數字通信原理《數字通信原理》教學方法改革方案《數字通信原理》是高校通信類、電子類等專業的專業基礎課，既是基礎課向專業課的過渡，也是電子通信學科的入門課，在通下面是小編為大家整理的數字通信原理4篇,供大家參考。

數字通信原理篇1

《數字通信原理》教學方法改革方案

《數字通信原理》是高校通信類、電子類等專業的專業基礎課，既是基礎課向專業課的過渡，也是電子通信學科的入門課，在通信類、電子類專業中占有非常重要的地位。這門課的教學直接影響這些專業的教學質量和所培養人才的知識結構及綜合能力。這門課綜合了電路分析基礎、電子電路、高頻電路、數字電路等電類基礎課以及高等數學、概率論等數學課程，具有相當大的難度和理論深度。不僅要求學生上述課程有較好的基礎，而且還要求較強的數學功底和自學能力，如果強調數學推導和理論探討，無疑將使學生產生畏難情緒，難以激發學生的學習興趣和積極性；但如果完全不涉及理論分析，教學又無法達到高校的培養目標，即無法培養出既具備一定專業理論素養、又具有較強動手能力的技術應用型人才。

通過前段時間的教學實踐及大學期間對該科的學習。我認為，《數字通信原理》課的教學，一方面要強調基本理論、方法的分析，重點培養學生的思考能力，另一方面必須加強實驗教學和實訓環節，重點是培養崗位技能。該課程的教學目標是使學生掌握典型數字通信系統的組成、工作原理、性能特點、基本分析方法和實驗技能等，熟悉當前數字通信技術發展的現狀和最新進展。核心是培養學生良好的通信知識和素養，為后續專業課程的學習奠定堅實的基礎。

考慮《數字通信原理》課的教學情況和課程地位，為了學生更好的學習，我們需要不斷轉變教學理念、更新教學內容、完善教學方法、改進教學手段，在《數字通信原理》課程的教學內容、教學模式和實踐教學體系等方面進行了富有特色的改革實踐。

以線帶點，改革教學內容

在《數字通信原理》的傳統教學模式中，往往介紹許多通信的數學模型和原理，由于理論抽象、概念繁多，知識點顯得零散，那些數學基礎、自學能力和自制力均較差的學生難以接受。我認為，應遵循“以線帶點”的改革思路進行教學內容的改革。

（一）強化學習路線圖，建立數字通信系統的整體觀念

在教學中，應該強調數字通信系統整體觀念的建立，即以數字通信系統的模型圖作為學習的總路線圖（如下圖），以圖中功能框圖為“點”，有向線段為“線”。以路線圖中的節點涉及的典型技術理論分析為重點，以信號的傳輸流程為主線，以線帶點，使學生掌握通信系統的宏觀分析思路和微觀分析方法。

在教學初期，首先向學生介紹通信系統的基本概念，核心是讓學生掌握通信的本質——將大量有用的信息高效率、無失真地進行傳遞，并在傳遞過程中抑制無用、有害的信息；其次，系統闡述數字通信模型如何體現通信的本質以及數字通信系統模型每個節點的知識點在各章的分配。

在教學過程中，根據信號的傳遞路徑，教師應“順藤摸瓜”，對每個節點進行功能分析，注重強調該節點在數字通信系統中的地位、層次以及關鍵性能和指標。隨著教學的進行，不斷強調或強化學習路線圖，并標明學習進度在路線圖上的體現，重點是強調前后節點之間的內在關系。

在教學后期，教師應不斷闡述各節點存在的必要性以及相互間的邏輯關系，在技術實現的基礎上進一步幫助學生建立數字通信系統的整體概念。例如，信源編碼是保證通信有效性的技術手段，使用的關鍵技術是脈沖編碼調制；信道編碼是保障通信可靠性的技術手段，實現的關鍵技術涉及檢錯編碼和糾錯編碼。信源編碼和信道編碼是互相補充的關系，但實現的方法是相互“矛盾”的，信源編碼通過壓縮消息冗余量實現，信道編碼則通過增加消息冗余量實現，這是由通信過程中不同階段的通信目標決定的。

（二）精選典型技術，強調基本模塊的分析和知識運用

在宏觀分析的基礎上，以信號的傳遞流程為主線，逐步展開典型數字通信技術實現的具體分析。在教學活動中，對通信技術實現的講解不應貪多求全，而要精選典型技術進行微觀分析，關鍵是激發學生的學習興趣和幫助學生建立數字通信技術的知識體系。具體方法是建立積木式教學模塊，將全課程的數字通信技術實現分解為信源編碼模塊、信道編碼模塊、傳輸模塊（基帶傳輸與頻帶傳輸）、同步模塊等四個核心模塊。針對每個模塊精心進行分析，挑選經典技術的實現進行分析，對經典技術堅持目的驅動的教學方式，核心是建立知識體系，充分認識和接受數字通信技術的概念，掌握基本模塊的分析方法。

建立了各部分的知識模塊后，必須精選相應模塊的典型技術。例如，在頻帶傳輸分析中，選擇ASK、FSK、PSK、DPSK等基本的數字調制技術作為必學內容，要求學生掌握這些典型數字調制技術的實現、解調、帶寬分析、畫圖分析和抗噪聲分析等內容。而將多進制調制技術和現代調制技術列入增強模塊，僅進行簡單的介紹，以知識擴展為目的，不做應會要求。

在對典型技術進行微觀分析時，以注重比較研究、概念提煉，避免數學推導和理論復制，應以大量的圖示進行理論知識的詮釋，強調知識的運用。以數字調制方式的帶寬分析為例，將授課重點放在各種調制方式的帶寬圖示比較上，不進行頻域的數學演算；同樣，在噪聲分析中，不引入誤差函數等概念，僅比較各種數字調制方式的抗噪聲能力。關鍵是幫助學生理解帶寬、抗噪聲能力在實際應用中的意義和作用，理解當考慮帶寬、抗噪聲能力等因素時選擇哪種調制方式才能滿足實際需要。

強化互動，改革教學模式

在各種教學模式的爭論中，主流的模式有兩種，即以教師為中心的教學模式和以學生為中心的教學模式。前者的優點是有利于教師主導作用的發揮，重視情感因素在學習過程中的作用；其突出的缺點則是強調傳遞——接受式，在教學過程中把學生置于被動接受位置，學習者的主動性難以發揮，不利于激發高職學生的學習積極性。后者的突出優點是有利于激發學生的學習積極性；其缺點是忽視教師主導作用的發揮，不利于系統知識的傳授，不重視情感因素在學習過程中的作用。多數大學生的特點一方面是基礎知識較差，厭學情緒嚴重，另一方面是學習的主動性、思考問題的積極性都較差。若采用傳統的以教師為中心的教學模式，顯然無法實現教學目的。但是，如果完全采用以學生為中心的教學模式，也必然導致教學的失敗。因此，必須進行教學模式的改革與探討。

在高校的教學實踐中，我認為應該基于現代網絡教學平臺，將兩種教學模式結合起來，取長補短。一方面，針對學生自學能力差的特點，充分利用教師的指導作用，以教師的專業素養和個人品格強化學生的知識結構和學習態度；另一方面，充分利用網絡教學的特點，基于世界上兩大網絡教學平臺之一的Blackboard建立完整的虛擬教學課堂，提供課下網絡教學資源，建立自主教學環境，加強教學互動，及時進行師生間的雙向反饋，調動學生的學習積極性，培養他們自主學習的方法和獨立思考的能力。

從目前的實踐看，初期基本上還應以教師為中心的教學模式為主，隨著教學的進展，逐步過渡到以學生為中心的教學模式。

突出技能培養，改革實踐教學體系

《數字通信原理》是一門實踐性很強的課程，對于高校學生來說，加強他們技能培養的途徑是建立一套完善的課程實踐教學體系。《數字通信原理》的特點是理論性強，知識點豐富，高度抽象，不建立感性的認識，學生很難鞏固理論知識。因此，幫助學生建立通信系統的感性認識、培養他們分析和解決實際問題的能力、提高實際操作技能是實踐教學體系的目標和出發點。

（一）因材施教，分層次組織實驗教學

在實踐教學活動中，應建立驗證性實驗、仿真設計實驗和創新性實驗層層遞進的實踐教學體系，針對不同的學生分層次組織實踐教學。

驗證性實驗是指在現有實驗平臺上對相關理論的正確性進行驗證，目的是鞏固和加深學生對相關理論知識的理解；仿真設計實驗是在驗證性實驗的基礎上，在相關通信技術原理的指導下，以通信系統仿真軟件（如System View等）為平臺進行通信系統的設計和驗證；創新性實驗則是組織掌握程度較好、學有余力的學生進行相關項目的開發，項目可以是創新的，也可以是現有的，一般與各類電子競賽相聯系。尤其是System View通過模塊搭建進行通信系統的設計，與積木式模塊教學方法呼應，不需要學生進行復雜的編碼即可實現實際通信系統的仿真實驗，并能將結果下載到FPGA芯片中得到實際的產品，對于激發學生的學習興趣、培養學生的實際動手能力、加強學生的專業思想具有重大意義。

（二）改革實驗形式，建立基于項目的實驗方式

傳統的實驗組織形式是安排學生分組，往往全組學生依賴某個能力強的學生，學生中蒙混過關的情況嚴重。我們提出以項目組織實驗，每個學生負責一個或兩個具體的項目，做到“人人有項目”，組內其他學生進行輔助工作。

在項目選擇上，要求完成數字通信系統模型中的基本“點”項目，同時鼓勵學生積極參與綜合性實驗項目和各類各級競賽項目，并在實驗學分上進行傾斜。

在具體實驗實施上，要求作為項目負責人的學生主動參與、進行人員分工，對實驗項目的計劃和實施全權負責，如安排實驗內容討論、選擇實驗方式等。鼓勵能力強的學生同時選擇多種實驗平臺。項目負責人要負責組織本組學生分析和評價實驗結果，對本組學生實驗情況進行評價。項目組學生在教師指導下，根據理論學習的進度自己設計實驗，自己準備儀器完成實驗，以達到培養和提高學生的組織能力、思維能力和創造能力的目的。

（三）改革考核方式，建立新的實驗評價標準

《數字通信原理》課程的實驗教學分為兩個模塊，即課內實驗和期末集中實訓（或課程設計）。傳統教學中，課內實驗的考核計入課程成績，集中實訓（或課程設計）作為單獨的課程計分。我們認為這種實驗考核的方式割裂了實驗課程的內容，不利于實驗課程的改革，應采取將課內實驗和期末集中實訓（或課程設計）統一為一門課程的考核方式。

具體的考核內容可覆蓋實驗表現、實驗報告和成果、實驗難度等方面，建立完整的《數字通信原理》實驗考核評價體系，體現“強調過程，重視結果”的考核思想。“強調過程”體現在對實驗表現的評價占據整個實驗成績的60%，引導學生重視崗位能力、團隊精神、專業素養的培養；“重視結果”體現在對實驗結果的分析、討論上，而不在對錯上，關鍵是分析出原因與對策。此外，如果學生在各級各類競賽項目上獲獎可以獲得相應實驗加分。

課程特點與高校學生的特點給《數字通信原理》的教學帶來很大挑戰，本文提出，在教學內容上，以線帶點構建模塊化教學，降低理論難度，強調系統概念的建立和典型技術的分析；在教學模式上，結合以教師為中心的教學模式和以學生為中心的教學模式的優點，以網絡教學手段為平臺，強化師生的互動；在實踐教學上，構建驗證性實驗、仿真設計實驗和創新性實驗層層遞進的實踐教學體系，改革實驗組織形式，建立新的評價體系。

數字通信原理篇2

課 程 設 計 報 告 課程設計名稱:通信原理 系 別:三系 學生姓名: 班 級: 學 號: 成 績: 指導教師: 開課時間:2010~2011學年 學期 一。設計題目

數字頻帶傳輸系統的仿真設計 二。主要內容及具體要求

a.利用所學的《通信原理及應用》的基礎知識，設計一個 2ASK 數字調制器。完成對 2ASK 的調制與解調仿真電路設計，并對其仿真結果進行分析。要求理解 2ASK 信 號的產生，掌握 2ASK 信號的調制原理和實現方法并畫出實現框圖。

b.設計一個 2FSK 數字調制器。要求給出 2FSK 的產生原理框圖(調頻法、鍵控法、SystemView 仿真電路圖、調制解調的原理框圖， 給出信號的頻譜圖、調制前與借 條后數據波形比較覆蓋圖，加噪前后相關波形。

三。進度安排

5.28-5.29 圖書館查閱資料，確定選題，思考總體設計方案 熟悉軟件的編程環境 推薦的參考資料有: 《 MA TLAB 通信工程仿真》

《 MA TLAB/SIMULINK通信系統建模與仿真實例分析》 《 MA TLAB 在通信系統建模中的應用》 5.30 總體設計方案的確定與設計 5.31 各部分的具體實現 6.01— 6.02 程序調試并程序注釋 6.03 整理完成設計報告 四。成績評定

總成績由平時成績(考勤與課堂表現、程序設計成績和報告成績三部分組成，各部分 比例為 30%，50%，20%。(1平時成績:無故曠課一次，平時成績減半；無故曠課兩次平時成績為 0分，無故 曠課三次總成績為 0分。遲到 15分鐘按曠課處理

(2設計成績:按照實際的設計過程及最終的實現結果給出相應的成績。(3設計報告成績:按照提交報告的質量給出相應的成績。備注:每人提交一份課程設計報告(打印稿和電子稿各一份 課程設計報告按照模板撰寫內容，要求詳細、準確、完整。第一部分 1 2ASK調制方法 1.基本原理調

頻移鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數字信息，而其頻率和初始相位保持不 變。在 2ASK 中，載波的幅度只有兩種變化狀態，分別對應二進制信息“ 0”或 “ 1”。一種常用的也是最簡單的二進制振幅鍵控方式稱為通 — 斷鍵控(OOK ， 其表達式為: =(t e O O K ???? ?-時

發送“ 以概率 ”時 發送“

以概率 “ 01, 01, cos P P t A c ω(1-1 典型波形如圖 1-1所示:

圖 1-1 2ASK 信號的一般表達式為: t t s t c ASK e ωcos((2=(1-2 ∑-=n s n T a n t g t s(((1-4 時鐘:T s持續時間為 T s 的基帶脈沖波形，通常假設是高 度為 1,寬度等于 T s 的矩形脈沖；a n-第 N 個符號的電平取值，若取 ???-=P 10P ， 1,概率為

概率為 a n 則相應的 2ASK 信號就是 OOK 信號。

2ASK/OOK信號的產生方法通常有兩種:模擬調制法(相乘器法和鍵控法， 相應的調制器如圖 1.2。圖(a 就是一般的模擬幅度調制的方法， 用乘法器實現；圖(吧是一種數字鍵控法，其中的開關電路受 s(t控制。

(a 模擬相乘法

(b數字鍵控法 圖 1.2 2 2ASK的解調方法

與 AM 信號的解調方法一樣。2ASK/OOK有兩種基本的解調方法:非相干 解調(包絡檢波法和相干解調(同步檢測法 ，相應的接收系統方框圖如圖 :

(a 非相干解調(包絡檢波(b相干解調

圖 1.3 2ASK/OOK調制 框 圖 3 解調模塊

解調模塊中， 相干解調法經過相乘器—低通—抽樣判決后輸出；非相干解調 經過整流—低通—抽樣判決后輸出。這里調制信號省略了經過帶通濾波器這一環 節，影響不大。低通濾波器后面整個部分是抽樣判決器。其中，抽樣由同步沖激 信號與解調信號相乘實現， 信號值與開關門限值進行比較后， 若信號值較大， 則 輸出 1,否則輸出 0,這樣就實現了判決功能。原理圖如圖 14所示，參數表如表 4所示。

Simulink 解調模塊 2ASK的仿真1、2ASK 信號的調制仿真如圖 1.4所示。

Token5輸出頻率為 20Hz, 幅值為 500e-3的矩形波作為調制電路輸入信號， token7輸出頻率 80Hz, 幅值為 1V 的正弦波， Token6為乘法器，矩形波與正弦波 經乘法器相乘輸出 2ASK/OOK信號。Token8、Token9為分析觀察點。

圖 1.4 2ASK 調制圖

Token8顯示波形(隨機數字信號 :

Token9顯示波形(2ASK 調制信號2、2ASK 信號的解調仿真

Token0, Token2,Token9,Token17,Token18 組 成 2ASK 調 制 電 路

Token10,Token11,Token12,Token13,Token14,Token15組成 2ASK 相干解調電路，Token10、13為抽樣判決器；Token11、17為相乘器；Token10、13為抽樣判決 器；Token7為邏輯緩沖器；Token18, 19,20為分析觀察點。2ASK 調制信號波形 Token18:

輸入隨機數字序列:

2ASK 相干解調輸出波形:

相干解調法輸出波形， 可見與上面的基本相同， 相比于調制信號在時間上有一定延遲， 但基 本上是相同的。

參考文獻

[1] 樊昌信，曹麗娜。通信原理(第 6版。國防工業出版社， 2007 [2] 王力寧。MATLAB 與通信仿真。人民郵電出版社， 1999 [3] 陳亞勇等。MATLAB 信號處理詳解。人民郵電出版社， 2001 第二部分 1 2FSK調制方法 1.基本原理調

頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數字信息，而其振幅保持不變。在 2FSK 中，載波的頻率隨二進制基帶信號在 f 1 和 f 2 兩個頻率點之間變化。其表 達式為: =(2t e FSK ??

???++時 發送“ ”時 發送“ ” 0, cos(1, cos 21(?ω?ωn n t A t A(2-1

: 圖 2.1 2FSK信號時間波形

由圖可見， 2FSK 信號的波形(a 可以分解為波形(b 和波形(c ， 也就是 說， 一個 2FSK 信號可以看成是兩個不同載頻的 2ASK 信號的疊加。因此， 2FSK 信號的時域表達式也可寫成:

式中:g(t 為單個矩形脈沖，寬度等于 Ts ?

??-=P P a n 10, 1, 概 率 為 概 率 為 n 是 a n 的反碼。2FSK信號的解調方法

2FSK 信號的產生方法通常有兩種:模擬調制法(相乘器法和鍵控法，相 應的調制器如圖 2.2。圖(a 就是一般的模擬幅度調制的方法，用乘法器實現；圖(b 是一種數字鍵控法，其中的開關電路受 s(t控制。

(b 數字鍵控法 圖 2.2 2FSK 調制 框 圖

2FSK 信號有兩種基本的解調方法:非相干解調(包絡檢波法 和相干解調(同步檢測法 ，相應的接收系統方框圖如圖 :

(a 非相干解調(包絡檢波

(b 相干解調(同步檢測 圖 2.3 2FSK信號的接收系統組成方框圖 下圖為 2FSK 信號非相干解調過程的時間波形:

圖 2.4 2FSK信號非相干解調過程的時間波形 3 2FSK 信號調制電路設計(1 2FSK 的調制部分

打開 simulink 工具箱，點擊 file 圖標，選擇新建中的 model ，新建一個仿真 空白模型，將 2FSK 信號調至所需要的模塊拖入空白模型中，也可點擊鼠標左鍵 單擊 “add to untitled”。

下圖中 Pulse Generator 模塊為正弦基帶信號模塊， Sine wave1, Sine wave2為頻率為 f1和 f2載波模塊， Product 為乘法器模塊， Scope 為示波器模塊， NOT 為反相器模塊， Power Spectral是功率譜模塊， To File為封裝模塊，目的是方便 調用調制部分。2FSK 信號是由頻率分別為 Sine wave1和 Sine wave2的兩個載波 對信號源進行頻率上的控制而形成的，其中 Sine wave1和 Sine wave2是兩個頻 率有明顯差別的且都遠大于信號源頻率的載波信號。調制模型圖如下圖所示:

2FSK 信號調制部分的 simulink 模型方框圖(2 2FSK 的調制部分參數設置

載波 sin wave1的參數設置

其中 f1幅度為 2;頻率 3HZ;采樣時間為 0.002的信號。

載波 sin wave2的參數設置

其中 f1幅度為 2;頻率 2HZ;采樣時間為 0.002的信號。

本信號源 s(t序列是用隨機的 0 1信號產生，在此為了方便仿真就選擇了基 于采樣的 Pulse Generator信號模塊其參數設置如下:

基帶信號 Pulse Generator信號模塊參數設置

其中方波是幅度為 1,周期為 3,占 1比為 1/3的基于采樣的信號。(3 2FSK 的調制部分仿真以及功率譜分析

經過以上參數的設置后就可以進行系統的仿真，其各點的時間波形如下:

2FSK 調制波形圖 加入高斯噪聲的 2FSK 非相干解調

高斯噪聲是指它的概率密度函數服從高斯分布(即正態分布的一類 噪聲。在理想信道調制與解調的基礎上， 在調制信號上加入高斯噪聲， 把 Simulink 噪聲源下的高斯噪聲模塊(Gaussian Noise Generator加入到模型中。噪聲參數 設置、模型與波形圖如下:

圖 3-19 2FSK加入高斯噪聲模型

圖 3-20 高斯躁聲 Variance 參數設置為 1

原理想信道下的 2FSK 解調圖

方差為 1時候的高斯躁聲下的 2FSK 解調圖

如圖所示，圖 3-19為理想信道解調波形，均為加入高斯噪聲的波形，可通 過修改參數表中的方差來改變加入噪聲的大小，把噪聲的方差設為 1,與理想信 道的輸出波形相比較可以看出， 波形均出現不同程度的失真， 當方差為 1的時候 比較接近原理想信道下的波形圖不同的噪聲使信號發生失真的參數各不相同。在 現實生活中， 無處不存在著噪聲， 因此研究如何減小噪聲對信道的影響有著重大 意義。2FSK的仿真1、2FSK 信號調制圖如圖 3.1所示

圖 3.1 2FSK 調制圖

Token8為隨機數字信號， F=30Hz,A=500e-3,Token9為延遲， Token7,12為載波信 號， 頻率和幅度分別為:75Hz,1V;150Hz,1V ， Token10,13,14,15為觀測點， 且 Token 14輸出為 2FSK 調制信號；Token10輸出:

Token13輸出:

Token15:

2FSK 調制信號(Token14輸出

2.2FSK 信號解調的仿真

如圖 3.1為 2FSK 信號的非相干解調電路，輸入隨機數字信號頻率為 10Hz, 載波 分 別 為 90Hz 和 120Hz,Token0,1,3,15,20,32組 成 2FSK 調 制 電 路 ， Token4,5,24,25,12,27,28,29,14,10組成 2FSK 信號非相干解調電路。

Token4為加法器， Token24,27帶通濾波器， 25, 28為全流整波器， 12, 29為低通濾波器， 14為抽樣判決器， 10和 32為觀測分析點。

Token32: 2FSK 非相干解調輸出： 上圖為非相干解調法得到的輸出波形，可見其與輸入波形出入不大。

參考文獻。《通信原理》樊昌信 曹麗娜 國防工業出版社 2.《現代通信系統分析與仿真——matlab 通信工具箱》李建新 劉乃安 西安電子科技大學出版社 3.《數字信號處理教程——matlab 釋義與實現》陳懷琛 電子工業出版社 4.《現代通信系統——使用 matlab》約翰-G-普羅克斯 西安交通大學出版社 5.《MATLAB 通信工程仿真》張德豐 機械工業出版社 實驗心得 通過實驗，基本掌握了SystemView的基本功能和使用方法，對數字基帶傳輸系統 有了一定的了解，加深了對2ASK和2FSK信號的調制原理的認識，理解了如何對他 們進行解調，掌握了2ASK信號相干解調法和2FSK非相干解調法，通過使用System View仿真，對個調制和解調電路中各元件的特性有了較為全面的理解。對于 2ASK 信號，由調制時通過仿真所

得結果可知，調制信號變化規律與輸 入隨機數字信號基本一致，只是調制信號存在一定的相位差，表明載波信號和隨 機信號參數設置符合要求。在解調系統中，由仿真結果可知，輸入隨機數字信號 與相干解調輸出信號變化規律完全一致，不存在相位差等，表明參數設置正確。對于 2FSK 信號，在調制時，由仿真結果可知，調制信號變化規律與輸入隨 機數字信號基本一致，也存在一定相位差，但這是允許的。在解調時，由仿真結 果可知，非相干解調輸出信號與輸入數字隨機信號變化規律幾乎是一致的，但是 由于通信系統往往存在碼間串擾和噪聲干擾，使解調系統的輸出與輸入隨機信號 有些差別，但這是允許的。

數字通信原理篇3

數字通信原理

（Principles of Digital Communications）

本課程是通信工程專業的專業必修課程，主要介紹數字通信系統的構成、基本工作原理、主要性能指標的計算與分析方法以及數字信號的基本特性。通過學習本課程，使學生對數字通信及數字通信系統有較完整的概念，掌握數字通信的基本理論和技能，為從事數字通信工作奠定一定的基礎。該課程總學時為80學時，其中授課學時為66學時，實驗為14學時。

一、教學目的與要求

本課程的先行課程有：電路、概率論、信號與系統、通信電子技術等。1.了解通信發展史及信息概念。

2、掌握常用的模擬信號數字化的編碼方法。

3、掌握數字信號的基帶、頻帶傳輸原理，最佳接收原理。4.掌握同步技術。

5、掌握差錯控制編碼。

二、教學重點與難點

教學重點：PCM、ΔM編碼、基帶傳輸、頻帶傳輸、信道編碼、同步技術。教學難點：各章節所涉及的數學推導、各種系統框圖、各點波形。

三、教學方法與手段

課堂講授和多媒體教學為主，加強實驗環節，注重培養學生運用理論知識和實際動手操作的能力。

四、教學內容與目標

教學內容

1、緒論

1.1 通信的基本概念

1.2 通信系統的組成及主要性能指標 1.3 信道與噪聲

3、模擬信號的數字傳輸 3.1 相關概念

3.2 脈沖編碼調制（PCM）

3.3 增量調制（ΔM）及其改進型 3.4 其他調制方式

4、多路復用與數字復接 4.1

FDM、TDM

教學目標

了解 掌握 了解

掌握 掌握 掌握 了解

掌握

學時分配（66）1 1 2 10 2 4 2 2 4 2 4.2其他復用方式

6．數字信號的基帶傳輸 6.1

數字基帶信號

6.2

數字基帶傳輸系統

6.3

無碼間串擾的基帶傳輸系統 6.4

眼圖、均衡、部分響應技術 6.5

最佳接收

7、數字信號的頻帶傳輸 7.1

數字振幅調制 了解

掌握 掌握 掌握 掌握 掌握

掌握 2 12 2 2 2 3 3 12 2 7.2

數字頻率調制 7.3

數字相位調制 7.4

QAM 7.5 其他調制及數字調制系統性能比較 8.同步系統

8.1

載波同步技術 8.2

位同步技術 8.3

群同步技術 9.差錯控制編碼

9.1

常用的幾種簡單分組碼 9.2

線性分組碼 9.3

循環碼 9.4

卷積碼

10、偽隨機序列及編碼 10.1 m序列

10.2 偽隨機序列的運用 11.實驗

PCM單多路編、譯碼實驗 △M編、譯碼實驗 HDB3編、譯碼實驗 FSK調制、解調實驗 DPSK調制、解調實驗 循環碼編、譯碼實驗

五、考試范圍與題型

考試范圍與分數比例

1、模擬信號的數字傳輸 2.數字信號的基帶傳輸 3.數字信號的頻帶傳輸 4.同步系統

5、差錯控制編碼

考試題型與分數比例

掌握 2 掌握 2 掌握 2 了解 4 10 掌握 3 掌握 4 掌握 3 10 了解 2 掌握 3 掌握 3 了解 2 4 掌握 2 了解 2 14 4 2 2 2 2

25% 25% 25% 10% 15% 1.2.3.4.填空 選擇 分析 計算 20％ 10％ 35％ 25％

六、教材與參考資料

1、教材：王興亮等編著。《數字通信原理與技術（第三版）》。西安：西安電子科技大學出版社，2009 2.參考教材：

1)程京等編著。《數字通信原理》。北京：電子工業出版社，2001 2)曹志剛。《現代通信原理》。北京：清華大學出版社，1992 3)郭永貞主編。《數字電子技術基礎》。西安：西安電子科技大學出版社，2000 4)李文海等編著。《數字通信原理》。北京：人民郵電出版社，2001

（撰寫人：胡春筠，審核人：）

數字通信原理篇4

批準人： 年 月 日

通信原理概論教案

作 業 提 要

課 目：數字通信原理概述

目 的：通過本節課讓同志們了解數字通信的基本原理及概念，為下一步訓練打下良好的基礎。

內 容：

一、數字通信的概念

二、數字通信系統的模型及主要特點

三、數字通信系統的主要性能指標

四、數字通信網的概念

實施方法：理論講解、多媒體演示 教學對象：集訓隊學員 時 間：20時鐘 地 點：教室

要 求：

1、認真聽課，做好筆記；

2、嚴格遵守課堂紀律不做與上課無關的事項；

3、大家在上課的過程中要積極思考，積極提問。

教學保障：計算機、投影儀各一臺

作業進程

作業準備……………………………………………………3分鐘

1、準備器材，清點人數； 2.宣布作業提要；

3、提示科目理論。

作業實施……………………………………………………42分鐘

同志們這節課我們一起來學習數字通信的基本原理。現代通信技術的發展趨勢為五化：數字化、綜合化、寬帶化、智能化和個人化；而數字化是其它四化的基礎。這不僅因為數字化信息具有很高的傳輸質量，便于加密、糾錯、交換和計算機進行處理。而且采用數字技術可使圖像、數據、話音等各種連續的和離散日消息都能轉換為0和1形式的數字信號，從而綜合在一個網內傳送和處理，實現不同業務終端之間的互通，為通信業務的多樣化和多媒體通信開辟了道路。還使數字傳輸與數字交換得以綜合而實現網絡技術一體化；等等。隨著學習的深入，同志們就會逐步體會到“電信技術的革命關鍵在于數字化”這句話的道理。

模擬通信必將被數字通信所取代已成為世界各國的共識，面臨這一變革。我們本節課的目的在于使同志們對數字通信建立初步的概念，主要介紹以下幾個問題：

1、數字通信的概念

2、數字通信系統的模型及主要特點

3、數字通信系統的主要性能指標

4、數字通信網的概念

一、數字通信的概念

現代電子通信，就它的基本技術體制來說，可以氛圍兩種類型，即模擬通信與數字通信。在講述什么是模擬通信和數字通信之前，我們需要先對模擬信號與數字信號加以說明。

（一）模擬信號與數字信號

1、模擬信號

大家知道，在通信時，消息是攜帶在信號的某個參量或某幾

個參量上的（如連續波的振幅、頻率、相位，脈沖波的振幅、寬度、位臵等）。如信號的某個參量可以取無限多個數值并且與消息一一對應則該信號，稱為模擬信號。如語聲激勵話筒而產生的語音信號，電視攝象機輸出的亮度信號等。

2、數字信號

凡某一參量只能取有限個數值的信號，我們稱之為數字信號。如早期的電報信號、電傳機送出的脈沖信號等。圖b是數字信號的波形，其特點是：幅值被限制在有限個數值之內。

需要說明的是，模擬信號有時也稱為連續信號，因為模擬信號的某一參量可以連續變化（可以取無限多個值）。數字信號有時也稱為離散信號，因為數字信號某一參量的去取值是離散的。

（二）模擬通信與數字通信

通信的目的是為了傳遞和交換攜帶信息的信號。根據信道上傳輸的信號是模擬信號還是數字信號，通信技術體制分為模擬通信和數字通信兩類。

1、模擬通信 通常以模擬信號的形式來傳遞消息的通信方式稱為模擬通信。所以模擬通信系統將按模擬信號傳輸特點來設計。

2、數字通信 通常將以數字信號的形式來傳遞消息的方式稱為數字通信。同理，數字通信系統將按數字信號傳輸的特點來設計。

需要強調的是，模擬信號并非一定要在模擬通信系統中才能傳輸，任何模擬信號都可經模/數轉換邊為數字信號后，在數字信道中傳輸。數字電話通信就是以數字方式傳輸語音模擬信號的例子。同樣，數字信號也并非一定要在數字通信系統中才能傳輸，只要加上相應的數字終端設備，數字信號也可在模擬通信系統中傳輸。任何一種信息，即可以用模擬方式傳輸，也可以用數字方

式傳輸，而且不論是模擬通信還是數字通信，在整個通信系統中有較大一部分是共用的。這對了解數模兼容的通信技術是十分重要的。

二、數字通信系統模型及主要特點

（一）數字通信系統模型及各部分功能

信源：其功能是把原始消息變換成原始電信號。常見的信源產生模擬信號的電話機、話筒、攝象機和輸出數字信號的電子計算機、電傳機、紙帶讀出機等各種數字終端設備。

信源編（譯）碼：信源編碼的功能有二，當信源送來的是模擬信號時，發端的信源編碼器要將模擬信號轉換為數字信號。信源編碼的第二個作用是進行降低信號冗余度的編碼，其目的是減少碼元數目和降低碼元速率，提高傳輸有效性。這方面的內容我們后面會講到。

信源譯碼的作用與信源編碼相反。例如，信源編碼為模數轉換器時，信源譯碼就是數模轉換器。

信道編（譯）碼：信道編碼又稱抗干擾編碼或糾錯編碼。它是將信源編碼器輸出的數字基帶信號人為地按照一定的規律加入多余碼元，以便在接收端譯碼器中發現或糾正碼元在傳輸中的錯誤，這樣可以降低碼元傳輸的概率。初看起來，信道編碼增加多余度的作用與信源編碼降低多余度的作用互相抵消了。其實不然，因為信源編碼中降低的是數字信號中的自然冗余度，它是隨機的，因此自然冗余度不能起糾正錯誤的作用。而信道編碼中加入的多余碼元是為使數碼形成一定規律，從而使接收端能識別并糾正錯誤。

信道譯碼的作用與信道編碼相反。

加（解）密器：其作用是對信碼進行加（解）密。數字調制（解調）器：將工作在較低頻段上的數子基帶信號

經過調制，將數字基帶信號的頻帶搬移到相應的信道頻帶上。

說明：

1、一個實際的數字系統，并非都具備以上所有環節。

2、由于數字通信傳輸的是一個接一個按節拍傳送的數字信號，所以接收端必須有一個與發送端相同的節拍；不然，會因為收發步調不一制而造成混亂，故數字通信系統必須有一個同步問題

（二）數字通信的主要特點

通過剛才對數字通信系統模型和各部份作用的學習，接下來我們簡要介紹一下數字通信的特點。

1、抗干擾能力強，無噪聲積累

在模擬通信中，為了提高信噪比，需要及時對傳輸信號進行放大（增音），但在放大的同時噪聲也被放大，由于模擬信號的幅值是連續的，難以把傳輸信號與干擾噪聲分開，隨著傳輸距離增加，噪聲積累也隨之增大，從而使傳輸質量惡化。

在數字通信中，由于數字信號的幅度取值只有有限個（通常取0和1兩個值），在傳輸過程中受到噪聲干擾時，只要信噪比沒有惡化到一定程度（噪聲不使判決發生錯誤），可通過經一段距離再生一次的方法，再生出已消除噪聲的原發送信號。由于無噪聲積累可實現長距離高質量傳輸。

2、便于加密

3、可采用信道編碼技術使錯誤率降低；

4、設備便于集成化、微型化；

由于設備中大部分電路都是數字電路，而數字電路比模擬電路更容易集成化，可采用大規模和超大規模集成電路，制成體積小、功耗低、成本低、可靠性高、速度快的設備。

5、更有利于傳輸和交換的綜合

在計算機和程控數字交換技術迅速發展和廣泛應用的背景下，數字通信能使傳輸和程控交換都以數字信號形式進行。這不僅可省去許多設備，而且大大改善男端對端的話音質量。數字交換和數字傳輸的結合形成了綜合數字網（IDN），這將使通信網的建設大為便利和節約，并便于利用計算機對數字信息進行各種處理。

6、可兼容數字、電話、電報、數據和圖像及各種信息的傳輸，組成綜合業務數字網；

數字通信中所有的信號（語音、電報、音樂、數據等）都可以轉換為統一形式的二進制數字脈沖，進入IDN進行傳輸和交換，實現端對端的數字連接，成為綜合業務數字網（ISDN）。ISDN可為多種業務共用，因此通信網變得更為靈活和經濟高效。在實際應用中還可帶來極大的便利。

7、占用信道頻道寬（缺點）；如：模擬通信一路話占4KHZ，數字電話一路話占十幾至幾十KHZ；

以上列舉了數字通信的主要優點，但數字通信也有它的缺點，最主要的一個缺點是占用的信道頻帶比較寬。我們只舉一個例子給出大致的數量概念，以通電話為例，模擬通信中一路話音信號占用的頻帶為4kHz，而數字電話一般需要十幾~~幾十kHz的帶寬；此外數字通信的設備一般 也比模擬通信復雜一些。

三、數字通信系統的主要性能指標

在設計及評價一個通信系統時，必然涉及通信系統的性能指標問題。通信系統的性能指標包括信息傳輸的有效性、可靠性、適應性、經濟性、標準性、及維護使用方法等等。因為通信的任務是傳遞信息，從信息傳輸角度講，在各項實際要求中起主導的、決定作用的，主要是通信系統傳輸信息的有效性和可靠性。

（一）有效性指標

指給定信道和時間內的傳輸信息的多少，是系統信息數量上的表征；它通常用碼元速率RB、信息速率Rb和頻帶利用率衡量。

1、碼元速率（RB）

碼元速率RB也稱為傳碼率，符號傳輸速率等。定義：碼元速率RB是指每秒鐘傳輸碼元的數目。單位：為波特（baud）簡記為B。

2、信息速率（Rb）也稱為傳信率、比特率。定義：每秒鐘傳輸的信息量。單位：比特/秒，簡記為（b/s）

3、頻帶利用率（η）單位頻帶內的傳輸速率。

（二）可靠性指標

是指信道系統傳輸信息質量上的表征，指的是接收信息的準確程度。衡量數字通信系統可靠性的主要指標是錯誤率，具體的有誤碼率Pe和誤信率（誤比特率）Pb兩種表示方法。

1、誤碼率（Pe）

在傳輸過程中發生誤碼的碼元個數與傳輸的總碼元數的比值，用Pe表示；

2、誤信率（Pb）

系統在傳輸中發生差錯的比特數與傳輸總比特數的比值，用Pb表示。

錯誤率的大小由通路的系統特性和信道質量決定。最后需指出的是：可靠性和有效性指標是互相矛盾的和可以互換的，即可通過降低有效性的方法來提高系統的可靠性，或反之。

四、數字通信網的概念

（一）通信網的概念及發展方向

通信的最基本的形式是在點與點之間建立通信系統，但盡管

有許多這樣的通信系統，還是不能稱為通信網，只有將眾多的通信系統按一定拓撲模式組合在一起才稱為通信網。即多個點對點的通信系統相互連接構成的通信體系稱為通信網。通信網硬件的三要素為：終端節點（對應圖中的用戶）、交換節點（對應圖中的端局，匯接局）及傳輸鏈路。對傳統的模擬通信方式而言，終端節點發出的和接收的信號都是模擬信號，鏈路中傳輸和交換節點交換的信號及是模擬信號，這樣的通信網叫模擬通信網。

隨著經濟的高速發展，要求通信網提供的業務種類越來越多，傳遞信息的形式已從傳統的電話通信向數據通信、圖像通信乃至多媒體通信等多樣化方向發展。且通過通信網傳輸、交換、處理的信息量不斷增大，質量要求也越來越高，這就要進一步提高傳輸效能及設備效率等等。現代通信網根據這種形勢，正加速采用現代通信技術，以計算機為基礎的各種智能終端技術和數據庫技術積極使通信網向數字化、綜合化、寬帶化、智能化和個人化方向發展。世界各國在發展過程中第一步通常是建設本國的綜合數字網（IDN），第二步是在IDN的基礎上組建綜合業務數字網（ISDN）和寬帶綜合業務數字網（B-ISDN）下面我們就對IDN和ISDN作一簡要介紹。

（二）綜合數字網（IDN）

由于微電子技術和計算機技術的發展，目前國際上較發達國家長途傳輸的數字化已接近百分之百，市內電話局中交換設備也基本數字化。采用數字傳輸與數字交換綜合而成的電話網稱為綜合數字網（IDN）。這里的綜合是指傳輸和交換處理都是以數字方式進行的，但在IDN中，終端節點所發送的信號仍然是模擬信號。

由于終端節點發送的信號是模擬信號，所以，這樣的網絡不能進行業務的綜合，即對不同的通信業務需要不同的專用IDN。為電話通信所建立的IDN就叫電話IDN。

綜合數字網除了具有1)、抗干擾性強；2)、失真不積累；3)、終端設備簡單；4)、便于加密；5)、網絡成本低；6)、傳輸性能好等數字通信技術所具有的優點外，還由于廣泛采用數字設備后，數字網在連接點上不再需要模/數交換和數/模變換，因此可以節省許多費用，降低了網絡成本，并能提高傳輸性能，經濟的實現高質量通信，具有較好的經濟效益。隨著各種電信新業務的日益增多，綜合數字網為將來過渡到綜合業務數字網（ISDN）創造了必要的條件。

（三）綜合業務數字網（ISDN）

1、ISDN的基本定義和特點

ITUT在1984年提出的關于ISDN的一系列建議中指出ISDN是以電話IDN為基礎發展而成的網絡。它提供對端的數字連接性，用來提供包括話音和非話音業務在內的多種業務；用戶能夠通過一組標準多用途的用戶/網路接口接到這個網絡。

ISDN的基本概念和特點可歸納為以下幾點： 1）ISDN是可以提供多種業務的電信網絡；

2）ISDN在電話IDN的基礎上發展而成的，發展初期還是以電話為主；

3）ISDN主要特點是在網內可實現端到端的數字連接； 4）用戶通過一組標準多用途的用戶/網路接口接入網絡，可以適應不同業務的終端；

5）ISDN的用戶終端設備中網路組成可以分別開發，網路可用不同方式向用戶提供多種業務；

6）為利于網路維護和管理，ISDN應具有包括信息處理在內的綜合網路功能。

由上述特點可知，采用ISDN給通信網建設帶來的好處為： 1）由于通信網內的技術設備可謂多種業務共用，因此通信網

變得更為經濟有效。

2）在規劃和介入新任務時具有很大靈活性。

3）傳輸和交換過程中不需要經過信號形式的變化，有利于傳輸質量的提高。

4）同一的操作程序，使用者便于操作；同一的技術，簡化了運營與維護，節省費用。

5）對光纖等傳輸介質的寬帶特性可充分利用。

一個通信網只要它能夠提供數字連接，不論網路如何組成，從用戶的觀點看，它就是ISDN；只要遵循業務標準，網路能力標準，接口標準，每個國家都可以按照各自的國情以不同方式實現ISDN。

作 業 講 評

本節課我們利用了約45分鐘時間對數字通信原理概述進行了學習，今天的學習過程中，同志們認真聽講、積極思考，對數字通信原理概述知識有了一定的了解。好的同志有XXX，他們學習興趣濃厚，在課堂中積極發言，希望在以后的學習中大家向他們學習。下節課我們將對數字光纖通信原理進行學習，希望同志們利用課余時間進行預習。今天的就講到這里。

思 考 題

1、模擬信號與數字信號之間的區別是什么？舉例說明。

2、試述數字通信的主要特點有哪些？為什么？

3、數字通信系統中，其可靠性和有效性指是什么？

教員：楊博

2011年12月15日

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