通信原理教案

云南民族大學(xué)教案課程名稱:通信原理授課班級:通信工程、電子信息工程任課教師:王霞職稱:講師課程性質(zhì):專業(yè)必修課授課學(xué)期:大學(xué)三年級下學(xué)期云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第一章、緒論§通信的基本概念§通信系統(tǒng)的組成§通信系統(tǒng)的分類與通信方式二、本章節(jié)授課時間：第一周的周二1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、使同學(xué)了解學(xué)習(xí)通信原理的重要性；2、了解通信的概念。3、了解模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)的組成，了解通信的方式。五、教學(xué)重點、難點：通信的概念，通信系統(tǒng)的組成和分類，通信的方式。六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：本次課無作業(yè)。八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)《通信原理》是工科電子與通信類專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能掌握通信系統(tǒng)的模型和一般基本理論，為進一步學(xué)習(xí)通信專業(yè)知識打下基礎(chǔ)。二、與其它課程的聯(lián)系（一）先修課程：《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》、《電路分析》、《信號與系統(tǒng)》、《通信電子線路》。（二）后續(xù)課程：《現(xiàn)代通信技術(shù)》專用通信系統(tǒng)的學(xué)習(xí)等。（三）與《現(xiàn)代通信技術(shù)》的分工本課程著重介紹通信系統(tǒng)的基本組成和工作原理?！冬F(xiàn)代通信技術(shù)》介紹和分析現(xiàn)代通信系統(tǒng)、通信網(wǎng)的組成、關(guān)鍵技術(shù)和解發(fā)展。三、課程的特點（一）基本概念的工作原理與系統(tǒng)性能的分析并重；（二）理論學(xué)習(xí)與工程計算的訓(xùn)練相結(jié)合；（三）實驗課程是重要的實踐環(huán)節(jié)。四、教學(xué)總體要求（一）掌握通信系統(tǒng)的一般組成，工作原理，系統(tǒng)性能分析方法及相應(yīng)的指標。（二）通過習(xí)題課及平時作業(yè)，掌握必要的分析方法和工程計算能力。（三）通過實驗課提高實驗水平，培養(yǎng)工程測試的能力。五、課程教學(xué)要求的層次課程教學(xué)要求分為了解、理解、掌握三個層次。緒論通信的基本概念通信的目的：傳遞消息中所包含的信息。消息：是物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映，例如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或活動圖像等。信息：是消息中包含的有效內(nèi)容。實現(xiàn)通信的方式和手段：非電的：如旌旗、消息樹、烽火臺…電的：如電報、電話、廣播、電視、遙控、遙測、因特網(wǎng)和計算機通信等。電信發(fā)明史：1837年：莫爾斯發(fā)明有線電報1876年：貝爾發(fā)明有線電話1918年：調(diào)幅無線電廣播、超外差接收機問世1936年：商業(yè)電視廣播開播 ……………后面講述中，“通信”這一術(shù)語是指“電通信”，包括光通信，因為光也是一種電磁波。在電通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過電信號來實現(xiàn)的。通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的一般模型信息源（簡稱信源）：把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，如麥克風(fēng)。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。發(fā)送設(shè)備：產(chǎn)生適合于在信道中傳輸?shù)男盘?。信道：將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為有線信道和無線信道兩大類。噪聲源：集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。接收設(shè)備：從受到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號。受信者（信宿）：把原始電信號還原成相應(yīng)的消息，如揚聲器等。模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型1、模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：代表消息的信號參量取值連續(xù)，例如麥克風(fēng)輸出電壓：圖1-2模擬信號數(shù)字信號：代表消息的信號參量取值為有限個，如電報信號、計算機輸入輸出信號：圖1-3數(shù)字信號通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。2、模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)：圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型兩種變換： 模擬消息原始電信號（基帶信號） 基帶信號已調(diào)信號（帶通信號）3、數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)信源編碼與譯碼目的：提高信息傳輸?shù)挠行?、完成?數(shù)轉(zhuǎn)換。信道編碼與譯碼目的：增強抗干擾能力。加密與解密目的：保證所傳信息的安全。數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的：形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?。同步目的：使收發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致。數(shù)字通信的特點優(yōu)點：1.抗干擾能力強，且噪聲不積累2.傳輸差錯可控3.便于處理、變換、存儲4.便于將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸5.易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕6.易于加密處理，且保密性好缺點：1.需要較大的傳輸帶寬2.對同步要求高通信系統(tǒng)的分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分類：電報通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)…按調(diào)制方式分類：基帶傳輸系統(tǒng)和帶通（調(diào)制）傳輸系統(tǒng)調(diào)制傳輸系統(tǒng)又分為多種調(diào)制，詳見書中表1-1。按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒介分類：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)按工作波段分類：長波通信、中波通信、短波通信……按信號復(fù)用方式分類：頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用通信方式1、單工、半雙工和全雙工通信單工通信：消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞桨腚p工通信：通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時收發(fā)的工作方式全雙工通信：通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式2、并行傳輸和串行傳輸并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸。優(yōu)點：節(jié)省傳輸時間，速度快：不需要字符同步措施缺點：需要n條通信線路，成本高串行傳輸：將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元在一條信道上傳輸優(yōu)點：只需一條通信信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費用缺點：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施其他分類方式：同步通信和異步通信、專線通信和網(wǎng)通信十、教學(xué)小結(jié)《通信原理》課程是電子信息與通信類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它蘊含著較深的理論基礎(chǔ)，要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，才能更好的理解相應(yīng)的理論。興趣是最好的老師，給學(xué)生第一次上課，要注重以下幾點：（1）強調(diào)課程的重要性，結(jié)合生活中通信技術(shù)的發(fā)展歷程，如從模擬通信到數(shù)字通信，通信技術(shù)發(fā)展迅速，這些發(fā)展迅速的通信技術(shù)其最基本理論就是我們將要學(xué)習(xí)的課程，從而讓學(xué)生知道本課程的學(xué)習(xí)在整個專業(yè)學(xué)習(xí)中的作用；（2）提出學(xué)習(xí)要求，介紹學(xué)習(xí)方法，灌輸主動學(xué)習(xí)的思想，其目的是為了讓學(xué)生少走彎路，提高學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，同時樹立終身學(xué)習(xí)的思想；（3）介紹課程考核方法，注重過程考核，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第一章、緒論§信息及其度量§通信系統(tǒng)主要性能指標§小結(jié)二、本章節(jié)授課時間：第一周的周四1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、離散信源的信息量、平均量（熵）的計算；2、碼元速率、信息速率和頻帶利用率的定義、計算及其關(guān)系；3、誤碼率和誤信率的定義及其關(guān)系。五、教學(xué)重點、難點：信息量、信息熵、總信息量的計算；碼元速率、頻帶利用率、誤碼率、誤信率的計算。六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：1-21-41-51-91-10八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：第一章緒論信息及其度量信息：是消息中包含的有效內(nèi)容如何度量離散消息中所含的信息量1、度量信息量的原則：能度量任何消息，并與消息的種類無關(guān)。度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)?！纠俊澳晨蜋C墜毀”這條消息比“今天下雨”這條消息包含有更多的信息。上例表明：消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。2、度量信息量的方法：事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述：消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就大。設(shè)：P(x)－消息發(fā)生的概率，I－消息中所含的信息量，則P(x)和I之間應(yīng)該有如下關(guān)系：(1)、I是P(x)的函數(shù)：I＝I[P(x)](2)、P(x)↑，I↓；P(x)↓，I↑；(3)、P(x)=1時，I＝0；P(x)=0時，I＝；(4)、滿足上述3條件的關(guān)系式如下：－信息量的定義上式中對數(shù)的底： 若a=2，信息量的單位稱為比特(bit)，可簡記為b 若a=e，信息量的單位稱為奈特(nat)， 若a=10，信息量的單位稱為哈特萊(Hartley)。通常廣泛使用的單位為比特，這時有3、對于非等概率情況設(shè)：一個離散信源是由M個符號組成的集合，其中每個符號xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)獨立出現(xiàn)，即且有則x1,x2,x3,…,xM所包含的信息量分別為于是，每個符號所含平均信息量為由于H(x)同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵。4、連續(xù)消息的信息量關(guān)于連續(xù)消息的信息量可以用概率密度函數(shù)來描述?？梢宰C明，連續(xù)消息的平均信息量為式中，f(x)－連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。通信系統(tǒng)主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標：有效性和可靠性1、有效性：指傳輸一定信息量時所占用的信道資源（頻帶寬度和時間間隔），或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}。2、可靠性：指接收信息的準確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。3、模擬通信系統(tǒng)：有效性：可用有效傳輸頻帶來度量?？煽啃裕嚎捎媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量。4、數(shù)字通信系統(tǒng)有效性：用傳輸速率和頻帶利用率來衡量。碼元傳輸速率RB：定義為單位時間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud），簡記為B。式中T－碼元的持續(xù)時間（秒）信息傳輸速率Rb：定義為單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特數(shù)，單位為比特/秒，簡記為b/s，或bps。碼元速率和信息速率的關(guān)系或?qū)τ诙M制數(shù)字信號：M=2，碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。對于多進制，例如在八進制（M=8）中，若碼元速率為1200B，，則信息速率為3600b/s。5、頻帶利用率：定義為單位帶寬（1赫茲）內(nèi)的傳輸速率，即或6、可靠性：常用誤碼率和誤信率表示。誤碼率誤信率，又稱誤比特率在二進制中有小結(jié)1.通信的目的、電信發(fā)明史2.通信系統(tǒng)的模型3.數(shù)字信號、模擬信號，基帶信號、已調(diào)信號（帶通信號、頻帶信號）4.數(shù)字通信特點5.通信系統(tǒng)分類6.單工、半雙工、全雙工通信，并行傳輸和串行傳輸7.信息及其度量8.通信系統(tǒng)的有效性和可靠性十、教學(xué)小結(jié)本次課將第一章的內(nèi)容講完，并做了第一章的小結(jié)，帶著學(xué)生將本周兩次課的內(nèi)容做了復(fù)習(xí)。針對本章的重點和難點內(nèi)容——信息及其度量、通信系統(tǒng)的有效性和可靠性，給學(xué)生講解了課后的部分相關(guān)習(xí)題，采用當(dāng)堂做題、當(dāng)堂講題的方式，教學(xué)效果很好，大部分學(xué)生能順利解出題目，對學(xué)習(xí)后續(xù)課程充滿興趣和信心。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第二章、確知信號§確知信號的類型§確知信號的頻域性質(zhì)二、本章節(jié)授課時間：第二周的周二1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、信號的分類及其特征；2、信號的頻域分析和頻譜的概念；3、傅里葉級數(shù)的物理意義；4、傅里葉變換及其基本性質(zhì)；五、教學(xué)重點、難點：1、信號的分類與特征；頻譜的概念；周期信號頻率的特點和意義；傅里葉變換特性大小物理內(nèi)涵；2、常用信號（δ、方波、三角波，沖激函數(shù)序列）的傅里葉變換；六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：2-3八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：第二章確知信號確知信號的類型一、按照周期性區(qū)分：1.周期信號：T0－信號的周期，T0>02.非周期信號二、按照能量區(qū)分：.1.能量信號：能量有限，2.功率信號：a.歸一化功率：b.平均功率P為有限正值：能量信號的功率趨于0，功率信號的能量趨于∞。確知信號的頻域性質(zhì)1、周期性功率信號頻譜（函數(shù)）的定義式中，f0＝1/T0，n為整數(shù)，-∞<n<+∞。2、周期性功率信號頻譜的性質(zhì)對于物理可實現(xiàn)的實信號，由式－1)有正頻率部分和負頻率部分間存在復(fù)數(shù)共軛關(guān)系，即Cn的模偶對稱，相位奇對稱。將式－5)代入式－2)，得到式－8)表明：1)、實信號可以表示成包含直流分量C0、基波(n=1時)和各次諧波(n=1,2,3,…)。2）、實信號s(t)的各次諧波的振幅等于3）、實信號s(t)的各次諧波的相位等于θ4）、頻譜函數(shù)Cn又稱為雙邊譜，|Cn|的值是單邊譜的振幅之半。5)、若s(t)是實偶信號，則Cn為實函數(shù)。能量信號的頻譜密度1、頻譜密度的定義：能量信號s(t)的傅里葉變換：S(f)的逆傅里葉變換為原信號：S(f)和Cn的主要區(qū)別：S(f)是連續(xù)譜，Cn是離散譜；S(f)的單位是V/Hz，而Cn的單位是V。注意：在針對能量信號討論問題時，也常把頻譜密度簡稱為頻譜。2、實能量信號：負頻譜和正頻譜的模偶對稱，相位奇對稱，即復(fù)數(shù)共軛，因3、δ函數(shù)的定義δ函數(shù)的頻譜密度：δ函數(shù)的物理意義：一個高度為無窮大、寬度為無窮小、面積為1的脈沖。十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課重點講解確知信號的頻域性質(zhì)，分別是功率信號的頻譜和能量信號的頻譜密度。涉及到一些較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式，包括傅里葉變換和傅里葉級數(shù)展開，雖然是學(xué)生在《高等數(shù)學(xué)》中學(xué)過的知識，但由于時間間隔較長，數(shù)學(xué)推導(dǎo)較為復(fù)雜，大部分學(xué)生顯得有些吃力。在教學(xué)過程中要幫助學(xué)生適當(dāng)復(fù)習(xí)相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，還要引導(dǎo)學(xué)生注意區(qū)分功率信號的頻譜和能量信號的頻譜密度。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第二章、確知信號§確知信號的頻域性質(zhì)二、本章節(jié)授課時間：第二周的周四1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、δ(t)及其基本性質(zhì)；2、信號的能量譜和功率譜；五、教學(xué)重點、難點：1、δ(t)函數(shù)。2、傅里葉變換的尺度變換特性、頻移特性、卷積定理的應(yīng)用；能量和功率的計算。六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：2-9八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：確知信號的頻域性質(zhì)能量信號的頻譜密度1、δ函數(shù)的性質(zhì)性質(zhì)1：δ函數(shù)可以用抽樣函數(shù)的極限表示：即抽樣函數(shù)的極限就是δ函數(shù)。性質(zhì)2：單位沖激函數(shù)δ(t)的頻譜密度性質(zhì)3：性質(zhì)4：δ函數(shù)也可以看作是單位階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù)。 單位階躍函數(shù)的定義：性質(zhì)5：用δ函數(shù)可以表示功率信號的頻譜密度。能量信號的能量譜密度定義：由巴塞伐爾(Parseval)定理將|S(f)|2定義為能量譜密度。式可以改寫為式中G(f)=|S(f)|2－能量譜密度由于信號s(t)是一個實函數(shù)，所以|S(f)|是一個偶函數(shù),因此上式可以改寫成功率信號的功率譜密度定義：首先將信號s(t)截短為sT(t)，-T/2<t<T/2sT(t)是一個能量信號，可以用傅里葉變換求出其能量譜密度|ST(t)|2，由巴塞伐爾定理有將定義為信號的功率譜密度P(f)，即周期信號的功率譜密度：令T等于信號的周期T0，于是有由周期函數(shù)的巴塞伐爾(Parseval)定理:式中|Cn|2－第n次諧波的功率利用δ函數(shù)可將上式表示為式中上式中的被積因子就是此信號的功率譜密度P(f)，即十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課介紹了能量信號的能量譜和功率信號的功率譜，聯(lián)系上節(jié)課所學(xué)的功率信號的頻譜能量信號的頻譜密度進行對比講解，提醒學(xué)生注意區(qū)分四種頻域性質(zhì)。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第二章、確知信號§確知信號的時域性質(zhì)二、本章節(jié)授課時間：第三周的周二1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、相關(guān)函數(shù)的定義和性質(zhì)；2、相關(guān)函數(shù)與譜密度的關(guān)系。五、教學(xué)重點、難點：1、相關(guān)函數(shù)與譜密度的互求。六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：2-10八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：確知信號的時域性質(zhì)能量信號的自相關(guān)函數(shù)定義：性質(zhì)：1、自相關(guān)函數(shù)R(τ)和時間t無關(guān)，只和時間差τ有關(guān)。2、當(dāng)τ=0時，R(0)等于信號的能量：3、R(τ)是τ的偶函數(shù)。4、自相關(guān)函數(shù)R(τ)和其能量譜密度|S(f)|2是一對傅里葉變換：功率信號的自相關(guān)函數(shù)定義：性質(zhì)：1、當(dāng)τ=0時，自相關(guān)函數(shù)R(0)等于信號的平均功率：2、功率信號的自相關(guān)函數(shù)也是偶函數(shù)。周期性功率信號自相關(guān)函數(shù)定義：R(τ)和功率譜密度P(f)之間是傅里葉變換關(guān)系：能量信號的互相關(guān)函數(shù)定義：性質(zhì)：1、R12(τ)和時間t無關(guān)，只和時間差τ有關(guān)。2、R12(τ)和兩個信號相乘的前后次序有關(guān)：3、互相關(guān)函數(shù)R12(τ)和互能量譜密度S12(f)是一對傅里葉變換互能量譜密度的定義為：功率信號的互相關(guān)函數(shù)定義：性質(zhì)：1、R12(τ)和時間t無關(guān)，只和時間差τ有關(guān)。2、R12(τ)和兩個信號相乘的前后次序有關(guān)：3、若兩個周期性功率信號的周期相同，則其互相關(guān)函數(shù)的定義可以寫為4、R12(τ)和其互功率譜C12之間也有傅里葉變換關(guān)系： 互功率譜定義：十、教學(xué)小結(jié)介紹確知信號在時域中的特性：自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)。時域性質(zhì)學(xué)習(xí)完之后第二章內(nèi)容教授完，再次帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)確知信號在頻域中的四種性質(zhì)：頻譜、頻譜密度、能量譜密度、功率譜密度，在理解的基礎(chǔ)上區(qū)別記憶。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第三章、隨機過程§隨機過程的基本概念二、本章節(jié)授課時間：第三周的周四1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1.隨機過程的基本概念；2.隨機過程的數(shù)字特性（均值、方差、相關(guān)函數(shù)）；五、教學(xué)重點、難點：1、隨機過程的定義；2、隨機過程的數(shù)字特性（均值、方差、相關(guān)函數(shù)）的計算及關(guān)系推導(dǎo)；3、一維概率密度函數(shù)和分布函數(shù)。六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：3-1八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：隨機過程的基本概念什么是隨機過程隨機過程是一類隨時間作隨機變化的過程，它不能用確切的時間函數(shù)描述?？蓮膬煞N不同角度看：角度1：對應(yīng)不同隨機試驗結(jié)果的時間過程的集合。【例】n臺示波器同時觀測并記錄這n臺接收機的輸出噪聲波形樣本函數(shù)(t)：隨機過程的一次實現(xiàn)，是確定的時間函數(shù)。隨機過程：(t)={(t),(t),…,(t)}是全部樣本函數(shù)的集合。角度2：隨機過程是隨機變量概念的延伸。在任一給定時刻上，每一個樣本函數(shù)(t)都是一個確定的數(shù)值()，但是每個()都是不可預(yù)知的。在一個固定時刻上，不同樣本的取值{(),i=1,2,…,n}是一個隨機變量，記為ξ()。換句話說，隨機過程在任意時刻的值是一個隨機變量。因此，我們又可以把隨機過程看作是在時間進程中處于不同時刻的隨機變量的集合。這個角度更適合對隨機過程理論進行精確的數(shù)學(xué)描述。設(shè)ξ(t)表示一個隨機過程，則它在任意時刻的值ξ()是一個隨機變量，其統(tǒng)計特性可以用分布函數(shù)或概率密度函數(shù)來描述。隨機過程ξ(t)的一維分布函數(shù)：隨機過程ξ(t)的一維概率密度函數(shù)：若上式中的偏導(dǎo)存在的話。隨機過程ξ(t)的二維分布函數(shù)：隨機過程ξ(t)的二維概率密度函數(shù)：若上式中的偏導(dǎo)存在的話。隨機過程ξ(t)的n維分布函數(shù)：隨機過程ξ(t)的n維概率密度函數(shù)：隨機過程的數(shù)字特征1、均值（數(shù)學(xué)期望）：在任意給定時刻的取值ξ()是一個隨機變量，其均值：式中(,)－ξ()的概率密度函數(shù) 由于是任取的，所以可以把直接寫為t，改為x，這樣上式就變?yōu)棣?t)的均值是時間的確定函數(shù)，常記作ɑ(t)，它表示隨機過程的n個樣本函數(shù)曲線的擺動中心:2、方差方差常記為(t)。這里也把任意時刻直接寫成了t。 因為所以，方差等于均方值與均值平方之差，它表示隨機過程在時刻t對于均值a(t)的偏離程度。相關(guān)函數(shù)式中，和分別是在和時刻觀測得到的隨機變量?？梢钥闯觯琑()是兩個變量和的確定函數(shù)。3、協(xié)方差函數(shù)式中a()a()－在和時刻得到的ξ(t)的均值 (;)－ξ(t)的二維概率密度函數(shù)。4、相關(guān)函數(shù)和協(xié)方差函數(shù)之間的關(guān)系若a(t1)=a(t2)，則B(t1,t2)=R(t1,t2)互相關(guān)函數(shù)式中ξ(t)和η(t)分別表示兩個隨機過程。因此，R()又稱為自相關(guān)函數(shù)。十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課介紹了隨機過程的基本概念，重點講解了隨機過程的數(shù)字特性，包括均值、方差、相關(guān)函數(shù)的計算及關(guān)系推導(dǎo)，隨機過程的一維概率密度函數(shù)和分布函數(shù)。本節(jié)的內(nèi)容學(xué)生在《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》中也學(xué)習(xí)過，因此接受起來比較快。在課堂上配合做些課后習(xí)題，對均值、方差、相關(guān)函數(shù)的計算及關(guān)系推導(dǎo)進行鞏固，教學(xué)效果明顯。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第三章、隨機過程§平穩(wěn)隨機過程二、本章節(jié)授課時間：第四周的周二1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、平穩(wěn)過程定義2、各態(tài)歷經(jīng)性3、平穩(wěn)過程的相關(guān)函數(shù)五、教學(xué)重點、難點：1、狹義平穩(wěn)和廣義平穩(wěn)2、各態(tài)歷經(jīng)的含義與意義3、平穩(wěn)過程自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：3-4八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：平穩(wěn)隨機過程的定義定義：若一個隨機過程ξ(t)的任意有限維分布函數(shù)與時間起點無關(guān)，也就是說，對于任意的正整數(shù)n和所有實數(shù)Δ，有則稱該隨機過程是在嚴格意義下的平穩(wěn)隨機過程，簡稱嚴平穩(wěn)隨機過程。性質(zhì)：該定義表明，平穩(wěn)隨機過程的統(tǒng)計特性不隨時間的推移而改變，即它的一維分布函數(shù)與時間t無關(guān)：而二維分布函數(shù)只與時間間隔τ=–有關(guān)：數(shù)字特征：可見，（1）其均值與t無關(guān)，為常數(shù)a； （2）自相關(guān)函數(shù)只與時間間隔τ有關(guān)。把同時滿足（1）和（2）的過程定義為廣義平穩(wěn)隨機過程。顯然，嚴平穩(wěn)隨機過程必定是廣義平穩(wěn)的，反之不一定成立。 在通信系統(tǒng)中所遇到的信號及噪聲，大多數(shù)可視為平穩(wěn)的隨機過程。因此，研究平穩(wěn)隨機過程有著很大的實際意義。各態(tài)歷經(jīng)性問題的提出：我們知道，隨機過程的數(shù)字特征（均值、相關(guān)函數(shù)）是對隨機過程的所有樣本函數(shù)的統(tǒng)計平均，但在實際中常常很難測得大量的樣本，這樣，我們自然會提出這樣一個問題：能否從一次試驗而得到的一個樣本函數(shù)x(t)來決定平穩(wěn)過程的數(shù)字特征呢回答是肯定的。平穩(wěn)過程在滿足一定的條件下具有一個有趣而又非常有用的特性，稱為“各態(tài)歷經(jīng)性”（又稱“遍歷性”）。具有各態(tài)歷經(jīng)性的過程，其數(shù)字特征（均為統(tǒng)計平均）完全可由隨機過程中的任一實現(xiàn)的時間平均值來代替。各態(tài)歷經(jīng)性條件設(shè)：x(t)是平穩(wěn)過程(t)的任意一次實現(xiàn)（樣本），則其時間均值和時間相關(guān)函數(shù)分別定義為：如果平穩(wěn)過程使下式成立則稱該平穩(wěn)過程具有各態(tài)歷經(jīng)性?！案鲬B(tài)歷經(jīng)”的含義是：隨機過程中的任一次實現(xiàn)都經(jīng)歷了隨機過程的所有可能狀態(tài)。因此，在求解各種統(tǒng)計平均（均值或自相關(guān)函數(shù)等）時，無需作無限多次的考察，只要獲得一次考察，用一次實現(xiàn)的“時間平均”值代替過程的“統(tǒng)計平均”值即可，從而使測量和計算的問題大為簡化。具有各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程一定是平穩(wěn)過程，反之不一定成立。在通信系統(tǒng)中所遇到的隨機信號和噪聲，一般均能滿足各態(tài)歷經(jīng)條件。平穩(wěn)過程的自相關(guān)函數(shù)平穩(wěn)過程自相關(guān)函數(shù)的定義：同前平穩(wěn)過程自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)—ξ(t)的平均功率—τ的偶函數(shù)—R(τ)的上界。即自相關(guān)函數(shù)R(τ)在τ=0有最大值。—ξ(t)的直流功率表示平穩(wěn)過程ξ(t)的交流功率。當(dāng)均值為0時，有R(0)=。十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課重點要求學(xué)生掌握兩種平穩(wěn)隨機過程的定義：狹義平穩(wěn)隨機過程和廣義平穩(wěn)隨機過程，不僅能判斷一個隨機過程是狹義平穩(wěn)還是廣義平穩(wěn)，還要理解狹義平穩(wěn)與廣義平穩(wěn)的區(qū)別。弄清楚各態(tài)歷經(jīng)的含義與意義，學(xué)會判斷一個隨機過程是否具有各態(tài)歷經(jīng)性。一開始學(xué)習(xí)的時候?qū)W生對狹義平穩(wěn)和廣義平穩(wěn)的定義掌握不好，但是通過具體的例題分析，大部分學(xué)生基本能掌握好判斷的方法。對于各態(tài)歷經(jīng)的理解，學(xué)生一開始也極容易產(chǎn)生混淆，誤認為只要是平穩(wěn)隨機過程就具有各態(tài)歷經(jīng)性，這是初學(xué)者易犯的錯誤，在講課中尤其要提醒學(xué)生注意。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第三章、隨機過程§平穩(wěn)隨機過程§高斯隨機過程二、本章節(jié)授課時間：第四周的周四1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、平穩(wěn)過程的功率譜密度2、高斯過程的定義和性質(zhì)；五、教學(xué)重點、難點：1、維納-辛欽定理2、高斯過程的性質(zhì)3、隨機過程的總（平均）功率六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：3-7八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：平穩(wěn)過程的功率譜密度定義：對于任意的確定功率信號f(t)，它的功率譜密度定義為式中，F(xiàn)T(f)是f(t)的截短函數(shù)fT(t)所對應(yīng)的頻譜函數(shù)。對于平穩(wěn)隨機過程ξ(t)，可以把(t)當(dāng)作是ξ(t)的一個樣本；某一樣本的功率譜密度不能作為過程的功率譜密度。過程的功率譜密度應(yīng)看作是對所有樣本的功率譜的統(tǒng)計平均，故ξ(t)的功率譜密度可以定義為功率譜密度的計算維納-辛欽關(guān)系 非周期的功率型確知信號的自相關(guān)函數(shù)與其功率譜密度是一對傅里葉變換。這種關(guān)系對平穩(wěn)隨機過程同樣成立，即有簡記為以上關(guān)系稱為維納-辛欽關(guān)系。它在平穩(wěn)隨機過程的理論和應(yīng)用中是一個非常重要的工具，它是聯(lián)系頻域和時域兩種分析方法的基本關(guān)系式。在維納-辛欽關(guān)系的基礎(chǔ)上，我們可以得到以下結(jié)論：對功率譜密度進行積分，可得平穩(wěn)過程的總功率：上式從頻域的角度給出了過程平均功率的計算法。各態(tài)歷經(jīng)過程的任一樣本函數(shù)的功率譜密度等于過程的功率譜密度。也就是說，每一樣本函數(shù)的譜特性都能很好地表現(xiàn)整個過程的譜特性。高斯隨機過程（正態(tài)隨機過程）定義如果隨機過程(t)的任意n維（n=1,2,...）分布均服從正態(tài)分布，則稱它為正態(tài)過程或高斯過程。n維正態(tài)概率密度函數(shù)表示式為：式中式中|B|－歸一化協(xié)方差矩陣的行列式，即|B|jk－行列式|B|中元素bjk的代數(shù)余因子 bjk－為歸一化協(xié)方差函數(shù)，即重要性質(zhì)由高斯過程的定義式可以看出,高斯過程的n維分布只依賴各個隨機變量的均值、方差和歸一化協(xié)方差。因此，對于高斯過程，只需要研究它的數(shù)字特征就可以了。廣義平穩(wěn)的高斯過程也是嚴平穩(wěn)的。因為，若高斯過程是廣義平穩(wěn)的，即其均值與時間無關(guān)，協(xié)方差函數(shù)只與時間間隔有關(guān)，而與時間起點無關(guān)，則它的n維分布也與時間起點無關(guān)，故它也是嚴平穩(wěn)的。所以，高斯過程若是廣義平穩(wěn)的，則也嚴平穩(wěn)。如果高斯過程在不同時刻的取值是不相關(guān)的，即對所有jk，有bjk=0，則其概率密度可以簡化為這表明，如果高斯過程在不同時刻的取值是不相關(guān)的，那么它們也是統(tǒng)計獨立的。高斯過程經(jīng)過線性變換后生成的過程仍是高斯過程。也可以說，若線性系統(tǒng)的輸入為高斯過程，則系統(tǒng)輸出也是高斯過程。十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課的重點是高斯過程的定義及性質(zhì)，因為后續(xù)的學(xué)習(xí)內(nèi)容中多處涉及高斯隨機過程，因此務(wù)必讓學(xué)生在開始的學(xué)習(xí)中就掌握好高斯隨機過程的相關(guān)性質(zhì)，以便后續(xù)知識的理解。在學(xué)習(xí)過程中注意復(fù)習(xí)上節(jié)課的平穩(wěn)隨機過程，并引導(dǎo)學(xué)生與高斯隨機過程做對比記憶，提醒學(xué)生注意分別記憶兩個典型隨機過程的性質(zhì)。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第三章、隨機過程§高斯隨機過程二、本章節(jié)授課時間：第五周的周二1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、高斯過程的一維概率密度和分布函數(shù)；2、高斯隨機過程通過線性系統(tǒng)后輸出和輸入的關(guān)系；五、教學(xué)重點、難點：1、高斯過程通過線性系統(tǒng)。六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：本次課無作業(yè)。八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：高斯隨機變量定義：高斯過程在任一時刻上的取值是一個正態(tài)分布的隨機變量，也稱高斯隨機變量，其一維概率密度函數(shù)為式中a－均值， 2－方差曲線如下圖：性質(zhì)f(x)對稱于直線x=a，即a表示分布中心，稱為標準偏差，表示集中程度，圖形將隨著的減小而變高和變窄。當(dāng)a=0和=1時，稱為標準化的正態(tài)分布：正態(tài)分布函數(shù)這個積分的值無法用閉合形式計算，通常利用其他特殊函數(shù)，用查表的方法求出。用誤差函數(shù)表示正態(tài)分布函數(shù)：令則有及式中－誤差函數(shù)，可以查表求出其值。用互補誤差函數(shù)erfc(x)表示正態(tài)分布函數(shù)：式中當(dāng)x>2時，用Q函數(shù)表示正態(tài)分布函數(shù)。Q函數(shù)定義：Q函數(shù)和erfc函數(shù)的關(guān)系：Q函數(shù)和分布函數(shù)F(x)的關(guān)系：Q函數(shù)值也可以從查表得到。平穩(wěn)隨機過程通過線性系統(tǒng)確知信號通過線性系統(tǒng)（復(fù)習(xí)）式中vi－輸入信號，vo－輸出信號對應(yīng)的傅里葉變換關(guān)系：隨機信號通過線性系統(tǒng)：假設(shè)：i(t)－是平穩(wěn)的輸入隨機過程， a－均值， Ri()－自相關(guān)函數(shù)， Pi()－功率譜密度；求輸出過程o(t)的統(tǒng)計特性，即它的均值、自相關(guān)函數(shù)、功率譜以及概率分布。輸出過程的均值是一個常數(shù)，其自相關(guān)函數(shù)僅是時間間隔的函數(shù)。因此，若線性系統(tǒng)的輸入是平穩(wěn)的，則輸出也是平穩(wěn)的。輸出過程o(t)的功率譜密度：結(jié)論：輸出過程的功率譜密度是輸入過程的功率譜密度乘以系統(tǒng)頻率響應(yīng)模值的平方。輸出過程o(t)的概率分布：如果線性系統(tǒng)的輸入過程是高斯型的，則系統(tǒng)的輸出過程也是高斯型的。十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課重點要掌握高斯過程的一維概率密度和分布函數(shù)，以及高斯隨機過程通過線性系統(tǒng)后的輸出、輸入的關(guān)系。復(fù)習(xí)上節(jié)課所學(xué)的高斯過程的n維概率密度和分布函數(shù)帶領(lǐng)學(xué)生在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)一維概率密度和分布函數(shù)，加強記憶。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第三章、隨機過程§窄帶隨機過程§正弦波加窄帶高斯噪聲二、本章節(jié)授課時間：第五周的周四1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、窄帶隨機過程的表達式和統(tǒng)計特性；2、正弦波加窄帶高斯過程的統(tǒng)計特性；五、教學(xué)重點、難點：1、窄帶過程的兩個結(jié)論；2、正弦波加窄帶高斯過程的統(tǒng)計特性；六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：本次課無作業(yè)。八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：窄帶隨機過程什么是窄帶隨機過程 若隨機過程ξ(t)的譜密度集中在中心頻率附近相對窄的頻帶范圍Δ內(nèi)，即滿足Δ<<的條件，且遠離零頻率，則稱該ξ(t)為窄帶隨機過程。典型的窄帶隨機過程的譜密度和樣本函數(shù)窄帶隨機過程的表示式式中，(t)－隨機包絡(luò)， (t)－隨機相位 －中心角頻率顯然，(t)和(t)的變化相對于載波cost的變化要緩慢得多。窄帶隨機過程表示式展開可以展開為式中－ξ(t)的同相分量－ξ(t)的正交分量可以看出：ξ(t)的統(tǒng)計特性由(t)和(t)或(t)和(t)的統(tǒng)計特性確定。若ξ(t)的統(tǒng)計特性已知，則(t)和(t)或(t)和(t)的統(tǒng)計特性也隨之確定。(t)和(t)的統(tǒng)計特性一個均值為零的窄帶平穩(wěn)高斯過程ξ(t)，它的同相分量(t)和正交分量(t)同樣是平穩(wěn)高斯過程，而且均值為零，方差也相同。此外，在同一時刻上得到的和是互不相關(guān)的或統(tǒng)計獨立的。(t)和(t)的統(tǒng)計特性一個均值為零，方差為的窄帶平穩(wěn)高斯過程ξ(t)，其包絡(luò)(t)的一維分布是瑞利分布，相位(t)的一維分布是均勻分布，并且就一維分布而言，(t)與(t)是統(tǒng)計獨立的，即有正弦波加窄帶高斯噪聲1、正弦波加窄帶高斯噪聲的表示式式中－窄帶高斯噪聲θ－正弦波的隨機相位，均勻分布在0～2π間，A和－確知振幅和角頻率于是有式中2、正弦波加窄帶高斯噪聲的包絡(luò)和相位表示式包絡(luò)：相位：3、正弦波加窄帶高斯噪聲的包絡(luò)的統(tǒng)計特性包絡(luò)的概率密度函數(shù)(z)－稱為廣義瑞利分布，又稱萊斯（Rice）分布。包絡(luò)概率密度函數(shù)(z)曲線4、正弦波加窄帶高斯噪聲的相位的統(tǒng)計特性十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課講述了窄帶隨機過程的表達式和統(tǒng)計特性、正弦波加窄帶高斯過程的統(tǒng)計特性，由于概念抽象、數(shù)學(xué)知識含量大，學(xué)生表現(xiàn)出有些畏懼心理，學(xué)習(xí)積極性也不高，這時要注意引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注數(shù)學(xué)推導(dǎo)的結(jié)果和課本上總結(jié)的三個結(jié)論，具體而復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以一帶而過，不要求學(xué)生掌握推導(dǎo)過程，幫助學(xué)生排除畏難情緒。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第三章、隨機過程§高斯白噪聲和帶限白噪聲二、本章節(jié)授課時間：第六周的周二1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、高斯白噪聲的特點2、高斯白噪聲通過理想低通信道和理想帶通濾波器五、教學(xué)重點、難點：1、白噪聲通過線性系統(tǒng)六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：3-8八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：高斯白噪聲和帶限白噪聲1、白噪聲(t)定義：功率譜密度在所有頻率上均為常數(shù)的噪聲，即－雙邊功率譜密度或－單邊功率譜密度式中－正常數(shù)白噪聲的自相關(guān)函數(shù)：對雙邊功率譜密度取傅里葉反變換，得到相關(guān)函數(shù)：白噪聲和其自相關(guān)函數(shù)的曲線：白噪聲的功率 由于白噪聲的帶寬無限，其平均功率為無窮大，即或因此，真正“白”的噪聲是不存在的，它只是構(gòu)造的一種理想化的噪聲形式。實際中，只要噪聲的功率譜均勻分布的頻率范圍遠遠大于通信系統(tǒng)的工作頻帶，我們就可以把它視為白噪聲。如果白噪聲取值的概率分布服從高斯分布，則稱之為高斯白噪聲。高斯白噪聲在任意兩個不同時刻上的隨機變量之間，不僅是互不相關(guān)的，而且還是統(tǒng)計獨立的。2、低通白噪聲定義：如果白噪聲通過理想矩形的低通濾波器或理想低通信道，則輸出的噪聲稱為低通白噪聲。功率譜密度由上式可見，白噪聲的功率譜密度被限制在||≤內(nèi)，通常把這樣的噪聲也稱為帶限白噪聲。自相關(guān)函數(shù)功率譜密度和自相關(guān)函數(shù)曲線由曲線看出，這種帶限白噪聲只有在上得到的隨機變量才不相關(guān)。3、帶通白噪聲定義：如果白噪聲通過理想矩形的帶通濾波器或理想帶通信道，則其輸出的噪聲稱為帶通白噪聲。功率譜密度 設(shè)理想帶通濾波器的傳輸特性為式中－中心頻率，B－通帶寬度則其輸出噪聲的功率譜密度為自相關(guān)函數(shù)帶通白噪聲的功率譜和自相關(guān)函數(shù)曲線4、窄帶高斯白噪聲通常，帶通濾波器的B<<，因此稱窄帶濾波器，相應(yīng)地把帶通白高斯噪聲稱為窄帶高斯白噪聲。平均功率十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課重點講解高斯白噪聲的特點，以及高斯白噪聲通過理想低通信道和理想帶通濾波器后的輸出結(jié)果。本章的內(nèi)容概念抽象，數(shù)學(xué)推導(dǎo)較多，結(jié)論也較多，因此在每次上課后先讓學(xué)生自己看一遍課本，再聽老師講解，這樣學(xué)習(xí)下來的效果很好。往往通過學(xué)生自己看書，對當(dāng)堂課所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有了一個較為初步的印象，對于看不懂的地方提醒學(xué)生做好標記。等到老師講解一遍后大部分學(xué)生都有茅塞頓開的感覺，印象也較為深刻。在講解高斯白噪聲之前，先把前幾次課講過的高斯隨機過程提出來復(fù)習(xí)一遍，前后知識相互聯(lián)系，學(xué)生理解的很好。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第四章、信道§無線信道§有線信道二、本章節(jié)授課時間：第六周的周四1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、信道的定義和分類。五、教學(xué)重點、難點：1、信道的分類和特征。六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：4-1八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：無線信道無線信道電磁波的頻率－受天線尺寸限制地球大氣層的結(jié)構(gòu)對流層：地面上0~10km平流層：約10～60km電離層：約60～400km電離層對于傳播的影響：反射、散射大氣層對于傳播的影響：散射、吸收電磁波的分類：1、地波頻率<2MHz有繞射能力距離：數(shù)百或數(shù)千千米2、天波頻率：2~30MHz特點：被電離層反射一次反射距離：<4000km寂靜區(qū)：3、視線傳播：頻率>30MHz距離:和天線高度有關(guān) 式中，D–收發(fā)天線間距離(km)。[例]若要求D=50km，則由式4、增大視線傳播距離的其他途徑中繼通信：衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動衛(wèi)星平流層通信：散射傳播電離層散射 機理－由電離層不均勻性引起 頻率－30~60MHz 距離－1000km以上對流層散射 機理－由對流層不均勻性（湍流）引起 頻率－100~4000MHz 最大距離<600km流星流星余跡散射 流星余跡特點－高度80~120km，長度15~40km 存留時間：小于1秒至幾分鐘 頻率－30~100MHz 距離－1000km以上 特點－低速存儲、高速突發(fā)、斷續(xù)傳輸有線信道明線1、對稱電纜：由許多對雙絞線組成2、同軸電纜3、光纖結(jié)構(gòu)：纖芯、包層按折射率分類：階躍型、梯度型按模式分類：多模光纖、單模光纖損耗與波長關(guān)系損耗最小點：與um 十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課給學(xué)生介紹通信中的有線信道和無線信道，重點介紹了無線信道的分類。在教學(xué)過程中注意與實際相結(jié)合，利用學(xué)生熟悉的手機、有線電話、衛(wèi)星、電視塔等通信工具給學(xué)生講解相關(guān)知識，學(xué)生表現(xiàn)出很高的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)習(xí)效果也很好，課堂上練習(xí)了兩道課后習(xí)題，學(xué)生基本都完成的很好。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第四章、信道§信道的數(shù)學(xué)模型§信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懚?、本章?jié)授課時間：第七周的周二1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、信道的模型；2、恒參信道的特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懀?、隨參信道的特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?；五、教學(xué)重點、難點：1、調(diào)制信道和編碼信道的定義范圍及其關(guān)系；2、恒參信道的無失真?zhèn)鬏敆l件，兩種線性失真及其影響；3、隨參信道的3個特點，多徑傳播及其影響；4、恒參信道的幅頻特性、相頻特性和群時延特性的計算和傳輸失真情況的判斷；減小頻率選擇性衰落的方法和計算；六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：4-5八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：信道的數(shù)學(xué)模型信道模型的分類：調(diào)制信道編碼信道調(diào)制信道模型 －信道輸入端信號電壓；－信道輸出端的信號電壓； －噪聲電壓。通常假設(shè)：這時上式變?yōu)椋海诺罃?shù)學(xué)模型因k(t)隨t變，故信道稱為時變信道。因k(t)與ei(t)相乘，故稱其為乘性干擾。因k(t)作隨機變化，故又稱信道為隨參信道。若k(t)變化很慢或很小，則稱信道為恒參信道。乘性干擾特點：當(dāng)沒有信號時，沒有乘性干擾。編碼信道模型二進制編碼信道簡單模型－無記憶信道模型P(0/0)和P(1/1)－正確轉(zhuǎn)移概率P(1/0)和P(0/1)－錯誤轉(zhuǎn)移概率P(0/0)=1–P(1/0)P(1/1)=1–P(0/1) 四進制編碼信道模型信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺赖挠绊懞銋⑿诺琅e例：各種有線信道、衛(wèi)星信道…恒參信道：非時變線性網(wǎng)絡(luò)。信號通過線性系統(tǒng)的分析方法。線性系統(tǒng)中無失真條件：振幅～頻率特性：為水平直線時無失真圖為典型電話信道特性用插入損耗便于測量相位～頻率特性：要求其為通過原點的直線，即群時延為常數(shù)時無失真 群時延定義：頻率失真：振幅～頻率特性不良引起的，頻率失真、波形畸變、碼間串?dāng)_解決辦法：線性網(wǎng)絡(luò)補償相位失真：相位～頻率特性不良引起的，對語音影響不大，對數(shù)字信號影響大解決辦法：線性網(wǎng)絡(luò)補償非線性失真：可能存在于恒參信道中定義：輸入電壓～輸出電壓關(guān)系是非線性的。其他失真：頻率偏移、相位抖動…變參信道的影響變參信道：又稱時變信道，信道參數(shù)隨時間而變。變參信道舉例：天波、地波、視距傳播、散射傳播…變參信道的特性：衰減隨時間變化；時延隨時間變化多徑效應(yīng)：信號經(jīng)過幾條路徑到達接收端，而且每條路徑的長度（時延）和衰減都隨時間而變，即存在多徑傳播現(xiàn)象。發(fā)射信號為單頻恒幅正弦波時，接收信號因多徑效應(yīng)變成包絡(luò)起伏的窄帶信號。這種包絡(luò)起伏稱為快衰落－衰落周期和碼元周期可以相比。另外一種衰落：慢衰落－由傳播條件引起的。曲線的最大和最小值位置決定于兩條路徑的相對時延差τ。而τ是隨時間變化的，所以對于給定頻率的信號，信號的強度隨時間而變，這種現(xiàn)象稱為衰落現(xiàn)象。由于這種衰落和頻率有關(guān)，故常稱其為頻率選擇性衰落。圖4-18多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)的影響： 多徑效應(yīng)會使數(shù)字信號的碼間串?dāng)_增大。為了減小碼間串?dāng)_的影響，通常要降低碼元傳輸速率。因為，若碼元速率降低，則信號帶寬也將隨之減小，多徑效應(yīng)的影響也隨之減輕。接收信號的分類確知信號：接收端能夠準確知道其碼元波形的信號隨相信號：接收碼元的相位隨機變化起伏信號：接收信號的包絡(luò)隨機起伏、相位也隨機變化。通過多徑信道傳輸?shù)男盘柖季哂羞@種特性。十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課的重點是教會學(xué)生對連續(xù)信道和離散信道分別建立模型，這對于后續(xù)知識的學(xué)習(xí)和理解非常重要；此外，恒參信道和隨參信道的特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懸彩菍W(xué)生理解的難點，對此節(jié)內(nèi)容可以先讓學(xué)生看書，再進行講解，配合課后的習(xí)題做做練習(xí)，可以加深學(xué)生對知識的理解。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第四章、信道§信道中的噪聲§信道容量二、本章節(jié)授課時間：第七周的周四1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、信道噪聲的統(tǒng)計特性；2、信道容量和香農(nóng)公式。五、教學(xué)重點、難點：1、信道噪聲及其通過帶通濾波器的結(jié)果；2、香農(nóng)公式的含義和結(jié)論。3、信道容量的計算。六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：4-7八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：信道中的噪聲噪聲：信道中存在的不需要的電信號。又稱加性干擾。1、按噪聲來源分類人為噪聲－例：開關(guān)火花、電臺輻射自然噪聲－例：閃電、大氣噪聲、宇宙噪聲、熱噪聲熱噪聲來源：來自一切電阻性元器件中電子的熱運動。頻率范圍：均勻分布在大約0～1012Hz。熱噪聲電壓有效值： 式中k=10-23（J/K）－波茲曼常數(shù)； T－熱力學(xué)溫度（oK）； R－阻值（）； B－帶寬（Hz）。2、按噪聲性質(zhì)分類1）脈沖噪聲：是突發(fā)性地產(chǎn)生的，幅度很大，其持續(xù)時間比間隔時間短得多。其頻譜較寬。電火花就是一種典型的脈沖噪聲。2）窄帶噪聲：來自相鄰電臺或其他電子設(shè)備，其頻譜或頻率位置通常是確知的或可以測知的?？梢钥醋魇且环N非所需的連續(xù)的已調(diào)正弦波。3）起伏噪聲：包括熱噪聲、電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲和宇宙噪聲等。討論噪聲對于通信系統(tǒng)的影響時，主要是考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲的影響。3、窄帶高斯噪聲1）帶限白噪聲：經(jīng)過接收機帶通濾波器過濾的熱噪聲2）窄帶高斯噪聲：由于濾波器是一種線性電路，高斯過程通過線性電路后，仍為一高斯過程，故此窄帶噪聲又稱窄帶高斯噪聲。窄帶高斯噪聲功率： 式中Pn(f)－雙邊噪聲功率譜密度噪聲等效帶寬：式中Pn(f0)－原噪聲功率譜密度曲線的最大值 噪聲等效帶寬的物理概念：以此帶寬作一矩形濾波特性，則通過此特性濾波器的噪聲功率，等于通過實際濾波器的噪聲功率。信道容量信道容量－指信道能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾?。離散信道容量1、兩種不同的度量單位：兩者之間可以互換C－每個符號能夠傳輸?shù)钠骄畔⒘孔畲笾礐t－單位時間（秒）內(nèi)能夠傳輸?shù)钠骄畔⒘孔畲笾?、計算離散信道容量的信道模型發(fā)送符號：x1，x2，x3，…，xn，接收符號：y1，y2，y3，…，ymP(xi)=發(fā)送符號xi的出現(xiàn)概率， i＝1，2，…，n；P(yj)=收到y(tǒng)j的概率， j＝1，2，…，mP(yj/xi)=轉(zhuǎn)移概率，即發(fā)送xi的條件下收到y(tǒng)j的條件概率3、計算收到一個符號時獲得的平均信息量從信息量的概念得知：發(fā)送xi時收到y(tǒng)j所獲得的信息量等于發(fā)送xi前接收端對xi的不確定程度（即xi的信息量）減去收到y(tǒng)j后接收端對xi的不確定程度。發(fā)送xi時收到y(tǒng)j所獲得的信息量=-log2P(xi)-[-log2P(xi/yj)]對所有的xi和yj取統(tǒng)計平均值，得出收到一個符號時獲得的平均信息量式中－為每個發(fā)送符號xi的平均信息量，稱為信源的熵。－為接收yj符號已知后，發(fā)送符號xi的平均信息量。由上式可見，收到一個符號的平均信息量只有[H(x)–H(x/y)]，而發(fā)送符號的信息量原為H(x)，少了的部分H(x/y)就是傳輸錯誤率引起的損失。4、無噪聲信道信道模型發(fā)送符號和接收符號有一一對應(yīng)關(guān)系。此時P(xi/yj)=0；H(x/y)=0。因為平均信息量/符號＝H(x)–H(x/y)。所以在無噪聲條件下，從接收一個符號獲得的平均信息量為H(x)。而原來在有噪聲條件下，從一個符號獲得的平均信息量為[H(x)－H(x/y)]。這再次說明H(x/y)即為因噪聲而損失的平均信息量。容量C的定義：每個符號能夠傳輸?shù)钠骄畔⒘孔畲笾? (比特/符號)當(dāng)信道中的噪聲極大時，H(x/y)=H(x)。這時C=0，即信道容量為零。容量Ct的定義： (b/s) 式中r－單位時間內(nèi)信道傳輸?shù)姆枖?shù)連續(xù)信道容量可以證明式中S－信號平均功率（W）； N－噪聲功率（W）； B－帶寬（Hz）。設(shè)噪聲單邊功率譜密度為n0，則N=n0B； 故上式可以改寫成：由上式可見，連續(xù)信道的容量Ct和信道帶寬B、信號功率S及噪聲功率譜密度n0三個因素有關(guān)。十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)的重點是信道容量的計算，包括離散信道和連續(xù)信道。學(xué)生學(xué)習(xí)的難點是離散信道的信道容量，相關(guān)的知識理解起來比較吃力。在課前先帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)在第一章學(xué)過的信息量及其度量的相關(guān)知識，有助于學(xué)生理解離散信道的信道容量計算公式，講解兩遍后必須通過一定量的課后習(xí)題加以鞏固。連續(xù)信道的信道容量公式涉及分貝的換算也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，在講課中要注意加以說明。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第六章、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)§數(shù)字基帶信號及其頻譜特性二、本章節(jié)授課時間：第八周的周二1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各部件作用；2、6種基帶信號波形和頻譜特性；五、教學(xué)重點、難點：1、數(shù)字基帶系統(tǒng)原理框圖2、單/雙、單歸零/雙歸零、差分、多電平的波形（會畫）和主要特點六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：6-1八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶信號及其頻譜特性數(shù)字基帶信號幾種基本的基帶信號波形單極性波形：該波形的特點是電脈沖之間無間隔，極性單一，易于用TTL、CMOS電路產(chǎn)生；缺點是有直流分量，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，因而不適應(yīng)有交流耦合的遠距離傳輸，只適用于計算機內(nèi)部或極近距離的傳輸。雙極性波形：當(dāng)“1”和“0”等概率出現(xiàn)時無直流分量，有利于在信道中傳輸，并且在接收端恢復(fù)信號的判決電平為零值，因而不受信道特性變化的影響，抗干擾能力也較強。單極性歸零(RZ)波形：信號電壓在一個碼元終止時刻前總要回到零電平。通常，歸零波形使用半占空碼，即占空比為50%。從單極性RZ波形可以直接提取定時信息 。與歸零波形相對應(yīng)，上面的單極性波形和雙極性波形屬于非歸零(NRZ)波形，其占空比等于100％。雙極性歸零波形：兼有雙極性和歸零波形的特點。使得接收端很容易識別出每個碼元的起止時刻，便于同步。差分波形：用相鄰碼元的電平的跳變和不變來表示消息代碼，圖中，以電平跳變表示“1”，以電平不變表示“0”。它也稱相對碼波形。用差分波形傳送代碼可以消除設(shè)備初始狀態(tài)的影響。多電平波形：可以提高頻帶利用率。圖中給出了一個四電平波形2B1Q。隨機脈沖序列的表示式設(shè)一個二進制的隨機脈沖序列如下圖所示：圖中 Ts－碼元寬度 g1(t)和g2(t)－分別表示消息碼“0”和“1”，為任意波形。設(shè)序列中任一碼元時間Ts內(nèi)g1(t)和g2(t)出現(xiàn)的概率分別為P和(1-P)，且認為它們的出現(xiàn)是統(tǒng)計獨立的，則該序列可表示為式中為了使頻譜分析的物理概念清楚，推導(dǎo)過程簡化，我們可以把s(t)分解成穩(wěn)態(tài)波v(t)和交變波u(t)。所謂穩(wěn)態(tài)波，即隨機序列s(t)的統(tǒng)計平均分量，它取決于每個碼元內(nèi)出現(xiàn)g1(t)和g2(t)的概率加權(quán)平均，因此可表示成由于v(t)在每個碼元內(nèi)的統(tǒng)計平均波形相同，故v(t)是以Ts為周期的周期信號。二進制隨機脈沖序列的功率譜Ps(f)可能包含連續(xù)譜（第一項）和離散譜（第二項）。連續(xù)譜總是存在的，這是因為代表數(shù)據(jù)信息的g1(t)和g2(t)波形不能完全相同，故有G1(f)≠G2(f)。譜的形狀取決于g1(t)和g2(t)的頻譜以及出現(xiàn)的概率P。離散譜是否存在，取決于g1(t)和g2(t)的波形及其出現(xiàn)的概率P。一般情況下，它也總是存在的，但對于雙極性信號g1(t)=-g2(t)=g(t)，且概率P=1/2（等概）時，則沒有離散分量(f-mfs)。根據(jù)離散譜可以確定隨機序列是否有直流分量和定時分量。單極性信號的功率譜密度分別如下圖中的實線和虛線所示雙極性信號的功率譜密度曲線如下圖中的實線和虛線所示從以上兩例可以看出：二進制基帶信號的帶寬主要依賴單個碼元波形的頻譜函數(shù)G1(f)和G2(f)。時間波形的占空比越小，占用頻帶越寬。若以譜的第1個零點計算，NRZ(τ=Ts)基帶信號的帶寬為BS=1/τ=fs；RZ(τ=Ts/2)基帶信號的帶寬為BS=1/τ=2fs。其中fs=1/Ts,是位定時信號的頻率，它在數(shù)值上與碼元速率RB相等。單極性基帶信號是否存在離散線譜取決于矩形脈沖的占空比。單極性NRZ信號中沒有定時分量，若想獲取定時分量，要進行波形變換；單極性RZ信號中含有定時分量，可以直接提取它。“0”、“1”等概的雙極性信號沒有離散譜，也就是說沒有直流分量和定時分量。十、教學(xué)小結(jié)本節(jié)課學(xué)習(xí)的六種基帶信號波形引起了學(xué)生很大的學(xué)習(xí)興趣，在老師的引導(dǎo)下學(xué)生對波形特點和繪制方法掌握的很好；基帶信號的頻譜特性較難理解，提醒學(xué)生注意理解和識記相關(guān)推論。云南民族大學(xué)教案一、講授章節(jié)名稱：第六章、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)§基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型二、本章節(jié)授課時間：第八周的周四1-2節(jié)課授課學(xué)時：2學(xué)時三、本章節(jié)授課教師姓名：王霞職稱：講師四、本章節(jié)教學(xué)目標和教學(xué)要求：1、基帶傳輸碼型的編譯及其特點；五、教學(xué)重點、難點：1、選碼原則；2、AMI碼、HDB3碼、雙相碼、CMI碼的編/譯、對應(yīng)基帶波形和主要特點。六、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段：教學(xué)方法：講授法、討論法、問題教學(xué)法、實例教學(xué)法教學(xué)手段：黑板板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合，以教師講授為主，結(jié)合學(xué)生的課堂練習(xí)和討論。七、布置的作業(yè)及復(fù)習(xí)思考題：6-7八、選用教材和主要參考書：教材：《通信原理》（第六版），樊昌信、曹麗娜主編，北京：國防工業(yè)出版社，2011年8月第6版。主要參考書：1、周炯盤、龐沁華、續(xù)大我北京郵電大學(xué)出版社(2008-08)2、曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社(2012-11)九、教學(xué)主要內(nèi)容及教學(xué)安排：基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型對傳輸用的基帶信號的主要要求:對代碼的要求：原始消息代碼必須編成適合于傳輸用的碼型；對所選碼型的電波形要求：電波形應(yīng)適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。前者屬于傳輸碼型的選擇，后者是基帶脈沖的選擇。這是兩個既獨立又有聯(lián)系的問題。本節(jié)先討論碼型的選擇問題。傳輸碼的碼型選擇原則不含直流，且低頻分量盡量少；應(yīng)含有豐富的定時信息，以便于從接收碼流中提取定時信號；功率譜主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶；不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化；具有內(nèi)在的檢錯能力，即碼型應(yīng)具有一定規(guī)律性，以便利用這一規(guī)律性進行宏觀監(jiān)測。編譯碼簡單，以降低通信延時和成本。1、AMI碼：傳號交替反轉(zhuǎn)碼編碼規(guī)則：將消息碼的“1”(傳號)交替地變換為“+1”和“-1”，而“0”(空號)保持不變。例： 消息碼：0110000000110011… AMI碼：0-1+10000000–1+100–1+1…AMI碼對應(yīng)的波形是具有正、負、零三種電平的脈沖序列。AMI碼的優(yōu)點：沒有直流成分，且高、低頻分量少，編譯碼電路簡單，且可利用傳號極性交替這一規(guī)律觀察誤碼情況；如果它是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可變?yōu)閱螛O性RZ波形，從中可以提取位定時分量AMI碼的缺點：當(dāng)原信碼出現(xiàn)長連“0”串時，信號的電平長時間不跳變，造成提取定時信號的困難。解決連“0”碼問題的有效方法之一是采用HDB碼。2、HDB3碼：3階高密度雙極性碼它是AMI碼的一種改進型，改進目的是為了保持AMI碼的優(yōu)點而克服其缺點，使連“0”個數(shù)不超過3個。編碼規(guī)則：（1）檢查消息碼中“0”的個數(shù)。當(dāng)連“0”數(shù)目小于等于3時，HDB3碼與AMI碼一樣，+1與-1交替；（2）連“0”數(shù)目超過3時，將每4個連“0”化作一小節(jié)，定義為B00V，稱為破壞節(jié)，其中V稱為破壞脈沖，而B稱為調(diào)節(jié)脈沖；（3）V與前一個相鄰的非“0”脈沖的極性相同(這破壞了極性交替的規(guī)則，所以V稱為破壞脈沖)，并且要求相鄰的V碼之間極性必須交替。V的取值為+1或-1；（4）B的取值可選0、+1或-1，以使V同時滿足（3）中的兩個要求；（5）V碼后面的傳號碼極性也要交替。例：消息碼：10000100001100000000l1AMI碼：-10000+10000-1+100000000-1+1HDB碼：-1000–V+1000+V-1+1-B00–V+B00+V-l+1其中的V脈沖和B脈沖與1脈沖波形相同，用V或B符號表示的目的是為了示意該非“0”碼是由原信碼的“0”變換而來的。 HDB3