通信原理
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spContent=当今时代,我们无时无刻都离不开通信。信息的传递将处在地球任意角落的人和物体紧紧相连。你想知道话音、图像、数据等消息是如何通过有线或无线信道快速准确地传输到通信的对端吗?通过本课程中信号传输基本原理的学习,你将获得答案。请加入我们的课程吧。
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课程概述

《通信原理》是高等工科院校通信,信息类专业的一门重要专业基础课。通过本课程的学习,使学生能掌握各种通信系统的基本原理及其性能分析的基本方法,为深入学习通信类各门专业课和从事通信技术工作打下坚实的理论基础。
课程涉及通信系统各个组成部分的基础理论和基本原理。包括:通信系统基本概念、信道和噪声、模拟通信系统、数字基带传输系统、数字频带传输系统、模拟信号数字化、差错控制编码、同步原理等内容。由于目前的通信系统以数字通信系统为主,模拟通信系统已较少使用,所以本课程主要讲解数字通信系统。本课程以通信理论基本知识为核心,同时介绍相关理论在实际中的应用,从而使学生能够将特定的通信理论和实际系统有机地联系起来。

授课目标

通过本课程的学习,使学生能掌握各种通信系统传输信息的基本原理和分析方法;熟悉通信系统的基本构成和关键技术;了解有关通信系统中的技术指标及改善系统性能的一些基本技术措施;培养学生的辨证思维能力。为今后从事与通信相关领域的工作打下基础。

课程大纲

一、 课程的性质和目的

《通信原理》是高等工科院校通信,信息类专业的一门重要专业基础课。通过本课程的学习,使学生能掌握各种通信系统传输信息的基本原理和分析方法;熟悉通信系统的基本构成;了解有关通信系统中的技术指标及改善系统性能的一些基本技术措施;培养学生的辨证思维能力。为深入学习通信类各门专业课打下坚实的理论基础,也为今后从事通信领域的工程和研究工作奠定基础。

二、 课程教学内容及基本要求

本课程的学习周数为14周,具体知识点及其学时安排如下。

1. 知识单元 一 绪论 (第1周学习内容)

(1) 知识点 一 通信发展历史

(2) 知识点 二 通信系统的组成

(3) 知识点 三 通信系统的分类及通信方式

(4) 知识点 四 信息及其度量

(5) 知识点 五 通信的主要性能指标

教学基本要求:熟悉通信的基本概念和分类;掌握通信系统的基本模型;了解通信系统中的基本问题。信息及其度量。通信系统的主要性能指标。

难点:符号不等概时,信源熵的计算;数字通信系统的组成和特点。

2. 知识单元 二 信道和噪声(第2-3周学习内容)

(1) 知识点 一 物理信道简介

(2) 知识点 二 信道的数学模型

(3) 知识点 三 信道特性对信号传输的影响

(4) 知识点 四 随机过程相关知识

(5) 知识点 五 信道中的噪声

(6) 知识点 六 信道容量

教学基本要求信道的数学模型;恒参信道及其对信号传输的影响:幅度-频率畸变,相位-频率畸变;随参信道的特性及其对信号传输的影响:衰减、时延随时间变化,多径传播;以随机过程的相关知识为基础,了解信道内各种噪声和干扰的来源及其特性。信道容量定义、离散信道容量、连续信道容量-正确理解和运用香农公式。

难点:随参信道的特性及其对信号传输的影响:衰减、时延随时间变化,多径传播;离散信道容量求解、连续信道容量-正确理解和运用香农公式。

3. 知识单元 三 模拟通信系统(第4周学习内容)

(1) 知识点 一 模拟通信系统概述

(2) 知识点 二 线性调制原理(AMDSBSSB调制解调原理及其抗噪声性能分析)

(3) 知识点 三 角度调制原理(FM调制解调基本原理及其抗噪声性能分析)

(4) 知识点 四 频分复用的基本原理

教学基本要求掌握各类线性调制系统的产生方法-调幅(AM)、双边带(DSB)、单边带(SSB)和残留边带(VSB)信号的-时域表示式,频谱特性,传输带宽等概念;掌握相干(同步)和非相干(包络)解调的原理;掌握幅度调制抗噪声性能及其分析方法;掌握调频(FM)信号时域表达式和频谱,带宽和功率的计算;了解FM波的产生和解调原理;掌握单音FM抗噪声性能的分析方法。掌握频分复用的基本原理。

难点:SSBVSB信号的产生;FM系统抗噪声性能的分析。

 

4. 知识单元四 数字基带传输 (第5-7周学习内容)

(1) 知识点 一 数字基带信号生成和传输系统分类

(2) 知识点 二 数字基带信号及其频谱特性

(3) 知识点 三 常用的线路编码

(4) 知识点 四 带限数字基带信号传输与码间干扰

(5) 知识点 五 无码间干扰的基带传输特性

(6) 知识点 六 无码间干扰基带传输系统性能的最佳化

(7) 知识点 七 最佳基带传输系统

(8)知识点 八 部分响应系统

教学基本要求:数字基带传输系统结构,数字信号波形、功率谱;常用传输码型;熟悉眼图及其作用;无码间干扰的基带传输条件即奈奎斯特准则,掌握典型传输特性:理想低通特性、滚降特性;数字基带传输系统的抗噪声性能的分析计算;匹配滤波器设计方法;相关器型最佳接收机推导过程;二进制最佳接收机误码率性能;理想信道和非理想信道最佳基带传输系统设计;时域均衡的基本原理,峰值失真准则和迫零均衡器;第I类和第IV类部分响应系统的工作原理。

难点:奈奎斯特准则的推导及其理解、应用;二进制最佳接收机误码率推导过程;均衡器的基本原理和迫零均衡器。

5. 知识单元 五 数字频带传输系统 (第8-9周学习内容)

(1) 知识点 二进制数字调制原理

(2) 知识点 二 二进制数字调制抗噪声性能

(3) 知识点 三 二进制数字调制系统性能比较

(4) 知识点 四 多进制数字调制

(5) 知识点 QPSK调制与解调

(6) 知识点 QAM调制原理及其应用

(7) 知识点 七 信号空间理论

教学基本要求:二进制ASKFSKPSKDPSK信号的调制和解调原理;2ASK2FSK2PSK的频谱特性及其传输带宽;二进制数字调制系统的抗噪声性能分析;多进制调制基本原理;掌握QPSKQDPSK原理与抗噪声性能;正交幅度调制(QAM) 基本原理;最小频移键控(MSK)原理。

难点:二进制数字调制系统的抗噪声性能分析; QAM星座图,最小星座点距离;最小频移键控(MSK)原理。

6. 知识单元 六 模拟信号数字化( 第10-11周学习内容)

(1) 知识点 一 模拟信号数字化基本概念

(2) 知识点 二 采样定理

(3) 知识点 三 模拟信号的量化

(4) 知识点 四 脉冲编码调制(PCM)

(5) 知识点 五 时分复用概念

(6) 知识点 六 差分脉冲编码调制

教学基本要求模拟信号数字化基本概念和原理;低通信号和带通信号的抽样定理;模拟信号的量化原理;量化噪声的概念,均匀量化的基本方法及其量化信噪比;掌握PCM的基本原理;时分复用的概念;了解差分脉冲编码调制的基本原理。

难点: 带通信号的抽样定理;A律13折线的编解码过程,PCM系统性能分析方法。

7. 知识单元 七 差错控制编码 (第12-13周学习内容)

(1) 知识点 一 差错控制编码概述

(2) 知识点 二 纠错编码的基本原理及简单编码

(3) 知识点 三 线性分组码

(4) 知识点 四 循环码

(5) 知识点 五 卷积码

(6) 知识点 六 新型纠错编码

教学基本要求:纠错编码的基本原理和方法;线性分组码的基本原理,掌握生成矩阵、校验矩阵、伴随式(校正子);掌握循环码构造原理、编译码方法;卷积码构造原理、编译码方法;先进的纠错编码,Turbo码、LDPC码等。

难点:卷积码构造原理、编译码方法;先进的纠错编码,Turbo码、LDPC码等。

8. 知识单元 八 同步原理 (第14周学习内容)

(1) 知识点 一 同步原理概述

(2) 知识点 二 载波同步

(3) 知识点 三 码元同步

(4) 知识点 四 群同步

教学基本要求:载波同步的目的和基本原理、常用的载波同步方法;码元同步的基本原理和常用的同步方法;帧同步的异步方式(起止式同步法),同步方式(集中插入法、分散插入法)基本概念;帧同步码及其特性、局部自相关函数。

难点:码元同步中的自同步法;帧同步的基本过程。


预备知识

先修课程:高等数学、信号与系统、概率论与随机过程



证书要求

线上成绩组成:单元测验(30%)、单元作业(20%)、论坛讨论表现(10%)、线上考试(40%)。按百分制计分,60分至79分为合格,80分至100分为优秀。


参考资料

[1]樊昌信等.《通信原理》(第7版). 北京,国防工业出版社,2012年

[2]张力军等.《通信原理》. 北京,高等教育出版社,2008年

[3]曹志刚.《通信原理与应用——基础理论部分》. 北京,高等教育出版社,2015年

[4]周炯槃等.《通信原理》(第3版),北京,北京邮电大学出版社,2008年.

[5] Jonh G. Proakis. Digital Communications. Fourth edition. McGraw-Hill press, 2001