《通信原理与网络架构》课件

通信原理与网络架构本课件将深入浅出地介绍通信原理和网络架构的基础知识，从通信的历史发展到现代通信网络的架构，以及相关的关键技术，例如信号处理、信道编码、调制解调、网络协议等我们将通过图文并茂的方式，帮助您理解这些基础知识，并掌握基本的通信技术应用第一章绪论引言重要性本章将从通信的历史发展入手，回顾通信技术的演变过程，并介绍现通信技术是现代社会不可或缺的一部分，深刻地改变了人们的生活方代通信系统的主要组成部分，以及通信技术的分类和应用式了解通信原理和网络架构有助于我们更好地理解信息传输和网络运作的机制，进而更好地利用和应用通信技术通信的历史发展

1.1早期1从古代的烽火台到电报的出现，通信技术经历了漫长的发展过程电报的发明标志着人类通信史上的里程碑，实现了远距离信息传递的突破现代220世纪初，无线电广播和电话技术的诞生，进一步推动了通信技术的快速发展随着计算机技术的出现，互联网和移动通信的兴起，通信技术进入了数字化和网络化的时代未来3展望未来，5G、物联网、人工智能等新技术的应用将进一步革新通信领域，为人类社会带来更大的发展机遇通信系统的基本组成

1.2信源信道信宿信源是产生信息的来源，例如人说话、机信道是传输信息的媒介，例如无线电波、信宿是接收信息的目的地，例如人、机器器运行等光纤、电缆等等发送机接收机发送机将信源的信息转换为适合在信道上传输的信号接收机将信道接收到的信号转换为信宿能够理解的信息通信技术的分类

1.3有线通信无线通信有线通信是指通过物理线路传输信息的通信方式，例如电话线、光无线通信是指通过无线电波传输信息的通信方式，例如移动电话、无缆、同轴电缆等有线通信具有传输速率高、传输距离远、抗干扰能线局域网、卫星通信等无线通信具有灵活方便、部署成本低等优力强等优点点通信原理的研究内容

1.4信号处理研究信号的产生、传输、处理和接收的理论和方法，包括信号的描述、分析、变换、滤波、编码等信道编码研究如何将信息编码为适合在信道上传输的信号，以及如何对传输过程中的误差进行纠正或检测调制解调研究如何将数字信号转换为模拟信号以便在信道上传输，以及如何将模拟信号转换为数字信号以便进行处理网络协议研究网络中不同设备之间通信的规则和标准，以及如何建立、维护和管理网络第二章信号与系统信号系统采样定理本章将介绍信号的基本概我们将讨论线性时不变系我们将学习如何将连续时念，包括信号的分类、表统的特性，并介绍系统分间信号转换为离散时间信示方法、时域和频域分析析的方法，包括系统的时号，并介绍采样定理和量等域和频域响应等化技术连续时间信号和离散时间信号

2.1连续时间信号离散时间信号连续时间信号是指在时间上连续变化的信号，例如声音信号、温度信离散时间信号是指在时间上离散的信号，其值仅在特定的时间点取号等其值可以在任何时刻取值值，例如数字信号、图像信号等频域分析和时域分析

2.2时域分析频域分析时域分析是指分析信号在时间上的变化规频域分析是指分析信号在频率上的分布，12律，例如信号的幅度、频率、相位等例如信号的频率成分、频率范围等线性时不变系统的分析

2.3线性系统1线性系统满足叠加原理，即输入信号的线性组合对应输出信号的相同线性组合时不变系统2时不变系统是指系统的特性不随时间变化，即相同的输入信号在不同的时刻输入，会得到相同的输出信号系统响应3系统响应是指系统对输入信号的输出，包括系统的冲激响应、阶跃响应等采样定理和量化

2.4采样采样是指将连续时间信号转换为离散时间信号的过程，将信号在特定的时间点取值，得到一系列样本值采样定理采样定理指出，为了不丢失信息，采样频率必须大于或等于信号最高频率的两倍量化量化是指将连续的样本值转换为离散的数字值，将样本值映射到有限个离散值中第三章信道编码与信道信息编码信道特性本章将介绍信息编码的概念，以及信源我们将讨论信道的主要分类和特性，以编码和信道编码技术及信道的容量和香农定理信息的数字表示

3.1二进制编码1二进制编码是最常用的数字表示方法，用0和1来表示信息码ASCII2ASCII码是将字符编码为数字的标准，例如字母、数字、符号等Unicode3Unicode编码是一种更全面的字符编码标准，支持多种语言和符号信源编码与信道编码

3.2信源编码信道编码信源编码是指将信源的信息转换为更紧凑的形式，例如数据压缩技信道编码是指将信息编码为更适合在信道上传输的信号，例如增加冗术，可以减少信息传输的带宽余信息来提高抗干扰能力信道的分类与特性

3.3按传输介质分类有线信道、无线信道按传输方式分类单工信道、半双工信道、全双工信道按信道特性分类理想信道、衰落信道、多径信道等信道容量与香农定理

3.4C BW信道容量带宽信道容量是指信道在不发生错误的情况带宽是指信道能够传输的频率范围，单下能够传输的最大信息量，单位是比特位是赫兹（Hz）每秒（bps）SNR信噪比信噪比是指信号功率与噪声功率的比值，反映信道质量的好坏第四章调制技术模拟调制数字调制多载波调制本章将介绍模拟调制技术，包括幅度调制我们将讨论数字调制技术，例如振幅移相键我们将介绍多载波调制技术，例如正交频分（AM）、频率调制（FM）、相位调制控（ASK）、频率移相键控（FSK）、相位复用（OFDM）技术（PM）等移相键控（PSK）等模拟调制

4.1幅度调制1幅度调制是指通过改变载波信号的幅度来传递信息，例如AM无线电广播频率调制2频率调制是指通过改变载波信号的频率来传递信息，例如FM无线电广播相位调制3相位调制是指通过改变载波信号的相位来传递信息，例如PM无线电广播数字调制

4.2ASK1ASK是通过改变载波信号的幅度来表示数字信息，例如0或1FSK2FSK是通过改变载波信号的频率来表示数字信息，例如0或1PSK3PSK是通过改变载波信号的相位来表示数字信息，例如0或1多载波调制技术

4.3OFDMOFDM技术将宽带信号分成多个子载波，在每个子载波上进行调制，然后将所有子载波叠加起来进行传输调制技术的比较与选择

4.4抗噪声能力频谱效率应用场景数字调制技术一般比模拟调制技术具有更强多载波调制技术可以提高频谱效率，在相同不同的调制技术适用于不同的应用场景，需的抗噪声能力的带宽内传输更多的数据要根据具体的应用需求进行选择第五章信号检测与信号接收信号检测同步技术等化技术本章将介绍信号检测的基我们将讨论同步技术，确我们将介绍等化技术，用本原理，以及数字信号的保发送端和接收端之间的于补偿信道带来的信号失检测与解调技术时间同步真信号检测的基本原理

5.1最大似然检测匹配滤波最大似然检测是指选择最有可能产生当前接收信号的信号作为最匹配滤波器是一种能够最大化信噪比的滤波器，可以有效提高信佳估计号检测的准确性数字信号的检测与解调

5.2数字信号检测数字信号解调数字信号检测是指将接收到的信号转换为数字信息的过程，例如检测数字信号解调是指将接收到的调制信号恢复为原始数字信号的过程二进制码0或1同步技术

5.3时钟同步1时钟同步是指确保发送端和接收端之间的时间同步，保证信号在接收端被正确地解码载波同步2载波同步是指确保发送端和接收端之间使用的载波频率一致，保证信号能够正确地被解调等化技术

5.4信道失真信道会对信号产生失真，例如信号衰减、信号延迟、信号叠加等等化器等化器是一种能够补偿信道失真的设备，可以提高信号的质量和准确性第六章网络架构网络模型网络接入技术网络类型本章将介绍常见的网络模我们将讨论常见的网络接我们将介绍局域网型，包括OSI参考模型入技术，例如拨号上网、（LAN）和广域网和TCP/IP参考模型宽带上网、光纤上网等（WAN）的技术特点和应用场景参考模型

6.1OSI物理层1负责信息的物理传输，定义了数据在物理介质上的传输方式数据链路层2负责在相邻节点之间建立可靠的连接，并对数据进行差错控制和流量控制网络层3负责数据包的路由和寻址，实现网络互连传输层4负责端到端的数据传输，提供可靠的数据传输服务，例如TCP协议会话层5负责建立、管理和终止用户之间的会话，例如用户身份验证表示层6负责数据的格式化和转换，例如数据加密、数据压缩等应用层7负责为用户提供网络服务，例如电子邮件、网页浏览等参考模型

6.2TCP/IP网络接口层1负责物理连接和数据链路层的交互网络层2负责数据包的路由和寻址，实现网络互连传输层3负责端到端的数据传输，提供可靠的数据传输服务，例如TCP协议应用层4负责为用户提供网络服务，例如电子邮件、网页浏览等网络接入技术

6.3拨号上网宽带上网光纤上网拨号上网是指通过电话线连接到互联网，使宽带上网是指通过光纤、电缆或卫星等技术光纤上网是指通过光纤传输数据，具有传输用调制解调器将数字信号转换为模拟信号，实现高速率的网络连接速率快、抗干扰能力强等优点再通过电话线传输局域网技术

6.4以太网光纤局域网以太网是最常用的局域网技术，使用CSMA/CD协议来进行数据传光纤局域网使用光纤作为传输介质，具有高速率、抗干扰能力强等优输点广域网技术

6.5分组交换技术电路交换技术分组交换技术将数据分割成数据电路交换技术在通信开始前建立包，每个数据包独立地进行传一条专用的物理线路，整个通信输过程使用这条线路卫星通信卫星通信是指通过人造卫星作为中继站，实现地球上不同地点之间的通信第七章无线通信网络蜂窝移动通信网络卫星通信网络无线局域网本章将介绍蜂窝移动通信我们将讨论卫星通信网我们将介绍无线局域网技网络，例如GSM、络，以及卫星通信的应用术，例如Wi-Fi、蓝牙CDMA、LTE等网络技场景和技术特点等，以及无线网络的安全术性问题物联网通信技术我们将讨论物联网通信技术，以及物联网的应用场景和技术挑战蜂窝移动通信网络

7.1移动终端移动终端是指用户使用的移动电话、智能手基站机等设备，负责与基站进行通信核心网蜂窝移动通信网络的核心是基站，基站负责核心网负责控制和管理整个蜂窝移动通信网与移动终端进行通信，并为移动终端提供网络，提供各种网络服务，例如呼叫控制、数络服务据传输等213卫星通信网络

7.2地球同步卫星低轨卫星卫星通信应用地球同步卫星是指运行轨道与地球自转同步低轨卫星是指运行轨道距离地球表面较近的卫星通信应用广泛，例如广播电视、移动通的卫星，可以覆盖地球表面的特定区域卫星，可以提供更低的延迟和更高的带宽信、数据传输、导航定位等无线局域网

7.3Wi-Fi1Wi-Fi是一种常用的无线局域网技术，使用

2.4GHz或5GHz频段进行数据传输蓝牙2蓝牙是一种短距离无线通信技术，用于连接各种电子设备，例如手机、耳机、音箱等无线网络安全3无线网络的安全性问题不容忽视，需要使用加密技术来保护数据安全，例如WPA2/3协议物联网通信技术

7.4低功耗广域网近距离无线通信技术低功耗广域网技术（LPWAN）适用于低功耗、长距离的物联近距离无线通信技术，例如NFC、ZigBee，适用于短距离、网应用，例如智能电表、环境监测等低功耗的物联网应用，例如智能家居、无线支付等第八章通信网络安全网络安全体系结构密码学基础认证技术本章将介绍网络安全体系我们将讨论密码学的基础我们将介绍认证技术，例结构，以及网络安全的主知识，包括对称加密、非如数字签名、身份验证要目标和策略对称加密、哈希函数等等，用于确保通信双方的身份合法性网络攻击与防御我们将讨论常见的网络攻击手段，例如病毒攻击、木马攻击、拒绝服务攻击等，以及相应的防御措施网络安全体系结构

8.1身份认证身份认证是指确保通信双方的身份合法性，防止假冒身份进行通信数据机密性数据机密性是指保护数据的机密性，防止数据被窃取或泄露数据完整性数据完整性是指保护数据的完整性，防止数据被篡改或破坏访问控制访问控制是指控制对网络资源的访问权限，防止非法用户访问敏感信息或进行非法操作密码学基础

8.2对称加密非对称加密哈希函数对称加密是指使用相同的密钥进行加密和解非对称加密是指使用不同的密钥进行加密和哈希函数可以将任意长度的输入数据转换为密，例如DES、AES算法解密，例如RSA算法固定长度的哈希值，用于数据完整性验证认证技术

8.3数字签名1数字签名是指使用私钥对信息进行加密，并使用公钥进行验证，可以保证信息的真实性和完整性身份验证2身份验证是指通过用户名和密码、生物识别等方式，验证用户的真实身份网络攻击与防御

8.4病毒攻击木马攻击病毒攻击是指通过传播病毒程序来破坏系统或窃取信息木马攻击是指通过伪装成正常程序来窃取信息或控制系统拒绝服务攻击防火墙拒绝服务攻击是指通过向服务器发送大量请求，使其无法正常响防火墙是一种用来保护网络安全的设备，可以阻止来自外部的非应法访问入侵检测系统安全意识入侵检测系统可以监测网络流量，识别并报警可能的攻击行为网络安全意识是保障网络安全的关键，用户需要了解网络安全知识，提高安全防范意识。