《通信原理》课件

《通信原理》课程介绍本课程深入探讨通信系统的基本理论和关键技术从通信信号和噪声分析、编码调制到多信道传输和无线通信技术全面介绍通信原理的核,,心知识学习本课程将为您奠定扎实的通信工程基础作者M M通信系统的基本组成信源信道信宿信源编码信源是产生信息的设备或信道是负责传输信号的媒信宿是接收和利用最终信信源编码是将原始信息转对象包括话筒、摄像机、体可以是有线信道如电息的装置如扬声器、显示换成适合信道传输的数字,,,仪器等可以将原始信息转缆、光纤或无线信道如器等可以将电信号转换为形式如语音、图像的数字,,换为电信号的装置空气、真空人类可感知的形式编码信号的分类和描述信号类型频域与时域信号可分为模拟信号和数字信号既可在时域描述，也可信号模拟信号是连续的时在频域分析时域描述信号间函数，数字信号则由离散的幅值随时间的变化，频域的数字值序列组成则展示信号在不同频率下的幅值和相位特性信号参数信号的重要参数包括幅值、频率、周期、相位等这些参数可用来,全面描述信号的特性频率域信号分析频谱分析1将信号从时域转换到频域分析其频率特性,能量分布2评估信号在不同频率上的能量分布带宽估计3确定信号所需的最小带宽滤波设计4根据频域特性设计合适的滤波器频率域信号分析是通信原理中一个重要的基础内容它可以帮助我们更好地理解信号的频率特性为滤波器设计、分析调制解调等提供依据,通过频谱分析我们可以评估信号的能量分布确定信号的带宽需求并据此设计合适的滤波器,,,傅里叶级数和变换傅里叶级数傅里叶变换应用场景利用三角函数的正弦和余弦波形来表是将时域信号转换为频域信号的数学傅里叶分析在通信、信号处理、系统示周期信号通过傅里叶级数分析可工具通过傅里叶变换可以获得信号分析等领域广泛应用是理解和分析各,以分解任意周期信号为无穷多个不同的频谱特性了解信号的频率成分分布类信号的基础,频率的正弦和余弦波的叠加信号的采样与量化采样1将连续时间信号转换为离散时间信号的过程称为采样采样频率决定了信号还原的质量量化2将采样后的离散信号转换为离散幅值信号的过程称为量化量化级数越多，信号还原越精确编码3将量化后的离散幅值信号转换为数字信号的过程称为编码编码位数越多，可表示的幅值越精细基带数字传输系统数字调制技术调制信号的频谱码间干扰基带数字传输系统采用各种数字调制不同的调制技术对应不同的信号频谱基带系统容易受到码间干扰的影响需,技术如、、等将数字信特性需要根据信道带宽等要求选择最要采用等化技术来补偿这一问题,ASK FSKPSK,,号转换成适合在信道上传输的形式优的方案带通数字信号调制调制调制ASK FSK12幅度移键控频移键控Amplitude ShiftFrequency Shift调制通过控制调制通过改变Keying,ASK Keying,FSK载波幅度来表示二进制数据载波频率来表示二进制数据简单易实现，但容易受噪声具有较好的抗噪性能，但频干扰带利用效率较低调制调制PSK QAM34相移键控正交幅度调制Phase ShiftQuadrature调制通过改变Keying,PSK AmplitudeModulation,QAM载波相位来表示二进制数据同时调制幅度和相位可以获,具有较高的频谱利用效率，得更高的信息传输效率但对相位噪声敏感基带带通信号线路编码码线编码与编码RZ NRZ为了提高数字信号在传输线编码和编码是两种常RZ NRZ上的性能常采用各种码线编见的码线编码方式具有不同,,码方案如曼彻斯特码、差分的波形特性和频谱特性,曼彻斯特码和编码等8B/10B信道赋形均衡技术适当的编码方式可以对信号在高速数字传输中还需要采,进行赋形改善其传输特性如用等化技术来补偿信道失真,,,带宽占用、同步性、抗噪性提高系统性能等同步与等化技术时域同步1实现信号接收端与发送端的时间对齐载波同步2保证接收端与发送端的载波频率和相位一致符号同步3确保按时准确提取数字信号中的符号同步技术是通信系统中实现可靠通信的关键时域同步、载波同步和符号同步三个层面的同步调整保证了接收端与发送端的信号一致性同时，等化技术则用于补偿信号在传输过程中的失真和畸变，进一步提高通信质量信道编码基础信道编码概念编码方法编码性能指标软硬件实现信道编码是通信系统中用常见的编码方法包括卷积信道编码性能主要由码率、信道编码器通常通过数字于提高传输可靠性的重要编码、块编码、循环编码编码增益、时延等指标决电路或软件算法实现硬技术它通过在发送端增等每种方法都有其特点定需要根据实际应用需件实现能提供更高的处理加冗余信息来检测和纠正和适用场景求进行权衡取舍速度而软件实现更灵活,接收端的传输错误信道编码技术纠错编码维特比译码低密度奇偶校验码涡轮码通过添加冗余位的方式来增维特比算法是最广泛使用的码是一种高性能的前涡轮码是一种串联卷积编码LDPC,强数字信号的鲁棒性可以解码技术之一可以高效地向纠错编码技术具有低复通过迭代解码可以接近香农,,,有效地抵抗信道噪声和干扰实现最大似然序列检测杂度和优异的误码性能极限广泛应用于通信系统,中噪声的概念和分类噪声的概念热噪声噪声是指干扰信号传输和处热噪声是由电子器件内部热理的不需要的电信号或电力运动产生的随机电流噪声,信号它会影响系统的性能是无法完全消除的基本噪声和可靠性量子噪声外部噪声量子噪声是由电子器件内部外部噪声是来自系统以外的电子的量子性质所引起的噪干扰信号如电源干扰、电,声主要体现在低信号电平磁干扰等需要采取屏蔽措,,下施信噪比和误码率305%信噪比SNR误码率BER10dB50mW白噪声电平信号功率信噪比用来衡量有用信号与干扰噪声的强度比值一般情况下，越高的信噪比意味着更好的数据传输质量而误码率则反映了实际接收数据中的错误比例，是信号传输质量的另一个重要指标通过调整系统参数如功率和带宽,可以达到预期的性能指标信号检测与估计理论信号检测信号检测是确定信号是否存在的过程通过比较接收信号与噪声的特征，可以判断信号是否被发送信号估计信号估计是确定信号参数的过程通过对观测数据进行分析，可以推断出信号的特征，如振幅、频率等最优检测与估计信号检测和估计应以最小化误检或误估的概率为目标通过统计理论可得到最优的检测和估计方法扩频技术原理频谱利用效率扩频技术能有效提高频谱利用率同时抑制窄带干扰提高抗干扰能力,,抗干扰能力扩频信号具有隐蔽性对窄带干扰具有很强的抵抗能力,安全性扩频通信信号隐蔽性强能有效防止非授权用户监听和接入,频分多址与时分多址频分多址时分多址FDMA TDMA不同用户被分配到不同的频多个用户共享同一个频率信率信道上进行通信这种方道通过时间分片的方式轮流,式利用频率域资源高效管理使用该信道这能提高频谱通信网络利用率频分与时分结合现代通信系统通常结合频分多址和时分多址使用频率和时间资源,更加合理高效码分多址技术频率空间利用率高码分多址技术通过使用正交码分配，能够在有限的频谱资源内支持更多用户同时通信抗干扰性强采用扩频技术可以提高系统的抗干扰能力和抗窃听性能支持移动性码分多址技术适用于移动通信场景，用户可在移动中保持连接多载波调制技术频率划分抗衰落12多载波调制将总带宽划分由于子载波信号带宽较窄，为多个相互正交的子载波可以更好地抵抗频率选择信道，每个子载波上传输性衰落的影响独立的数字信号频谱利用率典型应用34通过合理的子载波间隔设多载波调制技术广泛应用计，实现频谱利用率的最于、等现OFDM COFDM大化代通信系统中技术原理OFDM频域复用抗频选择性衰落高光谱利用率灵活的资源分配（正交频分复用）将宽带信道划分为由于子载波间隔合可以根据不同子载OFDM OFDMOFDM是一种高效的数字多载波多个窄带子信道可以有效理可以在不增加带波的信道状况动态分配功,,OFDM,调制技术它将信号划分抵御频率选择性衰落提高宽的情况下提高频谱利用率和调制方式提高系统整,,成多个正交子载波并在频抗干扰能力和传输质量率是一种高效的传输技术体性能,,域上进行复用传输可以充,分利用频谱资源移动通信系统概述移动通信技术是通信领域的一个重要分支为人们带来了全新的通信体,验移动通信系统包括蜂窝网络、卫星通信等多种方式能够实现随时,随地的通信连接未来移动通信还将向、等更先进的技术发展5G6G,进一步提升用户体验移动通信标准2G标准标准网络部署GSM CDMA移动通信标准中最广泛应用的是码分多址是另一种标准采网络通过大量蜂窝基站实现全国覆2G CDMA2G,2G全球移动通信系统标准采用用扩频技术具有更好的反干扰能力和盖为用户提供基本的移动通信服务GSM,,,时分多址技术支持语音通话和容量但部署较滞后基站网络是系统的核心组成部分TDMA,,GSM2G短信服务移动通信标准3G标准标准标准WCDMA CDMA2000TD-SCDMA（标准由美（3G WCDMAWideband3G CDMA20003G TD-SCDMA Time国电信行业协会制定Code Division Multiple TIA,Division-Synchronous）是由欧洲电信标采用窄带码分多址接入技Access CodeDivisionMultiple准化协会制定的标术与相）是由中国研发的ETSI WCDMAAccess准采用宽带码分多址接比网络部署和标准采用时分同步码分多,CDMA2000,入技术具有更高的频谱效用户终端成本相对较低址技术具有良好的频谱效,,率和数据传输速率率和抗干扰能力移动通信标准4G高速数据传输更广的频谱带宽网络可提供高达的下网络采用了技术可更高4G100Mbps4G OFDM,载速度大幅改善了移动设备的上效利用频谱资源支持更多用户同,,网体验时接入全面的移动服务全球漫游无障碍网络集成了语音、数据、视频技术标准的全球统一使用户4G4G,等多种通信业务为用户提供全方能在世界各地无缝体验连续的移,位的移动应用动通信服务移动通信标准5G高带宽与低时延大规模连接网络提供高达的能够支持每平方公里高达5G10Gbps5G峰值速度和毫秒以下的超低万个连接设备满足物联1100,时延满足高清视频、远程控网时代的大规模设备接入需,制等应用需求求支持新业务应用网络可支持自动驾驶、远程手术等新兴业务引领未来移动通信5G,发展方向未来通信技术展望通信技术的发展日新月异时代的到来开启了更广阔的前景未来将,5G会涌现更多前沿技术如、量子通信、太赫兹通信、自组织网络等,6G这些技术将进一步提升网络速度、延迟、容量和可靠性为社会带来更,智能、高效、安全的通信服务同时软件定义网络、边缘计算、物联网等新兴概念也将与通信技术深,度融合实现万物互联、万物智能的美好愿景通信的未来充满无限可,能我们必将见证一个更加智慧、互联的世界,课程总结与讨论总结通信原理关键概念了解通信技术发展趋势12回顾信号、频率域分析、探讨、等最新技术5G6G数字传输、编码、多址技以及未来通信网络的演进术等核心知识点方向讨论常见应用场景交流学习心得体会34分析通信原理如何应用于师生互动分享学习过程中,移动通信、物联网、卫星的收获、问题和建议增进,通信等实际领域对课程的理解。