通信原理教案绪论(1)

教 案 纸 首 页 课程名称 通 信 原 理 课 时 70 年 月 日任课教员 上课班次 本科班 授课时间 至 年 月 日 教学目的 通过本课程的学习，使大家掌握通信系统的一些基本概念、各主要组成部分的基本原理和基本分析方法。为后续课程的学习奠定必要的基础。 现代通信系统传输、调制和编码的原理及其性能的基本分析方法 随机信号分析、基带传输理论 教学重点 教学难点 辅助手段 多媒体教学、MATLAB辅助教学 使用教材 樊昌信等编，《通信原理》（第5版） 教学组 审查意见 教研室

年 月 日 年 月 日 教 案 纸 内 容 方法与手段 《通信原理》课程简介 一、课程特点 《通信原理》是一门理论性和实践性都很强的专业基础课，主要学习通信系统各组成部分的基本原理及其性能的基本分析方法。学习时既要注意数学分析方法，更要注意数学分析所得结论的物理概念，还要认真地做好实验。建议同学们采用预习——听课（做实验）——复习——做作业——总结的学习方法。预习可确定听课（包括实验课）的要点；总结的主要内容应是各章的分析方法、重要结论及其物理意义。 二、教学要求 1、认真听课，积极思考，踊跃回答问题。 2、课前预习，及时复习，独立完成作业。 3、本课程涉及数学、信号与系统等先修课程的有关知识，用到时应参阅原所学教材。 4、基础好的同学尽快熟悉MATLAB的使用。 三、参考书目 1、沈振元，《通信系统原理》，西安电子科大出版（1993） 2、宋祖顺，《现代通信原理》，电子工业出版社（2001） 3、张辉，《现代通信原理与技术》，西安电子科大出版社 4、钱学荣，《通信原理学习指导》，电子工业出版社（2001） 第 1-1 页

教 案 纸 内 容 方法与手段 第1章 绪 论 目的要求： 1、了解通信系统模型及各部分的作用； 2、了解通信系统的分类及通信方式的类型； 3、理解数字通信的主要优缺点； 4、理解信息量、熵、码元速率、信息速率、频带利用率、误码率、误信率的概念；掌握它们的计算方法。 1.1 通信系统的组成 什么是通信？ 以语音、图像、数据、文本等媒体，通过电（光）信号将信息由一方传输到另一方。 什么是通信系统？ 通信系统是指完成通信过程的全部设备和传输媒介。 一、 通信系统的基本模型 见教材P1图1-1。（分别解释通信系统基本模型中，各组成部分的基本功能） 二、模拟通信与数字通信系统模型 模拟信号与数字信号的区别：信号参量的取值是否连续。 1．模拟通信系统模型 见教材P3图1-2。（分别解释各部分的作用） 2．数字通信系统模型 见教材P4图1-3。（分别解释各部分的作用） 第 1-2 页

教 案 纸 内 容 3．数字通信的主要优缺点 （1）抗干扰性能好，无噪声积累； （2）差错可控，传输质量高； （3）易于加密； （4）易于集成化，设备体积小、功耗低； （5）易于与计算机、DSP等技术相结合； （6）需要严格的同步系统。 方法与手段 1.2 通信系统的分类及通信方式 一、通信系统的分类 按传输媒介分：有线通信系统和无线通信系统。 按信号特征分：模拟通信系统和数字通信系统。 按通信业务分：电报、电话、数据、图像通信系统等。 按工作频段分：长波、中波、短波、微波通信和光通信系统等。（解释常用频段的波长、频率范围及主要用途） 按调制方式分：基带传输和频带传输两类。常用调制方式及用途见教材P5表1-1。 按收发双方是否运动分：移动通信系统和固定通信系统。 按用户类型分：公用通信系统和专用通信系统。 二、 通信方式 按消息传送的方向与时间分：单工方式、半双工方式、全双工方式。示意图见教材P6图1-4。 按数字信码排序分：串行传输方式、并行传输方式。示意图见教材P6图1-4。 第 1-3 页

教 案 纸 内 容 方法与手段 1.3 信息及其度量 一、离散消息的信息量 某离散消息x发生的概率为P(x)，则它所携带的信息量为 I = -log2 P(x) (bit) (1-1) 二、离散信源的平均信息量 设信源输出M个统计独立的符号x1，x2，…，xM，它们出现的概率分别为P(x1)，P(x2)，…，P(xM)，则每个符号所含信息量的统计平均值，即离散信源的平均信息量（又称为信源熵）为 H(x)P(xi)log2P(xi) (bit/符号) (1-2) i1M最大信源熵发生在信源的每个符号等概独立出现时，即 Hmax(x)=log2M (bit/符号) (1-3) 【例1–1】设离散信源输出0，1，2，3四种符号，求： （1）各符号独立等概出现时，信源的平均信息量； （2）各符号独立出现，概率分别为1/2，1/4,1/8,1/8时，某消息201000130213001003210100301010的总信息量。 解：（1）各符号的出现概率为1/4,故信源的平均信息量为 11Hlog2()4log242 (bit/符号) 44（2）此消息中，0、1、2、3分别出现15次、8次、3次、4次，共有30个符号，故该消息的信息量为 I15log228log243log284log2852平均（算术平均）每个符号的信息量为 I52H1.73 (bit/符号) 3030第 1-4 页

(bit)教 案 纸 内 容 若用熵的概念计算，每个符号的平均（统计平均）信息量为 111111Hlogloglog 22221.75(bit/符号）224488故该消息的信息量为 IH301.753052.5 (bit) 两结果出现误差的原因是该消息符号数太少，每种符号的个数并不是完全按其概率出现，随着消息序列长度的增加，两种计算误差将趋于零。 课堂讨论：将该消息改为 20100013021300100321010030101002，结果如何？ 方法与手段 1.4 通信系统的性能指标 通信系统的主要性能指标包括有效性和可靠性两个方面。 一、模拟通信系统的性能指标 模拟通信系统的有效性可用有效传输频带来度量。可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。 二、数字通信系统的性能指标 数字通信系统的有效性可用码元速率、信息速率、频带利用率来衡量。可靠性可用误码率、误信率等来衡量。 1. 码元传输速率RB 简称传码率，又称为符号速率等。它表示每秒传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B，或Bd。即 RB传输的码元数 (1-4) 传输时间当码元宽度(或码元周期)为T秒时， RB1 （Bd） (1-5) T第 1-5 页

教 案 纸 内 容 方法与手段 2. 信息传输速率Rb 简称传信率，又称比特率等。它表示每秒传输的信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s，或 b/s，或bps。即 Rb传输的信息量 (1-6) 传输时间 信息速率与码元速率的关系： Rb=RB·H(x) (bit/s) (1-7) 对于M进制系统，当信源各个符号等概独立时， Rb=RBlog2M (bit/s) (1-8) 【例1–2】某系统码元速率为1200B(各码元独立等概)，求： （1）采用二进制（M=2）时的信息速率； （2）采用八进制（M=8）时的信息速率。 解：（1）采用二进制（M=2）时的信息速率 Rb=RBlog2M =1200b/s 可见，二进制系统的Rb=RB（数量上），有时简称为数码率。 （2）改用八进制（M=8）时的信息速率 Rb=RBlog2M =3600b/s 显然，在码元速率相同时，多进制系统的信息速率高。 问：若Rb=1200b/s，则采用二进制和八进制时RB各是多少？ 3. 频带利用率 单位频带内的码元速率（或信息速率），即 B或 bRB (Bd/Hz) (1-9) BRb (bit/(s·Hz)或bps/Hz) (1-10) B第 1-6 页

教 案 纸 内 容 方法与手段