《通信原理ch》课件

《通信原理》课程简介本课程将带领您深入了解通信原理，并探索现代通信技术的核心要素通信系统的基本组成信息源信源编码器信道编码器调制器产生要传输的信息将信息源的信息转换为适合在信息传输中加入冗余信将信号转换为适合在信道中传输的形式息，提高抗干扰能力传输的形式通信系统的分类模拟通信系统传输模拟信号，例如音频和视频信号1数字通信系统传输数字信号，例如计算机数据和数字音频2无线通信系统利用无线电波传输信号，例如手机和Wi-Fi3有线通信系统利用电缆或光纤传输信号，例如电话线和网络线4通信信号分类模拟信号信号的幅度、频率或相位随时间连续变化，例如声音和视频信号数字信号信号的幅度、频率或相位在离散时间点取离散值，例如计算机数据周期信号信号的波形在一定时间内重复出现，例如正弦波非周期信号信号的波形不重复出现，例如随机噪声通信系统的基本性能指标速率带宽信噪比表示每秒传输的比特表示信号所占用的频率表示信号功率与噪声功数，单位是比特秒范围，单位是赫兹率之比，单位是分贝/（）（）（）bps HzdB误码率表示传输过程中发生错误的概率模拟通信系统调制1将信息信号叠加到载波信号上，以便在信道中传输传输2信号通过信道传输解调3恢复原始的信息信号电磁波的传播自由空间传播电磁波在真空中传播地球大气传播电磁波在大气中传播，受到大气成分的影响导波传播电磁波被导波结构引导传播，例如同轴电缆和波导自由空间中的电磁波传播直线传播电磁波在真空中以光速传播衰减电磁波传播过程中，能量会随着距离的增加而衰减多径传播电磁波遇到障碍物时，会发生反射、折射和散射地球大气中的电磁波传播吸收2大气中的氧气、氮气和水蒸气会吸收电磁波，导致信号衰减折射1电磁波在大气中传播时，会发生折射，导致信号偏离直线传播路径散射电磁波遇到大气中的粒子时，会发生散3射，导致信号偏离直线传播路径无线通信信道无线信道1用于无线通信的物理介质多径传播2信号通过不同的路径到达接收机，导致信号叠加衰落3信号强度随时间和频率发生变化噪声4信道中存在的随机干扰无线信道的特性时变性1信道参数随时间变化，导致信号衰落频率选择性2不同的频率在信道中经历不同的衰减，导致信号失真多径效应3信号通过不同的路径到达接收机，导致信号叠加噪声4信道中存在的随机干扰，导致信号失真信道的分类理想信道无噪声，无衰减，无延迟加性噪声信道信道中加入噪声衰落信道信号强度随时间变化多径信道信号通过不同的路径到达接收机信道模型频带和信号带宽1频带信号所占用的频率范围2信号带宽信号功率谱密度中非零值的频率范围信号的功率谱密度定义信号功率随频率分布的函数信号的功率信噪比的定义信噪比是信号功率与噪声功率之比越高，表示信号强度越高，噪声强度越低，通信质量越好通常以分贝表SNR SNRSNR dB示数字通信系统数字信息源信源编码器信道编码器调制器产生要传输的数字信息将数字信息转换为适合传输在数字信息中加入冗余信将数字信号转换为适合在信的格式息，提高抗干扰能力道中传输的形式数字通信基础概念离散时间信号采样量化编码信源编码信道编码信号调制与解调离散时间信号定义1信号在离散时间点取值表示2使用序列或离散时间函数表示应用3数字信号处理、数字通信等领域采样定理奈奎斯特采样定理模拟信号的采样频率必须大于信号最高频率的两倍，才能不失真地恢复原始信号重要性为模拟信号数字化提供了理论基础量化与编码编码量化1将量化后的离散值转换为二进制代码将连续信号的幅度值映射到离散值2信源编码目的1减少数据冗余，提高传输效率方法2熵编码、预测编码等应用3图像压缩、音频压缩等领域信道编码目的1提高抗干扰能力，降低误码率方法2线性分组码、卷积码等应用3数字通信、数据存储等领域信道的数学模型信道信道中加入加性高斯白噪声AWGN瑞利信道信号强度呈瑞利分布莱斯信道信号强度呈莱斯分布噪声的概念和分类1概念信道中存在的随机干扰，导致信号失真2分类热噪声、散粒噪声、闪烁噪声等高斯白噪声的特性特性概率密度函数为高斯分布，功率谱密度为常数信号的功率谱密度信号的自相关函数定义特性信号与自身延迟后的副本的互相关函数反映信号的自相似性，与功率谱密度构成傅里叶变换对噪声的功率谱密度定义1噪声功率随频率分布的函数特性2反映噪声的频率特性，用于分析噪声对信号的影响噪声的自相关函数定义噪声与自身延迟后的副本的互相关函数特性反映噪声的时间相关性，与功率谱密度构成傅里叶变换对信号与噪声的相关性概念影响1信号与噪声之间的相关性会影响信号检相关性会导致信号检测和估计的误差增2测和估计的性能加信号检测与估计信号检测1判断接收信号中是否存在特定信号信号估计2估计接收信号中特定信号的参数最优检测与估计理论贝叶斯准则1基于先验概率和似然函数，选择最优决策最小均方误差准则2最小化估计值与真实值之间的均方误差最大似然估计3选择使似然函数最大的估计值信号检测的性能指标检测概率正确检测到信号的概率虚警概率将噪声误判为信号的概率信号检测的方法12匹配滤波最大似然检测使用与信号匹配的滤波器来检测信号选择使似然函数最大的决策信号估计的方法方法最小均方误差估计、最大似然估计等结构化编码概念目的将信息比特分组编码，并在编码过程中引入冗余信息提高抗干扰能力，降低误码率编码原理分组编码1将信息比特分组编码，每个分组称为码字生成矩阵2用于生成码字的矩阵，包含校验比特的信息校验方程3用于校验码字是否正确的方程编码效率码率信息比特数与码字比特数之比汉明距离两个码字之间不同比特位的数量最小汉明距离码字集合中最小汉明距离线性分组码特点2编码和解码相对简单，具有良好的抗干扰能力定义1码字集合满足线性运算的条件应用3广泛应用于数字通信系统中卷积码定义1使用滑动窗口，将当前信息比特与之前的比特进行编码特点2编码复杂，但具有更好的抗干扰能力应用3应用于深空通信等对可靠性要求高的场合信号调制与解调调制1将基带信号转换为适合在信道中传输的频带信号解调2将频带信号恢复为基带信号基带调制与解调幅度调制通过改变载波信号的幅度来传输AM信息频率调制通过改变载波信号的频率来传输FM信息相位调制通过改变载波信号的相位来传输PM信息载波调制与解调1概念将基带信号叠加到载波信号上，以实现信号的频谱搬移2优点可以将信号传输到更远的距离，并减少干扰数字调制技术分类幅移键控、频移键控、相移键控等ASK FSKPSK结论本课程介绍了通信原理的基础知识，包括模拟通信系统、数字通信系统、信道特性、信号检测与估计以及结构化编码等内容希望通过本课程的学习，能够帮助您更好地理解通信技术的原理，并为进一步学习更高级的通信技术打下基础。