通信系统原理-教学大纲

《通信系统原理》教学大纲课程英文名PrincipleofCommunicationSystem课程代码03M0130学分3总学时48理论学时36实验学时12上机学时0实践学时0课程类别学科选修课课程性质任选先修课程高等数学、概率论与数理统计、信号与系统适用专业电子信息工程开课学院信息工程学院注：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。课程地位与课程目标（一）课程地位本课程是电子信息工程专业基础课中的一门学科选修课。本课程以高等数学中的积分变换、概率论中的概率统计和信号与系统中的频域分析的基本原理为基础，主要内容为研究通信系统的各个模块的工作原理以及系统的性能分析。通过本课程的学习使学生掌握模拟调制、数字调制、基带信号处理以及信源编码和信道编码等内容，为以后数字移动通信的学习打下基础。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，信道编码有不同的方案等，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道编码方案。ILO-3:分析实验中需要解决的问题，制定实验方案，使用实验设备等工具，验证方案的正确性，感知和认识通信系统各模块的原理，对理论和仿真实验结果展开对比分析，理解理论指导实践的含义。（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、课程目标达成的途径与方法主要以课堂教学为主，结合期末测试、课堂测试、小班讨论和实验等途径和方法来达成。具体每个课程目标的达成途径与方法见下表所示。课程目标达成途径课程目标1到2课堂教学、课后作业、基于雨课堂的课堂测试和期末测试课程目标3实验指导、验收、实验报告三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）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注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低，保证H>M>L，具体对应的数值，根据各自课程来定），括号里的数字代表权重，权重之和为1。四、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。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。7、差错控制编码教学内容：（1）纠错编码的基本原理、纠错编码的性能、简单的实用编码；（2）线性分组码；（3）循环码。基本要求：理解纠错编码的基本原理、纠错编码的性能、简单的实用编码；掌握线性分组码、循环码。这部分是第1章节描述的整个通信系统中，关于信道编解码原理部分。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标1绪论41.完成信息量、信源熵和传输速率方面的作业2.完成课中的雨课堂测试ILO-13随机过程61.完成平稳随机过程的判断、计算系统自相关函数和功率谱密度方面的作业2.课前预习信号系统确定性信号的特性以及概率论统计特性方面的计算3.完成课中的雨课堂测试ILO-14信道41.完成信道容量方面的作业2.完成课中的雨课堂测试ILO-15模拟调制系统41.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.课前预习通信电路相关的知识点3.完成课中的雨课堂测试ILO-26数字基带传输系统6+61.完成基带信号功率谱方面的计算、码型的变换、无码间干扰判定、误码率计算等方面的作业2.完成课中的雨课堂测试3.误码率和无码间干扰上完之后进行小班讨论4.学完码型变换后安排实验一ILO-17数字带通传输系统8+41.完成二进制调制解调框图波形图的绘画、误码率计算、多进制调制速率计算等方面的作业2.完成课中的雨课堂测试ILO-210差错控制编码41.完成编解码作业、课堂测试ILO-2六、实践环节及基本要求序号实验项目学时基本要求学生任务实验性质实验类别1AMI/HDB3码型变换实验2了解二进制单极性码变换为AMI/HDB3码的编码规则；熟悉HDB3码的基本特征；熟悉HDB3码的编译码器的工作原理和实现方法。要求学生实验操作之前必须预习，在老师讲解基本操作方法后，学生按照每组2个人自由组合，按照实验指导书的操作步骤，记录相关实验结果，并能对实验结果有预期的正确判断，并回答实验指导书中的思考题，撰写实验报告。验证必做2FSK传输系统实验2熟悉FSK调制和解调基本工作原理；掌握FSK数据传输过程；掌握FSK正交调制的基本工作原理与实现方法。要求学生实验操作之前必须预习，在老师讲解基本操作方法后，学生按照每组2个人自由组合，按照实验指导书的操作步骤，记录相关实验结果，并能对实验结果有预期的正确判断，并回答实验指导书中的思考题，撰写实验报告。验证选做3数字基带信号的系统仿真设计4学会用MATLAB语言设计单极性和双极性码元的时域和功率谱密度；学会对数字基带信号的系统进行仿真设计，并把性能仿真结果和理论结果进行对比。要求学生根据实验内容设计相应的实验方案，基于不同的参数设计，每个同学撰写相应的程序代码，并进行调试测试和仿真分析，最后针对程序原理和仿真结果回答老师的提问，撰写实验报告。设计必做42DPSK调制解调的仿真设计4要求用MATLAB产生独立等概的二进制信源，画出2DPSK信号波形及其功率谱；画出相干解调和相位比较法后的信号波形。要求学生根据实验内容设计相应的实验方案，基于不同的参数设计，每个同学撰写相应的程序代码，并进行调试测试和仿真分析，最后针对程序原理和仿真结果回答老师的提问，撰写实验报告。设计必做5QPSK调制解调的仿真设计5加深对QPSK数字调制技术的理解；并学会使用matlab仿真工具进行功率谱的分析。要求用MATLAB产生独立等概的二进制信源，画出QPSK信号波形及其功率谱；画出相干解调后的信号波形。要求学生根据实验内容设计相应的实验方案，基于不同的参数设计，每个同学撰写相应的程序代码，并进行调试测试和仿真分析，最后针对程序原理和仿真结果回答老师的提问，撰写实验报告。设计选做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。七、考核方式、成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发言、平时作业等点名记录回答问题记录课堂测试成绩20%实验考核验收及实验报告验收成绩报告批改成绩25%期末考核闭卷卷面成绩55%考核类别考试成绩登记方式百分制八、课程目标达成度评价方法课程目标权重成绩评定课程目标1过程考核0.3相应课堂测试平均分A10期末测试0.7相应期末考试平均分B10目标达成度1=（0.3*A1+0.7*B1）/（0.3*A10+0.7B10）课程目标2过程考核0.3相应课堂测试平均分A20期末测试0.7相应期末考试平均分B20目标达成度2=（0.3*A2+0.7*B2）/（0.3*A20+0.7*B20）课程目标3验收+报告，1验收*0.5+报告*0.5的所有实验平均分A60目标达成度3=A6/A60九、推荐教材与主要参考书（一）推荐教