《通讯原理与技术》课件

通讯原理与技术深入探讨通讯技术的基本原理了解现代通信系统的工作原理和关键技术,学习信号分析、编码解码、频率调制解调等核心概念为后续课程奠定基础,课程简介了解通讯原理掌握关键技术分析通讯网络展望未来发展课程将深入探讨通讯的基本课程涵盖调制解调技术、信课程还将介绍局域网、广域最后课程将概述光纤通讯、,定义、特点，以及通讯系统道编码、数字通讯等核心技网、移动通讯等不同类型的、物联网等前沿技术帮5G,的基本组成学习信号的表术帮助学生全面理解现代通讯网络解析其结构与特助学生了解通讯技术的发展,,示与分类、频域分析等理论通讯的工作原理点趋势知识通讯的定义和特点通讯的定义通讯的特点通讯技术的发展通讯是指利用电磁波或其他信号媒介传通讯具有实时性、双向性、广域性等特随着科技的进步通讯技术不断更新从电,,递信息的过程它能够实现信息的远距点为人们的生活、工作和交流提供了重报到宽带网络为人类社会提供了越来越,,离传输、接收与交流要支撑便捷高效的信息传输服务通讯系统的基本组成信源信道12信源是产生信号的装置可以是声音、影像、数据等各种形信道是信号传播的介质可以是有线、无线、光纤等负责传,,,式输信号信宿信源编码器34信宿是接收并对信号进行处理的装置用来还原出原始信号信源编码器将信源的模拟信号转换成数字信号提高传输效,,率信号的表示与分类模拟信号数字信号连续时间连续幅度的信号可以离散时间离散幅度的信号采用,,表示为数学函数如正弦波、锯和两种状态来表示如脉冲序,01,齿波等列、方波等信号分类信号表示依据信号的周期性、随机性、可以用数学函数、时域波形图、能量等特征可分为周期信号、频域频谱等方式来表示和分析非周期信号、随机信号等信号特性信号的频域分析傅里叶变换1将时域信号转换为频域信号频谱分析2识别信号的频率组成成分带宽计算3确定信号所占用的频带范围频域分析是通信领域的基础技术之一它可以帮助我们更好地理解信号的频率特性为后续的调制、编码、滤波等技术的应用奠定,基础通过傅里叶变换和频谱分析我们可以计算出信号的带宽为通信系统的设计提供关键依据,,振幅调制和频率调制振幅调制利用载波的振幅变化来携带信号,适用于传输模拟信号通过调制指数可控制带宽和信号噪声比频率调制利用载波的频率变化来携带信号,信号质量较好,但带宽较宽适用于传输音频和视频信号调制与解调调制是将信号映射到载波之上,解调是从载波中提取出原始信号这是通信系统的核心过程数字调制技术基本概念常见技术优势发展趋势数字调制技术是将数字信号常见的数字调制技术包括移数字调制可以提高抗干扰能随着通信技术的不断进步,转换为适合在通信信道上传相键控、频移键控力、传输速率和频谱利用率数字调制技术也在不断发展PSK,,输的模拟信号的过程这种和幅度移键控是现代数字通信系统的核心如正交频分复用和FSK ASKOFDM技术可以提高信号传输的可每种技术都有自己的优缺点技术之一多输入多输出等新,MIMO靠性和效率适用于不同的应用场景技术正广泛应用于无线通信系统信道编码和信道多址信道编码频分多址时分多址信道编码通过添加冗余位来提高数据在频分多址技术允许多个用户共享同一频时分多址技术通过将时间划分为多个时信道上的传输可靠性常见的编码方式包带通过分配不同的载波频率来实现数据隙每个用户被分配专属的时隙进行数据,,,括卷积编码、块编码等的并行传输发送实现共享信道,信道噪声和信噪比0dB噪声功率在接收端的噪声功率为输入功率的100%3dB信噪比3dB的信噪比意味着信号功率是噪声功率的两倍10dB良好信噪比10dB的信噪比可以确保良好的通信质量通信信道中会存在各种噪声,如热噪声、干扰噪声等,会降低信号的质量信噪比Signal-to-Noise Ratio,SNR是衡量信号质量的重要指标,反映了信号功率与噪声功率的比值较高的信噪比意味着更好的通信性能信号的采样和量化信号采样将连续时间信号转换为离散时间序列，采样率决定了系统的性能量化过程采样后的信号被量化成一个有限个离散电平，量化位数决定量化精度信号重构通过插值和滤波可以从采样信号中重构出原始连续信号脉码调制和数字带通带宽脉码调制数字带通带宽PCM脉码调制是一种将模拟信号转数字带通信号的带宽取决于采换为数字信号的技术通过对信样频率和量化位数较高的采样,,号的采样、量化和编码而实现频率和量化位数可提供更高的带宽和更好的信号质量优势应用与模拟信号相比数字信号具有脉码调制广泛应用于语音、音,更好的抗干扰性、更容易信号乐、视频等数字通信领域是现,处理和传输的优势代数字通信技术的基础通信网络的结构与分类网络结构通信网络由不同层级的硬件和软件组成,从底层的传输设备到上层的应用服务,形成了完整的网络体系架构网络分类通信网络按覆盖范围可分为局域网、广域网和互联网;按数据传输方式可分为有线网络和无线网络网络协议不同网络采用不同的传输协议,如以太网、WLAN、蓝牙等,它们定义了网络设备间的通信标准局域网的工作原理物理层1提供网络连接、信号传输等基础功能数据链路层2负责数据帧的可靠传输网络层3提供寻址和路由功能传输层4保证端到端的可靠数据传输局域网通过各层协议的协同工作实现了信息的高效传输物理层提供硬件连接,数据链路层确保帧的可靠传输,网络层负责寻址和路由,传输层则保证端到端的数据完整性这些协议层层衔接,共同构建了局域网的通信体系广域网的组成与特点广域网架构传输技术广域网由骨干网、区域网和用户网三个层次组成采用分层结广域网主要使用光纤传输、卫星通信等技术能够长距离、高,,构提高整体效率带宽地传输数据覆盖范围应用场景广域网可覆盖跨区域、跨国界的大范围地域为远距离地点间广域网广泛应用于政府、企业、教育等多个领域支撑大规模、,,的互联互通提供支持高质量的信息传输移动通信网络技术蜂窝网络架构多接入技术移动通信网络采用分区式蜂窝网络结构由基站、移动交换中心移动网络使用时分多址、频分多址等技术支持多用户同时接入,,,等组成提供广覆盖、高移动性的通信服务提高频谱利用效率,编码与调制移动性管理移动网络采用多种数字编码和调制方式如、、移动网络具备位置登记、切换、寻呼等功能实现用户高速移动,CDMA OFDMA,新空口技术等提高链路可靠性中的通信服务5G,光纤通信的基本原理光波的传输光纤的构造光纤的传输模式光纤通信系统光纤通信利用电磁波的光部光纤由芯、层和外包层三部光纤可以支持多种传输模式光纤通信系统由光发射机、,分通过光波在光纤内部进分组成芯是光波传输的主如单模光纤和多模光纤不光纤传输线和光接收机三部,行全反射传播实现通信信要介质层能够对光波进行同模式的光纤在带宽、损耗、分组成光发射机将电信号,,号的高速传输光波具有频反射和聚焦外包层提供机色散等特性上存在差异适转换为光信号光纤传输线,,,率高、带宽宽、抗干扰性强械保护用于不同的应用场景承载光信号光接收机将光,等优点信号转换回电信号光纤通信系统的组成光源光纤通常使用半导体激光器或发光二极使用玻璃或塑料制成的光导纤维负,管作为光源将电信号转换为光信号责传输光信号,光检测器光学耦合器将接收到的光信号转换回电信号以负责将光源的光信号耦合进光纤或,,便进行后续处理和放大将光纤的光信号分配给不同的检测器通信信号的传输与接收信号编码1将原始信号转换为电子信号,以便通过通信通道进行传输不同的编码方式会影响传输效率和质量信号调制2利用载波信号对编码信号进行调制,使其适合在特定的通信信道中传输常见的调制方式有振幅调制、频率调制等信号传输3经过调制的信号通过各种通信介质,如光纤、电缆或无线电波进行传输在传输过程中会受到各种干扰和噪声的影响信号接收4接收端会将传输过来的信号解调和解码,还原成可识别的信息需要应用信号检测和噪声抑制等技术天线的基本概念天线结构天线辐射特性电磁波吸收与辐射天线是用于发射或接收电磁波的器件由天线有特定的辐射模式和指向性可以根天线能够有效地将电信号转换成电磁波,,,金属导体或其他导电材料制成具有特定据应用需求设计不同类型的天线并将电磁波高效地辐射到自由空间,的几何形状和尺寸天线的辐射特性辐射图极化类型天线的辐射特性通常以辐射天线的极化类型包括线极化、图的形式表示它描述了天线圆极化和椭圆极化决定了通,,在各个方向上的辐射强度信的质量和传输效率方向性增益天线根据辐射方向的不同可天线的增益反映了其集中辐分为定向天线和全向天线适射能量的能力是评价天线性,,用于不同的通信场景能的重要指标常见天线类型及应用单极天线抛物面反射天线二极管天线单极天线是最基础的天线之一其简单的这种天线使用抛物面反射面来聚焦和指二极管天线由两根相互垂直的导线组成,,结构使其适用于多种电子设备如收音机向信号它们常用于卫星通讯和微波通其优点是制造简单、阻抗匹配容易广,和手机它们易于制造成本较低信系统提供高增益和指向性泛应用于无线电和许多无线通讯,,AM/FM系统传输线的基本理论特点阻抗传输线是用来传输电磁信号的专用传输线的特性阻抗是重要参数决定,通道具有一定的电阻、电感和电容了信号的传输效率和损耗,特性信号反射传播模式当传输线末端阻抗不匹配时会产生传输线有多种不同的电磁波传播模信号反射影响传输效果式需根据应用选择合适的模式,,微波通信技术高频频段典型应用传输特点技术发展微波通信使用高于的微波通信广泛应用于无线电微波通信采用定向传输可随着等新一代通信技术3GHz,5G频段覆盖从毫米波到厘米视广播、卫星通信、雷达、以在较远距离内高速传输大的发展微波通信正向着更,,波的频段这种高频频段具手机网络等领域在现代通容量数据但对环境条件敏高频段、更大带宽、更高速,,有小波长便于实现指向性信中扮演着重要角色感容易受到天气、地形等率的方向不断进步,,强、传输损耗低的特点因素的影响通信卫星及其应用通信卫星的工作原理通信卫星的主要应用12通信卫星位于地球同步轨道上能够覆盖地球表面广阔区域通信卫星广泛应用于电视广播、电话、互联网、远程教育等,,利用电磁波传输各类信息领域为人们的生活和工作带来极大便利,通信卫星的优势通信卫星的发展趋势34相比地面通信网络通信卫星具有覆盖范围广、传输速度快、随着、物联网等新技术的发展通信卫星将不断升级以满,5G,抗干扰能力强等优势足更加多样化的应用需求交换与路由技术交换技术路由算法交换技术是实现网络中设备间路由算法用于计算最优路径确,信息传递的关键技术包括层保数据能可靠、高效地在复杂2交换和层路由等不同层级的转网络中传输常用的有距离矢3发技术量算法和链路状态算法虚拟局域网网关与防火墙虚拟局域网可以逻辑上将物理网关和防火墙是实现网络间连网络划分为多个广播域提高网接和隔离的关键设备能有效保,,络的灵活性和安全性护内部网络安全网络安全基础网络安全的重要性网络安全的主要威胁网络安全防护措施网络安全意识培养随着信息技术的不断发展,•病毒和恶意软件建立完善的网络安全体系,提高全社会的网络安全意识网络安全已成为当今社会的包括安全软件、访问控制、和安全防范能力是保护网,•身份盗窃和数据泄露一大关键问题网络攻击、加密技术、备份系统等并络安全的根本正确使用网,•黑客入侵和系统破坏病毒侵袭等风险日益严峻持续更新和优化是确保网络、养成良好的网络行为习,,•网络欺诈和诈骗对个人、企业和国家造成严络安全的关键惯至关重要重损害通信技术概述5G更快的速度更低的延迟可以达到以前网络的倍以网络的超低时延特性可以满5G105G,上的超高速传输为各种新兴应足虚拟现实、远程控制等对实,用提供强大支撑时性要求极高的应用更广的连接更智能的服务技术可以支持海量的设备连网络可以与人工智能深度融5G5G接为物联网等应用场景提供无合推动智慧城市、智能交通等,,缝衔接应用的发展物联网通信技术广泛连接兼容性协议数据驱动物联网通信技术可以将各种设备和传感物联网采用标准化的通信协议如蓝牙、海量的物联网数据可以通过大数据分析,器相互连接实现海量设备的智能互联、等确保设备之间的高效互技术挖掘出有价值的信息实现更智能的,LoRa NB-IoT,,通决策未来通信技术发展趋势技术物联网技术5G网络的高速、低延时和大连接特海量设备互联将实现家庭自动化、5G性将推动无人驾驶、远程医疗等应智能城市等创新应用，改变人类生用的发展活方式量子通信人工智能利用量子力学原理的量子通信将大人工智能技术与通信网络融合将实大提高数据传输的安全性和保密性现自适应、智能化的网络管理与服务课程总结全面总结知识体系12本课程全面概述了通信原理系统地介绍了通信系统的基与技术的核心内容包括从模本组成、信号特性分析、调,拟到数字、从有线到无线、制解调技术、信道编码、通从传统到现代等多个方面信网络结构等关键知识点技术发展实践应用34重点分析了、物联网等最通过案例分析和实践演示帮5G,新通信技术的原理和应用展助学生将理论知识运用到实,望了未来通信技术的发展趋际通信系统的设计与优化中势。