通信原理教学案

通信原理教学案一、教学目标1.让学生掌握通信系统的基本组成、工作原理及性能指标。2.理解各种通信信号的特点、调制解调方法及其原理。3.熟悉信道的特性、噪声类型及其对通信的影响。4.掌握数字通信系统的基本原理，包括信源编码、信道编码、数字调制等。5.培养学生分析和设计简单通信系统的能力，以及运用所学知识解决实际通信问题的能力。二、教学内容（一）通信系统概述1.通信的基本概念通信的定义：信息的传递。通信系统的模型：信源、发送设备、信道、接收设备、信宿。通信系统的分类：按传输媒质分有线通信和无线通信；按信号类型分模拟通信和数字通信。2.通信系统的性能指标有效性指标：传输速率（码元速率、信息速率）、频带利用率。可靠性指标：差错率（误码率、误信率）。（二）通信信号与频谱分析1.确知信号定义：信号的波形完全确定。分类：周期信号和非周期信号。信号的频谱分析：傅里叶变换及其性质，周期信号的频谱特性（离散性、谐波性、收敛性），非周期信号的频谱特性。2.随机信号定义：信号的取值具有不确定性。概率密度函数和分布函数：描述随机信号的统计特性。平稳随机信号：狭义平稳和广义平稳的概念，平稳随机信号的自相关函数和功率谱密度。（三）模拟调制系统1.幅度调制常规调幅（AM）：原理、时域表达式、频谱特性、调制效率。双边带调制（DSB）：原理、时域表达式、频谱特性、调制效率。单边带调制（SSB）：原理、时域表达式、频谱特性、调制效率。残留边带调制（VSB）：原理、频谱特性。2.角度调制频率调制（FM）：原理、瞬时频率、最大频偏、调制指数、调频波的频谱特性。相位调制（PM）：原理、与频率调制的关系。（四）数字基带传输系统1.数字基带信号常用的数字基带信号波形：单极性码、双极性码、归零码、不归零码、差分码等。数字基带信号的功率谱：连续谱和离散谱。2.码间串扰概念：由于信道特性不理想，导致接收端信号波形展宽，前后码元相互干扰。无码间串扰的条件：奈奎斯特第一准则。3.基带传输系统的构成发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器、定时恢复电路。系统性能分析：误码率与码间串扰、噪声的关系。（五）数字调制系统1.二进制数字调制二进制移幅键控（2ASK）：原理、时域表达式、频谱特性、调制解调方法。二进制移频键控（2FSK）：原理、时域表达式、频谱特性、调制解调方法。二进制移相键控（2PSK）：原理、时域表达式、频谱特性、调制解调方法。二进制差分相移键控（2DPSK）：原理、调制解调方法。2.多进制数字调制多进制移幅键控（MASK）：原理、频谱特性、调制解调方法。多进制移频键控（MFSK）：原理、频谱特性、调制解调方法。多进制移相键控（MPSK）：原理、频谱特性、调制解调方法。多进制差分相移键控（MDPSK）：原理、调制解调方法。（六）信道1.信道的分类与特性有线信道：明线、对称电缆、同轴电缆、光纤等的特性。无线信道：自由空间传播模型、衰落信道的特性。2.信道噪声噪声的分类：热噪声、散弹噪声、宇宙噪声等。加性高斯白噪声（AWGN）：特性、功率谱密度。（七）信源编码1.信源编码的目的提高信息传输的有效性，压缩信源输出信号的冗余度。2.无失真信源编码香农第一定理：定长编码定理和变长编码定理。哈夫曼编码：原理、编码步骤、编码效率。3.限失真信源编码率失真函数：定义、性质。预测编码：DPCM原理、ADPCM原理。（八）信道编码1.信道编码的目的提高信息传输的可靠性，增加冗余度以对抗信道噪声和干扰。2.差错控制的基本方式检错重发（ARQ）：停等式ARQ、选择重发ARQ、连续重发ARQ。前向纠错（FEC）：线性分组码、循环码的基本概念。3.线性分组码定义、生成矩阵、校验矩阵、编码过程、译码方法。4.循环码定义、生成多项式、校验多项式、编码过程、译码方法。三、教学方法（一）课堂讲授1.系统讲解通信原理的基本概念、原理和方法，通过板书和PPT相结合的方式，使学生对教学内容有清晰的框架和深入的理解。2.运用实例分析，将抽象的理论知识与实际通信系统相结合，帮助学生理解和掌握所学内容。（二）实验教学1.安排相关的通信原理实验，如模拟调制实验、数字基带传输实验、数字调制实验等。2.学生通过实际操作，观察实验现象，分析实验结果，加深对理论知识的理解，提高实践能力和动手能力。（三）课堂讨论1.提出一些具有启发性的问题，组织学生进行课堂讨论，鼓励学生积极思考，发表自己的观点和见解。2.通过讨论，培养学生的团队合作精神和创新思维能力，促进学生之间的交流和学习。（四）多媒体教学1.利用多媒体课件，展示通信系统的工作原理、信号波形、频谱特性等，使教学内容更加直观形象，便于学生理解。2.播放相关的教学视频，如通信系统的动画演示、实验操作视频等，丰富教学资源，提高教学效果。四、教学进度安排（一）第12周：通信系统概述1.讲解通信的基本概念、通信系统的模型和分类。2.介绍通信系统的性能指标，包括有效性指标和可靠性指标。（二）第34周：通信信号与频谱分析1.讲解确知信号的定义、分类和频谱分析方法。2.介绍随机信号的概念、概率密度函数和功率谱密度。（三）第56周：模拟调制系统1.讲解幅度调制的原理、分类和频谱特性。2.介绍角度调制的原理、调频波和调相波的频谱特性。（四）第78周：数字基带传输系统1.讲解数字基带信号的波形、功率谱和码间串扰的概念。2.介绍基带传输系统的构成和性能分析方法。（五）第910周：数字调制系统1.讲解二进制数字调制的原理、分类和调制解调方法。2.介绍多进制数字调制的原理、频谱特性和调制解调方法。（六）第1112周：信道1.讲解信道的分类、特性和噪声的概念。2.介绍加性高斯白噪声的特性和功率谱密度。（七）第1314周：信源编码1.讲解信源编码的目的和无失真信源编码的方法。2.介绍限失真信源编码的概念和预测编码的原理。（八）第1516周：信道编码1.讲解信道编码的目的和差错控制的基本方式。2.介绍线性分组码和循环码的原理、编码过程和译码方法。（九）第1718周：课程总结与考试1.对全课程的内容进行总结，梳理重点和难点知识。2.组织学生进行课程考试，检验学生对所学知识的掌握程度。五、考核方式1.平时成绩（30%）考勤（10%）：按时出勤，缺勤一次扣一定分数。作业（10%）：认真完成课后作业，按时提交，根据作业完成质量评分。课堂表现（10%）：积极参与课堂讨论、回答问题等，表现优秀者加分。2.实验成绩（30%）实验预习报告（10%）：每次实验前提交预习报告，内容完整、正确。实验操作与结果（15%）：按照实验步骤正确操作，实验结果准确。实验报告（5%）：实验报告书写规范，分析合理。3.期末考试成绩（40%）采用闭卷考试的方式，考核学生对通信原理