《随机信号分析基础》课程分层教学 方法 研究与探索
摘要：《随机信号分析基础》课程分层教学方法能够激发学生学习兴趣，调动学生学习的主动性和积极性，提高学生分析问题、解决问题的综合能力。本文从兴趣激发、基础知识趣讲与梳理及专业知识与案例穿插角度分析了分层教学方法的必要性。
关键词：随机信号分析、分层教学、教学改革
0 引言
《随机信号分析基础》课程是高等院校通信、电子信息类专业课程体系中的核心专业基础课程[1-2]。随机信号分析是随机与信号分析的结合，随机性的分析运用概率论的理论，信号分析运用信号与系统理论。《随机信号分析基础》课程概念多、公式多、理论性强、内容抽象，不易学习和理解，是课堂教学的难点[3]。传统教学以课堂概念讲解与公式推导为主，难以激发学生学习的动力与创新思维能力，且在学习过程中，学生易产生畏难情绪，学习效果将大打折扣。因此，必须探索新的教学方式、方法，激发学生的学习兴趣，培养学生迎难而上的科研精神，提高课程的教学效果。
1 课程的重要性
随机信号分析与处理是一门研究随机信号的特点与规律的学科，它广泛应用于雷达、通信、自动控制、随机振动、地震信号处理、图像处理、气象预报、生物电子等领域。近几年来，随着现代科学技术，特别是信息科学技术的发展，随机信号处理已是现代信号处理的重要理论基础和有效方法之一。随着现代化发展的需要，掌握这套方法，已不仅仅是我们通信、信息类专业的要求，也已成为所有科技领域、金融、管理、生物医学等许多专业的需要。随机信号是通信、信号与信息处理、自动控制等学科领域必须研究的信号形式。比如通信电子信息类专业的后修课程中需要对随机信号进行处理的课程有：通信原理、雷达原理、现代数字信号处理、信息论、图像信号处理、语音信号处理、线性控制系统等课程。
图1 信息工程学院信号分析与处理课程体系结构
2 教学方法探讨
从知识授予意义上讲，教师是学生学习的引领者，教师既要带领学生尽快融入课程的学习中，也要鼓励学生表达自己对知识的不同理解，提出自己的看法与见解。设计分层式教学方法，按照学习兴趣激发、基础知识趣讲与梳理、专业知识与案例综合等方式、方法加强学生对课程知识的理解。
北邮大三上电子信息工程课程介绍
课程简介
理论课 《通信原理I》
先修课程：高等数学、复变函数、概率论、信号与系统、通信电子电路、随机信号分析 课程简介：北邮“四大名补”的最后一门，是北邮的精品课程与王牌科目。按照往年惯例，
成绩构成＝20%作业＋40%期中＋40%期末，平时不太重视期中考试的童鞋需要提高警惕了。课程难度取决于之前的基础，主要是《信号与系统》和《随机信号分析》，信号和随机基础较好的童鞋可能会略感轻松。遇到问题解决不了的时候稍微勤快一点儿，多翻翻这两本书。
大三上学期开课的《通信原理I》主要讲授教材的前7章，大三下学期开课的《通信原理II》主要讲授教材的8至10章，第11至13章不讲。按照往年惯例，通原I期中考试考查到5.6小节，也就是眼图，大题也主要集中在第四章和第五章，前三章都是在复习信号和随机。然而，如果没有前三章的基础，恐怕很难完全掌握第四、第五两章的内容。
《通信原理I》试图通过建立随机信号模型来分析通信系统的性能，课程以循序渐进的方式依次讲解模拟通信系统、数字基带传输和数字频带传输，关注的模块是发端调制和收端解调，衡量的标准是判决门限和误码性能。其中，模拟通信系统可以类比通信电子电路中讲解的内容进行理解；而数字通信系统则需要大家在理解基本概念（5.1小节）的基础上，利用信号和随机的知识去建立信号模型，分析功率谱密度，推导判决门限，评估系统误码性能。
课程备注：北邮的《通信原理》教材是众多科目中少有的精品教材，思路明确、概念清晰、
推导详实、深入浅出；任课教师通常也都是各个教研室的组长或主任，授课经验丰富，为这门课程的教学质量提供了双重保证。尽管课程本身需要理解和记忆的知识点都不少，但是相信在大家的努力下应该可以轻松掌握。
对于通信感兴趣的童鞋可以在大三下学期继续选修该课程，《通信原理II》中信源信道编码以及扩频的知识的将带领你们真正推开通信领域的大门。
1 第一章 绪论
一、填空题
1、数字通信系统的主要性能指标是 传输速率 和差错率。码元速率RB定义是每秒传送码元的数目，单位Baud。信息速率定义是每秒钟传送的信息量，单位bit/s。
2、数字通信系统的有效性用 传输速率 衡量，可靠性用 差错率 衡量。
3、模拟通信系统的有效性用 传输带宽 衡量，可靠性用 信噪比 衡量。
4、在等概条件下，八元离散信源能达到最大熵是3bit/符号，若该信源每秒钟发送2000个符号，则该系统的信息速率为6k bit/s。
5、通信系统的有效性衡量指标对于模拟通信系统为 传输带宽 ，对于数字通信系统为
传输速率 。
6、衡量通信系统可靠性的指标对于模拟通信系统为 信噪比 对于数字通信系统为差错率
。
7、一个M进制基带信号，码元周期为TS秒，则传码率为 1/TS 波特 ，若码元等概出现，一个码元所含信息量为 log2M (bit)
。
8、通信系统模型中有两个变换，它们分别是 非电量与电量之间的变换和 基带信号与频带信号之间的变换 。
9、模拟信号是指信号的参量可 连 续 取值的信号，数字信号是指信号的参量可 离散
取值的信号。
10根据信道中所传输信号特征的不同，通信系统可分为 模拟 通信系统和 数字
通信系统。
二、画图
1、画出模拟通信系统的一般模型。
2、画出通信系统的简化模型。
三、计算题
1、现有一个由8个等概符号组成的信源消息符号集，各符号间相互独立，每个符号的宽度为0.1ms。计算：
（1）平均信息量；（2）码元速率和平均信息速率；（3）该信源工作2小时后所获得的信息量；（4）若把各符号编成二进制比特后再进行传输，在工作2小时后发现了27个差错比特（若每符号至多出错1位），求传输的误比特率和误符号率。
解：（1）符号）/(38loglog22bitMH
（2）Ts=0.1ms ，所以Baud10000RsT1B
课程名称：通信原理
课程代码：
学分：3
总学时：48
适用专业：电子与信息
一、 课程的性质、目的与任务
本课程为电子与信息专业必修课，是重要的专业基础课程适合于未来从事通信行业工作的本科生学习。课程教学目的是要求学生掌握通信基本概念、信号分析处理、通信系统的构成、基本原理、数字通信系统组成及其关键功能模块等原理。初步学会分析和研究通信系统的各种性能参数，并运用计算机仿真等方法对系统进行性能分析研究。通信原理是一门处于不断发展的课程与学科，要求能追踪前沿技术并培养创造性解决问题的能力。同时通过授课、作业、案例分析，培养学生思维和能力。
二、 教学的基本要求
通过本门课程的教学与学习，要求同学们能了解通信系统的发展与未来，掌握通信原理及其关键技术，并了解当前通信领域中层出不穷的各种新技术和新名词，了解该领域内的各种前沿技术与未来发展趋势。通过教学，学生们能理解通信基本原理，理解各种通信系统的特点、应用范围等内容。并掌握通信的信源、发送设备、信道、接收设备等相关技术及其基本原理，掌握常见的通信系统设备及其工作原理、性能等相关内容。
三、 课程教学内容、重点与难点
第一章 绪论（2学时）
知识要点：通信系统的组成、系统模型及分类；通信技术的发展历史及趋势；信号、消息；信息及其度量，信息量和平均信息量；通信系统的性能度量；信道。
重点：1. 模拟和数字通信系统模型。
2．信息量与平均信息量（信息的熵）的计算。
3．码元速率，信息速率，频带利用率，误码率，误信率的定义与计算。
4. 信道
难点：信息量与平均信息量（信息的熵）的计算、信道分析。
教学方法：课堂讲解与讨论
第二章 确定信号分析（4学时）
知识要点：信号通过系统的过程。确定信号的时域和频域分析。傅立叶变换关系式，傅立叶变换的主要运算特性，常用信号的傅立叶变换；；信号的能量和能量谱密度； 1 信号的功率和功率谱密度。
