《通信系统原理》（通信）教学大纲

《通信系统原理》教学大纲课程英文名PrincipleofCommunicationSystem课程代码03M0266学分3总学时48理论学时48实验/实践学时0课程类别专业课课程性质必修先修课程高等数学、信号与系统、概率论与数理统计、线性代数、通信电路适用专业通信工程开课学院信息工程学院教材及主要参考书教材：樊昌信、曹丽娜编著，《通信原理》（第7版），国防工业出版社，2012.12.参考资料：《深入浅出通信原理》，陈爱军著，清华大学出版社，2019年4月。《通信之道--从微积分到5G》，杨学志编著，电子工业出版社，2012年10月。3、《通信原理与通信技术》，张卫钢，西安电子科技大学出版社，2008年10月。注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位本课程是通信工程专业的一门重要的专业必修课程。本课程应用高等数学的代数理论、概率论与数理统计理论的概率论知识、线性代数的矩阵变换、模拟电子线路的二极管和各种震荡器的工作原理、通信电路的振幅调制、解调与混频电路，以及信号与系统的时域和频域分析方法以及低通滤波器性质等知识，研究现代通信系统的基本原理和技术，其任务是使学生掌握典型通信系统组成、工作原理和主要性能指标的分析，并能利用所学的知识设计简单的通信系统，为后续的毕业设计和从事网络通信方面的工作奠定基础。（二）课程目标该课程应达到的预期学习结果（ILO，IntendedLearningOutcomes）如下所示：ILO-1：能系统的理解概率论、随机过程的原理，并能用于信息量和信道容量的计算、信道建模，信号和噪声的特性分析，理解无码间干扰的时域和频域条件，能判断基带传输特性是否存在无码间干扰，以及通信系统最佳接收机的误码率性能分析等。ILO-2：能认识到模拟调制系统、数字频带传输系统有多种不同的调制、解调方案，信源编码中有不同的脉冲编码调制等，能够通过原理的分析和推理，总结出实际通信工程在不同场景中适合的调制解调技术和信源编码方案。ILO-3：由4~6人组成一个小组，对通信系统中的重点和难点问题展开讨论，发挥每个人在团队的作用，分工合作，提高凝聚力和合作力。（三）思政教育目标培养学生具有实事求是，求真务实，开拓创新的科学精神；具有精益求精的大国工匠精神；具有科技报国的家国情怀和使命担当。二、课程目标与相关毕业要求的对应关系本课程支撑的毕业要求如下：毕业要求1：工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识应用于解决通信领域复杂工程问题。毕业要求1-1：能系统理解数学、自然科学、工程科学理论基础，并用于对通信领域的工程问题进行表述和建立数学模型。毕业要求2：问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析通信领域复杂工程问题，以获得有效结论。毕业要求2-3：认识到解决问题有多种方案，能够通过理论推理、文献研究和工程方法分析和总结解决通信复杂工程问题的可能途径，寻求解决方案。毕业要求9：个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。毕业要求9-2：能够在团队中以个体、团队成员以及负责人的角色承担相应的责任，独立或合作开展工作，完成工程实践任务。表1课程目标对毕业要求的支撑关系课程目标毕业要求毕业要求1-1(支撑强度：H)毕业要求2-3(支撑强度：H)毕业要求9-2(支撑强度：M)ILO-11ILO-21ILO-31三、课程主要内容与基本要求第1章绪论教学内容：（1）通信的基本概念；（2）通信系统模型；（3）通信系统分类与通信方式；（4）信息及其度量；（3）通信系统主要性能指标。基本要求：了解通信的基本概念、通信系统分类与通信方式；理解通信系统的组成；熟练掌握信息及其度量、通信系统主要性能指标。这部分是该课程的基础部分，重点掌握信息及其度量、通信系统主要性能指标。第3章随机过程教学内容：（1）随机过程的基本概念；（2）平稳随机过程；（3）高斯随机过程；（4）平稳随机过程通过线性系统；（5）窄带随机过程；（6）正弦波加窄带高斯噪声；（7）高斯白噪声和带限白噪声。基本要求：了解随机过程的基本概念、高斯白噪声和带限白噪声；掌握平稳随机过程的定义和判定以及功率谱密度的计算；理解各态历经性、高斯随机过程、窄带随机过程、正弦波加窄带高斯噪声的定义和性质；掌握平稳随机过程通过线性系统的统计性质。这部分是该课程的数学基础，为后续章节的模拟调制系统、数字基带和频带传输系统的性能分析铺垫随机过程的知识。第4章信道教学内容：（1）无线信道；（2）有线信道；（3）信道的数学模型；（4）信道特性对信号传输的影响；（5）信道中的噪声；（6）信道容量。基本要求：了解无线信道的类型、有线信道的类型、信道中的噪声特性；理解信道的数学模型；掌握信道特性对信号传输的影响、信道容量的计算。这部分是建立在通信系统组成的基础上，重点讲解信道的特性对信号传输的影响以及信道容量的计算，为后续系统性能的分析打下基础。通过讲述高锟先生的故事，引导学生树立正确的人生导向。培养持之以恒、锲而不舍的态度，鼓励学生勇于创新、坚持不懈、做新时代追梦人。具有科技报国的家国情怀和使命担当。第5章模拟调制系统教学内容：（1）幅度调制（线性调制）原理；（2）线性调制的抗噪声性能分析；（3）非线性调制（角度调制）原理；（4）调频系统的抗噪声原理；（5）各种模拟调制系统的比较。基本要求：理解模拟调制的基本概念。掌握模拟调制的原理以及各种模拟调制系统的性能。这部分重点讲解模拟调制解调的原理和抗噪声性能分析，这是模拟通信的一个核心知识点。第6章数字基带传输系统教学内容：（1）数字基带信号及其频谱特性；（2）基带传输的常用码型；（3）数字基带信号传输与码间串扰；（4）无码间串扰的基带传输特性；（5）基带传输系统的抗噪声性能；（6）眼图。基本要求：熟练掌握数字基带信号及其频谱特性、数字基带信号传输与码间串扰、无码间串扰的基带传输特性；掌握基带传输系统的抗噪声性能分析方法；理解基带传输的常用码型的构造方法和性质；了解眼图的性质。这部分是在前面章节的基础上，重点分析数字基带传输系统的时域和频域特性，特别是无码间干扰特性的分析，这部分内容和数字带通传输的调制解调技术构建了现代通信网络架构物理层的核心部分。第7章数字带通传输系统教学内容：（1）二进制数字调制原理；（2）二进制数字调制系统的抗噪声性能；（3）二进制数字调制系统的性能比较；（4）多进制数字调制原理；（5）多进制数字调制系统的抗噪声性能。基本要求：熟练掌握二进制数字调制原理、二进制数字调制系统的抗噪声性能分析；理解二进制数字调制系统的性能比较；掌握多进制相移键控和多进制差分相移键控的原理和抗噪声性能。这部分重点讲解数字调制解调的原理和抗噪声性能分析，这是现代通信的一个核心知识点。第8章新型数字带通调制技术教学内容：（1）正交振幅调制；（2）正交频分复用基本要求：理解正交振幅调制的基本原理，了解正交频分复用。这部分内容是第7章内容的一个延拓，重点掌握正交振幅调制的原理。OFDM技术目前在4G/5G中都已经采用，但是随着6G场景对移动速率要求越来越高，OFDM技术性能会急剧下降，希望培养学生开拓创新的科学精神，去研究性能更优越的技术，来替代OFDM技术，要具有精益求精的大国工匠精神。第9章数字信号的最佳接收教学内容：（1）数字信号的统计特性；（2）数字信号的最佳接收；（3）确知信号的最佳接收机；（4）确知数字信号最佳接收的误码率；（5）实际接收机和最佳接收机的性能比较；（6）数字信号的匹配滤波接收法；（7）最佳基带传输系统。基本要求：理解数字信号的统计特性、确知数字信号的最佳接收机结构、确知数字信号的最佳接收机的误码率；了解实际接收机和最佳接收机的性能比较；掌握数字信号的最佳接收原理、数字信号的匹配滤波接收法，了解最佳基带传输系统。这部分是通信系统理论性能一般化的分析，该部分的学习对后续做通信研究非常有帮助。第10章信源编码教学内容：（1）模拟信号的抽样；（2）模拟脉冲调制；（3）抽样信号的量化；（4）脉冲编码调制；（5）差分脉冲编码调制；（6）增量调制；（7）时分复用。基本要求：熟练掌握低通模拟信号的抽样定理、抽样信号的量化、脉冲编码调制和时分复用的原理；理解模拟脉冲调制、差分脉冲编码调制和增量调制的原理；了解带通模拟信号的抽样定理。这部分是通信系统的信源编码部分，对今后做A/D转化相关的研究和工程都非常有帮助，主要是针对语音编码。第十三章同步原理教学内容：载波同步基本要求：重点理解载波同步原理、方法和性能。这部分是数字通信相干解调非常重要的一环，与第7章、第8章紧密相关。四、课程学时安排1、课堂教学学时安排（44学时）表2课堂教学学时安排章节号教学内容学时数教学方法与学生任务对应课程目标第1章绪论3教学方法：讲授（结合实例）、随堂测试（推荐用“雨课堂”）学生任务：完成信息量、信源熵和传输速率的作业。ILO-1第3章随机过程5教学方法：讲授、习题讨论、随堂测试学生任务：预习信号系统确定性信号特性、概率论统计特性的计算等方面的知识；2.完成平稳随机过程的判断、自相关函数和功率谱密度计算方面的作业。ILO-1第4章信道4教学方法：讲授、问答、随堂测试学生任务：完成信道容量方面的作业。ILO-1第5章模拟调制系统4教学方法：讲授、讨论、随堂测试学生任务：1.完成各种模拟调制解调框图的绘画、输入输出信噪比计算等方面的作业2.完成课中的雨课堂测试ILO-2第6章数字基带传输系统6教学方法：讲授、讨论、随堂测试学生任务：完成基带信号功率谱计算、码型变换、无码间干扰判定、误码率计算等方面的作业ILO-1第7章数字带通传输系统6教学方法：讲授、问答、随堂测试学生任务：完成二进制调制解调框图/波形图绘制、误码率计算、多进制调制速率计算等方面的作业。ILO-2第8章新型数字带通调制技术2教学方法：讲授、问答、随堂测试学生任务：完成16QAM方面作业、课堂测试ILO-2第9章数字信号的最佳接收6教学方法：讲授、问答、随堂测试学生任务：完成最佳接收方面作业、课堂测试ILO-1第10章信源编码6教学方法：讲授、问答、随堂测试学生任务：完成抽样量化和PCM编码方面作业、课堂测试ILO-2第13章同步原理2教学方法：讲授、问答、随堂测试学生任务：1、完成锁相环各模块输出表达式的分析和课后作业ILO-2小班讨论教学的安排（4学时）小班讨论主要针对模拟调制、数字基带传输、频带传输，信源编码，同步等章节中的重点和难点展开讨论，小班讨论的要求有：一是每个任务要有具体的题目，有量化的数字，学生可以更好的理解；二是希望学习了课本知识后，能拓展到目前最新研究的技术上去，譬如空间调制；三是小班讨论报告不再作为实验报告的成绩，让每个学生都能真正去写做实验，减少浑水摸鱼的机会；四是减少了学时的安排，降到了4个学时。五、考核方式及评分标准1、ILO-1考核方式与评分依据由平时表现、期中考试、期末考试三部分组成，评分细则如表3所示。表3ILO-1评分细则课程目标考核项目考核内容和环节评分依据成绩比例ILO-1绪论、随机过程、信道、数字基带传输和最佳接收机平时成绩课堂表现做笔记认真程度，回答问题表现等10%作业作业完成率和完成质量20%期中考试期中考试卷面成绩10%期末成绩期末考试卷面成绩60%2、ILO-2考核方式与评分依据由平时表现、期中考试、期末考试三部分组成，评分细则如表4所示。表4ILO-2评分细则课程目标考核项目考核内容和环节评分依据成绩比例ILO-2信源编码、模拟调制、数字调制和同步平时成绩课堂表现做笔记认真程度，回答问题表现等10%作业作业完成率和完成质量20%期中考试期中考试卷面成绩10%期末成绩期末考试卷面成绩60%3、ILO-3考核方式与评分依据由小班讨论答辩提问和报告两部分组成，评分细则如表5所示。表5ILO-3评分细则课程目标考核项目考核内容和环节评分依据成绩比例ILO-3小班讨论答辩提问在讨论过程当中，学生要做好PPT，在讲解的时候，每个成员都要负责其中一部分。在汇报的时候：1、 在下面听的每组至少提一个问题，并给他们打一个分数A，百分制；2、 老师在听的过程要进行一定的指导和提问，并给该组打分B。3、 汇报组的最终平均分为C=50%*A+50%*B，组里每个人最终分数是在组打分的平均分C基础上，组里进行讨论，按照组员的贡献程度进行调整，最终整组平均分达到C的分数，这个分数D要求一定要有区分度，公平公正。4、 老师再根据每个同学在对别组汇报时提问题的水平和积极性，给与一定的分数E，最终该同学的分数是F=D*70%+E*30%.50%报告成绩报告条理清晰，文字和图表规范，涵盖了所有过程的描述，原理表述清晰。90-100分50%报告条理较清晰，文字和图表较规范，涵盖了所有过程的描述，原理表述较清晰。75-89分报告条理较清晰，文字和图表较规范，涵盖了大部分过程的描述，原理表述较清晰。60-74分报告条理混乱，文字和图表不规范，内容较少。<60分4、平时成绩评分标准平时成绩有作业和课堂表现两类，其评分标准如表6所示。表6平时成绩评分标准平时成绩90分以上80-89分70-79分60-6960分以下作业作业作答过程详细完整，逻辑清晰，观点合理，有自己的见解，结果有效，按时提交。作业作答过程详细完整，逻辑基本清晰，观点合理，结果有效，按时提交。作业作答过程基本完整，逻辑基本清晰，观点大部分合理，结果基本有效，按时提交。作业作答过程不完整，逻辑不够清晰，观点模糊，结果有部分错误，按时提交。作业作答过程不完整，逻辑不清晰，理解有错误，未按时提交。基本要求：作答过程详细完整，逻辑清晰，观点合理，结果有效，按时提交。课堂表现课堂讨论积极，观点合理有新意，课堂测试答题率和正确率高。笔记记录非常详细。课堂讨论较积极，观点合理，课堂测试答题率和正确率较高。笔记记录详细。课堂讨论积极性一般，观点基本合理，课堂测试答题率和正确率一般。笔记记录较详细。课堂讨论积极性不高，发言较少，课堂测试答题率和正确率均大于60%。笔记记录量一般课堂讨论不积极，基本不发言，课堂测试