《通信原理总复习》课件

通信原理总复习通信原理是理解和掌握现代信息技术的基础知识本次总复习将深入解析通信原理的核心概念和关键技术,帮助你系统地夯实通信基础,为后续课程奠定坚实基础作者M M课程大纲通信系统基础模拟信号与数字信号从基本的通信概念和系统组成入手，全面介绍通信原理的基础知识深入探讨模拟信号和数字信号的特性以及在通信中的应用编码与调制信号频谱讲解各种编码和调制技术,为后续内容奠定基础分析信号频谱的特性,为信道利用和噪声分析提供理论依据通信系统基础信息的发送和接收信号的类型12通信系统由发送端、传输通道和通信系统可以处理模拟信号和数接收端组成,负责将信息从发送端字信号,每种信号都有自己的特点传输到接收端和应用场景基本功能模块3通信系统包括编码、调制、传输、解调和解码等基本功能模块,每个模块都发挥重要作用模拟信号和数字信号模拟信号数字信号模拟到数字转换模拟信号是连续的波形,可以表示任何数值它数字信号是以离散的数值表示的信号,只能取有将模拟信号转换为数字信号的过程称为模数转们是自然界中广泛存在的信号,如声音和图像限个预定义的值数字信号可以更好地抵抗噪换ADC这需要采样和量化,即将连续信号离模拟信号可以连续变化,无限精确声干扰,适合数字化处理和传输散化数模转换DAC则实现了数字信号到模拟信号的转换编码与调制编码调制编码与调制的关系编码是将信息转换为适合传输的形式的过程调制是将数字或模拟信号映射到载波信号上编码与调制是密切关联的过程编码决定了数字编码将信息转换为二进制数字，模拟编的过程常见的调制方式包括幅度调制、频信号的形式，而调制则决定了如何将信号传码则将信息转换为连续的模拟信号率调制和相位调制输到通信信道上两者结合保证了信息的有效传输信号频谱信号频谱描述了信号在频率域的分布特征它反映了信号中各个频率分量的相对强度分析频谱有助于理解信号的特性,并在通信系统设计中发挥重要作用频谱中的峰值对应着信号的主频率成分,而频谱的宽度则与信号的带宽有关合理设计信号频谱有利于提高通信系统的性能和效率信道与噪声通信信道分类根据传输特性可分为有线信道、无线信道等每种信道都有自身的特点和要求噪声的影响噪声会导致信号失真、信噪比下降、通信质量降低有效抑制噪声是通信系统设计的重要目标信噪比信噪比描述了信号功率与噪声功率的比值它是评判通信系统性能的重要指标通信信道的分类基于传输介质基于单双工/包括有线信道（铜线、光纤）和无线单工信道只能单向传输信号，而双工信道（射频、微波）每种传输介质信道可以实现双向通信这种分类对都有其独特的特性和应用场景应用场景和性能有很大影响基于噪声特性信道可分为AWGN信道、多径信道、衰落信道等，不同类型的噪声会对通信性能产生不同影响噪声的产生和影响内部噪声外部噪声通信系统中的电子元件会产生热噪来自自然环境和人为活动的电磁干声、枪击噪声等内部噪声,影响信号扰会产生外部噪声,如闪电和工业设的清晰度备产生的噪声噪声影响噪声会降低信号与噪声的信噪比,导致信号失真、通信质量下降需要采取有效措施抑制噪声信噪比线性调制幅度调制（）AM将信号幅度随时间变化而变化，保持频率和相位不变应用于广播电台和短波通信频率调制（）FM将信号频率随时间变化而变化，保持幅度和相位不变应用于高保真音频传输和无线电广播相位调制（）PM将信号相位随时间变化而变化，保持幅度和频率不变应用于数字通信和雷达系统幅度调制（）AM概念解释优点与应用调制过程应用案例幅度调制（Amplitude AM信号对噪声干扰较为敏感，先由调制信号对载波幅度进行调在AM广播电台中,语音和音乐信Modulation，AM）是一种将但实现简单且成本较低广泛应制，然后将调制后的信号通过无号通过调制载波幅度进行传输,信号插入载波的方法通过调节用于广播电台、航空导航等领域线电发送至接收端接收端将接收听者可收到清晰的音频信号载波的幅度来传输信息，保持载收到的AM信号进行解调还原波的频率和相位不变频率调制（）FM频率调制原理广播应用无线电通信FM FM在频率调制中，载波频率随着调制信号的大小FM技术广泛应用于广播电台信号的传输,能提除了广播,FM调制技术也被应用于无线对讲机、而发生变化这种调制方式相比幅度调制AM供高质量的立体声音效,用户收听体验更好警用无线电等领域,实现高保真、低噪音的语音能够更好地抑制噪声干扰通信相位调制（）PM基本原理频谱特性12相位调制是通过改变载波信号的相位调制产生的频谱与频率调制相位来编码信息的一种调制方式类似，但相位调制的带宽更窄优缺点3相位调制抗噪性能良好，但实现成本较高常用于雷达和卫星通信等领域相移键控PSK相移键控原理相移键控星座图相移键控应用PSK PSKPSK相移键控是通过改变载波信号的相位来表达不PSK的星座图由不同相位的点组成，每个点代PSK广泛应用于卫星通信、数字调制无线电、同的数字信号它具有较高的频谱效率和抗噪表一个符号接收端通过检测相位的变化来解蓝牙和WiFi等领域，是重要的数字调制技术之声能力调出数字信号一键控移位（）ASK概述工作原理应用场景ASK是一种数字调制方式,通过开关载波来表当二进制信号为1时,发送器输出载波信号;当ASK常用于短距离、低数据率的场景,如无线示二进制1和0它简单、成本低,但抗噪为0时,载波信号被屏蔽接收端检测载波是遥控、RFID等在对抗噪声要求较低的应用声能力较弱否存在即可解调出数字信号中,ASK是一个简单有效的选择频移键控（）FSK频移键控原理FSK通过在两个不同频率之间切换来实现数字调制，每个频率代表一个不同的二进制值频带要求FSK需要更宽的频带宽度来传输两个不同的载波频率但相比于ASK和PSK，它对噪声更加鲁棒应用场景FSK常用于低速数据传输场景，如调制解调器、无线遥控等其简单易实现的优点使其广泛应用相移键控（）PSK原理优点相移键控通过改变信号的相位来实现相移键控在抗噪声能力和带宽利用率数字调制每个相位对应一个数字信方面表现优秀，是常用的数字调制技号，接收端可以检测出相位变化从而术之一解码出原始数据应用相移键控广泛应用于卫星通信、无线局域网、蓝牙等领域，是一种灵活高效的数字调制方式循环码结构简单编码原理解码方法循环码是一种线性分组码的一种,具有结构简单,循环码的编码过程是将信息分组后,利用生成多循环码的解码方法多采用位移寄存器和移位寄实现容易的特点项式进行编码的过程存器相结合的方式线性分组码定义特点应用线性分组码是一种常见的信道编线性分组码具有较强的抗噪声能线性分组码广泛应用于计算机通码技术,将输入数据分成固定长力,可以有效检测和纠正信道中信、卫星通信、移动通信等领域,度的分组,并为每个分组添加冗的差错编码解码过程也相对简可以提高系统的可靠性和传输效余比特以实现差错检测和纠正单高效率卷积码编码简单解码复杂12卷积码的编码过程相对简单,只需卷积码的解码算法,如维特比解码要进行相加和移位等基本运算算法,需要复杂的计算来确定最优路径性能出色编码记忆34卷积码在低信噪比信道中具有良卷积码的编码过程需要依赖输入好的纠错能力,广泛应用于卫星通比特序列的历史状态,具有一定的信等领域编码记忆循环码数学基础循环冗余校验编码解码循环码基于线性代数和群论，具有循环性质循环码可用于实现高效的循环冗余校验循环码的编码和解码都可以通过位移寄存器高（CRC），检测并纠正比特错误效实现信道差错控制自动重传请求（）前向纠错（）ARQ FEC通过接收方反馈信息识别错误,并要在发送端增加冗余信息,接收端利用求发送方重新传送错误的数据包,确这些信息来检测和纠正传输过程中的保信息完整传输错误,无需重传信道等化通过补偿信道特性变化造成的失真,提高接收信号的质量,降低误码率自动重传请求定义工作原理优势应用自动重传请求Automatic接收端会发送肯定确认ACK或相比前向纠错,ARQ可以纠正所ARQ广泛应用于TCP/IP、蓝牙、Repeat reQuest,ARQ是一否定确认NAK反馈信号给发送有错误,提高了传输可靠性同Wi-Fi等数字通信协议中,确保数种基于反馈的错误控制技术当端,以指示数据帧是否正确接收时接收端无需复杂的解码器,成据传输的准确性接收端发现数据帧出现错误时,发送端根据反馈信号决定是否重本相对较低它会要求发送端重新传送该数据新传送数据帧帧前向纠错错误检测与纠正编码复杂度12前向纠错通过在发送端添加冗余前向纠错需要更复杂的编码算法校验位，使接收端能够检测并纠和更强大的处理能力，但可以提正传输错误高通信可靠性码率损失应用场景34由于需要传输额外的校验位，前前向纠错广泛应用于卫星通信、向纠错会导致实际用户码率略有无线电广播和光纤通信等高噪声损失信道的场景信道等化信道等化原理自适应均衡信道等化OFDM利用信号处理技术对信道产生的失真进行补偿,通过实时监测信道特性并动态调整等化参数,可在OFDM系统中,信道等化可以有效补偿频率实现更清晰的信号传输以适应复杂变化的信道环境选择性衰落,提高传输性能调制技术选择通信系统需求频谱效率根据通信系统的性能要求和应用场景,数字调制技术通常具有更高的频谱利选择合适的调制技术至关重要需考用率,有利于有限频谱资源的有效利虑带宽、抗干扰能力、能耗等因素用实现复杂度不同调制技术在硬件复杂度和软件实现难度上存在差异,需要权衡系统复杂度和成本模拟调制和数字调制的比较模拟调制数字调制连续变化的信号参数，如幅度、频率或相离散的信号参数变化编码信息有限，但位可提供无限的信息编码能力，但容易传输更鲁棒，能够抵御噪声干扰适用于受噪声干扰各种现代通信系统频谱效率成本数字调制的频谱利用更高效能够在有限数字系统的硬件实现成本更低有利于大频谱资源下传输更多信息规模商业部署调制技术在通信系统中的应用模拟调制技术数字调制技术调制技术选择模拟调制技术如幅度调制数字调制技术如键控移位选择合适的调制技术需要考虑通（AM）、频率调制（FM）和（ASK）、频移键控（FSK）和信系统的特点、信道条件和传输相位调制（PM）广泛应用于广相移键控（PSK）更适用于数字性能要求等因素，以达到最佳的播电台、电视信号传输和蜂窝移通信系统，如有线电话、无线局传输效率和质量动通信中域网和卫星通信等总结与考试指南复习重点1回顾本课程涉及的通信系统基础知识、模拟与数字信号、编码与调制等核心概念考试技巧2注意理解定义、原理分析、典型应用等常见考点练习过往试卷有助于掌握答题技巧重点准备3针对难点内容如噪声、信道编码、差错控制等进行深入复习，确保理解透彻。