通信原理教案

云南民族大学教案课程名称:通信原理授课班级:通信工程、电子信息工程任课教师:王霞职称:讲师课程性质:专业必修课授课学期:大学三年级下学期云南民族大学教案一、讲授章节名称：第一章、绪论§通信的基本概念§通信系统的组成§通信系统的分类与通信方式二、本章节授课时间：第一周的周二1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、使同学了解学习通信原理的重要性；2、了解通信的概念。3、了解模拟通信系统和数字通信系统的组成，了解通信的方式。五、教学重点、难点：通信的概念，通信系统的组成和分类，通信的方式。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：本次课无作业。八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：一、课程的性质、目的与任务《通信原理》是工科电子与通信类专业必修的专业基础课。通过本课程的学习，学生应能掌握通信系统的模型和一般基本理论，为进一步学习通信专业知识打下基础。二、与其它课程的联系（一）先修课程：《概率论与数理统计》、《电路分析》、《信号与系统》、《通信电子线路》。（二）后续课程：《现代通信技术》专用通信系统的学习等。（三）与《现代通信技术》的分工本课程着重介绍通信系统的基本组成和工作原理。《现代通信技术》介绍和分析现代通信系统、通信网的组成、关键技术和解发展。三、课程的特点（一）基本概念的工作原理与系统性能的分析并重；（二）理论学习与工程计算的训练相结合；（三）实验课程是重要的实践环节。四、教学总体要求（一）掌握通信系统的一般组成，工作原理，系统性能分析方法及相应的指标。（二）通过习题课及平时作业，掌握必要的分析方法和工程计算能力。（三）通过实验课提高实验水平，培养工程测试的能力。五、课程教学要求的层次课程教学要求分为了解、理解、掌握三个层次。绪论通信的基本概念通信的目的：传递消息中所包含的信息。消息：是物质或精神状态的一种反映，例如语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等。信息：是消息中包含的有效内容。实现通信的方式和手段：非电的：如旌旗、消息树、烽火台…电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等。电信发明史：1837年：莫尔斯发明有线电报1876年：贝尔发明有线电话1918年：调幅无线电广播、超外差接收机问世1936年：商业电视广播开播 ……………后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”，包括光通信，因为光也是一种电磁波。在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实现的。通信系统的组成通信系统的一般模型信息源（简称信源）：把各种消息转换成原始电信号，如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为有线信道和无线信道两大类。噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。模拟通信系统模型和数字通信系统模型1、模拟信号和数字信号模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压：图1-2模拟信号数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个，如电报信号、计算机输入输出信号：图1-3数字信号通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。2、模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统：图1-4模拟通信系统模型两种变换： 模拟消息原始电信号（基带信号） 基带信号已调信号（带通信号）3、数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性、完成模/数转换。信道编码与译码目的：增强抗干扰能力。加密与解密目的：保证所传信息的安全。数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号。同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。数字通信的特点优点：1.抗干扰能力强，且噪声不积累2.传输差错可控3.便于处理、变换、存储4.便于将来自不同信源的信号综合到一起传输5.易于集成，使通信设备微型化，重量轻6.易于加密处理，且保密性好缺点：1.需要较大的传输带宽2.对同步要求高通信系统的分类与通信方式通信系统的分类按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统…按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1。按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信……按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用通信方式1、单工、半双工和全双工通信单工通信：消息只能单方向传输的工作方式半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式2、并行传输和串行传输并行传输：将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。优点：节省传输时间，速度快：不需要字符同步措施缺点：需要n条通信线路，成本高串行传输：将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元在一条信道上传输优点：只需一条通信信道，节省线路铺设费用缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施其他分类方式：同步通信和异步通信、专线通信和网通信十、教学小结《通信原理》课程是电子信息与通信类专业的一门专业基础课，它蕴含着较深的理论基础，要求学生有较好的数学基础，才能更好的理解相应的理论。兴趣是最好的老师，给学生第一次上课，要注重以下几点：（1）强调课程的重要性，结合生活中通信技术的发展历程，如从模拟通信到数字通信，通信技术发展迅速，这些发展迅速的通信技术其最基本理论就是我们将要学习的课程，从而让学生知道本课程的学习在整个专业学习中的作用；（2）提出学习要求，介绍学习方法，灌输主动学习的思想，其目的是为了让学生少走弯路，提高学习效率，让学生学会学习，同时树立终身学习的思想；（3）介绍课程考核方法，注重过程考核，提高学生学习的积极性。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第一章、绪论§信息及其度量§通信系统主要性能指标§小结二、本章节授课时间：第一周的周四1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、离散信源的信息量、平均量（熵）的计算；2、码元速率、信息速率和频带利用率的定义、计算及其关系；3、误码率和误信率的定义及其关系。五、教学重点、难点：信息量、信息熵、总信息量的计算；码元速率、频带利用率、误码率、误信率的计算。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：1-21-41-51-91-10八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：第一章绪论信息及其度量信息：是消息中包含的有效内容如何度量离散消息中所含的信息量1、度量信息量的原则：能度量任何消息，并与消息的种类无关。度量方法应该与消息的重要程度无关。消息中所含信息量和消息内容的不确定性有关。【例】“某客机坠毁”这条消息比“今天下雨”这条消息包含有更多的信息。上例表明：消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。2、度量信息量的方法：事件的不确定程度可以用其出现的概率来描述：消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就大。设：P(x)－消息发生的概率，I－消息中所含的信息量，则P(x)和I之间应该有如下关系：(1)、I是P(x)的函数：I＝I[P(x)](2)、P(x)↑，I↓；P(x)↓，I↑；(3)、P(x)=1时，I＝0；P(x)=0时，I＝；(4)、满足上述3条件的关系式如下：－信息量的定义上式中对数的底： 若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b 若a=e，信息量的单位称为奈特(nat)， 若a=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。通常广泛使用的单位为比特，这时有3、对于非等概率情况设：一个离散信源是由M个符号组成的集合，其中每个符号xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)独立出现，即且有则x1,x2,x3,…,xM所包含的信息量分别为于是，每个符号所含平均信息量为由于H(x)同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵。4、连续消息的信息量关于连续消息的信息量可以用概率密度函数来描述。可以证明，连续消息的平均信息量为式中，f(x)－连续消息出现的概率密度。通信系统主要性能指标通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性1、有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。2、可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。3、模拟通信系统：有效性：可用有效传输频带来度量。可靠性：可用接收端最终输出信噪比来度量。4、数字通信系统有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。码元传输速率RB：定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud），简记为B。式中T－码元的持续时间（秒）信息传输速率Rb：定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒，简记为b/s，或bps。码元速率和信息速率的关系或对于二进制数字信号：M=2，码元速率和信息速率在数量上相等。对于多进制，例如在八进制（M=8）中，若码元速率为1200B，，则信息速率为3600b/s。5、频带利用率：定义为单位带宽（1赫兹）内的传输速率，即或6、可靠性：常用误码率和误信率表示。误码率误信率，又称误比特率在二进制中有小结1.通信的目的、电信发明史2.通信系统的模型3.数字信号、模拟信号，基带信号、已调信号（带通信号、频带信号）4.数字通信特点5.通信系统分类6.单工、半双工、全双工通信，并行传输和串行传输7.信息及其度量8.通信系统的有效性和可靠性十、教学小结本次课将第一章的内容讲完，并做了第一章的小结，带着学生将本周两次课的内容做了复习。针对本章的重点和难点内容——信息及其度量、通信系统的有效性和可靠性，给学生讲解了课后的部分相关习题，采用当堂做题、当堂讲题的方式，教学效果很好，大部分学生能顺利解出题目，对学习后续课程充满兴趣和信心。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第二章、确知信号§确知信号的类型§确知信号的频域性质二、本章节授课时间：第二周的周二1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、信号的分类及其特征；2、信号的频域分析和频谱的概念；3、傅里叶级数的物理意义；4、傅里叶变换及其基本性质；五、教学重点、难点：1、信号的分类与特征；频谱的概念；周期信号频率的特点和意义；傅里叶变换特性大小物理内涵；2、常用信号（δ、方波、三角波，冲激函数序列）的傅里叶变换；六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：2-3八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：第二章确知信号确知信号的类型一、按照周期性区分：1.周期信号：T0－信号的周期，T0>02.非周期信号二、按照能量区分：.1.能量信号：能量有限，2.功率信号：a.归一化功率：b.平均功率P为有限正值：能量信号的功率趋于0，功率信号的能量趋于∞。确知信号的频域性质1、周期性功率信号频谱（函数）的定义式中，f0＝1/T0，n为整数，-∞<n<+∞。2、周期性功率信号频谱的性质对于物理可实现的实信号，由式－1)有正频率部分和负频率部分间存在复数共轭关系，即Cn的模偶对称，相位奇对称。将式－5)代入式－2)，得到式－8)表明：1)、实信号可以表示成包含直流分量C0、基波(n=1时)和各次谐波(n=1,2,3,…)。2）、实信号s(t)的各次谐波的振幅等于3）、实信号s(t)的各次谐波的相位等于θ4）、频谱函数Cn又称为双边谱，|Cn|的值是单边谱的振幅之半。5)、若s(t)是实偶信号，则Cn为实函数。能量信号的频谱密度1、频谱密度的定义：能量信号s(t)的傅里叶变换：S(f)的逆傅里叶变换为原信号：S(f)和Cn的主要区别：S(f)是连续谱，Cn是离散谱；S(f)的单位是V/Hz，而Cn的单位是V。注意：在针对能量信号讨论问题时，也常把频谱密度简称为频谱。2、实能量信号：负频谱和正频谱的模偶对称，相位奇对称，即复数共轭，因3、δ函数的定义δ函数的频谱密度：δ函数的物理意义：一个高度为无穷大、宽度为无穷小、面积为1的脉冲。十、教学小结本节课重点讲解确知信号的频域性质，分别是功率信号的频谱和能量信号的频谱密度。涉及到一些较为复杂的数学推导公式，包括傅里叶变换和傅里叶级数展开，虽然是学生在《高等数学》中学过的知识，但由于时间间隔较长，数学推导较为复杂，大部分学生显得有些吃力。在教学过程中要帮助学生适当复习相关的数学知识，还要引导学生注意区分功率信号的频谱和能量信号的频谱密度。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第二章、确知信号§确知信号的频域性质二、本章节授课时间：第二周的周四1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、δ(t)及其基本性质；2、信号的能量谱和功率谱；五、教学重点、难点：1、δ(t)函数。2、傅里叶变换的尺度变换特性、频移特性、卷积定理的应用；能量和功率的计算。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：2-9八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：确知信号的频域性质能量信号的频谱密度1、δ函数的性质性质1：δ函数可以用抽样函数的极限表示：即抽样函数的极限就是δ函数。性质2：单位冲激函数δ(t)的频谱密度性质3：性质4：δ函数也可以看作是单位阶跃函数的导数。 单位阶跃函数的定义：性质5：用δ函数可以表示功率信号的频谱密度。能量信号的能量谱密度定义：由巴塞伐尔(Parseval)定理将|S(f)|2定义为能量谱密度。式可以改写为式中G(f)=|S(f)|2－能量谱密度由于信号s(t)是一个实函数，所以|S(f)|是一个偶函数,因此上式可以改写成功率信号的功率谱密度定义：首先将信号s(t)截短为sT(t)，-T/2<t<T/2sT(t)是一个能量信号，可以用傅里叶变换求出其能量谱密度|ST(t)|2，由巴塞伐尔定理有将定义为信号的功率谱密度P(f)，即周期信号的功率谱密度：令T等于信号的周期T0，于是有由周期函数的巴塞伐尔(Parseval)定理:式中|Cn|2－第n次谐波的功率利用δ函数可将上式表示为式中上式中的被积因子就是此信号的功率谱密度P(f)，即十、教学小结本节课介绍了能量信号的能量谱和功率信号的功率谱，联系上节课所学的功率信号的频谱能量信号的频谱密度进行对比讲解，提醒学生注意区分四种频域性质。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第二章、确知信号§确知信号的时域性质二、本章节授课时间：第三周的周二1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、相关函数的定义和性质；2、相关函数与谱密度的关系。五、教学重点、难点：1、相关函数与谱密度的互求。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：2-10八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：确知信号的时域性质能量信号的自相关函数定义：性质：1、自相关函数R(τ)和时间t无关，只和时间差τ有关。2、当τ=0时，R(0)等于信号的能量：3、R(τ)是τ的偶函数。4、自相关函数R(τ)和其能量谱密度|S(f)|2是一对傅里叶变换：功率信号的自相关函数定义：性质：1、当τ=0时，自相关函数R(0)等于信号的平均功率：2、功率信号的自相关函数也是偶函数。周期性功率信号自相关函数定义：R(τ)和功率谱密度P(f)之间是傅里叶变换关系：能量信号的互相关函数定义：性质：1、R12(τ)和时间t无关，只和时间差τ有关。2、R12(τ)和两个信号相乘的前后次序有关：3、互相关函数R12(τ)和互能量谱密度S12(f)是一对傅里叶变换互能量谱密度的定义为：功率信号的互相关函数定义：性质：1、R12(τ)和时间t无关，只和时间差τ有关。2、R12(τ)和两个信号相乘的前后次序有关：3、若两个周期性功率信号的周期相同，则其互相关函数的定义可以写为4、R12(τ)和其互功率谱C12之间也有傅里叶变换关系： 互功率谱定义：十、教学小结介绍确知信号在时域中的特性：自相关函数、互相关函数。时域性质学习完之后第二章内容教授完，再次带领学生复习确知信号在频域中的四种性质：频谱、频谱密度、能量谱密度、功率谱密度，在理解的基础上区别记忆。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第三章、随机过程§随机过程的基本概念二、本章节授课时间：第三周的周四1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1.随机过程的基本概念；2.随机过程的数字特性（均值、方差、相关函数）；五、教学重点、难点：1、随机过程的定义；2、随机过程的数字特性（均值、方差、相关函数）的计算及关系推导；3、一维概率密度函数和分布函数。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：3-1八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：随机过程的基本概念什么是随机过程随机过程是一类随时间作随机变化的过程，它不能用确切的时间函数描述。可从两种不同角度看：角度1：对应不同随机试验结果的时间过程的集合。【例】n台示波器同时观测并记录这n台接收机的输出噪声波形样本函数(t)：随机过程的一次实现，是确定的时间函数。随机过程：(t)={(t),(t),…,(t)}是全部样本函数的集合。角度2：随机过程是随机变量概念的延伸。在任一给定时刻上，每一个样本函数(t)都是一个确定的数值()，但是每个()都是不可预知的。在一个固定时刻上，不同样本的取值{(),i=1,2,…,n}是一个随机变量，记为ξ()。换句话说，随机过程在任意时刻的值是一个随机变量。因此，我们又可以把随机过程看作是在时间进程中处于不同时刻的随机变量的集合。这个角度更适合对随机过程理论进行精确的数学描述。设ξ(t)表示一个随机过程，则它在任意时刻的值ξ()是一个随机变量，其统计特性可以用分布函数或概率密度函数来描述。随机过程ξ(t)的一维分布函数：随机过程ξ(t)的一维概率密度函数：若上式中的偏导存在的话。随机过程ξ(t)的二维分布函数：随机过程ξ(t)的二维概率密度函数：若上式中的偏导存在的话。随机过程ξ(t)的n维分布函数：随机过程ξ(t)的n维概率密度函数：随机过程的数字特征1、均值（数学期望）：在任意给定时刻的取值ξ()是一个随机变量，其均值：式中(,)－ξ()的概率密度函数 由于是任取的，所以可以把直接写为t，改为x，这样上式就变为ξ(t)的均值是时间的确定函数，常记作ɑ(t)，它表示随机过程的n个样本函数曲线的摆动中心:2、方差方差常记为(t)。这里也把任意时刻直接写成了t。 因为所以，方差等于均方值与均值平方之差，它表示随机过程在时刻t对于均值a(t)的偏离程度。相关函数式中，和分别是在和时刻观测得到的随机变量。可以看出，R()是两个变量和的确定函数。3、协方差函数式中a()a()－在和时刻得到的ξ(t)的均值 (;)－ξ(t)的二维概率密度函数。4、相关函数和协方差函数之间的关系若a(t1)=a(t2)，则B(t1,t2)=R(t1,t2)互相关函数式中ξ(t)和η(t)分别表示两个随机过程。因此，R()又称为自相关函数。十、教学小结本节课介绍了随机过程的基本概念，重点讲解了随机过程的数字特性，包括均值、方差、相关函数的计算及关系推导，随机过程的一维概率密度函数和分布函数。本节的内容学生在《概率论与数理统计》中也学习过，因此接受起来比较快。在课堂上配合做些课后习题，对均值、方差、相关函数的计算及关系推导进行巩固，教学效果明显。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第三章、随机过程§平稳随机过程二、本章节授课时间：第四周的周二1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、平稳过程定义2、各态历经性3、平稳过程的相关函数五、教学重点、难点：1、狭义平稳和广义平稳2、各态历经的含义与意义3、平稳过程自相关函数的性质六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：3-4八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：平稳随机过程的定义定义：若一个随机过程ξ(t)的任意有限维分布函数与时间起点无关，也就是说，对于任意的正整数n和所有实数Δ，有则称该随机过程是在严格意义下的平稳随机过程，简称严平稳随机过程。性质：该定义表明，平稳随机过程的统计特性不随时间的推移而改变，即它的一维分布函数与时间t无关：而二维分布函数只与时间间隔τ=–有关：数字特征：可见，（1）其均值与t无关，为常数a； （2）自相关函数只与时间间隔τ有关。把同时满足（1）和（2）的过程定义为广义平稳随机过程。显然，严平稳随机过程必定是广义平稳的，反之不一定成立。 在通信系统中所遇到的信号及噪声，大多数可视为平稳的随机过程。因此，研究平稳随机过程有着很大的实际意义。各态历经性问题的提出：我们知道，随机过程的数字特征（均值、相关函数）是对随机过程的所有样本函数的统计平均，但在实际中常常很难测得大量的样本，这样，我们自然会提出这样一个问题：能否从一次试验而得到的一个样本函数x(t)来决定平稳过程的数字特征呢回答是肯定的。平稳过程在满足一定的条件下具有一个有趣而又非常有用的特性，称为“各态历经性”（又称“遍历性”）。具有各态历经性的过程，其数字特征（均为统计平均）完全可由随机过程中的任一实现的时间平均值来代替。各态历经性条件设：x(t)是平稳过程(t)的任意一次实现（样本），则其时间均值和时间相关函数分别定义为：如果平稳过程使下式成立则称该平稳过程具有各态历经性。“各态历经”的含义是：随机过程中的任一次实现都经历了随机过程的所有可能状态。因此，在求解各种统计平均（均值或自相关函数等）时，无需作无限多次的考察，只要获得一次考察，用一次实现的“时间平均”值代替过程的“统计平均”值即可，从而使测量和计算的问题大为简化。具有各态历经的随机过程一定是平稳过程，反之不一定成立。在通信系统中所遇到的随机信号和噪声，一般均能满足各态历经条件。平稳过程的自相关函数平稳过程自相关函数的定义：同前平稳过程自相关函数的性质—ξ(t)的平均功率—τ的偶函数—R(τ)的上界。即自相关函数R(τ)在τ=0有最大值。—ξ(t)的直流功率表示平稳过程ξ(t)的交流功率。当均值为0时，有R(0)=。十、教学小结本节课重点要求学生掌握两种平稳随机过程的定义：狭义平稳随机过程和广义平稳随机过程，不仅能判断一个随机过程是狭义平稳还是广义平稳，还要理解狭义平稳与广义平稳的区别。弄清楚各态历经的含义与意义，学会判断一个随机过程是否具有各态历经性。一开始学习的时候学生对狭义平稳和广义平稳的定义掌握不好，但是通过具体的例题分析，大部分学生基本能掌握好判断的方法。对于各态历经的理解，学生一开始也极容易产生混淆，误认为只要是平稳随机过程就具有各态历经性，这是初学者易犯的错误，在讲课中尤其要提醒学生注意。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第三章、随机过程§平稳随机过程§高斯随机过程二、本章节授课时间：第四周的周四1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、平稳过程的功率谱密度2、高斯过程的定义和性质；五、教学重点、难点：1、维纳-辛钦定理2、高斯过程的性质3、随机过程的总（平均）功率六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：3-7八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：平稳过程的功率谱密度定义：对于任意的确定功率信号f(t)，它的功率谱密度定义为式中，FT(f)是f(t)的截短函数fT(t)所对应的频谱函数。对于平稳随机过程ξ(t)，可以把(t)当作是ξ(t)的一个样本；某一样本的功率谱密度不能作为过程的功率谱密度。过程的功率谱密度应看作是对所有样本的功率谱的统计平均，故ξ(t)的功率谱密度可以定义为功率谱密度的计算维纳-辛钦关系 非周期的功率型确知信号的自相关函数与其功率谱密度是一对傅里叶变换。这种关系对平稳随机过程同样成立，即有简记为以上关系称为维纳-辛钦关系。它在平稳随机过程的理论和应用中是一个非常重要的工具，它是联系频域和时域两种分析方法的基本关系式。在维纳-辛钦关系的基础上，我们可以得到以下结论：对功率谱密度进行积分，可得平稳过程的总功率：上式从频域的角度给出了过程平均功率的计算法。各态历经过程的任一样本函数的功率谱密度等于过程的功率谱密度。也就是说，每一样本函数的谱特性都能很好地表现整个过程的谱特性。高斯随机过程（正态随机过程）定义如果随机过程(t)的任意n维（n=1,2,...）分布均服从正态分布，则称它为正态过程或高斯过程。n维正态概率密度函数表示式为：式中式中|B|－归一化协方差矩阵的行列式，即|B|jk－行列式|B|中元素bjk的代数余因子 bjk－为归一化协方差函数，即重要性质由高斯过程的定义式可以看出,高斯过程的n维分布只依赖各个随机变量的均值、方差和归一化协方差。因此，对于高斯过程，只需要研究它的数字特征就可以了。广义平稳的高斯过程也是严平稳的。因为，若高斯过程是广义平稳的，即其均值与时间无关，协方差函数只与时间间隔有关，而与时间起点无关，则它的n维分布也与时间起点无关，故它也是严平稳的。所以，高斯过程若是广义平稳的，则也严平稳。如果高斯过程在不同时刻的取值是不相关的，即对所有jk，有bjk=0，则其概率密度可以简化为这表明，如果高斯过程在不同时刻的取值是不相关的，那么它们也是统计独立的。高斯过程经过线性变换后生成的过程仍是高斯过程。也可以说，若线性系统的输入为高斯过程，则系统输出也是高斯过程。十、教学小结本节课的重点是高斯过程的定义及性质，因为后续的学习内容中多处涉及高斯随机过程，因此务必让学生在开始的学习中就掌握好高斯随机过程的相关性质，以便后续知识的理解。在学习过程中注意复习上节课的平稳随机过程，并引导学生与高斯随机过程做对比记忆，提醒学生注意分别记忆两个典型随机过程的性质。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第三章、随机过程§高斯随机过程二、本章节授课时间：第五周的周二1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、高斯过程的一维概率密度和分布函数；2、高斯随机过程通过线性系统后输出和输入的关系；五、教学重点、难点：1、高斯过程通过线性系统。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：本次课无作业。八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：高斯随机变量定义：高斯过程在任一时刻上的取值是一个正态分布的随机变量，也称高斯随机变量，其一维概率密度函数为式中a－均值， 2－方差曲线如下图：性质f(x)对称于直线x=a，即a表示分布中心，称为标准偏差，表示集中程度，图形将随着的减小而变高和变窄。当a=0和=1时，称为标准化的正态分布：正态分布函数这个积分的值无法用闭合形式计算，通常利用其他特殊函数，用查表的方法求出。用误差函数表示正态分布函数：令则有及式中－误差函数，可以查表求出其值。用互补误差函数erfc(x)表示正态分布函数：式中当x>2时，用Q函数表示正态分布函数。Q函数定义：Q函数和erfc函数的关系：Q函数和分布函数F(x)的关系：Q函数值也可以从查表得到。平稳随机过程通过线性系统确知信号通过线性系统（复习）式中vi－输入信号，vo－输出信号对应的傅里叶变换关系：随机信号通过线性系统：假设：i(t)－是平稳的输入随机过程， a－均值， Ri()－自相关函数， Pi()－功率谱密度；求输出过程o(t)的统计特性，即它的均值、自相关函数、功率谱以及概率分布。输出过程的均值是一个常数，其自相关函数仅是时间间隔的函数。因此，若线性系统的输入是平稳的，则输出也是平稳的。输出过程o(t)的功率谱密度：结论：输出过程的功率谱密度是输入过程的功率谱密度乘以系统频率响应模值的平方。输出过程o(t)的概率分布：如果线性系统的输入过程是高斯型的，则系统的输出过程也是高斯型的。十、教学小结本节课重点要掌握高斯过程的一维概率密度和分布函数，以及高斯随机过程通过线性系统后的输出、输入的关系。复习上节课所学的高斯过程的n维概率密度和分布函数带领学生在此基础上推导一维概率密度和分布函数，加强记忆。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第三章、随机过程§窄带随机过程§正弦波加窄带高斯噪声二、本章节授课时间：第五周的周四1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、窄带随机过程的表达式和统计特性；2、正弦波加窄带高斯过程的统计特性；五、教学重点、难点：1、窄带过程的两个结论；2、正弦波加窄带高斯过程的统计特性；六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：本次课无作业。八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：窄带随机过程什么是窄带随机过程 若随机过程ξ(t)的谱密度集中在中心频率附近相对窄的频带范围Δ内，即满足Δ<<的条件，且远离零频率，则称该ξ(t)为窄带随机过程。典型的窄带随机过程的谱密度和样本函数窄带随机过程的表示式式中，(t)－随机包络， (t)－随机相位 －中心角频率显然，(t)和(t)的变化相对于载波cost的变化要缓慢得多。窄带随机过程表示式展开可以展开为式中－ξ(t)的同相分量－ξ(t)的正交分量可以看出：ξ(t)的统计特性由(t)和(t)或(t)和(t)的统计特性确定。若ξ(t)的统计特性已知，则(t)和(t)或(t)和(t)的统计特性也随之确定。(t)和(t)的统计特性一个均值为零的窄带平稳高斯过程ξ(t)，它的同相分量(t)和正交分量(t)同样是平稳高斯过程，而且均值为零，方差也相同。此外，在同一时刻上得到的和是互不相关的或统计独立的。(t)和(t)的统计特性一个均值为零，方差为的窄带平稳高斯过程ξ(t)，其包络(t)的一维分布是瑞利分布，相位(t)的一维分布是均匀分布，并且就一维分布而言，(t)与(t)是统计独立的，即有正弦波加窄带高斯噪声1、正弦波加窄带高斯噪声的表示式式中－窄带高斯噪声θ－正弦波的随机相位，均匀分布在0～2π间，A和－确知振幅和角频率于是有式中2、正弦波加窄带高斯噪声的包络和相位表示式包络：相位：3、正弦波加窄带高斯噪声的包络的统计特性包络的概率密度函数(z)－称为广义瑞利分布，又称莱斯（Rice）分布。包络概率密度函数(z)曲线4、正弦波加窄带高斯噪声的相位的统计特性十、教学小结本节课讲述了窄带随机过程的表达式和统计特性、正弦波加窄带高斯过程的统计特性，由于概念抽象、数学知识含量大，学生表现出有些畏惧心理，学习积极性也不高，这时要注意引导学生关注数学推导的结果和课本上总结的三个结论，具体而复杂的数学推导可以一带而过，不要求学生掌握推导过程，帮助学生排除畏难情绪。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第三章、随机过程§高斯白噪声和带限白噪声二、本章节授课时间：第六周的周二1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、高斯白噪声的特点2、高斯白噪声通过理想低通信道和理想带通滤波器五、教学重点、难点：1、白噪声通过线性系统六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：3-8八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：高斯白噪声和带限白噪声1、白噪声(t)定义：功率谱密度在所有频率上均为常数的噪声，即－双边功率谱密度或－单边功率谱密度式中－正常数白噪声的自相关函数：对双边功率谱密度取傅里叶反变换，得到相关函数：白噪声和其自相关函数的曲线：白噪声的功率 由于白噪声的带宽无限，其平均功率为无穷大，即或因此，真正“白”的噪声是不存在的，它只是构造的一种理想化的噪声形式。实际中，只要噪声的功率谱均匀分布的频率范围远远大于通信系统的工作频带，我们就可以把它视为白噪声。如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布，则称之为高斯白噪声。高斯白噪声在任意两个不同时刻上的随机变量之间，不仅是互不相关的，而且还是统计独立的。2、低通白噪声定义：如果白噪声通过理想矩形的低通滤波器或理想低通信道，则输出的噪声称为低通白噪声。功率谱密度由上式可见，白噪声的功率谱密度被限制在||≤内，通常把这样的噪声也称为带限白噪声。自相关函数功率谱密度和自相关函数曲线由曲线看出，这种带限白噪声只有在上得到的随机变量才不相关。3、带通白噪声定义：如果白噪声通过理想矩形的带通滤波器或理想带通信道，则其输出的噪声称为带通白噪声。功率谱密度 设理想带通滤波器的传输特性为式中－中心频率，B－通带宽度则其输出噪声的功率谱密度为自相关函数带通白噪声的功率谱和自相关函数曲线4、窄带高斯白噪声通常，带通滤波器的B<<，因此称窄带滤波器，相应地把带通白高斯噪声称为窄带高斯白噪声。平均功率十、教学小结本节课重点讲解高斯白噪声的特点，以及高斯白噪声通过理想低通信道和理想带通滤波器后的输出结果。本章的内容概念抽象，数学推导较多，结论也较多，因此在每次上课后先让学生自己看一遍课本，再听老师讲解，这样学习下来的效果很好。往往通过学生自己看书，对当堂课所要学习的内容有了一个较为初步的印象，对于看不懂的地方提醒学生做好标记。等到老师讲解一遍后大部分学生都有茅塞顿开的感觉，印象也较为深刻。在讲解高斯白噪声之前，先把前几次课讲过的高斯随机过程提出来复习一遍，前后知识相互联系，学生理解的很好。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第四章、信道§无线信道§有线信道二、本章节授课时间：第六周的周四1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、信道的定义和分类。五、教学重点、难点：1、信道的分类和特征。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：4-1八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：无线信道无线信道电磁波的频率－受天线尺寸限制地球大气层的结构对流层：地面上0~10km平流层：约10～60km电离层：约60～400km电离层对于传播的影响：反射、散射大气层对于传播的影响：散射、吸收电磁波的分类：1、地波频率<2MHz有绕射能力距离：数百或数千千米2、天波频率：2~30MHz特点：被电离层反射一次反射距离：<4000km寂静区：3、视线传播：频率>30MHz距离:和天线高度有关 式中，D–收发天线间距离(km)。[例]若要求D=50km，则由式4、增大视线传播距离的其他途径中继通信：卫星通信：静止卫星、移动卫星平流层通信：散射传播电离层散射 机理－由电离层不均匀性引起 频率－30~60MHz 距离－1000km以上对流层散射 机理－由对流层不均匀性（湍流）引起 频率－100~4000MHz 最大距离<600km流星流星余迹散射 流星余迹特点－高度80~120km，长度15~40km 存留时间：小于1秒至几分钟 频率－30~100MHz 距离－1000km以上 特点－低速存储、高速突发、断续传输有线信道明线1、对称电缆：由许多对双绞线组成2、同轴电缆3、光纤结构：纤芯、包层按折射率分类：阶跃型、梯度型按模式分类：多模光纤、单模光纤损耗与波长关系损耗最小点：与um 十、教学小结本节课给学生介绍通信中的有线信道和无线信道，重点介绍了无线信道的分类。在教学过程中注意与实际相结合，利用学生熟悉的手机、有线电话、卫星、电视塔等通信工具给学生讲解相关知识，学生表现出很高的学习积极性，学习效果也很好，课堂上练习了两道课后习题，学生基本都完成的很好。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第四章、信道§信道的数学模型§信道特性对信号传输的影响二、本章节授课时间：第七周的周二1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、信道的模型；2、恒参信道的特性及其对信号传输的影响；3、随参信道的特性及其对信号传输的影响；五、教学重点、难点：1、调制信道和编码信道的定义范围及其关系；2、恒参信道的无失真传输条件，两种线性失真及其影响；3、随参信道的3个特点，多径传播及其影响；4、恒参信道的幅频特性、相频特性和群时延特性的计算和传输失真情况的判断；减小频率选择性衰落的方法和计算；六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：4-5八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：信道的数学模型信道模型的分类：调制信道编码信道调制信道模型 －信道输入端信号电压；－信道输出端的信号电压； －噪声电压。通常假设：这时上式变为：－信道数学模型因k(t)随t变，故信道称为时变信道。因k(t)与ei(t)相乘，故称其为乘性干扰。因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。编码信道模型二进制编码信道简单模型－无记忆信道模型P(0/0)和P(1/1)－正确转移概率P(1/0)和P(0/1)－错误转移概率P(0/0)=1–P(1/0)P(1/1)=1–P(0/1) 四进制编码信道模型信道特性对信号传输的影响恒参信道的影响恒参信道举例：各种有线信道、卫星信道…恒参信道：非时变线性网络。信号通过线性系统的分析方法。线性系统中无失真条件：振幅～频率特性：为水平直线时无失真图为典型电话信道特性用插入损耗便于测量相位～频率特性：要求其为通过原点的直线，即群时延为常数时无失真 群时延定义：频率失真：振幅～频率特性不良引起的，频率失真、波形畸变、码间串扰解决办法：线性网络补偿相位失真：相位～频率特性不良引起的，对语音影响不大，对数字信号影响大解决办法：线性网络补偿非线性失真：可能存在于恒参信道中定义：输入电压～输出电压关系是非线性的。其他失真：频率偏移、相位抖动…变参信道的影响变参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。变参信道举例：天波、地波、视距传播、散射传播…变参信道的特性：衰减随时间变化；时延随时间变化多径效应：信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变，即存在多径传播现象。发射信号为单频恒幅正弦波时，接收信号因多径效应变成包络起伏的窄带信号。这种包络起伏称为快衰落－衰落周期和码元周期可以相比。另外一种衰落：慢衰落－由传播条件引起的。曲线的最大和最小值位置决定于两条路径的相对时延差τ。而τ是随时间变化的，所以对于给定频率的信号，信号的强度随时间而变，这种现象称为衰落现象。由于这种衰落和频率有关，故常称其为频率选择性衰落。图4-18多径效应多径效应的影响： 多径效应会使数字信号的码间串扰增大。为了减小码间串扰的影响，通常要降低码元传输速率。因为，若码元速率降低，则信号带宽也将随之减小，多径效应的影响也随之减轻。接收信号的分类确知信号：接收端能够准确知道其码元波形的信号随相信号：接收码元的相位随机变化起伏信号：接收信号的包络随机起伏、相位也随机变化。通过多径信道传输的信号都具有这种特性。十、教学小结本节课的重点是教会学生对连续信道和离散信道分别建立模型，这对于后续知识的学习和理解非常重要；此外，恒参信道和随参信道的特性及其对信号传输的影响也是学生理解的难点，对此节内容可以先让学生看书，再进行讲解，配合课后的习题做做练习，可以加深学生对知识的理解。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第四章、信道§信道中的噪声§信道容量二、本章节授课时间：第七周的周四1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、信道噪声的统计特性；2、信道容量和香农公式。五、教学重点、难点：1、信道噪声及其通过带通滤波器的结果；2、香农公式的含义和结论。3、信道容量的计算。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：4-7八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：信道中的噪声噪声：信道中存在的不需要的电信号。又称加性干扰。1、按噪声来源分类人为噪声－例：开关火花、电台辐射自然噪声－例：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热噪声热噪声来源：来自一切电阻性元器件中电子的热运动。频率范围：均匀分布在大约0～1012Hz。热噪声电压有效值： 式中k=10-23（J/K）－波兹曼常数； T－热力学温度（oK）； R－阻值（）； B－带宽（Hz）。2、按噪声性质分类1）脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花就是一种典型的脉冲噪声。2）窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以看作是一种非所需的连续的已调正弦波。3）起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等。讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特别是热噪声的影响。3、窄带高斯噪声1）带限白噪声：经过接收机带通滤波器过滤的热噪声2）窄带高斯噪声：由于滤波器是一种线性电路，高斯过程通过线性电路后，仍为一高斯过程，故此窄带噪声又称窄带高斯噪声。窄带高斯噪声功率： 式中Pn(f)－双边噪声功率谱密度噪声等效带宽：式中Pn(f0)－原噪声功率谱密度曲线的最大值 噪声等效带宽的物理概念：以此带宽作一矩形滤波特性，则通过此特性滤波器的噪声功率，等于通过实际滤波器的噪声功率。信道容量信道容量－指信道能够传输的最大平均信息速率。离散信道容量1、两种不同的度量单位：两者之间可以互换C－每个符号能够传输的平均信息量最大值Ct－单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最大值2、计算离散信道容量的信道模型发送符号：x1，x2，x3，…，xn，接收符号：y1，y2，y3，…，ymP(xi)=发送符号xi的出现概率， i＝1，2，…，n；P(yj)=收到yj的概率， j＝1，2，…，mP(yj/xi)=转移概率，即发送xi的条件下收到yj的条件概率3、计算收到一个符号时获得的平均信息量从信息量的概念得知：发送xi时收到yj所获得的信息量等于发送xi前接收端对xi的不确定程度（即xi的信息量）减去收到yj后接收端对xi的不确定程度。发送xi时收到yj所获得的信息量=-log2P(xi)-[-log2P(xi/yj)]对所有的xi和yj取统计平均值，得出收到一个符号时获得的平均信息量式中－为每个发送符号xi的平均信息量，称为信源的熵。－为接收yj符号已知后，发送符号xi的平均信息量。由上式可见，收到一个符号的平均信息量只有[H(x)–H(x/y)]，而发送符号的信息量原为H(x)，少了的部分H(x/y)就是传输错误率引起的损失。4、无噪声信道信道模型发送符号和接收符号有一一对应关系。此时P(xi/yj)=0；H(x/y)=0。因为平均信息量/符号＝H(x)–H(x/y)。所以在无噪声条件下，从接收一个符号获得的平均信息量为H(x)。而原来在有噪声条件下，从一个符号获得的平均信息量为[H(x)－H(x/y)]。这再次说明H(x/y)即为因噪声而损失的平均信息量。容量C的定义：每个符号能够传输的平均信息量最大值 (比特/符号)当信道中的噪声极大时，H(x/y)=H(x)。这时C=0，即信道容量为零。容量Ct的定义： (b/s) 式中r－单位时间内信道传输的符号数连续信道容量可以证明式中S－信号平均功率（W）； N－噪声功率（W）； B－带宽（Hz）。设噪声单边功率谱密度为n0，则N=n0B； 故上式可以改写成：由上式可见，连续信道的容量Ct和信道带宽B、信号功率S及噪声功率谱密度n0三个因素有关。十、教学小结本节的重点是信道容量的计算，包括离散信道和连续信道。学生学习的难点是离散信道的信道容量，相关的知识理解起来比较吃力。在课前先带领学生复习在第一章学过的信息量及其度量的相关知识，有助于学生理解离散信道的信道容量计算公式，讲解两遍后必须通过一定量的课后习题加以巩固。连续信道的信道容量公式涉及分贝的换算也是学生学习的难点，在讲课中要注意加以说明。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第六章、数字基带传输系统§数字基带信号及其频谱特性二、本章节授课时间：第八周的周二1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、数字基带传输系统结构及各部件作用；2、6种基带信号波形和频谱特性；五、教学重点、难点：1、数字基带系统原理框图2、单/双、单归零/双归零、差分、多电平的波形（会画）和主要特点六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：6-1八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：第6章数字基带传输系统数字基带信号及其频谱特性数字基带信号几种基本的基带信号波形单极性波形：该波形的特点是电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTL、CMOS电路产生；缺点是有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离传输，只适用于计算机内部或极近距离的传输。双极性波形：当“1”和“0”等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，并且在接收端恢复信号的判决电平为零值，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。单极性归零(RZ)波形：信号电压在一个码元终止时刻前总要回到零电平。通常，归零波形使用半占空码，即占空比为50%。从单极性RZ波形可以直接提取定时信息 。与归零波形相对应，上面的单极性波形和双极性波形属于非归零(NRZ)波形，其占空比等于100％。双极性归零波形：兼有双极性和归零波形的特点。使得接收端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步。差分波形：用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码，图中，以电平跳变表示“1”，以电平不变表示“0”。它也称相对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响。多电平波形：可以提高频带利用率。图中给出了一个四电平波形2B1Q。随机脉冲序列的表示式设一个二进制的随机脉冲序列如下图所示：图中 Ts－码元宽度 g1(t)和g2(t)－分别表示消息码“0”和“1”，为任意波形。设序列中任一码元时间Ts内g1(t)和g2(t)出现的概率分别为P和(1-P)，且认为它们的出现是统计独立的，则该序列可表示为式中为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简化，我们可以把s(t)分解成稳态波v(t)和交变波u(t)。所谓稳态波，即随机序列s(t)的统计平均分量，它取决于每个码元内出现g1(t)和g2(t)的概率加权平均，因此可表示成由于v(t)在每个码元内的统计平均波形相同，故v(t)是以Ts为周期的周期信号。二进制随机脉冲序列的功率谱Ps(f)可能包含连续谱（第一项）和离散谱（第二项）。连续谱总是存在的，这是因为代表数据信息的g1(t)和g2(t)波形不能完全相同，故有G1(f)≠G2(f)。谱的形状取决于g1(t)和g2(t)的频谱以及出现的概率P。离散谱是否存在，取决于g1(t)和g2(t)的波形及其出现的概率P。一般情况下，它也总是存在的，但对于双极性信号g1(t)=-g2(t)=g(t)，且概率P=1/2（等概）时，则没有离散分量(f-mfs)。根据离散谱可以确定随机序列是否有直流分量和定时分量。单极性信号的功率谱密度分别如下图中的实线和虚线所示双极性信号的功率谱密度曲线如下图中的实线和虚线所示从以上两例可以看出：二进制基带信号的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G1(f)和G2(f)。时间波形的占空比越小，占用频带越宽。若以谱的第1个零点计算，NRZ(τ=Ts)基带信号的带宽为BS=1/τ=fs；RZ(τ=Ts/2)基带信号的带宽为BS=1/τ=2fs。其中fs=1/Ts,是位定时信号的频率，它在数值上与码元速率RB相等。单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比。单极性NRZ信号中没有定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换；单极性RZ信号中含有定时分量，可以直接提取它。“0”、“1”等概的双极性信号没有离散谱，也就是说没有直流分量和定时分量。十、教学小结本节课学习的六种基带信号波形引起了学生很大的学习兴趣，在老师的引导下学生对波形特点和绘制方法掌握的很好；基带信号的频谱特性较难理解，提醒学生注意理解和识记相关推论。云南民族大学教案一、讲授章节名称：第六章、数字基带传输系统§基带传输的常用码型二、本章节授课时间：第八周的周四1-2节课授课学时：2学时三、本章节授课教师姓名：王霞职称：讲师四、本章节教学目标和教学要求：1、基带传输码型的编译及其特点；五、教学重点、难点：1、选码原则；2、AMI码、HDB3码、双相码、CMI码的编/译、对应基带波形和主要特点。六、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：教学方法：讲授法、讨论法、问题教学法、实例教学法教学手段：黑板板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。七、布置的作业及复习思考题：6-7八、选用教材和主要参考书：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹丽娜主编，北京：国防工业出版社，2011年8月第6版。主要参考书：1、周炯盘、庞沁华、续大我北京邮电大学出版社(2008-08)2、曹志刚、钱亚生清华大学出版社(2012-11)九、教学主要内容及教学安排：基带传输的常用码型对传输用的基带信号的主要要求:对代码的要求：原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；对所选码型的电波形要求：电波形应适合于基带系统的传输。前者属于传输码型的选择，后者是基带脉冲的选择。这是两个既独立又有联系的问题。本节先讨论码型的选择问题。传输码的码型选择原则不含直流，且低频分量尽量少；应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测。编译码简单，以降低通信延时和成本。1、AMI码：传号交替反转码编码规则：将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”(空号)保持不变。例： 消息码：0110000000110011… AMI码：0-1+10000000–1+100–1+1…AMI码对应的波形是具有正、负、零三种电平的脉冲序列。AMI码的优点：没有直流成分，且高、低频分量少，编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况；如果它是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可变为单极性RZ波形，从中可以提取位定时分量AMI码的缺点：当原信码出现长连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。解决连“0”码问题的有效方法之一是采用HDB码。2、HDB3码：3阶高密度双极性码它是AMI码的一种改进型，改进目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过3个。编码规则：（1）检查消息码中“0”的个数。当连“0”数目小于等于3时，HDB3码与AMI码一样，+1与-1交替；（2）连“0”数目超过3时，将每4个连“0”化作一小节，定义为B00V，称为破坏节，其中V称为破坏脉冲，而B称为调节脉冲；（3）V与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同(这破坏了极性交替的规则，所以V称为破坏脉冲)，并且要求相邻的V码之间极性必须交替。V的取值为+1或-1；（4）B的取值可选0、+1或-1，以使V同时满足（3）中的两个要求；（5）V码后面的传号码极性也要交替。例：消息码：10000100001100000000l1AMI码：-10000+10000-1+100000000-1+1HDB码：-1000–V+1000+V-1+1-B00–V+B00+V-l+1其中的V脉冲和B脉冲与1脉冲波形相同，用V或B符号表示的目的是为了示意该非“0”码是由原信码的“0”变换而来的。 HDB3