通信原理教学教案.docx

教案首页（以2课时为单元）课序授课日期授课班次授课教师批准人1课题绪论目的要求了解通信的发展，掌握通信系统的组成教学内容（一） 常用通信术语（二） 模拟信号和数字信号系统的组成重点难点模拟信号和数字信号、码元速率及信息速率教学方法手段理论讲述为主，结合举例进行讲解教学步骤1）回顾与提问2）课程讲解3）课堂讨论4）小结5）布置作业复习提问题作业题目练习题一L预习内容通信系统的分类、通信方式信息度量课时分配（以分钟计算）教学环节复习提问新课讲解课堂讨论每课小结布置作业时间分配O851041第1章绪论一、通信与通信系统的一般概念1 .通信：传输与交换消息的过程。2 .电通信：用电信号携带所要传递的消息，然后经过各种电信道进行传输与交换，以达到通信的目的。3 .通信系统：为完成通信任务所需的一切技术设备和传输媒质所构成的总体。二、通信发展简史1838年有线电报发明，成为使用电通信的标志。1876年有线电话发明，是现代通信的开端。1878年第一个人工交换局，21个用户。1896年无线电报发明，无线通信的开端。1906年电子管的发明，使有线、无线通信迅速发展。20世纪30年代通信理论体系形成。20世纪50年代晶体管和集成电路问世，模拟通信高速发展，数字通信方式形成，计算机和通信技术密切结合，人机通信、机器与机器之间的通信逐渐实现。20世纪80年代通信网迅速发展，除传统的电话网、电报网以外，其它先进的通信网蓬勃发展，如移动通信网、综合业务数字网、公用数据网、智能网、宽带交换网等。三、通信系统的组成和各部分的作用1 .信源：原始信号的来源，其作用是将消息转换成相应的电信号。（如电话机、话筒、摄像机、计算机以及各种数字终端设备）2 .发送设备：对原始电信号进行各种处理和变换，使它变换成适合于信道中传输的形式。（调制、放大、滤波及数字发送设备中的编码功能等）3 .信道（传输媒介）：发送设备和接收设备之间用于传输信号的媒介（有线和无线两大类）4 .接收设备：对接收的信号进行处理和变换，以便恢复出对应于发送端的原始信号（放大、滤波、解调及数字接收设备中的译码等功能）5 .信宿（收信者）：原始信号的最终接收者，其作用是把接收设备恢复出来的原始电信号转换成相应的消息（人、各种终端设备、计算机）噪声源：是信道中的噪声和通信系统中其他部分所产生的噪声的集中表示。四、模拟通信与数字通信1 .模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号2 .数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号。3 .模拟信号与数字信号的区别：模拟（连续）信号不一定在时间上也连续；数字（离散）信号不一定在时间上也离散4 .数字通信系统与模拟通信系统相比，其主要优点在于：（1）抗噪声性能好；（2）数字接力通信（中继）时可以消除噪声的积累；（3）可以采用信道编码降低误码率，提高通信质量；（4）便于加密，实现保密通信；（5）便于处理、存储、交换；（6）便于和计算机等连接，综合传递各种消息，使通信系统功能增强。5 .数字通信的主要缺点：它比模拟通信占据数倍甚至数十倍宽的系统频带。（以电话为例，一路模拟电话通常占据4KHz的带宽，但一路数字电路所要占据20KHZ60KHZ的带宽，因此在频带时分紧张而对通信质量没有特殊要求的场合，仍将沿用模拟通信。其优点是以占据更多系统频带为代价的。）问题U语音信号为模拟信号，所以传输语音信号的系统一定是模拟通信系统,此说法正确吗？为何？答：不对。因为语音信号可以转换为数字信号，然后通过数字通信系统进行传输。问题2数字电话与模拟电话有什么区别？答：区别在于数字电话是数字通信系统，语音信号在信道中已经转换为数字信号；而模拟电话是模拟通信系统，语音信号在信道中仍然为模拟信号。（以2课时为单元）课序授课日期授课班次授课教师批准人2课题绪论目的要求通信系统的组成、分类及通信方式；理解信息的定义及其度量，了解通信系统的性能指标。教学内容（一） 系统的组成和分类及通信方式数字通信系统的主要特点（二） 码元速率、信息速率、频带利用率以及误码率重点难点模拟信号和数字信号、码元速率及信息速率教学方法手段理论讲述为主，结合举例进行讲解教学步骤6）回顾与提问7）课程讲解8）课堂讨论9）小结10）布置作业复习提问题作业题目练习题一2、4、5、6预习内容信道定义信道模型课时分配（以分钟计算）教学环节复习提问新课讲解课堂讨论每课小结布置作业时间分配08510411.3、通信系统的分类1、按消息的物理特征分类（业务）如电报、电话、数据、图像通信系统2、按调制方式分类基带传输：未经调制的信号直接传输（音频和数字基带）调制传输：对各种信号变换方式后进行传输的总称。3、按信号特征分类最常用分为模拟与数字通信系统两大类4、按信号复用方式分类频分复用：用频谱搬移使不用信号占据不同的频率范围（主要用于模拟通信）时分复用：用脉冲调制使不同信号占据不同的时间区间（主要用于数字通信）码分复用：用一组正交的脉冲序列分别携带不同的信号（主要用于扩频通信）5、按传输媒介分类最常用分为有线（包括光纤）与无线通信方式1、按消息传输的方向与时间关系分单工：单方向传输（一点发、一点收）.例如遥控。半双工：通信双方（两点）均能收发消息但不能同时收发。例如无线对讲机。全双工：通信双方（两点）能同时收发信号。例如电话。2、按数字信号码元的排列方式分串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输,它占用一条通路。适合远距离。并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，适合近距离。七、通信系统的质量指标（1）通信系统的质量指标主要有：有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等。其中最主要的是有效性和可靠性，它们二者是对立统一的。模拟通信系统的质量指标1 .有效性有效性可用单位时间内传送的信息量来衡量。模拟通信的有效性是指传输一定的信息量所消耗的信道资源数（带宽或时间），通常用有效传输带宽来衡量。同样的消息采用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。频带宽度越窄，则有效性越好。2 .可靠性可靠性是指接收信息的准确程度，模拟通信用均方差来衡量发送的模拟信号与接收端恢复的模拟信号之间的误差程度。在实际的模拟通信系统中，其可靠性是用接收终端的输出信噪比来度量的，这是因为在信道是理想的情况下，误差是由信号传输时的加性噪声产生的，而加性噪声一般用信噪比衡量。信噪比越大，通信质量越高。（3）数字通信系统的质量指标1 .有效性数字通信的有效性用传输速率来衡量。（1）码元速率（传码率）码元及码元长（宽）度：在数字通信中常用时间间隔相同的符号来表示一位N进制信号，此时间间隔内的信号称为N进制码元，时间间隔的长度称为码元长度。码元速率：指单位时间传输的码元数，以凡我示，单位：baud（波特，简记Bd）K=I/1,TS为码元长度。码元速率与数字信号进制没有关系，只与码元长度有关。（2）信息速率（传信率）单位时间传输的信息量为信息速水以表示，单位bit/s（比特/秒）。对于一个M进制数字信号，&=Rlog?M,信息速率与进制有关。对于二进制数字信号，Rb=K;时简称它们为数码率。（3）频带利用率%=（/8B为传输带宽例题某消息用十六元码序列传送时，码元速率是300baud,M：其信息速率为多少？若改用二元码序列传送该消息，试求信息速率为多少？解：Rhi6=（Iog216）×Rsi6=4×300=1200（。"/$）Rh2=Rs2=Rsi6=3003»/S）2 .可靠性数字通信的可靠性用差错率来衡量。（1）误码率式差错码元数）PS黑传输的码元总数）（2）误信率_%（错误消息的比特数）Ph；见斗（传输消息的总比特数）作业：一个四进制数字通信系统，码元速率为IkBd,连续工作1小时后，接收端收到的错码为10个，（D求误码率；（2）四个符号独立等榻且错一个码元时发生Ibit信息错误，求误信率。（以2课时为单元）课序授课日期授课班次授课教师批准人3课题第二章信道目的要求理解信道定义及数学模型教学内容（一） 狭义信道和广义信道的定义（二） 掌握调制信道和编码信道的定义重点难点调制信道和编码信道的定义教学方法手段理论讲述为主，结合举例进行讲解教学步骤11）回顾与提问12）课程讲解13）课堂讨论14）小结15）布置作业复习提问题作业题目练习题一1预习内容信道的传输特性信道容量课时分配（以分钟计算）教学环节复习提问新课讲解课堂讨论每课小结布置作业时间分配O851041一、信道（1）信道的定义信道：以传输媒质为基础的信号通道有线信道电缆光缆狭义信道，无线信道'短波广播超短波卫星通信、移动通信广义信道：除传输媒质外，还包括有关发送设备、接收设备、天线、Modem等。（2）调制信道模型（连续系统）共性:1）有一对（或多对）输入、输出端2）线性的3）对信号有延迟、损耗4）无信号输入时，仍有噪声输出时变线性网络模型为：如果网络的函数变换关系定义为人，网络的输入为“则网络的输出e0（t）=k（t）ei（t）+n（t）注：左：乘性干扰。恒参信道：«）二常数随参信道：-f）常数:加性干扰。二、白噪声（1）白噪声的定义功率谱密度在整个频域内都是均匀分布的噪声，称之为白噪声，即Pft（）=nn2式中，如是一个常数，单位为“瓦/赫兹”（WHz）o白噪声的自相关函数为R（T）=尸T皤（M=v2如果白噪声服从高斯分布，则称之为高斯白噪声。高斯白噪声在任意两个不同的时刻的取值不仅是不相关的，而且还是统计独立的。高斯白噪声的功率谱密度23）=%/2式中，加为单边功率谱密度；“0/2为双边功率谱密度。（2）带限白噪声如果白噪声被限制在（0,/）之内，则这样的白噪声称之为带限白噪声（理想低通白噪声），即A 其和出以=20其自相关函数为R()=尸尺=f°餐滑Mdf=加O任维=竽Sa(4r)2t0r2白噪声、理想低通白噪声和理想带通白噪声的功率谱及其自相关函数如图所示。例题设信道噪声是一个均值为0,双边功率谱密度为«0/2的高斯白噪声，接收机输入端的收滤波器是个中心角频率为维、带宽为B的理想低通滤波器，且fc>>B:(1)(2)(3)(4)求收滤波器输出噪声时域表达式和双边功率谱密度；求收滤波器输出噪声的自相关函数；求收滤波器输出噪声功率；写出收滤波器输出噪声的一维概率密度函数。解：(1)因为t>>B,所以收带通滤波器输出噪声是一个窄带白噪声，它的时域表达式为：n(t)=nl(t)cost-nQ(t)sinct的双边功率谱密度为%£")= 2 0巴的图形如图所示fc-B2ffc + B2