通信原理 课程教学大纲

《通信原理》课程教学大纲课程名称：通信原理英文名称：CommunicationScheme学分/学时：4学分/64学时（理论学时：56；实验学时：8）适用专业：电子信息类本科专业开课单位：通信与人工智能学院教学团队：杨洁、包永强、李小平、童莹、覃翠、余雨、杨伟博、赵小燕先修课程：高等数学、概率论与数理统计、信号与线性系统、电路分析后续课程：移动通信、数字传输技术、现代交换技术、计算机通信与网络一、课程简介本课程是电子信息类本科专业的专业基础课。本课程系统地阐述通信系统的基本组成、工作原理以及性能指标的评价方法。教学内容的组织围绕信号传输流程，以有效性和可靠性为主线。本课程内容包括模拟通信和数字通信，侧重数字通信。大致分为五个部分：通信基础知识；信道和噪声特性；调制与解调、模拟信号数字化及同步原理；基带传输及最佳接收理论；现代数字调制与解调技术。本课程旨在使学生能够理解并掌握通信系统的结构和工作原理，为后续专业课程的开展奠定必要基础，并为学生今后从事通信系统的设计与开发工作打下坚实基础。由于信道编码在《信息论与编码》课程中重点学习，本大纲对信道编码不做要求。二、教学目标1．教学目标本课程是通信工程、电子信息工程、信息工程等专业的核心专业基础课。根据学校“高水平应用型人才培养”办学定位和“学以致用”的教学理念，根据上述专业的人才培养目标和毕业要求，结合能源互联网、智能制造等行业对高水平应用型人才通信技术应用能力要求，坚持立德树人，遵循OBE理念，突出实践，确定课程的教学目标。通过课程的学习，学生能系统掌握通信系统组成及各部分功能，熟练掌握信道和噪声特性、调制解调原理、模拟信号数字化原理、基带传输原理、同步和最佳接收原理，掌握通信系统性能指标的评价方法；具有信息通信、能源、机械等行业通信系统分析、设计、研发能力；具备团队协作、自主学习、沟通交流能力；具有科学素养、工程素养、职业素养，具有正确的价值观和较强的专业使命感。2．课程目标面向通信工程、电子信息工程等专业的人才培养目标和毕业要求，确定课程目标如下：课程目标1：熟练掌握通信系统的基本概念、组成及性能指标，具备使用数学手段定量度量信息及分析通信系统性能指标的能力。课程目标2：能够使用数学工具描述噪声与信号的重要特征，能够区分信道类型和计算信道容量，具备对通信系统中噪声和信道特性进行分析和建模的能力。课程目标3：系统掌握信息传输基本原理，包括调制与解调原理、模拟信号数字化原理、同步原理，能够对通信系统各个模块进行数学抽象和建模，具备设计简单通信系统、并运用仿真工具对系统性能进行评估和分析的能力。课程目标4：掌握数字基带传输和数字信号的最佳接收的概念，能够综合考虑数字通信系统中的码间串扰和噪声等因素，具备设计最佳接收系统的能力。课程目标5：掌握现代数字调制与解调技术，能够跟踪数字通信技术前沿，能够在设计通信系统时考虑不同调制和解调技术优缺点，具备使用仿真工具对现代数字调制和解调系统进行仿真分析的能力，具备选择合适的现代调制和解调技术并将其运用到通信系统解决方案中的能力。三、教学内容与学时分配章节/单元推荐授课形式教学内容建议学时授课要点课程思政元素预期学习成果对应课程目标1讲课习题通信基础知识4(1)通信系统的基本概念、通信系统的分类；(2)模拟与数字通信系统的组成；(3)通信系统的分类；(4)信息的量度方法；(5)通信系统的性能指标。(1)中国在移动通信、卫星通信、航天、量子通信等领域的标志性成就——民族自豪、专业自信；(2)有效性和可靠性相互影响、相互制约——自然辩证思维；(3)通信技术发展史——求真务实、开拓创新的工匠精神和科学精神。(1)掌握通信基本概念，掌握通信系统的组成、工作方式及分类；(2)掌握信息的量度；(3)掌握通信系统的性能指标。目标12讲课习题随机过程与噪声6(1)随机过程描述；(2)平稳随机过程，平稳随机过程通过线性系统；(3)高斯过程、窄带高斯过程，噪声的数字特征及统计特性；(4)信号与噪声的叠加。(1)噪声在通信系统中无处不在——自然辩证思维；(2)通信技术中用到大量的数学知识，体会通信技术大咖们在通信领域的探索和奋斗精神——求真务实、开拓创新。(1)理解随机过程的数字特征、统计特性；(2)掌握平稳随机过程、高斯过程、窄带高斯噪声的特征和重要结论；(3)掌握信号与噪声叠加后混合信号的相关特征。目标23讲课习题信道与信道容量4(1)有线信道与无线信道，调制信道与编码信道，恒参信道与随参信道；(2)信道中的噪声来源及其特点；(3)信道容量。(1) 信道与信息传输的安全性关系——信息安全关乎国家安全，爱国主义；(2)多径传播会对信号传输产生不好的影响，但是在MIMO技术中合理利用，可以提高信道容量——自然辩证思维。(1)理解调制信道与编码信道、恒参信道与随参信道的区别。(2)理解信道中的噪声来源及特征；(3)掌握窄带高斯噪声及等效带宽；(4)掌握离散信道容量；(5)熟练掌握连续信道容量——香农公式；(6)了解典型信道仿真。目标24讲课习题模拟调制与解调6(1)线性调制与解调原理；(2)非线性调制与解调原理；(3)线性/非线性调制系统抗噪声性能；(4)频分复用原理及应用；(5)模拟调制系统的仿真。(1)调制、解调模块是通信系统的重要组成，通信系统中各个模块协同工作、相互影响。——系统论思想，团队意识；(2)DSB、SSB、VSB在有效性、复杂度和可靠性方面各有利弊——自然辩证思维；(3)通信系统的总体设计，要综合考虑各种性能指标，选择合适的调制解调技术——工程思维;(1)熟练掌握线性调制与解调原理、调制与解调系统模型；(2)掌握线性调制系统抗噪声性能分析方法及主要结论；(3)掌握角度调制原理、了解调频信号频谱特性；(4)理解大信噪比情况下角度调制的噪声性能；(5)掌握频分复用原理、了解典型应用；(6)掌握模拟调制系统的仿真方法。目标35讲课习题实验模拟信号的数字化6+2(1)抽样定理；(2)均匀量化与非均匀量化；(3)脉冲编码调制、差分脉冲编码调制和增量调制；(4)时分复用原理及应用。(1)模拟信号的数字化促进数字通信发展——科学精神；(2)A/D转换功能通常由集成芯片实现。集成芯片目前是中国科技短板——爱国主义、专业报国;(3)TDM在卫星通信中的应用、“墨子号”的世界首创、TD-SCDMA等中国标准——中国智慧、民族自信、专业自信。(1)掌握A/D转换步骤，熟练掌握抽样定理；(2)掌握非均匀量化方法，掌握均匀量化情况下的量化信噪比；(3)掌握脉冲编码调制、差分脉冲编码调制和增量调制系统原理，理解抗噪声性能分析过程；(4)掌握时分复用原理，了解多路电话系统组成、帧结构、高次群结构。目标36讲课习题实验数字信号的基带传输8+2(1)基带信号波形、码型、功率谱；(2)码间干扰、无码间干扰的基带传输系统；(3)均衡与部分响应技术；(4)眼图及分析。(1)以码间串扰的形成原因分析,引出透过现象看本质——马克思主义哲学思想；(2)频谱资源、频谱利用率——工程思维(3)设计最佳基带传输系统——工程思维。(1)掌握基带信号常用码型、波形，理解其功率谱分布；(2)理解基带传输系统的组成、码间串扰的原因；(3)熟练掌握并应用奈奎斯特第一准则；(4)掌握时域均衡、部分响应技术；(5)理解眼图的物理意义；(6)掌握基带传输系统的仿真。目标47讲课习题数字信号的最佳接收4(1)数字信号的最佳接收；(2)匹配滤波器原理及实现；(3)基于匹配滤波器的最佳基带传输系统。(1)最佳接收机在通信系统中的作用，系统的一部分——系统论、团队精神；(2)最佳基带传输的“最佳”并非绝对最佳——抓住事物主要矛盾，辩证唯物主义。(1)理解数字信号最佳接收的概念；了解数字信号最佳接收的常用准则；(2)掌握匹配滤波器的原理及实现（传递函数、冲击响应）；(3)掌握最佳基带传输系统的设计。目标48讲课习题实验数字调制8+2(1)二进制数字调制、解调原理；(2)二进制数字调制系统抗噪声性能；(3)多进制数字调制和解调。(1)数字调制技术相对于模拟调制技术的优点，技术发展——科学精神、工匠精神；(2)数字调制的误码率分析，有效性和可靠性的相互关系——自然辩证思维。(1)熟练掌握二进制数字调制和解调原理，信号的时域、频谱特征和带宽；(2)掌握二进制数字调制系统的抗噪声性能，进行比较；(3)了解多进制数字调制的基本原理；(4)掌握数字调制系统的仿真。目标39讲课习题实验现代数字调制技术4+2(1)正交幅度调制；(2)交错正交相移键控；(3)最小频移键控；(4)正交频分复用。(1)振幅相位联合键控方式的功率利用率、误码率降及设备复杂度——自然辩证思维；(2)FDM、OFDM的演进、TDMA、FDMA、OFDMA、NOMA的演进——科学精神、工匠精神。(1)掌握正交幅度调制的原理、实现、优势；(2)理解交错正交相移键控的原理、优势；(3)掌握最小频键控的原理、特征、应用；(4)掌握正交频分复用原理、特征、应用；(5)掌握现代数字调制系统的仿真。目标510讲课习题同步技术4(1)同步的概念及作用；(2)载波同步基本原理；(3)位同步基本原理；(4)帧同步基本原理。(1)同步技术在通信系统中的作用，系统的一部分——系统论、团队精神；(2)同步误差会对接收信号负面影响——严谨求实的科学精神(1)掌握载波同步、位同步、帧同步及网同步的基本概念；(2)掌握载波同步基本原理和常用方法；(3)了解位同步基本原理和常用方法；(4)了解帧同步基本原理和常用方法。目标311讲课习题复习2合计56+8各章节学时分配及授课形式简表如下：教学单元名称讲课实验讨论习题翻转课堂项目训练通信基础知识4√随机过程与噪声6√信道与信道容量4√模拟调制与解调6√√√√模拟信号的数字化62√√√数字信号的基带传输82√√√√数字信号的最佳接收4√√√√数字调制与解调82√√√现代数字调制技术42√√√同步原理4复习2√合计568注：对应栏目的“√”表明本部分教师可以根据教学情况自主开展讨论、习题讲解、翻转课堂、项目训练等教学活动。四、考核方式及要求1.考核方式及成绩评定总评成绩由平时成绩（占25%）、实验成绩（占15%）和期末考试成绩（占60%）构成。成绩分项考核/评价环节建议百分比考核/评价细则平时成绩考勤5%随机考勤5次，每次考勤总分100分，迟到扣50分，旷课扣100分，5次成绩取平均。学习主动性10%根据课堂提问、课堂讨论、研究报告、项目训练、课堂测试、线上学习等情况给出成绩，具体考察项目由各任课老师决定。作业10%各章节课后作业成绩的平均分。实验成绩实际操作10%根据实验的操作步骤和态度给出成绩。实验报告5%根据实验报告的正确性和规范性给出成绩。期末成绩闭卷考试卷面成绩60%根据课程大纲要求出题，满分100，闭卷考试。小计100%2.课程目标的评价方式各课程目标的评价环节由平时成绩（占25%）、实验成绩（占15%）和期末考试成绩（占60%）构成，具体见下表。序号课程目标评价环节合计期末考试60%平时成绩25%实验成绩15%1课程目标110108.52课程目标2151512.753课程目标340405041.54课程目标4252525255课程目标510102512.25总计100100100100教学实施建议1.学时建议本课程是一门理论性和实践性较强的专业基础课，采用课内教学和课外自主学习相结合的方式。课内以课堂教学与实验教学为主，课后组织学生开展线上学习、项目训练等，并要求学生自主学习与通信仿真相关的内容。根据本课程的课内学时及课程目标，建议课外学习时数为60学时，在线自主学习时数为40学时。2.教学方法及手段（1）启发式教学：设置问题情境，以学生为主体，调动学生的学习积极性；强调理论与实践联系，实现书本知识与工程经验相结合，引导学生思考原理背后的工程意义。（2）线上、线下混合教学：学生在SPOC或学习通等平台上完成预习任务，鼓励开展翻转课堂，提升学生自主学习能力。（3）运用智慧教学工具：课上采用慕课堂等智慧工具完成课前测、课后测，及时了解学情，重视对学生的学习过程评价。（4）项目化教学：围绕重点教学内容选取典型项目，学生利用课余时间分组完成项目，课堂小组互评、老师点评。（5）答疑解惑：创建学习群进行课件上传、在线答疑等教学活动；鼓励学生利用课间答疑，同时在课外安排一定的答疑时间，及时解答学生的疑问。（6）困难学生帮扶：通过学生的课堂测试成绩、作业完成情况等，及时摸排出学习有困难的学生，任课教师主动联系学生，安排辅导。3.学生能力培养（1）鼓励学生在必做实验的基础上完成部分选作的实验，特别是设计性和综合性实验。培养学生运用通信专业的基本理论正确表达复杂工程问题，具备对复杂工程问题进行有效分解和建模、运用现代通信系统仿真工具的能力。（2）围绕重点教学内容选取典型项目，学生利用课余时间分组完成项目，培养学生研究问题、设计解决方案、使用现代工具、沟通及团队协作的能力。六、推荐教材与参考资料推荐教材：《通信原理》第三版，杨洁、王琪等编著，清华大学出版社，2025年。《通信原理》第七版，樊昌信编著，国防工业出版社，2012年。参考书目与文献：《通信原理学习指导》，杨洁编著，电子工业出版社，2017年。《数字通信第五版中文精简版》，JohnG.Proakis,，电子工业出版社，2012年。《现代通信原理与技术》（第三版），张辉、曹丽娜编著，西安电子科技大学出版社，2015。课程相关主要网站：/course-ans/courseportal/240853107.html?edit=true（本校学习通网络课程）八、相关实践教学内容说明1.《通信原理》课内实验说明本课程设置8个学时的课内实验，通过通信系统原理验证、通信系统设计以及性能测试，使学生进一步加深对通信基本理论的理解，培养学生进行通信设计与分析的基本技能，以及综合运用所学知识发现、分析、解决问题的能力，提高学生的专业综合素质，为后续课程的学习及毕业后的工作奠定坚实的基础。实验具体内容和要求，详见附件1——《通信原理》课程课内实验说明。2.《通信原理》课内实验基本要求实验注重体现对原理的验证和技术指标的测试，要求学生能设计简单的通信系统、掌握通信系统的建模与仿真方法、了解常用的通信仿真软件或者硬件平台。实验分为三种类型：验证性实验：要求完成一种通信基本原理或者现象的验证，学生利用硬件实验平台或者仿真软件独立完成，实验结果需要得到指导老师认可，并完成实验报告。设计性实验：要求完成一种数字通信系统的设计、实现与仿真，学生硬件平台或者仿真软件独立完成，实验结果需要得到指导老师认可，并完成实验报告。综合性实验：根据实验室现有设备情况，完成一个综合数字通信系统的设计，系统可包括以下功能模块：信源、发送/接收滤波器、调制与解调、信源编码、信道编码、信道、同步、最佳接收、信宿（至少包括五种以上）。由学生自己设计实验方案，选用硬件平台，提出实验预案，经指导老师同意后，独立操作完成实验，写出实验报告。综合性实验也可用仿真软件完成。九、其他说明1、大纲中各单元学时分配仅供任课教师参考，在教学实施过程中可适当调配。2、大纲中各单元授课形式仅供任课教师参考，在教学实施过程中可自行调整。3、大纲中教学方法与手段仅供任课教师参考，在教学实施过程中可自行调整。4、本大纲包含附件1——通信原理课内实验说明。附件1：通信原理课内实验说明实验项目内容及学时分配《通信原理》课内实验项目名称及学时分配如下。序号实验项目名称学时实验类型实验要求每组建议人数台套数1模拟调制实验2验证选做1402抽样定理实验2验证必做1403脉冲编码调制实验2设计选做1404数字基带传输系统实验2综合必做1405基带信号码型变换实验2验证选做1406数字频带传输系统实验4综合选做2207数字调制解调实验2验证必做1408QAM调制解调实验2设计必做1409载波同步提取系统实验2设计选做220注：实验类型分为验证、综合、设计。实验要求分为必做、选做。《通信原理》课内实验内容如下。序号实验项目内容提要1模拟调制实验通过设备或者仿真软件来实现一个模拟调制系统（AM/DSB/SSBF/FM）,观察调制信号、载波、已调信号的时域、频域特征。2抽样定理实验通过设备或者仿真软件实现模拟信号的采样，观察抽样脉冲、抽样信号及恢复信号波形，观察抽样脉冲频率和接收滤波器特性对抽样信号及恢复信号的影响。3脉冲编码调制实验通过设备或者仿真软件来设计并实现一个PCM系统，观察抽样、量化、编码各个阶段的信号变化。4数字基带传输系统实验设计并实现一个完整的数字基带传输系统，要求包括:信源、发送滤波器、信道、接收滤波器、最佳接收机、误码率等模块，观察系统中各个模块的输出波形。5基带信号码型变换实验通过设备或者仿真软件来实现AMI/HDB3码的编译码器，观察电路关键部位的波形。6数字频带传输系统实验设计并用软硬件实现一种数字调制与解调系统，要求包括：信源、调制、信道、解调、判决器、误码率等模块，观察各阶段信号波形及功率谱。7数字调制解调实验通过设备或仿真软件完成ASK、PSK、DPSK或者FSK调制及解调,观察各阶段信号波形及功率谱。8QAM调制解调实验设计一个16QAM调制解调系统，通过仿真软件完成仿真,观察信号波形；完成16QAM解调仿真,观察信号波形。9载波同步提取系统实验设计基于科斯塔斯环的数字通信载波提取系统，观察科斯塔斯环提取相干载波的过程，观察科斯塔斯环提取的相干载波，并做分析。主要教材及教学参考书序号参考书名称作者出版社出版时间1《Matlab/SystemView通信原理实验与系统仿真》第3版杨洁、曹