《通信原理》教案

《通信原理》教案

首页

课程总计：50学

通信原理

名称时

讲课：42学时

课程实验：8学时

专业基础课学分3

类别上机：________学

时

授课专业班级：九院1-6队；九院3-6队共

对象2个班

教材：通信原理(内部自编教材)

教材

参考资料：

和基

(1)《现代通信导论》，易波主编，国防科技大学出版社，1998年8

本参

月。

考资

(2)《现代通信原理》，曹志刚，清华大学出版社，1991年7月

料

(3)《通信原理教程》，达新宇，北京邮电大学出版社，2004年

本课程主要介绍现代通信系统的基础理论，重点以数字通信为主

教学

介绍其系统构成和基本工作原理。通过本课程的学习，使学生掌握现

目的

代通信的基本原理、概念和分析方法，熟悉通信系统的构成和基本框

任务

架，从而使学生对现代通信工程有一个较全面的了解。

章内容学时数

1绪论2

2模拟调制系统4

3模拟信源数字化与编码8

内容4数字基带传输10

课时5数字频带传输12

分配

6同步与数字复接4

教研

教研室主任签名

室意

年月

见

日

注：课程类别：公共基础课、专业基础课、专业必修课、专业选修课、集中实践环节、

实验课、公共选修课。

教案续页

第

课

授课时间第周周一第节1

11-2次

讲

课

2

时

授课方式理论课口讨论课口实验课口习题课口其他口课

安

时

排

授课题目（教学章、节或主题）：

第一章绪论

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

掌握通信系统的组成、特点及性能指标计算，掌握信息的度量，了解通信

技术的发展趋势。

教学重点及难点：

教学重点：数字通信系统的组成与特点；通信系统的主要性能指标及其计算

教学难点：信息的定义

教学

手段

教学基本内容及时

间设

计

学

§1.1通信技术与信息社会教

帮/

简单介绍通信的基本概念以及通信技术的发展，引起学生浓厚的兴趣。

§1.2通信系统的组成和分类举例

随

一、通信系统的组成讲

媒

多

讲

体

解

时

间

设

出

第

一

黄

冽

介

绍

通

信

技术

及其

发展；

通信

系统

的组

成与

分类、

模拟

通信

系统

简要介绍各部分的功能。的组

二、通信系统的分类成

1、按通信业务分类第二

•话务通信节3果：

•非话务通信数字

2、按调制方式分类通信

•基带传输系统

•调制传输的组

3、按信号特征分类成及

•模拟通信系统其主

•数字通信系统要特

4、按传输媒介分类点;信

•有线通信息及

•无线通信其度

5、按工作波段分类量;通

•长波通信信系

•中波通信统的

•短波通信主要

•远红外线通信性能

6、按信号复用方式分类指标

•频分复用

•时分复用

•码分复用

注：每种分类方式均可举1—2个实际例子。

三、模拟通信系统模型

四、数字通信系统模型

数字通信系统的组成

简要介绍各部分功能。

五、数字通信的主要特点

1、优点

a）抗干扰能力强，噪声不积累；

b）差错可控；

c）便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理;

d）易于集成化；

e）易于加密处理。

2、缺点

需要较大的传输带宽；对同步要求高。

注：上课时可适当扩展，并举例说明。

§1.4消息、信号、信息及其度量

一、信息的定义

二、信息量

•一信息量I与消息出现的概率P（x）之

间具有的规律。

三、离散信源的平均信息量

H⑶=F：X］：｛卜唱27中］”%；［-log2F⑸小…+logJPg

-尸（xjlog,r（X、）

例题：教材P18［例1-1］（课件）

§1.5通信系统主栗性能指标

一、模拟通信系统性能指标

有效性：传输频带

可靠性：接收端解调器输出信噪比

一、数字通信系统性能指标

1、有效性

•码元传输速率

•信息传输速率

•频带利用率

2、可靠性

•误码率

•误比特率

作业、习题、思考题:

1-5,1-6,1-7,1-9

课后小结:

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减，每2课时写一份上述格式教案。

2.课次为授课次序，填第1、2、3……讲等。

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等。

4.教学手段如：举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、音像讲解

等。

教案续页

课第2

授课时间第11周周三第1-2节

次讲

课

理论课口讨论课口实验课口习题课口其他时2课

授课方式

□安时

排

授课题目（教学章、节或主题）：

第一章第六节信道；第二章第一节模拟线性调制技术

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

了解各种实际信道的特点；熟悉调制的概念和分类；掌握模拟线性调制方

式的基本概念、原理、特点及调制解调方法。

教学重点及难点：

教学重点：模拟线性调制方式（AM、DSB-SC、SSB、VSB）的基本原理、特

点及调制解调方式。

教学难点：模拟线性调制的频域特性分析

教学手段

教学基本内容及时间设

计

主要内容回顾教学手段：

数字通信系统的组成及特点，通信系统的主要性能指标举例讲解、

§1.6信道多媒体讲

一、有线信道解

、明线

1时间设计：

2、对称电缆

第一节课：

3、同轴电缆

信道分类

4、光纤

及特性；开

二、无线信道

始模拟调

1、地波传播

制技术学

2、天波传播

习的引言";

3、视线传播

常规双边

4、散射通信

带调制

三、无线传播特性

引言第二节课：

抑制载波

1、为什么要对信号进行调制处理？双边带调

2、什么是调制？制；单边带

3、调制方式有哪些？调制；残留

§2.1模拟线性调制技术边带调制

一、常规双边带调制（AM）

1、时域表达式及时域波形（解释过调幅）

以丫”」［・4+小一.一

需满足条件隈三4

2、频谱表达式及频谱图（解释上、下边带）

:曲出〕=:%卜W1S,1•©"1三。「G1E)«4)i]

（AM信号的波形和频谱见课件）

3、功率分配（解释调制效率，指出AM功率利用率低）

口_+_"门门_:+?

AM信号平均功率，加‘

n..-F.—":U)

调制效率：7/卡।

4、AM信号的解调

•相干解调法

•非相干解调法

（解调原理及原理框图见课件）

二、抑制载波双边带调制（DSB-SC）

1、为什么要采用DSB-SC?

2、时、频域表达式及其图形。

Sgb)-W>)COS

£侬|创=-[超[g1R巩)]

波形图和频谱图见教材P33图2-6（课件）

3、优、缺点

•优点：调制效率100%

•缺点：不能采用包络检波

三、单边带调制（SSB）

1、为什么采用SSB?

2、SSB信号的时域表达式

•单频调制信号的SSB调制

•推广为一般情况

3、SSB信号的产生方法

•滤波法及SSB信号的频域表示

i.滤波法

ii.滤波法的技术难点（多级调制滤波的原因）

•相移法形成SSB信号

4、SSB信号的解调

四、残留边带调制（VSB）

1、采用VSB的原因？

2、滤波法实现VSB

3、VSB解调

•采用相干解调

•推导出残留边带滤波器应满足的条件（互补对称）

作业、习题、思考题：

2-1,2-2,2-5,2-6

课后小结:

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减，每2课时写一份上述格式教案。

2.课次为授课次序，填第1、2、3……讲等。

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等。

4.教学手段如：举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、音像讲解

教案续页

授课时间第12周周一第1-2节课次第3讲

理论课口讨论课口实验课口习题课口课时

授课方式2课时

其他口安排

授课题目（教学章、节或主题）：

第二章第二节模拟非线性调制技术；第三节频分复用原理；第四节模拟调制技

术的应用

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

掌握角度调制的基本概念。熟悉角度调制的产生和解调原理以及时域和频

域特性。了解频分复用的原理。

教学重点及难点：

教学重点：角度调制的基本概念；角度调制的产生与解调

教学难点：调相与调频信号之间的关系；调频信号的带宽

教学手段

教学基本内容

及时间设计

主要内容回顾教学手段：举例

信道的分类及主要特性；幅度调制的基本内容讲解、多媒体讲

§2.2模拟非线性调制技术解

•为什么调频和调相被称为非线性调制(角度调制)？

时间设计：

一、角度调制的基本概念

第一节课：角度

1、FM和PM信号的一般表达式

调制的基本概

与“(；)=Jcos[^.f-工/:]念；窄带调频与

宽带调频；调频

信号的带宽

SR(*)=JcosG/+Kj[m|"廿r

第二节课：调频

•注意解释瞬时相位、瞬时相偏的定义。信号的产生与

•注意解释瞬时角频率、瞬时频偏的定义。解调；频分复用

•注意解释各个符号的含义。原理；模拟调制

•注意FM和PM之间的区别。技术的应用；第

2、单音调制FM和PM二章总结

调制信号为单一频率的正弦波时，调制信号

m(t)=cos4%:

•调相信号PM的时域表达式：

H+Kf4cos

-ACQS[^,1+W.COS1

其中""勺d,称为调相指数

•调频信号FM的时域表达式

/ft\

s段(/)=力cw4K..4」cosT|

=Aco:\i3?ft+m^cm缘r)

其中七一工，二称为调频指数

：最大角频率偏移

二_；：:最大频率偏移

•单音调制FM和PM的波形（课件）

窄带调频与宽带调频的定义

w（rWri（sxO5）

满足此条件的称为窄带调频（NBFM）,否则称为宽带调

频（WBFM）o

窄带调频信号的时域表达式：

*57d•/）x-4cOS-..4••卬J./V]S6

三、调频信号的带宽

1、给出调频信号的时、频域表达式

2、根据频域表达式及其图示分析调频信号的带宽

3、卡森公式。

黑=2蚓+1比=2如+人）

用例题来说明卡森公式的应用

四、调频信号的产生与解调

1、调频信号的产生

•直接调频法

i.工作原理

ii.优缺点

•倍频法

i.工作原理及其框图

ii.优缺点

注：主要介绍倍频法的原理及优缺点

2、调频信号的解调

•非相干解调（对NBFM,WBFM均适用）

i.工作原理

ii.鉴频器

•相干解调（仅适于NBFM）

i.工作原理及其框图

§2.3频分复用原理

一、解释复用、频分复用的概念及目的。

二、频分复用的原理

•频分多路复用系统原理及其原理方框图

三、频分复用的典型例子（载波电话系统）

•载波电话系统的特征

•载波电话分群等级

§2.4模拟调制技术的应用

1、AM:优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干

扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播。

2、DSB调制：优点是功率利用率高，且带宽与AM相同，

但设备较复杂。应用较少，一般用于点对点专用通信。

3、SSB调制：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干

扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM,而带宽只有AM

的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。SSB常用于频分

多路复用系统中。

4、VSB调制：抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电

视广播、数传等系统中得到了广泛应用。

5、FM:FM的抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通

信系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。

第二章教学重点内容总结。

作业、习题、思考题：

2-8,2-12

课后小结:

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减，每2课时写一份上述格式教案。

2.课次为授课次序，填第1、2、3……讲等。

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等。

4.教学手段如：举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、音像讲解

教案续页

授课时间第12周周三第1-2节课次第4讲

理论课口讨论课口实验课口习题课口课时

授课方式2课时

其他口安排

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章第一节模拟信源的采样；第二节量化

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

掌握低通抽样定理。熟悉量化的过程。了解带通抽样定理、量化噪声功率

的计算。

教学重点及难点：

教学重点：低通抽样定理、内插公式、量化过程

教学难点：低通和带通抽样定理的证明

教学手段

教学基本内容

及时间设计

主要内容回顾教学手段：举例

角度调制的基本概念，调频信号的产生与解调讲解、多媒体讲

第三章模拟信源数字化与编码解

引言

时间设计：

利用数字通信系统传输模拟信号需栗将模拟信号数字

第一节课：内容

化，数字化过程包括三个步骤：

回顾、第三章引

1、抽样：将模拟信号在时间上离散化。

言、低通信号的

2、量化：把幅度上连续的模拟信号转化为幅度离散

抽样定理及其

的量化信号

证明、内插公式

3、编码：将量化信号用一个二进制码组来表示。

第二节课：带通

§3.1模拟信源的采样

一'、低通抽样定理信号抽样定理

1、低通抽样定理及其证明、量化

•定理：一个频带限制在(0,小)内的时域连续信号过程、量化噪声

功率的计算

x(t),如果抽样频率力大于或等于羽，则可以由样值

序列｛x(nTs)｝无失真地重建和恢复原始信号，其中

Ts=l//so

•定理所能解决的问题

2、低通抽样定理的证明

•推导证明过程

利用理论推导与图示相结合的方法，证明低通抽样定理

抽样过程的时域函数及其对应频谱图(课件)

•注意解释混叠干扰。

•举例

二、内插公式

讨论由抽样信号如何出恢复原始信号。

1、频域：用截止频率为的理想低通滤波器

2、时域

•内插公式的推导

1£,一二1n叫)

、x(ni,)

x(j)=芍上.(£一叫)

•内插公式的几何意义

三、带通抽样定理

1、带通信号的定义

设信号的频率范围为（加力!），信号带宽3=为「九。当jL<B

时，称为低通信号，当尢>3时，称为带通信号。

2、带通抽样定理

一个频带限制在（九为）内的时域连续信号x（t）,信号带

宽为了可以由抽样序列无失真地重建原始信号

x（t）,其最低必需的抽样频率力应为

：,n等于JL/B值的整数部分。

在一般情况下，抽样频率应满足如下关系：

2/耳vJ彳2力

«+]n

3、带通抽样定理的证明

主要利用图解法证明带通抽样定理

4、例题

§3.2量化

解释量化的原因

一、量化的基本概念

1、量化过程

•对照课件上的图示讲解。

•注意引入在量化过程中常用的概念：量化电平

（重建电平）、分层电平、量化间隔（量阶）

2、量化噪声功率

•量化噪声（量化误差）的定义

•量化噪声功率的计算

i.未过载量化噪声功率

ii.过载量化噪声功率

作业、习题、思考题：

3-2,3-3

课后小结:

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减，每2课时写一份上述格式教案。

2.课次为授课次序，填第1、2、3……讲等。

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等。

4.教学手段如：举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、音像讲解

等。

教案续页

授课时间第13周周一第1-2节课次第5讲

理论课口讨论课口实验课口习题课口课时

授课方式2课时

其他口安排

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章第二节量化；第三节脉冲编码调制

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

掌握均匀量化和非均匀量化的原理，掌握A律13折线压缩特性；熟悉均

匀量化的量化噪声功率；了解“压缩律及其折线近似。

教学重点及难点：

教学重点：均匀量化及其非均匀量化的原理，A律13折线压缩特性

教学难点：均匀量化的量化噪声功率，非均匀量化对信噪比的改善

教学手段

教学基本内容

及时间设计

主要内容回顾教学手段：举例

1、低通信号的抽样定理如何？讲解、多媒体讲

2、在接收端如何恢复原始信号？解

、带通信号的抽样定理。

3时间设计：

§3.2量化

第一节课：内容

二、均匀量化

回顾，均匀量化

1、均匀量化的定义

2、均匀量化的量化特性与量化误差第二节课：非均

3、均匀量化的量化噪声功率匀量化，脉冲编

推导出均匀量化的量化噪声功率公式，并得出相关结论。码调制的定义

4、均匀量化时的量化信噪比及码型

•正弦信号均匀量化信噪比

•语音信号均匀量化信噪比

量化信噪比的推导过程

5、均匀量化的特点及不足之处

三、非均匀量化

•非均匀量化的基本思想

•非均匀量化的原理

阐述压扩技术

•常用的压缩律

i.A压缩律

ii.“压缩律

iii.A律13折线压缩特性

注：重点讲述A律13折线压缩特性

•均匀量化与非均匀量化的比较

重点比较非均匀量化对信噪比的改善程度

四、对数量化

§3.3脉冲编码调制

一■、脉冲编码调制的定义

二、脉冲编码调制的码型

1、自然二进制码

2、折叠二进制码

3、格雷码

介绍各种二进制码的特点，说明为什么语音信号的PCM

编码选用折叠二进制码。

作业、习题、思考题:

3-8

课后小结:

填表说明：

1.每项页面大小可自行添减，每2课时写一份上述格式教案。

2.课次为授课次序，填第1、2、3……讲等。

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等。

4.教学手段如：举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、音像讲解

等。

教案续页

授课时间第13周周三第1-2节课次第6讲

理论课口讨论课口实验课口习题课口课时

授课方式2课时

其他口安排

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章第三节脉冲编码调制；第四节差分脉码调制

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

掌握脉冲编码调制（PCM）的码字码型及A律13折线编码规则；熟悉PCM编解

码器工作原理；了解DPCM的基本思想及原理

教学重点及难点：

教学重点：PCM的码字码型及A律13折线编码规则

教学难点：PCM编码过程；7/12变换关系

教学手段

教学基本内容

及时间设计

主要内容回顾教学手段：举例

1、均匀量化、非均匀量化各有什么特点？讲解、多媒体讲

2、A律13折线、久律15折线的压缩特性。解

时间设计：

§3.3脉冲编码调制（PCM）

第一节课：内容

三、电话信号的PCM编码规则

回顾；脉冲编码

重点介绍A律13折线编码

调制的编码规

1、编码位数的确定

则；A律13折

2、码位安排

线逐次比较型

3、均匀量化与非均匀量化后编码位数的比较

编码器

四、PCM编码器

1、重点讨论A律13折线逐次比较型编码器原理第二节课：PCM

•极性判决电路译码器；

•整流器DPCM;

•保持电路ADPCM

•比较器（编码器的核心）

•本地译码器

i.记忆电路

ii.7/11变换电路

iii.恒流源

结合图示讲解。重点阐述比较器、7/11变换电路的作用

2、例题（详细）

•确定极性码G;

•确定段落码C2C3c4；

•确定段内码C5c6c7金；

3、非线性码与线性码间的7/12变换关系

•为什么采用7/12变换

•7/12变换关系

•例题

五、PCM译码器

1、串/并变换电路

2、极性控制电路

3、7/12变换电路

4、寄存读出

5、12位线性解码电路

问题：为了降低数字电话信号的比特率，可以采用什么方

法？

指出语音压缩的目的，介绍常用的语音压缩编码技术。

§3.4差分脉码调制(DPCM)

一、差分脉冲编码调制的基本思想

1、话音信号的相邻两个样值之间存在相关性。

2、可以把话音信号的样值分成两个部分，一个部分是与过去

样值相关的部分，称作可预测部分；另一个部分是与过去样

值不相关的部分，称作不可预测部分。

3、可预测部分可通过过去时刻的样值进行预测，可以不进行

传输，而只需要传输不可预测的部分，即所谓的“预测误差

4、在DPCM中，只需栗在信道中传输不可预测的部分。与语

音样值相比，预测误差信号的动态范围大大减小，这样可以

在保证通话质量的前提下，降低数码率。

5、信号的自相关性越强，可预测性越强，则可压缩的程度就

越大。

二、差分脉码调制系统的原理

结合差分脉码调制的原理框图进行讲解

三、DPCM信号量化误差及量化信噪比

式川-RN)-x(nI

=〔算+d5才-［刘应+%⑸］

量化误差：

量化信噪比:

一-风^⑼］凯丁(界)］一，•…

1.每项页面大小可自行添减，每2课时写一份上述格式教案。

2.课次为授课次序，填第1、2、3……讲等。

3.授课方式填理论课、实验课、讨论课、习题课等。

4.教学手段如：举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、音像讲解

等。

教案续页

授课时间第14周周一第1-2节课次第7讲

理论课口讨论课口实验课口习题课口课时

授课方式2课时

其他口安排

授课题目（教学章、节或主题）：

第三章第五节增量调制；第六节时分复用

教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

掌握简单增量调制的原理，掌握PCM基群帧结构；熟悉PDH和SDH体系的

基本速率；了解时分复用和复接的概念。

教学重点及难点：

教学重点：简单增量调制的原理，PCM基群帧结构

教学难点：过载问题，简单增量调制量化信噪比的计算。

教学手段

教学基本内容

及时间设计

主要内容回顾教学手段：举例

1、PCM编码规则讲解、多媒体讲

2、DPCM的基本思想?解

§3.5增量调制

时间设计：

一、简单增量调制原理

第一节课：内容

1、简单增量调制原理

回顾，简单增量

AM可以看成是脉冲编码调制的一种特例，它只编一位

调制

码，这一位码不是用来表示信号样值的大小，而是表示抽样

时刻波形的变化趋势。第二节课：数字

2、简单增量调制编、解码过程压扩自适应增

结合AM硬件实现框图进行分析量调制，时分复

3、简单增量调制工作过程用，小结

注意解释过载现象产生的原因、避免过载应满足的条件：

A

*