《信息与通信工程》课件

《信息与通信工程》课程简介本课程全面介绍信息与通信工程的基础理论、核心技术以及广泛应用涵盖通信网络、信号处理、编码技术、无线通信等领域的前沿进展为学生奠,定扎实的专业知识基础作者cc chaichao信息通信技术的历史发展世纪201电报、电话、无线电广播的诞生世纪年代20502计算机技术的革新世纪年代20803个人电脑、互联网的出现世纪214移动通信、物联网、人工智能的发展信息通信技术的发展经历了电报、电话、广播到计算机、互联网、移动通信的历程每个时期都带来了重大技术突破和应用创新推动了人类社会的,进步与发展未来信息通信技术将继续发展为我们的生活带来更多的便利,信息论基础信息定义信息度量信息是用于描述客观事物或主信息论的核心是用二进制比特观认知的数据和知识可以通来量化信息的数量和质量通过各种媒体进行传播和交流过熵原理计算信息的不确定性和传输效率信道编码信息安全为了在信道传输过程中减少信随着信息技术的发展信息安全,息损失和误差需要采用各种信也变得更加重要需要采取加密、,,道编码技术如卷积码、循环码认证等措施确保信息的机密性,等和完整性信号与系统模拟信号数字信号时域与频域线性系统模拟信号是一种连续变化的数字信号是由离散的数字值时域描述信号随时间变化的线性系统是满足叠加原理和信号可以表示各种物理量如组成的信号通常使用二进制特性频域描述信号在频率上比例原理的系统其输出与输,,,,,声音、光照等它是自然界编码与模拟信号相比数字的特性两种描述方式互为入之间存在线性关系线性,中广泛存在的信号形式信号更加适合计算机和信息补充可以全面分析信号的特系统的分析和设计是信号处,处理系统性理的基础数字通信基础信源编码信道编码12将模拟信号转换为数字信号在传输过程中加入冗余比特,,提高信号传输效率常用的以提高抗干扰能力和信号可编码方式包括、靠性主要的编码方式有卷PCM、编码等积码、循环码、码等ADPCM deltaTurbo数字调制数字检测与解调34将数字信号映射到模拟信号接收端采用相应的解调技术,载波上进行传输常见的调制如相干解调、非相干解调等,,方式包括、、、将接收到的数字信号恢复为ASK FSKPSK等原始数字信号QAM有线通信技术电缆传输线路调制网络协议传输安全电缆作为有线通信的主要媒为适应不同传输距离和环境有线通信中广泛使用、有线通信涉及到大量敏感信TCP/IP体可以实现高速、大容量条件有线通信系统采用多以太网等网络协议确保数息传输因此对数据安全和,,,,的数据传输各种类型的电种调制技术如、、据在复杂的网络环境中高效隐私保护很重要应用加密、,ASK FSK缆如同轴电缆、光纤电缆等调制技术可以提高传输此外各种业界标准防火墙等技术确保传输安全,PSK,等都具有各自的优缺点传输效率降低噪音和干扰也在不断完善推动有线通,,,电缆传输技术不断进步传同时先进的编码技术也被信技术的标准化发展,,输速率和容量也在不断提升广泛应用无线通信技术射频技术天线设计无线通信需要利用射频带来的特性合理设计天线是实现有效无线传输,如频率、波长、衰落等进行信号的的关键需要考虑频段、增益、覆盖,传输和接收范围等因素调制技术多路复用调制技术是将数字信号转换为适合多路复用技术允许在同一频段上传在无线电环境中传输的模拟信号的输多路信号提高了频谱利用率,关键环节数据网络基础网络通信原理网络拓扑结构网络分层模型数据网络建立在基本的网络通信原理之网络可采用星型、总线型、环型等不同通信网络通常采用分层模型如参考,OSI上包括协议、路由、交换等技术了解的拓扑结构每种结构都有其优缺点选模型和模型将复杂的网络功能划,,TCP/IP,这些基础知识对于设计和维护网络非常择合适的拓扑结构可提高网络的效率和分成不同的层次便于理解和实现,重要可靠性信息安全概述网络安全数据安全保护计算机网络及其数据免受未经保护数据在传输和存储过程中不被授权的访问、破坏和攻击包括防泄露、篡改和丢失包括备份、加火墙、加密等技术密等措施系统安全身份与访问管理保护操作系统和应用软件免受病毒、确保只有授权用户能访问系统和资木马等恶意程序的攻击包括杀毒源包括账号管理、身份认证等软件、系统补丁等通信系统的性能指标

99.999%100Gbps可靠性带宽业界公认的五个标准代表系统网现代通信系统所需的超高速传输容9,络的可用性量

99.999%5ms1G延迟容量信息实时传递所需的极低延迟要求高密度网络能承载的海量用户和设备连接能力信道编码技术目的与作用主要类型12信道编码技术旨在通过添加常见的信道编码技术包括卷冗余位来提高传输数据的可积码、块码、码和极LDPC靠性减少通信系统中的错误化码等,性能指标应用领域34编码效率、纠错能力和编解信道编码广泛应用于、5G码复杂度是衡量编码技术性卫星通信、光通信等各种通能的重要指标信系统中调制与解调调制技术解调技术调制是将信息信号调制到载波解调是接收端将接收到的调制信号上的过程以便可以通过传信号解调还原为原始信息信号,输介质进行传输常见的调制的过程常见的解调方式包括方式包括振幅调制、频率同步检波、幅度检波和频率检AM调制和相位调制等波等FM PM数字调制在数字通信中使用数字调制技术将数字信号调制到载波信号上传输例,,如幅度键控、频率键控和相位键控等ASK FSKPSK扩频技术频谱扩展码分多址主要方式应用领域扩频技术通过将窄带信号扩扩频技术采用不同的扩频码常见的扩频技术有直接序列扩频技术广泛应用于军事通展到更宽的频带上传输，提在同一频带内实现多机用户扩频、跳频扩频信、无线局域网、蓝牙、无DSSS高了信号的抗干扰能力和安同时通信每个用户使用唯和时间跳频线电话等领域，确保了通信FHSS THSS全性它能有效抑制窄带干一的扩频码进行编码和解码等它们各有优缺点适用于的保密性和抗干扰能力扰和窃听不同场景移动通信系统广覆盖的基站网络先进的移动终端动态信号传输移动通信系统依赖于广泛布设的基站网现代智能手机等移动终端设备不断升级移动通信系统支持用户在移动过程中保络使信号能够在各个地区无缝覆盖为迭代支持高速移动通信满足用户对移持稳定的连接通过动态调整信号强度和,,,,,用户提供稳定连接动互联网的需求路由路径来保证通信质量传输媒体有线传输媒体无线传输媒体12包括铜线缆、光纤电缆等可利用电磁波在空间传播包括,,以可靠地传输数字信号广泛微波、毫米波、红外等在无,,应用于有线通信网络线通信中发挥重要作用介质特性分析传输介质选择34不同传输媒体有不同的传输在实际应用中需要根据通信特性如频带宽度、衰减、延需求、成本、可靠性等因素,迟等需要合理选择综合考虑选择合适的传输媒,体通信网络与协议网络架构通信协议包括物理层、数据链路层、网络层、包括、、等常见TCP/IP HTTPSFTP传输层和应用层等互联网络标准体的网络通信协议定义了数据传输的,系结构标准和规范互联网技术网络安全基于协议栈的互联网技术支包括防火墙、加密、身份认证等技TCP/IP,持信息的高速传输和广泛共享术确保网络通信的安全可靠,光通信基础光纤传输光源与检测多路复用技术光通信系统光纤通信利用光波在透明介光通信系统使用激光器和光通信采用波分复用、时分光纤通信系统包括光源、光质中的传播原理可实现高作为光源利用光电探复用等技术可在单根光纤纤、光电探测器等关键部件,LED,,,速、大容量的数据传输光测器如光电二极管捕捉光信上传输多路信号大幅提升通过光电转换、复用等技术,纤具有低衰减、抗干扰等优号并转换为电信号光电转传输能力和效率这是光通实现高速、大容量的信息传势是当前主流的有线通信换是光通信的核心过程信的重要特点输,技术卫星通信技术广泛覆盖高可靠性卫星通信可提供几乎全球范围卫星通信链路不受地形和天气内的网络覆盖即使偏远地区也等因素的影响具有优秀的通信,,可接入可靠性移动性强多样应用用户可在移动中保持通信如飞卫星通信广泛应用于电视广播、,机、船舶等都可接入卫星通信气象监测、导航定位等多个领网络域微波通信技术高频电磁波传输中继站网络与卫星通信互补微波通信系统利用到频率微波通信常采用中继站网络利用定向天微波通信可与卫星通信系统相结合互为1GHz300GHz,,范围内的高频电磁波进行信号传输具有线在塔站之间跳跃传输可覆盖大范围区补充形成覆盖全球的通信网络,,,指向性强、容量大、抗干扰能力强等优域势多天线通信技术技术波束成形空间复用自适应阵列MIMO多输入多输出（）技波束成形技术通过调整发射空间复用通过天线阵列实现自适应天线阵列能感知环境MIMO术利用多个发射和接收天线信号的振幅和相位可以集多个用户数据流并发传输并动态调整波束确保通信,,/,,可以大幅提高通信系统的频中覆盖区域内的用户提高大幅提高频谱利用效率这质量是网络重要的技术,,5G谱利用率和容量这种空间系统性能和覆盖范围智能是毫米波通信的关键技支撑5G复用技术在网络中发挥天线是波束成形的关键实现术之一5G关键作用通信技术5G超高速传输超低延迟通信技术能实现峰值下载速率达的超高速数据传输网络延迟低于毫秒使实时互动应用成为可能如远程医疗、5G10Gbps,5G1,,大幅提升移动互联网体验自动驾驶等大规模连接网络切片技术支持每平方公里高达万个设备的连接将推动物联网采用网络切片技术能为不同行业定制私有化的虚拟网络大5G100,5G,,时代的到来幅提高网络效率未来通信技术展望通信量子通信6G12与相比通信将更快、基于量子效应的通信技术将5G,6G更稳定并实现全网触及为提供无可破译的加密方案确,,,更智能化的应用奠定基础保信息安全太赫兹技术可编程无线电34利用太赫兹频段的电磁波可软件定义无线电能够灵活配,实现高速传输和高精度成像置通信参数更好适应未来复,,应用于未来通信网络杂多样的通信环境信息与通信工程的应用领域智慧城市远程医疗工业自动化智能交通基于信息通信技术的智慧城利用信息通信技术为偏远地将信息通信技术融入制造业利用信息通信技术优化交通,市管理和服务提高城市运行区提供医疗服务缩短就医距实现生产过程智能化提高生资源管理和调度减少拥堵提,,,,,效率和市民生活质量离提高医疗资源利用效率产效率和产品质量高交通效率,信息与通信工程职业发展广泛就业前景持续学习提升信息通信工程广泛应用于各行各业随着技术的不断更新专业人员需要,,为从业人员提供了丰富的职业发展持续学习以跟上行业发展的步伐,机会晋升发展空间国际化发展从工程师到经理再到高管信通领信通行业注重全球视野为有志于国,,,域为有抱负的人提供良好的晋升通际发展的人才提供广阔的机遇道信息与通信工程的社会影响促进社会进步促进经济发展影响社会结构带来伦理挑战信息与通信工程技术的发展信息通信技术推动了各行各信息通信技术的广泛应用改信息技术发展也引发了一系不断提升生活质量改善社业的数字化转型极大地提变了人们的工作、生活方式列隐私保护、网络安全、人,,,会基础设施为人们创造便高了生产效率和产业竞争力重塑了社会组织形态和人际工智能等方面的新的社会伦,,利的生活环境带动了整体经济的飞速增长交往模式理问题信息与通信工程伦理职业责任社会影响信通工程师须遵循专业道德，信通技术对社会具有深远影响，为用户和社会负责设计和开应时刻关注负面影响并设法缓发时须考虑安全、隐私和可靠解或预防性环境保护隐私和安全信通设备的生产和使用须尽量信通系统应时刻把用户隐私和减少能源消耗和碳排放，保护安全作为首要考虑，防止数据环境可持续发展泄露和网络攻击信息与通信工程行业发展趋势技术发展物联网应用广泛大数据分析技术云计算与服务化5G网络将成为信息与通信工物联网将在智慧城市、工业大数据分析有助于改善网络云计算技术的发展将推动通5G程的主导技术带来超高速、自动化、医疗健康等领域广规划、优化系统性能、提升信服务的服务化和平台化信,,低延迟和广连接的全新体验泛应用助力信息与通信工程用户体验是信息与通信工程息与通信工程将更加注重基,,的创新发展的重要组成部分础设施即服务信息与通信工程创新实践前沿技术探索实践能力培养通过参与各种创新项目和实学生可以在校内外实习、实验室研究学生可以了解最新训等机会中锻炼动手能力提,,的信息通信技术发展趋势升解决实际问题的能力创新创业孵化跨学科融合学校提供创新创业训练营、学生可以参与结合信息通信创客空间等支持鼓励学生发与其他领域的交叉学科项目,,挥创意孵化创新项目培养综合创新思维,信息与通信工程人才培养理论与实践并重校企合作培养创新创业培养国际化视野培养课程设计兼顾信息与通信工与行业企业建立深度合作，鼓励学生参与创新创业实践注重培养学生的国际视野,,程理论知识和实践技能的培让学生接受实践锻炼和实习培养学生的问题分析和解决开设双语课程组织海外交,养，为学生奠定扎实的基础机会，增强就业竞争力能力增强创业精神流学习提升全球化能力,,信息与通信工程研究方向下一代通信技术微波和毫米波通信12包括、等最新无线通聚焦高频带宽、高数据速率5G6G信技术的研究和应用的微波和毫米波通信技术天线与微波器件量子通信技术34研究高性能天线及微波集成致力于开发可靠的量子通信电路设计与制造技术系统和网络信息与通信工程教学改革课程内容优化根据行业发展趋势，不断优化课程内容，确保与实际需求保持高度契合教学方法创新采用虚拟仿真、项目驱动等新型教学方法，培养学生的实践和动手能力师资队伍建设加强教师理论知识和实践经验的培养，提升教学水平和科研能力教学资源共享建设优质的在线课程资源库，实现信息与通信工程教学资源的共享与交流产学研合作与行业企业深度合作，开展实践教学、联合培养等模式，提高人才培养质量。