课堂多媒体教学手段进行理论教学。通过这部分内容的教学，使学生对数字通信系统的整体框架有基本的了解，对这种抽象化的系统结构的重要性及其与实际通信系统的关系有一定的认识。通过课后思考题及习题，考察学生对数字通信系统基本构成的认知程度，以及对通信系统主要性能指标的掌握程度。（二）随机过程与数理统计内容与要求：1．了解随机过程的概念，掌握随机过程统计描述的方法，理解平稳随机过程的概念和各态历经性，熟练掌握高斯平稳过程的定义、特点及对它的描述方法。2．理解平稳随机过程功率谱和自相关函数的定义，熟练掌握随机信号的功率谱、相关函数的特点及两者的关系；掌握平稳随机过程通过线性系统的分析方法。3．了解通信系统中的噪声，熟练掌握白噪声和高斯白噪声的定义及特点，理解窄带高斯噪声的定义，掌握它们的特点；掌握正弦信号加窄带高斯噪声的统计特性。4．了解周期平稳随机过程概念，了解信号检测基本准则。采用课堂多媒体教学和软件工具演示等手段进行理论教学。通过随机过程等内容的学习，培养学生思维的灵活性，能运用有关数学知识分析通信系统中的噪声，提高他们的综合素质。同时，通过上机实验使学生建立计算机辅助分析能力。（三）信道内容与要求：1．了解常用的恒参信道和随参信道。2．掌握理想恒参信道的特点，掌握恒参线性信道的常见失真和数学模型。3.了解随参信道的数学模型，了解信道衰落特点和多径时延等基本概念。4．掌握信道容量的概念，了解香农公式的应用。采用课堂多媒体教学手段进行理论教学。通过这部分内容的教学，使学生了解各种实际信道的特点，培养学生把复杂问题抽象化的能力，掌握分析加性高斯信道的方法。（四）数字基带信号传输内容与要求：1．熟练掌握数字基带信号传输系统的方框图，掌握基带信号常用码型及其编译码方法，掌握常用随机二进制波形序列的功率谱的特点及运用。2．熟练掌握无码间串扰的传输特性，并会判断系统是否为无码间串扰传输系统；掌握无码间串扰传输条件下码元速率、信道带宽和频带利用率之间的关系。3．掌握二元确知信号最佳接收的概念。熟练掌握匹配滤波器的特点及传输特性。4．掌握在加性高斯白噪声信道下基带传输系统的最佳接收机结构，了解其抗噪性能分析方法并掌握其结论。了解最佳基带传输系统的概念。5．了解部分响应技术。6．理解眼图的意义、功用。7．了解均衡技术和评价指标。采用课堂多媒体教学手段进行理论教学。通过这部分内容的教学，使学生全面认识一个基本的通信系统的结构，了解信息在系统内的传输过程，对噪声和码间串扰给信息传输带来的不利影响有深刻的理解，从而掌握解决问题的相关原理、技术和方法，培养辨证的思维方法和理解能力。通过对基带信号波形和功率谱、码间串扰和最佳接收等内容的讲解，巩固前面章节的随机过程和信号系统等基础知识，培养学生缜密的数学思维能力和基础理论的综合应用能力。（五）正弦载波数字调制内容与要求：1．熟练掌握2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的调制解调方框图，了解对它们性能的分析方法，掌握误码率分析结论和已调信号的频谱结构。2．掌握QPSK和DQPSK的调制解调原理。3.理解其它多进制调制的原理及已调信号功率谱的特点。包括QAM、OQPSK、pi/4DQPSK、MSK调制方式等采用课堂多媒体教学手段进行理论教学。通过这部分内容的教学，使学生首先掌握2ASK、2FSK和2PSK/2DPSK这三种最基本的调制技术，进而掌握其它重要的调制原理，学会综合评价一个通信系统，领会技术发展无止境的道理，从而培养学生主动掌握新知识的意识和能力。通过对多种改进型调制方式的讲解，培养学生举一反三、演绎推理的能力，使学生能根据实际使用的要求，正确选择合适的调制方法。通过计算机仿真实验，考察学生对调制理论的掌握程度和对频带传输各要素的理解。安排分组讨论、交流，引导学生对多种调制方式进行分析比较，以拓宽解决此类问题的思路,培养总结归纳能力，培养创新能力和科研能力。（六）模拟信号的数字传输内容与要求：1．理解抽样的作用，熟练掌握低通信号的抽样定理，了解带通信号抽样定理。2．掌握均匀量化和非均匀量化的定义、特点，理解它们的联系与区别，理解量化信噪比的概念。3．掌握脉冲编码调制(PCM)原理、系统组成框图，掌握PCM系统的特点，了解系统抗噪声性能，了解ADPCM。4．掌握增量调制(M)原理、系统框图，掌握M系统的特点，了解系统抗噪声性能。5．理解时分复用的概念，掌握时分复用系统带宽估算方法。采用课堂多媒体教学手段进行理论教学。通过对这部分内容的教学，使学生充分认识到通信系统数字化的发展趋势，掌握模拟信号数字化的理论基础和两种基本的实现手段，了解日常生活中使用的电话等实际通信系统，提高学生学习通信原理的积极性，培养学生应用理论知识分析解决实际问题的能力，为今后学习更深的内容如语音编码、图像编码打好基础。通过阅读专业文献和撰写阅读笔记的形式，扩大学生的视野，加强学生对当前通信专业发展状况的了解。（七）差错控制编码内容与要求：1．掌握纠错码的基本概念，如：码的分类、码长、码距、码重及码距与纠错能力的关系等；理解检错码检错的原理。2．掌握线性分组码的定义和编译码原理，掌握汉明码的特点。3．掌握循环码的定义、特点及其编译码原理，了解循环码编译码电路。4．理解m序列的特点，了解其产生方法和用途。5.了解卷积码和网格编码调制的概念。采用课堂板书和多媒体教学相结合的方式进行理论教学。通过增加信息的冗余度，降低通信系统的有效性，来提高通信系统的可靠性，从而降低接收端的信息错误概率，这是进行差错控制的基本思想。通过这部分内容的教学，使学生学会运用代数和数字电路等基础知识分析各种编码方法，掌握纠错编码的基本原理和常用技术，理解在通信系统中有所得与有所失的辩证关系，拓宽学生的知识面，为今后进一步学习打下基础。（八）同步原理内容与要求：1．掌握通信系统中同步的概念、分类及评价同步系统性能的主要指标。2．掌握载波同步方法中的直接法、插入导频法、COSTAS环的典型框图，了解其性能。3．了解位同步的常用方法，掌握数字锁相环提取位同步信号的原理、框图及其性能估算。4．了解群同步的常用方法，掌握巴克码提取群同步信号的原理、框图及其性能估算。了解改善群同步性能的方法。采用课堂多媒体教学手段进行理论教学。同步技术是通信系统中的一个重要的实际问题。通过这部分内容的教学，使学生认识同步在整个系统中的重要性，掌握载波同步、位同步和群同步的工作原理和技术，掌握对同步电路性能指标的分析，培养学生掌握设计、分析通信系统中各种同步的能力，提高学生科学思维的系统性和全面性。实践教学：总体要求学生应按时完成预习作业和课后作业，认真做好进实验室的必要准备，严格按照实验规程进行操作，实验结束后按要求认真完成实验报告并最后将实验作业交给任课教师进行检查评分。通过实验课程的教学，培养学生理论联系实际、独立思考、分析解决实际问题的能力，同时培养基本的实验技能和动手能力。对学有余力的学生着重培养设计、综合和创新能力。教材选用《通信原理可视化动态仿真教程》，黄葆华等，2019年，机械工业出版社出版。（一）仿真软件使用入门实验时间：2学时内容与要求：本实验为必做实验，要求一人一组。内容如下：根据教材，构建一个简单的仿真系统；使用虚拟示波器对波形进行显示；使用频谱分析功能，对信号频谱进行分析。（二）滤波器的作用实验时间：2学时内容与要求：本实验为必做实验，要求一人一组。内容如下：根据教材，构建相应的仿真系统；加入高斯白噪声；利用滤波器对输出信号进行滤波；使用虚拟示波器，观察滤波器的作用。（三）数字基带信号的功率谱分析实验时间：2学时内容与要求：本实验为必做实验，要求一人一组。内容如下：根据教材，构建相应的仿真系统；分析信号的功率谱密度；改变信号的码元速率，观察信号带宽和码元速率之间的关系。（四）二进制数字相位调制与解调器实验时间：2学时内容与要求：本实验为必做实验，要求一人一组。内容如下：根据教材，构建相应的仿真系统；使用虚拟示波器，观察输出的调制波形；使用频谱分析功能，观察信道输出信号的频谱；使用虚拟示波器，观察解调信号的波形；使用频谱分析功能，观察解调信号的频谱。（五）二进制数字相位调制系统误码性能研究实验时间：2学时内容与要求：本实验为必做实验，要求一人一组。内容如下：根据教材，构建相应的仿真系统；使用误码分析功能，观察信道输出信号的误码率；调整信道加入的噪声，重新观察误码率；调整信号的码元速率，重新观察误码率。。四、实施建议（一）预修课程《信号与系统》、《概率论与数理统计》、《模拟电子电路》、《数字电路与逻辑设计》。（二）教学实施总体方案《数字通信原理》是一门重要的专业基础课。通过本课程的教学，使学生从模块级、系统级的层次上，掌握数字通信系统的基本理论及对数字通信系统进行分析和设计的基本方法（包括运用通信理论和计算机进行分析和设计）。培养学生在模块级、系统级层次上分析问题和解决问题的能力，以及掌握数字通信方面不断涌现的新理论新技术的能力。课程实施的总体方案建议以提高学生的综合素质和创新能力为目标，理论和实验相结合，采用启发式和研讨式的教学方法，讲解时要按提出问题、分析问题、解决问题的步骤，突出重点，以点带面，同时充分利用多媒体教学手段。课时分配可作如下安排：序号教学内容课堂教学学时实践教学学时1绪论42随机过程与数理统计1223信道424数字基带信号传输1225正弦载波数字调制1446模拟信号的数字传输87差错控制编码88同步原理8总计7010（三）教材选编与使用的基本设想教材选编与使用要突出综合素质和创新能力的培养，既要强调通信原理的基本原理与方法，也要具有适当的拓展性，充分体现现代通信技术日新月异的发展现状与发展趋势，同时具有丰富且紧扣教学内容的习题供学习使用，并能够与新的教学手段如多媒体、计算机紧密结合。目前本科教学采用了机械工业出版社的《通信原理》，基本做到教材基础扎实，内容新颖，习题丰富，达到教学使用要求。（四）考核评价评价学生学习成绩的优劣，主要采取闭卷形式进行考核。为考察学生的个体综合素质及创新能力，也可采用“70＋20+10”模式，即课终理论考试70分，平时和作业20分，上机实验情况10分。卷面成绩不合格的，总评不合格。（五）课程资源开发与利用为提高教学效果，除了给学生推荐合适的