《通信原理信息》课件

《通信原理与技术》课程概述本课程旨在全面介绍通信系统的基本原理涵盖信号分析、调制解调、信道编码、,多址接入等核心知识为学生后续深入学习通信技术打下坚实基础,作者M M课程目标和学习内容课程目标学习内容本课程旨在让学生全面掌握通信原理的基础知识,包括信号与系统学生将学习通信系统的基本概念、数学分析工具、各种调制技术、分析、模拟与数字通信技术、信源与信道编码等方面信号检测与接收原理、编码技术等,为后续深入学习通信技术奠定基础信号和系统的基本概念信号概念系统概念12信号是传递信息的物理量可以是电压、电流、声压等信号系统是对输入信号进行某种变换或处理的装置如放大器、滤,,携带的信息用于控制、通信和测量等过程波器等系统的行为由其内部结构和参数决定信号与系统的关系信号和系统分类34信号作为系统的输入,经系统的处理后产生输出信号系统对信号可分为连续时间信号和离散时间信号系统可分为线性输入信号的变换规律描述了系统的特性系统和非线性系统、时不变系统和时变系统等时域分析和频域分析时域描述1从时间维度分析信号的特性和变化频域描述2从频率维度分析信号的频谱组成时频特性3两种描述方式相辅相成全面认识信号,时域分析关注信号在时间维度上的特性如振幅、频率、相位等随时间的变化规律频域分析则从频率维度描述信号的频谱特性可以更好,,地理解信号的频率组成这两种分析方法相辅相成全面地认识信号的特性,连续时间傅里叶变换连续时间傅里叶变换是一种强大的数学工具,它可以将时域信号转换为频域信号通过这种变换,我们可以更好地了解信号的频谱特性,从而对信号的频率成分进行分析和处理离散时间傅里叶变换离散时间傅里叶变换是将时域中的离散信号转换到频域上的数学工具它可以分析信号的频谱特性为信号的采样、滤波和编码等处理提供基础,变换定义把时域信号xn转换成频域信号Xω主要性质线性、周期性、对称性应用领域数字信号处理、语音编码、图像压缩等信号的能量和功率谱密度

32.5信号功率代表信号在单位时间内的平均能量120K频谱功率表示信号在单位频带内的能量分布

0.8信噪比反映信号相对噪声的功率比值信号的能量和功率是通信系统的重要性能指标信号的能量描述了信号的总体功率大小，而功率谱密度反映了信号在频率域上的功率分布情况通过分析信号的这些统计特性可以更好地设计和评估通信系统的性能,随机信号的统计特性平均值和方差自相关函数随机信号的平均值和方差描述了自相关函数反映了信号在不同时信号的中心化程度和离散程度是间点的相关性用于分析信号的周,,分析随机信号的关键统计特性期性和随机性功率谱密度概率密度函数功率谱密度描述了信号在不同频概率密度函数描述了信号幅值出率下的功率分布可以分析信号的现的概率分布可以评估信号的动,,频谱特性态范围和概率特性数字信号的采样和量化采样量化编码将连续时间信号按一定采样频率离散化成将采样值映射到一组预定义的离散电平，为每个量化值分配一个唯一的二进制编码，数字序列，保留信号中的重要信息实现信号数字化表示完成模拟信号到数字信号的转换幅度调制和频率调制幅度调制频率调制对比分析幅度调制是通过改变信号的幅度来承载信息频率调制是通过改变信号的频率来承载信息两种调制方式各有特点,需结合实际应用场的一种调制方式它可以实现简单高效的信的一种调制方式它具有噪声抑制能力强、景进行选择幅度调制适用于信号干扰较小息传输适用于多种通信系统抗干扰性好等优点广泛应用于无线电通信的环境频率调制则更适合在噪声环境中传,,,输线性调制信号的带宽和功率带宽线性调制信号的带宽取决于调制指数和调制信号的带宽较高的调制指数会导致更宽的信号带宽功率线性调制信号的功率与载波功率、调制信号功率和调制指数有关需要进行功率平衡以确保合适的信噪比线性调制技术包括幅度调制和频率调制它们各自有不同的带宽和功AM FM率特性需要根据具体应用场景进行权衡选择,调频信号的频谱特性信号检测和接收原理信号检测1对接收到的信号进行分析和判断，识别出所需信息同步检测2与参考信号进行同步以提高检测可靠性信号解调3将调制信号恢复为原始信息信号信号检测是通信系统中的核心环节需要对接收到的信号进行分析和判断准确识别出所需的信息同时还需要与参考信号进行同步检测提,,,高检测的可靠性最后通过信号解调将调制信号恢复为原始的信息信号这一系列流程确保了通信系统的高效运转,信号接收机的结构和性能信号输入接收机首先从信道接收到包含有用信号和噪声的复杂电磁波信号信号处理信号需要经过放大、滤波、检波等一系列信号处理环节才能恢复出原始信息接收性能接收机性能通常用误码率、灵敏度、选择性等指标来量化反映其工作质量,信道模型和噪声特性信道模型噪声特性信道是通信系统中信号从发送端噪声是信号传输过程中不可避免传输到接收端的媒体各种信道都的干扰会影响通信质量分析噪,,有不同的特性了解信道模型有声的统计特性有利于制定有效的助于设计适合的通信系统抑制措施性能分析通过对信道模型和噪声特性的深入研究可以分析通信系统的性能指标如信,,噪比、误码率等为系统优化提供依据,信号传输的信噪比0dB10dB最小信噪比基准信噪比低于的信噪比无法实现有效传输的信噪比可实现基本的语音通信0dB10dB15dB30dB高质量传输极佳信噪比以上的信噪比可实现高质量的语及以上的信噪比可实现完美无损15dB30dB音和视频传输的数字传输数字调制技术概述频移键控相移键控正交幅度调制正交频分复用FSK PSKQAM OFDM通过改变载波频率在不同频率通过改变载波相位在不同相位同时改变幅度和相位来表示数之间切换来表示数字信号之间切换来表示数字信号字信号QAM具有高谱利用将数字信号分解成多个正交子FSK具有抗干扰能力强、检测PSK具有带宽利用率高、抗噪率和抗噪声能力强的特点载波并进行调制,能够有效地简单等优点性能好等优点抑制频率选择性衰落基带数字通信系统基带信号传输1基带数字通信系统使用不经过载波调制的数字信号直接在信道上传输这种方式简单高效，适用于短距离传输码元成形2为了优化传输性能，需要对码元进行成形滤波，使其波形满足频谱和时间域的要求常见的有矩形码元和滚降码元等化技术3由于信道的频率选择性衰落会导致码间干扰，需要使用等化器来补偿信道失真，提高传输质量载波数字通信系统频谱利用效率高与基带系统相比，载波数字通信系统能更好地利用有限的频谱资源，提高了数据传输的频谱效率抗干扰能力强载波通信能够应用调制技术如振幅、频率和相位调制来增强抗干扰性和抗噪声性能传输距离远通过载波调制技术，可以实现较高的发射功率和远距离的信号传输信源编码和信道编码信源编码信道编码12通过统计建模和预测算法减少信号的冗余信息提高传输效率利用冗余信息检测和纠正信道传输中出现的错误提高可靠性,,常见如哈夫曼编码、算术编码等常见如卷积编码、循环码等编码解码器编码设计34实现信源编码和信道编码的硬件或软件系统是通信系统的关需要综合考虑信号特性、信道噪声、计算复杂度等因素以达,,键部分到最佳的编码性能差错检测和差错纠正误差检测误差纠正信道编码技术通过各种编码技术，可以在接收到的数字信利用冗余信息，通信系统可以在检测到误差•块码号中检测出可能存在的错误这有助于保证的基础上进行自动纠正，从而修复传输过程•卷积码通信系统的可靠性和数据完整性中出现的错误•turbo码•LDPC码多址接入技术时分多址频分多址通过分配不同的时间片来实现共享通将频谱划分成多个子带,每个用户占用信信道可以根据用户需求动态分配一个子带进行通信可以提高频谱利时间片用率码分多址空分多址使用正交编码来区分不同用户,让多个通过指向性天线将信号聚焦到特定用用户同时共享同一频率和时间资源户,实现多用户同时通信可以提高频谱利用效率无线通信系统概述无线通信系统是当今信息时代不可或缺的重要组成部分其采用无线电波作为传输介质实现信息的远程无线传输使通信更加灵活、便捷,,移动通信系统架构移动终端1接收和发送无线信号的设备基站2提供无线网络覆盖的电信设备核心网络3负责信号交换和用户管理的系统无线接入网4连接终端和核心网的无线传输网络移动通信系统的基本架构包括四个关键组成部分移动终端、基站、无线接入网和核心网移动终端负责与无线网络进行信号收发基站提供无线网:络覆盖无线接入网连接终端和核心网络核心网负责信号交换和用户管理这些部件协同工作实现了移动通信的整体功能,蜂窝移动通信系统基站技术移动性管理多址接入手机终端蜂窝移动通信系统依托于覆盖蜂窝系统通过手机位置注册、蜂窝系统采用FDMA、TDMA、蜂窝手机终端集成了射频、基城乡的基站网络利用多个小呼叫交接等技术实现了用户等多址接入技术实现了带、天线等关键部件实现了,,CDMA,,功率基站分区覆盖实现频率在移动过程中的无缝连接确多用户共享无线电频谱资源小型化、轻量化为用户提供,,,,复用,提高了频谱利用率和系保用户在移动中保持通信提高了频谱利用效率移动通信便利统容量卫星通信系统卫星通信网络架构卫星通信技术优势卫星通信应用场景卫星通信系统包括地球站、中继卫星和终端•覆盖广泛,可服务偏远地区卫星通信广泛应用于电视广播、移动通信、用户地球站接收和发送信号中继卫星在气象监测、远程教育、海上通信等领域在,•抗灾能力强,适用于应急通信,轨道上中继信号,终端用户通过地面接收机全球范围内发挥着重要作用•可提供移动通信和广播电视等多种服务接收服务光纤通信系统高带宽和低损耗抗干扰能力强12光纤能传输高数据速率减少信光信号不受电磁干扰影响传输,,号衰减,是理想的通信媒体更加安全稳定体积小、重量轻容易接续和修复34光纤电缆体积和重量远小于同光纤接续技术成熟,可快速修复等性能的铜缆,便于部署损坏的光纤线路通信网络和协议互联网协议无线通信协议网络设备和架构数据传输协议TCP/IP协议栈是互联网的基础,Wi-Fi、蓝牙等无线通信协议,支交换机、路由器等网络设备互HTTP、FTP等应用层协议,为上包括网络层、传输层等多个层持局域网和短距离无线通信联组网,构建复杂的通信网络层应用提供数据传输服务次课程总结及拓展方向《通信原理与技术》课程涵盖了通信领域的基础知识和前沿技术在本课程的学习中，我们不仅掌握了信号分析、调制解调、编码等核心概念，还了解到了无线通信、光纤通信、等尖端技术的发展趋势未来我们将继续探讨通信技术的5G新突破，为通信领域的创新做出贡献。