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《通信原理》教案一、教学目标1. 知识与技能：（1）掌握通信系统的基本概念、分类和性能指标；（2）理解模拟通信系统和数字通信系统的原理及特点；（3）熟悉调制、解调、编码、解码等基本技术；（4）了解现代通信技术的发展趋势。
2. 过程与方法：（1）通过案例分析，培养学生分析问题和解决问题的能力；（2）运用模拟实验和数字仿真，加深对通信原理的理解；（3）结合实际应用，学习通信系统的设计与优化方法。
3. 情感态度与价值观：（1）培养学生对通信技术的兴趣和好奇心；（2）增强学生对科学研究的信心和责任感；（3）培养学生团队合作精神和创新意识。
二、教学内容1. 通信系统的基本概念：通信系统的作用、组成、分类和性能指标。
2. 模拟通信系统：调制、解调、噪声及其对通信系统的影响。
3. 数字通信系统：数字通信的基本概念、数字调制技术、数字解调技术、编码与解码。
4. 通信协议：通信协议的分类、特点和应用。
5. 现代通信技术：光纤通信、无线通信、卫星通信、移动通信。
三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和关键技术。
2. 案例分析法：分析实际案例，提高学生分析问题和解决问题的能力。
3. 模拟实验法：进行通信系统的模拟实验，加深对通信原理的理解。
4. 讨论法：分组讨论，培养学生的团队合作精神和创新意识。
5. 参观实践：组织学生参观通信企业或科研单位，了解通信技术的实际应用。
四、教学资源1. 教材：《通信原理》。
2. 辅助教材：《通信原理实验指导书》。
3. 网络资源：通信技术相关网站、论文和视频资料。
4. 实验设备：通信原理实验装置。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的出勤、课堂表现、作业完成情况。
2. 期中考试：测试学生对通信原理的基本概念、原理和关键技术的学习掌握情况。
3. 实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力、分析问题和解决问题的能力。
4. 课程论文：评价学生的独立研究能力、创新意识和团队合作精神。
5. 期末考试：全面测试学生对通信原理知识的掌握和应用能力。
《通信原理》教案一、教案概述1. 课程名称：通信原理2. 课时安排：共计32课时3. 教学目标：让学生了解通信系统的基本概念、原理和组成使学生掌握信号传输、调制解调、信道编码等关键技术培养学生运用通信原理解决实际问题的能力二、教学内容1. 通信系统的基本概念通信系统的定义、分类和性能指标模拟通信系统和数字通信系统的优缺点2. 信号传输与衰减信号的分类和传输方式信号衰减的原因及其克服方法3. 调制解调技术调制的作用和分类常见调制解调方法及其原理4. 信道编码与误码控制信道编码的目的和原理常见信道编码技术及其性能比较5. 通信系统的性能评估通信系统性能评估指标误码率、信噪比、传输速率等概念三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和方法，引导学生理解通信原理2. 案例分析法：分析实际通信系统案例，使学生了解通信原理在实际应用中的作用3. 实验法：安排实验室实践，让学生动手操作，加深对通信原理的理解4. 小组讨论法：分组讨论问题，培养学生的团队合作能力和解决问题的能力四、教学准备1. 教材：选用权威、实用的通信原理教材2. 课件：制作精美、清晰的课件，辅助教学3. 实验设备：准备通信原理实验设备，为学生提供实践机会4. 网络资源：搜集相关视频、论文等资料，丰富教学内容五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的课堂表现、作业完成情况2. 实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和分析问题能力3. 期末考试：设置理论考试，检验学生对通信原理知识的掌握程度六、教学活动安排1. 第1-4课时：通信系统的基本概念2. 第5-8课时：信号传输与衰减3. 第9-12课时：调制解调技术4. 第13-16课时：信道编码与误码控制5. 第17-20课时：通信系统的性能评估七、教学策略1. 针对不同学生的认知水平，采用分层教学法，满足不同层次学生的学习需求2. 利用多媒体课件和网络资源，增强课堂教学的趣味性和生动性3. 注重理论与实践相结合，通过实验和案例分析，提高学生的实际操作能力4. 鼓励学生提问和发表见解，培养学生的独立思考能力八、教学难点与解决方法1. 教学难点：调制解调技术、信道编码与误码控制2. 解决方法：通过具体案例分析，让学生深入了解调制解调过程；采用图示、动画等方式，形象地展示信道编码与误码控制原理；安排实验室实践，让学生亲自动手操作，加深对难点知识的理解。
通信原理第8章 新型数字带通调制技术●8.1 正交振幅调制(QAM)⏹信号表示式：这种信号的一个码元可以表示为式中，k = 整数；A k 和θk 分别可以取多个离散值。
上式可以展开为令 X k = A k cos θk Y k = -A k sin θk 则信号表示式变为X k 和Y k 也是可以取多个离散值的变量。
从上式看出，s k (t )可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。
第8章 新型数字带通调制技术⏹矢量图在信号表示式中，若θk 值仅可以取π/4和-π/4，A k 值仅可以取+A 和-A ，则此QAM 信号就成为QPSK 信号，如下图所示：所以，QPSK 信号就是一种最简单的QAM 信号。
)cos()(0k k k t A t s θω+=Tk t kT )1(+≤<t A t A t s k k k k k 00sin sin cos cos )(ωθωθ-=tY t X t s k k k 00sin cos )(ωω+=第8章 新型数字带通调制技术有代表性的QAM 信号是16进制的，记为16QAM ，它的矢量图示于下图中：第8章 新型数字带通调制技术类似地，有64QAM 和256QAM 等QAM 信号，如下图所示：它们总称为MQAM 调制。
由于从其矢量图看像是星座，故又称星座调制。
第8章 新型数字带通调制技术⏹16QAM 信号◆产生方法64QAM 信号矢量图256QAM 信号矢量图☐正交调幅法：用两路独立的正交4ASK信号叠加，形成16QAM信号，如下图所示。
第8章新型数字带通调制技术☐复合相移法：它用两路独立的QPSK信号叠加，形成16QAM信号，如下图所示。
4个位置上可以叠加上第二个QPSK矢量，后者的位置用虚线小圆上的4个小黑点表示。
第8章新型数字带通调制技术◆16QAM信号和16PSK信号的性能比较：在下图中，按最大振幅相等，画出这两种信号的星座图。
设其最大振幅为A M，则16PSK信号的相邻矢量端点的欧氏距离等于而16QAM信号的相邻点欧氏距离等于d2和d1的比值就代表这两种体制的噪声容限之比。
第8章新型数字带通调制技术按上两式计算，d2超过d1约1.57 dB。
但是，这时是在最大功率（振幅）相等的条件下比较的，没有考虑这两种体制的平均功率差别。
16PSK信号的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。
而16QAM信号，在等概率出现条件下，可以计算出其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55 dB。
因此，在平均功率相等条件下，16QAM比16PSK信号的噪声容限大4.12 dB。
第8章新型数字带通调制技术◆16QAM方案的改进：QAM的星座形状并不是正方形最好，实际上以边界越接近圆形越好。
例如，在下图中给出了一种改进的16QAM方案，其中星座各点的振幅分别等于±1、±3和±5。
将其和上图相比较，不难看出，其星座中各信号点的最小相位差比后者大，因此容许较大的相位抖动。
(a) 16QAM(b) 16PSK10.3938M Md A Aπ⎛⎫≈=⎪⎝⎭MM AAd471.0322==第8章 新型数字带通调制技术◆实例：在下图中示出一种用于调制解调器的传输速率为9600 b/s 的16QAM 方案，其载频为1650 Hz ，滤波器带宽为2400 Hz ，滚降系数为10％。
第8章 新型数字带通调制技术●8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控⏹定义：最小频移键控（MSK ）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK 信号，其波形图如下：(a) 传输频带(b) 16QAM 星座1011 1001 11101111 1010 1000 1100 11010001 0000 0100 0110001100100101 0111A2400第8章 新型数字带通调制技术8.2.1 正交2FSK 信号的最小频率间隔假设2FSK 信号码元的表示式为现在，为了满足正交条件，要求即要求上式积分结果为第8章 新型数字带通调制技术假设ω1+ω0 >> 1，上式左端第1和3项近似等于零，则它可以化简为由于ϕ1和ϕ0是任意常数，故必须同时有)sin(01=-s T ωω1)cos(01=-s T ωω⎩⎨⎧++=”时当发送“”时当发送“0)cos(1)cos()(0011ϕωϕωt A t A t s 11000[cos()cos()]d 0sT t t t ωϕωϕ+⋅+=⎰1010101001{cos[()]cos[()]}d 02s Tt t t ωωϕϕωωϕϕ++++++-=⎰10101010101010101010sin[()]sin[()]sin()sin()s s T T ωωϕϕωωϕϕωωωωϕϕϕϕωωωω+++-+-+-+-+--=+-10101010101010101010sin[()]sin[()]sin()sin()0s s T T ωωϕϕωωϕϕωωωωϕϕϕϕωωωω+++-+-+-+-+--=+-0]1))[cos(sin()sin()cos(01010101=---+--s s T T ωωϕϕωωϕϕ上式才等于零。
为了同时满足这两个要求，应当令 即要求所以，当取m = 1时是最小频率间隔。
故最小频率间隔等于1 / T s 。
第8章 新型数字带通调制技术上面讨论中，假设初始相位ϕ1和ϕ0是任意的，它在接收端无法预知，所以只能采用非相干检波法接收。
对于相干接收，则要求初始相位是确定的，在接收端是预知的，这时可以令ϕ1 - ϕ0 = 0 。
于是，下式可以化简为因此，仅要求满足所以，对于相干接收，保证正交的2FSK 信号的最小频率间隔等于1 / 2T s 。
第8章 新型数字带通调制技术⏹8.2.2 MSK 信号的基本原理◆MSK 信号的频率间隔MSK 信号的第k 个码元可以表示为式中，ωs － 载波角载频； a k = ± 1 （当输入码元为“1” 时， a k = + 1 ； 当输入码元为“0” 时， a k = - 1 ）； T s － 码元宽度； ϕk － 第k 个码元的初始相位，它在一个码元宽度中是不变的。
第8章 新型数字带通调制技术)2cos()(k sk s k t T a t t s ϕπω++=ss kT t T k ≤<-)1()2cos()(k sk s k t T a t t s ϕπω++=ss kT t T k ≤<-)1(πωωm T s 2)(01=-sTm f f /01=-0]1))[cos(sin()sin()cos(01010101=---+--s s T T ωωϕϕωωϕϕ0)sin(01=-s T ωωsTn f f 2/01=-由上式可以看出，当输入码元为“1”时， a k = +1 ，故码元频率f 1等于f s + 1/(4T s )；当输入码元为“0”时， a k = -1 ，故码元频率f 0等于f s - 1/(4T s )。
所以， f 1 和f 0的差等于1 / (2Ts )。
在8.2.1节已经证明，这是2FSK 信号的最小频率间隔。
第8章 新型数字带通调制技术MSK 码元中波形的周期数可以改写为式中由于MSK 信号是一个正交2FSK 信号，它应该满足正交条件，即第8章 新型数字带通调制技术上式左端4项应分别等于零，所以将第3项sin(2ϕk ) = 0的条件代入第1项，得到要求即要求 或上式表示，MSK 信号每个码元持续时间T s 内包含的波形周期数必须是1 / 4周期的整数倍，即上式可以改写为式中，N ― 正整数；m = 0, 1, 2, 3)2cos()(k sk s k t T a t t s ϕπω++=ss kT t T k ≤<-)1(⎩⎨⎧-=++=+=1),2cos(1),2cos()(01k k k k k a t f a t f t s 当当ϕπϕπss kT t T k ≤<-)1(s s f nT 41=...,3,2,1=n )4/(1)4/(101s s s s T f f T f f -=+=0)()0sin()()2sin(])sin[(]2)sin[(010*********=--+--+-++++ωωωωϕωωϕωωωωϕωωk k s k s T T 0)()0sin()()2sin(])sin[(]2)sin[(010*********=--+--+-++++ωωωωϕωωϕωωωωϕωωk k s k s T T 0)2sin(=s s T ω...,3,2,1,4==n n T f s s ππs1)4(4T m N T n f s s +==第8章 新型数字带通调制技术并有由上式可以得知：式中，T 1 = 1 / f 1；T 0 = 1 / f 0上式给出一个码元持续时间T s 内包含的正弦波周期数。
由此式看出，无论两个信号频率f 1和f 0等于何值，这两种码元包含的正弦波数均相差1/2个周期。
例如，当N =1，m = 3时，对于比特“1”和“0”，一个码元持续时间内分别有2个和1.5个正弦波周期。
（见下图）第8章 新型数字带通调制技术第8章 新型数字带通调制技术MSK 信号的相位连续性波形（相位）连续的一般条件是前一码元末尾的总相位等于后一码元开始时的总相位，即这就是要求由上式可以容易地写出下列递归条件由上式可以看出，第k个码元的相位不仅和当前的输入有关，而且和前一码元s ss ssT m N T f f T m N T f f 14141141410s1⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=-=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=+=014141T m N T m N T s ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=ks k s kT kT ϕωϕω+=+-s 1sks k k k kT Ta kT T a ϕπϕπ+⋅=+⋅+-2211s ⎩⎨⎧≠±==-+=---时。
当时当－－11-k 1111,,)(2k k k k k k k k k a a k a a a a k πϕϕπϕϕ的相位有关。
这就是说，要求MSK 信号的前后码元之间存在相关性。
第8章 新型数字带通调制技术在用相干法接收时，可以假设ϕk-1的初始参考值等于0。
这时，由上式可知 下式可以改写为式中θk (t )称作第k 个码元的附加相位。
第8章 新型数字带通调制技术由上式可见，在此码元持续时间内它是t 的直线方程。
并且，在一个码元持续时间T s 内，它变化a k π/2，即变化±π/2。
按照相位连续性的要求，在第k -1个码元的末尾，即当t = (k -1)T s 时，其附加相位θk -1(kT s )就应该是第k 个码元的初始附加相位θk (kT s ) 。
