《通信原理》课程综述

《通信原理》课程综述课程名称任课教师班级姓名学号日期《通信原理》作为通信专业的骨干核心课程，在通信专业的学习中占有极其重要的地位。

尽管我们只是电子信息工程专业的，同样需要很好的掌握，因为它对我们之前学习的课程是一门很好的总结性课程。

在这门课程中，我们要从模块级、系统级的层次上，深刻理解通信系统的基本理论，熟练掌握对通信系统进行分析和设计的基本方法。

着重培养了我们分析问题和解决问题的能力，以及掌握现代通信方面不断涌现的新理论、新技术的能力。

一、《通信原理》课的地位和作用打一个比方，如果把信息工程的整个知识结构看作一棵大树的话，《通信原理》课就是这棵大树的主干，它在诸如高等数学、工程应用、电路信号、模电数电、电磁场等等土壤、根须这样的基础课之上，撑起了信息工程专业的树冠，而后续的专业课恰恰是这棵树上结出的果实。

因此，在系统知识框架中，《通信原理》课起着承上启下、顶天立地的重要作用。

也正因为此，我们才要深入并好好学习这门课程，才能在最后进入社会、参加工作时将理论应用于实践中。

二、与《通信原理》相关的前续课程前面我们已经提到许多通信专业的基础课，其中与《通信原理》课最相关的是《高等数学》、工程数学中的《概率与随机过程》以及《信号与系统》。

《高等数学》提供我们理论上分析推导的数学基础；《信号与系统》教会我们对确知信号不仅可以进行时域分析，而且可以变换到频域、复频域上分析的分析方法；《概率与随机过程》指导我们如何弄清随机信号（通信中的信号即为此类信号）的性质、规律，以及对其分析的方法。

所有这些对我们学好《通信原理》课有着重要的意义，不论缺少了哪一部分，都会或多或少地影响对通信原理的学习。

三、《通信原理》课的特点及其学习中应注意的问题《通信原理》课作为敲门砖般的专业基础课，有其自身的一些特点，主要表现在以下的三个方面：1．强的理论性《通信原理》课有极强的理论性，表现为有大量、严密的数学推导和公式（这也正是我们要求有好的数学基础的原因），而且分析、推导的方法往往从时域和频域同时展开（《信号与系统》课的功劳），这要求我们从时域和频域的不同侧重点，全面、准确、方便地理解信号，掌握系统处理的特点和结果。

这些充分体现了它作为基础课的特点。

因此，为了真正弄懂通信系统的原理和分析方法，我们在学习时必须埋下头、静下心，自己动手认真推导公式，细心体会得到的结论（这对准备考研的同学尤为重要，因为一些没有现成公式的求解，常常需借用书上公式的推导思路和方法），不能只求记住结论和公式。

而想要达到灵活运用结论和公式的能力，就要像在学习基础课时一样，进行必要的练习，因此希望同学们要认真地对待每一道习题。

2、强的系统性学习通信原理要站在通信系统的角度来分析和研究问题，因为它不同于电路、模电、数电，只是实现一个局部的功能，而往往是某一种点对点的完整通信系统。

这是它作为专业课的特点之一。

因此希望大家认真研读第一章的内容，这一章就像我们游览时的总导游图，告诉我们在以后各章的一条条游览线路。

例如：模拟通信系统是第三章的模拟线路图，包括“调制---信道---解调”三大块景点，支线图是AM线路、DSB线路、SSB线路、VSB线路、FM线路和PM线路。

数字通信系统是又一条数字线路图，支线是数字基带通信系统（第四章）和数字频带通信系统（第六章）。

而第五章模拟信号的数字化，是模拟线路图线路上的人要想游览数字线路所架设的索道，有了这条索道就可以实现模拟信号的数字传输。

第五章的最佳接收、第八章的差错控制和第九章同步系统都是通信系统中的关键技术，它们就像故宫中的珍宝馆，是精华和关键的所在。

因此，我们学好第一章，就会一图在手、心中有数。

有数就是知道通过通信原理课的学习，我们将掌握哪些知识。

我们每开始学习新的一章，就该拿出这张导游图来，看看我们将游览哪些景点，掌握哪些内容，每学完一章，还应该再拿出导游图来，查查我们是否每个景点都游到了、学会了。

如果说我们要把书从厚读薄，那么这张总的导游图就是这本书的全部。

《通信原理》课大、内容多。

就每一章来说，能听懂、会做题，但没有课程的整体思路。

这主要是没有弄清总的导游图，仓促上路，只是疲于奔命地跟着导游往前赶，走的什么线路，不知；下一个景点为何，不详。

游完一线下来，只记住了一些刚讲过的内容，对刚讲过的内容套公式，可以照猫画虎地做题。

但它与前后的关系并不清楚，当题目改头换面再出现时就不认识了。

刚才讲的是大思路，而每一章还要弄清其局部思路。

我们前面提到，通信原理是对通信系统的模块级、系统级的学习，因此抓住系统的模块框图就是抓住了系统的思路，依据具体模块框图可以数学地描述信号从发端信源、处理（常常是编码或调制）、传输、逆处理（常常是解码或解调）到信宿的全过程（这既包括时域的描述，也包括频域的描述）；依据具体模块框图可以画出信号在各点的波形和频谱；依据具体模块框图还可以分析系统的性能（求解信噪比或误码率）。

可以这么说，对于具体的通信系统来说，模块框图就是纲，纲举才能目张，只要抓住了这个关键，再加上相应的数学推导，其他的问题就会应刃而解。

3．强的物理性学习通信原理常常会感到，虽然公式记了不少，却不知如何用；题目中已知条件给了不少，却弄不清楚是什么意思。

这实际上反映了通信原理课的另一大专业课的特点：通信系统中的原理和物理量都有明确的物理意义，在学习的过程中必须仔细体会、深刻理解，否则，就会出现刚才提到的问题。

例如：在通信中具有前瞻和指导意义的香农公式：22011S S C B log ()B log ()N n B=+=+,你不能只停留在简单地记住它，给一些现成的量代进去计算一下。

一个公式推导出来，要仔细地分析：在这个公式中有哪些物理量？他们的量纲为何（这往往就是它的物理意义所在）？他们反映了实际系统中的什么？这些量都是如何相互联系、相互作用的？公式运用的条件？公式能得出什么结论？如何应用这个公式等等。

对于搞工程的人来说，在学习中只做到代代公式解解题，是完全不够的。

我们的目的是解决问题，因此，面对每一道习题，就像面对一个需要具体解决的实际课题。

在解题过程中，请把你把平时对各个公式的思考带进去，从中体会实际与公式中各个量得的关系和意义。

在每一道题上分清不同的条件带来的影响，分析由此带来的不同结果，提出解决的步骤，感受计算数据量上的意义。

只有经过这样不断的思考，你的知识才会升华，才会变成你解决问题的秘诀。

另外提供一个强化公式物理意义理解的一个小方法。

每当一个公式摆在你面前时，试着用最准确、最完整、最科学的语言去描述它。

因为一个你都说不清楚的公式，要说你理解它了，谁能相信呢？下面来谈谈具体这门课程讲了哪些内容：上面是我画的认为比较完整的通信系统的简单流程图，对此我作一翻解释。

首先日常生活中的信号总是模拟的，我们把这些信号通过滤波等处理，得到带限的信号，这里以基带信号signal为例子，signal 经过采样保持电路，我们就得到PAM信号，如图，这样的信号就是离散信号了。

离散信号经过量化归属到各档次的幅度中，比如我们有2V，4V，6V，8V四个档次的归类，并且规定1V~3V之间的PAM离散信号就归类到2V的档次中去，依次类推，通过比较给每个PAM信号进行归类，这就是量化。

之后将量化了的信号进行编码，编码是一种认为规定的过程比如我们规定2V 用00表示，4V用01表示，6V用10表示，而8V用11来表示，这样就把阶梯信号和二进制信号有了一种对应关系，顺着这种对应关系，我们可以得到刚才量化了的信号的二进制代码，这就是PCM编码得到了可以在存储器中存储的数字信号。

以上从模拟到数字信号的一种转变就是我们常说的A/D转换。

至于我们平时要求的转换比特率的求法可以从它的转换过程得出计算方法。

一个PAM信号对应一个档次，而一个档次对应几个比特的数字是在编码中体现的，例子中就是一个档次对应两个比特，假设这种对应关系是1对N个比特，对模拟信号的采样率是F，也就是1秒钟有F个PAM信号，这F个PAM信号就要被转换成F*N 个比特，所以比特率就是F*N了。

对于完成转换的数字信号，我们如何处理呢？有的是被放进存储器中存储了，有的是到CPU中进行计算、加密等处理了。

通常为了达到通信目的，我们就要将数字信号传递并且转换成模拟信号，毕竟在生活中模拟信号才是我们可以识别的。

所以我们从存储器中读取数字信号，这些信号是基带信号，不容易传输，经过数字调制系统就可以转换成高频信号而被发送设备以各种形式比如微波，光信号传播出去。

发送这些高频信号的速度关系到发送的比特率，注意与前面的转换的比特率有所不同。

假如整个发送端可以发送四中波形A、B、C、D，它们可以分别表示发送了00，01，10，11信号，那么我们就说发送一个符号（即波形）就是发送了两个比特了。

由此得到符号率与比特率的关系B=N*D。

D是符号率baud/s，B是比特率bit/s，N表示一个符号与N个比特对应。

接收设备将这些信号转换成电信号，通过解调器，就可以还原基带信号，同样可以将它们放进存储器存储，这可以理解成网络视频在我们的电脑上的缓存。

缓存中的信号通过解码器，也就是与编码器功能相反的器件将数字序列转换成各种量化的台阶（档次）信号。

最后将台阶信号进行填充恢复，我们就又可以原来的输入的模拟波形了，由此我们完成一次通信。

如果模拟信号不需要数字化，那么我们可以进行模拟调制，同样可以发送出去，这个过程要简单很多。

当然，这里所讲的只是我们学习中所涉及的一些概念，完整的通信系统还有更多要考虑的，这只是我觉得通信过程的关键的骨架问题。

还有几个概念是对它们的理解和总结，希望可以和大家分享：1.二进制比特率与信息量中的比特率因为我们假定二进制信号是等概率发生的，也就是P=0.5，而信息量的定义是这样的I=-log2(p)bit，通过此式，我们可以计算发送的一个二进制符号的信息量I=-log2(0.5)bit=1 bit，所以我们通常说一个0或者1就是一个比特了。

2.方波的带宽问题由上图我们可以注意到，一个持续时间为T的方波，它的频谱是一个SINC 函数，零点带宽是1/T，即时间的倒数。

当然，方波的带宽是无限大的，因此这样的波形在现实中是很难实现的，我们只能给方波提供一定的带宽，就是说得到的肯定只能是经过了过滤的波形。

在这里我们可以联系到吉布斯现象。

我们可以这样理解：频率越大，就说明变化越快，而方波的转折点处就是一个极快的变化也就是有频带的高频部分构成，而经过带限的滤波之后，高频被滤去，得到的波形在转折点处就变慢下来，于是在需要变化快的地方（如方波的转折点）变化慢，由此产生吉布斯现象。

3.升余弦滚降滤波器我们知道升余弦滚降滤波器是防止码间串扰而设计的。

码间串扰是指各个时间点上发送的符号并非准确的方波，而是在规定的时间内仍有余波，于是对下一个时刻发送的符号产生影响，最后可能因为影响的叠加效果而使后果严重，得到相反的采样结果。