通信与系统仿真教案

通信与系统仿真教案主讲教师：邵玉斌职称：副教授所在部门：信息工程与自动化学院通信工程系学年学期：2005—2006学年第1学期专业班级：通信工程021022课程总学时：32总学分：2其中讲课学时:20；实验学时：0；上机学时：121一、本课程教学总体设计与思路1.本课程教学过程与考核方式的设计《通信与系统仿真》是通信工程专业的专业必修课程，强调培养学生的创造性和实践性工程能力。本课程通过使用现代系统仿真技术、方法以及软件，对通信工程专业的重要专业基础课程《通信原理》，《信号与系统》，《数字信号处理》等所讲授的理论知识进行仿真实现，从而使得本专业的学生能够理论联系实际。巩固所学的理论知识，同时培养学生的实际动手能力，特别是计算机编程用于通信工程领域的能力，使得学生所学知识能够学以致用，是本课程的首要任务。本课程学分数为2学分，课堂教学学时为20学时，讲授利用MATLAB建立通信系统模型的基本原理和基本方法。上机实验为12学时，通过进行4～5个综合性上机实验，使学生锻炼从仿真方案设计，计算机建模，到仿真结果分析的连贯系统的理论应用能力和实践动手能力。培养学生创造性思维。本课程采用多媒体教学手段，为必修性质的考查课程。以平时成绩，实验报告和大作业成绩综合评价得出期末成绩。2.各部分学时分配与安排讲授学时为20学时。主要讲授内容及学时安排如下：（一）仿真概述和MATLAB基础（6学时）（二）利用Matlab产生通信信号（2学时）（三）离散系统和离散信号处理（4学时）2（四）脉冲编码调制PCM的性能仿真（2学时）（五）模拟调制的Matlab仿真（2学时）（六）数字基带传输系统的Matlab仿真（2学时）（七）数字调制系统的Matlab仿真（2学时）3.本课程教材及教学内容的取舍与增补本课程是通信工程专业建设教学改革的建设课程。1999、2000、2001级采用了自编教材，应用效果反映良好。在自编教材的基础上，我们对教学内容的深度和广度作了大量扩充，并结合了通信工程专业2004版教学计划和教学大纲的要求，形成了正式出版的教材。目前该教材已经由西安电子科技大学出版社出版全国发行。本次授课将以该教材作为教科书，根据教学大纲的指导对教材内容取舍后实施。《MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用》一书设计教学内容比较广泛，可用于通信工程大学高年级以及研究生的教学参考书，设计学时为48学时。教材内容完全覆盖了我校通信工程专业教学大纲的要求。4.各部分教学内容的相互关系如上所述，教学内容主要分为6大部分：利用Matlab产生通信信号、离散系统和离散信号处理、脉冲编码调制PCM的性能仿真、模拟调制的Matlab仿真、数字基带传输系统的Matlab仿真、数字调制系统的Matlab仿真。基本涵盖了《通信原理》课程教学体系的基本通信模块，并且利用了较多的信3号处理的知识。首先介绍了通信信号的产生原理和方法，然后以数字信号处理的观点对信号的时域和频域特征进行了分析，并给出了分析方法的程序实现。接着对数字滤波器的设计和实现作出了深入的建模和编程介绍。有了信号处理的基础实践能力，才能够对通信系统的建模进行讲解。接下来从通信原理的角度讲解了信源PCM编码，基带传输和调制传输的建模实例与仿真分析方法。在讲解中注意将MATLAB编程和SIMULINK可视化建模作对比讲解。通过建模和仿真实例让学生基本掌握通信系统仿真的思路和方法，再通过实际上机实验加以深化和巩固。5.各部分教学方式5.1习题安排考虑到该课程实践性非常强的特点，习题计划中将无纯理论作业，而是将所布置习题与上机实验题结合起来，以实验报告或小论文、总结的形式完成。5.2辅导答疑安排由于教务处无专门的辅导答疑时间和场地安排，计划将辅导答疑和上机辅导合并，在学生上机实验中实时解决编程仿真中遇到的学习问题。在讲授中安排部分时间进行上机习题解答。并在主讲教师网站shaoyubin.ys168.com上给出辅导课件的下载。5.3实验安排4无。5.4上机安排安排12学时的上机，6次上机。在练习了MATLAB基本使用和语言编程之后，以通信系统综合建模仿真类的课题为实验的主题内容。在教师提出上机题目的提示下，鼓励学生创造其感兴趣的上机实验题目并经过教师审核同意后实施。5.5现场教学安排使用多媒体教学环境。突破幻灯片PowerPoint的教学模式。讲授采用仿真实验原理、方法讲授加上课题教师演示实验的方式进行。将此作为现场教学方式进行。6.本课程与相关课程关系的处理讲授本课程时，学生已经完成了《通信原理》、《信号与系统》的学习，并正在学习《数字信号处理》、《移动通信》等课程。本课程将以《信号与系统》、《数字信号处理》中的频谱分析和滤波器原理作为基础，以《通信原理》中的通信系统模型作为仿真对象加以讲授。使该课程成为通信工程专业课程之间的实践方法论和工具。7.其它无。二、分章节设计第一章MATLAB和通信仿真的概述51.主要教学内容通信仿真的原理和应用概况。通信仿真工具软件的介绍。课程学习的意义、注意事项和课程内容结构介绍。2.教学目的通过对通信仿真课程介绍，让学生了解学习该课程的意义，实用价值，学习内容和相应的学习方法。为学习好该课程打下基础。3.教学重点本章的学习重点是通信仿真的应用概况，课程学习的意义、注意事项和课程内容结构介绍。4.教学难点教学难点是通过讲授树立学生对系统仿真的初步概念和学习思路－一定要和实践结合起来，才能够学好。5.主要教学方法及手段采用多媒体教学，加上MATLAB工具软件的演示和介绍。6.计划学时1学时。7.对应教材章节1.1，1.2，1.3。第二章MATLAB语言基础61.主要教学内容MATLAB介绍：特点，编程入门仿真程序设计MATLAB在通信仿真中的基本数值计算原理2.教学目的通过对MATLAB特点，编程入门以及MATLAB在通信仿真中的基本数值计算原理的介绍，让学生对仿真工具初步具备使用能力。3.教学重点本章的学习重点是：MATLAB程序设计的构架，编程语言语法。MATLAB数值运算的原理。基本数值运算编程：数组，矩阵，微积分以及基本方程的求解问题。4.教学难点教学难点是MATLAB的数值计算方法。需要学生对数学知识：微积分和线性代数有比较熟练的应用能力。5.主要教学方法及手段采用多媒体教学，加上MATLAB数值计算程序演示。6.计划学时5学时。7.对应教材章节72.1，附录A.1～A.6，6.1。第三章利用Matlab产生通信信号1.主要教学内容MATLAB仿真中的信号处理：数据采集和信号产生信号特征参数计算和频谱分析2.教学目的通过教学要求学生掌握通信信号的MATLAB产生方法，信号参数的计算和频谱特征。3.教学重点本章的学习重点是：信号的概念和信号参数（功率，统计特征）的数学和物理意义。4.教学难点教学难点是信号参数的数学和物理意义、频谱的概念和应用FFT分析频谱。5.主要教学方法及手段采用多媒体教学，加上MATLAB编程程序演示。6.计划学时2学时。7.对应教材章节6.2，6.3，6.4。8第四章离散系统和离散信号处理1.主要教学内容MATLAB线性系统建模数字滤波器的设计与实现MATLAB信号处理的仿真原理2.教学目的通过教学要求学生掌握数字线性系统的概念，设计与实现以及仿真实现原理以及相应的建模编程技术。3.教学重点本章的学习重点是：线性系统概念数字滤波器概念，设计和实现SIMULINK原理4.教学难点教学难点是：数字滤波器设计和实现原理。SIMULINK建模的方法。5.主要教学方法及手段采用多媒体教学，加上MATLAB编程程序演示。6.计划学时4学时。7.对应教材章节96.5，6.6，2.2，2.3,。第五章脉冲编码调制PCM的性能仿真1.主要教学内容取样和取样定理的建模仿真PCM量化编码过程和算法的仿真PCM编码的抗干扰性能仿真2.教学目的通过教学要求学生掌握取样定理、模拟信源数字化的编解码过程，PCM编码建模和性能仿真编程技术。学习信源编码的建模仿真的编程技术。3.教学重点本章的学习重点是：取样定理原理和编程实现，时域频域分析PCM编码的仿真实现和性能测试4.教学难点教学难点是：取样定理的理解、PCM13折线算法的编程实现。学习数学原理到工程仿真系统的实现之间的算法建模和编程过程的学习。5.主要教学方法及手段采用多媒体教学，加上MATLAB编程程序演示。6.计划学时102学时。7.对应教材章节5.3。第六章模拟调制的Matlab仿真1.主要教学内容幅度调制波形和频谱分析角度调制波形和频谱分析一个模拟单边带收发信机的仿真实现和性能仿真2.教学目的通过教学要求学生掌握调制技术的原理和仿真实现方法，并通过仿真系统来得出在不同信噪比信道环境下调制传输的性能结果。学习通信系统建模仿真的编程技术。3.教学重点本章的学习重点是：模拟调制的数学原理和编程实现调制系统的仿真实现4.教学难点教学难点是：模拟调制系统从数学原理到工程仿真系统的实现之间的建模和编程过程的学习。5.主要教学方法及手段采用多媒体教学，加上MATLAB编程程序演示。6.计划学时112学时。7.对应教材章节5.4。第七章数字基带传输系统和数字调制系统的Matlab仿真8.主要教学内容数字基带传输系统调制波形和频谱分析数字调制系统的波形和频谱分析调制信道的仿真技术9.教学目的通过教学要求学生掌握数字调制技术的原理和仿真实现方法，并通过仿真系统来得出在不同信噪比信道环境下基带传输和数字调制传输的性能结果。进一步学习通信系统建模仿真的编程技术。10.教学重点本章的学习重点是：数字基带系统仿真和传输误码率建模实验数字调制系统的仿真实现调制通信信道的建模和仿真技术11.教学难点教学难点是：高斯加性信道条件下的通信系统误码率理论和对应的仿真实验之间的联系。1212.主要教学方法及手段采用多媒体教学，加上MATLAB编程程序演示。13.计划学时4学时。14.对应教材章节5.5，5.6，5.11。三、实践环节安排计划1)上机实验安排：实验题目实验内容实验学时MATLAB基础练习指令窗、M文件编辑、仿真、数据采集、数据处理、矩阵运算等4通信信号产生和测试信号发生器、示波器、频谱仪等2通信信号处理和滤波器实现时域仿真频谱测试2PCM编码解码实验声音信号采集，PCM编码，误码加入，PCM解码和音质测试2调制与解调FSK、PSK、QPSK22)小论文安排：MATLAB编程仿真和SIMULINK可视化建模仿真的对比四、期末成绩评定方式以考查分值加权计算，其中上课考勤10%上机实验报告70％小论文20%