《通信基础知识》课件

通信基础知识通信技术是现代社会不可或缺的基础,涉及语音、数据、图像等各类信息的传输和交换本课程将系统介绍通信的基本原理和技术,让您全面掌握通信领域的基础知识引言通信技术的重要性技术不断创新广泛的应用领域通信技术是现代社会发展不可或缺的基础,通信技术正在与人工智能、物联网等新兴技通信技术在社会各个领域都有广泛应用,从推动着信息时代的飞速发展它连接着世界术深度融合,释放出巨大的创新潜能,改变着家居生活到工业制造,从医疗健康到交通物各地,促进了全球资源的流通和文化的交我们的生活方式和工作模式流,无不体现着通信技术的重要作用流通信的基本概念定义目的要素形式通信是人与人、人与机器之间通信的主要目的是实现信息的通信过程包括信源、信道、信通信可以采取口头、书面、电信息传递和交换的过程它是传输、共享和处理通过通宿等基本要素信源产生信子等多种形式,每种形式都有人类社会发展的基础，是实现信,人们可以交流思想、分享息,信道传输信息,信宿接收并其特点和应用场景人类交流、协作的重要手段知识,促进社会进步处理信息通信系统的组成信源信道12产生需要传输的信息的装置,如音频设备、视频设备或数据在发送端和接收端之间传输信号的媒体,可以是有线电缆或设备无线电波发送端接收端34接收信源并将其转换为可以通过信道传输的信号的装置从信道接收信号并将其转换回有意义的信息的装置信号的分类和特性模拟信号数字信号取值连续的信号,可用电压或电流表示,取值离散的信号,通常用0和1表示,如声音和图像信号如计算机和手机信号信号特性信号分类信号有幅度、频率、相位等特性,可用根据信号的时间特性,可分为周期信来描述信号的含义和传输质量号、非周期信号和随机信号模拟信号和数字信号模拟信号1模拟信号是一种连续的信号,可以无限细地分割它可以表示任何值,常用于表示自然界的物理量,如电压、电流、温度等数字信号2数字信号是离散的信号,只能取特定的值,通常为0和1它是由模拟信号经过量化和编码处理而得到的转换与应用3模拟信号可以通过模数转换ADC转换为数字信号,数字信号也可以通过数模转换DAC转换为模拟信号两种信号都有各自的应用场景编码与调制的基本原理编码调制编码是将信息转换为适合传输或调制是将信号的某些特性如振存储的格式的过程常见的编码幅、频率或相位根据信息信号进方式包括二进制编码、ASCII编码行改变的过程，以便适应传输媒和Unicode编码体的特性调制技术解调主要包括幅度调制、频率调制和解调是接收端对接收到的调制信相位调制等不同的应用场景需号进行恢复的过程，与调制过程要选择合适的调制方式相反信源编码技术数据压缩算法信源编码过程无损编码和有损编码利用信息论原理,通过去除信号中的冗余信将信号数据转换为更加简洁紧凑的编码形无损编码可完全还原原始信号,而有损编码息,达到有效压缩数据量的方法式,提高传输和存储效率则牺牲一定质量以获得更高的压缩率信道编码技术信道编码的目的常用的编码技术12防止信号在传输过程中出现误码,提高通信系统的抗噪声能力包括卷积编码、差错检测码和纠错码等,可以根据具体需求选和可靠性择合适的编码方式编码的性能指标编码技术的发展趋势34主要包括编码效率、纠错能力和实现复杂度等,需要在这些指随着通信技术的不断进步,编码技术也在不断创新和优化,以标之间进行权衡适应新的需求调制和解调技术调制过程将信号的参数变化映射到载波波形的参数变化上,以实现信号的传输常用的调制方式有幅度调制、频率调制和相位调制解调技术在接收端还原调制信号中的原始信息,包括幅度检波、频率检波和相位检波解调器根据调制方式的不同而设计数字调制在数字通信中,信号以离散的数字形式进行调制,常见的有ASK、FSK和PSK等技术它们具有更高的频谱利用率和抗噪性能频带和带宽3K频带从3千赫兹到3兆赫兹的频谱范围5M带宽信号所需占用的频谱宽度，常用单位兆赫兹300K无线电频段从3千赫兹到300吉赫兹的无线电频率范围频带是指一段连续的频率范围，而带宽则是一个信号占用的频率范围合理分配和利用有限的无线电频谱资源是通信系统设计的关键频率、波长和速度的关系频率波长速度高频信号具有更高的高频信号具有较短的所有电磁波在真空中频率波长传播的速度都是光速c=3×10^8m/s低频信号具有较低的低频信号具有较长的在不同介质中传播速频率波长度会有所不同，但总是小于真空中的光速这三者之间存在简单的关系频率f、波长λ和传播速度v满足方程f×λ=v因此，当频率增加时，波长会相应减小，而传播速度保持不变无线电频谱及其应用无线电频谱是一种宝贵的自然资源,它承载着从广播电视到卫星通信、手机到无线网络等各种无线通信服务合理利用和管理频谱资源对于促进通信技术发展和满足社会需求至关重要频谱可以划分为不同波段,如超高频UHF、极高频SHF和微波频段等,每个波段都有其特点和应用领域,如UHF频段用于地面广播电视,SHF频段则用于卫星通信电路基础知识电路构成电流和电压欧姆定律电路分析电路由电池、电阻、电容等电电流是电荷在导体中的定向移欧姆定律描述了电流、电压和通过网络分析法、叠加定理、子元件连接而成这些元件根动,电压是两点之间的电势电阻之间的关系,是分析电路戴维南定理等方法,可以分析据不同的功能和连接方式，可差电流和电压是电路中最基的基础通过欧姆定律可以计复杂电路的特性,计算出各点构建出各种复杂的电子电路本的两个物理量算出电路中各点的电压、电流的电压、电流和功率和功率电磁波的传播特性传播速度波长和频率电磁波在真空中传播的速度为光速，电磁波的波长和频率存在反比关系约为每秒30万公里不同介质会影响高频波长短，低频波长长不同频段电磁波的传播速度的电磁波有不同的传播特性和应用反射和折射吸收和衰减电磁波遇到不同介质会发生反射和折电磁波在传播过程中会受到大气、建射现象这些特性可用于雷达、天线筑物等的吸收和衰减这会影响通信设计等方面系统的性能天线的基本原理和类型基本原理常见类型天线是将电磁能量从传输线转换常见的天线类型包括半波dipole为自由空间中的电磁波的装置天线、yagi-uda天线、微带天其工作原理是利用导电体上产生线、喇叭天线等每种天线都有的电流和电压产生电磁波其特点和适用场景指向性效率天线的指向性决定了信号的传输天线的效率决定了其将输入功率特性定向性天线可以集中辐射转换为辐射功率的能力高效率功率,而全向性天线则可以在各个的天线可以最大化传输距离和信方向上均匀传播信号号强度信号的衰减和失真信号衰减信号失真在通信过程中,信号在传输过程中会遭受各种因素的影响而发生衰除了衰减,信号还可能因为噪音干扰、频带限制等因素而发生失减这包括电缆线材质、距离、障碍物等造成的信号强度下降真这会导致波形变形、相位和幅度变化通过滤波、均衡等技适当的放大和补偿可以弥补这种衰减术可以减少失真程度,保证信号质量噪声的产生及其影响电磁干扰信号对噪声比热噪声电子设备产生的电磁场可能会干扰通信信信号强度和噪声强度的比值决定了信号质电子元件本身的热运动会产生随机的热噪号,造成噪声问题需要采取屏蔽和滤波等量信号对噪声比越高,通信效果越好需声,这是无法完全消除的噪声需要通过电措施来减少电磁干扰要合理设计来提高信噪比路优化来尽量降低热噪声的影响通信系统的链路预算通信系统的链路预算是评估和分析通信系统性能的重要步骤它涉及对信号传输过程中可能出现的各种损耗因素进行系统性计算，以确定系统能否满足设计要求这包括考虑信号衰减、噪声干扰、调制解调损耗等诸多因素，并根据链路预算结果优化系统参数和设计数字通信系统的基本结构信源编码1将模拟信号转换为数字信号信道编码2提高抗干扰能力和传输效率调制解调3将数字信号调制到合适的载波上多址接入4多用户共享有限的频谱资源信号检测5在噪声环境中正确接收信号数字通信系统由多个互相关联的部分组成,包括信源编码、信道编码、调制解调、多址接入以及信号检测等这些模块协同工作,共同实现将原始信息高效、可靠地从发送端传输到接收端的目标数字调制技术基本原理数字调制技术是将数字信号转换为适合在通信信道传输的模拟信号的过程常见的调制方式包括振幅调制、频率调制和相位调制常见调制方式BPSK、QPSK、QAM等是常见的数字调制技术,它们可以实现更高的频谱利用率和抗干扰性数字信号处理数字调制需要依赖数字信号处理技术,包括采样、量化、编码、调制等步骤这些技术可以提高通信效率和质量多路复用技术频分复用时分复用将频带划分为多个子通道,每个用根据时间顺序分配通信时间片资户使用不同的频率进行通信能源,多个用户轮流使用同一频道进有效利用频谱资源行通信码分复用空分复用利用正交编码为用户分配不同的根据用户位置分配不同的空间资码元序列,实现多路通信可灵活源,可有效提高频谱利用率应用适应频段环境于移动通信等场景接入网技术技术光纤入户技术DSL12通过家庭电话线提供高速上网使用光纤直接连接到家庭,提供服务,广泛应用于宽带接入超快的下载和上传速度电缆调制解调器技术无线接入技术34利用有线电视网络提供互联网通过Wi-Fi、4G/5G等无线技术接入,速度快且覆盖范围广实现移动互联网接入,灵活方便移动通信技术蜂窝网络信号覆盖移动通信技术依托分布广泛的蜂窝网通过合理规划基站布局,实现网络的全络,为用户提供全天候、随时随地的通面覆盖,确保用户在任何位置都能接收信服务到信号高速传输便携性移动通信技术不断发展,从2G到5G,传移动终端如智能手机小巧轻便,方便用输速度和带宽持续提升,满足用户对数户携带,可以随时随地进行通信和上据传输的需求网下一代通信技术通信量子通信5G5G技术提供更高的带宽、更低的量子密码学和量子计算技术可以延迟和更可靠的连接,推动万物互实现绝对安全的信息传输,为通信联和智能应用的发展系统带来革命性的变革光通信太赫兹通信基于光纤通信的宽带网络能提供太赫兹波段的频谱资源丰富,可用高速、大容量的信息传输,为未来于无线高速数据传输,为下一代通数据爆发式增长提供可靠支撑信技术发展带来新机遇通信系统5G更快的速度更低的延迟更大的连接更高的能效5G网络的峰值下载速度可达5G网络的端到端延迟可降至15G网络可以支持每平方公里与4G相比,5G网络能效显著提到10Gbps,比现有的4G网络毫秒以下,为支持自动驾驶、多达100万个设备连接,满足物高,可为用户提供更长的续航快上10倍以上,为用户带来显远程手术等应用提供技术支联网时代海量终端设备的接入时间著的体验提升撑需求物联网通信技术多样性传输低功耗特点12物联网设备通过多种通信技术物联网设备大多便携式且电池实现互联,如WiFi、蓝牙、NB-供电,需要低功耗的通信技术确IoT、LoRa等,适应各种应用场保长期稳定运行景需求跨网融合安全性要求34不同通信技术之间需要实现无物联网设备广泛分布,安全性是缝互操作,提高整体系统的连接关键考虑因素,需要基于通信协性和兼容性议的安全机制光纤通信技术光纤电缆光纤通信系统光波分复用技术光纤电缆由光纤、保护层和护套组成,可靠光纤通信系统包括光发射端、光传输介质和光波分复用技术可以在单根光纤上传输多个地传输光信号,在高速通信中扮演重要角光接收端,利用光信号在光纤中的传输特性光信号,大幅提升光纤的传输容量和带宽利色实现高速数据传输用率卫星通信技术广覆盖范围移动通信广播服务导航定位卫星通信可提供全球性服务,覆结合卫星移动通信终端,用户可卫星广播可以提供覆盖广泛的全球导航卫星系统可提供全天盖地球表面的大部分区域,为偏实现手机、笔记本等设备的移电视、广播等多媒体服务,有利候的精确定位和导航服务,用于远地区提供通信服务动通信,无需受地理位置限制于信息的快速传播海上、航空等领域通信系统的性能指标指标说明带宽通信系统能够传输的最大频率范围，决定了信息传输的速率信噪比接收信号功率与噪声功率的比值，反映了信号质量误码率接收端检测到的错误比特数与总比特数的比率，表示传输可靠性时延信号从发送端到接收端的传输时间，决定了通信系统的响应速度可靠性系统能持续正常工作的时间，反映了通信系统的稳定性通信网络的发展趋势技术的广泛应用光纤宽带网络建设智慧城市建设5G5G网络的高速率、低延迟和广覆盖将推动光纤接入网的持续扩展,为用户提供更快、通信技术的发展为智慧城市的实现提供了坚物联网、自动驾驶等应用的发展更稳定的宽带服务实的技术基础,提高城市管理效率结束语通信技术不断进步通信应用日益广泛通信技术正在快速发展,未来必将通信技术已深入生活的方方面面,带来更多创新和变革改变着我们的工作和生活方式继续追求完美我们应不断探索通信技术的新前景,为实现更智能、更便捷的未来而努力。